CN113329830A - 筒状旋转部件、其制造方法以及模具 - Google Patents

筒状旋转部件、其制造方法以及模具 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种筒状旋转部件的制造方法，由环形的金属圆板获得筒状旋转部件，可抑制由拉深加工造成的折皱、破裂的发生。本发明的筒状旋转部件(100B)的制造方法包括：中间成形工序，利用被赋予规定的锥形的冲头(10A)和冲模(20A)的锥形面彼此来按压具有规定的内径D1和外径D2的环形的金属圆板(100)的双面整体而施加扩孔拉深加工，由此获得圆锥台形状的中间成形品(100A)；和最终成形工序，利用所期望的形状的冲头(10B)和冲模(20B)来按压中间成形品(100A)而进一步施加扩孔拉深加工，由此获得筒状旋转部件(100B)。

Description

筒状旋转部件、其制造方法以及模具
技术领域
本发明涉及以金属板为原材料制作的筒状旋转部件、其制造方法以及模具。特别是涉及用作以轧制钢板作为原材料制作的滚柱轴承或旋转滚子等轨道轮、齿轮部件的筒状旋转部件。
背景技术
目前，在滚柱轴承或旋转滚子、齿轮部件等具有筒状形状的旋转部件中，大多使用由合金钢的圆棒制造的无缝钢管(参照专利文献1)。
在成为无缝钢管的原材料的合金钢的圆棒中，不均匀地存在AI2O3或MnS、TiN等夹杂物，该夹杂物的存在量随着朝向中心而增加，并在中心部处成为最大。由于无缝钢管是借助曼内斯曼穿孔将圆棒的中心部扩开而成形，因此夹杂物的存在于钢管的内周部是最多的，并越朝向外周越减少。
已知有：由于夹杂物会成为疲劳破坏的起点，若夹着物的存在量在滑动部件的表层或表层附近增加，则疲劳特性、若为旋转体的滚动疲劳特性会显著降低(参照专利文献2)。对此，在制造以无缝钢管作为原材料的筒状旋转部件的情况下，为了获得所期望的疲劳特性，需要进行从内周朝向外周进行切削等基于机械加工的的去除直至夹杂物的影响变低的程度，则材料成品率降低。
因此，作为制造材料成品率良好的筒状旋转部件的方法，已知有下述方法：以钢板为原材料，并对在中心部分开有孔的环形的圆板施加拉深加工来成形筒状旋转部件(参照专利文献3和专利文献4)。
由于前述的夹杂物的存在量会随着朝向钢板的板厚中心而增加并在中心部处成为最大，因此在以钢板为原材料制造筒状旋转部件的情况下，无需如以无缝钢管为原材料的情况那样用于去除夹杂物的内周侧的切削，则能够提升材料成品率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-130673号公报
专利文献2：日本特开2012-214892号公报
专利文献3：日本特开平7-155877号公报
专利文献4：日本特开2009-226422号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
就专利文献3记载的筒状结构体的制造方法而言，如图16A所示，由压板压住环形的板材的边缘，并由冲头进行板材的扩孔。为此，如16B的(a)所示，由于利用压板阻碍板材的向冲头驱动方向的流动，会产生拉伸力而导致破裂(参照图16B的(b))。另外，如图16C的(a)所示，由于在冲模的肩部作用有弯曲加工，故存在因为冲模肩部附近的板材的外周线I(在弯曲加工后线长伸长)与中立轴线I0(在弯曲加工前后线长不变化)的线长ΔI-I0发生破裂的情况(参照图16C的(b))，该倾向随着板厚变厚而越发显著。
对此，若适用不使用压板的专利文献4所记载的筒状结构体的制造方法(参照图17A)，则如图17B所示，会存在在金属圆板产生折皱且在模具发生卡挂而产生拉伸力而导致破裂的情况。
因此，本发明的目的在于，提供在由环形的金属圆板获得筒状旋转部件的制造方法中，抑制由拉深加工造成的折皱、破裂的制造方法、模具以及筒状旋转部件。
用于解决技术问题的方案
本发明涉及一种筒状旋转部件的制造方法，该制造方法为由具有规定的内径和外径且在中央部形成有孔的金属圆板获得筒状旋转部件的方法，其中，包括：中间成形工序，利用被赋予规定的锥形的冲头和冲模的锥形面彼此来按压所述金属圆板的双面整体而施加扩孔拉深加工，由此获得圆锥台形状的中间成形品；和最终成形工序，利用锥形角度比在所述中间成形工序中所使用的冲头和冲模小的冲头和冲模来按压所述中间成形品而进一步施加扩孔拉深加工，由此获得筒状旋转部件。
另外，优选的是，在将所述金属圆板的加工前的内径设为D1、将所述最终成形工序中获得的筒状旋转部件的内径设为D1′的情况下,以由λ＝(D1′-D1)/D1×100所表示的拉伸翻边率λ成为90％以下的条件来进行加工。
另外，优选的是，将所述中间成形工序的所述冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度设为30度以上。
另外，优选的是，在所述中间成形工序中，改变所述冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度来施加多次的拉深加工。
另外，优选的是，所述金属圆板以随着朝向板厚中心而夹杂物变多地偏向存在的金属板作为原材料，所述制造方法还包括对所述最终成形工序中所获得的所述筒状旋转部件施加切削加工的切削加工工序，在所述切削加工工序中，在将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到内径侧的壁厚设为内径壁厚、将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到外径侧的壁厚设为外径壁厚的情况下，以切削加工后的内径壁厚相对于切削加工前的内径壁厚的比例即内径残存比成为0.37以上、且切削加工后的外径壁厚相对于切削加工前的外径壁厚的比例即外径残存比成为0.49以上的方式来施加切削加工。
另外，优选的是，所述制造方法还包括对所述最终成形工序中所获得的所述筒状旋转部件施加淬火和回火的处理的热处理工序。
另外，本发明涉及一种模具，用于所述制造方法，其中，包括：被赋予规定的锥形的中间成形工序用冲头和冲模；和锥形角度比所述中间成形工序用冲头和冲模小的最终成形工序用冲头和冲模。
另外，本发明涉及一种筒状旋转部件，利用所述制造方法制造而成，其中，在将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到内径侧的壁厚设为内径壁厚、将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到外径侧的壁厚设为外径壁厚的情况下，切削加工后的内径壁厚相对于切削加工前的内径壁厚的比例即内径残存比成为0.37以上、且切削加工后的外径壁厚相对于切削加工前的外径壁厚的比例即外径残存比成为0.49以上。
另外，本发明涉及一种筒状旋转部件，其中，筒状旋转部件的板厚内部的夹杂物的存在量的分布显现出满足如下关系的分布：在将内径表层中的存在量设为d(内径)、将板厚中心中的存在量设为d(板厚中心)时，d(板厚中心)>d(内径)。
另外，所述夹杂物也可以包含选自MnS、SiO2、Al2O3、TiN的组之中的至少一种以上。
发明效果
本发明的制造方法在中间成形工序中利用冲头和冲模的锥形面彼此来按压金属圆板的双面整体并进行拉深加工，因此能够抑制折皱、破裂的产生，并在最终成形工序中进一步施加拉深加工，从而能够获得所期望的形状的筒状旋转部件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的制造方法的各工序的图。
图2是表示本发明的实施方式的变形例的制造方法的各工序的图。
图3是本发明的实施例1的说明图。
图4是表示本发明的实施例1-1中所获得的筒状旋转部件的外观照片。
图5是本发明的实施例2的说明图。
图6是本发明的比较例1的说明图。
图7是表示本发明的比较例1中所获得的筒状旋转部件的外观照片。
图8是使用了专利文献1中记载的模具的比较例2-1的说明图。
图9是使用了专利文献2中记载的模具的比较例2-2的说明图。
图10是内径壁厚以及外径壁厚的残存比的说明图。
图11是表示夹杂物的一例的光学显微镜照片。
图12是夹杂物的存在量的调查方法的说明图。
图13是表示测量了夹杂物的存在量的结果的图。
图14A是表示内侧面的滚动疲劳测试机的概略结构的图。
图14B是表示外侧面的滚动疲劳测试机的概略结构的图。
图15A是表示实施例4-1与比较例6(将无缝管作为原材料的筒状旋转部件)的内侧面的滚动疲劳测试结果。
图15B是表示实施例5-1与比较例6(将无缝管作为原材料的筒状旋转部件)的外侧面的滚动疲劳测试结果。
图16A是专利文献1记载的制造方法的说明图。
图16B是关于起因于图16A所示的制造方法中发生的拉深力而造成的破裂的说明图。
图16C是关于起因于图16A所示的制造方法中发生的弯曲而造成的破裂的说明图。
图17A是专利文献2记载的制造方法的说明图。
图17B是关于起因于图17A所示的制造方法中发生的折皱而造成的破裂的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的筒状旋转部件的制造方法以及制造装置的优选实施方式进行说明。本发明的筒状旋转部件为用于滚柱轴承或旋转滚子等轨道轮、齿轮部件等的部件，寻求较高的滚动疲劳特性。
<实施方式>
图1是用于说明本实施方式的筒状旋转部件的制造方法的各工序的图。通过扩孔拉深加工来成形具有规定的内径D1和外径D2、板厚H且在中心部分形成有孔的环形的金属圆板100。本实施方式的扩孔拉深加工是通过在中央部形成有孔的金属板的外周部处进行收缩翻边变形且同时在金属板的内周部处进行拉伸翻边变形来获得筒状旋转部件的成形加工。
金属圆板100的形状可由作为最终形状的所期望的筒状旋转部件100B的体积来确定内径D1、外径D2及板厚H即可。
作为金属圆板100的原材料，能够使用轧制钢板等的金属板。由于轧制钢板中随着朝向板厚中心而夹杂物变多地偏向存在，因此通过施加拉深加工并以使轧制钢板的表面成为负荷的施加面的方式来成形，从而能够获得较高的滚动疲劳特性。因此，即使不使用提高了清洁度的钢板，也可获得充分的滚动疲劳特性。
如图1所示，本实施方式的制造方法大致分为(a)中间成形工序和(b)最终成形工序。以往，为了将金属圆板成形为所期望的形状仅利用一种模具来施加了扩孔拉深加工(参照图16A和图17A)，但在本实施方式的制造方法中，使用两种模具，在中间成形工序中，成形为与所期望的最终形状不同的圆锥台形状的中间成形品100A，然后，在最终成形工序中，进一步施加扩孔拉深加工来成形所期望的筒状旋转部件。
如图1的(a)所示，在中间成形工序中，利用被赋予规定的锥形的中间成形工序用冲头10A和冲模20A的模具来按压金属圆板100的双面整体并施加扩孔拉深加工，从而获得中间成形品100A。如此，由于利用冲头10A和冲模20A的锥形面彼此来夹住金属圆板100的双面整体，相比于以往的利用压板压住金属圆板的边缘来进行拉深加工的情况(参照图16B)，能够降低由于拉深、弯曲而造成的破裂的发生。另外，相比于以往的未利用压板压住金属圆板的边缘来进行拉深加工的情况(参照图17B)，能够降低折皱的发生，也能够降低所伴随的破裂的发生。
冲头10A和冲模20A的锥形面与加工方向所成的角的角度分别为θp和θd。在本实施方式中，为了获得壁厚恒定的筒状旋转部件，设θp＝θd。
另外，通过将冲头10A和冲模20A的θp和θd设为25度以上，能够抑制破裂的发生地来制造中间成形品100A，另外，通过将θp和θd设为30度以上，能够抑制微小折皱的发生地来制造中间成形品100A。
如图1的(b)所示，在最终成形工序中，利用能够成形所期望的形状的筒状旋转部件的最终成形工序用冲头10B和冲模20B的模具，对中间成形品100A进一步施加拉深加工，从而获得筒状旋转部件100B。作为冲头10B和冲模20B而言，可使用锥形角度(θp和θd)比在中间成形工序中所使用的冲头和冲模更小的冲头和冲模。在本实施方式中，为了获得内径为D′1、外径为D′2的筒状旋转部件，构成为冲头10B具备外径为D′1的圆柱形状，而冲模20B具备内径为D′2的环状形状(θp和θd均为0度)。
需要说明的是，在本说明书中，“中间成形工序”表示一边利用锥形面彼此来按压金属圆板或中间成形品的双面整体一边施加扩孔拉深加工。另外，“最终成形工序”表示在未利用锥形面来按压中间成形品的双面整体的情况下施加扩孔拉深加工的工序。
接着，对由金属圆板100成形为筒状旋转部件100B时的拉伸翻边率λ进行说明。
根据扩孔拉深加工前的金属圆板100的内径D1和最终成形工序中所获得的筒状旋转部件的内径D‘1，拉伸翻边率λ表示为λ(％)＝(D′1-D1)/D1×100，若最终成形工序中所获得的内径D‘1相对于加工前的内径D1过大，则由于有可能发生破裂，因此优选是以拉伸翻边率λ成为90％以下的方式来设定金属圆板100的形状。
根据以上说明的本实施方式的筒状旋转部件的制造方法，取得了以下的效果。
(1)将由具有规定的内径D1和外径D2的环形的金属圆板100来获得筒状旋转部件100B的制造方法设为，包括：中间成形工序，该中间成形工序通过利用被赋予规定的锥形的冲头10A和冲模20A的锥形面彼此来按压金属圆板100的双面整体并施加扩孔拉深加工来获得圆锥台形状的中间成形品100A；和最终成形工序，该最终成形工序通过利用所期望的形状的冲头10B和冲模20B来按压中间成形品100A并进一步施加扩孔拉深加工来获得筒状旋转部件100B。由此，能够抑制扩孔拉深加工途中的破裂或折皱的发生地由金属圆板100成形筒状旋转部件100B。另外，在使用钢板作为金属圆板的原材料的情况下，能够获得具有充分的滚动疲劳特性的筒状旋转部件100B。
(2)将本发明的制造方法设为，在将金属圆板100的加工前的内径设为D1、将最终成形工序中所获得的筒状旋转部件100B的内径设为D‘1的情况下，以由λ＝(D′1-D1)/D1×100表示的拉伸翻边率λ成为90％以下的条件来进行加工。由此，能够抑制破裂的发生地来制造筒状旋转部件100B。
(3)将中间成形工序的冲头10A和冲模20A的锥形面与加工方向所成的角的角度θp和θd设为30度以上。由此，能抑制微小折皱的发生地来制造筒状旋转部件100B。
<变形例>
接着，参照图2对本实施方式的变形例进行说明。在变形例中，与图1所示的实施方式不同的点在于：在中间成形工序中，改变冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度地分为多次来施加扩孔拉深加工。通过如此将中间成形工序分为多次，能够更良好地施加扩孔拉深加工。
如图2的(a)所示，在中间成形工序中的第一次的扩孔拉深加工中，利用被赋予规定的锥形的冲头10A1和冲模20A1的模具来按压金属圆板100的双面整体并施加扩孔拉深加工，从而获得中间成形品100A1。
冲头10A1和冲模20A1的锥形面与加工方向所成的角的角度分别为θp1和θd1，在本变形例中，为获得壁厚恒定的筒状旋转部件，设θp1＝θd1。
如图2的(b)所示，在中间成形工序中的第二次的扩孔拉深加工中，利用被赋予规定的锥形的冲头10A2和冲模20A2的模具来按压中间成形品100A1的两侧面整体并施加扩孔拉深加工，从而获得中间成形品100A2。
冲头10A2和冲模20A2的锥形面与加工方向所成的角的角度分别为θp2和θd2，在本变形例中，为获得壁厚恒定的筒状旋转部件，设θp2＝θd2。第二次的扩孔拉深加工中所使用的冲头10A2和冲模20A2中的锥形面与加工方向所成的角度θp2和θd2设定为比第一次的扩孔拉深加工中所使用的冲头10A1和冲模20A1的锥形面与加工方向所成的角度θp1和θd1小。
如图2的(c)所示，在最终成形工序中，利用能够成形所期望的形状的筒状旋转部件的冲头10B和冲模20B的模具，对中间成形品100A2进一步施加扩孔拉深加工，从而获得筒状旋转部件100B。在本实施方式中，为了获得内径为D’1、外径为D’2的筒状旋转部件，构成为冲头10B具备外径为D’1的圆柱形状，而冲模20B具备内径为D’2的环状形状。
根据以上说明的变形例的筒状旋转部件的制造方法，取得了以下的效果。
(4)在中间成形工序中，改变冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度来施加多次的扩孔拉深加工。由此，相比于进行一次中间成形工序的情况，能够更良好地进行拉深加工。
实施例
以下，参照图3～图15B，对利用本发明的制造方法制造了筒状旋转部件100B的实施例和利用以往的制造方法制造了的比较例进行说明。
使用了板厚6mm的SUJ2钢板来作为金属圆板100的原材料。在表1中示出的拉深加工条件下，进行中间成形工序和最终成形工序的扩孔拉深加工。
表1
冲压装置 机械冲压(天田股份有限公司制造)
加工速度 20SPM
润滑油 G-3456(日本工作油股份有限公司)
改变拉伸翻边率λ的值来制造实施例和比较例的筒状旋转部件。利用图3所示的模具所制造的筒状旋转部件的实施例1-1～实施例1-3是λ＝0％的条件，利用图5所示的模具制造的筒状旋转部件的实施例2-1～实施例2-3是λ＝85％的条件，而图6所示的比较例是λ＝100％的条件。
另外，作为利用图1所示的模具制造的筒状旋转部件，制造了实施例1-1‘～实施例1-3‘、实施例2-1‘～实施例2-3‘的筒状旋转部件。实施例1-1‘～实施例1-3‘是分别对应于实施例1-1～实施例1-3的实施例，实施例2-1‘～实施例2-3‘是分别对应于实施例2-1～实施例2-3的实施例。
另外，图4表示实施例1-1的筒状旋转部件的外观照片，而图7表示比较例1的筒状旋转部件的外观照片。
另外，为了与以往的制造方法作比较，将利用图8所示的专利文献1记载的模具所制造的筒状旋转部件作为比较例2，并将利用图9所示的专利文献2记载的模具制造的筒状旋转部件作为比较例3。
表2中表示实施例和比较例中所使用的金属圆板100的形状。另外，图3表示汇总这些拉深加工试验结果的结果。
表2
Figure BDA0003171617950000101
表3
Figure BDA0003171617950000111
如表3所示，若将实施例1-1～实施例2-3与比较例1中的拉伸翻边率相比，根据拉伸翻边率λ为90％以下的实施例1-1～实施例2-3，如图4所示，确认能进行扩孔拉深加工而不破裂。另外，在拉伸翻边率λ为100％的比较例1中，在最终成形工序中，如图7所示发生了破裂。
另外，若中间成形工序中的第一次的扩孔拉深加工的锥形面的角度θp1、θd1为25度以上，则确认虽然在最终成形工序后会发生微小折皱但能良好地进行拉深加工。另外，若第一次的扩孔拉深加工的锥形面的角度θp1、θd1为30度以上，则确认可以进行不发生微小折皱的拉深加工。需要说明的是，该微小折皱能借由之后进行的切削加工来除掉，是不会影响最终制品形状或强度的程度的折皱。
另外，在一次的中间成形工序之后进行的最终成形工序的实施例1-1‘～实施例1-3‘、实施例2-1‘～实施例2-3‘中，若扩孔拉深加工的锥形面的角度θp1、θd1为25度以上，则确认虽然在最终成形工序后会发生微小折皱但能良好地进行拉深加工。另外，若扩孔拉深加工的锥形面的角度θp1、θd1为40度以上，则确认可以进行不发生微小折皱的扩孔拉深加工。
另外，使用与实施例2-1～实施例2-3相同条件的金属圆板100，即，在相同的拉伸翻边率λ＝85％的条件下，利用以往的模具在不经过中间成形工序而仅利用最终成形工序来进行扩孔拉深加工的比较例2-1和比较例2-2中，会发生破裂而无法制造筒状旋转部件。
接着，在对由扩孔拉深加工获得的筒状旋转部件进行切削加工的情况下，对该切削量给滚动疲劳特性造成的影响进行说明。
参照图10，对表示筒状旋转部件的内侧面和外侧面的切削量的指标、即内径壁厚和外径壁厚的残存比进行说明。
图10表示从筒状形状的轴向来观察扩孔拉深加工后的筒状旋转部件100B的示意图。若将拉深加工后的板厚设为tm、到板厚中心(壁厚中心)的厚度设为tmc＝tm/2、拉深加工后的内径设为D’1、拉深加工后的外径设为D’2、切削加工后的内径设为D’1c、切削加工后的外径设为D’2c、内径切削厚度表示为tmc1＝(D’1c-D’1)/2，外径切削厚度表示为tmc2＝(D’2-D’2c)/2，因此，能够获得切削加工后的内径壁厚为t1＝tmc-tmc1，切削加工后的外径壁厚为t2＝tmc-tmc2，从而内径壁厚的残存比以t1/tmc、外径壁厚的残存比以t2/tmc能够求得。
图11表示通过光学显微镜来观察作为金属圆板100的原材料使用的钢板内所看见的夹杂物的一例。在图11中，发黑可见的粒子是Al2O3或MnS、TiN等夹杂物。
在金属圆板的原材料是钢的情况下，夹杂物通常具有通过加工而粘性变形的A系夹杂物、在加工方向以集团方式不连续地呈粒状排列的B系夹杂物、以及不会粘性变形且不规则分散的C系夹杂物这三种。已知A系夹杂物是细长状的硫化物的MnS、硅酸盐的SiO2等，B系夹杂物是Al2O3等，C系夹杂物是粒状氧化物，来分别作为代表性的非金属夹杂物。
这些非金属夹杂物能够根据JIS G0555“钢的非金属夹杂物的显微镜试验方法”并借由显微镜观察来计算数量。例如，能够切断采取试验片，将该面研磨精加工成镜面，且在不进行蚀刻的情况下，借由倍率400倍的光学显微镜观察来计算夹杂物的数量。
接着，参照图12对调查存在于筒状旋转部件中的夹杂物的存在量的方法进行说明。如图12的(a)所示，从筒状旋转部件切出2mm×12mm×3mm的长方体，进一步如图12的(b)所示，切成6份，制作6个2mm×12mm×0.5mm的长方体的试验片。此时，将第三个和第四个的试验片之间作为板厚中心(壁厚中心)而切出试验片，测量位置将板厚中心作为0mm，由此开始的内侧面一侧表示为负值，外侧面一侧表示为正值。
通过光学显微镜，计算出现于试验片的表面的夹杂物的个数，并换算成每1mm2的个数。夹杂物的个数可以仅将各试验片的外侧面一侧的表面或内侧面一侧的表面作为对象来计算。另外，计算的夹杂物的个数除以试验片的面积的2mm×12mm并换算成每1mm2的个数。在本实施方式中，计算各试验片的外侧面一侧的表面的夹杂物的数量。
在这样的方法中，将测量夹杂物的存在量的结果表示于图13中。将借由本发明的制造方法所获得的筒状旋转部件作为实施例3，将由曼内斯曼穿孔法所产生的SUJ2无缝钢管(内径10mm、外径22mm、壁厚6mm)沿着无缝钢管的管轴方向在13mm的长度处切断而获得的筒状旋转部件作为比较例3。实施例3的筒状旋转部件相当于由表3所示的实施例1-1所制造的筒状旋转部件。实施例3以及比较例3的筒状旋转部件，均以成为内径11.9mm、外径20.1mm、高度12.1mm的方式来施加切削加工。
从图13的结果来看，在实施例3中，虽然夹杂物较多存在于板厚中心附近，但随着朝向内侧面和随着朝向外侧面，夹杂物的存在量减少。即，筒状旋转部件的板厚内部中的夹杂物的分布，当将内径表层的存在量设为d(内径)、并将板厚中心中的存在量设为d(板厚中心)时，满足d(板厚中心)＞d(内径)的关系，另外，当将外径表层的存在量设为d(外径)时，满足d(板厚中心)＞d(外径)的关系。另一方面，在将比较例3的无缝钢管作为原材料时，确认越靠内侧面一侧夹杂物的存在量越多，而随着朝向外侧面，夹杂物的存在量减少。
接着，为了调查内外径壁厚的残存比给滚动疲劳特性带来的影响，改变内外径壁厚的残存比来制作滚动疲劳的试验体。
参照图14A与图14B对滚动疲劳试验机进行说明。
在图14A表示的内侧面的滚动疲劳试验中，使轴S1抵接在筒状旋转部件的试验体的外侧面，并使试验体的内侧面与钢球B抵接(参照图14A的(a))。钢球B被配置为埋入轴S2(参照图14A的(b))，通过一边使轴S1沿图14A所示的方向旋转一边施加负载地抵接于试验体，构成使试验体旋转并使抵接于内侧面的钢球B滚动。
在图14B所示的外侧面的滚动疲劳试验中，使轴S4抵接在筒状旋转部件的试验体的内侧面，并使试验体的外侧面与钢球B抵接(参照图14B的(a))。钢球B被配置为埋入轴S3(参照图14B的(b))，通过一边使轴S4沿图14B所示的方向旋转一边在轴S3处施加负载地抵接于试验体，构成使试验体旋转且使抵接于外侧面的钢球B滚动。
改变内径壁厚和外径壁厚的残存比来制造实施例和比较例的筒状旋转部件，在表4所示的热处理条件下施加热处理，并施加精密精加工，来作为实施例4-1～实施例4-3及比较例4(变更内径壁厚的存在比)、实施例5-1～实施例5-3及比较例5-1及比较例5-2(变更外径壁厚的存在比)。需要说明的是，在扩孔拉深加工后的切削加工中，在所期望的形状上以残留0.1mm的抛光余量的方式来进行切削，利用热处理后的精密精加工进行0.1mm左右的研磨来形成所期望的形状。
另外，关于这些实施例和比较例，在表5示出的试验条件下进行了滚动疲劳试验。表6表示内径壁厚的残存比和滚动疲劳特性的关系，表7表示外径壁厚的残存比和滚动疲劳特性的关系。在表7中，实施例和比较例的筒状旋转部件的高度均为12mm。
需要说明的是，关于滚动疲劳试验结果，在表5的条件下，求出n＝16的试验中的累积破损概率，将具有与将无缝钢管作为原材料的筒状旋转部件同等以上的特性的情况设为Ο，而将具有不足同等的特性的情况设为×。
表4
淬火 回火
温度(℃) 820 160
时间(分钟) 30 60
冷却方法 油冷 气冷
表5
钢球 SUJ2制φ3
最大接触应力 4903N/mm<sup>2</sup>
转速 1800cpm
润滑油 涡轮#68
最大重复数 10<sup>8</sup>次
n数 16
表6
Figure BDA0003171617950000161
表7
Figure BDA0003171617950000171
如表6所示，在筒状旋转部件的制造方法包括切削加工工序的情况下，内径壁厚的残存比为0.37以上，则可获得良好的滚动疲劳特性。另外，如表7所示，外径壁厚的残存比为0.49以上，则可获得良好的滚动疲劳特性。
接着，对切削加工了筒状旋转部件的内径侧的实施例4-1(表6)、切削加工了外径侧的实施例5-1(表7)、以及将无缝钢管作为原材料的筒状旋转部件的比较例6进行了滚动疲劳试验。
就比较例6的筒状旋转部件而言，首先，将由曼内斯曼穿孔法形成的外径22mm、内径10mm、壁厚6mm的SUJ2无缝钢管作为原材料，并对其进行拉深加工而形成外径21.5,mm、内径9.8mm的形状。接着，与实施例4-1或实施例5-1同样地进行热处理和精加工，形成外径20mm、内径12mm的形状。即，比较例6的内径壁厚残存比与实施例4-1相同，而外径壁厚残存比与实施例5-1相同。
在滚动疲劳试验的结果中，图15A表示关于内侧面的试验结果，而图15B表示关于外侧面的试验结果。
实施例4-1和实施例5-1的筒状旋转部件表示出：在内侧面处，相较于比较例6的无缝钢管滚动疲劳特性更高；在外侧面处，滚动疲劳特性与比较例6的无缝钢管同等。
由此，与制造将无缝钢管作为原材料的筒状旋转部件的情况相比，根据本发明的制造方法，由于无需大幅度切削内侧面，因而能够提升材料成品率，减少切削花费的时间从而能够提升生产性。另外，内侧面和外侧的滚动疲劳特性的差异基本上没有，因此能够适用于径向轴承的内圈和外圈。
以上，对本发明的筒状旋转部件的制造方法的实施方式、变形例及实施例进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式、变形例及实施例，而可以适当地变更。
例如，在上述实施例中，示出了在中间成形工序中施加两次或一次的扩孔拉深加工的一例，但不限于此。也可根据需要分成更多的次数来进行扩孔拉深加工。
附图标记说明
10A、10A1、10A2、10B 冲头
20A、20A1、20A2、20B 冲模
100 金属圆板
100A、100A1、100A2 中间成形品
100B 筒状旋转部件

Claims (10)

1.一种筒状旋转部件的制造方法，为由具有规定的内径和外径且在中央部形成有孔的金属圆板获得筒状旋转部件的方法，其中，所述制造方法包括：
中间成形工序，利用被赋予规定的锥形的冲头和冲模的锥形面彼此来按压所述金属圆板的双面整体而施加扩孔拉深加工，由此获得圆锥台形状的中间成形品；和
最终成形工序，利用锥形角度比在所述中间成形工序中所使用的冲头和冲模小的冲头和冲模来按压所述中间成形品而进一步施加扩孔拉深加工，由此获得筒状旋转部件。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，
在将所述金属圆板的加工前的内径设为D1、将所述最终成形工序中所获得的筒状旋转部件的内径设为D′1的情况下，以由λ＝(D′1-D1)/D1×100表示的拉伸翻边率λ成为90％以下的条件来进行加工。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，
将所述中间成形工序的所述冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度设为30度以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其中，
在所述中间成形工序中，改变所述冲头和冲模的锥形面与加工方向所成的角的角度来施加多次的拉深加工。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其中，
所述金属圆板以随着朝向板厚中心而夹杂物变多地偏向存在的金属板作为原材料，
所述制造方法还包括对所述最终成形工序中所获得的所述筒状旋转部件施加切削加工的切削加工工序，
在所述切削加工工序中，在将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到内径侧的壁厚设为内径壁厚、将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到外径侧的壁厚设为外径壁厚的情况下，以切削加工后的内径壁厚相对于切削加工前的内径壁厚的比例即内径残存比成为0.37以上、且切削加工后的外径壁厚相对于切削加工前的外径壁厚的比例即外径残存比成为0.49以上的方式来施加切削加工。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，
所述制造方法还包括对所述最终成形工序中所获得的所述筒状旋转部件施加淬火和回火的处理的热处理工序。
7.一种模具，用于权利要求1～6中任一项所述的制造方法，其中，所述模具包括：
被赋予规定的锥形的中间成形工序用冲头和冲模；和
锥形角度比所述中间成形工序用冲头和冲模小的最终成形工序用冲头和冲模。
8.一种筒状旋转部件，利用权利要求5或6所述的制造方法制造而成，其中，
在将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到内径侧的壁厚设为内径壁厚、将所述筒状旋转部件的从壁厚中心到外径侧的壁厚设为外径壁厚的情况下，切削加工后的内径壁厚相对于切削加工前的内径壁厚的比例即内径残存比成为0.37以上、且切削加工后的外径壁厚相对于切削加工前的外径壁厚的比例即外径残存比成为0.49以上。
9.一种筒状旋转部件，其中，
筒状旋转部件的板厚内部的夹杂物的存在量的分布显现出满足如下关系的分布：
在将内径表层中的存在量设为d内径、将板厚中心中的存在量设为d板厚中心时，
d板厚中心>d内径。
10.根据权利要求9所述的筒状旋转部件，其中，
所述夹杂物包含选自MnS、SiO2、Al2O3、TiN的组之中的至少一种以上。
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