JP2009297768A - 転造におけるファイバーフローを制御して内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベアリングの外輪レースのレース凹溝などのリング製品の内径面に形成の環状凹溝の位置に沿って据込加工のファイバーフローの先端を位置するものとして強度に優れたリング製品を製造する。
【解決手段】 ビレット１を据込加工により円盤体２に形成し、さらに円盤体２からリング内径面４に環状凹溝８を有する外輪レース素材３ａを旋削するとともに、上記据込加工により形成されたファイバーフロー５の膨出部の先端位置に上記の環状凹溝８のレース凹溝８ａを位置せしめて旋削により形成して外輪レース中間品７ａとし、続いてこの外輪レース中間品７ａをローリングによりファイバーフロー５の膨出部の先端に環状凹溝８の中心８ｂを有するリング体９とし、さらに周囲を旋削によりベアリングの外輪レース１１ａとすることからなるファイバーフロー５を制御して内径面４に環状凹溝８を有するリング製品１１の製造方法。
【選択図】 図６

Description

本発明は、リングの内径面に有する環状凹溝、例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝、の断面形状に沿った金属組織からなるファイバーフローを有する強度に優れたリング製品を製造する方法に関する。

従来、リング製品の製造方法、例えばベアリングの外輪レースあるいは内輪レースなどのベアリングレースの製造方法として、ビレットを据込加工により台盤状すなわち円盤体状のワークに成形し、この円盤体状のワークをさらに据込加工してリング状素材に成形した後、熱間ローリングや冷間ローリングにより転造加工した後、旋削によりリング製品、例えばベアリングの外輪レースや内輪レースに仕上げている。

ところで、例えば、航空機用のベアリングレースなどでは、安全性のために高い品質が要求されており、これらの要求を満足するために、鋼成分のほかに熱処理方法や鍛造などの加工方法に多くの改良や工夫が行われている。

一方、このような従来のリング製品の鍛造方法として、鍛造割れを起こしやすい鋼材を、強度および耐食性の優れた一体構造の大型鍛造品に製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、鍛造した後に均質化処理し、その後鍛造で生じたファイバーフローを使用面に対して横目になるようにして製品形状とし、加熱後に急冷する溶体化処理による大型の鍛造品の製造方法である。しかし、この方法を適用しても、内径面に環状凹溝を有するリング製品例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝をローリングにより転造することで、このリング製品の内径面の環状凹溝に鍛造で生じたファイバーフローの膨出部の先端を位置するように規定して形状化することはできなかった。

さらに、リング製品の鍛造によりファイバーフローが生じると、このファイバーフローのフローラインの内側部分には非金属介在物や偏析が多く生じるので、ベアリング外輪レースの軌道面に早期はく離が生じることとなり、ベアリング外輪レースの寿命に影響することとなった（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０００−１４４２５３号公報 特開２００５−１８０６２７号公報

一般に、リング製品の製造においては、据込加工や転造加工でワークに繊維組織からなるファイバーフローが形成される。ところで、この繊維組織では、ファイバーフローの方向とファイバーフローに直角の方向とで、その強度が相違することが知られている。

従来のリング製品の製造方法では、内径に溝を有するリング製品を鍛造およびリングローリングにて製造する場合、図７に示すように、ビレット１を通常プレスにて円盤体２に据込み、ダイスとパンチで内径を空隙を有するカップ体２ａに成形し、カップ体２ａの底をパンチで抜きリング状素材３とし、これをローリング加工して環状凹溝８を有するリング体９とする。ところで、カップ体２ａの底をパンチで抜く内径抜きの工程では、発生する折れ曲がった形状のファイバーフローの影響により、ローリング加工後も環状凹溝８に沿ったファイバーフロー５を得ることが困難である。

そこで、図６に示すように、据込工程で得られたファイバーフロー５の湾曲部５ｂをローリング加工後の環状凹溝８に相当する位置に合わせて旋削し、この旋削によりリング状素材３であるリング状ブランク７を製造した後、このリング状ブランク７をローリング加工するならば、ローリング加工後も環状凹溝８に沿ったファイバーフロー５が得られる点で優位となる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、内径面に環状凹溝を有するリング製品、例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝などのリング製品の内径面に形成の環状凹溝の位置がリング製品に形成する前の据込加工による円盤体の幅の中心位置から外れている場合、この中心から外れた環状凹溝でありながら、その環状凹溝に沿って据込加工のファイバーフローの膨出部の先端を位置するものとすることで、内径面に強度に優れた環状凹溝を有するリング製品、例えばベアリングの外輪レースであるリング製品を製造する方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の手段では、請求項１の発明の手段では、ビレットを据込加工によりブランクである円盤体に形成し、この円盤体から旋削によりリング状素材を形成するとともにリング状素材のリング内径部の厚み方向の中心部に環状凹溝を形成して上記の据込加工によるファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング中間品とする。続いてこのリング中間品を熱間ローリングにより転造してファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング製品に仕上げることからなる内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法である。

請求項２の発明の手段では、リング製品はベアリングの外輪レースであり、環状凹溝は環状の外輪レース凹溝であることからなる請求項１の手段のファイバーフローを制御して内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法である。

従来は、ベアリングの外輪レースのように内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造手段では、据込加工による１工程により環状凹溝を内径面に有するリング製品に製造していた。

これに対し、本発明では、先ず、ビレットを据込加工により円盤体に形成し、次いで、この円盤体を旋削により旋削リング素材に形成する。この場合、この旋削リング素材のリング幅の中心位置を上記円盤体の厚み方向の中心位置とし、かつ、据込加工により生じたファイバーフローの膨出部の先端の位置に環状凹溝を設けて旋削によりリング素材に形成する。例えばベアリングの外輪レースの形成において、その素材である円盤体の据込加工によるファイバーフローの膨出部の先端の芯の位置に外輪レースの環状凹溝を設定し、素材である円盤体の厚み方向の中心の位置を外輪レースの環状凹溝の位置に合致したリング中間品とする第１の工程を行う。

この第１の工程に続いて、このリング中間品をローリング加工し、例えば熱間ローリングし、ファイバーフローの膨出部の芯の位置に環状凹溝を有するリング体とし、さらに周囲を旋削により仕上げてリング製品とする第２の工程を実施する。すなわち、本発明は上記の従来の１工程から形成する方法と異なり、上記の第１の工程と第２の工程の２工程の加工によってリング製品を形成する、例えばレース凹溝の断面形状に沿ったファイバーフローを有するベアリングの外輪レースを形成する製造方法である。

本発明の手段の製造方法とすることにより、環状凹溝をリングの内径のリングの幅方向中心から外れた位置に有するリング製品であっても、最も負荷の掛かるリングの内径の環状凹溝の部分にファイバーフローの膨出部の先端の芯を位置するものとすることで極めて高い品質の要求されるリング製品、例えば航空機用のベアリングの外輪レースを製造することができ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。

本発明の実施の形態について図面を参照して以下に説明する。一般に、リング体９の鍛造による製造方法においては、例えばベアリングの外輪レース１１ａに対する顧客の要求事項に「製品内部のファイバーフロー指定」のある場合がある。この要求事項は「指定する範囲すなわちレース凹溝８ａにおいては、ファイバーフローが要求角度、例えば１５°、以下に倒れて存在すること」という要求である。ところで、リング体９であるベアリングの外輪レース１１ａを外輪レース素材３ａから形成する際に、リング内径面４の一方の幅方向の端部にレース凹溝８ａ以外のプロフィール１０を、図５に示すように、形成する必要のある場合、その位置を確保するためにレース凹溝８ａの位置をリング幅の中心の位置から外れた位置に形成する必要がある。

上記のようなプロフィール１０をリング内径面４の端部に形成すると、この端部の部分を除外したリング内径面４の中心位置に環状凹溝８を形成する必要がある。したがって、この端部の部分を考慮するとき、図５に示すように、製品であるリング製品１１のリング幅中心３ｂに旋削によりレース凹溝８ａの中心８ｂを有するベアリングの外輪レース１１ａを製造することはできない。そこで、プロフィール１０をリング内径面４の端部に形成する場合は、レース凹溝８ａの位置を先ずファイバーフローの膨出部の先端の芯５ａの位置になるように設定し、この設定に合わせてリング内径面４のプロフィール１０を形成する場所を確保して円盤体２から旋削によりレース凹溝８ａを形成する。このように形成しない場合は、レース凹溝８ａの位置に金属組織のファイバーフローの膨出部の先端の芯５ａの位置があるように形成することができず、上記した顧客の望む「指定する範囲すなわちレース凹溝８ａにおいて、ファイバーフローが要求角度（例えば１５°）以下に倒れていること」を満足するベアリングの外輪レース１１ａは製造できない。

そこで、本発明の手段では、図６に示すように、例えば高炭素クロム軸受鋼からなるビレット１を据込加工して円盤体２に形成し、その円盤体２から旋削加工をしてリング状素材３に旋削する際に、図２に示すように、リング状素材３のリング内径面４のリング幅の中心３ｂを上記の据込加工におけるファイバーフロー５の膨出部である湾曲状の先端の芯５ａの位置から外れた芯差６のあるものとし、ファイバーフロー５の膨出部である湾曲状の先端の芯５ａの位置にレース凹溝８ａとなるための環状凹溝８を形成する。そして、この芯差６のあるリング状素材３を必要なファイバーフロー５の部分だけを残して中間品であるリング状ブランク７に削り出す。次いで、この削りだしたリング状ブランク７を、図６に示す上記の円盤体２のファイバーフロー５の湾曲状の先端の芯５ａの位置にリング内径面４に形成の環状凹溝８が位置する、図３に示す外輪レース用の外輪レース中間品７ａとし、さらに、図３に示す断面形状の外輪レース用のリング状ブランク７を熱間ローリングすることにより、図６に示すリング体９に形成する。ただし、この図６では、環状凹溝８の位置はリング幅の略中間にあるものとして示している。次いで、このリング体９を旋削して図５に示すプロフィール１０を有し、かつ、要求されるファイバーフローをレース凹溝８ａに有するベアリングの外輪レース１１ａであるリング製品１１としている。

ビレットから円盤体に据込加工し、円盤体から旋削によりリング状素材とする工程を模式的に示す図である。 円盤体と旋削リングの形状をファイバーフローに合わせた状態に対比して示す模式図である。 外輪レース中間品の断面のファイバーフローの組織を示すマクロ写真である。 リング体の断面図である。 ローリング加工によるリング体から旋削して形成のリング製品の切断面を示す部分図である。 本発明のリング製品の製造工程におけるファイバーフローを示す断面図である。 従来のリング製品の製造工程におけるファイバーフローを示す断面図である。

符号の説明

１ ビレット
２ 円盤体
２ａ カップ体
３ リング状素材
３ａ 外輪レース素材
３ｂ リング幅の中心
４ リング内径面
５ ファイバーフロー
５ａ ファイバーフローの先端の芯
５ｂ ファイバーフローの湾曲部
６ 芯差
７ リング状ブランク
７ａ 外輪レース中間品
８ 環状凹溝
８ａ レース凹溝
８ｂ （レース凹溝の）中心
９ リング体
１０ プロフィール
１１ リング製品
１１ａ ベアリングの外輪レース

Claims (2)

1. ビレットを据込加工により円盤体に形成し、この円盤体から旋削によりリング状素材を形成するとともにリング状素材のリング内径部の厚み方向の中心部に環状凹溝を形成して上記の据込加工によるファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング中間品とし、さらにこのリング中間品を熱間ローリングしてファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング製品に仕上げることを特徴とする内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法。
2. リング製品はベアリングの外輪レースであり、環状凹溝は環状の外輪レース凹溝であることを特徴とする請求項１に記載のファイバーフローを制御して内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法。