JP2008194742A

JP2008194742A - フランジ構造体製造方法

Info

Publication number: JP2008194742A
Application number: JP2007035029A
Authority: JP
Inventors: Hisatsune Saito; 久常斎藤; Hiroshi Kawamura; 浩志河村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2008-08-28

Abstract

【課題】材料割れの発生を抑えることができて高品質のハブ輪を製造することができるフランジ構造体製造方法を提供する。
【解決手段】軸部材１と、軸部材１から外径方向へ延びるフランジ２とを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法である。中実又は中空のブランク材３５を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する成形素材３６を成形する第１工程２１と、成形素材３６を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて車輪取付用フランジを２成形する第２工程２２とを備える。第２工程２２における素材投入前に、軟化処理２３と潤滑処理２４を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体（例えば、車輪用軸受装置のハブ輪等）を成形するフランジ構造体製造方法に関する。

自動車等の車輪は、車体の懸架装置に取付られる車輪用軸受装置を介して回転自在に支持される。車輪用軸受装置は、ハブ輪と、転がり軸受と、等速自在継手とが一体化されてなるものである。

ハブ輪１０は、図１０に示すように軸部材１と、この軸部材１の大径部１ａの外径面から外径方向へ突出される車輪取付用フランジ２と、車輪取付用フランジ２の根元部に反軸部側に突設されるブレーキパイロット３とを備えている。車輪取付用フランジ２は、軸部材１のアウトボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部：図１０の左端部）に設けられる。各車輪取付用フランジ２にはハブボルト４が装着されている。

ハブ輪１０のインボード側端部（自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部：図１０の右端部）には小径段部６が形成されており、この小径段部６には内輪７が嵌め込まれている。内輪７の外周面には内側軌道面９が形成され、また、ハブ輪１０の軸方向の中間部外周面には内側軌道面８が形成されている。ハブ輪１０のインボード側の先端が径方向外方に加締めて広げられることにより加締部１１が形成され、内輪７がハブ輪１０に加締め固定されている。

転がり軸受の一部を構成する外方部材（外輪）１２は、その内周に２列の外側軌道面１３、１４が設けられる中空の軸部材としての筒状本体部１５と、その筒状本体部１５の外周にフランジ（車体取付フランジ）１６とを備える。そして、外方部材１２の第１外側軌道面１３とハブ輪１０の第１内側軌道面８とが対向し、外方部材１２の第２外側軌道面１４と、内輪７の軌道面９とが対向し、これらの間に転動体１７が介装される。また、転動体１７は、ハブ輪１０の軸部材１の外径面と外方部材１２の内径面との間に配設される保持器１８にて支持されている。

このようなハブ輪１０は、中実材や中空材を冷間加工にて成形するものである（例えば、特許文献１及び特許文献２）。すなわち、図１１（ａ）に示すように、中空円筒状の軸部素材２０に対して、前方押し出し成形を施すことにより、図１１（ｂ）の軸部材２０ａが成形される。次いで、軸部材２０ａの頭部を据え込みし、図１１（ｃ）に示すような軸部材２０ｂが成形される。さらに、この軸部材２０ｂに、頭部後方押し出し成形を施すことで、図１１（ｄ）に示すように、軸部材１及び位置決め用筒部（ブレーキパイロット）３の内周形状となる段付きの窪み部１９ａを備えた頭部１９が成形される。次いで、この図１１（ｄ）のように成形された軸部材（成形素材）２０ｃに対して図示省略の成形型（閉塞鍛造金型装置）を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図１１（ｅ）と図１０に示すように、車輪取付用フランジ２とブレーキパイロット（位置決め用筒部）３が一体のハブ輪１０が成形される。
特開２００６−１１１０７０号特開２００６−１４２９８３号

このように、前記特許文献１及び特許文献２に記載の製造方法では、製品形状に応じて中実材あるいは中空材を選択し、全ての工程を冷間加工にて成形することになる。このため、加工歪が蓄積されて加工硬度による強度向上を図ることができるとともに、ニアネットシェイプ化によりコスト削減を図ることができる。また、最終成形においては閉塞鍛造を行うことになり、この閉塞鍛造の特性から低荷重で成形できるため小さい設備で加工できる利点がある。

しかしながら、全ての工程を冷間加工にて成形しているので、最終成形における閉塞鍛造工程において、図８と図９に示すように、金型と成形品との間の摩擦抵抗が大きいため等起因する材料割れＢが発生する。この材料割れＢは、車輪取付用フランジ２の付け根部に発生することになる。このように材料割れＢが生じれば、強度低下を招き、製品（ハブ輪）として機能することができない不良品となる。

本発明は、上記課題に鑑みて、材料割れの発生を抑えることができて高品質のハブ輪を製造することができるフランジ構造体製造方法を提供する。

本発明のフランジ構造体製造方法は、軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法であって、フランジ構造体製造方法であって、中実又は中空のブランク材を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する成形素材を成形する第１工程と、前記成形素材を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて前記フランジを成形する第２工程とを備え、第２工程における素材投入前に、軟化処理と潤滑処理とを行うものである。

本発明のフランジ構造体製造方法によれば、前記冷間閉塞鍛造金型装置に投入する素材を成形する第１工程においては、温間または熱間鍛造領域にて成形される。このため、冷間鍛造ほど加工硬化が進まない。また第１工程で成形された素材に対して、潤滑処理を行うことによって、第２工程においては、金型と素材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、この潤滑処理に加えて材料を軟化させる軟化処理を行っているので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。

潤滑処理としては、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理を行うことができる。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。この処理は金属（主に鉄）の表面に各種のリン酸化合物の層を形成させ金属そのものを守る働きをする。このため、加工素材に処理を行う事で、冷間鍛造金型の寿命を延ばしたり、鍛造時の精度を上げる働きが有る。冷間鍛造で、プレス加工を行う場合、金型と素材がこすれて潤滑処理されていない加工素材を使うと、金型と材料の凝着、材料割れ、金型破損等が発生するが、これをリン酸塩皮膜処理を行ことによって防ぐことができる。

また、軟化処理とは球状化焼鈍による熱処理のことである。焼鈍（焼なまし）とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。Ａ１変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物（セメンタイト）を球状化させ、加工性を上げることができる。

本発明のフランジ構造体製造方法では、第１工程においては、温間または熱間鍛造領域で加工するため加工性に優れる。また第２工程においては、第１工程で成形され、常温まで冷却された素材に対して、潤滑処理を行うことによって、金型と素材材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、この潤滑処理に加えて材料を軟化させる軟化処理を行うので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。このため、高い圧力が金型や素材にかかるのを防止することができ、製造されたフランジ構造体（例えば、ハブ輪）においては、従来のような材料割れを回避でき、高品質な製品（ハブ輪）を提供できる。また、使用する金型の破損を防止でき、金型寿命を高めることができる。

ボンデ処理にて潤滑処置を行うことができ、球状化焼鈍にて軟化処理を行うことができ、材料割れの回避の信頼性が向上する。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１にフランジ構造体製造方法の工程図を示し、このフランジ構造体製造方法は、図２（ｅ）と図３に示すようなフランジ構造体であるハブ輪を成形するものである。この場合のハブ輪は、外周に軸受軌道面３４が形成される軸部材３１と、この軸部材３１の大径部３１ａの外径面から外径方向へ突出される車輪取付用フランジ３２と、車輪取付用フランジ３２の根元部に反軸部側に突設されるブレーキパイロット３３とを備えた従動側のハブ輪である。このハブ輪は、車輪取付用フランジ３２が図３に示すように周方向に沿って９０°ピッチに４個が配設されたハブ輪である。

フランジ構造体製造方法は、中実のブランク材（素材）３５（図２（ａ）参照）から冷間閉塞鍛造金型装置に投入する成形素材３６（図２（ｃ）参照）を成形する第１工程２１と、前記成形素材３６を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの閉塞鍛造金型装置にて車輪取付用フランジ３２を成形する第２工程２２とを備える。また、第２工程２２における素材投入前に、軟化処理と潤滑処理とを行うものである。

第１工程２１は、温間または熱間領域で行うものであって、図２（ａ）の中実状の丸棒素材（ブランク材）３５に前方押し出し成形を施すことにより、図２（ｂ）の軸状部材３５ａを成形する。次いで、軸状部材３５ａの頭部をヘディングしてブレーキパイロット３の外径とほぼ同径まで漬すことで、図２（ｃ）に示す素材３６を成形する。

第２工程２２は、この軸部素材（成形素材）３６に対して図示省略の成形型（冷間閉塞鍛造金型装置）を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図２（ｄ）に示すように、車輪取付用フランジ２とブレーキパイロット（位置決め用筒部）３を成形した後、図２（ｅ）に示すように、軸心孔３７を形成する穴明けを行うことによって、ハブ３１を成形することができる。一般に、閉塞鍛造金型装置は、開閉可能に設けられた一対のダイスと、このダイスの開閉方向と平行駆動してダイス内に配置された材料を押圧する一対のパンチとを備えたものである。なお、本発明の第２工程２２における閉塞鍛造金型装置には、この種のハブ輪を成形する際に使用する一般的なものを用いることができる。

また、第１工程終了後に行う軟化工程２３は、球状化焼鈍による熱処理である。焼鈍（焼なまし）とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。Ａ１変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物（セメンタイト）を微細な球状にする組織調整を球状化焼鈍という。このため、素材３６が軟化される。

第１工程終了後に行う潤滑処理２３は、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理である。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。潤滑処理の目的は、この金型と素材との間に生じる摩擦を軽減し、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易にすることである。

具体的には、リン酸塩皮膜処理である潤滑処理２４は、リン酸塩処理と、このリン酸塩処理前に行う脱脂工程及びスケール除去（酸洗）と、このリン酸塩処理後に行う反応型石けん潤滑処理等の処理である。

脱脂工程では、鋼材の切断までに使用された潤滑油や防錆油等の汚れを除去する工程である。例えば、強アルカリタイプの脱胎剤を使用する。脱胎剤の成分は通常、無機塩のアルカリビルダーと界面活性剤によって構成される。アルカリピルダーは、オルソ碇酸ソーダ、リン酸ソーダ、苛性ソーダ、炭酸ソーダが主である。

スケール除去として、ショットプラスト法を用いる。なお、２３の潤滑処理では工程中の酸洗で十分であるが、２４の軟化処理後は大量のスケールが発生するため、２５の潤滑処理前にスケール除去を行う。ショットプラスト法は、ショットと呼ばれる鉄鋼の小粒子を表面に投射してスケールを除去する方法であり、酸洗とは、酸の液中に通してスケールを取り除くことである。

リン酸塩処理は、リン酸と亜鉛を主成分とした水溶液に浸漬することにより、脱スケールされた鋼表面に、密着性の良いリン酸塩皮膜を生成する処理である。また、リン酸塩処理をした後に、反応型石けん潤滑処理が行われる。石けんの主成分であるステアリン酸ナトリウムとリン酸亜鉛皮膜が反応して、密着性の良いステアリン酸亜鉛皮膜が生成する。生成した潤滑層は薄い層（2 〜 5 μ m 程）であるが、このうすい層が金具と被加工物との直接接触を防止し、潤滑層の優れた耐熱性や密着性により、焼き付きやカジリの発生を防止し、過酷な加工を行うことができる。

そして、本発明のフランジ構造体製造方法は、図１に示すように、第１工程２１と軟化処理２３と潤滑処理２４と第２工程２２とを順次行うことによって、図３に示すようなハブ輪を成形することができる。

本発明では、第１工程においては、温間または熱間鍛造領域で加工するため加工性に優れる。また第２工程においては、第１工程で成形され、常温まで冷却された素材に対して、潤滑処理を行うことによって、第２工程においては、金型と素材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。しかも、この潤滑処理に加えて材料を軟化させる軟化処理を行っているので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。このため、高い圧力が金型や素材にかかるのを防止することができ、製造されたフランジ構造体（例えば、ハブ輪）においては、従来のような材料割れを回避でき、高品質な製品（ハブ輪）を提供できる。また、使用する金型の破損を防止でき、金型寿命を高めることができる。

また、ボンデ処理にて潤滑処置を行うことができ、球状化焼鈍にて軟化処理を行うことができ、材料割れの回避の信頼性が向上する。

前記実施形態では素材３５として中実材を使用したが、素材３５として中空材を使用してもよく、また、ハブ輪として、中実の従動側であってもよい。これらの場合であっても、図１に示すような、第１工程２１と軟化処理２３と潤滑処理２４と第２工程２２とを順次行えばよい。

ところで、本発明においては、車輪用軸受装置の外方部材（外輪）を成形することができる。外方部材（外輪）５２は、図４（ｃ）に示すように、軸部材としての本体筒部４０と、この本体筒部４０から外径方向へ延びるフランジ４１とを備えたものであり、本体筒部４０の内径面に軌道面４２、４３が成形される。

すなわち、図４（ａ）の軸部素材４５に対して据込み工程を行って図４（ｂ）に示すような円盤状部材４５ａを成形する。次に、円盤状部材４５ａに対して、前成形工程を行って、図４（ｃ）と図５に示すように両面に凹窪部４９、５０が形成された成形素材４６を成形する。その後、この成形素材４６に対して図示省略の成形型（冷間閉塞鍛造金型装置）を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図４（ｄ）と図６に示すように、取付用フランジ４１を備えた成形品４７を成形する。その後は、この成形品４７に穴開け工程を行うことによって、仕切部４８を除去して図４（ｅ）と図７に示すように、外輪を成形する。

この場合、図４（ａ）から図４（ｃ）の形状のものを成形する工程が前記第１工程２１となり、また、図４（ｄ）の形状のものを成形する工程が前記第２工程２２となり、この工程前に軟化処理２３と潤滑処理２４とが施される。

このため、図４に示す製造方法であっても、前記したハブ輪を製造する方法と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ハブ輪においてはフランジ２が円盤状のものであってもよい。フランジ２が前記実施形態のように複数個が周方向に沿って配設されるものである場合、そのフランジ数の増減は任意である。また、車輪用軸受装置の外方部材（外輪）５２であっても、そのフランジ数の増減は任意である。

素材３６に軟化処理２４と潤滑処理２５を行う場合、前記実施形態では、軟化処理２４を先に行い、潤滑処理２５を後に行っていたが、逆に、潤滑処理２５を先に行い、軟化処理２４を後に行ってもよい。また、軟化処理２４と潤滑処理２５とそれぞれ複数回行ってもよい。

本発明の実施形態を示すフランジ構造体製造方法の簡略工程図である。前記フランジ構造体製造方法の工程図である。前記フランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の平面図である。本発明の他の実施形態を示すフランジ構造体製造方法の工程図である。前記フランジ構造体製造方法の第１工程で成形された成形素材の平面図である。前記フランジ構造体製造方法の第２工程で成形された成形品の平面図である。前記フランジ構造体製造方法で成形された外輪の平面図である。従来のフランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の断面図である。従来のフランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の平面図である。車輪用軸受装置の断面図である。従来の車輪用軸受装置のハブ輪の製造方法の工程図である。

符号の説明

１軸部材
２車輪取付用フランジ
２１第１工程
２２第２工程
２３軟化処理
２４潤滑処理
３１軸部材
３２車輪取付用フランジ
３５ブランク材
３６成形素材

Claims

軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法であって、
中実又は中空のブランク材を温間または熱間鍛造領域にて、冷間閉塞鍛造金型装置に投入する成形素材を成形する第１工程と、前記成形素材を冷間閉塞鍛造金型装置に投入してこの冷間閉塞鍛造金型装置にて前記フランジを成形する第２工程とを備え、第２工程における素材投入前に、軟化処理と潤滑処理とを行うことを特徴とするフランジ構造体製造方法。
前記潤滑処理がボンデ処理であることを特徴とする請求項１のフランジ構造体製造方法
前記軟化処理が球状化焼鈍であることを特徴とする請求項１のフランジ構造体製造方法。