JP3722974B2

JP3722974B2 - 筒状体の拡径方法およびその装置

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Publication number: JP3722974B2
Application number: JP05167398A
Authority: JP
Inventors: 豐田畑; 清司植本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH11244976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軸受素形材の製造過程において形成される外筒部等の筒状体を所定の寸法まで拡径させる筒状体の拡径方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸受の外輪および内輪の形成用素材となる軸受素形材を１つの素材から形成する方法の１つとして図７に示したものが従来から知られている。この軸受素形材の製造方法は、下記の第１工程乃至第５工程から成る。
【０００３】
第１工程；図７（Ｉ）に示す柱状素材Ｂ₀ を熱間により軸方向に据込んで、図７（II）に示すように、円弧状外周面１０１を有する円盤状素材Ｂ₁を形成する。
【０００４】
第２工程；円盤状素材Ｂ₁を型鍛造により、図７（III ）に示す段付きの円筒状成形品Ｂ₂を形成する。ここで、円筒状成形品Ｂ₂は、外筒部１０２内において内筒部１０３の端部が一体化され、その内筒部１０３内に底１０４が設けられている。
【０００５】
第３工程；円筒状成形品Ｂ₂を図７（III ）に示す鎖線位置に沿って軸方向に切り離し、図７（IV）に示すように、外筒部１０２と底付きの円筒部１０３とに分離する。
【０００６】
第４工程；底付き内筒部１０３を打抜き装置によって、図７（Ｖ）に示すように、底１０４を打抜き、内輪素形材１０６を形成する。
【０００７】
第５工程；外筒部１０２をローリング成形により拡径すると共に、内径面に環状溝１０８を成形して、図１（VI）に示すように、外輪素形材１０７を形成する。
【０００８】
第１工程の据込みから第４工程の分離までの作業は、多段送り型の鍛造機によって熱間により処理され、一方、第５工程の拡径は、図８に示すロールフォーマにより冷間によって成形される。
【０００９】
ロールフォーマは、溝を有するメインローラ１１０とマンドレル１１１に形成された溝成形用の環状突出部１１２とで外筒部１０２の一部を外径面および内径面から挟み、メインローラ１１０の回転により外筒部１０２を接触回転させ、その回転状態の外筒部１０２にマンドレル１１１を押し付けて外筒部１０２を拡径させると共に、内径面に環状溝１０８を成形するようにしている。
【００１０】
ここで、ロールフォーマによって成形される外筒部１０２の内径面には段１０５が形成されている。この段１０５は、第３工程において、円筒状成形品Ｂ₂を軸方向に分離する際に必然的に形成される。このため、ローリング成形される外筒部１０２が外径面に段のない円筒面であると、外筒部１０２の両端部における厚みの相違によって、外筒部１０２を良好にローリング成形することができず、品質の良好な外輪素形材１０７を得ることができない。
【００１１】
そこで、外筒部１０２には、第２工程の型鍛造において、外径面に予め段１０９を形成して、外筒部１０２の厚みの均一化を図り、ローリング成形によって品質の優れた外輪素形材が得られるようにしている。
【００１２】
なお、第４工程によって形成された内輪素形材１０６および第５工程によって形成された外輪素形材１０７は、旋削加工、研削加工、あるいは熱処理等の加工を経て、図９に示す玉軸受７の外輪７ａや内輪７ｂとされる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示す軸受素形材の製造方法においては、ロールフォーマを用いて冷間により外筒部を拡径させる構成であるため、拡径に時間を要すると共に、拡大率を大きくとることができず、また、割れが生じて不良品の発生率が高いという問題がある。
【００１４】
この発明の課題は、上記のような軸受素形材の製造過程において形成される外筒部等の筒状体を割れを生じさせることなく所定の寸法まで能率よく拡径させることができるようにした筒状体の拡径方法およびその装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明に係る拡径方法においては、回転軸の先端面に形成された偏心孔内に加熱された筒状体を挿入し、上記回転軸と同軸上に配置され、軸心を中心に回転自在に支持された拡径用ポンチを一方向に回転する上記回転軸に向けて移動し、その拡径用ポンチの先端部に形成されたテーパ軸部を筒状体の内側に挿入して偏心孔の内周一部および底に筒状体を接触させ、その接触により筒状体を回転軸の軸心を中心に回転させた状態で上記拡径用ポンチをさらに圧入して筒状体を拡径させるようにしている。
【００１６】
また、この発明に係る拡径装置においては、回転軸を有する固定型と、上記回転軸と同軸上に配置された回転自在の拡径用ポンチを有する可動型とから成り、上記回転軸の拡径用ポンチと対向する先端面に加熱状態の筒状体が挿入される偏心孔を設け、その偏心孔の内周と回転軸の軸心までの最小寸法を拡径後の筒状製品の外径面の半径と同寸法とし、この偏心孔の底に前記ポンチが挿入可能なポンチ挿入孔を設け、上記ポンチには先端側からテーパ軸部と、筒状製品の内径と同径のストレート軸部とを形成し、前記偏心孔にセットされた加熱状態の筒状体内にポンチを圧入して筒状体を偏心孔の内周一部および底との接触により回転軸の軸心を中心に回転させつつ拡径させるようにしている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１乃至図６に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、この発明に係る拡径装置を採用した軸受素形材の製造方法によって成形される成形品を段階に示すフロー図である。図１（Ｉ）に示される柱状素材Ａ₀ は、高炭素クロム軸受鋼、肌焼鋼、機械構造用鋼等の硬い材料を素材としている。この柱状素材Ａ₀は、第１工程において軸方向への据込みが熱間により行われる。その据込みによって、図１（II）に示すように、円弧状外周面１を有する円盤状素材Ａ₁が成形される。
【００１９】
円盤状素材Ａ₁は、第２工程において型鍛造される。図２は型鍛造を行う成形装置１０を示す。成形装置１０は固定型１１と可動型１２とから成る。
【００２０】
固定型１１は固定盤１３を有し、その固定盤１３に固定されたダイホルダ１４によって、固定盤１３側からバッキングプレート１５、ガイド筒１６およびダイ１７が支持されている。
【００２１】
ダイ１７は、段付き孔１８を有する。この段付き孔１８の形成を容易とするため、上記ダイ１７を第１ダイ１７ａと第２ダイ１７ｂとで形成している。
【００２２】
段付き孔１８の大径孔部１８ａと小径孔部１８ｂ間の段１９は小径孔部１８ｂに向けて傾斜するテーパ面とされている。小径孔部１８ｂにはノックアウト用のスリーブ２０の先端部が挿入されている。
【００２３】
スリーブ２０は、その後端部に設けられたフランジ２１がガイド筒１６の内周に沿ってスライド自在に支持され、その後端面に当接するノックアウトピン２２の押圧によって軸方向に移動される。スリーブ２０は、前記バッキングプレート１５の表面に後端が当接する後退位置において、先端がテーパ面から成る段１９より少し後退した位置に臨んでいる。
【００２４】
スリーブ２０の内側にはポンチ２３が設けられている。ポンチ２３は窪み成形用の突部２４を先端に有し、その突部２４は後退停止位置に保持されたスリーブ２０の先端より前方に突出して小径孔部１８ｂ内に臨んでいる。
【００２５】
可動型１２はダイ１７の軸心上に配置されたポンチ２５を有する。ポンチ２５には、先端側から第１突部２６と、その第１突部２６より大径の第２突部２７とが設けられ、各突出部２６、２７の外周には抜き勾配が付けられている。また、第２突部２７の付根における肩２８はダイ１７の肩１９と同方向に傾斜するテーパ面とされている。
【００２６】
図１（II）に示す円盤状素材Ａ₁は、図２（Ｉ）に示すように、ダイ１７の表面側にセットされ、可動型１２の固定型１１に向けての移動により熱間成形される。
【００２７】
図２（II）はその成形状態を示し、円盤状素材Ａ₁はダイ１７の段付き孔１８によって外径が成形されると共に、固定型１１におけるポンチ２３の突部２４および可動型１２におけるポンチ２５の第１突部２６と第２突部２７によって内径が成形され、段付きの円筒状成形品Ａ₂が形成される。
【００２８】
円筒状成形品Ａ₂は、可動型１２の後退後、スリーブ２０の軸方向の移動によって固定型１１のダイ１７から取り出される。
【００２９】
図１（III ）は、成形装置１０から取り出された円筒状成形品Ａ₂を示す。この円筒状成形品Ａ₂は、外筒部Ｒ₁と、その外筒部Ｒ₁に対して軸方向に位置がずれ、端部が外筒部Ｒ₁の端面から外方に突出する内筒部Ｒ₂とを有し、上記外筒部Ｒ₁の両端には同方向に傾斜するテーパ面２ａ、２ｂが設けられている。また、外筒部Ｒ₁には軸方向の全体にわたって同一径の円筒状外径面３ａと、ポンチ２５の抜き勾配に相当するテーパ状内径面３ｂとが設けられている。
【００３０】
一方、内筒部Ｒ₂の外径は外筒部Ｒ₁の小径側内端の内径と略同径とされ、内部には底４が設けられている。
【００３１】
上記円筒状成形品Ａ₂は、次に図３に示す分離・打抜き装置３０にセットされ、その分離・打抜き装置３０によって外筒部Ｒ₁と内筒部Ｒ₂の分離と内筒部Ｒ₂の底４の打抜きとが熱間において同時に行われる。
【００３２】
分離・打抜き装置３０は、固定型３１と可動型３２とから成る。固定型３１は固定盤３３を有し、その固定盤３３に固定されたダイホルダ３４によって、固定盤３３側からガイド筒３５と、ダイ３６とが支持されている。
【００３３】
ダイ３６はセット孔３７を有し、そのセット孔３７の内径は円筒状成形品Ａ₂の外筒部Ｒ₁がほぼぴったりと嵌り込む大きさとされている。
【００３４】
ガイド筒３５の内側にはノックアウト用のスリーブ３８が軸方向にスライド自在に挿入されている。このスリーブ３８はその後端面に当接したノックアウトピン３９の押圧によって軸方向に移動され、ダイ３６のセット孔３７内に残される外筒部Ｒ₁をダイ３６から押し出すようになっている。
【００３５】
スリーブ３８内に挿入された分離用固定ポンチ４０は前記ガイド筒３５により軸方向に非可動に支持されて先端面がダイ３６の表面と略同一位置に保持されている。分離用固定ポンチ４０の先端部の外径は円筒状成形品Ａ₂の外筒部Ｒ₁内にほぼぴったりと嵌り合う大きさとされている。また、分離用固定ポンチ４０の内径は、円筒状成形品Ａ₂の内筒部Ｒ₂の内径より大きくされており、内筒部Ｒ₂から打抜かれる底４を固定盤３３に形成されたスクラップ排出孔４１に誘導可能とされている。
【００３６】
可動型３２は、筒状のポンチホルダ４２を有し、そのポンチホルダ４２内に筒状の分離用可動ポンチ４３の後端部が挿入されている。分離用可動ポンチ４３は後端部にフランジ４４を有し、そのフランジ４４はポンチホルダ４２の先端部に設けられたフランジ４５と、そのポンチホルダ４２内に組込まれたガイド筒４６の先端によって軸方向に移動するのが防止されている。
【００３７】
分離用可動ポンチ４３は、固定型３１における分離用固定ポンチ４０と同心状に保持されている。この分離用可動ポンチ４３の外径は固定型３１におけるダイ３６のセット孔３７の内径より小径とされている。また、分離用可動ポンチ４３の内径は、固定型３１における分離用固定ポンチ４０の先端部の外径と略同径とされ、可動型３２の前進時に先端が分離用固定ポンチ４０の先端部外側に嵌合するようになっている。
【００３８】
ガイド筒４６の内側にはノックアウト用のスリーブ４７の後端部が挿入されており、そのスリーブ４７の先端部は分離用可動ポンチ４３内にスライド自在に挿入されている。スリーブ４７は後端に当接するノックアウトピン４８の押圧により前進して分離用可動ポンチ４３内に残される内筒部Ｒ₂を、その分離用可動ポンチ４３の先端部に押し出すようになっている。
【００３９】
スリーブ４７の内側には底打抜き用の打抜きポンチ４９が設けられている。打抜きポンチ４９は軸方向に非可動の支持とされ、先端は分離用可動ポンチ４３の先端と略同一位置に保持されている。打抜きポンチ４９の先端部の外径は円筒状成形品Ａ₂の内筒部Ｒ₂の内径と略同径とされている。この打抜きポンチ４９の外周にはスリーブ４７の後退動を制限する段５０が形成されている。
【００４０】
円筒状成形品Ａ₂は、ダイ３６のセット孔３７と分離用固定ポンチ４０の先端部間に外筒部Ｒ₁の端部が嵌合するようセットされる。
【００４１】
円筒状成形品Ａ₂のセット後に可動型３２を固定型３１に向けて移動させると、可動型３２における分離用可動ポンチ４３が外筒部Ｒ₁の端面２ｂを軸方向に押圧し、その分離用可動ポンチ４３と分離用固定ポンチ４０によって外筒部Ｒ₁は、図３（II）に示すように、内筒部Ｒ₂から切り離されてダイ３６のセット孔３７内に押し込まれる。
【００４２】
また、外筒部Ｒ₁と内筒部Ｒ₂の分離が行われる少し前の段階で内筒部Ｒ₂の底４は打抜きポンチ４９によって打抜かれて分離用固定ポンチ４０内に押し出される。分離用固定ポンチ４０内に押し出された底４は、その分離用固定ポンチ４０内に順次押し出される底４により押されてスクラップ排出孔４１から落下排出される。
【００４３】
一方、分離された内筒部Ｒ₂は可動型３２の後退により下方に取り出され、軸受内輪用素形材として使用される。また、ダイ３６のセット孔３７内に残る筒状体としての外筒部Ｒ₁は、スリーブ３８の前進動によりダイ３６から取り出される。
【００４４】
図１（IV）は、分離・打抜き装置３０から取り出された外筒部Ｒ₁、内筒部Ｒ₂および底４を示す。外筒部Ｒ₁は次に図４に示す拡径装置６０により、熱間において拡径される。
【００４５】
拡径装置６０は、固定型６１と可動型６２とから成り、両型６１、６２間にはストリッパプレート６３が定位置に配置され、そのストリッパプレート６３に筒状のストリッパ６４が取付けられている。
【００４６】
固定型６１はハウジングホルダ６５を有し、そのハウジングホルダ６５に非回転に支持された軸受ハウジング６６は軸方向に分割されている。
【００４７】
軸受ハウジング６６には複数の軸受６７が取付けられ、その軸受６７によって回転自在に支持された回転軸６８は図示省略した駆動装置によって一方向に回転される。
【００４８】
回転軸６８の先端面には、その回転軸６８の軸心に対する偏心位置に中心をもつ偏心孔６９が形成され、その偏心孔６９の内周と回転軸６８の軸心までの最小寸法Ｌは、製品となる外輪素形材の外径面の半径と同径とされている。
【００４９】
偏心孔６９の底７０にはポンチ挿入孔７１が形成され、そのポンチ挿入孔７１は回転軸６８の軸心上に配置されている。
【００５０】
可動型６２は、ホルダプレート７２を有し、そのホルダプレート７２に筒状のポンチホルダ７３が取付けられている。ポンチホルダ７３内には複数の軸受７４が取付けられ、その軸受７４によって拡径用ポンチ７５の後端部が回転自在に支持されている。
【００５１】
拡径用ポンチ７５は前記回転軸６８と同軸上に配置され、前記ストリッパ６４内に沿って移動し得るようになっている。また、拡径用ポンチ７５には先端からテーパ軸部７６とストレート軸部７７とが形成され、そのストレート軸部７７の外径は、製品となる外輪素形材の内径と同径とされている。
【００５２】
筒状体としての外筒部Ｒ₁は、加熱状態において図４（Ｉ）に示すように、偏心孔６９内にセットされ、底７０により支持されている。そのセット状態において、可動型６２を固定型６１に向けて移動させると、拡径用ポンチ７５のテーパ軸部７６が外筒部Ｒ₁内に侵入し、そのテーパ軸部７６によって外筒部Ｒ₁は偏心孔６９の内周一部および底７０に押し付けられる。
【００５３】
このとき、回転軸６８は回転状態にあるため、外筒部Ｒ₁は偏心孔６９の内周一部および底７０との接触により回転軸６８の軸心を中心に回転すると共に拡径用ポンチ７５も回転する。その回転状態の外筒部Ｒ₁内にテーパ軸部７６が圧入されると共に、そのテーパ軸部７６に続くストレート軸部７７が圧入され、外筒部Ｒ₁は拡径されて、図４（III)に示すように、外輪素形材Ｒ₃が形成される。
【００５４】
外輪素形材Ｒ₃は、可動型６２の後退時に拡径用ポンチ７５と共に後退し、拡径用ポンチ７５がストリッパ６４から抜け出る位置まで後退すると、そのストリッパ６４に対する当接によって拡径用ポンチ７５から排出される。図１（Ｖ）は排出された外輪素形材Ｒ₃を示す。
【００５５】
上記のように、外筒部Ｒ₁を回転軸６８の軸心を中心に回転させた状態で拡径用ポンチ７５を圧入して熱間により拡径することにより、外筒部Ｒ₁をきわめて効果的に無理なく拡径することができ、外筒部Ｒ₁に割れを生じさせることがなく、良好な外輪素形材Ｒ₃を能率良く生産することができる。
【００５６】
ここで、外筒部Ｒ₂を拡径用ポンチ７５の圧入によって拡径させるとき、外筒部Ｒ₁の内径部は拡径用ポンチ７５との接触によって軸方向にずれが生じ易く、上記外筒部Ｒ₂の端面が平坦であると、拡径された外輪素形材Ｒ₃の端面はテーパ面に形成されるおそれがある。
【００５７】
しかし、外筒部Ｒ₁の両端面２ａ、２ｂは、図２に示す成形装置１０によって予め逆方向のテーパ面とされているため、このテーパ面は外筒部Ｒ₁の拡径時に平坦面とされる。このため、両端面の平行度の優れた外輪素形材Ｒ₃を形成することができる。
【００５８】
実施の形態では、説明の都合上、成形装置１０、分離・打抜き装置３０および拡径装置６０のそれぞれを独立した状態で説明したが、これらの各装置１０、３０、６０の固定型１１、３１、６１は多段送り型鍛造機の固定ブロックによって支持されていると共に、可動型１２、３２、６２は共通のプレススライドに支持されて同時に移動されるようになっており、熱間により据込まれた円盤状素材Ａ₁は、成形装置１０、分離・打抜き装置３０および拡径装置６０のそれぞれに順送りされて成形、分離・打抜きおよび拡径の処理が熱間により連続して行われる。また、成形装置１０から分離・打抜き装置３０に成形品Ａ₂が送られるとき、その成形品Ａ₂は反転される。
【００５９】
このように、円盤状素材Ａ₁を成形装置１０により外筒部Ｒ₁と内筒部Ｒ₂を有する段付きの円筒状素材Ａ₁を成形し、この円筒状素材Ａ₁を分離・打抜き装置３０によって外筒部Ｒ₁と内筒部Ｒ₂を分離すると同時に底４を抜き、分離後の外筒部Ｒ₁を拡径装置６０により拡径するようにしたので、内輪素形材Ｒ₂および外輪素形材Ｒ₃をきわめて能率よく製造することができると共に、従来の技術の項で述べた冷間ローリング加工を行うロールフォーマを不要とすることができ、コスト的にきわめて有利である。
【００６０】
また、外輪素形材の製造において、従来のローリング成形のような溝付き成形はできないが、溝成形加工量は比較的少ないので、後の切削工程で容易に加工でき、トータルとして外輪の生産性を高めることができる。
【００６１】
図２に示す成形装置１０において、ダイ１７に形成された段付き孔１８の小径孔部１８ｂの内径面およびポンチ２５に形成された第２突部２７の外径面をそれぞれ同方向に傾斜するテーパ面とすることにより、図５（Ｉ）に示すように、外筒部Ｒ₁の内径面５ａおよび内筒部Ｒ₂の外径面５ｂがそれぞれテーパ面とされた段付きの円筒状成形品Ａ₃が得られる。この円筒状成形品Ａ₃を図３に示す分離・打抜き装置３０によって図５（Ｉ）の鎖線で示す位置から分離し、同時に内筒部Ｒ₂の底４を打抜くことにより、図５（II）に示すように、テーパ状内径面５ａを有する外筒部Ｒ₁およびテーパ状外径面５ｂを有する内筒部Ｒ₂を得ることができ、内筒部Ｒ₂は図６に示す円錐ころ軸受６の内輪６ｂの素形材として使用することができる。
【００６２】
また、外筒部Ｒ₁を拡径することにより、その外筒部Ｒ₁を円錐ころ軸受６の外輪６ａの素形材として使用することができる。
【００６３】
ここで、外筒部Ｒ₁の拡径に際しては、図４に示す拡径装置６０の移動型６２におけるポンチ７５の先端部に外輪素形材のテーパ状内径面５ａに対応するテーパ軸部を設け、そのテーパ軸部を外筒部Ｒ₁内に圧入して外筒分Ｒ₁を拡径する。
【００６４】
実施の形態においては、外輪素形材Ｒ₃を形成する外筒部Ｒ₁の拡径を例にとって説明したが、拡径しようとする筒状体はこれに限定されるものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、加熱された筒状体を偏心回転させ、その回転状態の筒状体内に拡径用ポンチを圧入して筒状体を拡径させるようにしたので、筒状体を割れを生じさせることなく能率よく拡径することができ、軸受素形材を形成する多段送り型鍛造機への組付けにおいて、軸受素形材の生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ｉ）乃至（Ｖ）は、この発明に係る拡径装置を採用した軸受素形材の製造方法により成形される成形品を段階的に示すフロー図
【図２】（Ｉ）は成形装置の断面図、（II）は成形状態を示す断面図
【図３】（Ｉ）は分離・打抜き装置の断面図、（II）は成形状態を示す断面図
【図４】（Ｉ）は拡径装置の断面図、（II）は（Ｉ）のIV−IV線に沿った断面図、（III ）は成形状態を示す断面図
【図５】（Ｉ）は同上の段付き円筒状成形品の他の例を示す断面図、（II）はその円筒状成形品の分離状態を示す断面図
【図６】円すいころ軸受の断面図
【図７】従来の軸受素形材の製造方法によって成形される成形品を段階的に示すフロー図
【図８】ロールフォーマを示す平面図
【図９】玉軸受の断面図
【符号の説明】
６１固定型
６２可動型
６８回転軸
６９偏心孔
７０底
７１ポンチ挿入孔
７５拡径用ポンチ
７６テーパ軸部

Claims

回転軸の先端面に形成された偏心孔内に加熱された筒状体を挿入し、上記回転軸と同軸上に配置され、軸心を中心に回転自在に支持された拡径用ポンチを一方向に回転する上記回転軸に向けて移動し、その拡径用ポンチの先端部に形成されたテーパ軸部を筒状体の内側に挿入して偏心孔の内周一部および底に筒状体を接触させ、その接触により筒状体を回転軸の軸心を中心に回転させた状態で上記拡径用ポンチをさらに圧入して筒状体を拡径させる筒状体の拡径方法。
回転軸を有する固定型と、上記回転軸と同軸上に配置された回転自在の拡径用ポンチを有する可動型とから成り、上記回転軸の拡径用ポンチと対向する先端面に加熱状態の筒状体が挿入される偏心孔を設け、その偏心孔の内周と回転軸の軸心までの最小寸法を拡径後の筒状製品の外径面の半径と同寸法とし、この偏心孔の底に前記ポンチが挿入可能なポンチ挿入孔を設け、上記ポンチには先端側からテーパ軸部と、筒状製品の内径と同径のストレート軸部とを形成し、前記偏心孔にセットされた加熱状態の筒状体内にポンチを圧入して筒状体を偏心孔の内周一部および底との接触により回転軸の軸心を中心に回転させつつ拡径させることを特徴とする筒状体の拡径装置。