JP2009233732A - 軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品のリングローリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の断面形状が複雑な部位と単純な部位を有するリング状製品をリングローリング成形する方法において、その形状による部位ごとの回転時の周速差を解消して製品の表面にスリップにより生ずるムシレ疵の発生を解消する。
【解決手段】マンドレル５と成形ロール２との間にリング状素材８を挟持し、リング状素材８に対して成形ロール２と対称位置に配置の控ロール６でリング状素材８の外周面を保持し、一方、複雑形状部と単純形状部を有する控ロール６を、複雑形状部と単純形状部とに分割し、リング状素材８の複雑形状部の外周面の周速に控ロール６の複雑形状部の外周面の周速を合致させて転動させ、さらにリング状素材８の単純形状部の外周面の周速に控ロール６の単純形状部の外周面の周速を合致させて転動させてリングローリングする。
【選択図】図２

Description

この発明は、軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品、例えばテーパーベアリング内輪ケース、のリングローリング成形による製造方法に関する

軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品をリングローリング方法により製造する場合、その複雑な形状の径の異なる部位ごとに、リングローリングの際に、周速差が生じる。このために、リングローリング中の製品素材の表面と成形ロールとの間や控ロールとの間にスリップする箇所が生じ、その結果、リング状製品の表面にムシレ疵などの疵が発生する場合がある。

上記の様なムシレ疵がリング状製品に生じると、このムシレ疵の部分を旋削によって径で例えば２．５ｍｍを削っても、黒皮が残る状態であった。そこで、このムシレ疵の発生する原因について究明すると、第１に製品に存在する大きな外径の部分と小さな外径の部分との間に大きな周差があること、第２に製品素材をリングローリング装置によりリングローリング時に、装置の控ロールの周辺からムシレた小片が飛び散ってさらに製品表面に疵をつけること、第３に控ロールがリング状素材に焼き付いた状態でリングローリングを行うと、ムシレ疵が発生することがあった。

これらのことから、ムシレ疵の発生の原因を推定すると、製品形状に大外径の部分と小外径の部分があることによる外形差により、上記の周速差が製品の大外径の部分と小外径の部分に生じる。例えば、製品寸法で大外径がφ１６４．７ｍｍで、小外径がφ１２９．１ｍｍである場合、大外径側は小外径に対して約２７％周速が速い。これに対して大径ロールと小径ロールの一体型からなる保持ロールである控ロールの場合は、大径ロールの部分と小径ロールの部分の間に約６０〜７０％という大きな周速差があり、これはリング状製品の周速差の分布と正反対に分布している。これらの理由で、リング状製品の周速と控ロールの周速とが極端に整合しない箇所に、例えば製品の大鍔外径の部分に、ムシレ疵が発生すると推定される。

従来のリングローリングにおいて、段部のある製品の製造で製品の皺や表層の巻き込みによる疵の防止方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このものは製品素材の段部に圧縮応力が生じて段部の表面に皺や巻き込みにより生じる疵を防止する方法である。

さらに、エッジャーにより製品リングの高さ方向の圧下が行われるリングローリングにおいて、リング状被圧延材にへこみなどの形状不良の発生を低減する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法はマンドレルの周面の複数箇所に潤滑油を放出して面圧負荷に対し、摩擦係数を減少させて材料の変形をスムーズにしてへこみによる疵発生を防止する方法である。

さらに、軸方向断面形状が軸方向非対称なリング状ワークを、その円筒度を保ちながら所定の寸法形状に圧延成形するローリング方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法は加工前における初期肉厚寸法を、拡大率が軸方向に均一になるように設定して成形品の円筒度を確保して所定寸法に成形する方法である。しかし、上記の従来方法はいずれも成形ロールは一体型のものを用いる方法によるものであった。

特開２００４−９０７０号公報 特開２００２−２３９６０７号公報 特開平６−１９０４８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、軸方向の断面形状が複雑なリング状製品をリングローリングにより成形する場合に、リング状製品の形状により部位ごとの製品表面に周速差が生じるため、リングローリング中の製品表面と成形ロールや控ロールとの間にスリップが生じて製品表面にキズが発生する。そこで、本発明では、軸方向の断面形状が複雑な部位と単純な部位を有するリング状製品をリングローリング成形する方法において、その形状による部位ごとの回転時の周速差を解消して製品の表面にスリップにより生ずるムシレ疵の発生を解消する方法を提供することである。

ところで、リングローリング用の控ロールすなわちリング状製品の外径を保持する控ロールは、控ロールの外径が軸方向断面に複雑形状部と単純形状部からなっている場合であっても、これらの形状部は一体型の控ロールから形成されていた。しかし、本発明の手段では、このリング状製品の外径を保持する控ロールの軸方向断面で単純形状部からなる大径部分と単純形状部からなる小径部分を分割して、分割した２本の控ロールとし、大径部分の控ロールの周速と小径部分の控ロールの周速との間のずれを解消して、リング状素材との間にスリップをなくすことにより、リングローリングによるリング状製品にムシレ疵の発生をなくす方法である。

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、成形ロールとマンドレル間にリング状素材を挟持し、マンドレルを挿通したリング状素材に対向して成形ロールと控ロールを対称に配置し、成形ロールと控ロールによりリング状素材の外周面を保持してリングローリングによりリング状製品の製造方法において、リング状素材の軸方向断面の表面を複雑形状部と単純形状部からなる形成面とし、さらに控ロールの軸方向断面の表面を複雑形状部と単純形状部からなる表面とし、かつ、これらの控ロールを複雑形状部と単純形状部の境界で分割して控ロールの複雑形状部と控ロールの単純形状部を別体からなるものとし、リング状素材の複雑形状部の形成面の周速に控ロールの複雑形状部の表面の周速を合致させて転動させ、かつ、リング状素材の単純形状部の形成面の周速に控ロールの単純形状部の表面の周速を合致させて転動させることを特徴とする軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品のムシレ疵の発生をなくしたリングローリング方法である。

本発明は、上記の手段の方法としたことで、リングローリングにより成形された軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品におけるムシレ疵が解消され、このムシレ疵による製品の不良が低減されたニアネット製品が得られ、リング状製品の仕上げ旋削によるムシレ疵の取代分が削減でき、その結果、生産効率が向上するなど、本発明は従来にない優れた効果を奏する方法である。

先ず、従来のリングローリング装置の断面図を図２により説明する。このリングローリング装置は、図２の断面図に示すように、縦型リングローリング装置１である。この成形に関わる金型は、主ロールである成形ロール２と、中ロールのマンドレル５と、控ロール６である。図３に示すように、水平方向から２０°あるいは３０°傾いた主軸４が２本あり、これらは主軸箱３に一定の角速度で回転する状態で配設されている。この主軸４の１本に成形ロール２が１枚取り付けられて固定されて主軸４の回転とともに回転する。２枚からなる１組の傾いた成形ロール２はそれらのロール外周部の一箇所で互いに当接して当接部２ｃとなっている。これらの２枚の成形ロール２から形状化された当接部２ｃの断面形状２ｄでリング状素材８を形状化してリング状製品９の断面形状９ａを形成するように設計されており、この当接部２ｃの断面形状２ｄでリング状素材８の外径および幅面を拘束する。中ロールであるマンドレル５は図３に示すロールブロック７に取り付けられており、ロールブロック７自体が油圧で上昇し、マンドレル５と成形ロール２の間でリング状素材８を圧下してリング状製品９に成形する。このマンドレル５はローリング時にリング状素材８との摩擦により回転する被駆動式である。控ロール６はローリング中のリング状素材８の外周面８ａを保持しつつ、成形されたリング状製品９の真円度を成形末期において確保する。この控ロール６は、図２に見られるように、リング状素材８の外径にあわせて３〜５個が配設されている。

この縦型リングローリング装置１の特徴の一つは、主ロールである成形ロール２の主軸４が水平方向に角度を有して傾いていることである。この例として、成形ロール２の主軸４が水平方向のＸ軸から２０°傾斜している場合を図３により説明する。この場合、成形ロール２の描く軌道は垂直方向のＹ軸から２０°傾斜した円軌道となる。この状態でリング状素材８をリングローリングすると、リング状素材８の水平方向かつ軸方向に直角なＺ軸方向の圧延力と、垂直方向であるＹ軸方向の圧下力に加えて、リング状素材８の軸方向であるＸ軸方向の圧下力がローリング部位に発生し、常にリング状素材８の幅方向への圧下力がリング状素材８に掛かりながら圧下される。この幅方向からの圧下力が発生する理由は、成形ロール２の主軸４が水平から傾斜しているからである。したがって、もし成形ロール２の主軸４が水平である場合には、リング状素材８の幅方向への圧下力は発生しない。この縦型リングローリング装置１では、リング状素材８への幅方向の圧下力が連続的に存在することにより、当接する２枚の成形ロール２、２間のリング状素材８をＸ軸方向に変形する変形能が向上する。したがって、より複雑な断面形状を有するリング状製品９の製造が可能である。

ここで、縦型リングローリング装置１による従来のリングローリング方法について説明する。先ず、図３の部分拡大図である図４では、軸方向断面の表面形状が複雑形状部に形成されるリング状素材８の外周面に、複雑形状部を成形する成形ロール２ａと単純形状部を成形する成形ロール２ｂの２本のロールがそれぞれ回転軸である主軸４を傾斜して対称に配置されてリング状素材８に当接されている。さらにリング状素材８のリング内には、リング状素材８の内周面にマンドレル５が当接して配置され、複雑形状部を成形する成形ロール２ａおよび単純形状部を成形する成形ロール２ｂにより加圧されたリング状素材８をマンドレル５により内周面からサポートしている。さらにリング状素材８の外周面に当接の複雑形状部を成形する成形ロール２ａおよび単純形状部を成形する成形ロール２ｂのマンドレル５を対称にして反対側に位置するリング状素材８の外周面に軸孔６ｃで回転自在に軸支された１個の控ロール６が当接されてリング状素材８を保持している。すなわち、リング状素材８の複雑な表面形状部を反転した形状の複雑な表面形状部を有する控ロール６の部分とリング状素材８の簡単な表面形状部に反転した形状の簡単な表面形状部を有する控ロール６の部分とからなる一体型の控ロール６が配設されている。この場合、リング状素材８が複雑形状部を成形する成形ロール２ａおよび単純形状部を成形する成形ロール２ｂの２個のロールと、マンドレル５との間で加圧されて拡径されたリング状素材８の外周面を、複雑形状部と単純形状部からなる一体型の控ロール６の複数個で保持しながら従動して回転している。

次いで、この縦型リングローリング装置１により成形する軸方向断面の表面形状が複雑な形状部と単純形状部を有するリング状製品９を形成する方法について、例えばベアリングの内輪レースを用いて説明する。このテーパーベアリングの内輪レースでは、図４に示すように、その軸方向の外周面は複雑な形状部と単純形状部からなっている。したがって、これらの内輪レースの外周面と当接する控ロール６の軸方向の外周面である表面形状も、複雑形状部６ａの部分と単純形状部６ｂの部分とからなるものである。ところで、これらの控ロール６の複雑形状部６ａの表面部分と単純形状部６ｂの表面部分は、それぞれがリング状製品９の外表面と接して従動して回転しており、しかも、それぞれの部分の回転半径に差異があるので、すなわち、控ロール６の複雑形状部６ａの回転半径は単純形状部６ｂの回転半径に比して大径であるので、このために、控ロール６が回転するとき、控ロール６の複雑形状部６ａの周速度と控ロール６の単純形状部６ｂの周速度の間にずれが生じる。そのために複雑形状部６ａと単純形状部６ｂを有する控ロール６を一体からなるものを用いてリングローリングすると、リング状製品９の複雑形状部と単純形状部の間に回転速度の差異に基づくねじれ力がリング状製品９の表面に作用してムシレ疵を発生することとなる。

そこで、本発明では、リング状製品９の表面にムシレ疵の発生を無くすために、控ロール６を、図１の（ａ）に示す従来の一体型の軸孔６ｃで軸支された控ロール６から、図１の（ｂ）に示すように複雑形状部６ａと、単純形状部６ｂに分割し、２体からなる控ロール６とするものである。このように複雑形状部６ａと単純形状部６ｂの別体である２体からなる控ロール６とすることで、控ロール６の複雑形状部６ａの表面の回転による周速度と、控ロール６の単純形状部６ｂの表面の回転による周速度を相違するものとすることができる。このことによりリング状製品９の複雑形状部と単純形状部との間のねじれ力の発生が弱められる結果、ムシレ疵の無いリング状製品９がリングローリングにより成形できる。

控ロールを示す図で、（ａ）は一体型の控ロール、（ｂ）は本発明における分割型の控ロールの断面図である。 縦型リングローリング装置の模式的図面である。 縦型リングローリング装置の成形ロールの主軸の傾きを示す図である。 成形ロールマンドレルおよび控ロールによるリング状素材の成形状態を示す図である。

符号の説明

１ 縦型ローリング装置
２ 成形ロール
２ａ 複雑形状部を成形する成形ロール
２ｂ 単純形状部を成形する成形ロール
２ｃ 当接部
２ｄ 断面形状
３ 主軸箱
４ 主軸
５ マンドレル
６ 控ロール
６ａ 複雑形状部
６ｂ 単純形状部
６ｃ 軸孔
７ ロールブロック
８ リング状素材
８ａ 外周面
９ リング状製品
９ａ 断面形状

Claims (1)

1. 成形ロールとマンドレル間にリング状素材を挟持し、マンドレルを挿通したリング状素材に対向して成形ロールと控ロールを対称に配置し、成形ロールと控ロールによりリング状素材の外周面を保持してリングローリングによりリング状製品の製造方法において、リング状素材の軸方向断面の表面を複雑形状部と単純形状部からなる形成面とし、さらに控ロールの軸方向断面の表面を複雑形状部と単純形状部からなる表面とし、かつ、これらの控ロールを複雑形状部と単純形状部の境界で分割して控ロールの複雑形状部と控ロールの単純形状部を別体からなるものとし、リング状素材の複雑形状部の形成面の周速に控ロールの複雑形状部の表面の周速を合致させて転動させ、かつ、リング状素材の単純形状部の形成面の周速に控ロールの単純形状部の表面の周速を合致させて転動させることを特徴とする軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品のムシレ疵の発生をなくしたリングローリング方法。

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