JP2010188355A5

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Publication number: JP2010188355A5
Application number: JP2009032540A
Authority: JP
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-11-25

Description

鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法

本発明は、鍔付き短円筒状部品等、即ち一側に鍔状部分を有して他則に短円筒状部分をもつ製品や、同様の形状から２分割して例えばベアリングの内・外輪用の部品等を、丸鋼材から鍛造により製造する方法の改良に係るもので、材料費の低減と省エネを図ることを特徴とするものである。

上記のような製品の製造には、例えば鋼板から製造するもの（例えば特開２００７−１７０５８６号公報参照）や、鋼管から製造するもの（例えば特開２００７−１３０６７３号公報参照）もあるが、本発明は丸鋼材から鍛造で容易・迅速かつ経済的に製造する方法である。

丸棒状の鋼材から鍛造で製造する方法としては、例えば、鋼材製の棒状素材を所定寸法に切断して短円柱状部材とし、それを熱間鍛造によりパンケーキ状の円盤状部材に加圧成形した後、次いで冷間鍛造により金型で加圧して据え付け圧造し、有底の鍔付き短円筒状部材を形成し（例えば図２１，図２２参照）、その後に底板部分を抜き出すことで鍔付き短円筒状部品を形成し、その後に焼鈍処理等を行うものもあった。

また、ベアリングの外輪と内輪用部品とを製造する場合では、上記と同様にして鍔付き短円筒状部品を形成した後に（例えば図２３，図２４参照）、上・下に分離して外輪用の鍔状部分と内輪用の短円筒状部分とを形成している。上記いずれの場合も、熱間鍛造と冷間鍛造との組み合わせにより製造している。

特開２００５−２０５４５７特開２００５−２１１９２９特開２００５−２７１０３４特開２００５−２８８５０５特開２００２−１７２４５０特開昭５９−０３９４４３特開平０７−００９０６４

ところが、上記の従来から行われている方法や先行技術文献に記載の方法には、次のような問題点があった。
イ）冷間鍛造による工程を用いるので、そこでの鍛造機械は加圧トン数の大きい大型のものが必要となる。そのため、製造コスト高となると共に、金型の寿命も短く、また歩留りも悪くなっている。これは、肉厚の大きいもの、鍔部や短円筒状部が長い製品ほどその傾向が強い。

ロ）熱間鍛造と冷間鍛造の両加工処理を用いるために、両方の鍛造機械を設置するか、複数の機構をもつ鍛造機械を備える必要が生じ、この面からも製品がコスト高とならざるを得ないし、また後の焼鈍処理のために再度の加熱が必要となって、省エネに反すると共に小ロットでの生産も難しかった。

ハ）鍔部の下方に短円筒状部を加圧成形し終わった時点で有底で（例えば上記図２１，図２２、図２３、図２４参照）、その後に短円筒状部の底部を抜き出している。短円筒状部を圧造中は、短円筒状部分が底板部分で繋がっているから、加圧時に鋼材の肉がうまく移動せず、流れに抵抗を受けてスムーズな成形が行われなかった。肉厚の大きいものや短円筒状部が長い製品ほどその傾向にある。上記と同様に金型に加える加圧トン数が大きいものが必要となり、この面でも鍛造機械は大型化せざるを得なかった。

ニ）また底有の鍔部付き短円筒状部を圧造後に底部を打ち抜いているので、その際に除去する鋼材のロスも少なく無いし、それまでの工程でその部分も含めて加熱処理しているため、エネルギーの無駄もあった。

ホ）他面、鍔付き短円筒状部品への圧造成形を容易にするため、本件出願人は先に、圧造前の段階で円盤状部材の底板部分に予め孔を形成しておく方法を提案している（特願２００７−２０７３２１）。しかしそこで形成しておく孔も、次の圧造での肉の流れを良くする上である程度の大きさが必要となるから、従来ほどでは無いにしてもやはり除去される鋼材の無駄が少なくないし、孔を形成する迄の工程でその分も含めて加熱処理しているので、エネルギーの無駄があって省エネの面で問題点が残っていた。

本発明は、上記従来の鍛造方法の問題点の解決を課題としたものである。即ち、本発明の目的は、片側に鍔状部分を有し他側に短円筒状部分をもつ部品、またはそれを分割してベアリングの外輪用と内輪用部品とする製造を、比較的小さい加圧トン数の小型の鍛造機械により製造可能で製造コストの低減を図り、熱間鍛造だけで製造を行うことで省エネを図ると共に、小ロットでの製造を可能とし、かつ底板部分に打ち抜き形成する孔を小さくて済むようにし、そこで除去される材料の削減と加熱処理に伴うエネルギーロスを少なくし、この面からもコストダウンを図れるような製造方法を提供することにある。

Ａ本発明に係る鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法の第１は、
鋼材製の棒状素材１を所定の長さに切断して短円柱状部材２を形成した後、
熱間鍛造機械により、
上記短円柱状部材２の端面を加圧してパンケーキ状の円盤状部材３とし、
次に鍔付き短円筒状へ加圧成形する工程の前の段階で、
該円盤状部材３の中央部に円形状の凹所４を形成すると共に、該円形状凹所４の底板部分の中心部に孔５を打ち抜いて、孔付き円盤状部材６とし、
その後に該孔付きの円盤状部材６をダイス７とポンチ８で加圧し、孔５の周辺部９を下方へ曲げと圧造加工を行って、下方への短円筒状部１０を曲げ成形することにより、鍔付き短円筒状部品１１に形成するようにしたものである。

Ｂ本発明に係る鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法の第２は、
鋼材製の棒状素材１を所定の長さに切断して短円柱状部材２を形成した後、
熱間鍛造機械により、
上記短円柱状部材２の端面を加圧してパンケーキ状の円盤状部材３とし、
次に鍔付き短円筒状に加圧成形する工程の前の段階で、
該円盤状部材３の中央部に円形状の凹所４を形成すると共に、該円形状凹所４の底板部分の中心部に孔５を打ち抜いて、孔付き円盤状部材６を形成し、
その後に該孔付き円盤状部材６をダイス７とポンチ８で加圧し、孔６の周辺部９を下方へ曲げと圧造加工を行って、下側短円筒状部１２を曲げ成形すると共に、同時に該孔付き円盤状部材６の上側周部１３を上方へ延出して上側短円筒状部１４を成形し、
さらに、その下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４との境界部近傍で上・下に分離して、ベアリングの内輪用部品１５と外輪用部品１６とを形成するようにしたものである。

Ａ本発明の特徴の一つめは、パンケーキ状の円盤状部材３を鍔付き短円筒状に加圧成形する工程の前の段階で、予め該円盤状部材３の中央部に孔５を形成して孔付き円盤状部材６に形成し、その後においてこれを鍔付き短円筒状部品へ向けて加圧成形するものである。

そのため、イ）成形時の加圧トン数を小さくでき、鍛造機械の小型化を図れると共に、歩留りも向上できる。
即ち、円盤状部材３を鍔付き短円筒状に加圧成形する工程で、従来は図２１，図２２，図２３，図２４で示すように、その成形中に短円筒状部が下部の底板部分１７で一体的に繋がっているから、金型で加圧しても鋼材の肉がうまく移動せず、流れに抵抗を受けてスムーズな成形ができなかった。その結果、金型に加える加圧トン数を大きくする必要があり、鍛造機械は大型のものを用いなければならなかった。

しかし本発明の鍛造方法では、上記の円盤状部材３に短円筒状部を形成する工程の前の段階で予め、円盤状部材３に凹所４を形成すると共にその底板部分に孔５を打ち抜き形成しておく（例えば図３，図１３参照）。そのため、加圧成形時に短円筒状部は下部で繋がっていないから（例えば図６，図１６参照）、加圧成形時に鋼材の肉が移動しやすく、短円筒状に成形され易い。これで、加圧成形時に加圧トン数は小さくて済み、鍛造機械を小型化できると共に、省エネにより製造コストの低減を図ることができ、かつ無理なく成形加工が進むので歩留りも向上できる。

ロ）さらに省エネを図ることができると共に、小ロット生産も容易になる。
即ち、従来方法では、短円柱状部材２をまず熱間鍛造で円盤状部材３に形成し、それを冷間鍛造で金型で加圧して鍔付き短円筒状部品を成形した後に、焼鈍処理を行っていた。そのため、当初の熱間処理時と後の焼鈍処理時とで各々加熱処理を行う必要があった。

これに対して本発明は、短円柱状部材２から後の工程は全て熱間鍛造によればよく、一貫して熱間加工の鍛造機械だけで製造できるから、後で焼鈍処理のために再度の加熱処理をする必要もない。この面でも製造コストを低減できると共に、省エネを図ることができて、かつ小ロット生産にも適することになる。

Ｂ本発明の特徴の二つめは、孔付き円盤状部材６から孔５の周辺部９をダイス７とボンチ８で、通常の圧造では無くて下方へ曲げと圧造加工することにより、下方への短円筒状部１０を曲げ成形して、鍔付き短円筒状部品１１を形成することである。

そのため、イ）本発明では、加圧トン数が比較的小さい鍛造機械による製造が可能となり、製造コストの低減と歩留りの向上も図ることができ、かつ熱間鍛造だけで製造することができる。

即ち、従来の製造方法が、上記の如く鍛造機械は加圧トン数の大きいものが必要で、製造コスト高となると共に金型の寿命も短く、また歩留りも悪かった。これに対して本発明では、円盤状部材３の中央の孔５の周辺部９を下方へ曲げと圧造するものであるから、その周辺部９が無理なくスムーズに下方へ折り曲げ成形される。そのため、鍔付き短円筒状部品１１を容易・迅速かつ省エネと比較的小さい力で製造できる。

ロ）さらに本発明は、その製造工程で不要部分として除去する鋼材を少なくして、材料費の無駄を排し、かつコストダウンを図ることができる。

即ち、本発明は上記の如く、孔付き円盤状部材６に形成した孔５の周辺部９を、従来の通常の圧造と異なり曲げと圧造加工によって、下方への短円筒状部１０，１２を曲げ成形するから、予め形成しておく孔５は従来の方法に比べて小さくてよいことになる。

そのため、従来の通常の圧造後に短円筒状部の底部を打ち抜くものや、先に本件出願人が提案した圧造前に予め孔を形成しておくものと比べても、製造工程で鋼材を不要部分として除去する体積が少なくなり、材料費を削減できる。それに加えて、不要部として除去される部分の体積が小さいことは、孔を形成する迄にその部分を含めて加熱処理するエネルギーの無駄も少なく、省エネを図ることができる。

ロ）また本発明によれは、ベアリングの内輪と外輪用の部品も容易・迅速に製造できる。即ち、本発明では上記と同様に孔付き円盤状部材６を、ダイス７とポンチ８により、孔５の周辺部９を下方へ曲げと圧造加工を行うことで下方への下側短円筒状部１２を形成するが、それ同時に、孔付き円筒状部材６の上側周部を上方へも延出して上側短円筒状部１４を成形している。

これにより、下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４をもつ部品が容易・迅速に形成され、後はそれを下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４の境界部近傍で上・下に分離すれば、ベアリングの内輪用部品１５と１と外輪用部品１６とが形成できる。

本発明に係る鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法の第１の実施例で用いる短円柱状部材を示す斜視図である。図１で示したものから形成した円盤状部材を示す斜視図である。図２で示したものに凹所と孔を形成した状態を示す斜視図である。図３で示したものをダイスとポンチで加圧形成しようとする状態の縦断正面図である。図４で示した状態から折曲げ加圧し始めた状態の縦断正面図である。図５で示した状態から折曲げ加圧が進んだ状態の縦断正面図である。図６で示した状態からさらに折曲げ加圧が進んだ状態の縦断正面図である。図７で示した状態からさらに折曲げ加圧が進み短円筒状部が成形されつつある状態の縦断正面図である。図８で示した状態からさらに折曲げ加圧が進み短円筒状部が成形され状態の縦断正面図である。本発明の第１の実施例により形成された鍔付き短円筒状部品を示す一部縦断正面図である。本発明に係る鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法の第２の実施例で用いる短円柱状部材を示す斜視図である。図１１で示したものから形成した円盤状部材を示す斜視図である。図１２で示したものに凹所と孔を形成した状態を示す斜視図である。図１３で示したものを、ダイスとポンチで加圧形成しようとする状態の縦断正面図である。図１４で示した状態から折曲げ加圧し始めた状態の縦断正面図である。図１５で示した状態から折曲げ加圧が進んだ状態の縦断正面図である。図１６で示した状態からさらに折曲げ加圧が進み下側短円筒状部が成形されつつある状態の縦断正面図である。図１７で示した状態から下側短円筒状部が形成されると共に、上側短円筒状部が成形された状態の縦断正面図である。図１８で示した下側短円筒状部と上側短円筒状部をもつ部材の縦断正面図である。本発明の第２の実施例により形成された内輪用部品と外輪用部品を示す一部縦断正面図である。従来例として、円盤状部材に孔を形成せず加圧形成する状態の縦断正面図である。図２１で示したもので形成された鍔付き短円筒状部品の一部縦断正面図である。別の従来例として、円盤状部材に孔を形成せず加圧形成する状態の縦断正面図である。図２３で示したもので形成された鍔付き短円筒状部品の一部縦断正面図である。

本発明は上記の如く、材料の鋼材製の棒状素材１を短円柱状部材２に切断し、それから成形したパンケーキ状の円盤状部材３を加圧成形する工程前の段階で、該円盤状部材３に形成した凹所４に予め孔５を打ち抜いておき、その後に該孔付き円盤状部材６をダイス７とポンチ８で曲げと圧造加工することで、鍔付き短円筒状部品等１０，１５，１６を形成するものであり、これにより省エネやコスト低減を実現することができる。

図１ないし図１０は、本発明に係る鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法の第１の実施例を示すものである。

丸棒状の鋼材として、ここでは高炭素クロム軸受け鋼材を用いるものとし、所定寸法に切断して短円柱状部材２を形成しておく（図１参照）。ここで所定寸法とは、鍔付き短円筒状部品等の各部の外径、内径、肉厚や高さ等を考慮して決定する。

次に該短円柱状部材２を、以下は全て熱間鍛造で加工処理するものであり、熱間処理温度としてここでは約１１００°Ｃに加熱した状態で、プレス機を用いてまずは両端面から加圧し、パンケーキ状の円盤状部材３を成形する（図２参照）。

次いで、上記円盤状部材３の中央部に円形状の凹所４を成形する（図３参照）。もし、後で下側短円筒状部分１２の肉厚が不足するようなら、ここで下部の肉が多くなるように底部が膨出した形状にしておき、反面、上部の鍔状部分の肉厚が不足するようなら、円盤状部材３の上部の厚みが多くなる形状にしておく。

続いて、ダイス７とポンチ８により加圧成形する工程の前の段階で、上記円形状凹所４の孔５の周辺部９の中央を打ち抜いて、孔５付きの円盤状部材６を形成しておく（上記図３参照）。ここでの孔５は、従来の通常の圧造によるものと異なり、次の加工成形が曲げと圧造で下方へ折り曲げて短円筒状部１０を成形するものであるから、従来のものに比べてその大きさは小さいものでよい。該孔５の大きさは、上記凹所４の孔５の周辺部９の体積が、成形後の短円筒状部１０の体積と同じになるように設定することになる。

その後に、該孔付き円盤状部材６をダイス７で支承させ（図４参照）、孔５の周辺部９を円柱状突出部をもつポンチ８で加圧して（図５，図６，図７参照）、下方に短円筒状部１０を成形する（図８，図９参照）。この成形工程においては、上記の如くその工程の前に円盤状部材３中央に予め孔５を形成してあり、かつその周辺部９をダイス７とポンチ８による下方への曲げとそれに続く圧造加工が行われる。

そのため、従来の通常の圧造と異なり、周辺部９の肉は大きな抵抗を受けることがなくスムーズに下方へ曲がり（上記図５，図６，図７参照）、ダイス７とポンチ８の形状に沿った曲げと圧造加工が行われて、下方への短円筒状部１０が成形されるから（図８，図９参照）、図１０で示すような所定の鍔付き短円筒状部品１１が形成されることになる。

図１１ないし図２０は、鍔付き短円筒状部品等の製造の一つとして、それからベアリングの内輪部品と外輪用部品を製造する場合を示す。その工程の前半部は上記と共通する部分が多いので、その共通部分は概略を述べる。

鋼材製の棒状素材１としては、ここでも上記と同じ軸受け鋼を用いており、該棒状素材１から短円柱状部材２を形成して（図１１参照）、それ以降を全て熱間鍛造により加工するものであり、まずはパンケーキ状の円盤状部材３を形成する（図１２参照）。

次に、該円盤状部材３に凹所４を形成し、続いてダイス７とポンチ８により加圧成形する工程の前の段階で、該凹所４の孔５の周辺部９の中央を打ち抜いて孔５付きの円盤状部材６に形成しておく（図１３参照）。ここでの孔５も従来の通常の圧造による場合と異なり、次の加工成形が曲げと圧造であるから、後記の如く従来のものに比べて小さくてよく、該孔５の大きさは上記凹所４の孔５の周辺部９の体積が、成形後の短円筒状部１０の体積と同じになるように設定しておく。

続いて、該孔付き円盤状部材６を、ダイス７とポンチ８で加圧して（図１４，図１５，図１６参照）、孔５の周辺部９を曲げと圧造加工により下方へ曲げ成形して、下側短円筒状部１２を形成する（図１７，図１８）。この成形工程においても、上記の如く該工程の前に円盤状部材３は中央に予め孔５を形成してあり、かつその周辺部９をダイス７とポンチ８による下方への曲げと圧造加工を行うものであるから、孔５の周辺部９はスムーズに下方へ曲がり、下側短円筒状部１２が成形される（図１８参照）。

それと同時に、上記ダイス７とポンチ８の上段部とにより、円盤状部材３の上側周部１３が上方へ延出して、上側短円筒状部１４が成形されることになる（上記図１８，図１９参照）。

後は、下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４をもつ部品（図１９参照）を、下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４との境界部近傍で上・下に分離すればよい。これで下側短円筒状部１２がベアリングの内輪用部品１５に、また上側短円筒状部１４が外輪用部品１６に形成される（図２０参照）。

なお、上記円盤状部材に形成する孔５の大きさは、製造しようとする製品の大きさにより異なるが、この実施例では外輪用部品１６の外径が１１７ｍｍ、内径が１０７ｍｍで高さ２０ｍｍ、内輪用部品１５の外径が９６ｍｍ、内径が７２ｍｍで高さが２６ｍｍのものを製造した。この場合に、本発明では折り曲げと加圧成形によっているので、必要な孔５の大きさは５０ｍｍでよく、該孔５により打ち抜き除去された部分の重量は１３５ｇであった。これに対して、同じ大きさの製品を従来の通常の圧造により製造する場合には、加圧成形前に孔をあけておくものでも、その孔は内径が７２ｍｍ程度の大きさが必要であり、該孔により打ち抜き除去された部分の重量は２７６ｇであった。この結果、本発明の実施例では不要として除去される鋼材の重量は約２分の１で済み、材料費の節減が図られることが明確になった。

上記の各製造方法は、テーパーベアリングに限らずラジアルベアリングを製造する場合もほぼ同様であることは言うまでもない。また上記で示した素材の材質や、温度・寸法等を示した数値は例示であって、これに限るものではない。

本発明は、鍔付き短円筒状部品、即ち一側に鍔状部分を有して他則に短円筒状部分をもつ製品や、同様の形状から分離・切断して例えばベアリングの内・外輪用の部品等を、丸鋼材から鍛造により製造する場合に広く適用できるものであり、材料費の低減や省エネを図ることができる。

１−棒状素材
２−短円柱状部材
３−円盤状部材
４−凹所
５−孔
６−孔付き円盤状部材
７−ダイス
８−ポンチ
９−周辺部
１０−短円筒状部
１１−鍔付き短円筒状部品
１２−下側短円筒状部
１３−上側周部
１４−上側短円筒状部
１５−内輪用部品
１６−外輪用部品
１７−底板部分

Claims

鋼材製の棒状素材１を所定長さに切断して短円柱状部材２を形成した後に、
熱間鍛造機械により、
上記短円柱状部材２の端面を加圧してパンケーキ状の円盤状部材３とし、
次に鍔付き短円筒状へ加圧成形する工程の前の段階で、
該円盤状部材３の中央部に円形状の凹所４を形成すると共に、該円形状凹所４の底板部分の中心部に孔５を打ち抜いて、孔付き円盤状部材６とし、
その後に該孔付きの円盤状部材６をダイス７とポンチ８で加圧し、孔５の周辺部９を下方へ曲げと圧造加工を行って、下方への短円筒状部１０を曲げ成形することにより、鍔付き短円筒状部品１１に形成するようにしたことを特徴とする、鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法。
鋼材製の棒状素材１を所定長さに切断して短円柱状部材２を形成した後に、
熱間鍛造機械により、
上記短円柱状部材２の端面を加圧してパンケーキ状の円盤状部材３とし、
次に鍔付き短円筒状に加圧成形する工程の前の段階で、
該円盤状部材３の中央部に円形状の凹所４を形成すると共に、該円形状凹所４の底板部分の中心部に孔５を打ち抜いて、孔付き円盤状部材６を形成し、
その後に該孔付き円盤状部材６をダイス７とポンチ８で加圧し、孔５の周辺部９を下方へ曲げと圧造加工を行って、下側短円筒状部１２を曲げ成形すると共に、同時に該孔付き円盤状部材６の上側周部１３を上方へ延出して上側短円筒状部１４を成形し、
さらに、その下側短円筒状部１２と上側短円筒状部１４との境界部近傍で上・下に分離して、ベアリングの内輪用部品１５と外輪用部品１６とを形成するようにしたことを特徴とする、鍔付き短円筒状部品等の鍛造方法。