JP3834675B2 - 環状部材を形成するための冷間圧延方法と装置 - Google Patents

Description

この発明は、環状部材、限定しないが特にベアリングのアウターレースを形成するための冷間圧延方法と装置とに関する。さらに詳しくは、この発明は、ローラーベアリング又は角接触ボールベアリング用の非対称レースを形成できるものである。

従来技術と、これに伴う問題をよく理解できように、まず最初に添付の図面の図１に示された従来技術の冷間圧延装置を説明する。

図１を参照すると、“オープンダイ”と言われている当該分野で一般に知られている形式の冷間圧延装置の断面図が図示されている。

符号１０は、環状部材を示し、この部材は、圧延工程により外周側面１１と内周側面１２とが形成されるようになっている。環状部材１０は、放射状に圧縮され、外周側面形成ローラー１３と内周側面形成マンドレル１４との間を回転させられる。これら外周側面形成ローラー１３と内周側面形成マンドレル１４とは、環状部材１０の外周側面１１と内周側面１２それぞれにおいて形成しようとしている輪郭に対応する輪郭を有している。外周側面形成ローラー１３は、駆動回転され、ラジアルスラストＴを作用させて部材１０、マンドレル１４及びリアクションローラー１５を矢印の方向へ回転させる。このような回転と形成ローラー１３及びマンドレル１４との間のラジアルスラストＴとが組み合った作用により、部材１０が所望のように変形するようになる。

前記ワークピースは、そのブランクの形状（実線で示す）から可塑的に変形して最終の形状（仮想線で示す）になる。この圧延工程により、仕上げられたリングの最終の直径は、前記ブランクの直径よりも大きくなる。前記部材１０が所望の最終形状になれば、可動アーム１７を有する調節デバイス１６が圧延工程を停止させる。

図２に示すように、ロール圧延された部材１０は、この例では、シリンドリカルな周縁外側面１１と、ベアリングの回転体（図示せず）の外側走路面（レースウエイ）になるラジアルな内側面１２とを有している。さらに、回転操作は、構造条件によるが、丸くされた半径範囲及び可能な場合には、円形溝になる。

図１に略図で示したこの形式の装置の例は、ＤＥ−３８２４８５６−Ａ１に記載されている。

圧延加工の利点は、知られている。この種の加工処理によって、環状のブランクのマテリアルすべては、最終部材の形にされる。さらに、圧延工程で成形ローラーが作用するリングの表面金属層（複数）を圧縮し、配向する。この効果により、マテリアルを除去することを含む加工処理（例えば、旋盤研磨加工処理）よりも一般的に長く使用できるベアリングレースが得られることになる。

前記した“オープンダイ”タイプの通例の圧延加工処理は、図２に示すような断面で本質的に対称な環状部材を成形するのに適用できるが、例えば、図３に示されているような断面が非対称の環状部材には適用できない。実際にマンドレルの輪郭形状が非対称であると、圧延工程の間、前記マンドレルをアンバランスにし、そして／又は壊してしまう軸方向成分をもつ反動が生じ、ワークピースの表面に許容できないテーパーレシオがついてしまうことが避けられない。

この理由で、非対称の断面をもつレースは、これまで一般的には旋盤で削られていた。

この発明の目的は、冷間圧延技術を特にまた非対称の断面をもつ環状要素の成形に利用し、生産効率を高めるとともに生産価格全体の減額を図ることである。

この発明の他の目的は、寸法精度にすぐれているベアリングレースを製造することにある。

この発明のさらなる目的は、格別に精度よく、強固で、耐久性に富む構造の冷間圧延装置を提供することにある。

この発明により、請求の範囲に定義された装置と冷間圧延方法とによって、これらの、そして他の目的及び利点とが以下によく理解されるように達成される。

単に限定でない実施の態様により添付の図面を参照して、この発明による装置と方法工程の構造的及び機能的特徴を記載する。

図４，５に示す装置のいくつかの部分は、公知のものである。したがって、この発明の実施の目的に特別重要で、重点をおくものについてのみ以下の記述で詳しく述べる。詳細に示されていないパーツ及び要素の構造については、例えば、ＤＥ−３８２４８５６−Ａ１及び日本−０８２８１３６４−Ａのような既知の装置を参照されたい。

図４，５の圧延装置は、ローター２４に着脱自由にロックされている成形マンドレル２１が設けられた全体を２０で示すマンドレルアッセンブリーを備える。ローター２４は、ジャーナルボックス２３内のベアリング２２を介して水平軸Ｘ１に空転可能に取り付けられている。

成形マンドレル２１は、回転面の形をした側面２１ａを有し、この側面のプロファイルは、後記するように、環状部材１０のラジアルな内側面に対応する輪郭をつけるようなものである。成形マンドレル２１は、ラジアルフランジ２１ｂを有し、このフランジの周側縁は、中間アッセンブリー３０のフランジ付きローラー３１のフランジ３１ｂに係合している。中間アッセンブリー３０は、遊びローラー３１を含み、このローラーは、ジャーナルボックス３３内のベアリング３２を介して水平軸Ｘ３まわりを回転するように取り付けられている。

前記アッセンブリー２０，３０のジャーナルボックス２３，３３は、支持プレート４１に装着され、このプレートは、Ｘ１，Ｘ３に対し平行の水平で長くなっている案内４２にそってスライドするようになっており、前記案内は、固定フレーム３８に支持されている。前記プレート４１は、フレーム３８に取り付けたハイドロリックモータ４３の作用で案内４２にそって長さ方向に移動できるようになっている。このモタ４３は、ピニオン４３を回転し、このピニオンは、プレート４１に固着されている長くなっているラック４５とかみ合う。

好ましくは、ジャーナルボックス２３，３３は、それぞれの水平長さ方向軸をまわりを限られた揺動キャパシティをもつようにプレート４１にピボット連結しており、前記軸は、前記軸Ｘ１，Ｘ３の下側にある。図４において、ジャーナルボックス２３の揺動軸Ｘ４のみが図示されている。この構成によって、前記アッッセンブリー２０，３０は、横断垂直面をある限度において動けるようになっており、この理由は、後記する。

３９で示すハイドロリックに作動されるラッチ３９（図４）は、上下動して、長さ方向にスライド可能なプレート４１にある座４０に対し係合し、また、離脱するようになっている。ラッチ３９は、機械式ストッパになって、マンドレルアッセンブリー２０が最も前進した作動一にきたとき（図４で一点鎖線で示す）、該アッセンブリーの軸方向の動きを止めるようになっている。

ダイアッセンブリー５０は、環状の器の形状をしたダイ５１を備え、これは、本質的にシリンドリカルのキャビティ５２を有し、このキャビティは、マンドレルアッセンブリー２０に対面している。ダイ５１は、ローター５４に着脱自由にロックされており、このローターは、ジャーナルボックス５５内でベアリング５６を介して長くなっている軸Ｘ２に空転可能に取り付けられている。

遊びローター５４は、中央に長い孔（ボア）５７を有し、この孔に突き出しアッセンブリー６０のロッド６１が貫通している。このロッド６１の右端部６１ａは、突き出しブロック６３に係合し、このブロックは、ディスク形状の底部プレート６２に取り外しできるように固着され、このプレートは、ダイ５１と一緒に回転する。突き出しアッセンブリー６０によって完成された部材がダイ５１から突き出されるもので、この点についてはさらに詳しく以下に述べる。

ダイ５１は、ラジアルな内側壁５３ａとラジアルな外側壁５３ｂとを有している。内側壁５３ａは、所定のプロファイルをもつ回転面形状になっている。この内側壁５３ａの形状、即ちダイ５１の作用面である該側壁の形状は、環状部材１０において形成すべき最終周側面又は外周面１１の形状に相当するものである。

ダイ５１は、その軸Ｘ２まわりを加圧ローラー７１（図５）により回転駆動され、このローラーは、前記ダイの外側のシリンドリカル面５３ｂに係合する。ローラー７１は、ハイドロリックモータ７２を備える加圧アッセンブリーの一部である。

ダイアッセンブリー５０と加圧ローラー７１は、固定フレーム３８（図４）に支持された横切る方向の案内８０，８１にそってスライド可能に装着されている。案内８０，８１にそってのダイアッセンブリー７０とダイアッセンブリー５０の横方向への動き又はラジアルスラストは、固定フレームに装着されているが、簡略化のために図示されていないハイドロリック・アクチュエータにより起こされる。

図７に９０で示す反作用アッセンブリーは、一対の長いシャフト９１，９２ を備え、これらシャフトは、センタリング支持体９３に回転可能に取り付けられており、該支持体は、長い軸Ｘ６を介して固定フレーム３８にヒンジ止めされている。シャフト９１，９２のそれぞれは、中間ローラー３１の軸Ｘ３がある水平面の上と下とに位置している。このローラーが横へ強制的に左方に向かうようにされると、該ローラーは、それ自身の軸Ｘ５を中心として僅かに揺動し、支持体９３は、軸Ｘ６まわりを同様に揺れ動き、安定した平衡状態になるもので、これは、反作用アッセンブリー９０がダイ５１、環状部材１０、マンドレル２１及び中間ローラー３１を介しての加圧ローラー７１により伝わるラジアルスラストに抵抗するからである。

この発明による装置の作用は、以下のとおりである。

環状ブランク１０に与えたい最終形状により、それぞれ所望の輪郭の作用面２１ａ，５３ａをもつ成形マンドレル２１とダイ５１をマンドレルアッセンブリー２０とダイアッセンブリー５０とに取り付ける。

環状ブランク１０は、マンドレル２１に自動的に取り付けられる。ハイドロリック・モータ４３を作動し、マンドレルアッセンブリー２０と加圧アッセンブリー３０をもつプレート４１を水平の長くなっている案内４２にそって長さ方向に前進させる（図４，５においての左方向）。図４に一点鎖線で示す前進した動作位置に達すると、プレート４１の動きは、近接したセンサ４８によるパルスにより自動的に停止する。プレート４１は、ラッチ３９が上げられて、それがプレート４１の座４０に係合してロックされ、マンドレルアッセンブリー２０と中間アッセンブリー３０の軸方向の位置がロックされるようになる。

モータ７２の作動で加圧ローラー７１が回転され、ハイドロリック・アクチュエータ（図示せず）が加圧プレート７１をダイ５１に抗しながら横方向へ無理に押す。底部プレート６２をもつダイ５１とローター５４は、駆動されて軸Ｘ２まわりを回転する。

前記ダイの摩耗を少なくするために、好ましくは、別のハイドロリック・モータ３７により前記マンドレルを前記ダイ５１の回転方向と同じ回転方向に回転させ、前記マンドレルの作用面２１ａが加工処理の第１の工程の間環状部材１０に対しスライドしないようにする。図示（図５）の例では、ハイドロリック・モータ３７は、中間ローラー３１に作用し、このローラーが接触しているフランジ３１ｂ，２１ｂによりマンドレル２１へ回転運動を伝えるようになっている。

加圧プレート７１により加えられるスラストによって、ワークピース１０は、ダイの内側作用面５３ａとマンドレルの横側面２１ａとの間でラジアル方向に圧縮される。マンドレルの回転軸Ｘ１は、安定位置に保たれ、これは、反作用アッセンブリー９０と中間アッセンブリー３０とにより与えられるコントラストによるからである。環状部材１０は、プログレッシブに変形される。加工処理の間、マンドレル２１と中間ローラー３１とは、回転する加圧ローラー７１により与えられるスラストにより回転する。

前記部材１０の外側又は周側面１１は、マンドレル５１の作用面５３ａの形状を正確に写し出し、前記部材の内側面１２は、マンドレル２１の作用面２１ａの輪郭に相当する輪郭をもつ（図６）。

部材１０が完成すれば、加圧アッセンブリー７０とダイアッセンブリー５０とを横断案内８０，８１にそってスライドさせ、反作用アッセンブリー９０から離す。ラッチ３９を下方へ引き出してプレート４１の座４０から外す。ハイドロリック・モータ４３を作動してプレート４１をマンドレルアッセンブリー２０と中間アッセンブリー３０と共に長さ方向に動かしてダイアッセンブリー５０から離す。近接センサ４９によるパルスがプレート４１の後退を自動的に止める。

ついで突き出しアッセンブリー６０が起動する：ロッド６１，ブロック６３及び底部プレート６２を介して完成されたリング１０がダイ５１から押し出され、下方の受け器５９へ落下する。好ましくは、ダイの内側面５３ａは、コニカル様のもので、マンドレルアッセンブリー２０の方向に傾いていて、前記部材をダイから突き出しやすいようにしてある。

この発明は、回転処理によって代表的に到達きる利点が達成できるばかりか、理解されるべき点は、非対称断面をもつ環状部品の成形にも適用できる点である。実際に、ダイ５１のローズドループ構造及び反作用アッセンブリー９０及び中間アッセンブリー３０とによりマンドレルに与えられる安定性により成形すべき輪郭の非対称によるアンバランスな力が効果的に対立している。結果として、完成された製品は、前記装置の成形部品によって高精度の寸法精度及び耐用年数の増加を得ている。

通例の削り作業処理に比較し、この発明によって、生産コストが約１０％から１５％低下する。さらに、図１に１６で示されている圧延製品の最終寸法をコントロールするコントロール装置が不要になる。

明らかな点は、ダイ５１を横方向に可動の軸まわりを回転可能に取り付け、回転圧延操作の間固定のユニットに成形マンドレルを配置する選択は、好ましものではあるにしても、それは、この発明の実施の目的に必ずしも必須のものではない。特に、前記装置は、ここに記載のものから異なる成形部品類の相対的動きもたらす態様で実施できるものであり、これによって、この発明の範囲から逸脱することなく、以下の請求の範囲で特定されるものである。

“オープンダイ”方式の通例の回転圧延装置の断面略図。 一方が対称、他方が非対称断面をもつ二つの異なるベアリング・アウターレースの一部の軸方向の断面略図。 この発明による冷間圧延装置の垂直断面図。 図４の平面図。 圧延操作の一工程における図４の装置の成形部品の軸方向断面図。 この発明による成形部材、加圧ローラー及び前記装置の反作用ローラーを略図的に示す一部断面の側面図。

Claims (6)

1. 所定の輪郭をもつ外側面（１１）と所定の輪郭をもつ内側面（１２）とをもつ環状のワークピース（１０）を環状のブランクから成形する冷間圧延装置であって、以下の構成を備える前記装置：
   第１の軸（Ｘ１）まわりを回転可能な成形マンドレル（２１）で、このマンドレルは、成形すべき内側面（１２）の輪郭に相当する作用面（２１ａ）を有しているもの、
   第１の軸（Ｘ１）と平行な第２の軸（Ｘ２）まわりを回転可能な成形ダイ（５１）であって、このダイは、成形すべき外側面（１１）に相当する回転面の形態の内側作用面（５３ａ）をもつキャビティ（５２）を有しているもの、
   それぞれの軸（Ｘ１，Ｘ２）まわりをマンドレル（２１）とダイ（５１）とが回転するようにする第１のモータ手段（７０，７２）、
   第１の軸（Ｘ１）と第２の軸（Ｘ２）との間の距離をコントロールしながら変え、マンドレル（２１）とダイ（５１）との作用面（２１ａ，５３ａ）との間のワークピース（１０）をラジアルに圧縮する第２のモータ手段、
   前記装置は、さらに、マンドレル（２１）とダイ（５１）との間の相対軸間距離を変える第３のモータ手段（４３）を備えていることを特徴とし、そして、
   マンドレル（２１）と中間ローラ（３１）とがプレート（４１）上に装着されており、このプレートは、軸方向の案内手段（４２）にそって、第１の軸方向取り着け後退位置と第２の作用軸方向前進位置との間をスライドし、前記第２の位置においては、中間ローラー（３１）がマンドレル（２１）と少なくとも一対の遊びローラー（９１，９２）と反作用アッセンブリー（９０）との間に介在し、一方で前記マンドレルと接触し、他方では、前記反作用アッセンブリーと接触する構成になっている。
2. 反作用アッセンブリー（９０）は、一対の軸反作用ローラー（９１，９２）を備え、これらは、それぞれ中間ローラー（３１）の軸（Ｘ３）が横たわる水平面の上（９１）と下（９２）に配置されている請求項１の装置。
3. 軸反作用ローラー（９１，９２）は、中央位置決め支持体（９３）の軸（Ｘ６）まわりを回転可能に装着され、前記支持体は、固定の支持構造体（３８）にヒンジ止めされ、前記軸は、軸反作用ローラー（９１，９２）のそれらの間の中間の高さに位置している請求項２の装置。
4. マンドレル（２１）と中間ローラー（３１）とは、プレート（４１）に固定のそれぞれのジャーナルボックスに装着され、それぞれの長さ方向軸（Ｘ４，Ｘ５）まわりを揺れ動くようになっている請求項１の装置。
5. 長さ方向にスライドするプレート（４１）の対応する複数の座（４０）に係合すように適していて、プレート（４１）を前記第２の前進又は作用位置にロックするようになっているラッチ手段（３９）を備えている請求項１の装置。
6. マンドレル（２１）は、第４のモータ手段（３７）に作用的に関連していて、該モータ手段は、処理操作の間、マンドレルに与えられる回転方向と同じ方向にマンドレルを回転させるものである請求項１の装置。

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