ボルトやネジは最も基本的な機械部品であり、自動車、産業機械、建築などさまざまな業界で幅広く使用されています。ボルトの最大の特徴は、溶接やリベット止めと異なり、一度締めた後でも取り外しが容易で、締め直すことで再利用できることです。-
チタンボルトの製造工程
ボルトの製造材料はコイル状のワイヤーが一般的です。酸洗、潤滑、焼鈍、伸線などの二次加工を行った後、ボルトの頭とネジ山が形成され、熱処理され、冷間鍛造で表面処理されます。-製品の種類によっては、ねじ加工前に熱処理が必要なものと、熱処理を必要としないものがあります。二次加工は専門の担当者が行うのが一般的ですが、ボルト製造工場で行う場合もあります。
ボルト頭部の成形とは、一般的にアプセット加工と呼ばれる、アプセット機やプッシャーピンマシンなどの鍛造機械を用いてボルト頭部を冷間鍛造する工程を指します。冷間鍛造は、冷間プレスとも呼ばれ、室温での加工を指します。これは、加工前に材料を加熱する温間加工や熱間加工と対比される用語です。鍛造プロセスでは、コイル状の鋼を適切な長さに切断し、複数の鍛造金型を使用して材料をプレスします。鍛造には、据え込み加工、深絞り加工、逆押出加工、仕上げ加工の 4 つの工程が含まれます。アプセットでは、材料の一端から絞り、元の直径を超えて拡張します。逆に、深絞りでは材料の一端から絞り、直径を小さくします。逆押出では、材料を一端から小さい直径のダイに押し込み、外側に押し出すと同時に穴を作成します。仕上げには、鍛造金型を使用して余分な厚みを取り除きます。製品の形状に応じて、これらの方法を単独または組み合わせて使用できます。複雑な形状になると段階的に製品を成形するため、より多くの加工工程が必要になりますが、通常のボルトはわずか 2 ～ 5 工程で成形できます。
ねじ部の成形工程は、ボルトねじ成形工程において、転造機を用いて冷間鍛造してねじ山を成形する工程です。成形方法はボルト頭と同様です。ネジ形状は、ブランクを2組の鍛造金型で挟み込み、一方の金型を回転させながらブランクを回転させ、塑性加工によりネジ形状に成形します。ねじの成形に使用される鍛造型を「転造成形型」といいます。転造機には平鍛造型転造機、丸鍛造型転造機、遊星転造機の3種類があります。平鍛造ダイス転造成形機は、通常の転造ダイスを 2 つ使用します。 1 つは固定され、もう 1 つは前後に移動してブランクを丸めて成形します。丸鍛造型転造成形機は、平行な2つの円筒状の転造成形型を同じ方向に回転させ、2つの型の間に挟まれた素材を転がして成形します。遊星転造機は、円筒鍛造金型と扇形鍛造金型で素材を挟み込み、円筒鍛造金型を回転させることで素材を転造、成形します。
冷間鍛造と熱処理によって形成されるボルトは、一般的に塑性加工に適した硬度を持った材料で作られます。炭素含有量が高い、または合金元素が添加された材料は本質的に硬く、加工が難しいため、柔らかくするために焼きなましが必要なものもあります。ほとんどの材料は冷間鍛造条件では必要な強度を満たすことができません。冷間鍛造後に行われる熱処理は、ボルトに必要な強度と機械的特性を付与するもので、ボルト製造において最も重要なステップです。ボルトは用途や用途に応じてさまざまな強度等級に分類されています。形成されたボルトがそれぞれに必要な機械的特性を確実に保持するには、熱処理が必要です。
自動車のエンジンに使用されるボルトは潤滑油が付着していることが多いため、表面処理をしなくても錆びません。ただし、これはボルトのほんの一部にすぎません。ほとんどは腐食環境で使用されるため、表面処理を行わないとすぐに錆びてしまいます。錆びたボルトを放っておくと、腐食によりボルトが緩めなくなったり、ひどい場合には破損して重大な事故につながる可能性があります。そのため、腐食環境で使用されるボルトには電気メッキなどの表面処理が必要です。ボルトの表面処理は大きく分けて電気メッキとコーティングに分けられます。最も広く使用されている方法は電気メッキであり、低コストで耐食性に優れているという利点があります。電気めっきよりも高い耐食性が必要な場合には、亜鉛めっきや亜鉛-ニッケルなどの合金電気めっきを使用したり、亜鉛-アルミニウム複合皮膜を施すこともできます。
自動車用ボルトの開発方向性
近年、自動車メーカーは部品コストの削減、軽量化、高強度化を求めています。同時に、環境問題への対応としてはCO2排出量の削減、燃料消費量の削減のために車両の軽量化が必要です。ボルトの製造コストはブランク材のコストが大きな部分を占めます。したがって、最も効果的な方法は材料自体のコストを削減することです。日本の自動車メーカーは材料供給コストを削減するため、安価な海外材料の利用を研究している。お客様のご要望に応えるため、ボルトメーカーもボルトの軽量化について様々な研究を行ってきました。ボルトの軽量化対策として、アルミやチタンなどの軽量金属を使用するものや、ボルトを小型化するものがあります。ボルトのサイズを小さくすると重量は軽減されますが、同じ強度等級でボルトのサイズを小さくすると、断面積が小さくなるためボルトの締め付け力が低下します。-
したがって、ボルトを小型化しながら同等の強度を確保するには、ボルトの強度を高める必要があります。現在のJISなどの公的規格や自動車メーカーの独自規格では、強度等級12.9未満のボルトしか要件が定められていません。一般的な焼き入れ焼き戻しボルトの場合、強度等級が12.9を超えると遅れ破壊特性が著しく低下します。すでに 10.9 や 12.9 の高強度ボルトが使用されている一部の用途では、小型化による軽量化を実現するには、12.9 を超える強度等級のボルトを使用し、遅れ破壊特性を改善する方法を採用する必要があります。高強度を実現するため、焼入れ・焼戻しボルトには合金元素を添加することで遅れ破壊特性を向上させたものもあります。合金元素の添加により遅れ破壊特性はある程度向上しますが、元素の価格が高いためコストアップは避けられません。
もう 1 つのアプローチは、焼き入れおよび焼き戻しを行っていないボルトを使用することです。{0} -焼き入れおよび焼き戻しされていないボルトは、成形後の熱処理を必要としません。その強度は主に加工硬化によって確保されます。非焼き入れ焼き戻しボルトの微細組織は焼き入れ焼き戻しボルトとは全く異なり、遅れ破壊に対して強い耐性を示します。非焼き戻しボルトには、焼き戻しボルトよりも炭素含有量が高い材料が使用されています。ビレット段階での制御された冷却と熱処理により、大幅な面積縮小を達成できます。伸線による加工硬化後、ボルト成形段階でさらに加工硬化を行うことでボルトの強度を確保します。通常のボルトは成形後に焼き戻しを行いませんが、冷間鍛造では内部ひずみを除去するブルーイング加工が必要です。欠点は、材料の硬度が焼き戻しボルトよりも高いため、成形が非常に難しいことです。現在、エンジンに使用される非調質ボルトの強度は 1600 MPa、車体に使用される非調質ボルトの強度は 1400 MPa に達しています。-この高強度ボルトの需要は今後さらに拡大すると予想されます。{17}
