JP2007130642A - 環状部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抜きカスを少なくできると共に、環状部材を強化でき、かつ、環状部材の塑性変形の際、出力が小さくて小型の機械を用いることができる環状部材の製造方法を提供すること。
【解決手段】ダイ２の内周面に延性金属材３の外周面の一部を固定する。その後、延性金属材３の内周面にパンチ１を揺動させながら接触させて、延性金属材３の外周面の少なくとも一部をダイ２の内周面側に押し出す。このようにして、延性金属材３の外周面の少なくとも一部をダイ２の内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、環状部材の製造方法に関し、特に、転がり軸受の内輪の製造に使用されれば好適な環状部材の製造方法に関する。

従来、環状部材の製造方法としては、特開平５−２７７６１５号公報（特許文献１）に記載されている円錐ころ軸受の内輪の製造方法がある。この製造方法は、延性金属材を穴抜きして円筒内周面を有する環状部材を形成した後、その環状部材の円筒内周面の全面を、冷間ローリングで内周面の内径が大きくなる方向に圧延して、その後、上記環状部材の表面を旋削して、内輪を製造するようになっている。この方法は、環状部材を、その環状部材の内径が拡がるように圧延することによって、上記穴抜きの際に発生する抜きカスを少なくすると共に、内輪金属材のファイバを切れにくくして、内輪を強化している。

しかしながら、この方法は、上記環状部材の円筒内周面の全面を拡径するように圧延する必要があるので、内径を大きくするように圧延する際、出力が大きくかつサイズが大きい圧延機を必要とするという問題がある。
特開平５−２７７６１５号公報

そこで、本発明の課題は、抜きカスを少なくできると共に、環状部材を強化でき、かつ、環状部材の塑性変形の際、出力が小さくて小型の機械を用いることができる環状部材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の環状部材の製造方法は、内周面を有するダイの上記内周面に環状の延性金属材の外周面の一部を固定した後、上記延性金属材の内周面にパンチを揺動させながら接触させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形することを特徴としている。

本発明によれば、ダイの内周面に外周面の一部が固定された環状の延性金属材の内周面に、パンチを揺動させながら接触させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を、上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形するようになっているので、従来の方法と比較して、延性金属材と、この延性金属材を塑性変形させる機械（本発明の場合、上記パンチ）との接触面積を格段に小さくできる。したがって、従来の延性金属材を塑性変形させる機械と比して出力やサイズが小さい機械であっても、延性金属材を塑性変形させることができる。

また、本発明によれば、上記延性金属材の内周面にパンチを揺動させながら接触させるようになっているので、延性金属材を効率的に塑性変形することができる。

また、本発明の環状部材の製造方法は、内周面を有するダイの上記内周面に環状の延性金属材の外周面の一部を固定すると共に、上記延性金属材の内周面の内方にパンチを静止した状態で配置した後、上記ダイを、上記延性金属材の上記内周面が上記パンチに接触するように揺動させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形することを特徴としている。

本発明によれば、従来の方法と比較して、延性金属材と、この延性金属材を塑性変形させる機械（本発明の場合、上記パンチ）との接触面積を格段に小さくできる。したがって、従来の延性金属材を塑性変形させる機械と比して出力やサイズが小さい機械であっても、延性金属材を塑性変形させることができる。

また、本発明によれば、上記延性金属材の内周面にダイを揺動させながら接触させるようになっているので、延性金属材を効率的に塑性変形することができる。

また、一実施形態の環状部材の製造方法は、上記ダイの上記内周面が、円筒内周部と、その円筒内周部よりもその円筒内周部の径方向の外方に位置する環状凹部とを有すると共に、上記延性金属材の上記内周面は、円筒内周部と、その円筒内周部よりもその円筒内周部の径方向の内方に突出する内フランジ部とを有し、上記内フランジ部を、上記ダイの上記環状凹部に押し出すことにより、上記延在金属材の外周面に、上記環状凹部に略対応する形状を有する外フランジ部を形成する。

上記実施形態によれば、上記内フランジ部を、上記ダイの上記環状凹部に押し出すことにより、上記延在金属材の外周面に、上記環状凹部に略対応する形状を有する外フランジ部を形成するようになっているので、外フランジ部の金属材に存するファイバを切れにくくすることができて、外フランジ部を強化することができる。

また、上記実施形態によれば、外フランジを有する環状部材を、内フランジを有する延性金属材から塑性変形させて形成することができるので、塑性変形前の環状の延性金属材を作製するときの穴抜きの抜きカスを低減できる。したがって、材料コストを低減できる。

また、一実施形態の環状部材の製造方法は、上記環状凹部の少なくとも一部の形状が、転がり軸受の内輪の軌道面の形状に略対応する形状である。

ここで、車軸用軸受装置の一種であるハブユニットは、転がり軸受に含まれるものとする。

上記実施形態によれば、転がり軸受の内輪を、出力が小さく小型の機械で製造できる。

本発明の環状部材の製造方法によれば、ダイの内周面に外周面の一部が固定された環状の延性金属材の内周面に、パンチまたはダイを揺動させながらパンチを接触させて、延性金属材の外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を、上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形するようになっているので、従来の方法と比較して、延性金属材と、この延性金属材を塑性変形させる機械との接触面積を格段に小さくできる。したがって、従来の延性金属材を塑性変形させる機械と比して出力やサイズが小さい機械であっても、延性金属材を塑性変形させることができる。

また、本発明の環状部材の製造方法によれば、上記延性金属材の内周面にパンチまたはダイを揺動させながらパンチを接触させるようになっているので、延性金属材を効率的に塑性変形することができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の環状部材の製造方法の一実施形態を使用して、単列のアンギュラ玉軸受の内輪の製造を行っている最中における、パンチ１と、ダイ２と、上記内輪を形成するために塑性変形を行っている最中の延性金属材３と、中子４との位置関係を示す断面図である。また、図２は、上記内輪を形成するための塑性変形を行う前の軸受鋼からなる延性金属材３３の軸方向の断面図であり、図３は、上記内輪を形成するための塑性変形を行った後の延性金属材５３の軸方向の断面図である。以下に、図１を用いて、パンチ１、ダイ２、中子４について説明した後、図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態の環状部材の製造方法を説明することにする。

図１に示すように、上記パンチ１は、略円柱状の形状を有している。上記パンチ１の軸方向の一方の端面は、側面の縁に連なる略円錐状の円錐部１１と、円錐部１１の上記縁側と反対側の縁に連なる環状溝部１２と、環状溝部１２の円錐部１１側と反対側の縁に連なると共に、円錐部１１の上記縁側と反対側の縁１５よりも軸方向の外方に突出した突出部１７とを有している。上記突出部１７は、軸方向の外方に行くに従って、先細りになっている。また、上記環状溝部１２および突出部１７の側面は、湾曲した形状を有しており、環状溝部１２は、突出部１７の側面と滑らかに繋がっている。

上記ダイ２は、内周面を有している。この内周面は、円筒内周部１８と、この円筒内周部１８の径方向の外方に位置する環状凹部１９を有している。上記環状凹部１９の内周面の形状は、単列のアンギュラ玉軸受の内輪の外周面の形状に略対応した形状になっている。

上記中子４は、略円柱形状をしている。上記中子４の外周面は、円筒外周部２１と、この円筒外周部２１に連なると共に、円筒外周部２１の径方向の内方位置する環状凹部２２とを有している。上記円筒外周部２１の外径は、ダイ２の円筒内周部１８の内径と略同じ寸法に設定されており、中子４は、ダイ２に内嵌固定されるようになっている。また、上記中子４の環状凹部２２の形状は、上記内輪の軌道面側と反対側の軸方向の端部（内周面および端面）の形状に略対応した形状を有している。上記中子４を、ダイ２に内嵌固定した状態で、ダイ２と中子４との間の形成される隙間の形状は、上記内輪の軸方向の一端部の形状に略対応した形状になっている。

次に、この発明の環状部材の製造方法の一実施形態について説明する。

先ず、ダイ２の円筒内周部１８に中子４の円筒外周部２１を内嵌固定して、ダイ２と中子４との間に、上記内輪の一端部の形状に略対応した形状の隙間を形成した後、この隙間に、図２に示す塑性変形を行う前の延性金属材３３の一部を嵌合固定する。上記延性金属材３３は、環状部材であり、軸方向の一端部の内周側に、径方向の内方に突出する内フランジ部３５を有している。上記延性金属材３３の内フランジ部３５側と反対側の軸方向の端部３６を上記隙間に嵌入固定することにより、延性金属材３３をダイ２に固定するようになっている。このようにして、ダイ２の内周面に延性金属材３３の外周面の一部を固定する。次に、パンチ１を揺動させながら延性金属材３３の内フランジ部３５に接触させて、内フランジ部３５を径方向の外方に押し出すようにして、冷間鍛造により、単列のアンギュラ玉軸受の内輪を形成する。

詳しくは、延性金属材３３の内フランジ部３５の径方向の内方に、パンチ１の突出部１７を挿入した後、パンチ１を揺動させて、突出部１７で内フランジ部３５を加圧加工する。この時、揺動時の回転角速度を、２００〜１０００ｒｐｍに設定すると共に、パンチ１を揺動させた時の、鉛直方向に対するパンチ１の中心軸の最大の傾きである揺動角度θを、２〜５°に設定する。回転角速度を、２００〜１０００ｒｐｍに設定すると共に、揺動角度θを、２〜５°に設定すると、成形後の環状部材の寸法を、所望の寸法により正確に近づけることができると共に、塑性変形時間を短縮できる。このようにして、上記内フランジ部３５を、ダイ２の環状凹部１９の方に押し出す前方押し出し成形を行う。尚、パンチ１を揺動させるに際し、揺動角を０°から順次変位させる機構を用いて、パンチ１の揺動角を制御しても良い。このようにすると、更に、短時間かつ精密に製品を製造することができる。

図１には、パンチ１との接触によって、略図３に示す塑性後の延性金属材５３の形状まで塑性変形された、塑性変形途中の延性金属材３が示されている。図１に示すように、塑性変形の最終段階において、延性金属材３は、軸方向の軌道面側の端部の内周側を、パンチ１の環状溝部１２に接触させることによって、塑性変形を遂行されている。このように、延性金属材の内周面にパンチ１の突出部１７を揺動させながら接触させて、延性金属材の外周面を、ダイ１の内周面の一部に略対応する形状、すなわち、単列のアンギュラ玉軸受の内輪の外周面の形状に略対応する形状に塑性変形する。また、図２および図３に示すように、この実施形態では、内フランジ部３５を、ダイ２の環状凹部１９に押し出すことにより、延在金属材の外周側に径方向の外方に突出すると共に、環状凹部１９に略対応する形状を有する外フランジ部５５（図３参照）を形成するようになっている。

最後に、機械加工工程を行う。この機械加工工程では、図３に５３に示す形状に塑性変形された延性金属材の表面を機械加工して、単列アンギュラ玉軸受の内輪を完成させるようになっている。尚、ここで、機械加工とは、切削、旋削、研削、研磨等のマシンニング加工をいう。

上記実施形態の環状部材の製造方法によれば、ダイ２の内周面に外周面の一部が固定された環状の延性金属材３,３３の内周面に、パンチ１を揺動させながら接触させて、延性金属材３,３３の外周面をダイ２の内周面側に押し出して、延性金属材の外周面を、ダイ１の内周面の一部に略対応する形状に成形するようになっているので、従来の方法と比較して、延性金属材３,３３と、この延性金属材３,３３を塑性変形させる機械（本実施形態の場合、パンチ１）との接触面積を格段に小さくできる。すなわち、加工圧力を与える領域が従来と比して小さいので、延性金属材を塑性変形させる従来の機械と比して出力やサイズが小さい機械であっても、延性金属材を塑性変形させることができる。そして、従来の鍛造プレス加工に対して、加工圧力を１／１０程度にまで急激に低減することができて、生産コストを格段に低減することができる。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法によれば、上記延性金属材の内周面にパンチを揺動させながら接触させて延性金属材を加圧するようになっているので、延性金属材を効率的に塑性変形することができる。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法によれば、上記内フランジ部３５を、ダイ２の環状凹部１９に押し出すことにより、延在金属材３,３３の外周面に、その外周面の径方向の外方に突出すると共に、環状凹部１９の形状に対応する形状を有する外フランジ部５５を形成するようになっているので、外フランジ部５５が大きく塑性変形された部分となり、このことから延性金属材５３の外フランジ部５５のファイバを切れにくくすることができる。したがって、延性金属材５３の外フランジ部５５を強化することができる。すなわち、拡張によって、ファイバーフローを軌道面に略平行に流すことができて、疲労強度を格段に向上させることができる。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法によれば、外フランジ部５５を有する環状の延性金属材５３を、抜きカスが少なくてすむ内フランジ部３５を有する環状の延性金属材３３を塑性変形することにより形成することができるので、塑性変形前の環状の延性金属材３３を形成するときに生成される抜きカスを低減できて、材料コストを低減できる。すなわち、大径小径差のある軸受軌道輪を外径側に拡張するようになっているので、塑性変形前の環状の延性金属材３３の外周の外径および内周の内径を小さくすることができて、ニアネットシェイプによる材料歩留を向上させることができる。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法によれば、ダイ２の環状凹部１９の形状が、単列アンギュラ玉軸受の内輪の外周面の形状に略対応する形状であるので、単列アンギュラ玉軸受の内輪を、出力が小さく小型の機械で製造できる。

尚、上記実施形態の環状部材の製造方法では、ダイ２に延性金属部材３３を固定した後、パンチ１を揺動させながら延性金属材３,３３に接触させて内フランジ部３５を外フランジ部５５に塑性変形した。しかしながら、この発明では、内周面を有するダイの上記内周面に環状の延性金属材の外周面の一部を固定すると共に、上記延性金属材の内周面の内方にパンチを静止した状態で配置した後、上記ダイを、上記延性金属材の上記内周面が上記パンチに接触するように揺動させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形するようにしても良い。また、パンチとダイの両方を揺動させて、環状の延性金属材を塑性変形させるようにしても良い。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法では、ダイ１の内周側に、ダイ１と別部材である中子４を内嵌固定して、メス型の金型を構成したが、この発明では、ダイと中子が一体であるメス型の金型を使用しても良い。また、中子を省略して、環状のダイにそのダイのみに接触するように環状の延性金属材の一部を内嵌固定した上で、延性金属材を塑性変形しても良い。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法では、冷間鍛造により延性金属材３３を塑性変形したが、この発明では、温間鍛造または熱間鍛造を用いて、環状の延性金属材を塑性変形しても良い。

また、上記実施形態の環状部材の製造方法では、ダイ２の内周面の一部が単列のアンギュラ玉軸受の内輪の外周面の形状に対応する形状になっていたが、この発明では、ダイの内周面の一部は、例えば、複列のアンギュラ玉軸受の内輪、深溝玉軸受の内輪、円筒ころ軸受の内輪、円錐ころ軸受の内輪、または、ハブユニットの内輪等の単列アンギュラ玉軸受の内輪以外の転がり軸受の内輪の外周面の形状に対応する形状になっていても良い。そして、塑性変形によって、例えば、複列のアンギュラ玉軸受の内輪、深溝玉軸受の内輪、円筒ころ軸受の内輪、円錐ころ軸受の内輪、または、ハブユニットの内輪（フランジ付内軸軌道輪）等の単列アンギュラ玉軸受の内輪以外の転がり軸受の内輪を形成しても良い。尚、転がり軸受の内輪以外の外フランジを有する環状部材の製造にこの発明を使用できることは言うまでもないことである。

本発明の一実施形態の環状部材の製造方法を行っている最中における、パンチと、ダイと、延性金属材の位置関係を示す断面図である。 塑性変形を行う前の延性金属材の軸方向の断面図である。 塑性変形を行った後の延性金属材の軸方向の断面図である。

符号の説明

１ パンチ
２ ダイ
３,３３,５３ 延性金属材
４ 中子
１９ 環状凹部
３５ 内フランジ部
５５ 外フランジ部

Claims (4)

1. 内周面を有するダイの上記内周面に環状の延性金属材の外周面の一部を固定した後、上記延性金属材の内周面にパンチを揺動させながら接触させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形することを特徴とする環状部材の製造方法。
2. 内周面を有するダイの上記内周面に環状の延性金属材の外周面の一部を固定すると共に、上記延性金属材の内周面の内方にパンチを静止した状態で配置した後、上記ダイを、上記延性金属材の上記内周面が上記パンチに接触するように揺動させて、上記延性金属材の上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面側に押し出して、上記外周面の少なくとも一部を上記ダイの上記内周面の少なくとも一部に略対応する形状に成形することを特徴とする環状部材の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の環状部材の製造方法において、
   上記ダイの上記内周面は、円筒内周部と、その円筒内周部よりもその円筒内周部の径方向の外方に位置する環状凹部とを有すると共に、上記延性金属材の上記内周面は、円筒内周部と、その円筒内周部よりもその円筒内周部の径方向の内方に突出する内フランジ部とを有し、
   上記内フランジ部を、上記ダイの上記環状凹部に押し出すことにより、上記延在金属材の外周面に、上記環状凹部に略対応する形状を有する外フランジ部を形成することを特徴とする環状部材の製造方法。
4. 請求項３に記載の環状部材の製造方法において、
   上記環状凹部の少なくとも一部の形状は、転がり軸受の内輪の軌道面の形状に略対応する形状であることを特徴とする環状部材の製造方法。

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