(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中実鋼材の引抜き加工方法であって、引抜き加工の最終パスに、出側テーパ角度の半角θ（゜）が下記  （１）式を満たすとともに、出側テーパ部長さＬ（ｍｍ）とベアリング部長さＥ（ｍｍ）との比が下記  （２）式を満たす孔ダイスを用いて、下記  （３）式及び  （４）式を満たす加工率で加工することを特徴とする引抜き加工方法。
０．０１゜≦θ≦０．５゜・・・（１）
１≦Ｌ／Ｅ≦１０・・・（２）
０．３≦１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝≦６・・・（３）
０．１０Ｄ≦Ｅ（ｄ／Ｄ）２  ≦０．３３Ｄ・・・（４）
ここで、Ｄは引抜き加工最終パスの孔ダイス入り側における被加工材の直径（ｍｍ）、ｄは前記孔ダイス出側における被加工材の直径（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の引抜き加工方法、なかでも孔ダイスを用いて線材、棒鋼や鋼線といった中実鋼材を引抜き加工する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
断面形状が円形の中実鋼材のうち線材や棒鋼は、圧延などの「１次加工」によって所望の寸法（直径）に仕上げられた後、更に、「２、３次加工」と称される熱処理や冷間引抜き加工、冷間鍛造加工及び冷間切削加工などの冷間加工工程を経て、自動車、各種産業機械などに広く用いられるシャフトやロッド、ボルトなどの最終部品に成形される。
【０００３】
上記部品の多くは、冷間加工後の断面形状（真円度、外径寸法など）や、材料長手方向の真直性に厳しい精度が要求され、断面形状精度の確保のために、例えば、前記の冷間引抜き加工が施される。しかし、冷間引抜き加工後の材料には大きな曲がりが生じることがあり、このため、例えば、２ロール矯正機や多ロール矯正機を用いた冷間での矯正加工によって材料長手方向真直性の確保がなされることがある。
【０００４】
ところで、冷間引抜き加工やその後の冷間矯正加工によって断面形状精度の確保及び材料長手方向真直性の確保がなされても、特にラックバーなどに代表される非軸対称部品のように、最終的に非軸対称の切削加工が施される場合には、材料長手方向に曲がりが発生する場合があり、その曲がり量が許容値を超えると、最終部品の形状修正が困難になってしまう。
【０００５】
引抜き加工後の切削加工時の曲がり発生防止に関する技術が、塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第３８巻第４３３号（１９９７年）の１４７〜１５２ページに「棒鋼・線材の引抜き条件と残留応力の解析」として開示されている。すなわち、前記論文には、引抜き加工に使用するダイスに関し、従来のダイス角度１４゜から８゜に小さくすることにより、曲がりを大幅に軽減できることが記されている。
【０００６】
上記の技術によれば、確かに曲がり量の軽減は可能である。しかし、たとえダイス角度を変更しても、そのＦｉｇ．４（ａ）に示されているように、引抜き加工後の材料断面内には依然として大きな軸方向残留応力が存在しており、したがって、前記ラックバーなどのように非軸対称の切削加工を行う場合には、最終部品の形状修正が困難な曲がりが生ずる場合があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みなされたもので、断面形状が円形の中実鋼材、すなわち線材、棒鋼や鋼線を孔ダイス（以下、単にダイスともいう）を用いて引抜き加工する方法、なかでも引抜き加工後に後述の非軸対称切削加工を行った場合に、被加工材の曲がり発生量を無次元曲率ｒ／ρで０．０００８以下に抑制できる引抜き加工方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記に示す引抜き加工方法を要旨とする。
【０００９】
すなわち、「中実鋼材の引抜き加工方法であって、引抜き加工の最終パスに、出側テーパ角度の半角θ（゜）が下記  （１）式を満たすとともに、出側テーパ部長さＬ（ｍｍ）とベアリング部長さＥ（ｍｍ）との比が下記  （２）式を満たす孔ダイスを用いて、下記  （３）式及び  （４）式を満たす加工率で加工することを特徴とする引抜き加工方法。
【００１０】
０．０１゜≦θ≦０．５゜・・・（１）
１≦Ｌ／Ｅ≦１０・・・（２）
０．３≦１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝≦６・・・（３）
０．１０Ｄ≦Ｅ（ｄ／Ｄ）２  ≦０．３３Ｄ・・・（４）」である。
【００１１】
ここで、Ｄは引抜き加工最終パスの孔ダイス入り側における被加工材の直径（ｍｍ）、ｄは前記孔ダイス出側における被加工材の直径（ｍｍ）を意味する。
【００１２】
本発明者らは、中炭素鋼線を供試材として引抜き加工を種々の条件で行い、次いで、後述の非軸対称切削加工を施し、切削加工後の被加工材の長手方向の曲がり量を測定した。その結果、下記の知見を得た。
（ａ）引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量は、ダイス形状としての出側テーパ部長さＬ（ｍｍ）、ベアリング部長さＥ（ｍｍ）、出側テーパ角度２θ、したがってその半角θ（゜）に大きく影響される。なお、図１は、上記Ｌ、Ｅ、θの形状のダイスを用いて直径Ｄ（ｍｍ）の鋼線を直径ｄ（ｍｍ）に引抜き加工する状況を示す図である。
【００１３】
（ｂ）引抜き加工の最終パスの加工率（減面率）が、引抜き加工後に非軸対称切削加工（以下、単に切削加工ともいう）を施した場合の曲がり量に大きく影響する。したがって、引抜き加工の最終パスの加工率を調整することで、前記の曲がり量を抑制することができる。
【００１４】
そこで更に、各種の合金鋼線やステンレス鋼線を供試材とした引抜き加工を種々の条件で行い、次いで、後述の非軸対称切削加工を施し、切削加工後の被加工材の長手方向の曲がり量を測定した。その結果、上記（ａ）、（ｂ）が合金鋼線やステンレス鋼線を供試材とする場合にも成り立つことが確認できた。
【００１５】
本発明は、上記の知見に基づき完成されたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各要件について説明する。
最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θ：
図２は、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θ（゜）及び引抜き加工の最終パスの加工率（減面率）すなわち、１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝の値の影響の一例として、直径Ｄが３０ｍｍであるＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に記載のＳ４５Ｃの棒鋼を引抜き加工して種々の直径ｄ（ｍｍ）に加工した場合の状況を示すものである。
【００１７】
なお、引抜き加工後切削加工を施した場合の曲がり量は、無次元曲率ｒ／ρで評価した。この無次元曲率（ｒ／ρ）は、引抜き加工された棒鋼を直径ｄ（ｍｍ）に対して４５％、すなわち０．４５ｄ平面切削加工した後、切削加工されていない側の稜線座標を三次元測定機により測定することで曲率半径ρ（ｍｍ）を算出し、次いで引抜き加工後の棒鋼の半径ｒ（すなわち、ｄ／２）（ｍｍ）を上記曲率半径ρで除して求めたものである。
【００１８】
図２に一例を示したように、最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θが０．５゜を超えて１．０゜になると、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量が急激に増加し、前記無次元曲率ｒ／ρの値が０．０００８を超えてしまう。一方、最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θが０．０１゜より小さい場合、切削後の曲がり量を抑制できるものの、ダイスとの接触による引抜き荷重の増加やダイスとの焼き付きなどの問題が生じる。したがって、最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θに関し、前記  （１）式を満たすように規定した。
【００１９】
最終パスダイスの出側テーパ部長さとベアリング部長さとの比（Ｌ／Ｅ）：
図３は、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす最終パスダイスのＬ／Ｅの影響の一例として、直径Ｄが３０ｍｍであるＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に記載のＳ４５Ｃの棒鋼を引抜き加工して２９．４ｍｍの直径ｄに加工し、次いで、この引抜き加工後の棒鋼を直径ｄに対して４５％、すなわち１３．２ｍｍ平面切削加工した場合の状況を示すものである。なお、この図３においても引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量は、無次元曲率ｒ／ρで示した。
【００２０】
図３に一例を示したように、最終パスダイスのＬ／Ｅの値が１より小さい場合、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量が急激に増加し、無次元曲率ｒ／ρの値が０．０００８を超えてしまう。一方、最終パスダイスのＬ／Ｅの値が３０を超える場合、前記曲がり量は抑制できるものの、ダイス自体の大きさが極端に大きくなり、工業的には適用が困難になる。したがって、最終パスダイスの出側テーパ部長さとベアリング部長さとの比であるＬ／Ｅの値に関し、前記  （２）式を満たすように規定した。
【００２１】
引抜き加工の最終パスの加工率
既に述べた図２から明らかなように、引抜き加工の最終パスの加工率（減面率）すなわち、１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝の値が６を超えると前記の無次元曲率ｒ／ρが急激に増加する。一方、１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝の値が０．３を下回ると、断面形状精度を確保することが困難になるとともに、材料断面内において塑性変形を受ける領域が極端に少なくなって残留応力が生ずる場合があり、この場合には曲がりを抑制できないことになる。したがって、引抜き加工最終パスの加工率に関し、前記  （３）式を満たすように規定した。
【００２２】
図４は、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす最終パスダイスのベアリング部長さの影響の一例として、直径Ｄが３０ｍｍであるＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に記載のＳ４５Ｃの棒鋼を種々のベアリング部長さＥ（ｍｍ）のダイスで最終パスの引き抜き加工を行って直径ｄが２９．４ｍｍにした場合の状況を示すものである。なお、この図４においても引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量は、前記の無次元曲率ｒ／ρで示した。
【００２３】
図４に一例を示したように、最終パスダイスのベアリング部長さＥ（ｍｍ）と最終パスダイスでの引抜き加工後及び引抜き加工前の棒鋼の直径比（ｄ／Ｄ）の２乗との積であるＥ（ｄ／Ｄ）２  の値が０．１０Ｄより小さいか、０．３３Ｄを超える場合には無次元曲率ｒ／ρの値が０．０００８を超えてしまう。したがって、引抜き加工最終パスの加工率に関し、前記  （４）式も満たすように規定した。
【００２４】
以下、本発明を実施例によって更に詳しく説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学組成を有する鋼１と鋼２を通常の方法によって溶製した。鋼１と鋼２はそれぞれＪＩＳ  Ｇ  ４０５１に記載のＳ４５ＣとＪＩＳ  Ｇ  ４１０４に記載のＳＣｒ４２０に相当する鋼である。なお、Ｔｉは不純物として含まれていたものである。
【００２６】
【表１】
0003608489.tif 000002
これらの鋼を通常の方法によって鋼片とした後、１２３０℃に加熱してから１２００〜９５０℃の温度で直径３３ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、その後常温まで空冷した。
【００２７】
このようにして得られた丸棒の外表面を切削加工によって直径が３０ｍｍで長さが１ｍの試験片を作製した。
【００２８】
次いで、上記試験片に通常の方法で燐酸亜鉛被膜処理を施し、ドローベンチ試験機を用いて直径ｄが２８〜２９．４ｍｍとなるよう種々の条件で引抜き加工を行った。この後更に、フライスによって、その直径ｄに対して４５％の割合で平面切削加工を行い、切削加工後の長手方向の曲がり量を測定した。なお、曲がり量の測定は、既に述べた条件で無次元曲率ｒ／ρの値を求めることによって行った。
【００２９】
表２に、引抜き加工条件を示す。なお、本実施例の場合、ドローベンチ試験機を用いた１回の引抜き加工で最終の寸法にしたので、この加工パスそのものが引抜き加工の最終パスとなる。
【００３０】
【表２】
0003608489.tif 000003
表２から、本発明に係る試験番号１〜５においては、切削加工後の長手方向の曲がり量を無次元曲率ｒ／ρで０．０００８以下に抑制できることが明らかである。
【００３１】
これに対して、本発明で規定する条件を外れた試験番号６、７、９及び１０においては、切削加工後の長手方向の曲がり量は無次元曲率ｒ／ρで０．０００８を超えている。なお、試験番号８は、焼き付きが発生したので、フライスによる平面切削加工及び加工後の長手方向の曲がり量測定は行わなかった。
（実施例２）
表３に示す化学組成を有する鋼３〜５を通常の方法によって溶製した。鋼３、鋼４、鋼５はそれぞれＪＩＳ  Ｇ  ４０５１、ＪＩＳ  Ｇ  ４１０４及びＪＩＳ  Ｇ  ４３０８に記載のＳ２５Ｃ、ＳＣｒ４４０及びＳＵＳ３０４に相当する鋼である。なお、鋼３、鋼４おけるＴｉと、鋼５におけるＴｉ、Ａｌは不純物として含まれていたものである。
【００３２】
【表３】
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これらの鋼を通常の方法によって鋼片とした後、１２００〜１２５０℃に加熱してから１２００〜９５０℃の温度で直径３８ｍｍの丸棒に熱間鍛造し、その後常温まで空冷した。
【００３３】
このようにして得られた丸棒の外表面を切削加工によって直径が３５ｍｍで長さが１ｍの試験片を作製した。
【００３４】
次いで、上記試験片に通常の方法で燐酸亜鉛被膜処理を施し、ドローベンチ試験機で孔ダイスを２回以上用いて直径３０ｍｍまで多パスの引抜き加工を行い、その後最終パスの引抜き加工を行って、直径ｄを２８〜２９．４ｍｍに仕上げた。この後更に、フライスによって、その直径ｄに対して４５％の割合で平面切削加工を行い、切削加工後の長手方向の曲がり量を測定した。なお、曲がり量の測定は、既に述べた条件で無次元曲率ｒ／ρの値を求めることによって行った。
【００３５】
表４に、直径ｄを２８〜２９．４ｍｍに仕上げたドローベンチ試験機を用いた最終パスの条件を示す。
【００３６】
【表４】
0003608489.tif 000005
表４から、本発明に係る試験番号１１〜１５においては、切削加工後の長手方向の曲がり量を無次元曲率ｒ／ρで０．０００８以下に抑制できることが明らかである。
【００３７】
これに対して、本発明で規定する条件を外れた試験番号１６、１７、１９及び２０においては、切削加工後の長手方向の曲がり量は無次元曲率ｒ／ρで０．０００８を超えている。なお、試験番号１８は、焼き付きが発生したので、フライスによる平面切削加工及び加工後の長手方向の曲がり量測定は行わなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の引抜き加工方法によれば、引抜き加工後に非軸対称切削加工を行っても、被加工材の曲がり量を抑制できるので、断面形状精度の確保と材料長手方向における真直性の確保を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】孔ダイスを用いて直径Ｄ（ｍｍ）の鋼線を直径ｄ（ｍｍ）に引抜き加工する状況を示す図である。
【図２】引抜き加工後切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす最終パスダイスの出側テーパ角度の半角θ及び引抜き加工の最終パスの加工率（減面率）すなわち、１００｛１−（ｄ／Ｄ）２  ｝の値の影響の一例を示す図である。
【図３】最終パスダイスのＬ／Ｅが、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす影響の一例を示す図である。
【図４】最終パスにおけるダイスと加工率とが、引抜き加工後に切削加工を施した場合の曲がり量に及ぼす影響の一例を示す図である。
【符号の説明】
Ｌ：ダイスの出側テーパ部長さ（ｍｍ）
Ｅ：ダイスのベアリング部長さ（ｍｍ）
θ：ダイスの出側テーパ角度の半角（゜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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