ボルトの圧造方法
【課題】高強度非調質アプセットボルトの耐遅れ破壊性をボルト成形面から検討し、遅れ破壊防止に有効なボルトの圧造方法を提供することである。
【解決手段】ボルト素材８を予備成形ダイス孔型１に挿入し、予備成形パンチ２で押圧してボルト予備成形材１２を形成した後、仕上げ成形ダイス孔型３に挿入して仕上げ成形パンチ４で膨出部１２ｄをボルト頭部１３ｄに成形してボルト仕上げ成形材１３を形成するボルトの圧造方法で、ボルト予備成形材１２の軸部体積を、ボルト仕上げ成形材１３の軸部体積よりも大きく形成して、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄと大径軸部１２ａとの境界の部位が、仕上げ成形ダイス孔型３の外側に位置してその端縁Ｒ部９ａで加工を受けないようにしたのである。ボルト仕上げ成形材１３の首下Ｒ部に予備成形で生じた歪が蓄積されず、硬度上昇が抑制され、遅れ破壊の発生を防止することができる。
【解決手段】ボルト素材８を予備成形ダイス孔型１に挿入し、予備成形パンチ２で押圧してボルト予備成形材１２を形成した後、仕上げ成形ダイス孔型３に挿入して仕上げ成形パンチ４で膨出部１２ｄをボルト頭部１３ｄに成形してボルト仕上げ成形材１３を形成するボルトの圧造方法で、ボルト予備成形材１２の軸部体積を、ボルト仕上げ成形材１３の軸部体積よりも大きく形成して、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄと大径軸部１２ａとの境界の部位が、仕上げ成形ダイス孔型３の外側に位置してその端縁Ｒ部９ａで加工を受けないようにしたのである。ボルト仕上げ成形材１３の首下Ｒ部に予備成形で生じた歪が蓄積されず、硬度上昇が抑制され、遅れ破壊の発生を防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸状部品の冷間加工方法に係り、具体的には、遅れ破壊抵抗性に優れたボルト頭部が形成された非調質ボルトの圧造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や機械類および建築構造物などに使用される締結部品のボルトは、熱間圧延により製造した線材に酸洗または機械的方法によりデスケーリング処理を施した後、加工性向上のため、球状化焼鈍等の熱処理を施して伸線加工により所要の寸法に仕上げて、通常冷間圧造により成形され、成形されたボルトは所定の強度レベルに達するように焼入れ焼戻し処理される製造工程が従来から採用されていた。しかし、冷間圧造前後に、長時間を要する球状化焼鈍等の熱処理や焼入れ焼戻し処理を行うと、ボルト製造工程が長くなり、製造コストも高くなる。このため、ボルト製造工程の簡素化による省エネルギーおよび製造コスト低減等を目的として、ボルト成形前後の球状化焼鈍や焼入れ焼戻しなどの熱処理を省略できる非調質ボルトが注目を集め、高強度の非調質アプセットボルトの製造技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような非調質ボルトでも、高強度になると、締結により応力が作用してからある時間経過した後に突然脆性破断する遅れ破壊が問題となる。この遅れ破壊は、ボルト締結状態での応力集中部、すなわち、ねじ底部やボルト頭部首下部が起点となって発生し、一般に硬度と密接に関連する鋼材の強度が高い程、遅れ破壊感受性が高いことが知られており、非調質ボルトにおいても遅れ破壊を防止することが重要な課題となっている。
【０００３】
頭部と軸部からなるボルトの製造方法としては、例えば、特許文献２に、端部にボルト頭形成用の六角形の型穴が形成されたダイスに、所定長さの棒状の金属材料をセットして、まず、第１パンチにより、前記金属材料を型穴に打ち込んでその端部を予備成形し、次いで、外周が型穴の内周と同形の六角形に形成された第２パンチを型穴内に進入させて前記金属材料を押圧して仕上げ成形することにより、六角形の頭部と軸部からなる六角頭ボルトの製造方法が開示されている。一般にボルト頭部が形成されたボルトの冷間圧造による製造工程では、ダイス型穴とパンチとを複数組み合わせて成形が行なわれ、その過程で、線材から作製されたボルト素材は少なくとも１回以上の予備成形と仕上げ成形をそれぞれ受ける。
【０００４】
図３（ａ）〜（ｄ）は、従来の、冷間圧造による六角頭ボルトの製造工程で、予備成形ダイス孔型１と予備成形パンチ２、および仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形パンチ４の２種類の組み合わせを用いた工程例を示したものである。予備成形ダイス孔型１には、傾斜内周面５を介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ａおよび内径が小さい小径側成形部６ｂからなる貫通孔７が形成され、大径側成形部６ａの内径は、ボルト素材８の挿入を容易にするため、ボルト素材８と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成され、小径側成形部６ｂの内径は、加工するねじ径に対応した大きさに形成されている。そして、貫通孔７の図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９が形成されている。小径側成形部６ｂには、ノックアウト１０が組み込まれている。予備成形パンチ２には、ボルト素材８の直径ｄよりもやや大きい、ボルト素材８の端面保持用の円形凹部のパンチ型穴２ａが形成されている。
【０００５】
図３（ａ）は、所定の長さに切断されたボルト素材８が予備成形ダイス孔型１に挿入、セットされ、予備成形パンチ２をボルト素材８の端面８ａに接触させた状態を示している。この状態から、予備成形パンチ２で端面８ａを押圧すると、図３（ｂ）に示すように、ボルト素材８は予備成形ダイス孔型１内に充満して大径軸部１２ａとねじが加工される小径軸部１２ｂと、其の間に傾斜軸部１２ｃが形成され、ボルト素材８の上端部側に膨出部１２ｄが形成されたボルト予備成形材１２が成形される。
【０００６】
前記ボルト予備成形材１２の仕上げ成形に用いる仕上げ成形ダイス孔型３は、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、予備成形ダイス孔型１と同様に、傾斜内周面５ａを介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ｃおよび内径が小さい小径側成形部６ｄからなる貫通孔７ａが形成され、大径側成形部６ｃの内径は、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、ボルト予備成形材１２と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成されている。そして、予備成形ダイス孔型１と同様に、貫通孔７ａの図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９ａが形成されている。図３（ｃ）に示したように、小径側成形部６ｄにはノックアウト１０ａが組み込まれ、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入して、この状態から仕上げ成形用パンチ４でボルト予備成形材１２の端面１２ｅを押圧する。この押圧により、図３（ｄ）に示したように、ボルト予備成形材１２は仕上げ成形ダイス孔型３に充満して大径軸部１３ａおよび小径軸部１３ｂが仕上げ成形され、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄが仕上げ成形パンチ４の型穴４ａ内に完全充満してボルト頭部１３ｄが仕上げ成形される。仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形用パンチ４の間からはみ出したフランジ部１３ｆはトリミング工程で所要の寸法に仕上げ加工される。このようにして、２組のダイス孔型１、３とパンチ２、４を用いることにより、棒状のボルト素材８が予備成形と仕上げ成形を受けて、冷間圧造ボルトが形成される。
【特許文献１】特開２００３−１１３４４４号公報
【特許文献２】特開平１０−２１１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図３（ａ）〜（ｄ）に示した冷間圧造方法では、ボルト首下Ｒ部１２ｇには、同図（ａ）、（ｂ）に示した予備成形段階から加工歪が累積されて硬度が上昇しており、このボルト首下Ｒ部１２ｇは、図２（ｂ）に示すように、図３（ｃ）、（ｄ）に示した仕上げ成形段階で仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａに直接接触して圧造され、さらに加工歪が累積して硬度が上昇するため、このボルト首下Ｒ部１２ｇの部位を起点として遅れ破壊が発生しやすくなる。特許文献２に開示されたボルトの製造方法についても同様である。また、特許文献１に開示された高強度非調質アプセットボルトの製造方法では、ボルト素材の組成、ボルト素材（線材）の伸線加工とボルト成形後の熱処理によって耐遅れ破壊性を改善する方法が開示されているが、圧造方法については何も記載されていない。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、高強度非調質アプセットボルトの耐遅れ破壊性についてボルト成形面から検討し、遅れ破壊防止に有効なボルトの圧造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１０】
請求項１に係るボルトの圧造方法、棒状の金属材料を、予備成形ダイス孔型内に挿入して、少なくとも１回以上、予備成形パンチで、挿入した前記金属材料を押圧して予備成形した後、予備成形により押圧側が膨出したボルト予備成形材を、ノックアウトを備えた仕上げ成形ダイス孔型内に挿入し、仕上げ成形パンチで押圧側の膨出部をボルト頭部に成形してボルト仕上げ成形材を形成するボルトの冷間圧造方法であって、前記ボルト予備成形材の軸部体積を、前記ボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
非調質ボルトでは、冷間圧造により蓄積された歪量が多い程、硬度が高くなる。一般に、歪量は被加工材の形状や成形工程に依存するため、成形後のボルトの形状や部位により歪量が異なり、したがって、硬度が異なる。非調質ボルトの場合、ボルト頭部直下の首下部で歪が多く蓄積されるため、締結により応力が作用したとき、この首下部で破断することが多い。上記のように、ボルト仕上げ成形材の軸部体積が、ボルト予備成形材の軸部体積よりも小さく形成するようにすれば、予備成形で膨出した部位の歪が、仕上げ成形でボルト頭部に成形されるときに、ボルト仕上げ成形材の首下部に蓄積されず、ボルト首下部に蓄積される歪が従来よりも少なくなって硬度が低減するため、締結による応力の作用下での遅れ破壊の発生を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係るボルトの圧造方法は、前記ボルト予備成形材を前記仕上げ成形ダイス孔型内に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒのボルト軸部成形部内壁との交点に対向するボルト軸部の位置が前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位よりもノックアウト側にあることを特徴とする。
【００１３】
前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位（予備成形材の首下Ｒ部）が仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒ部で再度加工されると、ボルト仕上げ成形材の首下部に歪が集中し、硬度が上昇して遅れ破壊が発生しやすくなる。上記のように、ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位を仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒ部に接触しないようにすれば、ボルト予備成形材の首下Ｒ部は、仕上げ成形パンチで前記膨出部を打圧（圧縮）することにより、仕上げ成形ダイス孔型の端面に沿って流れ、前記膨出部が拡径し、仕上げ成形パンチの型穴に充満してボルト頭部が形成される。このため、予備成形材の首下Ｒ部が仕上げ成形ダイス孔型の端縁Ｒ部で加工を受けずに済み、ボルト頭部直下の首下Ｒ部に歪が蓄積して歪量が増大することを防止することができる。
【００１４】
請求項３に係るボルトの圧造方法は、前記ボルトが軸部先端側に小径軸部を有し、この小径軸部の成形を前記ボルトの予備成形で完了するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
仕上げ成形工程で、ボルト軸部先端側の小径軸部を成形する場合には、ボルト予備成形材の前記膨出部側の軸部が仕上げ成形ダイス孔型から突出した状態で仕上げ成形が開始されるため、この軸部の直径が若干増加しながら仕上げ成形ダイス孔型内に押し込まれるため、ボルト仕上げ成形材の首下Ｒ部およびその近傍の軸部の歪が増加する。このため、小径軸部の成形を予備成形で完了するようにすれば、この歪の増加を回避でき、遅れ破壊発生防止の点で有利である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、高強度非調質ボルトなどのボルトを予備成形工程と仕上げ成形工程で製造する際に、予備成形工程で成形したボルト予備成形材の軸部体積を、仕上げ成形工程で成形したボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するように工程設計したので、ボルト予備成形材のボルト頭部の予備成形部（膨出部）と軸部との境界の部位（予備成形材の首下Ｒ部）が仕上げ成形ダイス孔型端縁Ｒ部に接触せずに仕上げ成形し、ボルト頭部を形成することができる。それにより、ボルト頭部直下の首下Ｒ部への歪の蓄積、および歪量の増大による硬度の上昇が抑制され、締結による応力の作用下での遅れ破壊の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は、実施形態の、冷間圧造による六角頭ボルトの製造工程で、予備成形ダイス孔型１と予備成形パンチ２、および仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形パンチ４の２種類の組み合わせを用いた工程例を示したもので、このダイス孔型１、３と成形パンチ２、４の型構成は図３（ａ）〜（ｄ）に示した型構成と基本的には同様である。予備成形ダイス孔型１には、傾斜内周面５を介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ａおよび内径が小さい小径側成形部６ｂからなる貫通孔７が形成され、大径側成形部６ａの内径は、ボルト素材８の挿入を容易にするため、ボルト素材８と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成され、小径側成形部６ｂの内径は、加工するねじ径に対応した大きさに形成されている。そして、貫通孔７の図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９が形成されている。小径側成形部６ｂには、ノックアウト１０が組み込まれている。予備成形パンチ３には、ボルト素材８の直径ｄよりもやや大きい、ボルト素材８の端面保持用の円形凹部のパンチ型穴２ａが形成されている。
【００１９】
図１（ａ）は、所定の長さに切断されたボルト素材８が予備成形ダイス孔型１に挿入、セットされ、予備成形パンチ２をボルト素材８の端面８ａに接触させた状態を示している。この状態から、予備成形パンチ２で端面８ａを押圧すると、図１（ｂ）に示すように、ボルト素材８は予備成形ダイス孔型１内に充満して、大径軸部１２ａと、ねじが加工される小径軸部１２ｂと、これらの軸部１２ａと１２ｂの間に、傾斜軸部１２ｃが形成され、ボルト素材８の上端部側に膨出部１２ｄが形成されたボルト予備成形材１２が成形される。前記ボルト予備成形材１２の仕上げ成形に用いる仕上げ成形ダイス孔型３は、図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、予備成形ダイス孔型１と同様に、傾斜内周面５ａを介してボルト軸部成形部の内径が大きい大径側成形部６ｃおよび内径が小さい小径側成形部６ｄからなる貫通孔７ａが形成され、大径側成形部６ｃの内径は、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、ボルト予備成形材１２と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成されている。そして、予備成形ダイス孔型１と同様に、貫通孔７ａの図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９ａが形成されている。小径側成形部６ｄには、ノックアウト１０ａが、図１（ｃ）に示したように、組み込まれており、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入したとき、ボルト予備成形材１２は傾斜内周面５ａにあたって止まり、この状態でノックアウト１０ａがボルト予備成形材１２の先端面に接触するように調節される。このとき、ボルト予備成形材１２の軸部体積が仕上げボルト成形材１３の軸部体積よりも大きくなるように、仕上げ成形ダイス孔型３の、大径成形部６ｃ、傾斜内周面５ａ、小径成形部６ｄおよびノックアウト１０ａで形成される仕上げ成形用ダイス３の型容積が予め設計されているため、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇ（膨出部１２ｄと大径軸部１２ａとの境界の部位）が仕上げ成形ダイス孔型３の外側にあって、その端縁Ｒ部９ａに接触していない状態にある。この状態から、仕上げ成形用パンチ４でボルト予備成形材１２の端面１２ｅを押圧すると、図１（ｄ）に示したように、ボルト予備成形材１２は仕上げ成形ダイス孔型３内に充満して、大径軸部１３ａ、小径軸部１３ｂおよびこれらの軸部の間の傾斜軸部１３ｃが仕上げ成形され、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄが仕上げ成形用パンチ４のパンチ型穴４ａ内に完全充満してボルト頭部１３ｄが仕上げ成形される。仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形用パンチ４の間からはみ出したフランジ部１３ｆはトリミング工程で所要の寸法に仕上げ加工される。このようにして、２組のダイス孔型１、３とパンチ２、４を用いて、棒状のボルト素材８が予備成形と仕上げ成形を受けて、冷間圧造ボルトが形成される。なお、ボルト予備成形材１２の、大径軸部１２ａと小径軸部１２ｂと傾斜軸部１２ｃからなるボルト軸部の体積Ｖ１と、ボルト仕上げ成形材１３の、大径軸部１３ａと小径軸部１３ｂと傾斜軸部１３ｃからなるボルト軸部の体積Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）を、ボルト予備成形ボルト１２の大径側軸部１２ａの断面積Ｓ１で除した値（（Ｖ１−Ｖ２）／Ｓ１）が、仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａのＲの５０％よりも大きく、ボルト仕上げ成形材１３の大径側軸部１３ａの直径の５０％以下であることが望ましい。
【００２０】
図１（ｃ）に示したように、仕上げ成形工程では、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａに接触せず、このダイス孔型３の外側にあるため、仕上げ成形パンチ４で膨出部１２ｄを打圧すると、首下Ｒ部１２ｇ近傍から膨出部１２ｄにかけての材料が、仕上げ成形ダイス孔型３の端面３ａに沿って流れ、膨出部１２ｄが拡径して仕上げ成形パンチ４の型穴４ａに充満してボルト頭部が形成される。このように、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａで加工を受けないため、ボルト頭部１３ｄの首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積せず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。なお、予備成形ダイス孔型１および仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９、９ａの代わりに端縁面取り部を設けた場合にも、上述と同様に、ボルト予備成形材の首下部１２が仕上げ成形ダイス孔型３の端縁面取り部で加工を受けないようにして、ボルト頭部１３ｄの首下部に歪が蓄積させず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。
【００２１】
図１（ｃ）に示したように、ボルト予備成形材１２と仕上げ成形ダイス孔型３との間には、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、若干の間隙が存在する。また、ボルト予備成形材１２の先端面には、ボルト素材８を素線（線材）からせん断により切り出した際の凹凸や傾斜が残っている場合がある。このため、図２（ａ）に示すように、仕上げ成形工程で、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａのボルト軸部成形部内壁、すなわち前記のボルト軸部の大径側成形部６ｃ（ボルト大径軸部１２ａの成形部）の内壁との交点（接点）Ｃに対向する大径軸部１２ａの位置Ａと、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇとボルト大径軸部１２ａ側との交点（接点）Ｂとの軸方向の距離ΔＬは、ボルト予備成形材１２と仕上げ成形ダイス孔型３との間隙および素材せん断面の凹凸や傾斜の影響による、前記ボルト軸部１２ａの位置Ａとボルト大径軸部１２ａ側との接点Ｂの相対位置のずれを考慮して決定する必要がある。この位置Ａと交点（接点）Ｂとの軸方向の距離ΔＬ（位置Ａから見て交点（接点）Ｂの方向を正の値にとる）は、当該ボルト大径軸部１２ａの直径の、１０％より大きく、５０％を超えない範囲が望ましい。１０％以下であると（図２（ｂ）は距離ΔＬが負の値となる場合を示している）、仕上げ成形工程で、仕上げボルト成形材１３の首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積されて硬度が上昇し、遅れ破壊抵抗性（耐遅れ破壊性）に悪影響を及ぼすおそれがあり、５０％を超えると、仕上げ成形ダイス孔型３の端面３ａから外側のボルト軸長が長くなりすぎて、ボルト軸部に折れ込みや微小な座屈が発生する原因となる。
【００２２】
図１に示した実施形態では、図１（ａ）、（ｂ）の予備成形工程で、小径軸部１２ｂの成形を完了した後、図１（ｃ）、（ｄ）に示したように仕上げ成形を行なうため、首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３内に押し込まれず、ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａで加工を受けないため、前述のように、ボルト頭部１３ｄの首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積せず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。これに対して、図４に示した加工工程では、図４（ａ）、（ｂ）に示す予備成形工程で膨出部１２ｄを形成し、図４（ｃ）、（ｄ）に示す仕上げ成形工程でボルト頭部１３ｄと小径軸部１３ｂを同時に成形するため、予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の外側にあっても、仕上げ成形パンチ４で打圧を開始すると、大径軸部１３ａに成形されるボルト軸部の直径が若干増加しながら仕上げ成形ダイス孔型内３に押し込まれるため、ボルト仕上げ成形材１３の首下Ｒ部１３ｇおよびその近傍の大径軸部１３ａの歪が増加する。このため、小径軸部１３ｂの成形を予備成形工程で完了するようにすれば、この歪の増加を回避できる。
【実施例】
【００２３】
Ｍ８フランジ付き六角ボルトの圧造工程を対象にして以下の試験を実施した。ボルト軸部の、ねじが形成される小径部直径が７ｍｍ、その軸長が２５ｍｍ、軸長５ｍｍのテーパ部を介して、大径部直径が８ｍｍ、その軸長が２０ｍｍの冷間圧造上がりのボルト寸法（首下Ｒ部を除くボルト軸部長さ４９．５ｍｍ）に対して、本発明の実施例では、ボルト予備成形材１２の、首下Ｒ部を除くボルト軸部長さを５１ｍｍとした。図３に示した圧造方法を比較例１とし、この比較例１では、ボルト予備成形材１２の、首下Ｒ部を除くボルト軸部長さを４７ｍｍとし、図４に示した圧造方法を比較例２とし、この比較例２では、予備成形工程では軸部の小径部を成形せず、仕上げ成形工程で、ボルト頭部の成形と同時に小径部の成形を行なった。ボルト素材として、鋼種がＳＡＥ規格の１５１３、１５２４、１５３６の線材を伸線後、所要の長さに切断した棒状素材を用いた。
【００２４】
実施例および比較例１、２のボルト仕上げ成形材の耐遅れ破壊試験として行なった酸大気遅れ破壊試験は、試験片（ボルト仕上げ成形材）を１５％ＨＣｌの酸溶液中に３０分間浸漬後、水洗・乾燥し、大気中で各試験片の引張り強度の９０％の応力を１００時間以上作用させて、試験片の破断状況を調査した。実施例、比較例１、２ともに、各鋼種について１０本の試験を行なった。表１に試験結果を示す。表１で、○印は、前記応力を作用させて１０本の試験片すべてが１００時間以上破断しなかったことを示し、×印は、１００時間以下で、１本の試験片でも破断したことを示す。備考欄には、破断が発生した試験片本数を記した。
【００２５】
表１から、比較例１、２では、ＳＡＥ１５１３に比べて、遅れ破壊に対する感受性を高めるＣ量の多いＳＡＥ１５３６、１５２４の両鋼種で遅れ破壊が発生したのに対して、実施例では、ＳＡＥ１５１３、１５２４、１５３６のいずれの鋼種でも、すべての試験片で破断が発生せず、本発明が遅れ破壊の防止に極めて優れているという効果が確認された。
【００２６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）〜（ｄ）実施形態のボルトの圧造方法を示す説明図である。
【図２】（ａ）仕上げ成形開始時のボルト予備成形材と仕上げ成形ダイス孔型との位置関係を示す説明図である（実施形態）。（ｂ）同上（従来技術）
【図３】（ａ）〜（ｄ）従来技術のボルトの圧造方法（比較例１に対応）を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）従来技術のボルトの圧造方法（比較例２に対応）を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：予備成形ダイス孔型 ２：予備成形パンチ ２ａ：パンチ型穴
３：仕上げ成形ダイス孔型 ３ａ：ダイス孔型端面 ４：仕上げ成形用パンチ
４ａ：パンチ型穴 ５、５ａ：傾斜内周面 ６ａ、６ｃ：大径側成形部
６ｂ、６ｄ：小径側成形部 ７、７ａ：貫通孔 ８：ボルト素材
８ａ：素材端面 ９、９ａ：端縁Ｒ部 １０、１０ａ：ノックアウト
１２：ボルト予備成形材 １３：ボルト仕上げ成形材
１２ａ、１３ａ：ボルト大径軸部 １２ｂ、１３ｂ：ボルト小径軸部
１２ｃ、１３ｃ：傾斜軸部 １２ｄ：膨出部 １２ｅ：ボルト予備成形材端面 １３ｄ：ボルト頭部 １２ｇ、１３ｇ：首下Ｒ部 １３ｆ：フランジ部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸状部品の冷間加工方法に係り、具体的には、遅れ破壊抵抗性に優れたボルト頭部が形成された非調質ボルトの圧造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や機械類および建築構造物などに使用される締結部品のボルトは、熱間圧延により製造した線材に酸洗または機械的方法によりデスケーリング処理を施した後、加工性向上のため、球状化焼鈍等の熱処理を施して伸線加工により所要の寸法に仕上げて、通常冷間圧造により成形され、成形されたボルトは所定の強度レベルに達するように焼入れ焼戻し処理される製造工程が従来から採用されていた。しかし、冷間圧造前後に、長時間を要する球状化焼鈍等の熱処理や焼入れ焼戻し処理を行うと、ボルト製造工程が長くなり、製造コストも高くなる。このため、ボルト製造工程の簡素化による省エネルギーおよび製造コスト低減等を目的として、ボルト成形前後の球状化焼鈍や焼入れ焼戻しなどの熱処理を省略できる非調質ボルトが注目を集め、高強度の非調質アプセットボルトの製造技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このような非調質ボルトでも、高強度になると、締結により応力が作用してからある時間経過した後に突然脆性破断する遅れ破壊が問題となる。この遅れ破壊は、ボルト締結状態での応力集中部、すなわち、ねじ底部やボルト頭部首下部が起点となって発生し、一般に硬度と密接に関連する鋼材の強度が高い程、遅れ破壊感受性が高いことが知られており、非調質ボルトにおいても遅れ破壊を防止することが重要な課題となっている。
【０００３】
頭部と軸部からなるボルトの製造方法としては、例えば、特許文献２に、端部にボルト頭形成用の六角形の型穴が形成されたダイスに、所定長さの棒状の金属材料をセットして、まず、第１パンチにより、前記金属材料を型穴に打ち込んでその端部を予備成形し、次いで、外周が型穴の内周と同形の六角形に形成された第２パンチを型穴内に進入させて前記金属材料を押圧して仕上げ成形することにより、六角形の頭部と軸部からなる六角頭ボルトの製造方法が開示されている。一般にボルト頭部が形成されたボルトの冷間圧造による製造工程では、ダイス型穴とパンチとを複数組み合わせて成形が行なわれ、その過程で、線材から作製されたボルト素材は少なくとも１回以上の予備成形と仕上げ成形をそれぞれ受ける。
【０００４】
図３（ａ）〜（ｄ）は、従来の、冷間圧造による六角頭ボルトの製造工程で、予備成形ダイス孔型１と予備成形パンチ２、および仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形パンチ４の２種類の組み合わせを用いた工程例を示したものである。予備成形ダイス孔型１には、傾斜内周面５を介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ａおよび内径が小さい小径側成形部６ｂからなる貫通孔７が形成され、大径側成形部６ａの内径は、ボルト素材８の挿入を容易にするため、ボルト素材８と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成され、小径側成形部６ｂの内径は、加工するねじ径に対応した大きさに形成されている。そして、貫通孔７の図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９が形成されている。小径側成形部６ｂには、ノックアウト１０が組み込まれている。予備成形パンチ２には、ボルト素材８の直径ｄよりもやや大きい、ボルト素材８の端面保持用の円形凹部のパンチ型穴２ａが形成されている。
【０００５】
図３（ａ）は、所定の長さに切断されたボルト素材８が予備成形ダイス孔型１に挿入、セットされ、予備成形パンチ２をボルト素材８の端面８ａに接触させた状態を示している。この状態から、予備成形パンチ２で端面８ａを押圧すると、図３（ｂ）に示すように、ボルト素材８は予備成形ダイス孔型１内に充満して大径軸部１２ａとねじが加工される小径軸部１２ｂと、其の間に傾斜軸部１２ｃが形成され、ボルト素材８の上端部側に膨出部１２ｄが形成されたボルト予備成形材１２が成形される。
【０００６】
前記ボルト予備成形材１２の仕上げ成形に用いる仕上げ成形ダイス孔型３は、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、予備成形ダイス孔型１と同様に、傾斜内周面５ａを介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ｃおよび内径が小さい小径側成形部６ｄからなる貫通孔７ａが形成され、大径側成形部６ｃの内径は、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、ボルト予備成形材１２と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成されている。そして、予備成形ダイス孔型１と同様に、貫通孔７ａの図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９ａが形成されている。図３（ｃ）に示したように、小径側成形部６ｄにはノックアウト１０ａが組み込まれ、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入して、この状態から仕上げ成形用パンチ４でボルト予備成形材１２の端面１２ｅを押圧する。この押圧により、図３（ｄ）に示したように、ボルト予備成形材１２は仕上げ成形ダイス孔型３に充満して大径軸部１３ａおよび小径軸部１３ｂが仕上げ成形され、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄが仕上げ成形パンチ４の型穴４ａ内に完全充満してボルト頭部１３ｄが仕上げ成形される。仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形用パンチ４の間からはみ出したフランジ部１３ｆはトリミング工程で所要の寸法に仕上げ加工される。このようにして、２組のダイス孔型１、３とパンチ２、４を用いることにより、棒状のボルト素材８が予備成形と仕上げ成形を受けて、冷間圧造ボルトが形成される。
【特許文献１】特開２００３−１１３４４４号公報
【特許文献２】特開平１０−２１１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、図３（ａ）〜（ｄ）に示した冷間圧造方法では、ボルト首下Ｒ部１２ｇには、同図（ａ）、（ｂ）に示した予備成形段階から加工歪が累積されて硬度が上昇しており、このボルト首下Ｒ部１２ｇは、図２（ｂ）に示すように、図３（ｃ）、（ｄ）に示した仕上げ成形段階で仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａに直接接触して圧造され、さらに加工歪が累積して硬度が上昇するため、このボルト首下Ｒ部１２ｇの部位を起点として遅れ破壊が発生しやすくなる。特許文献２に開示されたボルトの製造方法についても同様である。また、特許文献１に開示された高強度非調質アプセットボルトの製造方法では、ボルト素材の組成、ボルト素材（線材）の伸線加工とボルト成形後の熱処理によって耐遅れ破壊性を改善する方法が開示されているが、圧造方法については何も記載されていない。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、高強度非調質アプセットボルトの耐遅れ破壊性についてボルト成形面から検討し、遅れ破壊防止に有効なボルトの圧造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、この発明では以下の構成を採用したのである。
【００１０】
請求項１に係るボルトの圧造方法、棒状の金属材料を、予備成形ダイス孔型内に挿入して、少なくとも１回以上、予備成形パンチで、挿入した前記金属材料を押圧して予備成形した後、予備成形により押圧側が膨出したボルト予備成形材を、ノックアウトを備えた仕上げ成形ダイス孔型内に挿入し、仕上げ成形パンチで押圧側の膨出部をボルト頭部に成形してボルト仕上げ成形材を形成するボルトの冷間圧造方法であって、前記ボルト予備成形材の軸部体積を、前記ボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
非調質ボルトでは、冷間圧造により蓄積された歪量が多い程、硬度が高くなる。一般に、歪量は被加工材の形状や成形工程に依存するため、成形後のボルトの形状や部位により歪量が異なり、したがって、硬度が異なる。非調質ボルトの場合、ボルト頭部直下の首下部で歪が多く蓄積されるため、締結により応力が作用したとき、この首下部で破断することが多い。上記のように、ボルト仕上げ成形材の軸部体積が、ボルト予備成形材の軸部体積よりも小さく形成するようにすれば、予備成形で膨出した部位の歪が、仕上げ成形でボルト頭部に成形されるときに、ボルト仕上げ成形材の首下部に蓄積されず、ボルト首下部に蓄積される歪が従来よりも少なくなって硬度が低減するため、締結による応力の作用下での遅れ破壊の発生を防止することができる。
【００１２】
請求項２に係るボルトの圧造方法は、前記ボルト予備成形材を前記仕上げ成形ダイス孔型内に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒのボルト軸部成形部内壁との交点に対向するボルト軸部の位置が前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位よりもノックアウト側にあることを特徴とする。
【００１３】
前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位（予備成形材の首下Ｒ部）が仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒ部で再度加工されると、ボルト仕上げ成形材の首下部に歪が集中し、硬度が上昇して遅れ破壊が発生しやすくなる。上記のように、ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位を仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒ部に接触しないようにすれば、ボルト予備成形材の首下Ｒ部は、仕上げ成形パンチで前記膨出部を打圧（圧縮）することにより、仕上げ成形ダイス孔型の端面に沿って流れ、前記膨出部が拡径し、仕上げ成形パンチの型穴に充満してボルト頭部が形成される。このため、予備成形材の首下Ｒ部が仕上げ成形ダイス孔型の端縁Ｒ部で加工を受けずに済み、ボルト頭部直下の首下Ｒ部に歪が蓄積して歪量が増大することを防止することができる。
【００１４】
請求項３に係るボルトの圧造方法は、前記ボルトが軸部先端側に小径軸部を有し、この小径軸部の成形を前記ボルトの予備成形で完了するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
仕上げ成形工程で、ボルト軸部先端側の小径軸部を成形する場合には、ボルト予備成形材の前記膨出部側の軸部が仕上げ成形ダイス孔型から突出した状態で仕上げ成形が開始されるため、この軸部の直径が若干増加しながら仕上げ成形ダイス孔型内に押し込まれるため、ボルト仕上げ成形材の首下Ｒ部およびその近傍の軸部の歪が増加する。このため、小径軸部の成形を予備成形で完了するようにすれば、この歪の増加を回避でき、遅れ破壊発生防止の点で有利である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明では、高強度非調質ボルトなどのボルトを予備成形工程と仕上げ成形工程で製造する際に、予備成形工程で成形したボルト予備成形材の軸部体積を、仕上げ成形工程で成形したボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するように工程設計したので、ボルト予備成形材のボルト頭部の予備成形部（膨出部）と軸部との境界の部位（予備成形材の首下Ｒ部）が仕上げ成形ダイス孔型端縁Ｒ部に接触せずに仕上げ成形し、ボルト頭部を形成することができる。それにより、ボルト頭部直下の首下Ｒ部への歪の蓄積、および歪量の増大による硬度の上昇が抑制され、締結による応力の作用下での遅れ破壊の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、この発明の実施形態を添付の図１および図２に基づいて説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は、実施形態の、冷間圧造による六角頭ボルトの製造工程で、予備成形ダイス孔型１と予備成形パンチ２、および仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形パンチ４の２種類の組み合わせを用いた工程例を示したもので、このダイス孔型１、３と成形パンチ２、４の型構成は図３（ａ）〜（ｄ）に示した型構成と基本的には同様である。予備成形ダイス孔型１には、傾斜内周面５を介してボルト軸部成形部の、内径が大きい大径側成形部６ａおよび内径が小さい小径側成形部６ｂからなる貫通孔７が形成され、大径側成形部６ａの内径は、ボルト素材８の挿入を容易にするため、ボルト素材８と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成され、小径側成形部６ｂの内径は、加工するねじ径に対応した大きさに形成されている。そして、貫通孔７の図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９が形成されている。小径側成形部６ｂには、ノックアウト１０が組み込まれている。予備成形パンチ３には、ボルト素材８の直径ｄよりもやや大きい、ボルト素材８の端面保持用の円形凹部のパンチ型穴２ａが形成されている。
【００１９】
図１（ａ）は、所定の長さに切断されたボルト素材８が予備成形ダイス孔型１に挿入、セットされ、予備成形パンチ２をボルト素材８の端面８ａに接触させた状態を示している。この状態から、予備成形パンチ２で端面８ａを押圧すると、図１（ｂ）に示すように、ボルト素材８は予備成形ダイス孔型１内に充満して、大径軸部１２ａと、ねじが加工される小径軸部１２ｂと、これらの軸部１２ａと１２ｂの間に、傾斜軸部１２ｃが形成され、ボルト素材８の上端部側に膨出部１２ｄが形成されたボルト予備成形材１２が成形される。前記ボルト予備成形材１２の仕上げ成形に用いる仕上げ成形ダイス孔型３は、図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、予備成形ダイス孔型１と同様に、傾斜内周面５ａを介してボルト軸部成形部の内径が大きい大径側成形部６ｃおよび内径が小さい小径側成形部６ｄからなる貫通孔７ａが形成され、大径側成形部６ｃの内径は、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、ボルト予備成形材１２と若干の間隙が生じる程度の大きさに形成されている。そして、予備成形ダイス孔型１と同様に、貫通孔７ａの図示上端縁には周方向にわたって端縁Ｒ部９ａが形成されている。小径側成形部６ｄには、ノックアウト１０ａが、図１（ｃ）に示したように、組み込まれており、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入したとき、ボルト予備成形材１２は傾斜内周面５ａにあたって止まり、この状態でノックアウト１０ａがボルト予備成形材１２の先端面に接触するように調節される。このとき、ボルト予備成形材１２の軸部体積が仕上げボルト成形材１３の軸部体積よりも大きくなるように、仕上げ成形ダイス孔型３の、大径成形部６ｃ、傾斜内周面５ａ、小径成形部６ｄおよびノックアウト１０ａで形成される仕上げ成形用ダイス３の型容積が予め設計されているため、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇ（膨出部１２ｄと大径軸部１２ａとの境界の部位）が仕上げ成形ダイス孔型３の外側にあって、その端縁Ｒ部９ａに接触していない状態にある。この状態から、仕上げ成形用パンチ４でボルト予備成形材１２の端面１２ｅを押圧すると、図１（ｄ）に示したように、ボルト予備成形材１２は仕上げ成形ダイス孔型３内に充満して、大径軸部１３ａ、小径軸部１３ｂおよびこれらの軸部の間の傾斜軸部１３ｃが仕上げ成形され、ボルト予備成形材１２の膨出部１２ｄが仕上げ成形用パンチ４のパンチ型穴４ａ内に完全充満してボルト頭部１３ｄが仕上げ成形される。仕上げ成形ダイス孔型３と仕上げ成形用パンチ４の間からはみ出したフランジ部１３ｆはトリミング工程で所要の寸法に仕上げ加工される。このようにして、２組のダイス孔型１、３とパンチ２、４を用いて、棒状のボルト素材８が予備成形と仕上げ成形を受けて、冷間圧造ボルトが形成される。なお、ボルト予備成形材１２の、大径軸部１２ａと小径軸部１２ｂと傾斜軸部１２ｃからなるボルト軸部の体積Ｖ１と、ボルト仕上げ成形材１３の、大径軸部１３ａと小径軸部１３ｂと傾斜軸部１３ｃからなるボルト軸部の体積Ｖ２との差（Ｖ１−Ｖ２）を、ボルト予備成形ボルト１２の大径側軸部１２ａの断面積Ｓ１で除した値（（Ｖ１−Ｖ２）／Ｓ１）が、仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａのＲの５０％よりも大きく、ボルト仕上げ成形材１３の大径側軸部１３ａの直径の５０％以下であることが望ましい。
【００２０】
図１（ｃ）に示したように、仕上げ成形工程では、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａに接触せず、このダイス孔型３の外側にあるため、仕上げ成形パンチ４で膨出部１２ｄを打圧すると、首下Ｒ部１２ｇ近傍から膨出部１２ｄにかけての材料が、仕上げ成形ダイス孔型３の端面３ａに沿って流れ、膨出部１２ｄが拡径して仕上げ成形パンチ４の型穴４ａに充満してボルト頭部が形成される。このように、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａで加工を受けないため、ボルト頭部１３ｄの首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積せず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。なお、予備成形ダイス孔型１および仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９、９ａの代わりに端縁面取り部を設けた場合にも、上述と同様に、ボルト予備成形材の首下部１２が仕上げ成形ダイス孔型３の端縁面取り部で加工を受けないようにして、ボルト頭部１３ｄの首下部に歪が蓄積させず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。
【００２１】
図１（ｃ）に示したように、ボルト予備成形材１２と仕上げ成形ダイス孔型３との間には、ボルト予備成形材１２の挿入を容易にするため、若干の間隙が存在する。また、ボルト予備成形材１２の先端面には、ボルト素材８を素線（線材）からせん断により切り出した際の凹凸や傾斜が残っている場合がある。このため、図２（ａ）に示すように、仕上げ成形工程で、ボルト予備成形材１２を仕上げ成形ダイス孔型３に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａのボルト軸部成形部内壁、すなわち前記のボルト軸部の大径側成形部６ｃ（ボルト大径軸部１２ａの成形部）の内壁との交点（接点）Ｃに対向する大径軸部１２ａの位置Ａと、ボルト予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇとボルト大径軸部１２ａ側との交点（接点）Ｂとの軸方向の距離ΔＬは、ボルト予備成形材１２と仕上げ成形ダイス孔型３との間隙および素材せん断面の凹凸や傾斜の影響による、前記ボルト軸部１２ａの位置Ａとボルト大径軸部１２ａ側との接点Ｂの相対位置のずれを考慮して決定する必要がある。この位置Ａと交点（接点）Ｂとの軸方向の距離ΔＬ（位置Ａから見て交点（接点）Ｂの方向を正の値にとる）は、当該ボルト大径軸部１２ａの直径の、１０％より大きく、５０％を超えない範囲が望ましい。１０％以下であると（図２（ｂ）は距離ΔＬが負の値となる場合を示している）、仕上げ成形工程で、仕上げボルト成形材１３の首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積されて硬度が上昇し、遅れ破壊抵抗性（耐遅れ破壊性）に悪影響を及ぼすおそれがあり、５０％を超えると、仕上げ成形ダイス孔型３の端面３ａから外側のボルト軸長が長くなりすぎて、ボルト軸部に折れ込みや微小な座屈が発生する原因となる。
【００２２】
図１に示した実施形態では、図１（ａ）、（ｂ）の予備成形工程で、小径軸部１２ｂの成形を完了した後、図１（ｃ）、（ｄ）に示したように仕上げ成形を行なうため、首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３内に押し込まれず、ダイス孔型３の端縁Ｒ部９ａで加工を受けないため、前述のように、ボルト頭部１３ｄの首下Ｒ部１３ｇに歪が蓄積せず、歪量の増大による硬度上昇を抑制することができる。これに対して、図４に示した加工工程では、図４（ａ）、（ｂ）に示す予備成形工程で膨出部１２ｄを形成し、図４（ｃ）、（ｄ）に示す仕上げ成形工程でボルト頭部１３ｄと小径軸部１３ｂを同時に成形するため、予備成形材１２の首下Ｒ部１２ｇが仕上げ成形ダイス孔型３の外側にあっても、仕上げ成形パンチ４で打圧を開始すると、大径軸部１３ａに成形されるボルト軸部の直径が若干増加しながら仕上げ成形ダイス孔型内３に押し込まれるため、ボルト仕上げ成形材１３の首下Ｒ部１３ｇおよびその近傍の大径軸部１３ａの歪が増加する。このため、小径軸部１３ｂの成形を予備成形工程で完了するようにすれば、この歪の増加を回避できる。
【実施例】
【００２３】
Ｍ８フランジ付き六角ボルトの圧造工程を対象にして以下の試験を実施した。ボルト軸部の、ねじが形成される小径部直径が７ｍｍ、その軸長が２５ｍｍ、軸長５ｍｍのテーパ部を介して、大径部直径が８ｍｍ、その軸長が２０ｍｍの冷間圧造上がりのボルト寸法（首下Ｒ部を除くボルト軸部長さ４９．５ｍｍ）に対して、本発明の実施例では、ボルト予備成形材１２の、首下Ｒ部を除くボルト軸部長さを５１ｍｍとした。図３に示した圧造方法を比較例１とし、この比較例１では、ボルト予備成形材１２の、首下Ｒ部を除くボルト軸部長さを４７ｍｍとし、図４に示した圧造方法を比較例２とし、この比較例２では、予備成形工程では軸部の小径部を成形せず、仕上げ成形工程で、ボルト頭部の成形と同時に小径部の成形を行なった。ボルト素材として、鋼種がＳＡＥ規格の１５１３、１５２４、１５３６の線材を伸線後、所要の長さに切断した棒状素材を用いた。
【００２４】
実施例および比較例１、２のボルト仕上げ成形材の耐遅れ破壊試験として行なった酸大気遅れ破壊試験は、試験片（ボルト仕上げ成形材）を１５％ＨＣｌの酸溶液中に３０分間浸漬後、水洗・乾燥し、大気中で各試験片の引張り強度の９０％の応力を１００時間以上作用させて、試験片の破断状況を調査した。実施例、比較例１、２ともに、各鋼種について１０本の試験を行なった。表１に試験結果を示す。表１で、○印は、前記応力を作用させて１０本の試験片すべてが１００時間以上破断しなかったことを示し、×印は、１００時間以下で、１本の試験片でも破断したことを示す。備考欄には、破断が発生した試験片本数を記した。
【００２５】
表１から、比較例１、２では、ＳＡＥ１５１３に比べて、遅れ破壊に対する感受性を高めるＣ量の多いＳＡＥ１５３６、１５２４の両鋼種で遅れ破壊が発生したのに対して、実施例では、ＳＡＥ１５１３、１５２４、１５３６のいずれの鋼種でも、すべての試験片で破断が発生せず、本発明が遅れ破壊の防止に極めて優れているという効果が確認された。
【００２６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）〜（ｄ）実施形態のボルトの圧造方法を示す説明図である。
【図２】（ａ）仕上げ成形開始時のボルト予備成形材と仕上げ成形ダイス孔型との位置関係を示す説明図である（実施形態）。（ｂ）同上（従来技術）
【図３】（ａ）〜（ｄ）従来技術のボルトの圧造方法（比較例１に対応）を示す説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）従来技術のボルトの圧造方法（比較例２に対応）を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：予備成形ダイス孔型 ２：予備成形パンチ ２ａ：パンチ型穴
３：仕上げ成形ダイス孔型 ３ａ：ダイス孔型端面 ４：仕上げ成形用パンチ
４ａ：パンチ型穴 ５、５ａ：傾斜内周面 ６ａ、６ｃ：大径側成形部
６ｂ、６ｄ：小径側成形部 ７、７ａ：貫通孔 ８：ボルト素材
８ａ：素材端面 ９、９ａ：端縁Ｒ部 １０、１０ａ：ノックアウト
１２：ボルト予備成形材 １３：ボルト仕上げ成形材
１２ａ、１３ａ：ボルト大径軸部 １２ｂ、１３ｂ：ボルト小径軸部
１２ｃ、１３ｃ：傾斜軸部 １２ｄ：膨出部 １２ｅ：ボルト予備成形材端面 １３ｄ：ボルト頭部 １２ｇ、１３ｇ：首下Ｒ部 １３ｆ：フランジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の金属材料を、予備成形ダイス孔型内に挿入して、少なくとも１回以上、予備成形パンチで、挿入した前記金属材料を押圧して予備成形した後、予備成形により押圧側が膨出したボルト予備成形材を、ノックアウトを備えた仕上げ成形ダイス孔型内に挿入し、仕上げ成形パンチで押圧側の膨出部をボルト頭部に成形してボルト仕上げ成形材を形成するボルトの冷間圧造方法であって、前記ボルト予備成形材の軸部体積を、前記ボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するようにしたことを特徴とするボルトの圧造方法。
【請求項２】
前記ボルト予備成形材を前記仕上げ成形ダイス孔型内に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒのボルト軸部成形部内壁との交点に対向するボルト軸部の位置が前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位よりもノックアウト側にあることを特徴とする請求項１に記載のボルトの圧造方法。
【請求項３】
前記ボルトが軸部先端側に小径軸部を有し、この小径軸部の成形を前記ボルトの予備成形で完了するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のボルトの圧造方法。
【請求項１】
棒状の金属材料を、予備成形ダイス孔型内に挿入して、少なくとも１回以上、予備成形パンチで、挿入した前記金属材料を押圧して予備成形した後、予備成形により押圧側が膨出したボルト予備成形材を、ノックアウトを備えた仕上げ成形ダイス孔型内に挿入し、仕上げ成形パンチで押圧側の膨出部をボルト頭部に成形してボルト仕上げ成形材を形成するボルトの冷間圧造方法であって、前記ボルト予備成形材の軸部体積を、前記ボルト仕上げ成形材の軸部体積よりも大きく形成するようにしたことを特徴とするボルトの圧造方法。
【請求項２】
前記ボルト予備成形材を前記仕上げ成形ダイス孔型内に挿入してセットした状態で、仕上げ成形ダイス孔型の孔型端縁Ｒのボルト軸部成形部内壁との交点に対向するボルト軸部の位置が前記ボルト予備成形材の膨出部と軸部との境界の部位よりもノックアウト側にあることを特徴とする請求項１に記載のボルトの圧造方法。
【請求項３】
前記ボルトが軸部先端側に小径軸部を有し、この小径軸部の成形を前記ボルトの予備成形で完了するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のボルトの圧造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１３６４６０（Ｐ２００７−１３６４６０Ａ）
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２９２０４（Ｐ２００５−３２９２０４）
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月７日（２００７．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月１４日（２００５．１１．１４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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