JP3750906B2 - 頭付部品の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術】
本発明は、自動車部品あるいは機械部品として広く利用されている連接棒又はボールジョイントのような部品に係り、より詳しくは頭付部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭付部品の代表例としてボールジョイントがある。その一例として、特許第２７５０３０１号公報に記載されているようなスタッドボルトの製造方法がある。この特許公報によれば、ボルトとボール部（球部）とが六角形状とした工具係止部に、細径部を介して一体化連接加工されている。
【０００３】
また、動力を伝達する部品として図１に示すような連接棒１がある。
該連接棒１は、主軸１１と長い細軸１２及び球部１３が一体的に成形されている。この主軸１１（ビックエンド）側では、クランクシャフトと連結されるように加工され、また、球部１３（スモールエンド）側でピストン軸と連結されて、動力を伝達するようになっている。このような場合、上記スタッドボルトの球部１３は玉継手として使用され、該部分での強さを要求されるので冷間鍛造加工は有効な金属加工方法の一つでもある。さらには、図１のような形状にした後、これを押し潰すように熱間鍛造加工することによって、コネクチングロッド（以下、コンロッドという）として平坦な板状に加工することもある。
【０００４】
材料の軸方向の全体、またはある区間を軸方向に圧縮して据込み加工する工程は、４．５ｄ（ｄ：据込み加工する細軸１４の直径）≧Ｌ（Ｌ：据込み加工する細軸１４の長さ）≧２．５ｄの場合は、据込み工程を２工程に、さらに６．５ｄ〜８．０ｄ≧Ｌ≧４．５ｄなら３工程に分割加工しなければならない（「冷間鍛造」昭和４４年１２月３０日初版発行 発行所 日刊工業新聞社 著者 西山 卯二郎 山本 博一 第３９頁〜第４１頁 第３章 工業的に見た冷間鍛造限界３・１加工法別の成形限界 ３・１・４据込みの項参照）ことが開示されている。
しかしながら、冷間鍛造加工の場合、一般的には金型をある程度製作した後、プレス試打（トライ）をしながら材料の大きさを決定したり、金型を修正している。Ｌ／ｄ＝５以上のときは、３工程であってもトライ結果を待って製作の可否を決定しているため、試作から量産までに案外と時間がかかっていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、据込み比率が高くなるほど、据込み部分での組織変化が著しく、塑性変化に伴う変形が激しい部分での組織破壊が進行して、クラックやワレとして表面に現れてくる。また、図１でも理解できるように、細軸１２（据込み予定部分の細軸１４）の長さＬ及び据込み前の直径ｄ並びに球部１３の直径Ｄ（あるいは体積）に影響されて加工性の見極めを困難にすることが多い。従って、細軸１２（１４）の直径ｄはできるだけ太いほうが加工上からも有利であることは言うに及ばないが、取り付けされる部位が案外狭い場所であるため余り太くできず、最小限度の太さの直径ｄとして伝達荷重を考慮して決定されている。
【０００６】
そのため、一般的なトライのときは、設計上据込み比を見て３工程で球部１３を加工していたが、量産化が急がれるようなときは、そのトライの失敗さえも許されないことが縷々ある。また、この３工程がそれぞれ三台のプレス機械に金型を取り付けてされるときは余り問題とされないが、一台のプレス機械内で順送り加工するようなときは、３工程における必要なプレス圧力がそれぞれ個々の工程で異なっていることが多く、プレスラム側に偏荷重がかかって金型を破損させたり、トライ中のデータにエラーを発生させて、トライ自体が続行できなくなることがあった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る頭付き部品の製造方法は、長い線材もしくは棒鋼の素材を一定の長さに切断して、該切断両端面を面取り加工した後、熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理して第一素材を得、その後、第一素材を、一方向から金型内に押し込んで主軸及び細軸を形成させて第二素材を得、次に、該第二素材を再度熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理した後、連続据え込み加工によって前記細軸先端側に珠部を成形する際に、据込み加工する細軸の長さ（Ｌ）／据込み加工する細軸の直径（ｄ）＝据込み比Ｌ／ｄ＝８以上である頭付き部品の製造方法において、
連続据え込み加工中は、可動盤側ホルダーに被加工物は固く抱持され、予備成形では細軸先端がダイスの孔内に案内挿入され、かつ、ダイクッションに連通するダイクッションピンによって前記細軸先端を押圧して、細軸の中間位置に截頭円錐形状に据込み加工することをその特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の頭付部品（以下、連接棒という）１を代表例として図１で要部を説明しながら、図２ないし図６で工程とともに金型について詳述する。
【０００９】
まず、真直ぐな長尺の線材または棒鋼１５を一定長さにＹ方向に切断して、素材１６を得る（図２）。この素材１６の切断面は、バリや破断面が存在するので、後述する据込み加工の際に破断面にあるクラックが成長するのを防止するためと、バリは精密な加工をするとき支障をきたすようなことがあるので、両端面１７，１７は面取り加工する（図３）。面取り加工方法は、金型（図示していない）に素材１６を押込んでその両端面側から押圧して面取りするプレス加工、または、ショットブラストによる機械加工、あるいは完全に破断面を除去し長さを一定にする旋削加工方法等の目的に応じて選択される。面取り加工後は、焼きなましのように熱処理調質し、さらには、次工程での加工性を向上させるために燐酸皮膜処理して第一素材１８を得る。
【００１０】
ついで、第一素材１８は、その一方側から金型（図示せず）に矢印で示す方向に押込み細軸１２部を前方押出し加工して、該細軸１２部を一定の長さＬ０及び一定の直径ｄに成形する（図４）。このときの頭部１８a は、第一素材１８の太さと同一であるが、本実施例では、連接棒１のように主軸１１とするため頭部１８aの長さＬ1を一定の直径（符号はつけていない）及び長さＬ2に矢印で示す方向に据込む（図５、図示例では、頭部１８ａの外径を大きくするため据込み加工しているが、この部分を細く加工することもある）。そして、前工程と同じように熱処理調質と、併せて燐酸皮膜化成処理して第二素材２０を得るようにしている。
【００１１】
図６では、プレス機械のラム作動時の下死点で、可動盤側Ｇが固定盤側Ｒに接触した状態を示すもので、Ｌは細軸１２の先端側の据込み加工する細軸１４の長さ（Ｓは据込み加工するその工程での長さ）である。１０は据込みの基点（線）であり、かつ、金型の工作上に必要な可動盤側Ｇ及び固定盤側Ｒの基線として一点鎖線で示している。
【００１２】
可動盤側Ｇでは、ダイホルダーに六ヶ所等分割して孔を空け（図示していない）、それぞれ共通の基線１０を有し、細軸１２、半球部１３a及び図示していないが、主軸１１部を型彫りし、三つ割りもしくは四つ割りとして、これをコレットのように開閉（（６）開放・待機で矢印した方向に）できるようにしたホルダーｇ1、……ｇ6が前記孔に組み付けられ、一体になっている。そして、ダイホルダーｇは、ロータリー式に可動盤側Ｇが上死点のとき回転させられて、（１）第一予備成形から（２）第二予備成形、さらには（３）第三予備成形、（４）第四予備成形、ついで（５）仕上げ成形から（６）開放・待機工程へと回転する。
すなわち、ホルダーｇは（６）の位置で開閉でき、成形品の放出と、新規加工用部品の第二素材２０を装着できるようになっており、図示では（２）第二予備成形、（３）第三予備成形、（４）第四予備成形を省略しているが、（１）第一予備成形から（５）仕上げ成形の工程中は、加工部品を固くチャッキングし、順次プレス上死点で回転して加工される。
【００１３】
固定盤側Ｒでは、前記ホルダーｇ1、……ｇ5及びｇ6に対向するようにダイスｒ1、……ｒ5が六等分されたダイスホルダー（図示せず）上に位置決め固定され、前記（６）開放・待機の位置となるダイスホルダー側は大きな穴をあけておくか、または切り欠いておく（ｇ6の位置での加工部品の着脱を確実に行えるように、空間を十分に取るため）。そして、ダイスｒ1（図示省略しているが、ｒ2、ｒ3、ｒ4）及びダイスｒ5の中心には、細軸１２の先端側の細軸１４を案内し、ダイクッションピンＰ１（Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4 ）及びＰ5が連通される孔２１（２２，２３，２４）、２５が貫通されており、ダイスｒ1先端側には部分的に截頭円錐形とした据込み部１４a（据込み空間は、半球部１３aとで構成される）を有している。同様に図示省略しているが、ダイスｒ2、ｒ3、ｒ4は構成されており、（５）仕上げ成形の図中に２点鎖線で示すように、ダイスｒ4では据込み部１４dによって（１）第一予備成形、（２）第二予備成形、（３）第三予備成形と予備成形をされた細軸１４の形状を（４）第四予備成形によって截頭円錐形に成形し、さらには、（５）仕上げ成形では、半球部１３aとダイクッションピンＰ5と半球部１３bとで構成される据込み空間（ここでは、球部１３とする空間）を形成している。それぞれ孔２１，２２，２３，２４及び２５には、ダイクッション装置と連通するダイクッションピンＰ1……Ｐ5が挿入されていて、プレス下死点のときダイクッション装置が作動して、挿入されてきた細軸１４先端を押圧して、据込み分Ｓ量押し、前記半球部１３aと対向する据込み部１４a，１４b，１４c及び半球部１３bとで構成する据込み空間に材料を拘束しながら据込み加工している。
【００１４】
上記設計例は、ホルダー及びダイス位置を六等分としたのは、金型製作上もっとも分割しやすい位置であり、また、金型取り付けのさいに金型合わせがし易く、しかも、プレス荷重の分割が考え易い位置であることが、理由としてあげることができるが、八等分でもよい。また、ダイクッションピンＰ1、……Ｐ5は据込み加工だけでなく、プレス加工後の当該金型内の細軸１４先端をさらに押してダイスｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4、の孔２１，２２，２３及び２４内に該細軸１４が食いつこうとするのを防止し、該ダイスから押し出す。また、各予備成形には据込み比をＳ／ｄ＝２．５以内となるようにしている。
【００１５】
【実施例】
そこで、図１の仕上がり寸法を下記のとおりとして、トライを行った。
細軸１２（１４）部の直径ｄ＝１２．９ φ
据込み総長さＬ＝１２６．８
球部１３の直径Ｄ＝２９．５φ
総据込み比Ｌ／Ｄ＝９．８
その他の条件として、細軸１２側を金型に押込んで主軸１１を細くする押出し加工を行った後、焼きなまし処理及び燐酸皮膜化成処理したものと、その熱処理及び潤滑性能向上処理をしなかったものとを夫々別個に加工した。また、金型には素材の滑り込みがよいようにするため、据込み加工時にエア吹きつけとともにヘッダー油を常に供給できるようにした。また、使用プレスは、１５０トン油圧プレスを用いた。
【００１６】
結果的には、熱処理調質及び潤滑性能向上処理を施さなかったものは、（３）第三予備成形終了時に全数ワレが発生して（４）第四予備成形は加工ができないと判断された。これに対して、熱処理調質と燐酸皮膜化成処理したものは、（５）仕上げ成形の工程終了時、ワレやクラックも発生することなく、組織は緻密化していることも断面観察によって確認できた。
【００１７】
また、トライ中に予備成形工程で、例えば、熱処理調質と燐酸皮膜化成処理したもので（２）第二予備成形を省略して、（１）第一予備成形から（３）第三予備成形の工程（計算上では、Ｓ／ｄ＝４．２となった）を行ったところ、該予備成形は４工程でなくても３工程であっても成形できることが確認できた。
【００１８】
すなわち、細軸１２と主軸１１側はホルダーｇ1、ｇ2、ｇ3、ｇ4、ｇ5で拘束保持し、細軸１４をダイスｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4、の孔２１，２２，２３及び２４に夫々挿入案内されて拘束し、ダイクッションピンＰ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、及びＰ5で、その拘束中に押出すように半球部１３aと夫々対向する据込み部１４a，１４b，１４c，１４d並びに半球部１３bとで構成される据込み空間に制限されているから、無理な塑性変形は避けることができ、例えば、前記したように（２）第二予備成形を省略した工程であっても、折れこみひずみが発生することなく成形できたものと考えられる。また、截頭円錐形状に成形する（１）第一予備成形ないし（４）第四予備成形での据込み空間の拡大代は設計した各工程での据込み量Ｓによっても影響されるが、各予備工程での据込み比をＳ／ｄ＝２．５以下となるように設定しているので、プレス振動もなく、ダイクッション圧力で見ても４０トン程度であった。
【００１９】
従って、本発明のようにＬ／ｄ≒１０と高据込み比の場合、球部１３を成形するときは５工程で製作するように設計することによって、試作から量産化への立ち上がりを早くでき、品質も安定した製造を推進できる。そして、その加工の際には材料の切断後に両端面を面取りすること、及び細軸１２を形成した後は、熱処理調質並びに燐酸皮膜化成処理を施した後、据込み加工することがもっともな加工方法と言える。そしてまた、前記のような過酷な加工条件下でも、予備成形から仕上げ成形までを５工程で加工するようにしたから、従来加工されていたものでも余裕を持った工程で加工でき、連接棒１の球部１３の形状を安定して成形できるので品質の向上が期待できる。
【００２０】
また、このような加工はスエージングでもできるが、この場合、素材は回転させながら製造しなければならないこと、主軸１１、細軸１２、及び球部１３を成形する上で、部分での形状に大きな差があるためプレス機械に偏荷重がかかり易く、製造上の問題がある。しかし、本発明の場合、プレス機械のラム圧力だけでなく、ボルスター側のダイクッション圧力によって冷間鍛造加工するようになっているので、ラム側に偏荷重をかけるようなことは少なく、プレス振動も小さいので、それから発生する騒音も低減される。
【００２１】
【発明の効果】
上述のように、本発明の頭付部品の製造方法は、その工程中で材料を切断した後、破断面両端を面取りした後に熱処理調質しているから、該破断面からワレあるいはクラックが成長もしくは発生するようなことはない。そして、この据込み成形工程では余裕を見込んだ５工程に設定し、ロータリー式に各ステージで加工するようにしているから、据込み部分での据込み代を小さくできるので、据込み部位での折れこみひずみを発生させることはない。さらには、ホルダーで細軸部を把持し、またその細軸先端側はダイス孔に挿入保持されて、加工中は被加工物を拘束しているから、据込み加工する細軸部に座屈を生じさせるようなことはなく、品質の優れた部品を試作から量産化へと促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】頭付部品（連接棒）の側面図。
【図２】材料切断工程の側面図。
【図３】切断両端面面取り加工後の状態を示す側面図。
【図４】細軸部を押出し成形した側面図。
【図５】主軸部を据込み加工した場合の側面図。
【図６】可動側と固定側の金型が接触（プレス下死点）状態を示す金型の一部を省略した展開断面図。
【符号の説明】
１ 頭付部品（連接棒）
１０ 据込み部の基線（点）
１１ 主軸
１２ 細軸
１３ 球部
１４ （据込み部分の）細軸
１５ 材料
１６ 素材
１７ 面取り
１８ 第一素材
２０ 第二素材
２１，２２，２３，２４，２５ （ダイスの）孔
ｄ （細軸部の）直径
Ｄ （球部の）直径
Ｇ 可動盤
Ｒ 固定盤
Ｌ 据込み総長さ
Ｌ0 細軸部の総長さ
Ｌ1 主軸部の長さ
ｇ1、ｇ2、ｇ3、ｇ4、ｇ5、ｇ6 ホルダー
Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4、Ｐ5 ダイクッションピン
ｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4、ｒ5 ダイス

Claims (1)

1. 長い線材もしくは棒鋼の素材を一定の長さに切断して、該切断両端面を面取り加工した後、熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理して第一素材を得、その後、第一素材を、一方向から金型内に押し込んで主軸及び細軸を形成させて第二素材を得、次に、該第二素材を再度熱処理調質及び燐酸皮膜化成処理した後、連続据え込み加工によって前記細軸先端側に珠部を成形する際に、据込み加工する細軸の長さ（Ｌ）／据込み加工する細軸の直径（ｄ）＝据込み比Ｌ／ｄ＝８以上である頭付き部品の製造方法において、
   連続据え込み加工中は、可動盤側ホルダーに被加工物は固く抱持され、予備成形では細軸先端がダイスの孔内に案内挿入され、かつ、ダイクッションに連通するダイクッションピンによって前記細軸先端を押圧して、細軸の中間位置に截頭円錐形状に据込み加工することを特徴とする頭付き部品の製造方法。

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