CN105121055A - 套圈部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

通过将毛坯(13a)中，在使用或锻造加工套圈部件时，疲劳强度或耐磨性等金属特性和淬硬性等加工特性出色的金属材料设置在向需要该特性的部分(滚道面等)流动的部分，从而提供一种能够降低加工成本、并且设计自由度高的套圈部件的制造方法。毛坯(13a)由形成为圆筒形的第一金属部(23)和通过金属特性或加工特性高于第一金属部(23)的金属材料形成为圆柱形的第二金属部(24)构成。例如，将第二金属部(24)设置在毛坯(13a)中在进行锻造加工时向外圈(2)的外圈滚道(5a，5b)流动的部分，即在第一金属部(23)的内径侧的部分。

Description

套圈部件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种套圈部件的制造方法，所述套圈部件构成组装于各种机械设备的旋转支承部而使用的滚动轴承等，遍布至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面。
背景技术
在包括汽车、机床、工业用机械、其他通用机械的各种机械设备的旋转支承部中，组装有滚动轴承。另外，在各种机械设备中，有时作为轴向进给装置组装有滚珠丝杠装置。作为构成这样的滚动轴承和滚珠丝杠装置的部件，具有遍布内周面和外周面中至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面的套圈部件。图14作为用于相对于悬挂装置转动自如地对汽车车轮和制动盘等制动用转动部件进行支承的滚动轴承，表示的是在日本特开2012-006017号公报中记载的车轮支承用滚动轴承单元的现有结构的一个例子。
图14所示的车轮支承用滚动轴承单元1用于从动轮(FR车和MR车的前轮、FF车的后轮)，具有外圈2、轮毂3和多个滚动体4。外圈2在内周面的轴向两个位置上具有双列外圈滚道5a、5b，在外周面的轴向靠内端部分(相对于轴向的“内”是指在装配到汽车上的状态下，车辆的宽度方向中间侧(图14的右侧)，相对于轴向的“外”是指车辆的宽度方向外侧(图14的左侧))具有静止侧凸缘6。另外，轮毂3利用螺母9将轮毂主体7与内圈8组合固定而成，在其外周面的轴向靠外端部分具有旋转侧凸缘10，在其外周面的轴向中间部到靠内端部分的轴向两个位置上具有双列内圈滚道11a、11b。并且，在内圈滚道11a、11b与外圈滚道5a、5b之间，针对两列各自设置有多个滚动体4，可使外圈2的内径侧上的轮毂3旋转。在使用状态下，外圈2的静止侧凸缘6与构成悬挂装置的关节结合固定，另外，在轮毂3的旋转侧凸缘10上结合固定车轮和制动用转动部件。
构成车轮支承用滚动轴承单元1的外圈2、轮毂主体7和内圈8在其内周面或外周面上形成有滚道面，相当于套圈部件。这样的套圈部件通过在对金属材料实施锻造加工之后实施切削加工和磨削加工等精加工制成。作为现有的套圈部件的制造方法的一个例子，参照图15(A)～图15(F)，对日本特开2012-006017号公报所记载的外圈2的制造方法进行说明。
为了制造外圈2，首先准备图15(A)所示的金属制的圆柱形的毛坯13。毛坯13的大小与作为对象的套圈部件的种类相应，通常直径与轴向的长度约为5：4～5：6左右。在最开始的墩粗工序中，通过在轴向上对毛坯13进行压碎，得到图15(B)所示的墩粗后中间坯料14。墩粗后中间坯料14具有轴向中间部的外径大于轴向两端部的外径的啤酒桶状或厚圆盘状的形状。另外，啤酒桶状的墩粗后中间坯料14的轴向长度是毛坯13的轴向长度的大约40％～70％左右，厚圆盘状的墩粗后中间坯料的轴向长度是毛坯13的轴向长度的大约30％～35％左右。
然后，在预成型工序中，在由预成型模围住墩粗后中间坯料14的周围的状态下，向墩粗后中间坯料14的轴向两端面的中间部按压一对预成型加压冲头，使墩粗后中间坯料14塑性变形。然后，得到图15(C)所示的预成型后中间坯料15。预成型后中间坯料15具有：向轴向两端面开口的一对凹部16a、16b；存在于凹部16a、16b彼此的底部之间的隔板部17；以及在外周面的靠轴向一侧(图15的上侧)的位置上以向径向外侧突出的状态形成的静止侧凸缘6。另外，预成型后中间坯料15的隔板部17相对于轴向的厚度是墩粗后中间坯料14的轴向长度的大约15％～30％左右，预成型后中间坯料15的圆筒形的圆筒部分18的径向厚度是墩粗后中间坯料14的直径的大约15％～25％左右。
然后，在精加工成型工序中，在由精加工成型模围住预成型后中间坯料15的周围的状态下，向预成型后中间坯料15的轴向两端面按压一对精加工成型加压冲头。这样，在使其厚度缩小的方向上对隔板部17进行压碎，并且使存在于隔板部17周围的圆筒状部分18的形状接近外圈2的形状。然后，得到图15(D)所示的精加工成型后中间坯料19。精加工成型后中间坯料19的隔板部17相对于轴向的厚度是墩粗后中间坯料14的轴向长度的大约10％～20％左右，精加工成型后中间坯料19的圆筒状部分18的径向厚度是墩粗后中间坯料14的直径的大约10％～20％左右。
然后，在冲裁工序中，对于精加工成型后中间坯料19的隔板部17除了其外周缘部分地进行冲裁去除，从而得到图15(E)所示的冲裁后中间坯料20。最后，在去飞边工序中，去除残留在冲裁后中间坯料20的及静止侧凸缘6的外周缘部的飞边21，从而得到图15(F)所示的最终中间坯料22。然后，对最终中间坯料22的各部分实施切削加工、磨削加工等精加工，从而完成图14所示的外圈2。
另外，已知如下情况，即：图15(A)所示的圆柱形的毛坯13在钢铁厂挤压成型，通过将在与轴向正交的假想平面上的截面形状是圆形的长坯料切割成规定长度而得到，但是毛坯13的组成(清洁度)不均匀。另外，还已知如下情况，即：在毛坯13中氧化物类的非金属夹杂物多，如果清洁度低的金属部分在设置于外圈2的内周面的双列外圈滚道5a、5b中、尤其是在滚动体4、4的滚动面滚动接触的部分露出，则难以确保该部分的滚动疲劳寿命。
在日本特开2012-006017号公报所记载的制造方法中，对于锻造加工的工序进行研究，从而能够将存在于从毛坯13的中心起半径的50％～70％的范围内的氧化物的非金属夹杂物少、清洁度高的部分配置在外圈2的外圈滚道5a、5b上。这样，能够以低成本制造可充分确保外圈滚道5a、5b的滚动疲劳寿命的外圈2。但是，为了通过锻造加工使毛坯13的清洁度高的部分向外圈的外圈滚道流动，有可能使锻造加工的工序以及所制造的外圈的结构(例如外圈滚道或固定凸缘的位置等)受到限制，限制了设计的自由度。即，随着毛坯13的制造，清洁度高的部分基本上规则地存在于相同位置，因而为了通过锻造加工使该清洁度高的部分向滚道面流动，会对锻造加工的工序和套圈部件的形状等产生制约。
另外，作为使套圈部件的滚道面的滚动疲劳寿命降低的主要原因，除了毛坯的清洁度以外，还有构成毛坯的金属材料的硬度和韧性等特性。这样的特性在构成套圈部件的滚道面时，对其疲劳强度和耐磨性等造成影响。因此，作为构成毛坯的材料，虽然设想使用高碳铬轴承钢(SUJ2～SUJ5)等在构成滚道面时疲劳强度和耐磨性出色的单一的金属材料，但由于这种金属材料价格高于机械结构用钢等，因而将其用于整个该套圈部件会成为套圈部件的材料成本增高的主要原因。另外，高碳铬轴承钢等金属材料同机械结构用钢相比，硬度高切削性低，因而还可能会导致锻造加工后进行切削加工的加工成本提高。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-6017号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明鉴于所述问题而提出，其目的在于提供一种套圈部件的制造方法，所述方法能够在确保设计的自由度的同时又能够例如通过锻造加工低成本地制造在构成滚道面时疲劳强度和耐磨性出色的套圈部件。
用于解决课题的方案
作为本发明的套圈部件的制造方法的对象的套圈部件通过对作为其毛坯的金属材料实施锻造加工(热锻、冷锻或温锻)而得到，遍布外周面或内周面中至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面。即，本发明的套圈部件的制造方法至少具有准备金属材料的工序和对该金属材料进行锻造加工从而得到套圈部件的工序。
在本发明中，所述金属材料由第一金属部和第二金属部构成，所述第二金属部由与第一金属部种类不同的金属材料，或者通过对与第一金属部种类相同的金属材料实施变质处理而构成。即，本发明的金属材料由具有不同金属特性的至少两个金属部分构成。而且，只将第二金属部设置在所述金属材料中的一部分，所述一部分在使用或加工该套圈部件时，向需要构成第二金属部的所述金属材料的特性的部分流动。通过对在加工时需要具有出色的加工特性的部分、或者与最终得到的套圈部件上的所述滚道面相当的部分与该金属材料的哪一部分对应进行把握，来适当地确定第二金属部存在的位置。准备这样的结构的金属材料，用于对金属材料进行与最终得到的套圈部件的样式和形状相应的锻造加工。
另外，在形成所述滚道面时，第二金属部优选以疲劳强度或耐磨性高于第一金属部的方式构成，并且第二金属部只设置在所述金属材料中通过所述锻造加工向所述滚道面及其附近部分流动的部分。或者，也可以在使用所述套圈部件时，由耐腐蚀性高于第一金属部的金属材料构成第二金属部。而且，也可以在加工该金属材料时，由淬硬性和切削性比第一金属部更出色的金属材料构成第二金属部。所述金属材料可以由两个具有不同金属特性的金属部分构成，例如，第一金属部不仅能够由特性整体相同或部分不同的一种金属(机械结构用钢或含有SCM420的表面硬化钢等)，也能够由多种金属、即具有不同金属特性的三个以上金属部分形成。
优选将所述金属材料设为圆柱形或圆筒形。并且，通过压入等使第一金属部与第二金属部配合，并以在径向重合的状态设置。
更具体地，在所述滚道面是形成在所述套圈部件的内周面的外圈滚道时，将第一金属部形成为圆筒形，将第二金属部形成为圆柱形或圆筒形，并且将第二金属部设置在第一金属部的内侧。
在所述滚道面是形成在所述套圈部件的外周面的内圈滚道时，将第一金属部形成为圆柱形或圆筒形，将第二金属部形成为圆筒形，将第二金属部设置在第一金属部的外侧。
在所述滚道面既是形成在所述套圈部件的外周面的内圈滚道，又是形成在所述套圈部件的内周面的外圈滚道时，将第一金属部形成为圆筒形，第二金属部由第二小直径金属部和第二大直径金属部构成，并且，将第二小直径金属部形成为圆柱形或圆筒形，设置在第一金属部的内侧，将第二大直径金属部形成为圆筒形，设置在第一金属部的外侧。
此外，所述金属材料由一种金属构成，通过对该金属材料的一部分实施变质处理，形成了所述第二金属部，此时，第一金属部与第二金属部的交界并非一定是直线的。因此，第一金属部或第二金属部的形状是圆柱形或圆筒形包括这些形状是大致圆柱形或大致圆筒形的情况在内。
发明效果
根据本发明，既能够确保设计的自由度，又能够通过锻造加工以低成本制造滚道面的疲劳强度或耐磨性出色的套圈部件。或者，能够以低成本制造对在使用该套圈部件时需要采取防腐蚀措施的部分有选择地赋予了耐腐蚀性的套圈部件。而且，也能够在加工该套圈部件时，特别在需要加工的部分上，有选择地配置淬硬性和切削性等加工特性出色的金属材料，还能够抑制套圈部件的制造成本。即，本发明的金属材料由第一金属部和金属特性(疲劳强度、耐磨性、耐腐蚀性等)或加工特性(淬硬性和切削性)优于第一金属部的第二金属部构成。并且，第二金属部仅设置在所述金属材料中通过锻造加工使其向所述滚道面及其附近部分等需要所述任何一种特性的部分流动的部分。因此，能够将成本高于第一金属部的第二金属部的使用量控制在为了确保所述滚道面的耐久性等金属特性或加工特性所需要的量。其结果是，能够控制所述金属材料的材料成本或加工成本，以低成本提供耐久性和加工性出色的套圈部件。
另外，在本发明中，例如，即使在为了使第二金属部具有出色的金属特性而导致第二金属部的加工特性比第一金属部差的情况下，或者为了使第二金属部具有出色的加工特性而导致第二金属部的金属特性比第一金属部差的情况下，由于第二金属部仅限于被配置在金属材料的一部分，因而同由与第二金属部相同的金属材料构成整个所述金属材料的情况相比，也能够抑制因金属材料的应用而引起的问题。而且，由于可以根据所要加工的套圈部件的形状、尤其是滚道面的位置、所实施的锻造加工的方法等适当地确定所述金属材料中第二金属部的位置，因而既能够确保使用、加工套圈部件时所需的金属特性和加工特性，又能够确保设计自由度，而且还能够以低成本提供套圈部件。
附图说明
图1(A)～图1(F)是按照工序步骤表示本发明的第一实施方式的从毛坯到作为成品的外圈的剖视图。
图2(A)～图2(D)是省略了锻造加工的一部分中间工序地表示本发明的第二实施方式的从毛坯到作为成品的外圈的剖视图。
图3是本发明的第三实施方式使用的毛坯的剖视图。
图4(A)～图4(E)是省略了锻造加工的一部分中间工序地表示本发明的第四实施方式的从毛坯到作为成品的轮毂的剖视图。
图5是本发明的第五实施方式使用的毛坯的剖视图。
图6(A)～图6(D)是省略了锻造加工的一部分中间程序地表示本发明的第六实施方式的从毛坯到作为成品的轮毂的剖视图。
图7是本发明的第六实施方式所形成的作为成品的内圈的剖视图。
图8是本发明的第七实施方式使用的毛坯的剖视图。
图9(A)～图9(C)是按照工序步骤表示本发明的第八实施方式的从毛坯到作为成品的构成三环轴承的中间圈的剖视图。
图10是本发明的第九实施方式使用的毛坯的剖视图。
图11(A)和图11(B)是本发明的第十实施方式中的毛坯和最终中间坯料的剖视图。
图12(A)和图12(B)是本发明的第十一实施方式中的毛坯和最终中间坯料的剖视图。
图13是本发明的第十二实施方式使用的毛坯的剖视图。
图14是表示作为本发明的制造方法的对象的套圈部件、即具有外圈、轮毂和内圈的从动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的一个示例的剖视图。
图15(A)～图15(F)是按工序步骤表示现有的套圈部件的制造方法的一个示例的从毛坯到最终中间坯料的剖视图。
具体实施方式
本发明的特征在于，在一种套圈部件的制造方法中，通过对金属材料实施锻造加工，得到遍布外周面或内周面中至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面的套圈部件，例如，根据锻造加工的工序和所制造的套圈部件的结构，对作为毛坯的金属材料的结构进行研究，从而使疲劳强度或耐磨性高的金属材料仅位于套圈部件的滚道面及其附近部分。另外，本发明也可以适用于在使用时有选择地赋予一部分套圈部件耐腐蚀性的情况，或者在加工时有选择地赋予一部分套圈部件淬硬性和切削加工性等加工特性的情况。另外，本发明的制造方法的工序并非仅局限于在以下的实施方式的各个示例中说明的工序。而且，以下说明的本实施例的制造方法具有与图15所示的现有的套圈部件的制造方法基本相同的工序。因此，对于与现有相同的部分在细节上进行省略或简化，以下，以本发明的特征部分为中心进行说明。另外，构成各附图所示的每种材料的第一金属部和第二金属部的形状或大小(所占比例)不一定与实际产品一致，是为了容易理解本发明而进行的示意性的表示。
[第一实施方式]
图1(A)～图1(F)表示本发明的第一实施方式。本示例的套圈部件的制造方法的对象是车轮支承用滚动轴承单元1(参照图14)的外圈2，除此之外，构成各种径向滚动轴承的外圈、构成滚珠杠丝的滚珠螺母等在其内周面形成有滚道面的各种套圈部件也是本示例的对象。
在本示例的制造方法中，首先准备图1(A)所示的金属制的圆柱形的毛坯13a。本示例的情况下，毛坯13a具有第一金属部23和在图1中以斜格所示的第二金属部24。第一金属部23通过由机械结构用钢或SCM420等表面硬化钢形成的金属部件形成为圆筒形。第二金属部24在形成外圈2的外圈滚道5a、5b时，通过疲劳强度和耐磨性高于第一金属部23的高碳铬轴承钢2种(SUJ2)形成的金属部件构成为圆柱形。其中，用于第一金属部和第二金属部的金属材料可以根据外圈2等套圈部件中第二金属部已流动的部分所需要的特性，适当地从已知的可适用于套圈部件的金属材料中选择。第二金属部24的外径尺寸D24与第一金属部23的内径尺寸d23基本相同。另外，作为构成第二金属部24的金属，除了可以使用各种高碳铬轴承钢(SUJ2～SUJ5)等之外，也可以根据与耐久性、制造成本等关系而适当地采用在构成滚道面时疲劳强度或耐磨性高于构成第一金属部的金属部件的金属材料。毛坯13的大小虽然要与作为对象的套圈部件的种类相应，但通常直径与轴向的长度约为5:4～5:6左右。
具体而言，毛坯13a通过将构成第二金属部24的金属部件压入并内装于构成第一金属部23的金属部件的内周面而形成。另外，在本示例中，优选使构成第一金属部23的金属与构成第二金属部24的金属的加工特性尽量近似。这样，可以提高锻造加工后的结构的稳定性和切削加工时的切削性等。另外，在本示例中，如后所述，通过对与外圈2的外圈滚道5a、5b相当的部分与毛坯13a的哪一部分相对应进行把握，来确定第二金属部的存在位置，在本示例中，例如存在于从毛坯13a的中心起到半径的大约40％左右的范围，优选存在于从毛坯13a的中心起到半径的大约30％左右的范围。如果第二金属部24的外径从毛坯13a的中心起不到30％，则有导致在最终得到的外圈2上构成第一金属部23的金属向外圈滚道5a、5b及其附近部分流动的可能性。而如果第二金属部24的外径从毛坯13a的中心起超过40％，则构成第二金属部24的金属相对于整体的比例过多，产生制造成本层面的问题。
在本示例中，如图1(A)至图1(B)所示，使用毛坯13a，与现有的制造方法一样，通过墩粗工序得到啤酒桶状的墩粗后中间坯料14a。另外，使啤酒桶状的墩粗后中间坯料14a的轴向长度为毛坯13的轴向长度的大约40％～70％左右。然后，如图1(B)至图1(C)所示，在预成型工序中使墩粗后中间坯料14a塑性变形，得到预成型后中间坯料15a。另外，使预成型后中间坯料15a的隔板部17相对于轴向的厚度为墩粗后中间坯料14a的轴向长度的大约20％～45％左右，使预成型后中间坯料15a的圆筒形部分18的径向厚度为墩粗后中间坯料14a的直径的大约15％～25％左右。
然后，如图1(C)至图1(D)所示，在精加工成型工序中，将预成型后中间坯料15a成型为精加工成型后中间坯料19a。另外，使精加工成型后中间坯料19a的隔板部17相对于的轴向的厚度为墩粗后中间坯料14a的轴向长度的大约5％～15％左右，使精加工成型后中间坯料19a的圆筒形部分18的径向厚度为墩粗后中间坯料14a的直径的大约5％～15％左右。而且，如图1(D)至图1(E)所示，在冲裁工序和去飞边工序中，通过对精加工成型后中间坯料19a的隔板部25上除了其外周缘的部分地进行冲裁去除，并且去除残留在精加工成型后中间坯料19a的静止侧凸缘6的外周缘部的飞边21，从而得到最终中间坯料22a。然后，如图1(E)至图1(F)所示，通过对最终中间坯料22a的各部位进行车削等的切削加工和磨削加工等精加工，以及实施热处理等，最终得到外圈2。另外，在本示例的锻造加工的每一个工序中，第二金属部24以图1中斜格所示的状态流动。
根据本示例的制造方法，可以使毛坯13a中在形成了外圈滚道5a、5b时疲劳强度和耐磨性优于第一金属部23的第二金属部24向外圈2的外圈滚道5a、5b及其附近部分流动。即，在对圆柱形的毛坯13a实施图1(A)至图1(D)所示的锻造加工，制造具有图1(F)所示结构的外圈时，只要加工条件是固定的，构成毛坯13a的金属材料就具有固定的规律性地流动，形成图1(D)所示的精加工成型后中间坯料19a的形状。因此，毛坯13a的各部分与精加工成型后中间坯料19a的各部分在流动前后基本上一一对应。因此，如果把握这样的流动前后的对应关系，就可以对精加工成型后中间坯料19a中与外圈2的外圈滚道5a、5b相当的部分与毛坯13a的哪一部分对应进行把握甚至预测。根据这样的分析来确定设置第二金属部的位置。
根据本示例，既能够确保设计的自由度，又能够通过锻造加工以低成本得到疲劳强度和耐磨性出色的外圈滚道5a、5b的外圈2。即，在本示例中，毛坯13a由第一金属部23、以及在构成外圈滚道5a、5b时疲劳强度和耐磨性高于第一金属部23的第二金属部24构成。并且，仅将第二金属部24设置在毛坯13a中通过锻造加工向外圈滚道5a、5b及其附近部分流动的部分。因此，能够提高外圈2的外圈滚道5a、5b的耐久性，并且能够将由成本高于第一金属部23的金属材料构成的第二金属部24的使用量控制在为了确保外圈滚道5a、5b的耐久性所需要的量。其结果是，能够控制毛坯13a的材料成本，并提供耐久性出色的外圈2。
另外，在本示例中，仅在毛坯13a的一部分设置切削性低于第一金属部23的金属材料、即第二金属部24。因此，同用与第二金属部24相同的高碳铬轴承钢2种(SUJ2)构成整个毛坯相比，可以提高切削性。即，在由高碳铬轴承钢2种构成整个毛坯的情况下，在对外圈2的轴向内端部外周面和固定凸缘6的侧面实施切削加工时，其切削性变差、加工时间变长，而且刀具容易快速受损，但在本示例中，由于该部分由切削性出色的机械结构碳素钢构成，因而能够避免所述的问题。其结果是，能够降低切削加工成本，进而降低外圈2的制造成本。
而且，在本示例的情况下，根据图1(A)至图1(D)所示的锻造加工的工序或者外圈2的结构(外圈滚道5a、5b的位置)来确定设定毛坯13a中第二金属部24的位置和各自的尺寸。因此，只要对毛坯13a的结构进行研究，就能够应用于具有各种工序的锻造加工或者具有各种结构的套圈部件的制造。其结果是，既能够确保设计的自由度，又能够以低成本提供外圈滚道5a、5b的疲劳强度和耐磨性出色的外圈2。
[第二实施方式]
图2(A)至图2(D)表示本发明的第二实施方式。本示例也与第一实施方式一样，以车轮支承用滚动轴承单元1(参照图14)的外圈2为对象。在本示例中，准备图2(A)所示的金属制的圆筒形的毛坯13b。毛坯13b具有第一金属部23a和在图2中以斜格表示的第二金属部24a。第一金属部23a由机械结构用钢或SCM420等表面硬化钢形成的金属部件形成为圆筒形。第二金属部24a在构成外圈滚道5a、5b时由疲劳强度或耐磨性高于第一金属部23a的高碳铬轴承钢2种(SUJ2)形成的金属部件形成为圆筒形。构成第二金属部24a的圆筒形的金属部件的外径尺寸D24a与构成第一金属部23a的圆筒形的金属部件的内径尺寸d23a基本相同。在本示例中，也是通过将构成第二金属部24a的金属部件压入并内装于构成第一金属部23a的金属部件的内周面而形成毛坯13b。另外，在本示例中，通过对与外圈2的外圈滚道5a、5b相当的部分与毛坯13b的哪一部分相对应进行把握，来确定第二金属部的存在位置，例如，在本示例中，将毛坯13b的内径设为毛坯13b的直径的大约20％～40％左右，优选为约25％～35％左右，使第一金属部存在于毛坯13b中的径向靠外端部分，即，从毛坯13b的外周面起到径向厚度的大约60％～70％左右的部分，优选从毛坯13的外周面到径向厚度的大约2/3的部分。换言之，使第二金属部存在于毛坯13b中的径向靠内端部分，即，从毛坯13b的内周面起到径向厚度的大约30％～40％左右的部分，优选从毛坯13的内周面起到径向厚度的大约1/3左右的部分。
在本示例的制造方法中，如图2(A)和图2(B)所示，经过墩粗工序、预成型工序、精加工成型工序(省略了图示)，将毛坯13b成型为图2(B)所示的精加工成型后中间坯料19b。另外，能够在进行热锻造加工时省略预成型工序。根据加工条件适当地确定这样的加工工序。另外，在本示例中，虽然省略了图示，但可以得到具有毛坯13b的轴向长度大约40％～70％左右的轴向长度的啤酒桶状的墩粗后中间坯料。另外，使精加工成型后中间坯料19b隔板部17相对于轴向的厚度为墩粗后中间坯料(省略了图示)的轴向长度的大约5％～15％左右，将精加工成型后中间坯料19b的圆筒形部分18的径向厚度设为墩粗后中间坯料(省略了图示)的直径的大约5％～15％左右。并且，经过冲裁工序和去飞边工序，使精加工成型后中间坯料19b成型为图2(C)所示的最终中间坯料22b。然后，对最终中间坯料22b的各部位实施车削等的切削加工和磨削加工等精加工、热处理等，从而完成图2(D)所示的外圈2。另外，在本示例的锻造加工的各工序中，第二金属部24a以图2中斜格所示的状态流动。其他部分的结构、作用和效果与第一实施方式相同。
[第三实施方式]
图3表示本发明的第三实施方式。在本示例中，与第一实施方式一样，也以车轮支承用滚动轴承单元1(参照图14)的外圈2为对象。在本示例中，准备图3所示的金属制的圆筒形的毛坯13c。由机械结构用钢、高碳铬轴承钢等一种金属部件构成毛坯13c。将毛坯13c中径向靠外端的圆筒形部分，即从毛坯13c的外周面起到径向厚度的大约60％～70％左右的部分，优选从毛坯13c的外周面起到径向厚度的大约2/3左右的部分作为第一金属部23b。另外，将毛坯13c中在图3中以斜格所示的径向靠内端的圆筒形部分，即从毛坯13b的内周面起到径向厚度的大约30％～40％左右的部分，优选从毛坯13b的内周面起到径向厚度的大约1/3左右的部分作为第二金属部24b。在本示例的情况下，为了得到毛坯13c，通过仅对毛坯13c中与第二金属部24b相当的部分实施渗碳处理、碳氮共渗处理、感应淬火等表面热处理(变质处理)，从而形成第二金属部24b。
在本示例的情况下，在毛坯13c的状态下，对与第二金属部24b相当的部分实施渗碳处理、碳氮共渗处理等表面热处理(变质处理)。因此，能够预测通过热锻产生的脱碳量，调节第二金属部24b的碳量。其结果是，在锻造加工之后进行切削加工时，可以减少用于除去脱碳层的切削余量，降低材料成本。另外，由于只使实施了渗碳处理或碳氮共渗处理等表面热处理(变质处理)的第二金属部24b向外圈2的外圈滚道5a、5b及其附近部分流动，因此，能够提高该部分的淬硬性。其他部分的结构、作用和效果与第二实施方式一样。
[第四实施方式]
图4(A)至图4(E)表示本发明的第四实施方式。在本示例中，以现有结构的车轮支承用滚动轴承单元1(参照图14)的轮毂主体7为对象。另外，本示例的套圈部件的制造方法的对象除了轮毂主体7以外，还包括构成各种径向滚动轴承的内圈、构成滚珠杠丝的螺纹轴等在其外周面形成有滚道面的各种套圈部件在内。
在本示例中，准备图4(A)所示的金属制的圆柱形的毛坯13d。毛坯13d具有第一金属部23c和在图4中以斜格所示的第二金属部24c。第一金属部23c通过机械结构用钢或SCM420等表面硬化钢形成的金属部件形成由大直径的上半部分和直径小于该上半部分的下半部分形成的阶梯圆柱形。
第二金属部24c在构成内圈滚道11a时，通过疲劳强度和耐磨性高于第一金属部23c的、由高碳铬轴承钢2种(SUJ2)形成的金属部件形成为圆筒形，该圆筒形具有与第一金属部23c的上半部分几乎相同的外径尺寸，具有与第一金属部23c的小直径部的外径尺寸D23c基本相同的内径尺寸d24c，并且具有与第一金属部23c的小直径部基本相同的轴向长度。通过将构成第二金属部24c的金属部件无间隙地装配在构成第一金属部23c的金属部件的小直径部的外周面，从而形成毛坯13d。另外，在本示例中，通过对与内圈7的内圈滚道11a的相当的部分与毛坯13d的哪一部分对应进行把握，来确定第二金属部存在的位置，在本示例中，例如使第二金属部24c的轴向长度为毛坯13d的轴向长度的大约35％～50％左右，优选为约30％～40％左右的范围，使第二金属部24c的径向厚度为毛坯13d的半径的大约35％～55％左右的范围，优选为约40％～47％左右的范围。
在本示例中，对毛坯13d实施预成型，成型为图4(C)所示的预成型后中间坯料27。另外，在成型为预成型后中间坯料27之前，也可以对毛坯13d实施另外的预成型，成型为图4(B)所示的预成型预备中间坯料26。另外，将预成型后中间坯料27的轮毂主体部的外径设为毛坯13d的外径的大约50％～75％左右，将凸缘部的外径设为毛坯13d的外径的大约150％～200％左右，使凸缘部的轴向厚度为毛坯13d的轴向长度的大约20％～30％左右。
然后，根据需要经过精加工成型工序、冲裁工序、去飞边工序等，将预成型后中间坯料27成型为图4(D)所示的最终中间坯料28。另外，将最终中间坯料28的轮毂主体部的外径设为毛坯13d的外径的大约50％～70％左右，将凸缘部的外径设为毛坯13d的外径的大约180％～220％左右，使凸缘部的轴向厚度为毛坯13d的轴向长度的大约10％～15％左右。而且，对最终中间坯料28的各部位实施车削等的切削加工或磨削加工等精加工和热处理等，从而完成图4(E)所示的轮毂主体7。另外，在所述的锻造加工的各工序中，第二金属部24c以在图4中斜格所示的状态流动。在本示例的情况下，将第二金属部24c配置在毛坯13d的下半部分的径向靠外端部分，但第二金属部24c的位置并非局限于朝向该部分的配置。即，也能够使第二金属部24c的位置沿轴向挪动，或者遍布轴向的整个长度地设置。第二金属部24c的位置能够根据作为对象的部件的形状或锻造加工工序而适当地设定。其他部分的结构、作用和效果与第一实施方式相同。
[第五实施方式]
图5表示本发明的第五实施方式。本示例也与第四实施方式一样，以车轮支承用滚动轴承单元1(参照图14)的轮毂主体7为对象。但在本示例的情况下，通过机械结构用钢、高碳铬轴承钢等一种金属构成毛坯13e。并且，通过对毛坯13e中与第二金属部24d相当的部分进行渗碳处理、碳氮共渗处理、感应淬火等表面热处理(变质处理)，从而形成第二金属部24d。其他部分的结构、作用和效果与第四实施方式相同。
[第六实施方式]
图6(A)至图6(D)表示本发明的第六实施方式。本示例的套圈部件的制造方法以驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的轮毂主体7a为对象。另外，在利用本示例的制造方法中使用的毛坯13f，例如，能够像构成图7所示的车轮支承用滚动轴承单元的内圈8(参照图14)、以及构成各种径向滚动轴承的内圈、构成滚珠杠丝的螺纹轴等那样，制造在其外周面形成有滚道面的各种套圈部件。
在本示例中，准备图6(A)所示的金属材料的圆筒形的毛坯13f。与本发明的第四实施方式一样，毛坯13f具有第一金属部23e和在图6中以斜格子所示的第二金属部24e。在本示例中，对象是驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的轮毂主体7a，与其相应地将整个毛坯13f形成为圆筒形。例如，在本示例中，将毛坯13b的内径设为毛坯13b的直径的大约20％～40％左右，优选为约25％～35％左右。其他部分的结构、作用和效果与第四实施方式相同。
[第七实施方式]
图8表示本发明的第七实施方式。在本示例中，与第六实施方式一样，以驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的轮毂主体7a(参照图6)为对象。在本示例中，准备图8所示的金属材料的圆筒形的毛坯13g。由机械结构用钢、高碳铬轴承钢等一种金属构成毛坯13g。在本示例中，使毛坯13g的内径为毛坯13b的直径的大约20％～40％左右，优选为约25％～35％左右。另外，将毛坯13g中上半部分和下半部分的径向内侧半部分的圆筒形部分作为第一金属部23f，将毛坯13g中在图7中以斜格所示的下半部分的径向外侧半部分的圆筒形部分作为第二金属部24f。将第二金属部24f的轴向长度设为毛坯13g的轴向长度的大约35％～50％左右，优选为约40％～45％左右的范围，就爱你个第二金属部24f的径向厚度设为整个毛坯13g的径向厚度的大约30％～60％左右的范围，优选为约40％～50％左右的范围。在本示例的情况下，通过对毛坯13g中与第二金属部24f相当的部分实施渗碳处理、碳氮共渗处理、感应淬火等表面热处理(变质处理)，形成第二金属部24f。其他部分的结构、作用和效果与第六实施方式相同。
[第八实施方式]
图9(A)至图9(C)表示本发明的第八实施方式。本示例的套圈部件的制造方法以设置在构成所谓的三环轴承的圆筒形的内圈与外圈之间的圆筒形的中间圈29为对象。中间圈29具有与本发明的滚道面相当的形成在其内周面的中间圈侧外圈滚道30、以及形成在外周面的中间圈侧内圈滚道31。
在本示例中，准备图9(A)所示的金属材料的圆筒形的毛坯13h。毛坯13h具有第一金属部23g和在图9中以斜格所示的第二金属部24g。由机械结构用钢等的金属部件将第一金属部23g形成为圆筒形。另外，由第二小直径金属部32和第二大直径金属部33构成第二金属部24g。在构成中间圈侧外圈滚道30时，由疲劳强度或耐磨性高于第一金属部23g的高碳铬轴承钢等金属部件将第二小直径金属部32形成为圆筒形。构成第二小直径金属部32的圆筒形的金属部件的外径尺寸D32与构成第一金属部23g的圆筒形的金属部件的内径尺寸d23g基本相同。第二大直径金属部33在构成中间圈侧内圈滚道31时由疲劳强度或耐磨性高于第一金属部23g的高碳铬轴承钢等金属部件形成为圆筒形。构成第二大直径金属部33的圆筒形的金属部件的内径尺寸d33与构成第一金属部23g的圆筒形的金属部件的外径尺寸D23g基本相同。并且，将构成第二小直径金属部32的金属部件压入并内装于形成第一金属部23g的金属部件的内周面，并且将构成第二大直径金属部32的金属部件无间隙地装配在形成第一金属部23g的金属部件的外周面，从而形成毛坯13h。
另外，在本示例中，通过对与中间圈29的中间圈侧外圈滚道30和中间圈侧内圈滚道31相当的部分与毛坯13h的哪一部分相对应进行把握，来确定第一金属部23g、第二小直径金属部32、第二大直径金属部33的配置，例如，在本示例中，将毛坯13h的内径设为毛坯13h的直径的大约25％～45％左右，优选为约33％～38％左右，使第二大直径金属部33存在于毛坯、毛坯13h中的径向靠外端部分，即从毛坯13h的外周面起到径向厚度的大约40％～60％左右的部分，优选从毛坯13h的外周面起直到径向厚度的大约1/2的部分。另外，使第一金属部23g存在于与毛坯13h中的径向中间部分、即毛坯13h中与第二大直径金属部33的内径侧相邻的径向厚度的大约20％～40％左右的部分，优选存在于毛坯13h的径向中间部中径向厚度的大约1/4的部分。而且，使第二小直径金属部32存在于毛坯13h中的径向靠内端部分、即从毛坯13h的内周面起到径向厚度的大约20％～40％左右的部分，优选存在于从毛坯13h的内周面起直到径向厚度的大约1/4的部分。
在本示例中，在墩粗工序中，将毛坯13h成型为图9(B)所示的厚圆盘的墩粗后中间坯料34。厚圆盘的墩粗后中间坯料34的轴向长度为毛坯13h的轴向长度的大约25％～40％左右。然后，对墩粗后中间坯料34的各部位实施车削等的切削加工或磨削加工等精加工以及热处理等，从而完成图9(C)所示的中间圈29。另外，在上述的锻造加工的各工序中，第二金属部24g(第二小直径金属部32和第二大直径金属部33)以图9中斜格所示的状态流动。即，在本示例的情况下，通过对毛坯13h实施锻造加工，能够使构成第二金属部24g的第二小直径金属部32向中间圈29的中间圈侧外圈滚道30及其附近部分流动，并且使大直径第二金属部33向与中间圈29的中间圈侧内圈滚道31及其附近部分相当的部分流动。其他部分的结构、作用和效果与第一实施方式相同。
[第九实施方式]
图10表示本发明的第九实施方式。本示例的制造方法也与第八实施方式一样，以构成三环轴承的中间圈29(参照图9)为对象。在本示例中，准备图10所示的金属制的圆筒形的毛坯13i。由机械结构用钢或高碳铬轴承钢等一种金属形成毛坯13i。在本示例的情况下，与本发明的第八实施方式不同，通过对与毛坯13i中第二小直径金属部32a和第二大直径金属部33a相当的部分实施渗碳处理或碳氮共渗处理等表面热处理(变质处理)，来形成第二小直径金属部32a和第二大直径金属部33a。其他部分的结构、作用和效果与第八实施方式相同。
[第十实施方式]
图11(A)和图11(B)表示本发明的第十实施方式。本示例的套圈部件的制造方法以图11中双点划线所示的车轮支承用滚动轴承单元的外圈2为对象。另外，也可以使用在本示例的制造方法中使用的毛坯13j，例如，像构成各种径向滚动轴承的外圈、构成滚珠杠丝的滚珠螺母等那样，以在其内周面形成有滚道面的各种套圈部件为制造对象。
在本示例中，准备图11(A)所示的金属材料的圆柱形的毛坯13j。毛坯13j具有第一金属部23i和在图11中以斜格所示的第二金属部24i。第一金属部23i由机械结构用钢或SCM420等表面硬化钢形成的金属部件形成为在内部具有圆筒形的空心部的圆柱形。第二金属部24i在构成外圈滚道5a、5b时通过由疲劳强度或耐磨性高于第一金属部23i的高碳铬轴承钢2种(SUJ2)形成的金属部件形成为圆筒形。构成第二金属部24i的金属部件的外径尺寸D24i是构成第一金属部23i的金属部件的外径尺寸D23i的大约1/2～2/3左右。构成第二金属部24i的金属部件的内径尺寸是构成第一金属部23i的金属部件的外径尺寸D23i的大约1/6～1/4左右。构成第二金属部24i的金属部件的轴向尺寸L24i是构成第一金属部23i的金属部件的轴向尺寸L23i的大约1/4～1/3左右。并且，将构成第二金属部24i的圆筒形的金属部件组装于构成第一金属部23i的金属部件的大致中心，从而形成毛坯13j。
毛坯13j以利用浇铸或者内冷铁的铸造方法将形成第二金属部24i的圆筒形的金属部件埋入到构成第一金属部23i的金属部件中的方式成型。经过墩粗工序、预成型工序、精加工成型工序、冲裁工序、去飞边工序等将毛坯13j成型为图11(B)中以实线所示的最终中间坯料22c。然后，对最终中间部材22c的各部位实施车削等切削加工或磨削加工等精加工以及热处理等，从而完成图11(B)中以双点划线所示的外圈2。其他部分的结构、作用和效果与第一实施方式相同。
[第十一实施方式]
图12(A)和图12(B)表示本发明的第十一实施方式。本示例的套圈部件的制造方法以图12(B)中双点划线所示的驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的轮毂主体7a为对象。另外，可以使用在本示例的制造方法中使用的毛坯13k，例如像构成各种径向滚动轴承的内圈、构成滚珠杠丝的螺纹轴等那样，以在其外周面形成有滚道面的各种套圈部件为制造对象。
在本示例中，准备图12(A)所示的金属材料的的圆柱形的毛坯13k。毛坯13k具有第一金属部23j和在图12中以斜格所示的第二金属部24j。第一金属部23j由机械结构用钢或SCM420等表面硬化钢形成的金属部件形成为在轴向中间部具有小径部的大致圆柱形。第二金属部24j在构成内圈滚道11a时，通过疲劳强度或耐磨性高于第一金属部23j的高碳铬轴承钢(SUJ2～SUJ5)等金属部件形成为圆筒形。构成第二金属部24j的圆筒形的金属部件的外径尺寸D24j与构成第一金属部23j的大致圆筒形的金属部件的大直径部的外径尺寸D23j相同。另外，构成第二金属部24j的圆筒形的金属部件的轴向尺寸L24j是构成第一金属部23j的大致圆柱形的金属部件的轴向尺寸L23j的大约1/3～2/5左右。将构成第二金属部24j的圆筒形的金属部件设置在构成第一金属部23j的金属部件的轴向靠中间部的一端(图12的下端)的小直径部周围。
毛坯13k以利用浇铸或者内冷铁的铸造方法使构成第二金属部24j的圆筒形的金属部件围住构成第一金属部23j的金属部件周围的方式成型。经过墩粗工序、预成型工序、精加工成型工序、去飞边工序等将毛坯13k成型为图12(B)中以实线所示的最终中间坯料28b。然后，通过对在最终中间坯料28b的各部位实施车削等的切削加工或磨削加工等精加工以及热处理等，从而完成图12(B)中以双点划线所示的轮毂主体7a。其他部分的结构、作用和效果与第四实施方式相同。
[第十二实施方式]
图13表示本发明的第十二实施方式。本示例的制造方法也与第十一实施方式一样，以驱动轮用的车轮支承用滚动轴承单元的轮毂主体7a(参照图12)为对象。在本示例中也准备图13所示的金属材料的圆柱形的毛坯13m。但通过机械结构用钢、高碳铬轴承钢等一种金属形成毛坯13m。并且，将毛坯13m中轴向靠中间部的一端(图13的下端)、且径向靠外端部分的圆筒形部分作为第二金属部24k，将其他部分作为第一金属部23k。在本示例的情况下，通过对毛坯13m中与第二金属部24k相当的部分的实施渗碳处理或碳氮共渗处理等表面热处理(变质处理)来形成第二金属部24k。其他部分的结构、作用和效果与第十一实施方式相同。
工业可用性
本发明除了构成车轮支承用滚动轴承单元的外圈、轮毂单元主体、内圈以外，还可以应用于构成各种径向滚动轴承的外圈和内圈、构成滚珠杠丝的滚珠螺母和螺纹轴等遍布外周面或内周面中至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面的各种套圈部件。
附图标记说明
1车轮支承用滚动轴承单元
2外圈
3轮毂
4滚动体
5a、5b外圈滚道
6、6a静止侧凸缘
7、7a轮毂主体
8内圈
9螺母
10旋转侧凸缘
11a、11b内圈滚道
12花键孔
13、13a～13k、13m毛坯
14、14a墩粗后中间坯料
15、15a预成型后中间坯料
16a、16b凹部
17隔板部
18圆筒形部分
19、19a、19b精加工成型后中间坯料
20冲裁后中间坯料
21飞边
22、22a、22b、22c最终中间坯料
23、23a～23k第一金属部
24、24a～24k第二金属部
25隔板部
26预成型预备中间坯料
27、27a预成型后中间坯料
28、28a、28b最终中间坯料
29中间圈
30中间圈侧外圈滚道
31中间圈侧内圈滚道
32、32a第二小直径金属部
33、33a第二大直径金属部
34墩粗后中间坯料

Claims (8)

1.一种套圈部件的制造方法，通过对金属材料实施锻造加工，得到遍布外周面或内周面中至少一方的整个圆周表面形成有滚道面的套圈部件，其特征在于，
所述金属材料由第一金属部和第二金属部构成，所述第二金属部由与第一金属部种类不同的金属材料构成，或者通过对与第一金属部种类相同的金属材料实施变质处理而构成，并且，只将第二金属部设置在所述金属材料中的一部分，所述一部分在使用或加工该套圈部件时，向需要构成第二金属部的所述金属材料的特性的部分流动。
2.根据权利要求1所述的套圈部件的制造方法，其特征在于，在形成所述滚道面时，以疲劳强度或耐磨性高于第一金属部的方式构成第二金属部，并且只将第二金属部设置在所述金属材料中通过所述锻造加工向所述滚道面及其附近部分流动的部分。
3.根据权利要求1或2所述的套圈部件的制造方法，其特征在于，将所述金属材料形成为圆柱形或圆筒形，以在径向重合的状态设置第一金属部和第二金属部。
4.根据权利要求1或2所述的套圈部件的制造方法，其特征在于，所述滚道面是形成在所述套圈部件的内周面的外圈滚道，将第一金属部形成为圆筒形，将第二金属部形成为圆柱形或圆筒形，将第二金属部设置在第一金属部的内侧。
5.根据权利要求1或2所述的套圈部件的制造方法，其特征在于，所述滚道面是形成在所述套圈部件的外周面的内圈滚道，将第一金属部形成为圆柱形或圆筒形，将第二金属部形成为圆筒形，将第二金属部设置在第一金属部的外侧。
6.根据权利要求1或2所述的套圈部件的制造方法，其特征在于，所述滚道面既是形成在所述套圈部件的外周面的内圈滚道，又是形成在所述套圈部件的内周面的外圈滚道，将第一金属部形成为圆筒形，第二金属部由第二小直径金属部和第二大直径金属部构成，并且，将第二小直径金属部形成为圆柱形或圆筒形，设置在第一金属部的内侧，将第二大直径金属部形成为圆筒形，设置在第一金属部的外侧。
7.一种套圈部件用金属材料，为了得到遍布外周面或内周面中至少一方的整个圆周表面而形成有滚道面的套圈部件，实施锻造加工，所述金属材料的特征在于，整体是圆柱形或圆筒形，具有：第一金属部和第二金属部，所述第二金属部由与第一金属部种类不同的金属构成，或者通过对与第一金属部种类相同的金属实施变质处理而构成，并且，只将第二金属部设置在该金属材料中的一部分，所述一部分在使用或加工该套圈部件时，向需要构成第二金属部的所述金属材料的特性的部分流动。
8.根据权利要求7所述的套圈部件用金属材料，其特征在于，在形成所述滚道面时，第二金属部以疲劳强度或耐磨性高于第一金属部的方式形成，并且第二金属部只设置在所述金属材料中通过所述锻造加工向所述滚道面及其附近部分流动的部分。
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