JP2013240819A - 軸受素材の製造方法及び装置 - Google Patents

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Seiichi Kotani
誠一 小谷
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Abstract

【課題】軸受素材を製造するにあたり、歩留まりの向上を図るとともに、製造効率の悪化を防止する。
【解決手段】素材Wを加圧して据込む第1工程と、粗形材Wbに成形する第2工程と、底部Weを打ち抜く第3工程と、内輪相当部Wdを打ち抜き分離する第4工程と、粗形材Wbをしごき加工する第5工程とを具備する軸受素材の製造方法であって、据込みパンチ、押出パンチ、底抜きパンチ、打ち抜きパンチ、ストリッパ及びしごきパンチが取り付けられる基台を、一体的に下降させて加圧動作を行い、第2工程では、粗形材Wbの外輪相当部Wcが上方向に拘束されない状態で加圧動作を行うとともに、第5工程では、ダイと、しごきパンチと、ノックアウトと、ストリッパとによって、粗形材Wbの全周が拘束された状態で加圧動作を行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、軸受素材の製造方法及び装置に関する。
自動車用ハブユニット軸受は、ラジアル荷重とスラスト(アキシャル)荷重とを同時に担持する必要があるため、単列または複列の円錐ころ軸受が使用される。軸受は、例えば炭素を含む鋼等の素材から軸受よりも大きい形状の軸受素材が成形され、更に切削加工などにより軸受の形状に加工して製造される。軸受素材の製造方法としては、パイプ素材を旋削加工する方法や、円柱状の丸棒素材から鍛造加工する方法が知られている。例えば、特許文献1(特公平05−066215号公報)及び特許文献2(特許第3720922号公報)には、5工程の鍛造加工による複列軸受の製造方法及び装置が示されている。
一方、外輪と内輪とから構成される単列の円錐ころ軸受は、外輪の内径寸法が内輪の外径寸法よりも大きい種類と、外輪の内径寸法が内輪の外径寸法よりも小さい種類があり、それぞれ図10及び図11に示す鍛造加工によって成形される。外輪の内径寸法が内輪の外径寸法よりも大きい種類の軸受素材は、図10に示すように、第1工程で、丸棒素材W1を軸受外輪の最終外径と略同一の外径寸法に据込み成形して円板状素材W2としている。次に第2工程で、円板状素材W2を軸方向の一方に押し出して、軸方向一端側に底部W3及び内輪相当部W4を成形すると共に、軸方向他端側に外輪相当部W5を同時に成形する。続いて第3工程で、底部W3を打ち抜き加工し、第4工程では、内輪相当部W4を打ち抜き内輪素材W4’として分離する。そして、第5工程で、外輪相当部W5から中間リング部W6を打ち抜き分離することで、外輪素材W5’を形成する。これらの各工程は、ダイの中に設置された素材に対して、昇降可能な各種のパンチを有するそれぞれの装置において行われる。
また、外輪の内径寸法が内輪の外径寸法よりも小さい種類の軸受素材の工程順序を、図11に示す。第4工程までは、上記の外輪の内径寸法が内輪の外径寸法よりも大きい種類と同様であるため、第5工程についてのみ説明する。第5工程においては、外輪部分W5を圧縮(サイジング)することにより、外輪素材W5’を成形する。
特公平05−066215号公報 特許第3720922号公報
ところで、鍛造加工による軸受素材の製造は、上述の各工程を行う各種の装置をユニットとして、一体的に各工程を行う製造装置によって行われることがある。その際には、昇降可能な共通の基台(スライド)に各工程において加圧動作を行うそれぞれのパンチを取り付け、基台を昇降させることで、各工程の加工を一度に行う。そして、加圧動作が行われた素材(以下、粗形材と言う)を次の工程に搬送し、第1工程には新たな素材を搬送することで、各工程の加工を順次行う。しかしながら、素材または粗形材の加工に必要な加圧力は、各工程において同じではない。特に、第2工程においては、内輪部分と外輪部分とを一度に成形するため、他の工程に比べて大きい荷重を必要とする。
そのため、この荷重の偏りによって、加圧動作の際に基台が傾くことがあり、この状態で製造された軸受素材は、左右が不均一となる。この対策として、偏りのある軸受素材が成形されたとしても、最終製品である軸受の加工に影響が出ないように、余裕を持った大きさの軸受素材を製造している。しかし、このようにすると、軸受素材が大きくなり、軸受加工のための切削加工時に取り除かれる取り代が増加するため、歩留まりが低下してしまう。
また、第2工程を行うユニットに多大な荷重がかかると、パンチや金型などの治工具に負担がかかり、寿命が短くなってしまう。そのため、鍛造温度を高温にすることで、荷重を低下させている。しかしながら、鍛造温度を高くした場合には、鍛造した製品に、酸化鉄の膜の形成による表面の凹凸の発生(肌荒れ)や、素材表面の炭素が酸素と結合することで素材に含まれる炭素量が減少(脱炭)して生成される純鉄による硬度の不均一が発生することがある。そのため、これらの対策として、最終製品である軸受の品質に影響が出ないように、取り代を増加した軸受素材を製造している。
上記の問題に鑑みて、本発明が解決すべき技術的課題は、軸受素材を製造するにあたり、工程間の荷重の偏りを抑制することで、歩留まりの低下を防止することにある。
前記課題を解決するためになされた本発明の軸受素材の製造方法は、ダイの中で、ノックアウトと据込みパンチとの協同により、素材を軸方向に加圧して据込む第1工程と、ダイの中で、ノックアウトと押出パンチとの協同により、据込まれた素材を、外輪相当部、内輪相当部、及び底部を有する粗形材に成形する第2工程と、ダイの中で、底抜きパンチにより、粗形材の底部を打ち抜く第3工程と、ダイの中で、打ち抜きパンチにより、底部が打ち抜かれた粗形材から内輪相当部を打ち抜き分離する第4工程と、軸受素材の外輪の外径寸法と略同一の内径寸法をもつダイの中で、しごきパンチにより、内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工する第5工程とを具備する軸受素材の製造方法であって、据込みパンチ、押出パンチ、底抜きパンチ、打ち抜きパンチ、及び第5工程における、粗形材の外輪相当部を上方から押圧するストリッパ及びしごきパンチ、または外輪相当部を上方から押圧する筒状パンチが取り付けられる基台を、一体的に下降させて加圧動作を行い、第2工程では、粗形材の外輪相当部が上方向に拘束されない状態で加圧動作を行うとともに、第5工程では、ダイと、しごきパンチと、外輪相当部を下方から支持する筒状のノックアウトと、ストリッパまたは筒状パンチとによって、粗形材の全周が拘束された状態で加圧動作を行うものである。
このように、各工程におけるそれぞれのパンチを基台に取り付けて一体的に下降させて加圧動作を行うと、第2工程においては、粗形材の外輪相当部が上方向に拘束されない状態であるため、粗形材は上方向に自由に流動することができ、第2工程にかかる荷重を小さくすることができる。また、第5工程においては、加圧動作時には、粗形材の全周が拘束された状態であるため、粗形材の流動が制限され、第5工程にかかる荷重は大きくなる。これにより、基台にかかる荷重を分散させることができる。このように、基台にかかる荷重を分散させることにより、鍛造時における基台の傾きも防止でき、製造された軸受素材の形状を均一にすることができる。そのため、製造品の余分な取り代を少なくして、歩留まりを高めることができる。
また、第2工程を行う装置にかかる荷重を小さくすることにより、鍛造温度を高くする必要がなくなり、製造された軸受素材の表面の肌荒れや脱炭の発生を抑えることができる。そのため、製造品の取り代を少なくして、歩留まりを高めることができる。
ところで、図12に示すように、外輪素材W5’の内径寸法R5’が内輪素材W4’の外径寸法R4’よりも大きい(R5’>R4’)軸受素材を製造する際には、上述の通り、外輪相当部W5及び内輪相当部W4を有する粗形材を鍛造成形した後、内輪相当部W4及び中間リング部W6を打ち抜き分離して、外輪素材W5’を成形している(図10参照)。この際には、中間リング部W6はスクラップとして廃棄されるため、歩留まりが低下する。
そこで、軸受素材の製造において、第5工程では、粗形材の外輪相当部の内径寸法が、内輪相当部の外径寸法よりも大きくなるように成形すれば、内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工することで、内輪相当部の外径寸法よりも大きい内径寸法をもつ外輪相当部を成形することができる。これにより、中間リング部を発生させる必要がないため、歩留まりを高めることができる。
一方、図13に示すように、外輪素材W5’の内径寸法R5’が内輪素材W4’の外径寸法R4’よりも小さい(R5’<R4’)軸受素材を製造する際には、上述の通り、粗形材の内輪相当部W4を打ち抜き分離した後、外輪相当部W5を圧縮(サイジング)することにより、打ち抜かれた内輪素材部W4’の外径寸法R4’よりも小さくなるように縮径して外輪素材W5’を製造している(図11参照)。このとき、外輪相当部W5及び内輪相当部W4を有する粗形材は、第2工程で成形されており、外輪相当部W5の内径寸法を内輪相当部W4の外径寸法よりも大きくする必要があるため、第2工程における荷重を増加させる原因となる。
そこで、軸受素材の製造において、第5工程では、粗形材の外輪相当部の内径寸法が、内輪相当部の外径寸法よりも小さくなるように成形すれば、内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工することで、内輪相当部の外径寸法よりも小さい内径寸法をもつ外輪相当部を形成することができる。この際には、第2工程において、内輪相当部の外径寸法よりも大きい内径寸法を有する外径相当部を成形する必要はないため、第2工程における荷重をより小さくすることができる。
また、前記課題を解決するためになされた本発明の軸受素材の製造装置は、ダイ、及び該ダイの中でノックアウトと協同して、素材を軸方向に加圧して据込む据込みパンチを有する据込みユニットと、ダイ、及び該ダイの中でノックアウトと協同して、据込まれた素材を、外輪相当部、内輪相当部、及び底部を有する粗形材に成形する押出パンチを有する成形ユニットと、ダイ及び粗形材の底部を打ち抜くための底抜きパンチを有する底抜きユニットと、ダイ及び底部が打ち抜かれた粗形材から、内輪相当部を打ち抜き分離する打ち抜きパンチを有する内輪相当部の分離ユニットと、軸受素材の外輪の外径寸法と略同一の内径寸法をもつダイ、及び内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工するしごきパンチを有するしごき成形ユニットとを具備する軸受素材の製造装置において、据込みパンチ、押出パンチ、底抜きパンチ、打ち抜きパンチ、及びしごき形成ユニットが具備する、粗形材の外輪相当部を上方から押圧するストリッパ及びしごきパンチ、または外輪相当部を上方から押圧する筒状パンチが取り付けられ、一体的に下降することにより加圧動作を行う昇降可能な基台を有し、成形ユニットは、加圧動作時に、粗形材の外輪相当部の上方に拘束されない空間が形成されるとともに、しごき成形ユニットは、ダイと、しごきパンチと、外輪相当部を下方から支持する筒状のノックアウトと、ストリッパまたは筒状パンチとによって、外輪相当部分の全周を拘束するものである。
このように、各装置におけるそれぞれのパンチが取り付けられる基台を、一体的に下降することにより加圧動作を行うと、成形ユニットにおいては、粗形材の外輪相当部分が上方向に拘束されない空間が形成されるため、粗形材は上方向に自由に流動することができ、成形ユニットにかかる荷重を小さくすることができる。また、しごき成形ユニットにおいては、加圧動作時には、粗形材の全周を拘束するため、粗形材が自由に流動することができず、しごき成形ユニットにかかる荷重は大きくなる。これにより、基台にかかる荷重は、成形ユニットに集中することなく、基台全体に分散することができる。このように、基台にかかる荷重を分散させることにより、鍛造時における基台の傾きも防止でき、製造された軸受素材の形状を均一にすることができる。そのため、製造品の余分な取り代を少なくして、歩留まりを高めることができる。
また、成形ユニットにかかる荷重を小さくすることにより、鍛造温度を高くする必要がなくなり、製造された軸受素材の表面の肌荒れや脱炭の発生を抑えることができる。そのため、製造品の取り代を少なくして、歩留まりを向上させることができる。
以上のように、本発明によれば、軸受素材を製造するにあたり、工程間の荷重の偏りを抑制することで、歩留まりの低下を防止することができる。
本発明の実施形態にかかる、軸受素材製造方法の工程順序を示す説明図である。(a)は、材料となる素材の段面図であり、(b)〜(f)は、各工程における粗形材の断面図である。 本発明の実施形態にかかる、軸受材製造装置の正面図である。 上記軸受素材製造装置の据込みユニットの断面図である。 上記軸受素材製造装置の成形ユニットの断面図である。 上記軸受素材製造装置の底抜きユニットの断面図である。 上記軸受素材製造装置の分離ユニットの断面図である。 上記軸受素材製造装置のしごき成形ユニットの断面図である。 (a)は従来の製造方法で製造された軸受素材の形状を示す要部断面図であり、(b)は本発明の製造方法で製造された軸受素材の形状を示す要部断面図である。 他の実施形態にかかる軸受素材製造装置のしごき成形ユニットの断面図である。 従来の軸受素材製造方法の工程順序を示す説明図である。 従来の軸受素材製造方法の工程順序を示す説明図である。 従来の製造方法による軸受素材の製造方法を示す説明図である。 従来の製造方法による軸受素材の製造方法を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて説明する。まず、図1に基づいて軸受素材の製造工程について説明する。この軸受素材は、外輪素材と内輪素材とから構成され、本実施形態においては、円錐ころ軸受の軸受素材である。なお、以下の説明では、素材Wが加圧される方向を軸方向(図1の上下方向)と言い、軸方向に直交する水平方向を径方向と言う。
軸受素材の材料となる円柱形状の素材W(図1(a)参照)は、図1(b)に示すように、第1工程で軸方向に加圧されることにより、最終外径と略同一の円板状素材Waとなる。第2工程では、図1(c)に示すように、円板状素材Waが、軸方向下方に押し出されることにより、底部Weを有する内輪相当部Wdが軸方向下側に成形され、軸方向上側の外輪相当部Wcとともに粗形材Wbを構成する。このとき、内輪相当部Wdは、製品となる軸受素材の内輪素材Wd’と略同じ形状に成形されるが、軸方向上方の外輪相当部Wcは、外輪素材Wc’となる途中の形状である。
第3工程においては、図1(d)に示すように、粗形材Wbの底部Weが打ち抜かれ、第4工程においては、図1(e)に示すように、粗形材Wbの内輪相当部Wdが打ち抜かれて内輪素材Wd’として分離される。そして、第5工程において、図1(f)に示すように、外輪相当部Wcが、製品となる径寸法及び形状となるようにしごき成形されて外輪素材Wc’が成形される。このようにして、第4工程で打ち抜き分離された内輪素材部Wd’と、第5工程でしごき成形された外輪素材Wc’とにより構成される軸受素材が製造される。
図2に、本実施形態の一実施形態である軸受素材製造装置1を示す。軸受素材製造装置1は、軸受素材を鍛造成形によって製造する装置であり、鍛造の各工程を行う、据込みユニットA、成形ユニットB、底抜きユニットC、分離ユニットD、及びしごき成形ユニットEの各ユニットを備えている。
軸受素材製造装置1は、図示しない駆動手段により昇降可能な上部基台10、及び上部基台10に対向する位置に固定される下部基台11を有している。本実施形態においては、上部基台10の下面には、各ユニットの上型12a〜12eが取り付けられ、下部基台11には、各ユニットの下型13a〜13eが取り付けられる。なお、図示はしないが、軸受素材製造装置1には、鍛造成形を行う素材Wを供給する素材搬入手段、各ユニットにおいて鍛造成形される円板状素材Waまたは粗形材Wbを次のユニットに搬送するトランスファー手段、分離ユニットDで分離される内輪素材Wd’を搬送する搬送コンベア、しごき成形ユニットEにおいてしごき成形される外輪素材Wc’を搬送する製品排出手段などの各種搬送手段を有する。また、底抜きユニットCにおいて打ち抜かれる底部Weを回収する回収部が軸受素材製造装置1内に設けられる。
続いて、各工程を行うユニットの詳細についてそれぞれ説明する。据込みユニットAは、素材Wを軸方向に加圧して据込むことで円板状素材Waを成形するユニットであり、図3に示すように、成形される円板状素材Waの径方向への流動を規制するダイ20aと、昇降可能で円板状素材Waを下方から支持する円柱形状のノックアウト21aと、ダイ20aの中でノックアウト21aと協同して、素材Wを軸方向に加圧して据込む円柱形状の据込みパンチ30とを有する。据込みパンチ30は上型12aを構成し、ダイ20a及びノックアウト21aは下型13aを構成する。
成形ユニットBは、据込みユニットAにおいて据込まれた円板状素材Waを、図4に示すように、外輪相当部Wc、内輪相当部Wd、及び底部Weを有する粗形材Wbに成形するユニットである。粗形材Wbの外形と略同一形状の窪みにより流動可能に支持するダイ20bと、昇降可能で粗形材Wbを下方から支持するノックアウト21bと、ダイ20bの中でノックアウト21bと協同して、円板状素材Waを上方から押圧する、先端部に内輪相当部Wdの内径寸法を略同径寸法の凸部を有し、外輪相当部Wcの内径寸法と略同一の外径寸法を有する円柱形状の押出パンチ31と、押出パンチ31の周囲に設けられて粗形材Wbの上端と当接可能な環状のストリッパ22bとを有する。押出パンチ31及びストリッパ22bは上型12cを構成し、ダイ20b及びノックアウト21bは下型13bを構成する。ここで、成形された粗形材Wbの外輪相当部Wcの上方には、粗形材Wbが拘束されない空間Sが形成される。
底抜きユニットCは、粗形材Wbの底部Weを打ち抜くユニットであり、図5に示すように、粗形材Wbの内輪相当部Wdを周囲から支持するダイ20cと、昇降可能で粗形材Wbの下端を下方から支持する環状のノックアウト21cと、粗形材Wbの底部Weを打ち抜く内輪相当部Wdの内径寸法と略同一の外径寸法を有する底抜きパンチ32と、底抜きパンチ32の周囲に設けられて粗形材Wbの上端と当接可能な環状のストリッパ22cとを有する。底抜きパンチ32及びストリッパ22cは上型12cを構成し、ダイ20c及びノックアウト21cは下型13cを構成する。
分離ユニットDは、底部Weを打ちぬかれた粗形材Wbの内輪相当部Wdを打ち抜き分離するユニットであり、図6に示すように、粗形材Wbの外輪相当部Wcを周囲から支持するダイ20dと、昇降可能で粗形材Wbの外輪相当部Wcの下端を下方から支持する環状のノックアウト21dと、粗形材Wbの内輪相当部Wdを打ち抜く内輪相当部Wdの内径寸法と略同一の外径寸法を有する打ち抜きパンチ33と、打ち抜きパンチ33の周囲に設けられて粗形材Wbの上端と当接可能な環状のストリッパ22dとを有する。打ち抜きパンチ33及びストリッパ22dは上型12dを構成し、ダイ20d及びノックアウト21dは下型13dを構成する。
しごき成形ユニットEは、内輪相当部Wdが打ち抜かれた粗形材Wbをしごき成形するユニットである。本実施形態においては、図7に示すように、軸受素材の外輪の外径寸法と略同一の内径寸法をもつダイ20eと、昇降可能で粗形材Wbの下端を下方から支持する環状のノックアウト21eと、粗形材Wbを軸受素材の外輪の形状にしごき成形するしごきパンチ34と、加圧成形時に粗形材Wbの外輪相当部Wcを上方から押圧する環状の筒状パンチ35とを有する。筒状パンチ35は上型12eを構成し、ダイ20e、ノックアウト21e、及びしごきパンチ34は、下型13eを構成する。ここで、粗形材Wbの加圧成形時には、ダイ20e、ノックアウト21e、しごきパンチ34、及び筒状パンチ35により、粗形材Wbの全周を拘束して外輪素材部Wc’を成形する。
続いて、軸受素材製造装置1及び各ユニットの動作について説明する。
所定寸法に裁断されて加熱された円柱形状の素材Wは、第1工程を行う据込みユニットAに図示しない素材搬入手段によって送り込まれ、ノックアウト21a上に載置される。図示しない駆動手段の駆動により上部基台10が下降することによって、上部基台10に取り付けられる上型12aの据込みパンチ30とノックアウト21aとの協同により素材Wは軸方向に押圧される。それにより、素材Wはダイ20aによって規制されるまで径方向に流動し、円板状素材Waが成形される(図3参照)。加圧成形後に上部基台10が上昇すると、図示しない駆動手段によってノックアウト21aが上昇し、円板状素材Waがトランスファー手段(図示せず)によって、第2工程を行う成形ユニットBに搬送される。なお、加圧成形後のノックアウトの上昇及びトランスファー手段による搬送は、他のユニットにおいても同様であるため、以後の説明を省略する。
成形ユニットBにおいては、搬送される円板状素材Waは、ダイ20bの上方の大径部に嵌合するように配置される。上部基台10の下降により、上型12bの押出パンチ31によって、円板状素材Waの径方向中央部が軸方向下側に押し出され、ダイ20b及びノックアウト21bの形状に従って流動することで、底部We及び内輪相当部Wdが軸方向下方に軸受素材の製品の形状に成形され(図4参照)、粗形材Wbが成形される。ここで、粗形材Wbの軸方向上方には外輪相当部Wcが成形されるが、まだ製品の形状ではない。成形ユニットBにおける第2工程においては、粗形材Wbの上方に拘束されない空間Sが形成されるため、加圧成形時に粗形材Wbが上方向に流動可能であり、成形に必要とする荷重を小さくすることができる。また、加圧成形後に上部基台10が上昇する際には、粗形材Wbも共に上昇することがあるが、ストリッパ22bが粗形材Wbの上端と当接することで、粗形材Wbの上昇を抑制する。それにより、粗形材Wbがダイ20bから外れて落下することが防止される。ストリッパの役割は、底抜きユニット、分離ユニットにおいても同様であるため、以後の説明を省略する。なお、外輪相当部Wcの形状は、内外径ともにストレートな形状としても良く、内径と外径との間でテーパーを付けることにより、形状を適正化しても良い。
第3工程を行う底抜きユニットCにおいては、粗形材Wbの下方の内輪相当部Wdが、ダイ20cに嵌合して配置される。上部基台10の下降により、上型12cの底抜きパンチによって、粗形材Wbに形成される底部Weが、軸方向下方に打ち抜かれる(図5参照)。打ち抜かれた底部Weは、装置の外に排出され、図示しない回収部に回収される。
第4工程を行う分離ユニットDにおいては、粗形材Wbの外輪相当部Wcの下端が、環状のノックアウト21dによって支持されるように配置される。上部基台10の下降により、上型12dの打ち抜きパンチ33によって、内輪相当部Wdが打ち抜かれて内輪素材Wd’として分離される(図6参照)。打ち抜かれた内輪素材Wd’は、図示しない搬送コンベアによって搬送されて集められる。
第5工程を行うしごき成形ユニットEにおいては、粗形材Wbの外輪相当部Wcの内壁が、しごきパンチ34によって支持されるように配置される。上部基台10の下降により、上型12eの筒状パンチ35によって粗形材Wbが押圧されて、しごきパンチ34の形状に沿って変形することでしごき成形されて、軸受素材の外輪素材Wc’に成形される(図7参照)。このとき、粗形材Wb(外輪素材Wc’)は、ノックアウト21eによって下方からも押圧されるため、全周を拘束される。そのため、しごき成形ユニットEにおける加圧成形にかかる荷重が増加する。加圧成形後、上部基台10が上昇すると、成形された外輪素材Wc’は、トランスファー手段(図示せず)によって搬送され、図示しないコンベアなどの製品排出手段によって軸受素材製造装置1から排出される。その後、第4工程の分離ユニットDで打ち抜かれた内輪素材Wd’と組み合わされて、軸受素材の製品が完成する。
上述の各ユニットにおける加圧成形は、基台の昇降によって一度に行われる。そのため、従来の軸受素材製造装置においては、第2工程において、内輪相当部と外輪相当部とを一度に成形していたため、全体にかかる荷重の大部分が第2工程(成形ユニット)にかかっていた。これに対して、本発明にかかる軸受素材製造装置においては、加圧成形時に、第2工程においては、外輪相当部の上方に設けられた空間に粗形材が流動できるため、第2工程における荷重を減少することができる。一方、第5工程においては、粗形材の全周を拘束して外輪素材を成形するため、第5工程(しごき成形ユニット)にかかる荷重が増加する。その結果、加圧成形時における第2工程と第5工程における荷重を分散することができる。
このように、本発明にかかる軸受素材製造装置によれば、鍛造時に基台にかかる荷重を分散することができる。そのため、鍛造時の荷重の偏りによる基台の傾きを防止でき、製造される軸受素材の形状を均一化できる。また、鍛造成形における温度を従来のように高温にする必要がないため、軸受素材表面の肌荒れや脱炭層の形成を抑制することができる。これにより、製造品の余分な取り代を少なくして歩留まりを向上させることができる。更に、温度を下げることで、成形時における素材の膨張率が少なくなるため、製品の精度を向上させることができる。なお、従来の鍛造温度は、約1200℃前後で行われていたが、本発明により、鍛造温度を低くすることができ、加熱電力を8%〜15%削減することができる。加えて、鍛造を行う際には、鍛造処理の合間に各ユニット(金型)の冷却及び潤滑処理を行うため、各ユニットは、潤滑剤を含んだ低温の冷却液と高温の素材または粗形材とによって温度が変化するが、鍛造温度を低くすることにより、各ユニットの温度変化を小さくすることができるため、各ユニットの劣化を抑制し、寿命を長くすることができる。
また、従来の軸受素材の製造においては、第2工程で内輪相当部及び外輪相当部を同時に成形していたため、それぞれの径寸法は決まっていた。そのため、外輪素材の内径寸法を内輪素材の外径寸法よりも大きくするためには、中間リング部を分離する(図11参照)必要があり、また、外輪素材の内径寸法を内輪素材の外径寸法よりも小さくするためには、外輪相当部を圧縮(サイジング)によって縮径する(図12参照)する必要があった。これに対して、本発明にかかる軸受素材製造装置おいては、第2工程において成形される粗形材の外輪相当部は製品(外輪素材)の形状ではないため、第5工程において、目的の内径寸法を有する外輪素材となるように外輪相当部を成形することができる。このように、第5工程における成形によって、目的の形状の外輪素材を製造することができるため、内輪素材の外径寸法よりも大きい内径寸法をもつ外輪素材を成形する際には、中間リング部を発生することがなく、歩留まりを向上させることができる。また、内輪素材の外径寸法よりも小さい内径寸法をもつ外輪素材を成形する際には、第2工程において、必要以上に大径寸法をもつ外輪相当部を成形する必要がないため、第2工程における荷重をより小さくすることができる。
更に、本発明における軸受素材製造装置及び方法によると、内輪相当部の上部の厚み寸法に関係なく、外輪素材の下部の厚み寸法を設定することができる。詳しくは、図8(a)に示すように、従来は、外輪相当部Wcと内輪相当部Wdとを同時に成形した後に、内輪相当部Wdを打ち抜き分離していたため、内輪相当部Wdの上部の厚み寸法(T1)と外輪相当部Wcの下部の厚み寸法(T2)とは一致していた(T1=T2)。しかしながら、本発明においては、図8(b)に示すように、外輪素材Wc’と内輪相当部Wdとは別工程で成形するため、内輪相当部Wdを打ち抜いた後、外輪相当部Wcを必要な形状に成形することができ、外輪素材Wc’の下部の厚み寸法(T2’)を従来の厚み寸法(T2)よりも小さくすることができる(T1>T2’)。そのため、軸受素材の材料を少なくすることができ、歩留まりを更に高めることができる。また、本発明により製造される軸受素材から、図8において二点鎖線で示す最終製品の軸受(外輪Wg、内輪Wh)を加工する際にも、加工による取り代が少ないため、加工時間が短くなり、加工効率が向上する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の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で種々の変更を加え得ることは勿論である。
上記実施形態においては、第5工程を行うしごき成形ユニットEにおいて、図7に示すように、筒状パンチ35により上型12eを構成し、ダイ20e、ノックアウト21e、及びしごきパンチ34によって下型13eを構成した。しかし、これに限ることはなく、図9に示すように、環状のストリッパ22eを上方に配置して、しごきパンチ34によって粗形材Wbを上方から押圧するように構成してもよい。これにより、しごきパンチ34及びストリッパ22eが上型12eを構成し、ダイ20e及びノックアウト21eが下型13eを構成する。この場合には、第5工程において、粗形材Wbは、外輪相当部Wcの下端が、環状のノックアウト21eによって支持されるように配置される。上部基台10の下降により、上型12eのしごきパンチ34によってしごき形成されて、軸受素材の外輪相当部Wcの製品形状に成形される。なお、この場合でも同様に、ダイ20e、しごきパンチ34、ノックアウト21e、及び筒状パンチ35により、粗形材Wbの全周を拘束して外輪相当部Wcを成形する。
1 軸受素材製造装置
10 上部基台
20 ダイ
21 ノックアウト
22 ストリッパ
30 据込みパンチ
31 押出パンチ
32 底抜きパンチ
33 打ち抜きパンチ
34 しごきパンチ
35 筒状パンチ
Wa 素材
Wb 粗形材
Wc 外輪相当部
Wc’ 外輪素材
Wd 内輪相当部
Wd’ 内輪素材
We 底部

Claims (4)

  1. ダイの中で、ノックアウトと据込みパンチとの協同により、素材を軸方向に加圧して据込む第1工程と、
    ダイの中で、ノックアウトと押出パンチとの協同により、前記据込まれた素材を、外輪相当部、内輪相当部、及び底部を有する粗形材に成形する第2工程と、
    ダイの中で、底抜きパンチにより、前記粗形材の前記底部を打ち抜く第3工程と、
    ダイの中で、打ち抜きパンチにより、前記底部が打ち抜かれた粗形材から前記内輪相当部を打ち抜き分離する第4工程と、
    軸受素材の外輪の外径寸法と略同一の内径寸法をもつダイの中で、しごきパンチにより、前記内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工する第5工程とを具備する軸受素材の製造方法であって、
    前記据込みパンチ、前記押出パンチ、前記底抜きパンチ、前記打ち抜きパンチ、及び前記第5工程における、前記粗形材の外輪相当部を上方から押圧するストリッパ及び前記しごきパンチ、または前記外輪相当部を上方から押圧する筒状パンチが取り付けられる基台を、一体的に下降させて加圧動作を行い、
    前記第2工程では、前記粗形材の外輪相当部が上方向に拘束されない状態で前記加圧動作を行うとともに、前記第5工程では、前記ダイと、前記しごきパンチと、前記外輪相当部を下方から支持する筒状のノックアウトと、前記ストリッパまたは前記筒状パンチとによって、前記粗形材の全周が拘束された状態で前記加圧動作を行うことを特徴とする軸受素材の製造方法。
  2. 前記第5工程では、前記粗形材の外輪相当部の内径寸法が、前記内輪相当部の外径寸法よりも大きくなるように成形することを特徴とする請求項1に記載の軸受素材の製造方法。
  3. 前記第5工程では、前記粗形材の外輪相当部の内径寸法が、前記内輪相当部の外径寸法よりも小さくなるように成形することを特徴とする請求項1に記載の軸受素材の製造方法。
  4. ダイ、及び該ダイの中でノックアウトと協同して、素材を軸方向に加圧して据込む据込みパンチを有する据込みユニットと、
    ダイ、及び該ダイの中でノックアウトと協同して、前記据込まれた素材を、外輪相当部、内輪相当部、及び底部を有する粗形材に成形する押出パンチを有する成形ユニットと、
    ダイ及び前記粗形材の前記底部を打ち抜くための底抜きパンチを有する底抜きユニットと、
    ダイ及び前記底部が打ち抜かれた粗形材から、前記内輪相当部を打ち抜き分離する打ち抜きパンチを有する内輪相当部の分離ユニットと、
    軸受素材の外輪の外径寸法と略同一の内径寸法をもつダイ、及び前記内輪相当部が分離された粗形材をしごき加工するしごきパンチを有するしごき成形ユニットとを具備する軸受素材の製造装置において、
    前記据込みパンチ、前記押出パンチ、前記底抜きパンチ、前記打ち抜きパンチ、及び前記しごき形成ユニットが具備する、前記粗形材の外輪相当部を上方から押圧するストリッパ及び前記しごきパンチ、または前記外輪相当部を上方から押圧する筒状パンチが取り付けられ、一体的に下降することにより加圧動作を行う昇降可能な基台を有し、
    前記成形ユニットは、前記加圧動作時に、前記粗形材の外輪相当部の上方に拘束されない空間が形成されるとともに、前記しごき成形ユニットは、前記ダイと、前記しごきパンチと、前記外輪相当部を下方から支持する筒状のノックアウトと、前記ストリッパまたは前記筒状パンチとによって、前記外輪相当部分の全周を拘束することを特徴とする軸受素材の製造装置。
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