CN109759532B - 轴镦粗加工方法及轴镦粗加工用的轴部件 - Google Patents

Abstract

一种轴镦粗加工方法及轴镦粗加工用的轴部件，不产生裂纹等而形成镦粗部。通过隔开间隔的第一模具(11)及第二模具(12)把持金属制的轴部件即工件(W)，通过使工件中的第一模具与第二模具之间的区域(K)弯曲，且使工件绕中心轴(X1)旋转，同时使工件作用有压缩应力，在工件中的第一模具与第二模具之间的区域(K)形成直径比工件大的镦粗部(Wa)，其中，检测出由工件中的第一模具和第二模具之间的区域(K)的弯曲角度(θ)和作用于工件的压缩压力(Pa)产生的应力振幅即、作用于工件和镦粗部(Wa)的应力振幅，计算出与检测出的应力振幅的数值相对应的允许累计转数，以工件的累计转数为允许累计转数内的方式进行加工。

Description

轴镦粗加工方法及轴镦粗加工用的轴部件

技术领域

本发明涉及一种轴镦粗加工方法及轴镦粗加工用的轴部件。

背景技术

专利文献1公开有在金属制轴部件的轴向的任意位置形成比直径轴部件大的镦粗部的轴镦粗加工方法。

此外，术语“轴镦粗(轴肥大)”是高频热炼株式会社的注册商标。以下，为方便说明，不带“注册商标”之类的词句，而是使用术语“轴镦粗”。

专利文献1：日本特开2002－346684号公报

在该轴镦粗加工方法中，使金属制的轴部件绕该轴部件的中心轴旋转，同时，使轴部件作用有中心轴的轴向的压缩压力，并且使轴部件作用有弯曲力。

由此，在轴部件的弯曲力的作用部周围形成直径比轴部件大的镦粗部。

车辆用的自动变速器的带轮零件在轴部的长度方向的中途位置具有外径比轴部大的滑轮部。

在利用专利文献1的轴镦粗加工方法来制作具有滑轮部的带轮零件的情况下，滑轮部的外径越大，通过轴镦粗加工而形成的镦粗部的外径越大。

那样的话，就有要形成的镦粗部的外径越大，越容易在镦粗部的外径侧或根部产生裂纹的趋势。

因此，正在寻求不产生裂纹等而形成镦粗部的技术。

发明内容

本发明提供一种轴镦粗(轴肥大)加工方法，通过沿金属制的轴部件的中心轴的轴向隔开间隔的第一模具及第二模具把持该轴部件，通过使所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域弯曲，并使所述轴部件绕所述中心轴旋转，同时，对所述轴部件作用压缩应力，在所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域形成直径比所述轴部件大的镦粗部，其中，检测出由所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域的弯曲角度和作用于所述轴部件的压缩压力产生的应力振幅即、作用于所述轴部件和所述镦粗部的应力振幅，计算出与检测出的应力振幅的数值相对应的允许累计转数，检测出由所述第一模具和所述第二模具把持的所述轴部件的累计转数，以检测出的累计转数为所述允许累计转数内的方式进行加工。

根据本发明，不产生裂纹就能够形成镦粗部。

附图说明

图1(a)、(b)是对轴镦粗加工方法的实施所使用的轴镦粗加工装置进行说明的概略图；

图2(a)～(e)是对基于轴镦粗加工方法的镦粗部的形成进行说明的图；

图3是对形成镦粗部的过程中的压缩压力和弯曲角度进行说明的图；

图4是对现有例的轴镦粗加工方法进行说明的流程图；

图5(a)、(b)是对通过轴镦粗加工方法而制作的带轮、应力振幅和加压力及弯曲角度之间的关系进行说明的图；

图6是对应力振幅和加工转数之间的关系进行说明的图；

图7是对设定弯曲角度和设定压缩压力的设定过程进行说明的流程图；

图8是对本实施方式的轴镦粗加工方法进行说明的流程图；

图9是对构成工件的坯料和裂纹界限线之间的关系进行说明的图。

附图标记说明

1 轴镦粗加工装置

10 模具

11 第一模具

12 第二模具

2 控制装置

21 第一模具用驱动电机

22 第二模具用驱动电机

23 滑动机构

24 倾斜机构

30 轴部

3 带轮

30a 滑轮根部

31 滑轮部

31a 滑轮端面

K 区域

L 裂纹界限线

N1 旋转速度

NU 上限值

Np 加工转数

Pb 弯曲力

Pt 设定压缩压力

θt 设定弯曲角度

VL 下限值

VU 上限值

Vx 允许累计转数

W 工件

Wa 镦粗部

X1 中心轴

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式进行说明。

图1是对本实施方式的轴镦粗加工方法的实施所使用的轴镦粗加工装置1的主要结构进行说明的概略图。

此外，在图1中，为了方便说明，省略了轴镦粗加工装置1的模具10和其他构成要素之间的具体连接关系的图示，进行了简要表示。

轴镦粗加工装置1是为了在工件W(金属制的轴部件)的长度方向的中途位置形成外径比工件W的外径D1还大的镦粗部(肥大部)Wa(参照图2的(e))而使用的装置。

轴镦粗加工装置1具有：保持工件W的模具10(第一模具11、第二模具12)、驱动用的变频电机(第一模具用驱动电机21、第二模具用驱动电机22)、滑动机构23、倾斜机构24、控制装置2。

模具10具有一对模具(第一模具11、第二模具12)。

第一模具11和第二模具12在工件W的中心轴X1上相对配置。

在轴镦粗加工装置1中，当第一模具11和第二模具12配置于基准位置时，第一模具11和第二模具12在工件W的中心轴X1的轴向上隔开间隔Sa而配置。

在工件W上成形镦粗部Wa时，这两个第一模具11和第二模具12保持呈圆柱形状的工件W的长度方向的一端侧和另一端侧。在这种状态下，工件W在限制了第一模具11及第二模具12的相对旋转的状态下被保持。

在第一模具11和第二模具12分别附属设置有专用的驱动用电机(第一模具用驱动电机21、第二模具用驱动电机22)。

第一模具11和第二模具12传递驱动用电机的输出旋转而绕中心轴X1旋转。

第一模具11和第二模具12的绕中心轴X1的旋转由控制装置2来控制。

在工件W上形成镦粗部Wa时，控制装置2使第一模具11和第二模具12以规定的旋转速度N1绕中心轴X1旋转。

第一模具11设置为通过滑动机构23，沿中心轴X1的轴向可位移。控制装置2通过滑动机构23控制第一模具11向中心轴Xt的轴向的位移，并控制作用于工件W的压缩压力Pa(加压力)。

第二模具12设置为通过倾斜机构24相对于中心轴X1可倾斜。控制装置2通过倾斜机构24控制第二模具12相对于中心轴X1的倾斜度θ。

在此，参照图2～图4对使用轴镦粗加工装置1在工件W上形成镦粗部Wa的过程进行说明。

图2是对使用轴镦粗加工装置1而在工件W上形成镦粗部Wa的过程进行说明的图。

图2(a)是表示使设置于模具10的工件W绕中心轴X1旋转的状态的图。图2(b)是表示在使工件W绕中心轴X1旋转的状态下使工件W作用了中心轴X1的轴向的压缩压力Pa的状态的图。图2(c)是表示进一步使工件W以规定角度θ弯曲了的状态(工件W作用了弯曲力Pb的状态)的图。图2(d)是表示消除了工件W的弯曲后的状态(弯曲恢复的状态)的图。图2(e)是表示最终得到的工件W即在长度方向的中途位置以目的外径Dt形成了镦粗部Wa后的工件W的图。

图3是对通过现有例的轴镦粗加工方法而形成镦粗部Wa的过程中的压缩压力Pa和弯曲角度θ的变化进行说明的图。

图4是对现有例的轴镦粗加工方法进行说明的流程图。

工件W的镦粗部Wa的形成在使由第一模具11和第二模具12保持的圆柱形状的工件W绕中心轴Xl以规定的旋转速度N1而旋转的状态下开始实施(参照图2(a))。

在这种状态下，控制装置2通过滑动机构23，使第一模具11向接近第二模具12的方向位移，从而使规定的压缩压力P2(参照图3)作用于工件W(图4：步骤S101)。

由此，压缩压力Pa从时刻t0起以一定的比例而增大，在时刻t1时，达到规定的压缩压力P2(参照图3：阶段l)。

那样的话，工件W中的第一模具11和第二模具12之间的区域K的壁(轴体)沿中心轴X1的轴向被压缩，并且向中心轴X1的径向外侧(外径侧)伸出，从而形成镦粗部Wa(参照图2(b))。

在直到压缩压力Pa达到压缩压力P2期间，在沿中心轴X1的轴向被压缩的工件W的区域K内，镦粗部Wa以比工件W的外径D1大的外径形成。

接下来，控制装置2通过倾斜机构24，使第二模具12相对于中心轴Xl倾斜(图4：步骤S102)，以使第二模具12相对于中心轴X1的弯曲角度θ成为设定弯曲角度θt。

由此，弯曲角度θ从时刻t1起以一定的比例增大，在时刻t2时，达到设定弯曲角度θt(参照图3：阶段1)。

此外，在从该时刻t1到时刻t2期间，压缩压力Pa保持压缩压力P2不变。

在此，设定弯曲角度θt是使作用于工件W的压缩压力Pa在从规定的压缩压力P2增大到设定压缩压力Pt期间、和在将压缩压力Pa以设定压缩压力Pt保持期间作用于工件W的弯曲角度θ。

如图2(c)所示，当使第二模具12相对于中心轴X1倾斜了规定角度θ时，工件W的由第一模具11保持的区域和工件W的由第二模具12保持的区域之间的区域K就作用有弯曲力Pb。

那样的话，工件W以区域K为边界，变为由第一模具11保持的区域和由第二模具12保持的区域以规定角度θ弯曲的状态。

当工件W以规定角度θ变曲时，在工件W中，第一模具11和第二模具12之间的区域K的壁(轴体)中的、位于第二模具12的弯曲侧的区域K的壁(轴体)一边沿中心轴X1的轴向被压缩，一边沿中心轴X1的径向进行镦粗化。

即，区域K的壁(轴体)向第二模具12的弯曲方向侧进行镦粗化(参照图2(c))。

当弯曲角度θ达到了设定弯曲角度θt时，控制装置2就通过滑动机构23，使第一模具11向接近第二模具12的方向位移(图4：步骤S103)，以使压缩压力Pa成为用于形成镦粗部Wa的设定压缩压力Pt。

由此，压缩压力Pa从时刻t2起以一定的比例增大，在时刻t3时，达到设定压缩压力Pt(参照图3：阶段2)。

进而，在直到达到设定压缩压力Pt期间，工件W的形成于区域K的镦粗部Wa的外径就会增大。

此外，在从该时刻t2到时刻t3期间，弯曲角度θ保持设定弯曲角度θt不变。

而且，在时刻t3之后，在使工件W绕中心轴Xl旋转的状态下，持续维持一边将第二模具12保持为设定弯曲角度θt，一边使设定压缩压力Pt作用于工件W的状态。

由此，形成于区域K的镦粗部Wa的外径随着时间的经过而增大(参照图3：阶段3)。

控制装置2确认轴镦粗加工是否已完成(图4：步骤Sl04)。

具体地，控制装置2确认镦粗部Wa的外径是否达到了以镦粗部Wa的目标外径Dt为基准的规定的阈值范围Dt±α。

而且，当镦粗部Wa的外径达到了规定的阈值范围Dt±α时(图4：步骤Sl04，是)，控制装置2实施轴镦粗加工的结束处理(图4：步骤S105)。

因而，直到镦粗部Wa的外径达到规定的阈值范围Dt±α为止，第二模具12相对于中心轴X1的弯曲角度θ和压缩压力Pa都分别保持为设定弯曲角度θt和设定压缩压力Pt(参照图3：阶段3)。

在轴镦粗加工的结束处理中，控制装置2使压缩压力Pa一下子地变化到低于设定压缩压力Pt且高于压缩压力P2的压缩压力P3(参照图3：阶段4)。

由此，在镦粗部Wa的外径D达到了以目标外径Dt为基准的规定的阈值范围Dt±α的时间点(时刻t4)，压缩压力Pa变更为压缩压力P3(参照图3：阶段4)。

进而，控制装置2使第二模具12相对于中心轴X1的弯曲角度θ以一定的比例向零(＝0)度减小(参照图3：阶段4、图2(d))。

而且，控制装置2在第二模具12相对于中心轴X1的角度θ达到了零(＝0)度的时间点，使第一模具11远离第二模具12，使作用于工件W的压缩压力Pa变为零(＝0)。

由此，得到具有以目标外径Dt为基准的规定的阈值范围Dt±α内的外径的镦粗部Wa的工件W(参照图2(e))。

在此，当利用这种轴镦粗加工方法形成镦粗部Wa时，随着镦粗部Wa的目标外径Dt逐渐增大，容易在镦粗部Wa的外周及根部产生裂纹。

例如，在由轴镦粗加工方法制作出的对象物为如图5(a)所示的车辆用无级变速器的带轮3(带轮零件)的情况下，在由轴镦粗加工形成的滑轮部31中，往往会在滑轮端面31a和滑轮根部30a产生裂纹(裂痕)。

关于加工对象物为带轮3的情况，本申请发明人对滑轮部31(镦粗部)的滑轮端面31a(镦粗部的外周)、以及轴部30和滑轮部31的边界即滑轮根部30a(镦粗部的根部)的裂纹的产生原因进行了深入研究。其结果确认了以下几点。

(a)弯曲角度θ越大，且压缩压力Pa越大，越容易产生滑轮端面31a的裂纹。

(b)弯曲角度θ越大，且压缩压力Pa越小，越容易产生滑轮根部30a的裂纹。

进而，确认了以下这一点。

(c)当轴镦粗加工时的工件W的加工转数(累计转数)增多时，裂纹的产生就会变得显著。

在此，加工转数的意思是指边使工件W绕中心轴X1旋转边形成滑轮部31(镦粗部)时的工件的累计转数。

加工转数是在以工件W的相位绕中心轴X1变化了360°的时间点为1转而进行计数时，直到滑轮部31的形成完成为止，总共进行了多少次工件W的1转(相位的360°的变化)的意思。

例如，在加工转数为2次的情况下，指的是在形成滑轮部31的过程中，工件W绕中心轴X1旋转了2转的意思。

滑轮部31的形成是边使工件W绕中心轴X1旋转边被实施的。

这时，在工件W中，位于弯曲侧的区域的坯料(壁)被压缩，另一方面，位于弯曲侧相反侧的区域的坯料(壁)被拉伸而伸长。

因而，在形成滑轮部31的过程中，绕中心轴X1而旋转的工件W交替地作用有压缩力和拉伸力。因此，在形成滑轮部31时，作用于工件W的应力以一定的振幅而变动，作用于形成中途的滑轮部31的应力产生了应力振幅。

于是，本申请发明人进行了深入研究，其结果发现，在轴镦粗加工时的应力振幅和未产生裂纹等不良情况而完成的工件W(轴部件)的累计转数(允许累计转数)之间存在着关联关系。

下面，以从呈圆柱形状的工件W通过轴镦粗加工而形成带轮3的滑轮部31的情况为例，对滑轮根部30a和滑轮端面31a的裂纹的产生和应力振幅、加压力(压缩压力)、弯曲角度之间的关系进行说明。

图5是对利用本实施方式的轴镦粗加工方法制作出的带轮3、形成带轮3的滑轮部31时的应力振幅(GPa)、加压力(kN)及弯曲角度(θ)之间的关系进行说明的图。

图5(a)是对通过轴镦粗加工而形成了滑轮部31的带轮3中的滑轮根部30a和滑轮端面31a的位置进行说明的图。

图5(b)是对滑轮根部30a的应力振幅(GPa)和加压力(kN)及弯曲角度(θ)之间的关系、滑轮端面31a的应力振幅(GPa)和加压力(kN)及弯曲角度(θ)之间的关系进行说明的图。

在通过轴镦粗加工而形成了滑轮部31的带轮3的情况下，在滑轮部31的外周侧的端面(滑轮端面31a)、滑轮部31和轴部30的边界部(滑轮根部30a)，有产生裂纹等不良情况的趋势(参照图5(a))。

本申请发明人通过实验及模拟对轴镦粗加工时的加压力和弯曲角度θ给应力振幅带来的影响进行了研究。

此外，图5(b)表示的是上述的轴镦粗加工中的阶段3(参照图3)的应力振幅。

如图5(b)所示，轴镦粗加工时的加压力(kN)越大，滑轮根部30a的应力振幅(GPa)越小。

这是因为加压力越大，镦粗中途的工件W的坯料和模具10(第一模具11、第二模具12)的接触面积越大的缘故。

另外，轴镦粗加工时的弯曲角度θ越大，滑轮根部30a的应力振幅(GPa)越大。

弯曲角度越大，作用于滑轮根部30a的弯矩越大。而且，弯矩作用于位于工件W的弯曲侧的区域(在图2(c)的情况下，上侧的区域)，作用于位于工件W的弯曲侧的区域和作用于位于弯曲侧相反侧的区域(在图2(c)的情况下，下侧的区域)的力矩之差增大。因此，这是作用于滑轮根部30a的应力振幅(应力变动)增大的缘故。

另一方面，轴镦粗加工时的加压力(kN)越大，滑轮端面31a的应力振幅(GPa)越大。

这是因为在轴镦粗加工时，滑轮端面31a侧遍及围绕中心轴X1的周向的整周都不与位于中心轴X1方向的两侧的模具10(第一模具11、第二模具12)接触的缘故。

因此，这是在滑轮端面31a侧的坯料位于工件W的弯曲侧的情况、和位于弯曲侧相反侧的情况下，加压力的变动都增大，应力振幅都增加的缘故。

另外，弯曲角度θ越大，滑轮端面31a的应力振幅越大。这时工件W旋转1转期间的(每1转的)材料流动增大的缘故。

此外，就应力振幅(GPa)的程度而言，滑轮部31的根部(滑轮根部30a)比外周部(滑轮端面31a)大。

图6是对应力振幅(GPa)和加工转数(rev)之间的关系进行说明的图。

在该图6中，不产生裂纹就能够形成滑轮部31的加工转数(允许累计转数)规定为裂纹界限线L。

而且，表示出了该裂纹界限线L和轴镦粗加工时可允许的应力振幅(允许应力振幅范围)之间的关系。

本申请发明人对滑轮根部30a和滑轮端面31a的裂纹的产生原因和趋势进行了深入研究。其结果发现，在应力振幅(GPa)的程度和在形成滑轮部31时不会产生裂纹等不良情况的加工转数(允许累计转数)之间存在着关联关系。

而且，在形成滑轮部31(镦粗部)时的加工条件(图3：阶段3)中，针对变更了加工转数和应力振幅的情况，通过模拟及实验，对滑轮根部30a和滑轮端面31a的裂纹的有无产生进行了研究。

然后，将模拟及实验的结果绘制成以应力振幅(GPa)为纵轴、以加工转数(rev)为横轴的曲线图，并对应力振幅(GPa)和加工转数(rev)之间的关系进行了研究(参照图6)。

此外，在图6中，用“白色圆圈”表示在轴镦粗加工时产生了裂纹的情况，用“黑色圆圈”表示未产生裂纹的情况。

其结果是，发现了以下几点。

(a)应力振幅(GPa)越小，形成滑轮部31时不产生裂纹等不良情况的加工转数越多。

(b)应力振幅(GPa)越大，形成滑轮部31时不产生裂纹等不良情况的加工转数越少(参照图6)。

(c)滑轮根部30a的不产生裂纹等不良情况的加工转数(允许累计转数)比滑轮端面31a少。

应力振幅(GPa)越大，轴镦粗加工时的工件W的坯料的由延伸、压缩的重复引起的疲劳越大。

因此，由于应力振幅越大，通过加工转数的增加而积累的疲劳越多，因此，应力振幅(GPa)越大，不产生裂纹等不良情况的加工转数(允许累计转数)越少。

进而，这是滑轮根部30a的轴镦粗加工时的应力振幅比滑轮端面31a大的缘故。

而且，本申请发明人使用绘制出了模拟及实验的结果的图6，设定了规定不在滑轮根部30a和滑轮端面31a上产生裂纹的加工转数的上限(允许累计转数)的裂纹界限线L。

在图6中，用白色圆圈表示在轴镦粗加工时产生了裂纹的情况，用黑色圆圈表示未产生裂纹的情况，裂纹界限线L通过在各应力振幅的值中将裂纹产生品中的加工次数最少的产品(白色圆圈和黑色圆圈的边界)连起来而设定。

而且，在假定了在轴镦粗加工时在工件W旋转1转期间所产生的应力振幅(平均)和加工转数的积与在轴镦粗加工时所积累的加工能量成比例时，该裂纹界限线L是用两个变量(应力振幅，加工转数)的曲线图而求出。

进而，本申请发明人在绘制出了模拟及实验的结果的图6中，设定出了应力振幅的下限值VL和上限值VU。

在此，应力振幅的下限值VL是考虑到带轮3的制作成本而设定的。

当应力振幅减小时，虽然难以产生裂纹，但滑轮部31的形成所需要的加工转数就会增加。因此，滑轮部31的形成所需要的时间(加工时间)变长，带轮3的制作成本升高。

因此，考虑带轮3的制作成本，来确定加工转数的上限值NU，根据该确定出的上限值NU和裂纹界限线L的交点，设定了应力振幅的下限值VL。

应力振幅的上限值VU考虑轴镦粗加工时的应力振幅的振摆而设定。

因轴镦粗加工所使用的工件W的批次等，轴镦粗加工时的应力振幅有时向增大的方向振摆。即使在这种情况下，也将应力振幅不会增加到有可能产生裂纹的区域的应力振幅的值设为上限值VU。

在本实施方式中，使用设定了裂纹界限线L和应力振幅的下限值VL及上限值VU的图6，确定轴镦粗加工时的设定弯曲角度θt和设定压缩压力Pt(加压力)。然后，使用所确定出的设定弯曲角度θt和设定压缩压力Pt(加压力)，实施轴镦粗加工(图8的步骤S302、S303)。

图7是对设定弯曲角度θt和设定压缩压力Pt(加压力)的设定过程进行说明的流程图。

首先，利用输入有加工对象物即工件W的参数(硬度H、Vp值等)的控制装置2，暂时设定轴镦粗加工时的加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)(步骤S201)。

控制装置2基于工件W的参数和加工条件，计算出在轴镦粗加工时作用于滑轮部31(镦粗部)的应力振幅值(步骤S202)。

接下来，控制装置2在对应力振幅(GPa)和加工转数(rev)之间的关系进行说明的图6中，确认所计算出的应力振幅值是否在允许应力振幅范围内(步骤S203)。

在所计算出的应力振幅值在允许应力振幅范围内的情况下(步骤S203，是)，控制装置2根据所计算出的应力振幅值和裂纹界限线L的交点，确定轴镦粗加工时的允许累计转数(步骤S204)。

例如，在所计算出的应力振幅值为Vx的情况下，与Vx和裂纹界限线L的交点对应的加工转数Nx被确定为轴镦粗加工时的允许累计转数。

由此，由步骤S201设定的加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)分别被设定为轴镦粗加工时的设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt(步骤S205)。

另一方面，在所计算出的应力振幅值不在允许应力振幅范围内的情况下(步骤S203，否)，控制装置2对由步骤201暂时设定的加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)进行修正。

例如，在所计算出的应力振幅值Vx’比应力振幅的上限值VU大的情况下，以根据修正后的加工条件重新计算出的应力振幅值变小的方式修正加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)。

另外，在所计算出的应力振幅值Vx’比应力振幅的下限值VL小的情况下，以根据修正后的加工条件重新计算出的应力振幅值变大的方式修正加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)。

加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)的修正通过使弯曲角度θ、压缩压力Pa增减来进行。

例如，在所计算出的应力振幅值Vx’比应力振幅的上限值VU大的情况下，不修正弯曲角度θ，而是使压缩压力Pa增加。

这是因为当在保持弯曲角度θ的状态下使压缩压力Pa增加时，形成中途的滑轮部31(镦粗部)和第一模具11及第二模具12的接触面积就会增加，应力振幅就下降的缘故。

此外，在使压缩压力Pa增加了以后所计算出的应力振幅未达到了规定的应力范围内的情况下，使弯曲角度θ减小(减少)。

应力振幅越大，越容易在镦粗部的根部(根部)产生不良情况。

因此，即使使压缩压力增加，在应力振幅未达到规定的应力范围内(允许应力振幅范围内)的情况下，也能够通过使弯曲角度减小，而使应力振幅收敛在规定的应力范围内。

当修正了加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)时(步骤S206)，在步骤S202中，控制装置2根据修正后的加工条件(弯曲角度θ、压缩压力Pa)，计算出轴镦粗加工时的应力振幅值。

然后，在根据修正后的加工条件而计算出的应力振幅值在允许应力振幅范围内的情况下(步骤S203，是)，根据基于修正后的加工条件而计算出的应力振幅值，确定允许累计转数(步骤S204)。

而且，修正后的加工条件(弯曲角度θt、设定压缩压力Pt)分别被设定为轴镦粗加工时的设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt(步骤S205)。

因而，直到达到了所计算出的应力振幅值变成允许应力振幅范围内的加工条件为止，都重复进行步骤S202、S203、S206的处理。

这样设定出的用于轴镦粗加工的设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt(加压力)、轴镦粗加工时的允许累计转数均在工件W的轴镦粗加工时被使用。

图8是本实施方式的轴镦粗加工方法的流程图。

本实施方式的轴镦粗加工方法的从步骤S301到步骤S303的处理、步骤S306的处理分别与上述的现有例的轴镦粗加工方法的从步骤S101到步骤S103的处理、步骤S105的处理相同。因而，在此主要对不同的处理进行说明，其他处理根据需要进行说明。

当通过从步骤S301到步骤S303的处理而持续维持将第二模具12保持为设定弯曲角度θt，同时使设定压缩压力Pt作用于工件W的状态时，工件W的形成于区域K的滑轮部31(镦粗部)的外径就随着时间的经过而增大。

那样的话，控制装置2就确认轴镦粗加工是否已完成(图8：步骤S304)。

具体地，控制装置2确认滑轮部31(镦粗部)的外径是否达到了以滑轮部31的目标外径Dt为基准的规定的阈值范围Dt±α内。

然后，当判定为轴镦粗加工未完成时(步骤S304，否)，控制装置2就确认从使设定压缩压力Pt作用于工件W的时间点的工件W的累计转数是否达到了允许累计转数Nx(步骤S305)。

在未达到允许累计转数Nx的情况下(步骤S305，否)，移至步骤S304的处理。

因而，当在工件W的累计转数达到允许累计转数Nx的期间，判定为轴镦粗加工已完成时(步骤S304，是)，就移至步骤S306的轴镦粗加工结束处理。

如上所述，这些设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt、允许累计转数Nx均成为不会在通过轴镦粗加工而形成的滑轮部31产生裂纹的值。

因而，通过使用按照实验及模拟的结果而以不产生裂纹的方式设定出的设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt、允许累计转数Nx，而进行工件W的轴镦粗加工，能够不在滑轮根部30a及滑轮端面31a产生裂纹而制作出带轮3。

此外，设定弯曲角度θt、设定压缩压力Pt、允许累计转数Nx的设定所使用的裂纹界限线L是将裂纹产生品中加工次数最少的产品(白色圆圈和黑色圆圈的边界)连起来而设定出的线。

因而，即使要加工的零件的形状发生变化(产生应力发生变化)，如果是相同的材料、热处理，也能够应用同样的思路，所以也可应用于新零件设计。

此外，当在工件W的累计转数达到允许累计转数Nx期间未判定为轴镦粗加工已完成的情况下(步骤S305，是)，由于产生裂纹的可能性高，因此在移至步骤S306的轴镦粗加工结束处理以后，或跳过步骤S306，而结束轴镦粗加工。

(工件W的构成坯料)

在此，轴镦粗加工时的裂纹的产生难易度随着构成工件W(圆柱形状的钢材：轴部件)的坯料的组成而变化。

因此，规定加工转数的上限(允许累计转数)的裂纹界限线L也随着构成工件W的坯料的组成而在加工转数的增减方向(图9的左右方向)上发生变化。

图9是对构成工件W的坯料和裂纹界限线L之间的关系进行说明的图。

每当通过工件W(圆柱形状的钢材)的轴镦粗加工而形成滑轮部31时，本申请发明人都对构成工件W的坯料的组成，即能够难以在滑轮根部30a及滑轮端面31a产生裂纹的最佳组成进行了深入研究。

其结果发现，优选如下的组成的工件W。

具体地，工件W(圆柱形状的钢材)以重量％计组成为如下：

C：0.10～0.25％

Si：≤0.35％

Mn：0.30～1.0％

P：≤0.03％

S：≤0.025％

Cu：≤0.3％、

Ni：≤0.3％

Cr：0.3～1.5％

Mo：≤0.2％

Al：0.030～0.050％

N：0.005～0.030％

剩余部分实质上为Fe。

而且，工件W(轴部件)优选为通过对软化热处理前的铁素体+珠光体组织的比率为95％以上，且下式(1)的Vp值为40％以下的钢材进行软化热处理，而将硬度H制成了85HRB以下的工件。

Vp＝183.36×C+2.6×Mn+3.8×Cu+2.8×Ni+8.05×Cr－15.18≤40 (1)

作为本发明的轴部件，可采用由JIS规定的钢，例如表1所示的SCr420H、非专利文献1的防晶粒粗大化的钢以及非专利文献2的冷锻用硼渗碳钢。

非专利文献1：“电气制钢”，1994，第65卷，第1号p.67－75

非专利文献2：“电气制钢”，1998，第69卷，第1号p.57－64

表1：

下面，对各成分的限定理由进行说明。

C(碳)是用于确保工件W(圆柱形状的钢材)的强度所含的元素。为了确保强度，工件W需要含有0.1％以上的C。

其中，当C的含量增多时，工件W的硬度就会过硬，工件W的变形阻力会增大。那样的话，就会有损冷加工性。

因此，将C的含量的上限设为0.25％以下。C的含量优选为0.10～0.2％。

Si(硅)作为熔炼时的脱氧剂而添加。Si防止高温时的表面氧化。

其中，当Si的含量增多时，与C的情况同样，就会有损冷加工性。

因此，将Si的含量的上限设为0.35％以下。此外，当考虑淬火性时，Si的含量优选为0.05～0.25％。

Mn(锰)为提高工件W的淬火性而添加。

其中，当Mn的含量增多时，工件W就会过硬，有损冷加工性。

因此，将Mn的含量的上限设为1.0％以下。Mn的含量优选为0.30～1.0％。

P(磷)为杂质元素。当P的含量超过0.03％时，钢材的碰撞疲劳强度就会显著下降。那样的话，就有可能在冷锻时(加工时)发生裂纹。

因此，将P的含量的上限设为0.03％以下。此外，P的含量优选为0.02％以下。

S(硫)与P同样，也是杂质元素。当S的含量超过0.025％时，就有可能在冷锻时(加工时)发生裂纹。

因此，将S的含量的上限设为0.020％以下。

此外，S与构成工件W的坯料所含的Mn发生反应，生成MnS。MnS使钢材的切削性提高。具体地说，降低切削阻力，提高工具寿命。

因此，为了提高切削性，优选添加S，但也可以不添加。此外，要添加时的S的含量优选为0.005％～0.020％以下。

Cr(铬)是为提高工件W的淬火性而添加的重要元素。

其中，当Cr的含量过多时，就会在轧制时生成硬质贝氏体，有损冷加工性。

因此，将Cr的含量的上眼设为1.50％。Cr如果含有0.3％以上，则发挥提高淬火性的效果。因此，Cr的含量优选为0.3％以上且1.5％以下。

Mo(钼)是为提高淬火性和耐磨性而添加的。

Mo昂贵，当Mo的含量增多时，就会在轧制时生成硬质贝氏体，有损冷加工性。

Mo由于微量的添加可发挥效果，因此Mo的含量的上限优选为0.2％以下，更优选为0.15％以下。

Al(铝)作为熔炼时的脱氧剂而添加。另外，Al是在渗碳时有效防止奥氏体晶粒的粗大化的元素。

为了既要考虑到制造成本，又要得到它们的效果，Al的含量优选为0.030～0.050％以下。

N(氮)与构成工件W的坯料所含的Nb或Al发生反应，形成碳氮化物或氮化物。

其中，当N的含量超过0.030％时，在渗碳时防止奥氏体晶粒的粗大化的效果就会饱和。

N的含量优选为0.005－0.030％。

进而，本发明中使用的工件W也可以还含有以下元素(Nb、B、Ti)。

Nb(铌)与构成工件W的坯料所含的C或N发生反应，形成碳化物、氮化物、或者碳氮化物。

这些元素均在渗碳时发挥防止奥氏体晶粒的粗大化的效果。

其中，当Nb的含量超过0.1％时，防止奥氏体晶粒的粗大化的效果就会饱和。进而，工件过硬，有损冷锻性。

因此，将Nb的含量的上限设为0.1％。此外，Nb的含量优选为0.05％以下。

B(硼)能够提高工件W的淬火性。

其中，当B的含量超过0.0030％时，提高淬火性的效果就会饱和。因此，B的含量优选为0.0030％以下。

Ti(钛)有比B先与构成工件W的坯料所含的N键合而生成TiN的趋势。

B为提高淬火性而含在构成工件的坯料中，但当B与N键合时，就不能确保作为目的的淬火性。

即，Ti为确保由B的添加得到的淬火性而添加在构成工件的坯料中。

为了使构成工件W的坯料所含的N大致完全固溶，需要将Ti的含量的下限设为3.4×N。

在此，当考虑上述的N的含量的上限为0.030％时，Ti的含量的上限优选为0.20％。

在此，本申请发明所使用的工件W是通过对满足以下条件的钢材进行软化热处理，而将退火后的硬度H制成了85HRB以下的工件。

(a)软化热处理前的铁素体+珠光体组织的比率为95％以上。

(b)下式(1)的Vp值为40％以下。

Vp＝183.36×C+2.6×Mn+3.8×Cu+2.8×Ni+8.05×Cr－15.18≤40(1)

该式(1)的Vp是代替珠光体的体积率的指标。

当Vp值超过40(＞40)时，以第二相(珠光体层)为起点的成形时的裂纹就会有变显著的趋势。

淬火后的硬度J9值是通过由JISG0561规定的顶端淬火性试验而求出的值。J9值(从表面侧到9mm的硬度)越大，意味着淬火性越高且硬

退火后的硬度H超过85HRB时，有损冷加工性。

具体地，当退火后的硬度变硬时，成形为必要形状时所需要的成形载荷就会增大。因此，当退火后的硬度H超过85HRB时，难以通过冷加工而加工成目标形状。

在此，因为当退火后的硬度H变硬时，以下(i)、(ii)所述的生产上的制约就会增大，所以会导致成本上升。

(i)需要提高冷加工所使用的锻造设备的能力。(ii)由于成形所使用的模具的寿命会下降，因此，需要用于抑制寿命下降的对策。

因此，退火后的硬度H将上限设为85HRB，优选为80HRB以下。

如图9所示，当工件W(金属制的轴部件)的退火后的硬度H变小时，裂纹界限线就向允许转数增大的方向(图9的右向)移动。

在此，以表示工件W的加工转数的上限的裂纹界限线L1通过工件W的退火后的硬度H的减小而移动至裂纹界限线L2(允许累计转数)的情况为例进行说明。

在这种情况下，在所计算出的应力振幅值为Vx的工件W的情况下，当硬度H变小时，通过从裂纹界限线L1移动至裂纹界限线L2，与Vx和裂纹界限线L的交点对应的允许累计转数从Nx1增加到Nx2。

因而，由于该允许累计转数的增加，相应地，能够使轴镦粗加工时的允许累计转数的上限富余(参照图9中的交叉的剖面线的区域)，因此，能够期待提高通过轴镦粗加工而制作带轮3时的成品率。

下面，与效果一同列举本发明的特征。

(1)在轴镦粗加工方法中，金属制的轴部件即工件W通过沿该工件W的中心轴X1的轴向隔开间隔的第一模具11及第二模具12而把持，通过使工件W的第一模具11与第二模具12之间的区域K弯曲，且使工件W绕中心轴X1旋转，同时，使工件W作用有压缩应力，在工件W的第一模具11与第二模具12之间的区域K形成直径比工件W大的镦粗部Wa。

检测出由工件W的第一模具11与第二模具12之间的区域K的弯曲角度θ和作用于工件W的压缩压力Pa产生的应力振幅即、作用于工件W和镦粗部Wa的应力振幅。

根据所检测到的应力振幅的数值，计算出不产生裂纹就能够形成镦粗部Wa的加工转数的上限(允许累计转数)。

检测出由第一模具11和第二模具12把持的工件W的累计转数(当前时间点的加工转数)。

以所检测出的累计转数成为允许累计转数内的方式进行加工。

本申请发明人发现，在轴镦粗加工时的应力振幅和未产生裂纹等不良情况的工件W(轴部件)的允许累计转数(加工转数)之间存在着关联关系。

形成镦粗部时未产生不良情况的工件W的累计转数即允许累计转数根据轴镦粗加工时的应力振幅而确定。

即，当应力振幅变大时，允许累计转数就减少，当应力振幅变小时，允许累计转数就增多。

因此，通过使轴镦粗加工时的工件W的转数(累计转数)停留在根据轴镦粗加工时的应力振幅而确定的允许累计转数内，不产生不良情况就能够形成镦粗部。

例如，在具有镦粗部的工件W(轴部件)为车辆用的带式无级变速器的带轮3的情况下，镦粗部最终成为带轮3的滑轮部31。因此，通过检测出作用于成为滑轮部31的部位的应力振幅，且使形成滑轮部31时的工件W的累计转数停留在根据所检测出的应力振幅的数值而确定的允许累计转数内，不会产生由疲劳引起的裂纹等就能够成形成最终成为滑轮部31的镦粗部。

即，通过将轴镦粗加工的加工极限作为形成镦粗部时的轴部件的允许累计转数而求出，能够精度良好地形成镦粗部。

轴镦粗加工方法具有以下特征。

(2)在所检测出的应力振幅的数值为规定的应力振幅范围外的情况下，通过使压缩压力Pa(加压力)和弯曲角度θ增减，以使应力振幅的数值变成规定的应力振幅范围内(图6：允许应力振幅范围内)，并且所检测出的累计转数成为允许累计转数内的方式进行加工。

当应力振幅变大时，形成镦粗部时就容易产生裂纹等不良情况。当应力振幅变小时，虽然能够防止不良情况的产生，但镦粗部的形成所需要的加工时间就会变长。但是，当将应力振幅维持在较小的状态下缩短加工时间时，镦粗部的加工精度就会下降。

通过将形成镦粗部时的应力振幅设为基于不良情况的产生难易度和加工时间而设定的规定的应力振幅范围内而进行轴镦粗加工，不产生不良情况就能够以适当的加工精度形成镦粗部。

另外，通过控制轴镦粗加工的加工条件即压缩压力和弯曲角度的增减，能够使形成镦粗部时的应力振幅收敛在规定的应力振幅范围内。

轴镦粗加工方法具有以下特征。

(3)在所检测出的应力振幅的数值为规定的应力振幅范围(允许应力振幅范围)外的情况下，通过使压缩压力增加，以使应力振幅的数值变成规定的应力范围(允许应力振幅范围)内，并且所检测出的累计转数成为允许累计转数内的方式加工。

当在保持弯曲角度θ不变的状态下使压缩压力增加时，形成中途的镦粗部和第一模具11及第二模具12的接触面积就增加，应力振幅下降。当应力振幅变小时，就在形成镦粗部时难以产生裂纹等不良情况。

因而，通过控制轴镦粗加工的加工条件即压缩压力和弯曲角度的增减，能够使形成镦粗部时的应力振幅收敛在规定的应力振幅范围内。

轴镦粗加工方法具有以下特征。

(4)在所检测出的应力振幅的数值为规定的应力振幅范围(允许应力振幅范围)外的情况下，且在使压缩压力增加并且使压缩压力增加以后而应力振幅也未达到规定的应力范围内的情况下，通过减小弯曲角度，以使应力振幅的数值变成规定的应力振幅范围(允许应力振幅范围)内。

应力振幅越大，越容易在镦粗部的根部(根部)产生不良情况。而且，弯曲角度对应力振幅的影响比压缩压力大。

因此，在即使增大压缩压力也未使应力振幅达到规定的应力范围内的情况下，通过减小弯曲角度，能够使应力振幅收敛在规定的应力范围内。

因而，通过控制轴镦粗加工的加工条件即压缩压力和弯曲角度的增减，能够使形成镦粗部时的应力振幅收敛在规定的应力振幅范围内。

轴镦粗加工方法具有以下特征。

(5)在轴镦粗加工方法中，在将压缩压力和弯曲角度保持规定时间时，在所检测出的应力振幅的数值为规定的应力振幅范围外，且所检测出的累计转数为第一规定转数以上且第二规定转数(允许累计转数)以内的情况下，为了使应力振幅成为规定的应力范围内，使压缩压力增加。

此外，累计转数是轴镦粗加工开始起的转数，第一规定转数为1转以上。

由于在将压缩压力和弯曲角度保持规定时间的保持工序(图3，阶段3)中形成镦粗部，因此，在形成该镦粗部的过程中，通过使应力振幅收敛在规定的应力范围内，不产生裂纹等不良情况就能够以适当的加工精度形成镦粗都。

上述的轴镦粗加工方法所使用的轴镦粗加工用的轴部件(工件W)具有如下那样的组成。

(6)工件W(圆柱形状的钢材)以重量％计组成为如下：

C：0.10～0.25％

Si：≤0.35％

Mn：0.30～1.0％

P：≤0.03％

S：≤0.025％

Cu：≤0.3％、

Ni：≤0.3％

Cr：0.3～1.5％

Mo：≤0.2％

Al：0.030～0.050％

N：0.005～0.030％

剩余部分实质上为Fe。

而且，工件W(轴部件)是通过对软化热处理前的铁素体+珠光体组织的比率为95％以上，且下式(1)的Vp值为40％以下的钢材进行软化热处理，而将硬度H制成了85HRB以下的工件。

Vp＝183.36×C+2.6×Mn+3.8×Cu+2.8×Ni+8.05×Cr－15.18≤40 (1)

当这样构成时，能够使规定应力振幅和允许累计转数之间的关系的裂纹界限线L向使允许累计转数增加的方向偏移。

由此，形成镦粗部时的轴部件的允许累计转数增大，因此，既能够防止裂纹的产生，又能够将镦粗部形成到规定的形状。

工件W(轴部件)具有以下特征。

(7)工件W在由JISG0561规定的顶端淬火性试验中，满足J9值≥28HRC。

当这样构成时，就能够确保形成了镦粗部的轴部件的渗碳淬火后的硬度。

例如，在具有镦粗部的轴部件为车辆用的带式无级变速器的带轮的情况下，镦粗部最终成为带轮的凸缘部。因此，能够提供一种兼得硬度和使带滑动的凸缘部的功能性(耐磨性、凸缘部的根部的耐弯曲疲劳性)这两者的带轮。

工件W(轴部件)具有以下特征。

(8)工件W还含有0.02～0.10重量％的Nb。

当这样构成时，Nb就发挥钉扎效应。因此，在进行了形成有镦粗部的轴部件的渗碳淬火时，能够抑制晶粒的粗大化，能够确保渗碳淬火后的轴部件的刚性。

工件W(轴部件)具有以下特征。

(9)工件W还含有B：0.0005～0.0030％、Ti：3.4×N～0.2重量％。

B是为提高淬火性而含在构成工件的坯料中的元素，但当B与N键合时，不能确保作为目的的淬火性。

因而，通过如上那样构成B的含量，能够确保作为目的的淬火性。

工件W(轴部件)具有以下特征。

(9)工件W是用于制作带式无级变速器所使用的带轮3的圆柱形状的轴部件。

通过轴镦粗加工而形成的镦粗部为带轮3的滑轮部31。

工件W的未变成滑轮部31(镦粗部)的区域为带轮3的轴部30。

轴部30和滑轮部31的边界为滑轮根部30a。

当这样构成时，就能够提供一种兼得硬度和使带滑动的凸缘部的功能性(耐磨性、凸缘部的根部的耐弯曲疲劳性)这两者的带轮。

在上述的实施方式中，例示的是通过实验及模拟而预确定了设定压缩压力Pt和设定弯曲角度θt的情况，但也可以实施轴镦粗加工的同时，计算出应力振幅，并根据所计算出的应力振幅的值，确定出设定压缩压力Pt和设定弯曲角度θt。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本申请发明不局限于上述的方式。在本申请发明的技术思想中可适当变更。

Claims (10)

1.一种轴镦粗加工方法，通过沿金属制的轴部件的中心轴的轴向隔开间隔的第一模具及第二模具把持该轴部件，

通过使所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域弯曲，并使所述轴部件绕所述中心轴旋转，同时，对所述轴部件作用压缩应力，在所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域形成直径比所述轴部件大的镦粗部，其特征在于，

检测出由所述轴部件中的所述第一模具与所述第二模具之间的区域的弯曲角度和作用于所述轴部件的压缩压力产生的应力振幅即、作用于所述轴部件和所述镦粗部的应力振幅，

计算出与检测出的应力振幅的数值相对应的允许累计转数，

检测出由所述第一模具和所述第二模具把持的所述轴部件的累计转数，

以检测出的累计转数为所述允许累计转数内的方式进行加工。

2.如权利要求1所述的轴镦粗加工方法，其特征在于，

在检测出的所述应力振幅的数值为规定的应力振幅范围外的情况下，通过使所述压缩压力和所述弯曲角度增减，以使所述应力振幅的数值为所述规定的应力振幅范围内，并且使检测出的所述累计转数为所述允许累计转数内的方式进行加工。

3.如权利要求1或2所述的轴镦粗加工方法，其特征在于，

在检测出的所述应力振幅的数值为规定的应力振幅范围外的情况下，通过使所述压缩压力增加，以使所述应力振幅的数值为所述规定的应力振幅范围内，并且使检测出的所述累计转数为所述允许累计转数内的方式进行加工。

4.如权利要求2或3所述的轴镦粗加工方法，其特征在于，

在检测出的所述应力振幅的数值为规定的应力振幅范围外的情况下，且在使所述压缩压力增加，并使所述压缩压力增加之后而所述应力振幅也未达到所述规定的应力振幅范围内的情况下，通过使所述弯曲角度减小，使所述应力振幅的数值成为所述规定的应力振幅范围内。

5.如权利要求3或4所述的轴镦粗加工方法，其特征在于，

在所述轴镦粗加工方法中，在将所述压缩压力和所述弯曲角度保持规定时间时，在检测出的所述应力振幅的数值为所述规定的应力振幅范围外，且检测出的所述累计转数为第一规定转数以上且第二规定转数以内的情况下，

为了使所述应力振幅成为所述规定的应力振幅范围内，使所述压缩压力增加。

6.一种轴镦粗加工用的轴部件，其用于权利要求1～5中任一项所述的轴镦粗加工方法，其特征在于，

所述轴部件以重量％计组成为如下：

C：0.10～0.25％

Si：≤0.35％

Mn：0.30～1.0％

P：≤0.03％

S：≤0.025％

Cu：≤0.3％、

Ni：≤0.3％

Cr：0.3～1.5％

Mo：≤0.2％

Al：0.030～0.050％

N：0.005～0.030％

剩余部分实质上为Fe，

通过对软化热处理前的铁素体+珠光体组织的比率为95％以上且下式(1)的值为40％以下的钢材进行软化热处理，

183.36×C+2.6×Mn+3.8×Cu+2.8×Ni+8.05×Cr－15.18≤40 (1)

而使所述轴部件的硬度为85HRB以下。

7.如权利要求6所述的轴镦粗加工用的轴部件，其特征在于，

所述轴部件在由JISG0561规定的顶端淬火性试验中满足J9值≥28HRC。

8.如权利要求6或7所述的轴镦粗加工用的轴部件，其特征在于，

所述轴部件还含有0.02～0.10重量％的Nb。

9.如权利要求8所述的轴镦粗加工用的轴部件，其特征在于，

所述轴部件还含有B和Ti，B含量为0.0005～0.0030％，Ti含量的下限为N含量的3.4倍、上限为0.2重量％。

10.如权利要求7～9中任一项所述的轴镦粗加工用的轴部件，其特征在于，

所述轴镦粗加工用的轴部件是用于制作带式无级变速器所使用的带轮的轴部件，

通过所述轴镦粗加工方法而形成的所述镦粗部为所述带轮中的滑轮部。

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