WO2011030595A1 - ピストンロッドの製造方法 - Google Patents

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    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a piston rod.
  • JP2000-240609A discloses a method for manufacturing a piston rod of a hydraulic cylinder by joining a solid rod body and a rod head by friction welding and integrating them.
  • a rod body and a rod head are manufactured by processing a steel material manufactured by continuous casting. Impurities due to center segregation are present in the center of the steel material produced by continuous casting. Therefore, as shown in FIG. 4, when the solid rod body 51 and the rod head 52 are joined by friction welding, the center segregation 53 present in the center portion is formed on the outer periphery as a burr 54 by plastic flow during friction welding. Discharged. However, it is not completely discharged, and impurities remain as a thin film on the bonding surface. Impurities remaining on the joint surface are likely to collect diffusible hydrogen contained in the base material, causing hydrogen embrittlement on the joint surface, causing delayed fracture, and connecting the rod body with the joint surface as a boundary.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a piston rod that can improve the bonding strength between a rod body and a rod head bonded by friction welding.
  • the present invention is a piston rod manufacturing method for manufacturing a piston rod by joining the end surfaces of a rod body and a rod head, wherein the rod body and the axial center of the rod head are cut out from the end surface, A first step of removing impurities due to segregation; and a second step of joining the end surfaces of the rod body and the rod head to each other by friction welding.
  • the rod main body and the rod head are integrated by removing the impurities present in the axial center portion and then joining the end faces of each other by friction welding. Piston rods can be manufactured. Therefore, the bonding strength between the rod body and the rod head can be improved.
  • FIG. 1 is a plan view showing a rod main body and a rod head before a manufacturing process of a piston rod, and shows a partial cross section.
  • FIG. 2 is a plan view showing a first step of the method of manufacturing the piston rod according to the embodiment of the present invention, and is shown in a partial cross section.
  • Drawing 3 is a figure showing the 2nd process of the manufacturing method of the piston rod concerning an embodiment of the invention, and shows it with a partial section.
  • FIG. 4 is a plan view showing a piston rod manufactured by a conventional manufacturing method, and is partially shown in cross section.
  • the method for manufacturing a piston rod is to manufacture the piston rod 1 by joining the rod body 2 and the rod head 3 by friction welding.
  • the piston rod 1 is inserted into a cylinder body of a fluid pressure cylinder used as an actuator (not shown) so as to freely advance and retract.
  • the rod body 2 and the rod head 3 are manufactured by processing solid carbon steel manufactured by continuous casting. As the carbon steel, for example, steel having a carbon content of 0.45% is used.
  • FIG. 1 is a plan view showing a rod body 2 and a rod head 3 before the manufacturing process of the piston rod 1 (before friction welding).
  • the rod body 2 includes a small-diameter portion 2a to which a piston (not shown) that slides in the cylinder body is coupled, and a large-diameter portion 2b that is larger in diameter than the small-diameter portion 2a.
  • the annular piston is fitted on the outer periphery of the small diameter portion 2a, locked to the stepped portion 2d at the boundary between the small diameter portion 2a and the large diameter portion 2b, and fixed by a nut fastened to the male screw portion 2e of the small diameter portion 2a. Is done.
  • a planar end surface 2 c is formed on the large diameter portion 2 b of the rod body 2.
  • the rod head 3 includes an annular clevis 3 a connected to a load, and a body portion 3 b having the same diameter as the large diameter portion 2 b of the rod body 2.
  • a planar end surface 3c is formed on the body 3b.
  • the piston rod 1 is manufactured by joining and integrating the end surface 2c of the large-diameter portion 2b of the rod body 2 and the end surface 3c of the body portion 3b of the rod head 3 by friction welding.
  • the rod body 2 and the rod head 3 are manufactured by processing a solid steel material manufactured by continuous casting. Since impurities in the molten steel tend to remain in the liquid rather than the solid, in continuous casting, the impurities are likely to accumulate in the axial center portion that solidifies last.
  • impurities due to center segregation exist in the axial center portion of the steel material manufactured by continuous casting. Therefore, impurities 10 due to center segregation exist in the axial center portion of the rod body 2 and the axial center portion of the body portion 3 b of the rod head 3. 1 to 3, the impurity 10 is schematically shown by a dotted line.
  • the manufacturing process of the piston rod 1 is demonstrated. First, as shown in FIG. 2, in the first step, the axial center portion of the solid rod body 2 is hollowed out from the end face 2 c into a cylindrical shape, and the impurities 10 due to center segregation are removed.
  • the rod body 2 is formed with a hole 6 surrounded by the annular portion 5 and having an opening on the end surface 2c. Since the impurities 10 in the vicinity of the end surface 2c are removed by forming the hole 6, the impurities 10 do not exist on the end surface 2c.
  • the inner diameter of the hole 6 is formed such that the cross-sectional area of the annular part 5 of the rod body 2 is larger than the minimum cross-sectional area part 2f formed in the step part 2d. This is to prevent the strength of the annular portion 5 from becoming weakest in the piston rod 1.
  • the depth of the hole 6 is formed such that the burr 12 (see FIG. 3) generated at the time of joining is accommodated inside.
  • the bottom edge 6a of the hole 6 is chamfered so as to have a curved surface shape. This is to prevent stress concentration from occurring at the bottom peripheral edge 6 a of the hole 6 when a tensile and compressive load is applied to the piston rod 1.
  • the axial center portion of the solid barrel portion 3b is hollowed out from the end surface 3c into a cylindrical shape, and the impurities 10 due to center segregation are removed.
  • a hole 8 is formed in the body 3b of the rod head 3 and is surrounded by the annular portion 7 and has an opening on the end surface 3c.
  • the inner diameter and depth of the hole 8 are formed to have substantially the same dimensions as the hole 6 of the rod body 2. Further, the bottom edge 8 a of the hole 8 is also chamfered into a curved surface like the hole 6 of the rod body 2.
  • the shaft body of the rod body 2 and the rod head 3 is cut by cutting. In addition, you may perform the hollowing of the axial center part of the rod main body 2 and the rod head 3 by methods other than cutting, for example, plastic processing, such as forging.
  • the end surfaces 2c and 3c of the rod body 2 and the rod head 3 are joined by friction welding.
  • the procedure of friction welding is demonstrated concretely.
  • the rod body 2 and the rod head 3 are coaxially arranged so that the end faces 2c and 3c face each other.
  • the rod body 2 is moved toward the rod head 3, and the end surface 2 c of the rod body 2 is moved to the end surface 3 c of the rod head 3.
  • the frictional heat is generated at the joining surface 11 by pressing.
  • the vicinity of the joint surface 11 is softened by the frictional heat.
  • the rotation of the rod head 3 is stopped when the movement of the rod body 2 due to the pressing reaches a predetermined displacement.
  • the rod body 2 is further pressed against the rod head 3 side with a large load, and the high temperature portion in the vicinity of the joint surface 11 is plastically flowed to the outer peripheral side and the inner peripheral side as shown in FIG. .
  • a hollow portion 13 exists inside the piston rod 1 due to the hole portion 6 of the rod body 2 and the hole portion 8 of the rod head 3. Due to the presence of the hollow portion 13, the high-temperature portion in the vicinity of the joint surface 11 is plastically flowed to the inner peripheral side and is discharged as a burr 12.
  • the rod body 2 and the rod head 3 are joined by friction welding.
  • flash 12 of the outer peripheral side of the piston rod 1 is excised after completion
  • the axial center portions of the rod main body 2 and the rod head 3 are hollowed out, and since there are no impurities 10 on the end faces 2c and 3c, the piston rod 1 having no impurities on the joint surface 11 is obtained. Can do. According to the above embodiment, there exist the effects shown below.
  • the rod body 2 and the rod head 3 are integrated by removing the impurities 10 existing in the axial center and then joining the end faces 2c and 3c by friction welding, impurities on the joining surface 11 are obtained.
  • No piston rod 1 can be produced. Therefore, no intergranular cracking due to hydrogen embrittlement at the joint surface 11 occurs, and the occurrence of delayed fracture can be prevented, so that the joint strength between the rod body 2 and the rod head 3 can be improved.
  • the hollow part 13 exists in the inside of the piston rod 1, the high temperature part of the joining surface 11 vicinity is discharged
  • the rod body 2 and the rod head 3 are formed by joining the annular end faces 2c and 3c by friction welding, the rod body 2 and the rod head 3 should be joined with less energy than the case of joining a solid one. Can do. Therefore, even if the same friction welding machine as the conventional one is used, it is possible to join the piston rod 1 having a diameter larger than the diameter of the conventional solid piston rod, and the equipment cost can be reduced. Moreover, since the hollow part 13 exists in the inside of the piston rod 1, the piston rod 1 can be reduced in weight.
  • the present invention can be applied to a manufacturing method for manufacturing a piston rod that is inserted into a cylinder body of a fluid pressure cylinder used as an actuator so as to freely advance and retract.

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Abstract

ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を接合してピストンロッドを製造するピストンロッドの製造方法であって、ロッド本体及びロッドヘッドの軸心部を端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する第１工程と、ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を摩擦圧接にて接合する第２工程と、を備える。

Description

ピストンロッドの製造方法
　本発明は、ピストンロッドの製造方法に関するものである。
　油圧シリンダのピストンロッドの製造方法として、ＪＰ２０００−２４０６０９Ａには、中実のロッド本体とロッドヘッドとを摩擦圧接にて接合して一体化する方法が開示されている。
　一般的に、ロッド本体及びロッドヘッドは、連続鋳造にて製造される鉄鋼材料を加工することによって製造される。連続鋳造にて製造される鉄鋼材料の中心部には、中心偏析による不純物が存在する。そのため、図４に示すように、中実のロッド本体５１とロッドヘッド５２とを摩擦圧接にて接合すると、中心部に存在する中心偏析５３は、摩擦圧接時の塑性流動によってバリ５４として外周に排出される。しかし、完全には排出されずに、接合面には不純物が薄い膜として残る。
　接合面に残った不純物には、母材に含まれている拡散性水素が集まり易いため、接合面における水素脆化の原因となり、遅れ破壊が発生したり、接合面を境にしてロッド本体とロッドヘッドとが分離破壊したりするおそれがある。
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、摩擦圧接にて接合されたロッド本体とロッドヘッドとの接合強度を向上させることができるピストンロッドの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明は、ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を接合してピストンロッドを製造するピストンロッドの製造方法であって、前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドの軸心部を前記端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する第１工程と、前記ロッド本体と前記ロッドヘッドとの互いの前記端面を摩擦圧接にて接合する第２工程と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、ロッド本体とロッドヘッドとは、軸心部に存在する不純物を除去した後、互いの端面を摩擦圧接にて接合することによって一体化されるため、接合面に不純物のないピストンロッドを製造することができる。したがって、ロッド本体とロッドヘッドとの接合強度を向上させることができる。
図１は、ピストンロッドの製造工程前のロッド本体及びロッドヘッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。
図２は、本発明の実施の形態に係るピストンロッドの製造方法の第１工程を示す平面図であり、一部断面にて示す。
図３は、本発明の実施の形態に係るピストンロッドの製造方法の第２工程を示す図であり、一部断面にて示す。
図４は、従来の製造方法によって製造されたピストンロッドを示す平面図であり、一部断面にて示す。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
　本実施の形態に係るピストンロッドの製造方法は、ロッド本体２とロッドヘッド３とを摩擦圧接にて接合してピストンロッド１を製造するものである。本実施の形態では、ピストンロッド１は、アクチュエータ（図示せず）として用いられる流体圧シリンダのシリンダ本体に進退自在に挿入されるものである。
　ロッド本体２及びロッドヘッド３は、連続鋳造にて製造される中実の炭素鋼を加工することによって製造される。炭素鋼としては、例えば炭素量０．４５％の鋼が用いられる。
　図１を参照して、ロッド本体２及びロッドヘッド３について説明する。図１は、ピストンロッド１の製造工程前（摩擦圧接前）のロッド本体２及びロッドヘッド３を示す平面図である。
　ロッド本体２は、シリンダ本体内を摺動するピストン（図示せず）が連結される小径部２ａと、小径部２ａよりも大径の大径部２ｂとからなる。環状のピストンは、小径部２ａの外周に嵌挿され小径部２ａと大径部２ｂとの境界の段部２ｄに係止されると共に、小径部２ａの雄ねじ部２ｅに締結されるナットによって固定される。ロッド本体２の大径部２ｂには、平面状の端面２ｃが形成される。
　ロッドヘッド３は、負荷に連結される環状のクレビス３ａと、ロッド本体２の大径部２ｂと同径の胴部３ｂとからなる。胴部３ｂには平面状の端面３ｃが形成される。
　ピストンロッド１は、ロッド本体２の大径部２ｂの端面２ｃと、ロッドヘッド３の胴部３ｂの端面３ｃとを摩擦圧接にて接合して一体化することによって製造される。
　ロッド本体２及びロッドヘッド３は、連続鋳造にて製造される中実の鉄鋼材料を加工することによって製造されるものである。溶鋼中の不純物は、固体よりも液体に残る傾向があるため、連続鋳造では、最後に凝固する軸心部に不純物が集積し易い。このため、連続鋳造にて製造される鉄鋼材料の軸心部には、中心偏析による不純物が存在する。したがって、ロッド本体２の軸心部及びロッドヘッド３の胴部３ｂの軸心部には、中心偏析による不純物１０が存在する。図１~図３において、不純物１０は点線にて模式的に示す。
　次に、図２及び図３を参照して、ピストンロッド１の製造工程について説明する。
　まず、図２に示すように、第１工程では、中実のロッド本体２の軸心部を端面２ｃから円柱状にくり抜き、中心偏析による不純物１０を除去する。これにより、ロッド本体２には、環状部５にて囲まれ、端面２ｃに開口部を有する穴部６が形成される。穴部６の成形によって端面２ｃ近傍の不純物１０が除去されるため、端面２ｃには不純物１０が存在しなくなる。
　穴部６の内径は、ロッド本体２の環状部５の断面積が段部２ｄに形成される最小断面積部２ｆよりも大きくなるように形成される。これは、環状部５の強度がピストンロッド１において最弱にならないようにするためである。また、穴部６の深さは、接合時に発生するバリ１２（図３参照）が内部に収まる長さに形成される。また、穴部６の底部周縁６ａは、曲面状となるように面取り加工される。これは、ピストンロッド１に引張圧縮荷重が作用した場合に、穴部６の底部周縁６ａに応力集中が生じないようにするためである。
　第１工程では、ロッドヘッド３についても同様に、中実の胴部３ｂの軸心部を端面３ｃから円柱状にくり抜き、中心偏析による不純物１０を除去する。これにより、ロッドヘッド３の胴部３ｂには、環状部７にて囲まれ、端面３ｃに開口部を有する穴部８が形成される。穴部８の成形によって端面３ｃ近傍の不純物１０が除去されるため、端面３ｃには不純物１０が存在しなくなる。
　穴部８の内径及び深さは、ロッド本体２の穴部６と略同一寸法に形成される。また、穴部８の底部周縁８ａも、ロッド本体２の穴部６と同様に、曲面状に面取り加工される。
　ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部のくり抜きは、切削加工によって行われる。なお、ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部のくり抜きは、切削加工以外の方法、例えば、鍛造などの塑性加工によって行ってもよい。
　次に、第２工程では、ロッド本体２とロッドヘッド３との互いの端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合する。以下に、摩擦圧接の手順を具体的に説明する。
　（１）図２に示すように、ロッド本体２とロッドヘッド３とを互いの端面２ｃ，３ｃが対向するように同軸的に配置する。
　（２）図３に示すように、ロッドヘッド３を軸中心に回転させた状態で、ロッド本体２をロッドヘッド３に向けて移動させてロッド本体２の端面２ｃをロッドヘッド３の端面３ｃに押し付け、接合面１１にて摩擦熱を発生させる。摩擦熱によって接合面１１近傍が軟化する。
　（３）押し付けによるロッド本体２の移動が予め定められた所定変位に達した時点でロッドヘッド３の回転を停止させる。
　（４）ロッド本体２を大きな荷重でさらにロッドヘッド３側に押し付け、接合面１１近傍の高温部を、図３に示すように、外周側及び内周側に塑性流動させてバリ１２として排出する。ロッド本体２の穴部６とロッドヘッド３の穴部８とによってピストンロッド１の内部には中空部１３が存在する。この中空部１３の存在によって、接合面１１近傍の高温部は、内周側にも塑性流動してバリ１２として排出されることになる。このように、接合面１１近傍の高温部は、外周側及び内周側にバリ１２として排出されるため、仮に、接合面１１に不純物が存在していたとしても、不純物を排出する効果が高く、接合面１１は清浄となる。なお、バリ１２の排出は、ロッド本体２のバリ１２ａとロッドヘッド３のバリ１２ｂとの境界点１２ｃが、図３に示すように、ロッド本体２及びロッドヘッド３の外周面の外側となるまで行われる。
　（５）最後に、上記（４）の押し付け状態を所定時間保持することによって、接合面１１におけるロッド本体２とロッドヘッド３との相互拡散を促進させ、両者の接合が完了する。以上のようにして、摩擦圧接によるロッド本体２とロッドヘッド３との接合が行われる。
　なお、ピストンロッド１の外周側のバリ１２は接合完了後に切除され、ロッド本体２とロッドヘッド３との外周は滑らかに連続した状態に加工される。
　第１工程にて、ロッド本体２及びロッドヘッド３の軸心部がくり抜かれ、互いの端面２ｃ，３ｃには不純物１０が存在しないため、接合面１１に不純物が存在しないピストンロッド１を得ることができる。
　以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。
　ロッド本体２とロッドヘッド３とは、軸心部に存在する不純物１０を除去した後、互いの端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合することによって一体化されるため、接合面１１に不純物のないピストンロッド１を製造することができる。したがって、接合面１１での水素脆性による粒界割れが発生せず、遅れ破壊の発生を防止することができるため、ロッド本体２とロッドヘッド３との接合強度を向上させることができる。
　また、ピストンロッド１の内部には中空部１３が存在するため、摩擦圧接の過程で、接合面１１近傍の高温部は、外周側だけでなく内周側にもバリ１２として排出される。したがって、中実のロッドを接合する場合と比較して、より清浄な接合面１１を得ることができる。
　また、ロッド本体２とロッドヘッド３とは、環状の端面２ｃ，３ｃを摩擦圧接にて接合するものであるため、中実のものを接合する場合と比較して、小さいエネルギーにて接合することができる。したがって、従来と同じ摩擦圧接機を用いたとしても、従来の中実のピストンロッド径よりも大きな径のピストンロッド１を接合することが可能となり、設備費を低減することができる。
　また、ピストンロッド１の内部には中空部１３が存在するため、ピストンロッド１を軽量化することができる。
　本発明は、上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
　以上の説明に関して２００９年９月９日を出願日とする日本国における特願２００９−２０７８９２の内容をここに引用により組み込む。
　本発明は、アクチュエータとして用いられる流体圧シリンダのシリンダ本体に進退自在に挿入されるピストンロッドを製造する製造方法に適用することができる。

Claims (3)

  1. 　ロッド本体とロッドヘッドとの互いの端面を接合してピストンロッドを製造するピストンロッドの製造方法であって、
    　前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドの軸心部を前記端面からくり抜き、中心偏析による不純物を除去する第１工程と、
    　前記ロッド本体と前記ロッドヘッドとの互いの前記端面を摩擦圧接にて接合する第２工程と、
    を備えるピストンロッドの製造方法。
  2. 　請求項１に記載のピストンロッドの製造方法において、
    　前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドは、連続鋳造にて製造される中実の鉄鋼材料を加工することによって得られるピストンロッドの製造方法。
  3. 　請求項１に記載のピストンロッドの製造方法において、
    　前記第２工程では、前記ロッド本体と前記ロッドヘッドの接合面近傍の高温部は、外周側及び内周側に塑性流動してバリとして排出され、
    　前記バリの排出は、前記ロッド本体のバリと前記ロッドヘッドのバリとの境界点が、前記ロッド本体及び前記ロッドヘッドの外周面の外側となるまで行われるピストンロッドの製造方法。
PCT/JP2010/059986 2009-09-09 2010-06-07 ピストンロッドの製造方法 Ceased WO2011030595A1 (ja)

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