JP2002503788A - 鋼製転がり軸受輪を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、球状化焼なまし（ＧＫＺ）組織に類似した組織を有する熱間圧延管から出発して、潤滑剤を供給しながらこの管から連続的に同一幅の輪が熱切断され、冷却後に継続加工される、鋼製転がり軸受輪を製造するための方法に関する。本発明は、肌焼転がり軸受鋼の変態点以下の、但し７２０℃よりも高い温度で熱切断が行われ、それに続いて静止空気で冷却され、この素輪から、最適時間サイクルの多段切削冷間継続加工によって、その形状要素の狭い公差を有する転がり軸受輪の生輪または軟輪が製造され、冷間継続加工の主要部分が旋削であることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の前文に記載された鋼製転がり軸受輪を製造するための方
法に関する。

【０００２】 欧州域内で圧倒的に転がり軸受用出発製品としてはそれらから転がり軸受輪が
製造されるＤＩＮ材料記号１００Ｃｒ６の素材および他の規格・規格製品の該当
する鋼は、炭素含有量が高いので過共析鋼に数えられる。個々の転がり軸受輪を
製造するための出発材料として熱間加工管を製造するには、以下の方法が適用さ
れる。

【０００３】 銑鉄から出発してＬＤ製鋼、取鍋炉、そして取鍋脱ガスを経て、または選択的
に電気炉、取鍋炉、取鍋脱ガスから出発して、また特別な場合には再融解炉を経
て、鋼塊が鋳造され分塊圧延機で素管へと圧延される。この素管は主にアッセル
法によって塑性加工されて熱間加工管とされる（この点についてはStahlrohr-Ha
ndbuch、第10版、Vulkan-Verlag、エッセン1986年、141〜143頁参照）。アッセ ルミルは通常、加熱設備として回転炉を有し、圧延式穿孔機として構成された、
中空体を製造する穿孔機がこれに続いている。ハンプ校正部を備えて周面に均一
に分散配置される３つの傾斜ロールからなるアッセルミルにこの中空体が供給さ
れる。内部工具として役立つバーを引き出したのち、中間管が再加熱され、多ス
タンド式レデューサと後段のサイザとを介して熱間加工管が製造される。

【０００４】 この方法では欠点として、肌焼素管が熱間加工管の寸法に近似していなければ
ならず、納入プログラムをカバーするには多数の圧延素管材料もしくは鍛造素管
材料が必要となる。

【０００５】 アッセルミルは確かに転がり軸受管を製造するための好ましい設備ではあるが
、プッシュベンチミルまたは連続製管圧延機等の他の製管設備も、常に、予備成
形して拡散焼なまし肌焼材料を使用して利用される。

【０００６】 鋼塊（インゴット）の代わりに鋼片（ブルーム）を−殆ど方形で−製造し、こ
れを圧延操作または鍛造操作を介して素管へと塑性加工することも知られている
。選択的に、方形に代えて丸鋼片が製造され、この鋼片も切断後に圧延されまた
は鍛造される（La Revue de Metallurgie CIT、1989年４月、344〜350頁参照） 。先行技術によれば、λ＝５の鍛造度または圧延度が達成されるように、塑性加
工度は選定される。鋳造法によって引き起こされる偏析と粗炭化物析出を十分に
減退もしくは低減させるために、前記圧延操作または鍛造操作の前段に常に拡散
焼なましが設けられている。大きな資本投資を必要とする塑性加工設備が必要と
され、材料が何回か移動するので、前記いずれの素材製造法も費用がかかる。棒
を延伸によって再三分割せねばならないので、それ相応の量の屑鉄材料も発生す
る。付加的作業工程、輸送工程はいずれも、更なる疵または疵の強まりを生じる
危険を意味しており、疵の除去が費用を高める。

【０００７】 熱間圧延素管の内径、外径を希望する最終寸法に絞る前にコールドピルガー圧
延または冷間引抜によってこの素管に成形性長時間焼なましを施して、層状に組
織中に埋封されたセメンタイトを球状セメンタイトに変態させることが、ＤＥ−
ＰＳ３７３８８５８に指摘されている。しかしこの長時間焼なましによって素管
の外表面と内表面に比較的厚い酸化皮膜層が生じ、表層域が強く脱炭される。そ
れ故に素管はその外径に関して粗旋削され、外側酸化皮膜層が除去される。

【０００８】 この粗旋削に続いて素管が仕上げられる。即ち、素管は酸洗され、燐酸塩処理
されもしくはグリース塗布される。コールドピルガー圧延もしくは冷間引抜後、
管はいわゆる棒として多軸自動装置（６軸または８軸）のマガジン内に挿入され
、この管から切削して転がり軸受輪が製造される。この輪は引き続き調質（焼入
・焼戻し）され、即ち焼入して焼戻しされる。この熱処理のとき輪が酸化されて
変形するので、輪は最終寸法に研磨されねばならない。転がり軸受製造業者のも
とでは次に外輪と内輪、転動体と保持器、場合によっては蓋板を組合わせること
によって転がり軸受への組立が行われる。

【０００９】 前段における製造費を減らすために、熱処理（拡散焼なまし）を行うことなく
連続鋳造片を鋳物状態で製管設備に供給することが既に提案されている（ＤＥ１
９５２０８３３Ａ１）。

【００１０】 この方向での更なるステップは所定の変形度において特定温度範囲内で制御下
に仕上圧延することによって長時間焼なまし（球状化焼なまし）を省くことであ
ったが、これはＴＭ圧延にきわめて近いものである（ＤＥ１９５１３３１４Ａ１
）。コールドピルガー圧延管もしくは冷間引抜管を切削加工する途中で従来公知
の如くに輪をスライスする代わりに、熱切断によっていわゆる素輪を製造するこ
とができる（ＷＯ９５／２９７７７）。上記提案はいずれも転がり軸受輪製造の
費用削減をもたらす。

【００１１】 本発明の課題は、この公知先行技術から出発して、更なる費用削減を可能とす
る鋼製転がり軸受輪を製造するための方法を示すことである。

【００１２】 この課題は、前文から出発して、請求項１の特徴部分の特徴と合わせて解決さ
れる。有利な諸構成と選択的方法は従属請求項の構成要素である。

【００１３】 本発明の核は、素輪を製造するための熱切断と合わせて熱間加工管を出発材料
として安価に利用することであり、この素輪から高性能冷間継続加工によって転
がり軸受輪の生輪または軟輪、即ち外輪または内輪が、安価に製造される。冷間
継続加工の主要部分は旋削であり、これが高い切断速度を可能とし、従って短い
サイクル時間を可能とする。輪製造用出発製品としてのコールドピルガー圧延管
または冷間引抜管の費用のかかる製造が本発明による方法では省かれ、それに結
び付いたすべての輸送・取扱工程も同様に省かれる。

【００１４】 いかなる他の再処理も行うことなく、特に矯正、熱処理および非破壊検査を行
うことなく、熱間加工管を冷却床から熱切断装置に供給し、唯一の装置内でのみ
、そして唯１回の再装着で、最適時間サイクルの多段旋削操作によって素輪から
転がり軸受輪を製造し、この転がり軸受輪をその寸法および無欠陥性に関して検
査することが、最適な手順として提案される。サイクル時間短縮（＜８秒）を考
慮して所要の切削支出を低く抑えるために、素輪はその寸法および輪郭内で理想
状態に極力近づかねばならない。しかしこれは方法に起因していつも与えられて
いるのではない。例えば、両方の正面は必ずしも正確に面平行ではない。更に、
内側からの支えなしに熱切断が行われるので、穿孔領域内で少なくとも内側への
バリ形成を完全には防止することができない。これらの与えられた条件に留意し
て、本来の冷間継続加工の前段に打抜・プレス操作および／または部分的仕上研
削を設けるのが有利であることが判明した。外輪の場合の部分的仕上研削は、素
輪の両方の正面および／または側面を軟輪寸法に研削することからなる。こうし
て多段旋削は最適領域内で行うことができ、工具の摩耗が少なくなる。特に、前
段に設けられた素輪外径の仕上研削によって、最終寸法への外径の旋削を省き、
従って１工程を節約することが可能となる。これはサイクル時間の短縮を意味す
る。更に、この場合には１回の装着が必要となるだけであり、再装着は省かれる
。前段に設けられる打抜・プレス操作および／または部分的仕上研削の付加的支
出は旋削操作の性能向上を勘案して検討しなければならない。選択的に、前処理
された素輪は２回の締付を行って従来の旋盤で加工することもできる。切削能力
を高めるための他の補助手段は潤滑剤の供給である。圧縮空気と通常の切削用エ
マルジョン油剤(Bohremulsion)との混合物をパルス状に供給するのが特に有利で
あることが判明した。これに関連してパルス状とは、本来の切削過程の間にのみ
供給が行われ、継続サイクルと工具接近との間は供給が止められたままであるこ
とを意味する。

【００１５】 本来一般に行われるいわゆる生輪または軟輪の調質（焼入・焼戻し）は有利に
は切削プロセスに一体化することができる。この焼入・焼戻しは、例えば、打抜
・プレス操作の直後に実施することができる。変態点より上の温度で熱切断を実
施し、その直後に素輪を急冷し、例えば水浴もしくは油浴中に浸けることに、そ
の他の可能性がある。次に焼戻しを行うと、素輪は転がり軸受に必要な硬さを有
する。切削冷間継続加工はこの場合には超硬旋削および／または超硬研削であり
、このため近年、当該加工技術が開発された。

【００１６】 提案された操作手順の利点は、 −連続鋳造片の直接的利用 −熱間加工管の制御下の仕上圧延 −熱切断 から生じる費用利点を維持して、前段に適合された冷間継続加工によって付加的
費用利点が達成されることに見ることができる。高い純度、少ない表層脱炭、最
終的調質時の僅かな変形（少ない仕上研削代）、この方法において維持される組
織の微粒子性に基づく長い寿命等の前段から得られる利点は一緒に利用すること
ができ、それ相応の総合利点が得られる。

【００１７】 本発明による転がり軸受輪の製造を実施例に基づいて以下に詳しく説明する。

【００１８】 製造しなければならないのは転がり軸受種６２０２用外輪（３５．２×１１．
２ｍｍ）である。このために必要な素管が図１の図示によれば、熱間加工管とし
てストレッチレデューサのロールスタンド１内で仕上圧延される。熱間加工管の
場合に製造に起因する公差に留意して素管の名目寸法は外径が３５．７０ｍｍ、
壁厚が３．８０ｍｍである。冷却床２で冷却される管は、明細書導入部で特別に
言及した製造プロセスを適用する場合には、継続加工に必要な微粒パーライト組
織を有し、本来必要な球状化焼なまし（球状セメンタイトへの焼なまし）は省く
ことができる。管層３にまとめられた管が冷間丸鋸盤に供給され、約６メートル
の管長５で束ねられる。主に選定される仕上手順では、素管に対して他の再加工
工程が必要でない。

【００１９】 図２の図示によれば、管束が台架と個別化帯６とを介して装入樋７に供給され
る。熱切断装置の回転駆動装置８が管を把持して軸方向、ならびに付加的に所要
の回転速度で、切断圧延装置１１に走り込む直前まで移動させる。回転駆動装置
８の（この場合には破線で示唆した）端位置において切断管は回転駆動装置８か
ら解放することができる。というのも、その他のプロセスは自己運動学的に行わ
れ、回転駆動装置８は出発位置に戻って後続管を把持することができるからであ
る。

【００２０】 緩衝帯９において後続管の管初端は、既に切断プロセス中にある管の管終端間
近にまで接近させられ、熱切断は殆ど間髪を入れずに行われる。変形抵抗を下げ
るために、切断管は誘導加熱装置１０によって切断温度（＞７２０℃、但し＜変
態点）に加熱される。本来の切断圧延装置１１において、徐々に高さの増す切刃
を側面上に螺旋状に配置したことを特徴とする特殊工具によって、本来の切断プ
ロセスが行われる。出口シュート１２を介して素輪が容器１３内に送られる。そ
うする代わりに、静止空気で同時に冷却しながらベルトコンベヤを介した搬出が
可能である。

【００２１】 こうして得られた素輪は室温に冷やされたのちに加工機械に供給され、この加
工機械が多段旋削プロセスで完全な転がり軸受外輪（軟輪）を製造する（図３）
。

【００２２】 加工機械には下記工程が設けられている。 ａ）装着１４ ｂ）両側で同時に行われる面削りと粗穿孔１５ ｃ）内輪郭の倣い研削（粗削り）１６ ｄ）内輪郭の倣い研削（仕上削り）１７ ｅ）両側で同時に行われる蓋板用溝と隣接腹部とのプランジ研削１８ ｆ）外輪郭の倣い研削１９。

【００２３】 外輪側面の部分的仕上研削を前段に設ける場合には、変更手順が設けられてい
る（図４）。 ａ）装着２１ ｂ）両側で同時に行われる面削りと粗穿孔２２ ｃ）内輪郭の倣い研削（粗削り）２３ ｄ）内輪郭の倣い研削（仕上削り）２４ ｅ）縁短縮領域で両側で同時に行われる外輪郭の倣い研削と、両側で同時に行
われる蓋板用溝と隣接腹部とのプランジ研削２５。

【００２４】 次に、加工された輪が測定ステーション２０に供給され、そこですべての輪の
形状および無欠陥性の１００％点検が行われる。こうして得られた外輪（軟輪）
は主要寸法として 外径３５．２ｍｍ 内径２９．２６ｍｍ 幅１１．２１ｍｍである。

【００２５】 こうして製造された輪の真円度誤差は＜０．０５ｍｍである。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１０月４日（１９９９．１０．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＲ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 シュテファン，ローラント ドイツ連邦共和国、デー 01589 リーザ、 ホーエ・シュトラーセ 28 (72)発明者 ゾンマーフェルト，ヘルベルト ドイツ連邦共和国、デー 22926 アーレ ンスブルク、ビュニンクシュテッター・シ ュトラーセ 29

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球状セメンタイトに焼なましされた（球状化焼なまし）組織
   に類似した組織を有する熱間圧延管から出発して、潤滑剤を供給しながらこの管
   から連続的に同一幅の輪が熱切断され、冷却後に継続加工される、鋼製転がり軸
   受輪を製造するための方法において、 肌焼転がり軸受鋼の変態点以下の、但し７２０℃よりも高い温度で熱切断が行わ
   れ、それに続いて静止空気で冷却され、この素輪から、最適時間サイクルの多段
   切削冷間継続加工によって、その形状要素の公差の狭い転がり軸受輪の生輪また
   は軟輪が製造され、冷間継続加工の主要部分が旋削であることを特徴とする方法
   。
2. 【請求項２】 素輪が第１段において打抜・プレス組合せ操作を施され、そ
   の際に校正されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 穿孔領域内に突入するバリが除去され、正面に所定のプレス
   力が加えられることを特徴とする、請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 軟輪の形状要素が打抜・プレス操作によって既に粗成形され
   ることを特徴とする、請求項２または３のいずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 外輪の場合には、素輪の両方の正面および／または側面が軟
   輪寸法に仕上研削され、残りの面は旋削の態様で加工されることを特徴とする、
   請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 打抜・プレス操作および／または部分的仕上研削に多段旋削
   が続き、輪が２回装着され、サイクル時間が＜８秒であることを特徴とする、請
   求項２〜５のいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 旋削操作が ａ）第１回装着が −第１外半径のプランジ研削と側面半部を旋削する −内穴の旋削を行い、 −蓋板溝と隣接腹部とのプランジ研削を行い、 ｂ）第２回装着が −第２外半径のプランジ研削と側面第２半部の旋削を行い、 −内穴の倣い研削を行い、 −第２蓋板溝と隣接腹部とのプランジ研削を行い、 以上の個別工程を含むことを特徴とする、請求項６記載の方法。
8. 【請求項８】 １度の再装着時に唯一の装置内での多段旋削操作が打抜・プ
   レス操作および／または部分的仕上研削にサイクル的に続き、旋削操作の前段に
   装入部が設けられ、後段には排出部が設けられており、第１旋削操作段のとき加
   工物が静止し、最終段では加工物が回され、総サイクル時間が＜８秒であること
   を特徴とする、請求項２〜５のいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 管外輪の側面の仕上研削を前段に設けた場合には、唯１回の
   装着で唯一の装置内での多段旋削操作が仕上研削にサイクル的に続き、旋削操作
   の前段に装入部が設けられ、後段には排出部が設けられており、すべての旋削操
   作段で加工物が静止し、総サイクル時間が≦８秒であることを特徴とする、請求
   項２〜５のいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 打抜・プレス操作および／または部分的仕上げ研削を省い
    て素輪が多段旋削操作を直接施されることを特徴とする、請求項１または８のい
    ずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 外輪の場合には、手順が ａ）両側で同時に正面の面削りと粗穿孔 ｂ）軌道面内輪郭の倣い研削（荒削り） ｃ）軌道面内輪郭の倣い研削（仕上削り） ｄ）両側で同時に蓋板溝と隣接腹部とのプランジ研削 ｅ）最終寸法への外径の旋削 以上の個別工程を含むことを特徴とする、請求項８または１０のいずれか１項記
    載の方法。
12. 【請求項１２】 側面を仕上研削された外輪の場合には、手順が ａ）両側で同時に正面の面削りと粗穿孔 ｂ）軌道面内輪郭の倣い研削（荒削り） ｃ）軌道面内輪郭の倣い研削（仕上削り） ｄ）縁短縮領域において両側で同時に外輪郭の倣い研削と両側で同時に蓋板溝お
    よび隣接腹部のプランジ研削 以上の個別工程を含むことを特徴とする、請求項９記載の方法。
13. 【請求項１３】 工程［ｂ）、ｃ）、ｄ）］のとき軸方向と半径方向で部分
    的に重ねて切削が行われることを特徴とする、請求項１１または１２記載の方法
    。
14. 【請求項１４】 切削中にのみ潤滑剤がパルス状に供給されることを特徴と
    する、請求項８〜１３のいずれか1項記載の方法。
15. 【請求項１５】 潤滑剤が圧縮空気と切削用エマルジョン油剤との混合物で
    あり、切削用エマルジョン油剤が滴状によってのみ圧縮空気に添加されることを
    特徴とする、請求項１４記載の方法。
16. 【請求項１６】 熱切断後に素輪が調質を施され、硬化した素輪が次に切削
    加工されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
17. 【請求項１７】 熱切断直後に素輪が急冷され、次に焼戻しされ、硬化した
    素輪が最後に切削加工されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
18. 【請求項１８】 打抜・プレス操作後に素輪が調質を施され、硬化した素輪
    が次に仕上切削加工されることを特徴とする、請求項２〜４のいずれか1項記載 の方法。
19. 【請求項１９】 球状セメンタイトに焼なましされた（球状化焼なまし）組
    織に類似した組織を有する熱間圧延管から出発して、この管から連続的に同一幅
    の輪が熱切断され、冷却後に継続加工される、鋼製転がり軸受輪を製造するため
    の方法において、 肌焼転がり軸受鋼の変態点よりも高い温度で熱切断が行われ、それに続いて急冷
    され、最後に焼戻しされ、硬化した素輪が多段で切削冷間継続加工を施されるこ
    とを特徴とする方法。
20. 【請求項２０】 冷間継続加工が超硬旋削および／または超硬研削であるこ
    とを特徴とする、請求項１４〜１９のいずれか１項記載の方法。
21. 【請求項２１】 熱間圧延管が冷却後にまず応力除去のために焼なましされ
    、次に矯正され、熱切断前に疵を非破壊検査されることを特徴とする、請求項１
    または１９記載の方法。
22. 【請求項２２】 非破壊検査が長さ欠陥および横欠陥のＵＳ検査であること
    を特徴とする、請求項２１記載の方法。
23. 【請求項２３】 冷間継続加工後に個々の各転がり軸受輪が寸法検査および
    非破壊欠陥検査を施されることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか１項記
    載の方法。
24. 【請求項２４】 寸法検査がレーザによって行われ、非破壊検査が超音波ま
    たは渦電流によって行われることを特徴とする、請求項２３記載の方法。
25. 【請求項２５】 熱間圧延管の非破壊検査を省いて、単に仕上加工された転
    がり軸受輪のみが寸法検査および非破壊欠陥検査を施されることを特徴とする、
    請求項２１〜２４記載の方法。