JP2001087836A

JP2001087836A - 異形リングの製造方法

Info

Publication number: JP2001087836A
Application number: JP26442099A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Tani; 和人谷; Shinya Ishisoto; 伸也石外; Nobuo Kanamaru; 信夫金丸; Shinsuke Haneda; 晋介羽田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】歩留りを向上させ、かつ加工時間を短縮でき
る異形リングの圧延方法を提供する。【解決手段】リング圧延によって軸方向に間隔をおい
て２以上の突起を有する異形リングを製造する方法であ
って、リング圧延中の材料が軸方向で互いに逆方向に流
動する少なくとも１箇所以上の境界線（分岐点）を見出
し、該境界線間の素材重量を突起を形成するのに相当す
る重量としたリング素材を用いてリング圧延する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング圧延によっ
て軸方向に間隔をおいて２以上の突起を有する異形リン
グを製造する方法に係り、例えば、チタン合金製耐圧容
器やジェットエンジンのファンケース、又、航空機用回
転機器の軸受部用シールリングとして使用される異形リ
ングの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】突起を有する異形リングを製造する方法
として図１（Ａ）（Ｂ）に示すリング圧延が用いられて
いる。図１（Ａ）（Ｂ）において、例えばチタン合金で
作成されたリング素材１を一対のセンタリングロール２
で保持し、キングロール３とマンドレルロール４とによ
って素材の径方向肉厚を圧延することによって拡径し、
キングロール３によって突起を形成するとともに、一対
のアキシャルロール５によって軸方向肉厚を圧延して高
さを調整する。

【０００３】また、異形リングを製造する手段として熱
間による手段と冷間による手段とがあり、前者としては
特公平４−６２８１７号公報で開示の技術（従来例の
１）が、また、後者としては特開平３−２６８８３３号
公報で開示の技術（従来例の２）がそれぞれ提案されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来例の１は、「縦断
面が一様な矩形でない異形リングを製造する方法におい
て、貫通孔が形成された円板状またはリング状の第１次
素材を、金型内に引き込みあるいは押込みながら鍛造
し、製品との比較において内形がより小さく、高さがほ
ぼ等しく、かつ高さ方向の質量分布がほぼ等しいリング
状の第二次素材を形成する鍛造工程と、上記第二次素材
をリングミルによりその高さ方向の全長にわたって上記
素材の高さ方向への流動を制限しながら半径方向外方へ
のみ拡開する圧延を行うことによって上記製品の形状を
付与する圧延工程とを行うことを特徴とする異形リング
の製造方法。」であった。

【０００５】この従来例の１では、二次素材をリングミ
ルにより圧延するとき、素材の高さ方向（軸方向）への
流動を制限してはいるものの、異形リングの突起部に相
当する重量をあらかじめリング素材（二次素材）の段階
で付加する必要があって、これではリング素材の部分突
起高さが高くなる。このため、リング鍛造で前記高い部
分突起を形成することが困難となり、リング鍛造のあと
に予備鍛造が必要となっていた。一方、従来例の２は、
「環状をなし且つ異形断面をなすブランクを成形ロール
と受ロールとマンドレルとにより転造して製品となす冷
間ローリングミルによる異形断面製品の製造方法におい
て、転造時における前記ブランクの大径部と小径部との
周速差に応じて当該ブランクの小径部の体積を前記製品
の対応する小径部の体積より大きく、大径部の体積を前
記製品の対応する大径部の体積よりも小さく設定するこ
とを特徴とする冷間ローリングミルによる異形断面製品
の製造方法。」であった。

【０００６】この従来例の２ではリング圧延中の材料流
れを考慮してはいるものの突起（大径部）がひとつの場
合にしか言及していないため、異形リングのように、軸
方向（高さ方向）に２以上の突起を有するものには、そ
のまま適用するには困難性があるとともに、冷間圧延に
ついてのものであって、熱間圧延については言及されて
いないものであった。本発明者等は、上記した従来例の
１および２並びに一般的な異形リングのリング圧延によ
る製造法において鋭意研究を行った処、リング圧延中に
おいては材料が軸方向上下に流動する境界線（分岐点）
が存在し、かつその軸方向位置は圧延初期から圧延終了
まで一定となっていることを、リング圧延の変形解析結
果（有限要素法による剛塑性解析）から知見することに
よって、歩留りの向上と加工時間の短縮が可能な異形リ
ングの製造方法の開発に成巧したのである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る異形リング
の製造方法は、リング圧延によって軸方向に間隔をおい
て２以上の突起を有する異形リングを製造する方法であ
って、リング圧延中の材料が軸方向で互いに逆方向に流
動する少なくとも１箇所以上の境界線（分岐点）を見出
し、該境界線間の素材重量を突起を形成するのに相当す
る重量としたリング素材を用いてリング圧延することを
特徴とするものである（請求項１）。

【０００８】すなわち、突起が軸方向で２以上有する異
形リングをリング圧延して製造するに当たって、圧延中
における軸方向の材料流動の分岐点（境界線）を有限要
素法による剛塑性解析によって見出し、この分岐点間内
で材料流動を考慮して打上リング品重量と素材重量がほ
ぼ等しいバランスをもつリング素材を用いてリング圧延
するのであり、これによって、歩留りを向上させ、ある
いは特別なリング素材の製作工程を省くことで加工時間
の短縮を図り得るのである。前述した請求項１におい
て、前記境界線（分岐点）を、圧延初期から圧延終了ま
で軸方向において一定若しくはほぼ一定としてリング圧
延することが推奨される（請求項２）。更に、前述し
た請求項１又は２において、前記境界線間におけるリン
グ素材の断面は、矩形又は部分突起を有する矩形とされ
ていることが望ましい（請求項３）。

【０００９】また、本発明において、リング圧延は冷間
又は熱間のいずれにおいても可能であるが、圧延初期か
ら圧延終了までリング素材の軸長（高さ）を一定若しく
はほぼ一定に拘束した状態で熱間によってリング圧延す
ることが推奨される（請求項４）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明に係る
異形リングの製造方法についての実施の形態を説明す
る。なお、異形リングは、図１を参照して既述したリン
グミルを用いて製造することができるが、図１以外のミ
ルを用いても構わない。図２は、本発明にて用いるリン
グ素材１と、矩形断面リング圧延品からの削り出した一
般的なリング素材１Ａの断面形状を示しており、いずれ
もリング内半径Ｄ１は２２５ｍｍであり、軸長（軸方向
長さ，高さ）Ｈは８１０ｍｍであり、本発明に用いるリ
ング素材１の外半径Ｄ２は３２２ｍｍであって、軸方向
２箇所に高さｈが１５．５ｍｍの部分突起１Ｂ，１Ｃが
それぞれ形成されていて、削り出した一般的なリング素
材１Ａの外半径Ｄ３は３５８．８ｍｍとされており、キ
ングロール３の外周面（成形面）には軸方向２以上の突
起（実施的にリング状突起乃至鍔）を形成するための凹
凸面３Ａが本発明においては形成されていて、一方、一
般的なリング素材１Ａのときのキングロールの成形面３
Ｃは平坦面とされている。

【００１１】図２において破線で示しているリング素材
１Ａについては、あらかじめリング圧延品の突起部に相
当する重量を一律にリング素材１Ａの軸方向に与えてい
るため、形状が単純で容易にリング鍛造にて成形可能で
あるが、突起部以外の部分では余分な重量を与えすぎて
いるため投入重量が多く歩留りが悪いものである。これ
に対して本発明に用いる実線で示すリング素材１は部分
突起１Ｂ，１Ｃの高さが低いため比較的容易にリング鍛
造で成形できかつ投入重量が大幅に節減できて歩留りを
向上できるのである。

【００１２】図３は本発明に用いるリング素材１と従来
例１に用いるリング素材１Ｄを比較して示しており、本
発明に用いる実線で示したリング素材１は図２と同様な
形状であり、リング素材１Ｄについては外半径Ｄ３が３
１５．５ｍｍで部分突起１Ｅについてはその高さｈ１が
４３．３ｍｍとされている。すなわち、図３において破
線形状で示した従来例の１に用いるリング素材１Ｄにつ
いては、リング圧延品の軸方向の重量配分とほぼ同等な
配分を有しているため、図２を参照して示した一般的な
リング素材１Ａと比較して投入重量は節減できるが、突
起１Ｅの重量が大きいため突起高さｈ１が高くなり、既
述したようにリング鍛造でこの突起１Ｅを形成すること
は困難でリング鍛造後に予備鍛造が必要となるのは既述
の通りである。

【００１３】これに対して本発明に用いるリング素材１
については部分突起１Ｂ，１Ｃの高さを節減できて、リ
ング鍛造でシャープに形成できて予備鍛造が必要でな
く、ここに、加工時間の短縮が図れるのである。図４お
よび図５を参照して本発明に用いるリング素材１につい
てより具体的に説明すると、図４及び図５はいずれもロ
ール形状の部分モデルによるリング圧延中における有限
要素法による剛塑性解析（変形解析結果）を示してお
り、図４はリング素材１の断面は矩形であり、図５はリ
ング素材１の断面は部分突起１Ｂ，１Ｃ等を有する矩形
である。

【００１４】まず、図４（Ａ）は圧延初期の状態を示
し、キングロール３の成形面３Ａとマンドレルロール４
によるリング圧延において、リング圧延中の材料が軸方
向に上下（互いに逆方向）に流動する境界線（分岐点）
が少なくとも１以上あることを見出し、この境界線
は図４（Ｂ）で示す３４．５ｍｍ圧下時および図４
（Ｃ）で示す４６．４ｍｍ圧下時（圧延終了）までキン
グロール３およびマンドレルロール４の断面形状が同じ
ロールを用いた場合に、軸方向の位置が一定若しくはほ
ぼ一定であることが有限要素法の解析結果により判明し
た。

【００１５】すなわち、境界線（分岐点）間Ｑ内で
材料は矢示Ｘ方向に流動していることが判明した。この
分岐点間Ｑ内において素材重量とリング品重量はほぼ等
しいと考えられることから、このＱ内において素材重量
が必要とするリング製品重量よりも少なければリング製
品の突起部の厚みは低くなり、リング製品、すなわち、
２以上の突起を有する異形リングの突起部を確保できな
いことを意味する。そこで本発明においては、あらかじ
め素材段階でＱ内において必要な重量を与えておいて必
要な突起厚みを確保したのである（図４（Ｃ）参照）。

【００１６】すなわち、本発明においては、リング圧延
中の材料が軸方向で互いに逆方向に流動する少なくとも
１箇所以上の境界線（分岐点）を見出し、該境界線間の
素材重量を突起を形成するのに相当する重量としたリン
グ素材を用いてリング圧延するのである。図５（Ａ）
（Ｂ）は部分突起１Ｂ（図では１個であるが軸方向に間
隔を有して２以上ある）を有するリング素材１の断面で
あり、このリング素材１についてもキングロール３とマ
ンドレルロール４によってリング圧延するとき、材料が
軸方向上下（互いに逆方向）に流動（矢示Ｘ）する２以
上の境界線の位置を見出し、この位置に圧延初期か
ら圧延終了まで一定であることから、区間Ｑ内の素材重
量を突起を形成するのに相当する重量としたリング素材
１を用いてリング圧延するのである。

【００１７】図４および図５においては、キングロール
３の成形面３Ａに、リング素材の軸長（高さ）を一定に
拘束するための段部３Ｂを形成して、この状態で熱間に
よってリング圧延するのであり、素材に突起をつけた方
が相当する重量は少なくて済む。図６は図４及び図５を
参照して既述した本発明に用いる２つのリング素材１
（部分突起を有するものを第２リング素材１０Ｂとし、
部分突起を有しないものを第１リング素材１０Ａとして
いる）と、矩形リング圧延品からの削り出しによる場合
（図２で示した一般的なリング素材１Ａに該当し、図６
では便宜上符号１０Ｃとしている）との分岐点間Ｑの重
量と突起厚みの関係をグラフ化したものである。

【００１８】図６を参照すれば明らかなように突起高さ
を含む異形リングの所定厚みのものをリング圧延にて１
０Ｂでは１３５ｋｇの重量で足りるのに対し、素材１０
Ｃでは２３５ｋｇも必要となるのである。

【００１９】

【実施例】Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖのφ８４０ｍｍ（５ト
ン）インゴットをＶＡＲにより溶解する。β域に加熱
後、６３０ｍｍ八角まで鍛錬し、αβ域以上に加熱後、
φ５６０ｍｍまで鍛錬してから所定の寸法に切断した。
αβ域以上に加熱後、プレスにてφ２００ｍｍの穴あけ
を行い、更に、αβ域以上に加熱後、プレスにて１〜２
ヒートかけて所定内径Ｄ１までリング鍛造をして矩形断
面のリング素材を製作した。

【００２０】欠陥の発生しやすい端部を切断し図７
（Ａ）で示すように所定高さＨ，所定内径Ｄ１，所定外
径Ｄ２のリング素材１を製作した。リング素材の設計に
あたっては、リング素材の内径は、既存のマンドレル径
φ３５０に操業上容易に装入できる内径とした。実施し
たリング圧延品の形状を図７（Ｂ）に示すが、この形状
の場合３つの分岐点が存在するため、リング素材
は軸方向に分岐点間ごとに４分割し、それぞれの分割領
域において、所定の突起厚みを確保できるように必要な
素材重量を決定した。具体的には、分岐点〜の区間
においては、リング圧延品の所定突起厚みを確保できる
ように、図６のリング素材１０Ｂのグラフを用いて必要
な素材重量を決定し、かつ区間内での重量配分を均一に
与えることにより矩形断面のリング素材となるように素
材厚みを決定し、このリング素材形状を図７（Ａ）に示
す。

【００２１】図７（Ａ）のリング素材を用いて、αβ域
に加熱後、数ヒートかけて所定の内・外径寸法Ｄ３，Ｄ
４までリング圧延をした結果、所定の突起厚みを確保で
きた。現在２００個以上の製造実績があり、全て問題な
く製品として出荷可能であった。なお、本発明において
実施例等においてはチタン合金製の異形リングである
が、その材料は限定されるものではない。

【００２２】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、歩留
りを向上し、かつ、加工時間を短縮して異形リングを製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング圧延の概略を示し、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は側面図である。

【図２】リング素材の断面を示し、破線は削り出しによ
る従来の一般的なリング素材、実線は本発明に用いるリ
ング素材である。

【図３】従来例の１のリング素材（破線）と本発明に用
いるリング素材（実線）を示している。

【図４】部分モデルの変形解析図であり、（Ａ）は圧延
初期、（Ｂ）は圧延途中、（Ｃ）は圧延終了である。

【図５】部分突起を有するリング素材の変形解析図であ
り、（Ａ）は圧延初期、（Ｂ）は圧延終了である。

【図６】本発明に用いる２つのリング素材と削り出しに
よる従来のリング素材との比較グラフである。

【図７】本発明の実施例であり、（Ａ）はリング素材の
断面図、（Ｂ）は異形リングの断面図である。

【符号の説明】

１リング素材２センタリングロール３キングロール４マンドレルロール５アキシャルロール分岐点分岐点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金丸信夫兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者羽田晋介兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号株式会社神戸製鋼所高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】リング圧延によって軸方向に間隔をおい
て２以上の突起を有する異形リングを製造する方法であ
って、リング圧延中の材料が軸方向で互いに逆方向に流動する
少なくとも１箇所以上の境界線（分岐点）を見出し、該
境界線間の素材重量を突起を形成するのに相当する重量
としたリング素材を用いてリング圧延することを特徴と
する異形リングの製造方法。
【請求項２】前記境界線（分岐点）を、圧延初期から
圧延終了まで軸方向においてほぼ一定としてリング圧延
することを特徴とする請求項１記載の異形リングの製造
方法。
【請求項３】前記境界線間におけるリング素材の断面
は、矩形又は部分突起を有する矩形とされていることを
特徴とする請求項１又は２記載の異形リングの製造方
法。
【請求項４】圧延初期から圧延終了までリング素材の
軸長（高さ）をほぼ一定に拘束した状態で熱間によって
リング圧延することを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の異形リングの製造方法。