JP2009039759A

JP2009039759A - 転がり軸受の外輪の製造方法

Info

Publication number: JP2009039759A
Application number: JP2007208412A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Kobayashi; 一登小林; Hiroshi Koyama; 寛小山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】安定して成形することができる転がり軸受の外輪の製造方法を提供する。
【解決手段】外周面に軌道溝形成用凸部１３が設けられたマンドレル１２と成形ロール１１とで外輪素材４´を径方向に挟み、外輪素材４´を回転させながら外輪素材４´の内周面にマンドレル１２を押し付けて、外輪素材４´の内周面に軌道溝７を形成するローリング成形工程を備え、ローリング成形工程に供される外輪素材４´を、成形ロール１１に支持される外周面はその母線が直線となるように、且つマンドレル１２が押し付けられる内周面は、マンドレル１２の軌道溝形成用凸部１３が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形しておく。
【選択図】図４

Description

本発明は、転がり軸受の外輪の製造方法に関する。

従来、１つの円柱状の材料から転がり軸受の内輪および外輪の２つの軌道輪を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図７および図８に、その一例を示す。

第１工程：熱間加工での据え込みにより、図７（Ａ）に示す円柱状の材料１０１から図７（Ｂ）に示す外周面の母線が円弧をなす円盤状の中間成形品１０２を形成する。
第２工程：型鍛造により、中間成形品１０２から図７（Ｃ）に示す段付きの円筒状の成形品１０３を形成する。この成形品１０３は、大径の外輪部１０４の一方の端部の内周に小径の内輪部１０５の一方の端部の外周が連結しており、また、内輪部１０５の他方の端部の内周には底１０６が形成されている。
第３工程：成形品１０３を外輪部１０４と内輪部１０５との連結部位で切断し、図７（Ｄ）に示すように、外輪素材１０４´と内輪素材１０５´とに分離する。
第４工程：図７（Ｅ）に示すように、分離された内輪素材１０５´から底１０６を打ち抜く。
第５工程：外輪素材１０４´および内輪素材１０５´をローリング成形により所定の形状に成形する。

上記第５工程では、図８に示すように、成形ロール１１１とマンドレル１１２とで外輪素材１０４´を局部的に径方向に挟み、成形ロール１１１を回転させて成形ロール１１１と共に外輪素材１０４´を回転させる。回転する外輪素材１０４´にマンドレル１１２を押し付けることにより、外輪素材１０４´を拡径させ、同時にマンドレル１１２に設けられた軌道溝形成用凸部１１３により外輪素材１０４´の内周面に軌道溝１０７を転造している。その後、切削加工、研削加工、熱処理、等を経て外輪とされる。内輪素材１０５´についても同様の加工が施され、内輪とされる。
特開平１１−２４４９８３号公報

一般に、成形品１０３を型から離れ易くするために、成形品１０３の内周面には、その外周面よりも大きなテーパ角度が設定される。それにより、外輪素材１０４´において外周面の母線と内周面の母線とに角度差が生じる。マンドレル１１２の軌道溝形成用凸部１１３と成形ロール１１１とに挟まれる領域で外周面の母線と内周面の母線との角度差が大きいと、ローリング成形の初期においてスラスト力が発生し、マンドレル１１２と成形ロール１１１との間で外輪素材１０４´が軸方向の一方に偏ってしまう場合があり、安定して成形することができない。

また、外輪部１０４と内輪部１０５との連結部位を切断することにより、内輪素材１０５´が連結していた外輪素材１０４´の一方の端部の内周には径方向内側に向けて凸となる段部１０８が必然的に形成される。この段部１０８があることにより、外輪素材１０４´の両端部における体積に差が生じて良好なローリング成形に支障をきたす虞があるので、内輪素材１０５´が連結していた外輪素材１０４´の一方の端部の外周には径方向内側に向けて凹となる段部１０９が予め形成され、軸方向体積分布の均一化が図られる。

しかしながら、一方の端部の外周に段部１０９が形成された外輪素材１０４´をローリング成形すると、図９に示すように、段部１０９があることによって外輪素材１０４´が傾いてしまう場合がある。そして、外輪素材１０４´が傾くことにより、段部１０９が形成されている一方の端部の内周縁が軸方向外側に変位し、図１０に示すようにマンドレル１１２への乗り上げ、あるいは、マンドレル１１２の側面との摺動による割れ、といった問題が発生する虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定して成形することができる転がり軸受の外輪の製造方法を提供することにある。

上記の目的は、本発明に係る下記（１）〜（２）の転がり軸受の外輪の製造方法により達成される。
（１）外周面に軌道溝形成用凸部が設けられたマンドレルと成形ロールとで外輪素材を径方向に挟み、外輪素材を回転させながら該外輪素材の内周面に該マンドレルを押し付けて、外輪素材の内周面に軌道溝を形成するローリング成形工程を備え、
前記ローリング成形工程に供される外輪素材を、前記成形ロールに支持される外周面はその母線が直線となるように、且つ前記マンドレルが押し付けられる内周面は、該マンドレルの前記軌道溝形成用凸部が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形しておくことを特徴とする転がり軸受の外輪の製造方法。
（２）大径の外輪部と小径の内輪部とを有し、該外輪部の一方の端部の内周に該内輪部の一方の端部の外周が連結された成形品を成形する成形工程と、
前記外輪部と前記内輪部との連結部位を切断して前記成形品を前記外輪素材と内輪素材とに分離する分離工程と、
をさらに備え、
前記ローリング成形工程に供される前記外輪素材を、前記内輪素材が連結していた端部とは他方の端部がその端面に向けて次第に薄肉となるように成形しておくことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受の外輪の製造方法。

本発明に係る転がり軸受の外輪の製造方法によれば、ローリング成形工程に供される外輪素材を、成形ロールに支持される外周面はその母線が直線となるように、且つマンドレルが押し付けられる内周面は、該マンドレルの軌道溝形成用凸部が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形しておくので、ローリング成形する際のスラスト力の発生が抑制され、マンドレルと成形ロールとの間で外輪素材が偏ることが防止される。それにより、外輪素材を安定して成形することができる。また、成形ロールに支持される外輪素材の外周面の母線が直線であるので、ローリング成形時の外輪素材の傾きが防止される。それにより、外輪素材のマンドレルへの乗り上げやマンドレル側面との摺動による割れを回避し、外輪素材を安定して成形することができる。

以下、図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明の転がり軸受の外輪の製造方法の一実施形態に係り、その製造工程を示す図、図２は図１に示す製造工程において型鍛造を行う成形装置の断面図、図３は外輪素材の断面図、図４は図１に示す製造工程においてローリング成形を行う成形装置の断面図である。

図１に示すように、本実施形態では、１つの円柱状の材料から転がり軸受の内輪および外輪の２つの軌道輪を製造している。

＜成形工程＞
まず、図１（Ａ）に示す円柱状の材料１は、高炭素クロム軸受鋼、肌焼鋼、機械構造用鋼、等の鋼材からなり、この材料１を、熱間加工または温間加工での据え込みにより、図１（Ｂ）に示すような外周面の母線が円弧をなす円盤状の中間成形品２に成形する（ステップＳ１）。

そして、型鍛造により、中間成形品２を図１（Ｃ）に示す段付きの円筒状の成形品３に成形する（ステップＳ２）。図２に、中間成形品２の型鍛造を行う成形装置の一例を示す。図２に示す成形装置２０は、固定型２１と、可動型２２と、を備えている。

固定型２１は、軸方向に隣接して設けられた大径孔部２６および小径孔部２７で構成される段付き孔２５が形成されたダイ２３と、段付き孔２５の小径孔部２７内に配置された入れ駒２４とを有している。可動型２２は、段付き孔２５の軸心上に配置されて固定型２１に対して進退移動し、その先端部は、軸方向に隣接して設けられた大径部２８および小径部２９で構成される段付き形状に成形されている。可動型２２の大径部２８は段付き孔２５の大径孔部２６内に配置され、また、可動型２２の小径部２９は、入れ駒２４との間に隙間をおいて段付き孔２５の小径孔部２７内に配置される。

中間成形品２は、固定型２１と可動型２２との間で熱間加工または温間加工で成形品３に成形される。詳細には、大径孔部２６内で大径の外輪部４が形成され、小径孔部２７内で小径の内輪部５が形成され、内輪部５は、その一方の端部の外周において外輪部４の一方の端部の内周に連結している。そして、内輪部５の他方の端部には、可動型２２の小径部２９と入れ駒２４との間におかれた隙間により底６が形成されている。

外輪部４は、後の分離工程において外輪素材４´に分離され、その外輪素材４´は、ローリング成形工程において、外周面を成形ロール１１に支持されるとともに内周面にマンドレル１２が押し付けられ、内周面に軌道溝７が形成される。成形ロール１１に支持されることとなる外輪部４の外周面は、型から離れ易くするために内輪部５が連結している端部とは反対側の端部に向けて次第に拡径するテーパ状に成形され、その母線が直線となるように成形されている。そして、マンドレル１２が押し付けられることとなる外輪部４の内周面は、典型的には型から離れ易くするために外周面よりも大きなテーパ角度で内輪部５が連結している端部とは反対側の端部に向けて次第に拡径するテーパ状に成形されるが、後のローリング成形工程において軌道溝７が形成されることとなる軸方向の中央部は、その部分の母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形されている。

＜分離工程＞
次に、成形品３を外輪部４と内輪部５との連結部位で切断し、図１（Ｄ）に示すように、外輪素材４´および内輪素材５´に分離する（ステップＳ３）。外輪部４と内輪部５との連結部位の切断には、例えばダイスおよびポンチを用いることができる。ここで、外輪部４と内輪部５との連結部位を切断することにより、内輪素材５´が連結していた外輪素材４´の一方の端部４´ａの内周には径方向内側に向けて凸となる段部４´ｃが必然的に形成される。ローリング成形工程でマンドレル１２が押し付けられる外輪素材４´の内周面は平坦であるほうが好ましく、よって、段部４´ｃは最小限にとどめるのが好ましい。

外輪素材４´の外周面および内周面は、上述の通り端部４´ａ側よりも端部４´ｂ側が大径となるテーパ状に成形されている。端部４´ａの内周に形成される段部４´ｃを最小限にとどめることに伴って、中心線ＣＬ（図３参照）を挟んで端部４´ａ側の体積よりも端部４´ｂ側の体積が大きくなる。そこで、図３に示すように、外輪素材４´の両端部の体積の均一化を図るために、端部４´ｂをその端面に向けて次第に薄肉となるように成形しておくことが好ましい。

＜打ち抜き工程＞
次に、図１（Ｅ）に示すように、内輪素材５´から底６を打ち抜く（ステップＳ４）。底６の打ち抜きには、例えばダイスおよびポンチを用いることができる。

＜ローリング成形工程＞
そして、図１（Ｆ）に示すように、外輪素材４´および内輪素材５´をローリング成形により所定の形状に成形する（ステップＳ５）。外輪素材４´のローリング成形を図４に示す。図４に示すように、成形ロール１１とマンドレル１２とで外輪素材４´を局部的に径方向に挟み、成形ロール１１を回転させて成形ロール１１とともに外輪素材４´を回転させる。回転する外輪素材４´にマンドレル１２を押し付けることにより、外輪素材４´を拡径させ、またマンドレル１２の外周面に設けられた軌道溝形成用凸部１３により、外輪素材４´の内周面の軸方向の中央部に、転がり軸受の転動体である玉の軌道となる軌道溝７を転造する。

ここで、外輪素材４´は、成形ロール１１に支持される外周面はその母線が直線となるように、且つマンドレル１２が押し付けられる内周面は、マンドレル１２の軌道溝形成用凸部１３が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形されており、ローリング成形する際のスラスト力の発生が抑制される。それにより、マンドレル１２と成形ロール１１との間で外輪素材４´が偏ることが防止される。

ここで、断面の輪郭が円弧の軌道溝形成用凸部１３において、その頂部を中央に据えて円弧の中心角度θが少なくとも９４°の領域に含まれる部位と接触する外輪素材４´の内周面の範囲を、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形することが好ましい。

図５に示すように、ローリング成形の加工初期において、内周面の母線と外周面の母線とがなす角度φの外輪素材４´にマンドレル１２の軌道溝形成用凸部１３が接触し、力ｆが発生しているとすると、ｆのスラスト力はｆｓｉｎφで表される。工具と外輪素材４´の摩擦係数をμとすると、成形ロール１１と外輪素材４´に生じる摩擦力はμｆｃｏｓφで表される。また、マンドレル１２と外輪素材４´に生じる摩擦力のうち軸方向成分は同じくμｆｃｏｓφで表される。
摩擦力の合計がスラスト力よりも大きければ外輪素材４´は動かないので、ｆｓｉｎφ＜２μｆｃｏｓφ、すなわち、ｔａｎφ＜２μが成立すればよい。
ここで、ローリング成形における軸方向の見かけの摩擦係数は、圧延をシミュレートして圧延ロールの適宜な圧下力で圧延板が軸方向に移動するに必要な推力を解析した結果から約０．０１４であるので、φ＜１．６°となる。ばらつき等に対して余裕を設けると、外輪素材４´の内周面の母線が外周面の母線となす角度φの好ましい範囲は１．５°以内となる。

ローリング成形の加工の進行に伴い、マンドレル１２が外輪素材４´を成形すると、図６のような接触状態となる。ここで、軌道溝形成用凸部１３に面圧Ｐが作用しているとすると、角度ｘにおける単位面積あたりのスラスト力はｐｓｉｎｘで表される。よって、角度−θ／２から接触角αにおけるスラスト力の合計は、−ｐ（ｓｉｎα−ｃｏｓθ／２）となる。また、角度ｘにおける単位面積あたりの垂直抗力はｐｃｏｓｘで表される。よって、角度−θ／２からαにおける摩擦力の合計はμｐ（ｓｉｎα＋ｓｉｎθ／２）となる。
マンドレル側の摩擦力の軸方向成分も同一であるので、−ｐ（ｓｉｎα−ｃｏｓθ／２）＜２μｐ（ｓｉｎα＋ｓｉｎθ／２）が成立すれば外輪素材４´は動かない。
上式を変形し、（１＋４μ^２）ｓｉｎ^２θ／２＋４（２μ^２ｓｉｎα＋μｃｏｓα）ｓｉｎθ／２＋（２μｓｉｎα＋ｃｏｓα）^２−１＞０となる。
深溝玉軸受の接触角αは典型的には５０°程度なので、α＝５０、摩擦係数μ＝０．０１４とすると、θ＞９３．６となる。ばらつき等に対して余裕を設けると、外輪素材４´の内周面において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形する好ましい範囲は、軌道溝形成用凸部１３の中心角度θが少なくとも９４°の領域に含まれる部位と接触する範囲となる。

そして、成形ロール１１に支持される外輪素材４´の外周面の母線が直線であるので、ローリング成形時の外輪素材４´の傾きが防止される。それにより、外輪素材４´のマンドレル１２への乗り上げやマンドレル１２の側面との摺動による割れを回避することができる。

以上説明したように、本実施形態の転がり軸受の外輪の製造方法によれば、ローリング成形工程に供される外輪素材４´を、成形ロール１１に支持される外周面はその母線が直線となるように、且つマンドレル１２が押し付けられる内周面は、マンドレル１２の軌道溝形成用凸部１３が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形しておくので、ローリング成形する際のスラスト力の発生が抑制され、マンドレル１２と成形ロール１１との間で外輪素材４´が偏ることが防止される。それにより、外輪素材４´を安定して成形することができる。また、成形ロール１１に支持される外輪素材４´の外周面の母線が直線であるので、ローリング成形時の外輪素材４´の傾きが防止される。それにより、外輪素材４´のマンドレル１２への乗り上げやマンドレル１２の側面との摺動による割れを回避し、外輪素材４´を安定して成形することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の転がり軸受の外輪の製造方法の一実施形態に係り、その製造工程を示す図である。図１に示す製造工程において型鍛造を行う成形装置の断面図である。外輪素材の断面図である。図１に示す製造工程においてローリング成形を行う成形装置の断面図である。ローリング成形で外輪素材に作用する力を模式的に示す図である。ローリング成形で外輪素材に作用する力を模式的に示す図である。従来の転がり軸受の外輪の製造方法に係り、製造工程を示す図である。図７に示す製造工程においてローリング成形を行う成形装置の断面図である。従来のローリング成形の課題を示す断面図である。従来のローリング成形の課題を示す断面図である。

符号の説明

３成形品
４外輪部
４´ 外輪素材
５内輪部
５´ 外輪素材
６底
７軌道溝
１１成形ロール
１２マンドレル
１３軌道溝形成用凸部

Claims

外周面に軌道溝形成用凸部が設けられたマンドレルと成形ロールとで外輪素材を径方向に挟み、外輪素材を回転させながら該外輪素材の内周面に該マンドレルを押し付けて、外輪素材の内周面に軌道溝を形成するローリング成形工程を備え、
前記ローリング成形工程に供される外輪素材を、前記成形ロールに支持される外周面はその母線が直線となるように、且つ前記マンドレルが押し付けられる内周面は、該マンドレルの前記軌道溝形成用凸部が接触する範囲において、その母線が外周面の母線となす角度が１．５°以内となるように成形しておくことを特徴とする転がり軸受の外輪の製造方法。
大径の外輪部と小径の内輪部とを有し、該外輪部の一方の端部の内周に該内輪部の一方の端部の外周が連結された成形品を成形する成形工程と、
前記外輪部と前記内輪部との連結部位を切断して前記成形品を前記外輪素材と内輪素材とに分離する分離工程と、
をさらに備え、
前記ローリング成形工程に供される前記外輪素材を、前記内輪素材が連結していた端部とは他方の端部がその端面に向けて次第に薄肉となるように成形しておくことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の外輪の製造方法。