JP2000071046A - 段付及び鍔付環状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高強度で延性の低い素材に対しても大径側端
面と小径側端面あるいは鍔部のいずれにも割れを発生さ
せず、また高寸法精度で且つ高強度な大径部と小径部と
を有する部材の製造方法を得ることにある。 【解決手段】 円柱状素材に冷間鍛造加工を行って段付
環状部材を形成するに際し、予め据込み加工で小径部端
面に相当する部位のせん断時に発生する荒れた切断面を
平滑に矯正しておき、次いで小径部を押出し加工するこ
とによって、押出し加工が大きな断面減少率であっても
素材せん断時の切断面荒れに起因する端面割れを防止す
る。一方、据込み加工時の素材の直径を段付環状部材の
大径部外径とほぼ等しくし、また大径部もしくは鍔部の
素材からの据込み加工率の上限を規制しておき、この部
分の割れ発生を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、段付環状部材及び
鍔付環状部材の製造方法、更に詳しくは、線材もしくは
棒材をせん断して得られる円柱状素材から連続多段加工
によって大径部と小径部とを有する段付及び鍔付環状部
材を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に比較的近い従来技術として、特
開昭５２−１１９４６３号公報，特開昭５６−１１３８
２７号公報には、鍛造によって一個の円柱状素材から２
個の環状部材を製造するに際して歩留りの向上を図った
技術や、類似技術として特開昭５４−５１９６７号公報
が開示されている。

【０００３】すなわち、前記特開昭５２−１１９４６３
号公報及び特開昭５６−１１３８２７号公報に開示され
たものにあっては、図７及び図８に示すように、１個の
円柱状素材を円筒形状（図７ｄ）もしくはカップ形状
（図８ｃ）に粗形成し、次いで段付円筒形状（図７ｅ，
図８ｅ）に成形して外輪部と内輪部を製造し、最後に外
輪と内輪とに切断して製品（図７ｆ，図８ｇ）を得る方
法である。なお、上記鍛造工程で外輪と内輪と切り離さ
ない場合には、前記段付円筒形状（図７ｅ，図８ｅ）の
ような部品も多く製造されている。

【０００４】図７に示す従来例によってその工程を詳細
に説明すると、製品に必要な大きさに切断された素材１
に（ｂ）で据込み加工を行って偏平状素材２を成形し、
次いで（ｃ）でカップ状素材３を形成する。ここでこの
カップ状素材３の外径は後述する外輪６Ａの外径とな
り、凹穴３ａの内径は内輪６Ｂの内径となるように夫々
成形される。そして（ｄ）で前記カップ状素材３の底部
３Ａを打抜いて円筒状素材４を形成し、（ｅ）で段付環
状部材５に成形される。この段付環状部材５の上方向に
押出された大径部分５Ａが外輪６Ａに相当する部分で、
接続部５Ｃを介して繋がる下方向へ押出された小径部分
５Ｂが内輪６Ｂに相当する部分である。次に（ｆ）で前
記外輪６Ａと内輪６Ｂとの接続部５Ｃを切り離して２個
の環状部材（外輪６Ａ，内輪６Ｂ）を得ている。

【０００５】図８に示すもう一つの従来例によりその工
程を説明すると、製品に必要な大きさに切断された素材
７に（ｂ）で据込み加工を行って偏平状素材８を成形
し、次いで（ｃ）でカップ状素材９を形成する。次の
（ｄ）は部材の各部の寸法をほぼ決定する重要な工程で
あり、ここで形成された段付カップ状素材１０の大径部
１０Ａの外径および内径は夫々後述する外輪１３Ａの外
径と内径となり、小径部１０Ｂの外径と内径はそれぞれ
内輪１３Ｂの外径と内径となるように成形される。
（ｅ）は小径部１０Ｂ側の底部１１Ｃを打抜く工程であ
る。さらに（ｆ）で外輪部１２Ａと内輪部１２Ｂを切り
離し、（ｇ）で外輪部１２Ａの内方フランジ部１３Ｃを
切り離して外輪１３Ａと内輪１３Ｂの２個の環状部材を
得ている。

【０００６】上記のような部品の鍛造加工には、生産性
の高い多段式ホーマを用いて連続的に多段圧造成形する
方法が一般的に行われているが、ここで加工される円柱
状素材は、切断速度が速いこと、歩留りロスが無いなど
の利点から、線材もしくは棒材をホーマの鍛造速度に合
わせてせん断することにより得ている。しかし、図７
（ａ）及び図８（ａ）に示すように、線材もしくは棒材
をせん断して得られる円柱状素材１，７は、その外周面
は線材もしくは棒材の引抜きままの平滑な面であるが、
その両端面１Ａ，７Ａはそれぞれせん断時に素材が強制
的に破断させられているため、擦り傷や微細クラック等
で非常に荒れた面になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、このような端
面に擦り傷や微細クラック等を有する円柱状素材、特に
延性の低い軸受鋼もしくは延性の低い鋼種を素材からな
る線材もしくは棒材をせん断して得られる円柱状素材
１，７を冷間鍛造するに際し、これを従来の方法で据込
み加工（図７ｂ，図８ｂ）を行うと、該円柱状素材
（１，７）の端面部（１Ａ，７Ａ）は大きく径が拡大
し、円周方向の大きな引張変形が発生して表面欠陥を起
点とした端面割れが発生する。また押出し加工時に大径
部や小径部の押出し側端面部に割れが発生しやすく、健
全な大径部と小径部とを有する段付環状部材や鍔付環状
部材の製造が不可能であった。

【０００８】すなわち、据込み加工時における端面部に
は、表面にきずや微細クラック等が存在していて、素材
の延性が低くなればなるほどより割れが発生し易くな
る。冷間鍛造の分野では、材料の延性を評価する尺度と
して、円柱状試験片を端面を拘束した据込み加工を行
い、外周面に割れが発生する据込み加工率を限界据込み
率として用いている。

【０００９】一般の冷間鍛造用鋼ではこの限界据込み率
は８０％以上であるのに対し、軸受鋼の限界据込み率は
約７０％程度と延性が低く、合金工具鋼や高速度工具鋼
になると延性はさらに低くなる。また上記限界据込み率
は、外周表面に有害なきずやクラックのない平滑な場合
であり、外周表面にきずや微細クラックが存在すると限
界据込み率は低下し、より割れ易くなる。

【００１０】上記限界据込み率は円柱状試験片の外周面
に割れが発生する場合であるが、一方、線材もしくは棒
材をせん断して得られる円柱状素材のように、端面にき
ずもしくは割れ等の表面欠陥が存在する円柱状素材にあ
っては、これを表面が平滑な工具で据込み加工を行うと
円柱状素材の端面部は大きく径が拡大し、円周方向の大
きな引張変形が発生して、表面欠陥を起点とした端面割
れが発生して健全な部材が得られない。

【００１１】これを前記図７及び図８に示す従来例によ
り詳細に説明すると、図７（ｂ）あるいは図８（ｂ）の
据込み加工時において、偏平状素材２，８の端面にせん
断時の表面欠陥に起因した割れが発生し、また図７
（ｅ）の成型時に段付環状部材５の大径部５Ａや小径部
５Ｂの押出し側端面部、あるいは図８（ｃ）の押出し時
にカップ状素材９の上部端面部、もしくは図８（ｄ）の
押出し時に段付カップ状素材１０の大径部１０Ａの押出
し側の端面部に割れが発生し、健全な部材が得られな
い、といった問題があった。

【００１２】また他の従来の製造方法では、多段鍛造加
工での上述のような段付環状部材を製造するに際し、多
段鍛造工程の途中、すなわち材料内では鍛造加工による
ひずみが工程を経るに従って逐次増加していくが、材料
内のひずみが破壊を起こすまで増加する手前の鍛造加工
でひずみ取り焼きなましを行って、一旦それまでの鍛造
による材料内の加工ひずみを消失させた後、再度鍛造加
工を行い材料の延性の低下に伴う割れ発生を防止するこ
とも実施されている。

【００１３】しかし、この方法では多段鍛造工程の途中
で焼きなしを実施する必要があるため、生産性の低下や
中間製品の運搬等の余分な手間がかかること、さらには
焼きなましと次工程の潤滑処理などの余分な工程がコス
トアップにつながる問題があった。

【００１４】さらに、従来の製造方法では、外輪と内輪
を同時に製造するために１個の円筒状もしくはカップ状
素材から段付円筒状もしくは段付カップ状素材（例え
ば、図７ｅ，図８ｄ）を成形する際、前記特開昭５４−
５１９６７号公報の図１に示すような後方押出し方式で
鍛造を行っているため、同図７の（ニ）の外輪体３’や
（ホ）の内輪体３”もしくは（ハ）３のような環状部材
の内径と外径の同心度を高精度に出来ない問題があっ
た。

【００１５】すなわち、後方押出し方式は、図９に示す
ように、ダイス１４の中に押出しパンチ１５が入ってき
て、素材Ｍは押出しパンチ１５の押し込む方向と反対側
に押し出されるが、この際、環状部材の外径寸法はダイ
ス１４の内径によって規制され、また内径寸法は押出し
パンチ１５の成形部の外径によって規制されるため、環
状部材の内径と外径との同心度は押出しパンチ１５とダ
イス１４との心合わせ精度に直接影響される。

【００１６】しかるに、ダイス１４に対し押出しパンチ
１５が相対的に移動するため、ダイスと押出しパンチと
の心合わせ精度が高く出来ないことや、押出しパンチ１
５を保持する機械摺動部のがたつきや成形中の負荷によ
る機械のたわみがダイスと押出しパンチとの心ずれを大
きくする。したがって、少なくとも小径部の内径と外径
との同心度が高精度な段付環状部材、もしくは鍔部や円
筒部の内径と外径の同心度が高精度な鍔付環状部材を鍛
造によって得ることは、従来の製造技術では困難であっ
た。このことは、２個の環状部材を製造した場合でも、
後方押出し方式では外輪と内輪のそれぞれについて、内
径と外径との同心度が精度良く得られない問題が残るこ
とは同様である。

【００１７】一方、前方押出し方式では、図１０に示す
ように、ダイス１４の中に押出しパンチ１５がセットさ
れ、ダイス１４と押出しパンチ１５が相対的に移動せ
ず、またそれらを保持する機械の剛性に影響されないた
め、ダイス１４と押出しパンチ１５との同心精度はダイ
ス，押出しパンチ並びに両者の間に挿入されるノックア
ウトリング１６の加工精度のみで決定される。そのた
め、これら工具類を高精度に仕上げれば環状部材の内径
と外径の同心度を高精度にすることが可能である。した
がって、段付環状部材の小径部もしくは鍔付環状部材の
円筒部の加工に、上記前方押出し加工を行えば、少なく
とも小径部の内径と外径との同心度が高精度な段付き環
状部材、もしくは鍔部や円筒部の内径と外径の同心度が
高精度な鍔付環状部材を鍛造によって得ることが可能に
なる。

【００１８】しかし、上述のような大径部と小径部とを
有する段付環状部材の小径部や、鍔付環状部材の円筒部
の前方押出し加工は、一般に断面減少率（押出し加工前
の素材の断面積と押出し加工により減少した分の断面積
との比）の非常に大きな押出し加工となる。さらには、
内径と外径との同心度を高精度にするための、大径部と
小径部とを有する段付環状部材の小径部や、鍔付環状部
材の円筒部の前方押出し加工は、断面減少率の非常に大
きな押出し加工となること、更には、この小径部や円筒
部の押出し側の端面は擦りきずや微細クラック等の存在
するせん断面であるため、端面割れが発生しやすく、延
性の低い軸受鋼等の難加工材の加工に関してはこの端面
割れの発生のために製造が不可能であった。

【００１９】また、これら従来の製造方法で得られる上
記大径部と小径部とを有する段付環状部材もしくは鍔付
き環状部材は、鍛造で製造されるものは寸法精度が悪く
鍛造後の次工程で切削加工を行うことが不可欠であるた
め、内径側と外径側の切削加工を省略しそのまま研削加
工を行うことが困難であった。一方、切削加工で製造さ
れるものは素材歩留りが極端に悪く材料コストが高いの
みならず、大径部と小径部との接続部もしくは、図１１
に示すように、鍔部１７Ａと円筒部１７Ｂの接続部１７
Ｃにおいてファイバーフロー１７Ｄが切断されており、
これら接続部１７Ｃにおいて強度が低下するという問題
があった。

【００２０】このような従来の問題点を欠点を解消する
ため、据込み加工前に素材の端面について切削加工等を
行って表面欠陥を除去することも考えられるが、この方
法では、切削加工等の余分な工程が必要でコストアップ
になるのみならず、せん断加工による素材取りの高能率
性や歩留りロスが無い利点が阻害されてしまう。

【００２１】

【課題を解決するための手段】そこで、特開平６ー３３
９７３９号公報には、このせん断により発生した端面側
の表面欠陥を中心側のスクラップとなる部分に留めるよ
うに工夫し、外周部側の製品には残らないようにした技
術が開発されているが、本発明は、前記特開平６ー３３
９７３９号公報の発明とは異なる方法により、上記のよ
うな従来の問題点を解決するために成されたもので、線
材もしくは棒材をせん断して得られる円柱状素材から連
続多段加工によって大径部と小径部とを有する段付環状
部材もしくは鍔付き環状部材を製造する場合において、
高強度で延性の低い素材に対しても大径側端面と小径側
端面あるいは鍔部のいずれにも割れを発生させず、また
高寸法精度で且つ高強度な大径部と小径部とを有する段
付環状部材又は鍔付き環状部材を得ることを目的とした
ものである。

【００２２】上記の目的を達成するため、本発明方法
は、円柱状素材に冷間鍛造加工を行って段付環状部材を
形成するに際し、あらかじめ据込み加工で小径部端面に
相当する部位のせん断時に発生する荒れた切断面を平滑
に矯正しておき、次いで小径部を押出し加工することに
よって、押出し加工が大きな断面減少率であっても素材
せん断時の切断面荒れに起因する端面割れを防止する。
一方、据込み加工時の直径を段付環状部材の大径部外径
とほぼ等しくし、また大径部もしくは鍔部の素材からの
据込み加工率の上限を規制しておき、この部分の割れ発
生を防止する。これにより、本部品は冷間で鍛造加工す
るため寸法精度が良く、また大径部と小径部との接続部
もしくは鍔部と円筒部の接続部においてファイバーフロ
ーが切られることなく繋がっており強度が高いものとな
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１乃至図６に示
す実施例により詳細に説明すると、図１は段付環状部材
の鍛造工程を示したもので、鍛造される素材は延性の低
い軸受鋼もしくはさらに延性の低い鋼種を対象にしてお
り、図中２０は製品に必要な大きさに切断された素材で
ある。（ｂ）でこの素材２０に据込み加工を行って扁平
状素材２１に成形し、次いで（ｃ）で前後方押出しを行
って、上部２２Ａに凹穴２２ａ及び下部に凸部２２Ｂを
それぞれ有するカップ状素材２２に粗成形する。

【００２４】そして、（ｄ）で前記カップ状素材２２の
前記凸部２２Ｂに前方押出しを行って段付カップ状素材
２３の小径部２３Ｂ側を成形する。この段付カップ状素
材２３の前記小径部２３Ｂ側は、ダイスの中に押出しパ
ンチがセットされる前記図１０に示す前方押出し方式で
加工を行うため、ダイスと押出しパンチとの同心精度は
良く、小径部２３Ｂの外径と凹穴２３ｂの内径の同心度
を高精度にすることが可能である。次いで、（ｅ）の工
程で（ｄ）で形成された段付カップ状素材２３の内径側
のスクラップ２４Ｃを打抜いて、大径部２４Ａと小径部
２４Ｂと有する段付環状部材２４を形成する。

【００２５】図２は鍔付環状部材の鍛造工程を示したも
ので、図中２５は製品に必要な大きさに切断された円柱
状素材である。（ｂ）でこの円柱状素材２５に据込み加
工を行って扁平状素材２６に成形し、次いで（ｃ）で前
方押出しを行って上部に鍔部２７Ａを下部に凸部２７Ｂ
を有する鍔付円柱状素材２７に粗成形する。（ｄ）は前
記鍔付円柱状素材２７の凸部２７Ｂに前方押出しを行っ
て円筒部２８Ｂを成形した鍔付円筒状素材２８を得る工
程である。

【００２６】次いで、（ｅ）の工程で、（ｄ）で形成さ
れた鍔付円筒状素材２８の前記円筒部２８Ｂの内径側の
スクラップ２９Ｃを打抜いて、鍔部２９Ａ並びに円筒部
２９Ｂを有する鍔付環状部材２９を形成する。これら一
連の成形加工はダイスの中に押出しパンチがセットされ
る前方押出し方式で加工を行うため、ダイスと押出しパ
ンチとの同心精度は良く、円筒部２９Ｂの外径と内径な
らびに鍔部２９Ａの外径の同心度を高精度にすることが
可能である。

【００２７】以上が本発明方法の概要であるが、更に詳
細に説明すると、図１の（ｂ）で素材２０に据込み加工
を行って偏平状素材２１を成形するが、このとき、前記
素材２０からの据込み率は５５％以下にするとゝもに、
素材２１の外周面をダイスの内径面で拘束する。そし
て、図３に示すように、据込み後の前記偏平状素材２１
の直径Ｒは前記段付環状部材２４における大径部２４Ａ
の外径とほぼ等しく成形するとゝもに、その端面の一つ
以上（図示では下端面のみ）について、中央寄りの小径
部２１Ａ側で厚く、しかもこの小径部２１Ａの直径ｒが
前記段付環状部材２４における小径部２４Ｂの内径より
も小さく、且つ水平面に対する角度θが５度以上の円錐
台形状となるように成形する。

【００２８】次いで、（ｃ）で前後方押出しを行ってカ
ップ状素材２２に粗成形するが、ここでこのカップ状素
材２２の上部２２Ａの外径は前記段付環状部材２４にお
ける大径部２４Ａの外径に、また上部２２Ａに形成した
前記凹穴２２ａの内径は大径部２４Ａに形成した凹穴２
４ａの内径となり、更に前記凸部２２Ｂの外径は前記小
径部２４Ｂの外径となるようにそれぞれ成形する。

【００２９】そして、（ｄ）は前記カップ状素材２２の
凸部２２Ｂに前方押出しを行って小径部２３Ｂ側を成形
する工程であるが、ここで形成された段付カップ状素材
２３の小径部２３Ｂにおける凹穴２３ｂの内径は前記段
付環状部材２４における小径部２４Ｂの凹穴２４ｂの内
径となる。この小径部２３Ｂ側はダイスの中に押出しパ
ンチがセットされる前方押出し方式で加工を行うため、
ダイスと押出しパンチとの同心精度は良く、内径と外径
の同心度を高精度にすることが可能である。次いで、
（ｅ）で（ｄ）で形成された段付カップ状素材２３の小
径部２３Ｂにおける凹穴２３ｂ部のスクラップ２４Ｃを
打抜いて、大径部２４Ａと小径部２４Ｂとを有する段付
環状部材２４を形成する。

【００３０】ここで、前記（ｂ）の据込み加工時におい
て、円柱状素材２０から偏平状素材２１を成形する際の
据込み率を５５％以下とするが、その必要性は、前述の
ように、線材もしくは棒材よりせん断で得られた円柱状
素材の端面には擦りきずや微細クラック等の表面欠陥が
存在しており、これに据込み加工を行うと据込み率が大
きくなるほど素材２０の端面部は大きく径が拡大し、円
周方向の大きな引張変形が起こって、表面欠陥を起点と
した端面割れが発生し易くなるからである。

【００３１】また、（ｃ）は前後方押出しを行って上部
２２Ａに凹穴２２ａおよび下部に凸部２２Ｂを有するカ
ップ状素材２２に粗成形する工程であるが、上部２２Ａ
の前記凹穴２２ａの成形に関しては一般に断面減少率の
大きな押出し加工となるが、本発明では、（ｂ）の据込
み加工時において、扁平状素材２１の直径Ｒを段付環状
部材２４における大径部２４Ａの外径とほぼ等しい扁平
形状に成形しているため、素材２１の外周面側は押出し
に際してダイスの内径面に接している。したがって、素
材２１における端面部の径は拡大せず、上部２２Ａの端
面部における表面では円周方向の引張変形が起こらない
ため端面割れの発生することがない。

【００３２】また、（ｄ）は（ｃ）で形成されたカップ
状素材２２の前記凸部２２Ｂに前方押出しを行って小径
部２３Ｂ側を成形する工程であるが、ここで形成される
小径部２３Ｂの加工率は、（ｂ）の据込み加工後の扁平
形状物２１から（ｃ）工程及び（ｄ）工程のそれぞれの
前方押出し加工で逐次成形されるため、トータル断面減
少率としては非常に大きなものとなる。

【００３３】しかしここでも、（ｃ）の押出し加工で
は、カップ状素材２２の前記凸部２２Ｂの外径は段付環
状部材２４の前記小径部２４Ｂの外径となるように成形
しており、（ｄ）工程の押出しに際して、凸部２２Ｂの
外周面側はダイスに接していて小径部２３Ｂの外径が拡
大せず、該小径部２３Ｂの端面部の表面で円周方向の引
張変形が起こらないようにしていることは（ｃ）工程の
凹穴２２ａの場合と同様であるが、上述のように、トー
タル断面減少率は凹穴２２ａの場合よりも更に非常に大
きくなっていることから、この押出し側端面部に微細な
表面欠陥が少しでも存在していると、押出し初期の引張
応力によりこの端面部に割れが発生してしまう。

【００３４】本発明では、上記小径部２３Ｂの端面にお
ける割れの発生に対し、（ｂ）工程の据込み加工時に、
据込み後の偏平状素材２１がその端面の一つ以上につい
て、図３に示すように、中央寄りの小径部２１Ａ側で厚
く、この小径部２１Ａの直径ｒが段付環状部材２４にお
ける小径部２４Ｂの凹穴２４ｂの内径よりも小さく、か
つ水平面に対する角度が５度以上の円錐台形状となるよ
うに成形し、せん断時に発生する擦りきずや微細クラッ
ク等の表面欠陥が、（ｄ）工程の押出しに際して端面割
れを引き起こさない程度まで低減させることにより解決
した。

【００３５】すなわち、従来の製造方法において、その
据込み加工は、素材のせん断時に発生する切断素材のだ
れや欠肉等の形状のゆがみおよび切断面の傾斜や段差等
を矯正する目的で行われているが、せん断時に発生する
擦りきずや微細クラック等の表面欠陥を消滅させるには
十分ではない。

【００３６】一方、このせん断時に発生する表面欠陥を
鍛造によって消滅させる技術が第４８回塑性加工連合講
演会で報告されている。これは、延性の高いステンレス
鋼等の円柱状素材の端面にＶ形状のパンチを押し込んで
表面欠陥の存在する端面部を大きく塑性変形させ、素材
端面の材料流動を大きくして欠陥を消滅させるものであ
る。しかし、この方法では、素材を大きく据込む必要が
あり、またパンチの先端がＶ形状のため、据込み率が大
きくなるほど素材端面部は大きく径が拡大し、円周方向
の大きな引張変形が発生して、軸受鋼のような延性の低
い材料では表面欠陥が消滅する前に逆に表面欠陥を起点
とした端面割れが発生し易くなる問題があった。

【００３７】本発明の据込み加工では、図４に示すよう
に、ダイス４０の底面４０Ａは、内径面４０Ｂ側から中
心のけり出しピン４０Ｃ側に向け次第に深い円錐台形状
となっているから、据込みパンチ４１による鍛造時にお
いて、素材端面の角隅部２０Ａはダイス４０に対しあま
り移動しない。したがって、素材２０の前記ダイス底面
４０Ａ側の端面は外側へ広がることはなく、割れが発生
するような円周方向の引張変形は起こらない。一方、ダ
イス底面４０Ａが上記形状をしていることによって、据
込みの進行に伴って素材２０の端面２０Ｂは外周側から
順次ダイス底面４０Ａと接触して行き、素材端面２０Ｂ
のダイス底面４０Ａと接触している部分で高い圧縮応力
が発生し、また素材表面とダイス底面との間で微小な相
対すべりが発生する。

【００３８】この高い圧縮応力と相対すべりの相乗効果
によって、素材端面２０Ｂの表面近傍で塑性流動が起こ
り、せん断時に発生した表面欠陥は消滅するか軽減され
る。さらに、本発明では、据込み加工の後期にはダイス
の内周面４０Ｂによって素材２０の外周面部が拘束され
るので、圧縮の静水圧応力がさらに高まることによる効
果も加わる。このように、本発明によれば、素材端面の
表面欠陥は（ｄ）工程の押出しに際して端面割れを引き
起こさない程度まで低減させることが出来る。また、上
記理由から、据込みによって得られる底部が円錐台形状
の偏平状素材２１の小径部２１Ａ側の直径ｒは、段付環
状部材２４の小径部２４Ｂの凹穴２４ｂの内径よりも小
さくすることが必要である。

【００３９】なお、ダイス底面４０Ａ側の素材端面に比
べて、据込みパンチ４１側の素材端面は据込み加工途中
の素材端面における圧縮応力は小さく、かつ端面の拡大
変形は大きくなるので、せん断時に発生した表面欠陥は
その形態を維持したまま引き延ばされる傾向がダイス底
面４０Ａ側の素材端面に比べて強い。そのため、据込み
パンチ４１側の素材端面ではせん断時に発生した表面欠
陥の軽減程度はダイス底面４０Ａ側の素材端面より小さ
くなるが、据込み率を５５％以下とすることにより据込
み時の割れの発生はない。

【００４０】また（ｃ）工程の上部凹穴２２ａの押出し
成形時においても、（ｄ）工程の下部凸部２２Ｂに前方
押出しを行って小径部２３Ｂ側を成形する加工ほど断面
減少率は大きくなく、据込み加工で偏平状素材２１の直
径Ｒを段付環状部材２４の大径部２４Ａの外径とほぼ等
しい扁平形状に成形しているため、素材２２Ａの外周面
側は押出しに際してダイスに接している。したがって、
素材２２Ａの端面部の径が拡大せず、この端面部の表面
では円周方向の引張変形が起こらないため、端面割れが
発生することはない。

【００４１】つぎに、鍔付環状部材の製造方法を図２に
より詳細に説明するに、製品に必要な大きさに切断され
た素材２５に（ｂ）で据込み加工を行って、図３に示す
ような、直径Ｒが鍔付環状部材２９の鍔部２９Ａの外径
とほぼ等しい偏平状素材２６を成形する。このとき、切
断素材２５からの据込み率は５５％以下にするとゝも
に、素材２６の外周面をダイスの内径面で拘束し、また
据込み後の偏平状素材２６が、端面の一つ以上につい
て、中央寄りの小径部２６Ａ側で厚くこの小径部２６Ａ
の直径ｒが鍔付環状部材２９の円筒部２９Ｂの内径より
も小さく、且つ水平面に対する角度θが５度以上の円錐
台形状となるように成形する。

【００４２】次いで（ｃ）で前方押出しを行って、下部
に凸部２７Ｂを有する鍔付円柱状素材２７に粗成形す
る。ここで、鍔付円柱状素材２７の鍔部２７Ａの外径は
鍔付環状部材２９の鍔部２９Ａの外径、また下部凸部２
７Ｂの外径は円筒部２９Ｂの外径となるようにそれぞれ
形成する。

【００４３】（ｄ）は上記鍔付円柱状素材２７の下部凸
部２７Ｂに前方押出しを行って円筒部２８Ｂ側を成形す
る工程である。形成された円筒部２８Ｂの凹穴２８ｂの
内径は鍔付環状部材２９の円筒部２９Ｂの凹穴２９ｂの
内径となる。次いで、（ｅ）工程で（ｄ）で形成された
素材２８の内径側のスクラップ２９Ｃを打ち抜いて円筒
部２９Ｂならびに鍔部２９Ａを有する鍔付環状部材２９
を形成する。これら一連の成形加工は、ダイスの中に押
出しパンチがセットされる前方押出し方式で加工を行う
ため、ダイスと押出しパンチとの同心精度は良く、円筒
部２９Ｂならびに鍔部２９Ａの内径と外径の同心度を高
精度にすることが可能である。

【００４４】ここで、（ｂ）の据込み加工でせん断によ
って得た素材２５からの据込み率を５５％以下とする必
要性は、前述の段付環状部材２４の場合と同様である。
また（ｄ）は（ｃ）で形成された鍔付円柱状素材２７の
下部凸部２７Ｂに前方押出しを行って円筒部２８Ｂ側を
成形する工程であるが、ここで成形される円筒部２８Ｂ
の加工率は前記段付環状部材２４の小径部２４Ｂと同様
に、トータル断面減少率としては非常に大きなものとな
る。

【００４５】ここでも、（ｃ）の押出し加工では、素材
２７の下部凸部２７Ｂの外径を前記鍔付環状部材２９の
円筒部２９Ｂの外径とほぼ等しくなるように成形してお
り、（ｄ）工程の押出しに際して、凸部２７Ｂの外周面
はダイスの内周面に接しており円筒部２８Ｂの外径が拡
大せず、円筒部２８Ｂの端面部の表面で円周方向の引張
変形が起こらないようにしていることは段付環状部材の
場合と同様であるが、さらに、トータル断面減少率が非
常に大きくなっていることによる押出し側端面部の割れ
発生防止として以下のような手段を採用している。

【００４６】すなわち、（ｂ）工程の据込み加工時に、
据込み後の素材形状が、端面の一つ以上について、図３
に示すように、中央寄りの小径部２６Ａ側で厚く、この
小径部２６Ａの直径ｒが鍔付環状部材２９の円筒部２９
Ｂの内径よりも小さく、且つ水平面に対する角度θが５
度以上の円錐台形状となるように成形し、せん断時に発
生する擦りきずや微細クラック等の表面欠陥が（ｄ）工
程の押出しに際して端面割れを引き起こさない程度まで
低減させる。

【００４７】なおここでは、図１及び図２における
（ｂ）工程の一回の据込み工程で、素材２０，２５に据
込み加工を行って直径が段付環状部材２４の大径部２４
Ａもしくは鍔付環状部材２９の鍔部２９Ａの外径とほぼ
等しい扁平形状に成形し、且つ素材２０，２５からの据
込み率は５５％以下にするとゝもに、素材の外周面をダ
イス内径面で拘束し、また据込み後の形状が、端面の一
つ以上について、中央寄りの小径部２１Ａ，２６Ａ側で
厚く、この小径部２１Ａ，２６Ａの直径ｒが段付環状部
材２４の小径部２４Ｂもしくは鍔付環状部材２９の円筒
部２９Ｂの内径よりも小さく、且つ水平面に対する角度
θが５度以上の円錐台形状となるように成形する例を示
した。

【００４８】しかし、本発明の他の実施方法として、据
込み工程を２回以上に分けて、端面の一つ以上につい
て、中央寄りの小径側で厚くこの小径部の直径が段付環
状部材の小径部もしくは鍔付環状部材の円筒部の内径よ
りも小さく、かつ水平面に対する角度が５度以上の円錐
台形状となるように成形する加工と、直径が段付環状部
材の大径部もしくは鍔付環状部材の鍔部の外径とほぼ等
しい扁平形状に形成する加工とを別々に実施しても良
い。この場合も、せん断した素材からのトータル据込み
率は５５％以下にする。

【００４９】つぎに、鍔付環状部材の製造方法の他実施
例を、図５により説明するに、図中３０は製品に必要な
大きさに切断された素材である。（ｂ）で素材３０に据
込み加工を行って、直径が後述する鍔付環状部材３４の
鍔部３４Ａの外径とほぼ等しい扁平状素材３１に成形す
る。このとき、素材３０からの据込み率は５５％以下に
するとともに素材３１の外周面をダイスの内周面で拘束
し、また据込み後の扁平状素材３１の形状が端面の一つ
以上について、前記の図３に示すものと同じように、中
央寄りの小径部３１Ａ側で厚く、この小径部３１Ａの直
径が鍔付環状部材３４の円筒部３４Ｂの内径よりも小さ
く、且つ水平面に対する角度θが５度以上の円錐台形状
となるように成形する。

【００５０】次いで、（ｃ）で前方押出しを行って下部
に凹穴３２ａを有するカップ状素材３２に粗成形する。
ここで、カップ状素材３２の外径は鍔付環状部材３４の
鍔部３４Ａの外径、また凹穴３２ａの内径は円筒部３４
Ｂの内径となるようにそれぞれ成形する。次いで、
（ｄ）工程で（ｃ）で形成されたカップ状素材３２の内
径側のスクラップ３３Ｃを打抜いて円筒部材３３を形成
する。（ｅ）は上記円筒部材３３に前方押出しを行って
鍔付環状部材３４の鍔部３４Ａならびに円筒部３４Ｂを
それぞれ成形する工程である。これら一連の成形加工
は、ダイスの中に押出しパンチがセットされる前方押出
し方式で加工を行うため、ダイスと押出しパンチとの同
心精度は良く、円筒部３４Ｂならびに鍔部３４Ａの内径
と外径の同心度を高精度にすることが可能である。

【００５１】前記（ｂ）の据込み加工で、素材３０から
の据込み率を５５％以下とする必要性は、前述の段付環
状部材２４の場合と同様である。また、（ｅ）は（ｄ）
で形成された円筒部材３３に前方押出しを行って鍔部３
４Ａならびに円筒部３４Ｂを成形する工程であるが、こ
こで形成される円筒部３４Ｂの加工率は、前記段付環状
部材２４の小径部２４Ｂと同様にトータル断面減少率と
しては非常に大きなものとなる。

【００５２】ここでも、押出し側の端面部における割れ
発生の防止として、（ｂ）工程の据込み加工時に、据込
み後の素材形状が、端面の一つ以上について、図３に示
すように、中央寄りの小径部３１Ａ側で厚く、この小径
部３１Ａの直径ｒが鍔付環状部材３４の円筒部３４Ｂの
内径よりも小さく、かつ水平面に対する角度θが５度以
上の円錐台形状となるように成形し、せん断時に発生す
る擦りきずや微細クラック等の表面欠陥が、（ｅ）工程
の押出しに際して端面割れを引き起こさない程度まで低
減させる。また冷間鍛造で製造されているため切削加工
品と異なって、大径部と小径部との接続部もしくは、図
６に示すような鍔部３４Ａと円筒部３４Ｂの接続部にお
いて、図６に示すようにファイバーフロー３４Ｄの切断
が回避されており、これら接続部において強度が高く、
従来の切削品より高強度化もしくは必要強度が同じなら
軽量化が図れる。

【００５３】

【実施例】軸受鋼（ＳＵＪ２）の線材からせん断で鍛造
用素材を切出し、外径２２．２ｍｍ，内径１７．８ｍｍ
の大径部と、外径１２．８ｍｍ，内径７．９ｍｍの小径
部を有する段付環状部材を、従来の製造方法と本発明の
製造方法でそれぞれ作製した。従来の製造方法で作製し
た場合、段付環状部材の大径部の端面もしくは小径部の
端面に大きな割れが発生し、あるいは据込み時に発生し
た端面内の割れが段付環状部材の表面に残留して健全な
製品が得られなかったが、本発明の製造方法で作製した
段付環状部材には有害な表面きずや割れは認められず、
健全な製品が安定して得られた。

【００５４】図１の段付環状部材の鍛造工程における各
工程の一例を示すと、（ｂ）の据込み工程で、直径が１
８．４ｍｍの円柱状切断素材２０を直径２２ｍｍに据込
み加工したが、両端面および外周面に割れの発生は認め
られなかった。このときの据込み率は約３０％であっ
た。また、同じく（ｂ）の工程で据込み率５４％で据込
み加工した場合も、両端面及び外周面に割れの発生は認
められなかったが、据込み率を６０％と大きくした場合
には、据込み後の偏平状素材２１の据込みパンチ側の端
面に部分的に割れが発生し、割れのない健全な据込み素
材は安定して得られなかった。

【００５５】（ｂ）で形成された偏平状素材２１に対し
て次に（ｃ）工程で前後方押出しを行った。このときの
各部の断面減少率は上部の凹穴２２ａ側は６６％で下部
凸部２２Ｂ側では６７％であったが、いずれの端面側に
も割れの発生は認められなかった。この（ｃ）工程の前
後方押出しに際して、本発明の鍛造方法とは異なって直
径が２０ｍｍの据込み成形された素材を用いた場合は、
上部の凹穴２２ａ側の端面に大きな割れが発生した。

【００５６】また、（ｄ）は（ｃ）で形成されたカップ
状素材２２の下部凸部２２Ｂに前方押出しを行って小径
部２３Ｂ側を成形する工程であり、この小径部２３Ｂの
加工率は（ｂ）の据込み加工後の偏平状素材２１からの
トータル断面減少率が８０％と非常に大きくなってい
る。しかし、（ｂ）の据込み工程で偏平状素材２１の底
部を本発明のように加工することにより、この小径部の
端面に割れを発生させずに押出し成形することができ
た。

【００５７】ここで、据込み加工後の偏平状素材２１の
底部を水平面に対する角度θが５度以上の円錐台形状と
なるように成形しないと、せん断時に発生する素材端面
の表面欠陥を押出しに際して端面割れを引き起こさない
程度まで低減させることができない。一方、据込み加工
後の素材の底部に、従来のように段付環状部材の小径部
の内径より大きなフラット面を有するようにした場合に
は、この小径部側の端面に大きな割れもしくは微細な割
れが多数発生した。

【００５８】なお、この段付環状部材の小径部側の端面
の割れを防ぐためだけであれば、小径部の加工率を低減
する目的で小径部の直径に近い径を有する線材あるいは
棒材を使用することが考えられるが、この場合は大径部
側の加工率が大きくなる。直径１２．７ｍｍの素材を用
いて、小径部の径はそのままで、大径部の直径が各２０
ｍｍ，２２ｍｍのそれぞれの２段円柱形状に据込んだ場
合、いずれも大径部の端面側に割れが発生した。

【００５９】段付環状部材と同様に、軸受鋼（ＳＵＪ
２）の線材からせん断で鍛造用素材を切出し、鍔付環状
部材を従来の製造方法と本発明の製造方法で夫々作製し
た。従来の製造方法で作製した場合、鍔付環状部材の鍔
部の上面もしくは円筒部の端面に大きな割れが発生し、
あるいは据込み時に発生した端面内の割れが鍔付環状部
材の表面に残留し、健全な製品が得られなかったが、本
発明の製造方法で作製した鍔付環状部材には有害な表面
きずや割れは認められず、健全な製品が安定して得られ
た。

【００６０】一方、従来の製造方法で作製した場合、鍔
部と円筒部それぞれの外径と内径の中心軸のずれは最小
で０．０６ｍｍ程度が限界であったが、本発明の製造方
法で作製した鍔部と円筒部それぞれの外径と内径の中心
軸のずれは、安定して０．０２ｍｍ以下のものが得られ
た。

【００６１】

【発明の効果】本発明は上記のような構成であるから、
延性の低い軸受鋼もしくはさらに延性の低い鋼種に対し
ても、鍛造工程の途中で焼きなまし工程や潤滑工程等を
追加して実施することなく、生産性の高い多段式ホーマ
を用いて連続的に冷間多段圧造成形することができると
ゝもに、表面欠陥のない健全な大径部と小径部とを有す
る段付環状部材あるいは鍔付環状部材を低コストで量産
的に製造することが可能である。また、本発明によれ
ば、小径部もしくは鍔部および円筒部のいずれもが内外
径の同心精度が格段に良く、内径側と外径側の切削加工
を省略しそのまま研削加工を行うことが可能な、上記大
径部と小径部とを有する段付環状部材もしくは鍔付環状
部材を鍛造で製造することが出来る。更に、冷間鍛造で
製造されているため、切削加工品と異なって、大径部と
小径部との接続部もしくは鍔部と円筒部の接続部におい
てファイバーフローの切断が回避されるため、これら接
続部において強度が高く、従来の切削品より高強度化も
しくは必要強度が同じなら軽量化が図れる、といった諸
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法による段付環状部材の加工工程を示
す説明図である。

【図２】本発明方法による鍔付環状部材の加工工程を示
す説明図である。

【図３】据込み加工により成形した偏平状素材の説明正
面図である。

【図４】据込み加工前と据込み加工途中の説明断面図で
ある。

【図５】本発明方法による鍔付環状部材の他の加工工程
を示す説明図である。

【図６】成形部材のファイバーフローを示す説明図であ
る。

【図７】従来方法による環状部材を製造する加工工程を
示す説明図である。

【図８】従来方法による環状部材を製造する他の加工工
程を示す説明図である。

【図９】後方押出し加工方法の説明図である。

【図１０】前方押出し加工方法の説明図である。

【図１１】従来の切削方法による成形部材のファイバー
フローを示す説明図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川田 陽子 富山県新湊市八幡町３丁目10番15号 日本 高周波鋼業株式会社富山製造所内 (72)発明者 古澤 貞良 富山県新湊市八幡町３丁目10番15号 日本 高周波鋼業株式会社富山製造所内 (72)発明者 岡本 寛 富山県高岡市石丸708番地の16 エヌケイ 精圧株式会社内 (72)発明者 中田 光昭 富山県高岡市石丸708番地の16 エヌケイ 精圧株式会社内 (72)発明者 入澤 捷史 富山県高岡市石丸708番地の16 エヌケイ 精圧株式会社内 Ｆターム(参考） 4E087 AA05 BA17 CA14 CA22 CA25 CA33 CB03 CB12 DB03 EC11 HB03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線材もしくは棒材をせん断して得られる
   円柱状素材から連続多段加工によって大径部と小径部と
   を有する段付環状部材を成形する冷間鍛造法において、
   予め前記円柱状素材を段付環状部材の前記大径部の外径
   とほぼ等しい直径に据込み率５５％以下で据込み加工す
   るとゝもに、据込み後の素材形状が、その端面の一つ以
   上について、中央部寄りの小径部側で厚くしかもこの小
   径部の直径が段付環状部材の前記小径部の内径よりも小
   さく、且つ水平面に対する角度が５度以上の円錐台形状
   となるように成形することを特徴とする段付環状部材の
   製造方法。
2. 【請求項２】 線材もしくは棒材をせん断して得られる
   円柱状素材から連続多段加工によって大径部と小径部と
   を有する段付環状部材を成形する冷間鍛造法において、
   予め前記円柱状素材を段付環状部材の前記大径部の外径
   とほぼ等しい直径に据込み率５５％以下で据込み加工す
   るとゝもに、据込み後の素材形状が、その端面の一つ以
   上について、中央部寄りの小径部側で厚くしかもこの小
   径部の直径が段付環状部材の前記小径部の内径よりも小
   さく、且つ水平面に対する角度が５度以上の円錐台形状
   となるように成形し、次いで、一端は外径が段付環状部
   材の前記大径部の外径で且つ該大径部の内径を有する凹
   穴、および他端は外径が段付環状部材の前記小径部の外
   径となる凸部を有する粗形状に成形した後、前記凸部に
   前方押出しを行って形成される凹穴の内径が段付環状部
   材の前記小径部の内径となるように成形し、次いで、内
   径側の余肉部を打抜くことを特徴とする段付環状部材の
   製造方法。
3. 【請求項３】 線材もしくは棒材をせん断して得られる
   円柱状素材から連続多段加工によって鍔付環状部材を成
   形する冷間鍛造法において、予め前記円柱状素材を前記
   鍔付環状部材の鍔部の外径とほぼ等しい直径に据込み率
   を５５％以下で据込み加工するとゝもに、据込み後の素
   材形状が、その端面の一つ以上について、中央部寄りの
   小径部側で厚くしかもこの小径部の直径が前記鍔付環状
   部材の円筒部の内径よりも小さく、且つ水平面に対する
   角度が５度以上の円錐台形状となるように成形すること
   を特徴とする鍔付環状部材の製造方法。
4. 【請求項４】 線材もしくは棒材をせん断して得られる
   円柱状素材から連続多段加工によって鍔付環状部材を成
   形する冷間鍛造法において、予め前記円柱状素材を前記
   鍔付環状部材の鍔部の外径とほぼ等しい直径に据込み率
   を５５％以下で据込み加工するとゝもに、据込み後の素
   材形状が、その端面の一つ以上について、中央部寄りの
   小径部側で厚くしかもこの小径部の直径が前記鍔付環状
   部材の円筒部の内径よりも小さく、且つ水平面に対する
   角度が５度以上の円錐台形状となるように成形し、次い
   で、一端は外径が鍔付環状部材の前記鍔部の外径、およ
   び他端は外径が鍔付環状部材の前記円筒部の外径となる
   凸部を有する粗形状に成形した後、該凸部に前方押出し
   を行って形成される凹穴の内径が鍔付環状部材の前記円
   筒部の内径となるように成形し、次いで、内径側の余肉
   部を打抜くことを特徴とする鍔付環状部材の製造方法。
5. 【請求項５】 線材もしくは棒材をせん断して得られる
   円柱状素材から連続多段加工によって鍔付環状部材を成
   形する冷間鍛造法において、予め前記円柱状素材を前記
   鍔付環状部材の鍔部の外径とほぼ等しい直径に据込み率
   ５５％以下で据込み加工するとゝもに、据込み後の素材
   形状が、その端面の一つ以上について、中央部寄りの小
   径部側で厚くしかもこの小径部の直径が前記鍔付環状部
   材の円筒部の内径よりも小さく、且つ水平面に対する角
   度が５度以上の円錐台形状となるように成形し、次い
   で、外径は鍔付環状部材の前記鍔部の外径で、一端に鍔
   付環状部材の前記円筒部の内径となる凹穴を有する粗形
   状に成形した後、内径側の余肉部を打抜いて円筒状部材
   を形成し、次いで、該円筒状部材に前方押出しを行って
   形成される小径部の外径が鍔付環状部材の前記円筒部の
   外径となるように成形することを特徴とする鍔付環状部
   材の製造方法。