JP5328198B2 - Ring rolling method for ring-shaped products with complex surface profile in the axial direction - Google Patents
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Description
この発明は、軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品、例えばテーパーベアリング内輪ケース、のリングローリング成形による製造方法に関する The present invention relates to a manufacturing method by ring rolling molding of a ring-shaped product having a complicated axial cross-sectional surface shape, for example, a tapered bearing inner ring case.
軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品をリングローリング方法により製造する場合、その複雑な形状の径の異なる部位ごとに、リングローリングの際に、周速差が生じる。このために、リングローリング中の製品素材の表面と成形ロールとの間や控ロールとの間にスリップする箇所が生じ、その結果、リング状製品の表面にムシレ疵などの疵が発生する場合がある。 When a ring-shaped product having a complicated surface shape in the axial direction cross section is manufactured by the ring rolling method, a peripheral speed difference is generated in the ring rolling for each portion of the complicated shape having a different diameter. For this reason, there are places where slipping occurs between the surface of the product material during ring rolling and the forming roll or between the holding rolls, and as a result, wrinkles such as mussels are generated on the surface of the ring-shaped product. is there.
上記の様なムシレ疵がリング状製品に生じると、このムシレ疵の部分を旋削によって径で例えば2.5mmを削っても、黒皮が残る状態であった。そこで、このムシレ疵の発生する原因について究明すると、第1に製品に存在する大きな外径の部分と小さな外径の部分との間に大きな周差があること、第2に製品素材をリングローリング装置によりリングローリング時に、装置の控ロールの周辺からムシレた小片が飛び散ってさらに製品表面に疵をつけること、第3に控ロールがリング状素材に焼き付いた状態でリングローリングを行うと、ムシレ疵が発生することがあった。 When the above-mentioned mussels were produced in a ring-shaped product, even if the mussels were turned to have a diameter of, for example, 2.5 mm, a black skin remained. Therefore, the cause of the occurrence of mussels is investigated. First, there is a large circumferential difference between the large outer diameter portion and the small outer diameter portion existing in the product, and second, the product material is ring-rolled. When ring rolling is carried out by the device, small pieces scattered from the periphery of the holding roll of the device are scattered and the surface of the product is further wrinkled. May occur.
これらのことから、ムシレ疵の発生の原因を推定すると、製品形状に大外径の部分と小外径の部分があることによる外形差により、上記の周速差が製品の大外径の部分と小外径の部分に生じる。例えば、製品寸法で大外径がφ164.7mmで、小外径がφ129.1mmである場合、大外径側は小外径に対して約27%周速が速い。これに対して大径ロールと小径ロールの一体型からなる保持ロールである控ロールの場合は、大径ロールの部分と小径ロールの部分の間に約60〜70%という大きな周速差があり、これはリング状製品の周速差の分布と正反対に分布している。これらの理由で、リング状製品の周速と控ロールの周速とが極端に整合しない箇所に、例えば製品の大鍔外径の部分に、ムシレ疵が発生すると推定される。 Based on these facts, the cause of the occurrence of mussel flaws is estimated. Due to the difference in outer shape due to the large outer diameter portion and the small outer diameter portion in the product shape, the above peripheral speed difference is the large outer diameter portion of the product. And occurs in small outer diameter parts. For example, when the product size has a large outer diameter of φ164.7 mm and a small outer diameter of φ129.1 mm, the peripheral speed on the large outer diameter side is about 27% faster than the small outer diameter. On the other hand, in the case of the holding roll which is a holding roll formed by integrating the large diameter roll and the small diameter roll, there is a large peripheral speed difference of about 60 to 70% between the large diameter roll portion and the small diameter roll portion. This is distributed in the opposite direction to the distribution of the peripheral speed difference of the ring-shaped product. For these reasons, it is presumed that mussels are generated at locations where the peripheral speed of the ring-shaped product and the peripheral speed of the holding roll do not extremely match, for example, at the outer diameter of the product.
従来のリングローリングにおいて、段部のある製品の製造で製品の皺や表層の巻き込みによる疵の防止方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このものは製品素材の段部に圧縮応力が生じて段部の表面に皺や巻き込みにより生じる疵を防止する方法である。 In conventional ring rolling, there has been proposed a method for preventing wrinkles due to product wrinkles and surface entrainment in the manufacture of products with stepped portions (for example, see Patent Document 1). This is a method of preventing wrinkles generated by compressive stress in the stepped portion of the product material and wrinkles or entrainment on the surface of the stepped portion.
さらに、エッジャーにより製品リングの高さ方向の圧下が行われるリングローリングにおいて、リング状被圧延材にへこみなどの形状不良の発生を低減する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この方法はマンドレルの周面の複数箇所に潤滑油を放出して面圧負荷に対し、摩擦係数を減少させて材料の変形をスムーズにしてへこみによる疵発生を防止する方法である。 Furthermore, in ring rolling in which the product ring is reduced in the height direction by an edger, a method for reducing the occurrence of shape defects such as dents in the ring-shaped rolled material has been proposed (see, for example, Patent Document 2). . This method is a method in which lubricating oil is discharged to a plurality of locations on the peripheral surface of the mandrel to reduce the coefficient of friction against the surface pressure load, thereby smoothly deforming the material and preventing wrinkles due to dents.
さらに、軸方向断面形状が軸方向非対称なリング状ワークを、その円筒度を保ちながら所定の寸法形状に圧延成形するローリング方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。この方法は加工前における初期肉厚寸法を、拡大率が軸方向に均一になるように設定して成形品の円筒度を確保して所定寸法に成形する方法である。しかし、上記の従来方法はいずれも成形ロールは一体型のものを用いる方法によるものであった。 Furthermore, a rolling method has been proposed in which a ring-shaped workpiece having an axially asymmetric axial cross-section is rolled and formed into a predetermined dimensional shape while maintaining its cylindrical degree (see, for example, Patent Document 3). This method is a method in which the initial thickness dimension before processing is set so that the enlargement ratio is uniform in the axial direction, and the cylindrical degree of the molded product is ensured to be molded into a predetermined dimension. However, all of the above conventional methods are based on a method in which the forming roll is an integral type.
本発明が解決しようとする課題は、軸方向の断面形状が複雑なリング状製品をリングローリングにより成形する場合に、リング状製品の形状により部位ごとの製品表面に周速差が生じるため、リングローリング中の製品表面と成形ロールや控ロールとの間にスリップが生じて製品表面にキズが発生する。そこで、本発明では、軸方向の断面形状が複雑な部位と単純な部位を有するリング状製品をリングローリング成形する方法において、その形状による部位ごとの回転時の周速差を解消して製品の表面にスリップにより生ずるムシレ疵の発生を解消する方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that when a ring-shaped product having a complicated cross-sectional shape in the axial direction is formed by ring rolling, a peripheral speed difference occurs on the product surface for each part due to the shape of the ring-shaped product. Slip is generated between the product surface during rolling and the forming roll or holding roll, and the product surface is scratched. Therefore, in the present invention, in a method of ring rolling molding a ring-shaped product having a complicated cross-sectional shape in the axial direction and a simple part, the peripheral speed difference at the time of rotation for each part due to the shape is eliminated, and the product It is an object of the present invention to provide a method for eliminating the generation of mussels caused by slip on the surface.
ところで、リングローリング用の控ロールすなわちリング状製品の外径を保持する控ロールは、控ロールの外径が軸方向断面に複雑形状部と単純形状部からなっている場合であっても、これらの形状部は一体型の控ロールから形成されていた。しかし、本発明の手段では、このリング状製品の外径を保持する控ロールの軸方向断面で複雑形状部からなる大径部分と単純形状部からなる小径部分を分割して、分割した2本の控ロールとし、大径部分の控ロールの周速と小径部分の控ロールの周速との間のずれを解消して、リング状素材との間にスリップをなくすことにより、リングローリングによるリング状製品にムシレ疵の発生をなくす方法である。 By the way, the retaining roll for ring rolling, that is, the retaining roll for holding the outer diameter of the ring-shaped product, is used even when the outer diameter of the retaining roll is composed of a complicated shape portion and a simple shape portion in the axial section. The shape part of was formed from an integral holding roll. However, the means of the present invention divides the large-diameter portion made of a complex shape portion and the small-diameter portion made of a simple shape portion into two divided pieces in the axial section of the holding roll that holds the outer diameter of the ring-shaped product. A ring by ring rolling by eliminating the slip between the circumferential speed of the retaining roll of the large diameter part and the circumferential speed of the retaining roll of the small diameter part and eliminating the slip between the ring-shaped material. This is a method to eliminate the occurrence of mussels in the product.
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項1の発明では、成形ロールとマンドレル間にリング状素材を挟持し、マンドレルを挿通したリング状素材に対向して成形ロールと控ロールを対称に配置し、成形ロールと控ロールによりリング状素材の外周面を保持してリングローリングによりリング状製品を製造する製造方法において、リング状素材の軸方向断面の表面を小径部から順次異なる拡径部となる円筒表面形状で周速度が軸方向で異なる複数の曲線で形成の複雑形状部と単一直線で形成の単純形状部からなる形成面とし、さらに控ロールの軸方向断面の表面を小径部から順次異なる拡径部となる円筒表面形状で周速度が軸方向で異なる複数の曲線で形成の複雑形状部と円筒表面の周速度が軸方向で一定である同径の円筒表面の単一直線で形成の単純形状部からなる表面とし、かつ、これらの控ロールを複雑形状部と単純形状部の境界で分割して控ロールの複雑形状部と控ロールの単純形状部を別体からなるものとし、リング状素材の複雑形状部の形成面の周速に控ロールの複雑形状部の表面の周速を合致させて転動させ、かつ、リング状素材の単純形状部の形成面の周速に控ロールの単純形状部の表面の周速を合致させて転動させることを特徴とする軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品のムシレ疵の発生をなくしたリングローリング方法である。
The means of the present invention for solving the above-mentioned problems is that, in the invention of
本発明は、上記の手段の方法としたことで、リングローリングにより成形された軸方向断面の表面形状が複雑なリング状製品におけるムシレ疵が解消され、このムシレ疵による製品の不良が低減されたニアネット製品が得られ、リング状製品の仕上げ旋削によるムシレ疵の取代分が削減でき、その結果、生産効率が向上するなど、本発明は従来にない優れた効果を奏する方法である。 By adopting the method of the above-mentioned means, the present invention eliminates the mess in the ring-shaped product having a complicated surface shape in the axial section formed by ring rolling, and the defects of the product due to the mussels are reduced. The present invention is a method that has an unprecedented effect, such as obtaining near-net products and reducing the stock removal by finishing turning of ring-shaped products, resulting in improved production efficiency.
先ず、従来のリングローリング装置の断面図を図2により説明する。このリングローリング装置は、図2の断面図に示すように、縦型リングローリング装置1である。この成形に関わる金型は、主ロールである成形ロール2と、中ロールのマンドレル5と、控ロール6である。図3に示すように、水平方向から20°あるいは30°傾いた主軸4が2本あり、これらは主軸箱3に一定の角速度で回転する状態で配設されている。この主軸4の1本に成形ロール2が1枚取り付けられて固定されて主軸4の回転とともに回転する。2枚からなる1組の傾いた成形ロール2はそれらのロール外周部の一箇所で互いに当接して当接部2cとなっている。これらの2枚の成形ロール2から形状化された当接部2cの断面形状2dでリング状素材8を形状化してリング状製品9の断面形状9aを形成するように設計されており、この当接部2cの断面形状2dでリング状素材8の外径および幅面を拘束する。中ロールであるマンドレル5は図3に示すロールブロック7に取り付けられており、ロールブロック7自体が油圧で上昇し、マンドレル5と成形ロール2の間でリング状素材8を圧下してリング状製品9に成形する。このマンドレル5はローリング時にリング状素材8との摩擦により回転する被駆動式である。控ロール6はローリング中のリング状素材8の外周面8aを保持しつつ、成形されたリング状製品9の真円度を成形末期において確保する。この控ロール6は、図2に見られるように、リング状素材8の外径にあわせて3〜5個が配設されている。
First, a cross-sectional view of a conventional ring rolling apparatus will be described with reference to FIG. This ring rolling device is a vertical
この縦型リングローリング装置1の特徴の一つは、主ロールである成形ロール2の主軸4が水平方向に角度を有して傾いていることである。この例として、成形ロール2の主軸4が水平方向のX軸から20°傾斜している場合を図3により説明する。この場合、成形ロール2の描く軌道は垂直方向のY軸から20°傾斜した円軌道となる。この状態でリング状素材8をリングローリングすると、リング状素材8の水平方向かつ軸方向に直角なZ軸方向の圧延力と、垂直方向であるY軸方向の圧下力に加えて、リング状素材8の軸方向であるX軸方向の圧下力がローリング部位に発生し、常にリング状素材8の幅方向への圧下力がリング状素材8に掛かりながら圧下される。この幅方向からの圧下力が発生する理由は、成形ロール2の主軸4が水平から傾斜しているからである。したがって、もし成形ロール2の主軸4が水平である場合には、リング状素材8の幅方向への圧下力は発生しない。この縦型リングローリング装置1では、リング状素材8への幅方向の圧下力が連続的に存在することにより、当接する2枚の成形ロール2、2間のリング状素材8をX軸方向に変形する変形能が向上する。したがって、より複雑な断面形状を有するリング状製品9の製造が可能である。
One of the features of the vertical ring
ここで、縦型リングローリング装置1による従来のリングローリング方法について説明する。先ず、図3の部分拡大図である図4では、軸方向断面の表面形状が複雑形状部に形成されるリング状素材8の外周面に、複雑形状部を成形する成形ロール2aと単純形状部を成形する成形ロール2bの2本のロールがそれぞれ回転軸である主軸4を傾斜して対称に配置されてリング状素材8に当接されている。さらにリング状素材8のリング内には、リング状素材8の内周面にマンドレル5が当接して配置され、複雑形状部を成形する成形ロール2aおよび単純形状部を成形する成形ロール2bにより加圧されたリング状素材8をマンドレル5により内周面からサポートしている。さらにリング状素材8の外周面に当接の複雑形状部を成形する成形ロール2aおよび単純形状部を成形する成形ロール2bのマンドレル5を対称にして反対側に位置するリング状素材8の外周面に軸孔6cで回転自在に軸支された1個の控ロール6が当接されてリング状素材8を保持している。すなわち、リング状素材8の複雑な表面形状部を反転した形状の複雑な表面形状部を有する控ロール6の部分とリング状素材8の簡単な表面形状部に反転した形状の簡単な表面形状部を有する控ロール6の部分とからなる一体型の控ロール6が配設されている。この場合、リング状素材8が複雑形状部を成形する成形ロール2aおよび単純形状部を成形する成形ロール2bの2個のロールと、マンドレル5との間で加圧されて拡径されたリング状素材8の外周面を、複雑形状部と単純形状部からなる一体型の控ロール6の複数個で保持しながら従動して回転している。
Here, a conventional ring rolling method by the vertical
次いで、この縦型リングローリング装置1により成形する軸方向断面の表面形状が複雑な形状部と単純形状部を有するリング状製品9を形成する方法について、例えばベアリングの内輪レースを用いて説明する。このテーパーベアリングの内輪レースでは、図4に示すように、その軸方向の外周面は複雑な形状部と単純形状部からなっている。したがって、これらの内輪レースの外周面と当接する控ロール6の軸方向の外周面である表面形状も、複雑形状部6aの部分と単純形状部6bの部分とからなるものである。ところで、これらの控ロール6の複雑形状部6aの表面部分と単純形状部6bの表面部分は、それぞれがリング状製品9の外表面と接して従動して回転しており、しかも、それぞれの部分の回転半径に差異があるので、すなわち、控ロール6の複雑形状部6aの回転半径は単純形状部6bの回転半径に比して大径であるので、このために、控ロール6が回転するとき、控ロール6の複雑形状部6aの周速度と控ロール6の単純形状部6bの周速度の間にずれが生じる。そのために複雑形状部6aと単純形状部6bを有する控ロール6を一体からなるものを用いてリングローリングすると、リング状製品9の複雑形状部と単純形状部の間に回転速度の差異に基づくねじれ力がリング状製品9の表面に作用してムシレ疵を発生することとなる。
Next, a method for forming a ring-shaped product 9 having a shape portion having a complicated surface shape in the axial direction and a simple shape portion formed by the vertical
そこで、本発明では、リング状製品9の表面にムシレ疵の発生を無くすために、控ロール6を、図1の(a)に示す従来の一体型の軸孔6cで軸支された控ロール6から、図1の(b)に示すように複雑形状部6aと、単純形状部6bに分割し、2体からなる控ロール6とするものである。このように複雑形状部6aと単純形状部6bの別体である2体からなる控ロール6とすることで、控ロール6の複雑形状部6aの表面の回転による周速度と、控ロール6の単純形状部6bの表面の回転による周速度を相違するものとすることができる。このことによりリング状製品9の複雑形状部と単純形状部との間のねじれ力の発生が弱められる結果、ムシレ疵の無いリング状製品9がリングローリングにより成形できる。
Therefore, in the present invention, in order to eliminate the occurrence of creaking on the surface of the ring-shaped product 9, the retaining
1 縦型ローリング装置
2 成形ロール
2a 複雑形状部を成形する成形ロール
2b 単純形状部を成形する成形ロール
2c 当接部
2d 断面形状
3 主軸箱
4 主軸
5 マンドレル
6 控ロール
6a 複雑形状部
6b 単純形状部
6c 軸孔
7 ロールブロック
8 リング状素材
8a 外周面
9 リング状製品
9a 断面形状
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