塑性域ボルトの図面指定方法

Question

現在弊社の製品で使用しているボルトは全てトルク法にて弾性域での締め付けを行っています。
今回新たに塑性域締め付けの適用を検討しておりますが、塑性域ボルトを設計する際に強度区分だけではなく、塑性域の特性を規定する必要があると考えます。
その際に図面にはどのように表現しているのでしょうか？
塑性域ボルトを設計・製造されている方がおりましたらご教示お願いいたします。

皆様ご助言ありがとうございます。

客先とはいま一度締結方法に関して協議する方向で進めております。
塑性域での締め付けに関してはボルトの材料・工法・組立手法今一度落ち着いて検証し、今後必要に応じて適用していけるように別途検討は進めていきたいと考えます。

一応これにて回答を締め切らせていただきたと考えます。
ありがとうございました。

Accepted Answer

近年、このサイトが荒れるので、書き込みを控えていました。

質問内容と皆さんの回答に、興味を持って眺めていましたが、
一応、経験者ということでノコノコと出てきました。
回答(４)氏が、『伸びボルト』の件で挙げておられる回答者、本人です。

エンジンの設計経験があり、コンロッドも２機種、設計しています。
塑性域締めの代表選手：コンロッドボルトの設計・選定経験があります。

さて、ご質問の件ですが、
肝心なところについては守秘義務もあり、全てをオープンに書けません。
初めに御了承願います。
以下、思いつくまま、要点を記します。

先ず、設計の要点ですが、
通常、ボルトは噛み合う部分の長さを確保すれば用は足りますが、
塑性域締めのボルトでは、伸びる部分の長さを確保する必要があります。
つまり、ネジ山の部分が伸びてしまうのではなく、
（良く考えてみりゃ、山谷の部分は伸びようも無い・・。）
胴部分が締め付け力で伸びる様に設計します。
（言わずもがな、かも？）

次に材質ですが、高強度材で、熱処理もちゃんとしたものを指定。
清浄度も高いものを。
（非金属介在部からの亀裂発生を避ける。）

三に、製造法案は切削部分が無く、全部、転造・圧造である事。
（ダイスで切ったねじは不可！　切り欠き傷からの亀裂発生を・・。）

四に、ねじ転造の基準が、首下同部の径からなので、
それなりの指示を。（これで、分かるよね？）

五に、組み立て部門との打ち合わせで、
充分な試験を実施し、品質基準書などに記載する事。
角度法にしろ、トルク勾配法にしろ、事前のデータ取りは重要です。
スナグトルクのバラツキだって、舐めてかかってはなりませぬ。

・・こんなところかな。

一番の近道は、塑性域締めボルトの製造経験のあるメーカに相談する事。
「福助テクノ」社とか、「ＴＲＷ」社とか。

そうそう、私も所属していますが、自動車関係の学会、
「自動車技術会」の学会誌で、過去の文献をあさると、
詳しい学術論文や解説が幾つかあります。
（昔、読んだ記憶があります。今も有る筈。）

ところで、
他の方への返答を見ると、製造が中国で、相手部品がアルミだとか？
塑性域締めは、無理難題の様な気がします。

誤字訂正
×：首下同部の径からなので
○：首下胴部の径からなので

それと、四に少し補足。（分かるよね？で済ましては不親切だ。）
ネジ部は１級ねじとし、胴部の直径は厳密に。
相手の雌ネジ側も１級の精度とし、下穴径はＪＩＳに従って、
引っかかり率も大きなものとする。

ところで、客先要求なら仕方ないが、トラブルのそもそもの原因を調べずに、
安易に締め上げろと要求している様な気がする。
アルミ部分に鉄のカラーを挿入して、適切な軸力で締めれば済むのでは？
座面の陥没でトルクダウンしてるんじゃないのかな？

反論出来るだけの知識と経験があれば、話は違う様な・・。

過去質問を見ていたら、ちょっと関連がありそうなものを見つけました。
弾性域の限界付近まで締め付けちゃうと、
その後の降伏で軸力が無くなっちゃう事を、
回答者が正しく認識していない節があります。
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=29839&event=QE0004

質問者さんの為に、ねじメーカ一覧のサイトを貼っておきます。
何か問い合わせる必要があれば御利用下さい。
http://www.toishi.info/link/neji_bolt.html

以下、余談です。
>> 知識の無いもの同士が打合せしているのを聞くと,ぞっとするが最近よくある。

(^∀^) ゲラゲラ、あるなぁ！
最近、バイク整備の質問で、ミッションに使うベアリングが特注品なのに、
汎用品でも良いとする意見が幅をきかせていて呆れた事がありました。
ベアリングはＪＩＳ規格品だから、一般市販品を使っても同じだとさ。

実際には、
純正部品は特熱品で、内部構造も公差も隙間も異なるスペシャル品です。

ＪＩＳは、内・外径と幅、肩ｒしか規定していません。
軽自動車の規格内に収まっていれば、確かに全部、軽自動車ですが、
メーカや車種が違えば、共通部品が無いのと同じです。
そこが分からないみたい。

深溝玉軸受けで、玉の直径も、それが走る溝形状も、保持器形状も、
材質からして全く別物だと言っても、規格品だからと言い張っています。
馬鹿の見本みたいな奴ですな。
挙げ句に、ヤマハの社員でもＭｏｎｏｔａＲＯで買うんだってさ！
そんな認識の奴がいたら、早晩、首になりますよ。

ベストアンサーに選ばれていて、呆れを通り越して心配になってしまった。
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q11155432976

Answer

回答（4）再出

○○のガチガチ記載には、融通のきかない嫌気がさす

金属専門家に暴言を吐く始末。お気持ちわかりますが、鶴屋南木さんのご登場を期待し書きました。
守秘義務。。。でしょうなあ

私が判らないのは、トルク勾配法に何を使い作業するのか。

＞スナグトルクのバラツキ

直接トルク変化を追うのはこれしか見つからず、高そうだし作業工具とは
　　ジャイロレンチ
　　https://teac.co.jp/industry/measurement/straintrans/gyro/index.html

伸び寸法の計測にすれば容易くはなるが
　　伸びゲージ。タップ穴貫通が必須。両端面の平行度が必要。
　　http://www.tomei-p.co.jp/dealing_brands/arp/rod_bolt_install.pdf

超音波計測。ボルトの両端面の平行度と面粗さが必要。装置高でも作業性は良さげ。
　　http://www.dakotajapan.com/maxseries/point/point2.html

トルク勾配法は難易度高いが他法にすれば精度がわるい。
回答（6）参考資料を拝借すると
　　トルク法　　　士10～30%
　  回転角法　　　±15～30%
　　トルク勾配法　± 3～10%
　　ボルト引張法　± 1～ 8%　←伸び寸法計測

上ふたつはボルトの材質強度バラツキより大きく、高強度ボルトで塑性域に適用すると危険領域に入りかねない。なので作業法の確立が先と思います。

Answer

＞塑性域ボルトを設計・製造されている方
何れでも無いのですが興味を持って拝見しています。
私自身はそのような経験がないのですが、資料を見つけ投稿していきたい。
下記参考URLの資料は塑性域ボルトについての記述があるので参考になるかも。

理論的なものも大事だが実機での試験を繰り返し確認したものでなければなら
ないから難しく既定というか規準も作り難いのではないだろうか・・・

最も回転法を使っているのは建築でのJISB1186かも知れない。トルシアボルト
なんてのも近年急に出てきてあっという間に市場に広まって行きました。。。
トルク管理というのは実に難しくコストの兼ね合いがあるから難しいのだろう

＞反論出来るだけの知識と経験があれば、話は違う様な・・。
知識の無いもの同士が打合せしているのを聞くと,ぞっとするが最近よくある。

Answer

再出です。

> 塑性域ボルト使用目的は締結部品が試験中にゆるみんだため，
> 各締結ボルト軸力の安定化と均一化が目的ですが，
> 大きな理由は客先が塑性域締め付けを指定してきたため。

なら、仕方がありませんね。

小生なら、 
> 実際，ボルト自体の強度にはまだ余裕があり，締結トルクUPで対応したいのが本音です。
> ただしトルク管理では軸力にばらつきが生じ，相手部品（アルミ）の座屈が心配。
であれば、“相手部品（アルミ）”なので交換も考慮すれば、ボルトの再利用に難があるや、
締付けが一般的でない理由から、エンドユーザーでの交換を依頼し難い仕様である、
難々だらけとなるので、避ける方向で進めますがね。

客先指定なので、後学のために追記で、具体策を記載します。

> 実際，ボルト自体の強度にはまだ余裕があり，締結トルクUPで対応したいのが本音です
から、強度区分の高いボルトで、余裕分までボルトにトルクを掛け、ボルトの伸び代を増やす。
（ボルトの伸び代を増やす≒長いボルトを使用する　は、緩み易さを是正する手段です）

> ただしトルク管理では軸力にばらつきが生じ，相手部品（アルミ）の座屈が心配
実際に使用する場合の温度変化も加味しての座屈が心配でしょうね。
その座屈荷重が加わる前に、ボルトが塑性変形を起こし、それ以上の荷重が相手部品に
加わらないボルトサイズになっていることですよね。
それなら、高機能なトルク測定器付きレンチで、トルクが一定になって停める。
また、トルクが一定になってから、停止までに何度廻ったかを記録に残せる機能があれば、
ねじ規定トルク締付忘れ防止ミスヨケも兼ねて、記録に残し管理する。
ねじ穴部分のボルト長さから、何μm伸びたら破断域になるかを試験等でデータ化して、
それを回転角度換算をします。
後は、実際に使用する場合の温度変化も加味しての回転角度の余裕を規定化し、
トルクが一定になってから、停止までに何度～何度にレンチを設定するかも決めて、
その基準にてねじ締付合否も決定する管理が理想だろうね。（組付者負担にならなくて）

以上の理想管理にて塑性域ボルトを使用する場合と、

強度区分の高いボルトをレンチで締付けて、軸力は相手部品であるアルミに、簡易取付
ストレインゲージを貼付け管理する方法では、どちらが軸力が安定するでしょうか？
レンチは、高機能ストレインゲージのフィードバック＆フィードフォワードの物ですから、
レンチ価格は同等位と想像します。
ボルトは再使用できると、できないで別れます。
エンドユーザー修理は、どちらもできないですが、緩み確認をしながら使用するはどちらも
できるとなります。（ですが、此処でボルトの再利用が少しクローズアップします）

ですから、小生はトルク管理≒軸力管理にて、客先と折衝し恒温槽や超純水加熱装置
のスペックを決めました。

Answer

規定は必要と思います。
強度区分は下限規定なので、塑性域を使うには上限も抑える幅規定をやらないと締付過剰に陥ります。
しかしどうやるかを開示するサイトが見当たりません。
試験はこうなると思います。

http://kikakurui.com/b1/B1051-2000-01.html
　　JIS B1051　炭素鋼及び合金鋼製 締結用部品の機械的性質
　　8.5保証荷重試験

伸びてはダメな試験を荷重上げて伸びを確認するものに変更。
　　
　　http://kikakurui.com/b1/B1084-2007-01.html
　　JIS B1084 締結用部品-締付け試験方法

これで出来れば簡易ながら、その可否は判りません。
いずれもすくなくとも『JIS検索サイト』の現物で追究すべきですが。

ねじ締の参考になるのはこのサイト。
　　http://www.bolt-engineer.net/lab/
計測装置の販売が本業ながら、資料では神戸大・福岡教授と絡みあると思え、相談されては如何。

当サイトで経験の裏打あって語られたのはこの御一方ぐらい。
投稿検索『伸びボルト』の６件のうち

http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=252539&event=QE0004
　　回答（3）コンロッドボルトは、、、
　　質問者も専門家

『塑性域締付』の３件のうち
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=34333&event=QE0004
　　回答（13）参考　の資料が的確
　　私（12）『実際にあったことを記載したまでです』・・・が実に酷い。

それら含めて当サイトの惨状を知って頂きたく検索を紹介しました。

『悪貨は良貨を駆逐する』・・・の典型例です。そうなる雲行き

発端はこれ

・硬さと強さは限なく比例

知らかった人は単純さに感動さえするが、限あるよの反論は難解。
さらに増悪拡張。少し考えれば間違いに気付くはずなのだが
　　・浸炭焼入で強度区分ねじが出来る

繰返しその危険性を強調してきて、また材料熱処理の専門家も参戦され
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=309694&event=QE0004
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=310081&event=QE0004　　
理解する質問者は増えたが"悪貨"の凄まじい物量に惑わされたままの方も。

強度下限は従来法でよいのでは。

http://kikakurui.com/b1/B1083-2008-01.html
　　JIS B1083 ねじの締付け通則

精査してないが、イマイチはっきりしない書き方ですね。

微小硬さによるナットの強度評価
　　http://repository.dl.itc.u-tokyo.ac.jp/dspace/bitstream/2261/50234/5/K-214711-5.pdf

比較的新しい論文。塑性域について言及するが、何をしろ　が不明確。
JIS B1051 にも硬さ試験あるが、引張試験が本手と思います。

ふつう他の質問の様子を見ないのに乗じ、悪貨は装いと振舞いを変えるが

↓こいつバカなの？　　　認定がスムーズにいったが
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=310750&event=QE0004

単純誤解の質問で大混乱。悪貨は餓鬼大将と化し言いたい放題。私は不参加
　　http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=310714&event=QE0004

悪貨を放逐しない無管理で此処は２ch以下。そして中味の真偽は完全無頓着なのが付入る隙。

本件も常套手口が登場。いつもの出囃子がサガリ囃子に。関係者は容易く見抜く嘘。
　　・半導体ﾍﾞﾝﾍﾞﾝ音曲箔付け
　　・Ｍ菱重工僭称箔付け　　　　　　　
　　・締め強要集金行為
　　・専門家のっかり
　　・先回答真似後追い
　　・なりすまし質問
　　・質問内容を逸らす我田引水
　　・引用先隠し盗用箔付け

＞小生はトルク管理≒軸力管理にて、客先と折衝し恒温槽や超純水加熱装置のスペックを決めました

Answer

どんなメリットで、塑性域ボルトを使用するのでしょうか？

強度区分の高いボルトを使用すれば、軸力は安定して確保できますよ。

やはり、温度が掛かり、強度区分の高いボルトが使用できないとか、線膨張係数が異なる

ボルトと部品構成でしょうか？

さて、図面へは、塑性域ボルトと雲マークで強調をし、規定締付トルク値記載と、その後
何度廻すかを記載します。（製造デザインレビュー時にも、アナウンスしておきます）

塑性域ボルトの図面指定方法