JP5504222B2 - 冷間成形機用成形セット - Google Patents

Description

本発明は、冷間成形ローラの製造に関し、特に、ローラ品質を改良し、製造コストを低減した冷間成形機用成形セットに関するものである。

減摩ベアリングに用いられるローラは、先ず、冷間成形機で形成するのが一般的である。伝統的には、冷間成形片は、所望の精度形状と仕上げとを達成するために、その後、研削処理によって順次機械加工される。典型的には、研削作業は、幾つかの工程を包含するが、その理由は、冷間成形技術で用いられている伝統的な方法及び工具の制限や特徴の結果として、冷間成形部品は、重要なばり及び／又は余剰材料を有するからである。研削処理は、高価であり、それは、仕上げローラのコストに大きく付加される。

本発明は、仕上がり研削ローラの最終形状に比較的近く、それによって、機械加工コスト及び研削コストを大きく減少し、早すぎるベアリングの失敗を回避する改良された木目構造を有する冷間成形金属ローラ半加工品に関する。この改良された冷間成形部品は、ばりがなく、ローラの端縁の形状に倣って軸線方向に遮られることがない木目構造を有し、それによって仕上がり機械加工された製品の不規則性を回避して部品を緊密に形作る設備エレメントから生ずる。

この方法は、ばりの必要も虞もなく、各ステーションで正確な形状を得ることができる多段成形工程と特異な工具とを含む。この設備は、従来技術に比べて直径が比較的小さい半加工品を相当に大きな直径の部品に加工するように作られている。この技術は、元の半加工品のせん断端面の材料がローラのローリング表面の領域とローラの端面との間に形成された丸み付きコーナーから本質的に除去されるのを確実にする。

ローラ半加工品、即ち、加工材料は、各ステーションで各端部が同時に成形される。加工材料の端部の環状の丸み付きコーナーは、工具キャビティとダイスキャビティとの間の分離面でのばりの発生又は虞がなく、連続する加工ステーションで相応する工具キャビティとダイスキャビティに充填することによって次第に正確に形成される。このばりなしの成形は、加工材料の側部で摩擦作用を少なくする浮動ダイスリングで半加工品の中間部分を拘束し又は形作ることによって達成され、さもなければ、キャビティコーナーに材料が流れるのを禁止して好ましくないばりを促進し又は必要とすることになる。最後のステーションでは、加工材料は、工具とダイスとを確実なストッパーで閉じることによって正確に成形されるので、工具の幾何学的形状は、機械の変化とは別箇に最終部品形状を決定する。

本発明により作られたローラ半加工品の斜視図である。 図１の半加工品を酸エッチングしてローラ半加工品材料の木目模様を示す軸線断面の写真である。 図２と同様であるが、半加工品の典型的な丸み付きコーナーの拡大断面図である。 本発明の方法を行なうようにしたマルチステーション冷間成形機又は鍛造機の型押し領域の幾分概略化した平面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、スライドの前部死点前及び前部死点でのそれぞれ図３の機械の第１ステーションの概略断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、スライドの前部死点前及び前部死点でのそれぞれ図３の機械の第２ステーションの概略断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、スライドの前部死点前及び前部死点でのそれぞれ図３の機械の第３ステーションの概略断面図である。 図１及び図２のローラ半加工品から作られた仕上がりローラの側面図である。

図１は、本発明によって作られた冷間成形ローラ半加工品１０の一例を示す。このローラ半加工品は、樽型であるが、本発明の幾つかの原理は、円筒形又はテーパ付きローラを含む他のローラ形式にも適用することができる。以下に開示された方法と工具で作られるローラ半加工品１０は、典型的には、熱処理後の研削によって、以後の仕上げに現在商業的に受け入れられている寸法許容の約１／１０まで寸法許容を減少して製造することができる。熱処理と研削との後のローラ半加工品１０は、当業界で知られている減摩ベアリングアセンブリの多数の同一片と共に典型的に用いられている。

ローラ１０は、図３に示され、当業界では一般的に知られている形式のマルチステーション段階的冷間成形機１１で成形される。この鍛造機１１は、図３の工具領域の平面で示されている。この鍛造機１１は、カットオフステーション１４で鋼ワイヤ１３を受け入れる軸部１２を含み、その中心は、中心線１６によって表されている。ＡＩＳＩ５２１００の如き適当な鋼のワイヤ１３は、当業界では知られている供給装置によってせん断又はカッター１７に当初の加工材料又は半加工品１０ａの所望の長さに相応する長さ毎に順次非常に正確に送給される。機械１１は、多段の段階的成形ステーション２１−２３、好ましくは、３つのステーションを含む。ステーション２１−２３は、通常のように、相互に及びカットオフステーションから均一に間隔をあけている。成形ステーション２１−２３は、固定ダイスブレスト又は下支え２９に固定されたダイスケース２６−２８と、ダイスブレスト２９に接近したり離れたりして往復するスライド３４上の工具又はパンチケース３１−３３とを含む。スライド３４は、図３では、前部死点にあるのが示されている。図示しない移送機構は、スライド４をダイスブレスト２９に接近したり離れたりする周期的な変位に対して時間的関係でカットオフステーションから各成形ステーション２１−２３へ順次加工材料を移動する。

ローラ半加工品１０の成形の以下の説明は、図３、図４Ａ、Ｂ、図５Ａ、Ｂを参照して行なわれる。所定の直径と正確な長さを有する初期半加工品１０ａは、せん断機１７によって製造されて、その端面３６、３７は、せん断処理に固有の不規則性や凹凸を有するせん断面となる。半加工品１０ａは、図４Ａ、図４Ｂに示される第１の成形ステーション２１に移行される。工具キャビティ４１とダイスキャビティ４２は、それぞれのインサート４３、４４に形成されている。これらのインサート、即ち、工具エレメント４３、４４等は、図３及び図４にハッチングを付して示されており、これらは、カーバイド又は他の適当な工具材料から形成されている。インサート４７を含む浮動ダイスリング４６がダイスキャビティ４２と協働している。これらのキャビティ４１、４２と、インサート４３、４４と、ダイスリング４６と、インサート４７とは、他の部品と共に、環状又はリング状の形態を有する。図３に示すように、浮動ダイスリング４６は、深い円筒形スカート４８及び一体の端壁４９を有するカップ体である。図３に示すように、浮動ダイスリングスカート４８は、ダイスケース２６との間で軸線運動を許しつつ最小のクリアランスを有してこのダイスケース２６上を伸縮する。端壁４９は、ダイスリングインサート４７が固定される中心孔を有する。

浮動ダイスリング４６は、その端壁４９とインサート４７とがダイスキャビティ４２とケース２６とから（図４Ａ、４Ｂの右側に示されるように）制限された距離離れる前進位置に弾性的に偏移している。この偏移力は、（第１ステーションの中心線２１に相応するダイスキャビティ４２の軸線のまわりに対称的に分配された圧縮ばね５１（その１つのみが図３の平面に示されている）によって付与される。浮動ダイスリング４６の前進又は延長位置は、浮動ダイスリングスカート４８の周壁のスロットに入れられた接線方向のピン５２によって定められる。

図４Ａ、図４Ｂを参照すると、初期半加工品１０ａが第１のステーション２１に入っている。図４Ａ、図４Ｂの右側は、カットオフステーション１４から移送された半加工品１０ａの成形段階の始まりを示している。図４Ａ、図４Ｂの右側に示された機械加工サイクルの瞬間より前に、半加工品は、ノックアウトピン、即ちエジェクタピン５３、５４が工具エレメントとダイスエレメントと協働して端部３６、３７によってこのステーションに位置保持されている。これらのピン５３、５４は、皿ばね５７と摩擦シュー５８とから成る摩擦ドラッグ（抵抗）によって前の機械加工サイクルから延長した位置に追従保持されて、移送機構から受け入れたときに、これらのピンが半加工品を把持することができるようにしている。次のステーションのノックアウトピンにも同様の摩擦抵抗が同じ目的で付与される。図示の装置において、工具キャビティ４１及びダイスキャビティ４２は、図示の場合、半加工品１０ａの当初の直径よりも小さな最小直径を有する半加工品丸み付きコーナー成形領域５９を有する。図４Ａ、図４Ｂの左側は、スライド３４の前部死点に相応し、第１ステーションでの半加工品の形作りの完了を示している。図示の方法において、半加工品１０ｂは、その端部の両側で同時に対称的に部分押出され、真ん中の部分でアプセットされている。この第１ステーション２１での成形処理の押出部分の結果、当初のせん断端面３６、３７を形成するほとんどすべての材料は、半加工品１０ｂの端部と側部との間で丸み付きコーナーを形成するインサートキャビティ４１、４２の環状の丸み付きコーナー５９から変位される。図示のように、半加工品の丸み付きコーナーは、ツールキャビティ４１、ダイスキャビティ４２の補完形状を有するコーナーによって形成される。

浮動ダイスリング４６は、半加工品１０ｂの材料がダイスキャビティ４２のコーナー５９に充分に入り込むのを可能にする。半加工品１０ｂの中間部分がアプセットすると、この部分は、浮動ダイスリング４６、特にインサート４７の円筒形内面によって所望の寸法に拘束される。半加工品１０ａと浮動ダイスリングインサート４７の壁との間の摩擦は、半加工品材料がダイスキャビティコーナー５９に変位するのを大きく制限することがないが、その理由は、偏移ばね５１の比較的小さな力を克服することによって、浮動ダイスリング４６は、半加工品ストックや前進用工具キャビティ４１と共に移動することができて、実質的に充分な鍛造力がダイスキャビティコーナー５９の領域の半加工品材料に移行されるからである。従って、成形具のダイス側の成形キャビティにおける側壁摩擦作用は、有効的に減少されて、半加工品１０ｂの端部は、端同士で本質的に同時に対称的に成形される。

図５Ａ、図５Ｂで示された第２のダイスステーション２２は、第１のステーション２１のダイスリング４６と構造及び機能が同じである浮動ダイスリング６１と、浮動リングインサート６０とを含む。一体の円筒形スカート６５と、ばね５１と、前に述べたのと同じ機能を有する接線方向のピン５２とが浮動ダイスリング６１と協働している。工具キャビティとダイスキャビティとのインサート６２、６３がそれぞれのケース３２、２７に取り付けられている。

第１ステーションのダイスリングインサート４７は、第２ステーションの浮動ダイスリングインサート６０の内部円筒面の直径にほぼ近い直径、例えば、滑り嵌め又はクリアランス嵌めに近い直径を半加工品１０ｂの中間部分に確立する。この半加工品１０ｂは、第２ステーション２２に移送され、その直径は、インサート６０の内壁の直径に近いので、第２ステーション２２の半加工品と工具エレメントとの間に良好な軸合わせが維持される。このステーションでは、スライド３４の次の動き（ｂｌｏｗ）によって半加工品１０ｂがその端部近くをアプセットしてそのコーナーの半径を減少し、これらのコーナー近くの直径を広げる。浮動ダイスリング６１は、第１ステーション２１と同様に、半加工品の中間部分と浮動リングインサ−ト６０のダイスキャビティ６４との間の摩擦作用を減少するので、半加工品１０ｂは、端部同士で対称的に、且つ同時に、インサート６２、６３の工具及びダイスのキャビティ６７、６８のコーナー６６に充分アップセットされる。

第３ステーション２３では、図６Ａ、図６Ｂに示すように、工具とダイスとの各ケースに工具とダイスのそれぞれのインサートセット８３、８４に対称的なキャビティ８１、８２が形成されている。図６Ａ、図６Ｂの右半部は、成形処理の開始を示し、左半部は、冷間成形処理の終了時に展開される完成されたローラ半加工品１０を示す。このステーション２３では、半加工品は、端部での限定押出と中間部分に沿ったアプセットとの組合せによって成形される。第２ステーションから受領した中間半加工品１０ｂからの端部の成形は、幾分制限されるが、全く正確に行なわれる。半加工品１０の中間部分のアプセットは、最終の樽形状を形成する。

第３ステーション２３で形成されたローラ半加工品１０は、幾つかの理由で、第１と第２のステーション２１、２２の成形作用に関連して述べた丸いコーナーの当初の成形よりも非常に正確に形成される。まず、工具とダイスのキャビティ８１、８２の丸み付きコーナー８８は、それより前のステーション２２に存在するものと実質的に異ならないので、このステーションのこれらのコーナー領域では、ほとんど整形が要求されない。次に、ダイスケース２８に固定された案内リング９０は、工具ケース３３の先端に非常に緊密に嵌まっているので、工具ケースがリング内に入り込むと、工具ケースとダイスケースとの両方が相互に正確に整列する。案内リング９０とケース２８の端部とは、円筒形である。

工具ケース３３とダイスケース２８の相対長さ部分は、スライドが前部死点にあり、ダイスと工具のケースの面９１、９２が接触している時に、スライド運動方向にこれらのケースの間に僅かな干渉があるように作られる。このようにして、ローラ半加工品１０の最終形状は、工具の形状、即ち、インサート８３、８４のキャビティ８１、８２によって正確に繰り返し決定される。少なくとも、工具インサート８３は、工具ケース３３の面から僅かにへこんでいるので、スライドの前部死点位置では工具とダイスのインサート８３、８４の間で接触することがない。

ローラ半加工品を作る場合に、冷間成形機１０の精度は、工具を潤滑／冷却剤で冷却する技術によって増大される。潤滑／冷却剤は、（図示しない）ポンプで工具とダイスのケース３１−３３、２６−２８と浮動ダイスリングスカート４８、６５との内部通路９４を経て循環される。冷却剤は、室温と１４０°Ｆとの間に工具の温度を維持するように整えられる。工具エレメントを冷却する方法は、冷間成形機の成形精度を向上するが、その理由は、この方法は、熱誘導される工具寸法の変化を本質的になくし、もし、そうでなければ、この工具が作るローラ半加工品の寸法精度の変化が生ずることになるからである。

元の半加工品１０ａを仕上げ品１０と比較すると、この開示された方法は、比較的大きな割合、即ち、直径の変化が大きなアプセットが半加工品で行なわれる従来技術とは異なる。この技術は、半加工品１０の丸いコーナーから不規則性をなくすのに有益である。

図２及び図２Ａは、上記した方法と成形具及び成形機とにより作られた縦断面のローラ半加工品の写真である。ローラ半加工品１０は、エッチングされてその木目構造模様を強調している。図２Ａは、図２と同様であるが、ローラ１０のローリング面に相応する周主面１０２と端面１０３との間の丸み付きコーナー面１０１でのローラ半加工品１０の木目構造模様を拡大して示す図であり、図示のコーナーは、他のコーナーを代表している。特に、図２Ａに示されるローラ半加工品１０の図示の例では、丸み付きコーナー面１０１は、主面１０２に円滑に調和している。木目模様は、ローラ半加工品の主長さ部分に沿って延びる主面に平行であり、且つローラ半加工品の各端部で環状の丸み付きコーナー面１０１に平行である円滑で連続する線を特徴としている。ローラ半加工品の端面１０３は、回転軸線に相応する縦軸線にほぼ直角である。図２及び図２Ａの尺度で、端面１０３は、幾分不規則であるが、それは、これらの端面は、ローラ半加工品の元の形態のせん断端面の名残であるからである。

ローラ半加工品１０は、幾つかの理由で従来技術のローラ半加工品よりも優れている。ローラ半加工品は、ある場合には、今まで期待されていた１／１０のオーダーの許容値で、非常に正確な寸法許容値まで製造されるので、ほぼ最終仕上げのローラ製品の最終形状となり、特別な寸法とローリング表面の仕上げ品質とを達成するのに要求される機械加工量を減少する。丸み付きコーナーは、（例えば、究極的に用いられる場合に）最終形状又はそれに近い形状に精度よく形成されるので、これらの領域の機械加工要件は、存在しないか最小である。

開示された方法では、元のせん断端面を形成する材料を丸み付きコーナーから排除するように、設備が整えられている。このコーナーからこの材料をなくすことは、非常に有利であるが、その理由は、せん断処理で当初形成された欠陥や不規則性が丸み付きコーナーに存在することができなくなることにある。従来技術のローラの丸み付きコーナーの欠陥や不規則性は、ベアリングアセンブリに使用された時に、ひびや早期ベアリング欠陥を発生することが知られている。また、更に、開示のローラ半加工品は、工具とダイスのキャビティエレメント間の分離面間でばりを回避する。従来技術の方法と工具とは、工具エレメントとダイスエレメントとが分離するローラ半加工品の周面にばりを発生させることになる。このようなばりを有するリングは、別箇の機械加工工程を必要とし、仕上げローリング面に不連続な木目模様を生ずることになる。従来技術のベアリングローラは、ばりが発生した木目模様の不連続性の部分付近で早期の欠陥を招きやすい。

上記から、改良された木目構造と正確な形状とから、ローラ半加工品は、減摩ベアリングの製造コストを減少することができ、また耐用年数でのベアリングの性能を向上することができる。

図７に示す減摩ベアリングアセンブリ用の仕上がり減摩金属ローラ９５は、通常では、熱処理後、半加工品１０の環状主面１０２及び、任意的には、端面１０３からも、制限された量の材料（例えば、０．０７ｍｍ）を研削して、半加工品１０を機械加工することによって作られる。適当な研削設備及び技術は、この業界では、周知である。ローラの回転軸線は、符号９６で示され、ローラの端部９９は、平面か、軸線９６に直角な面にあり、ローリング面９７は、軸線９６に同心状に配置されている。ローリング面９７と丸み付きコーナー面９８とを形成するローラ金属の木目構造模様は、それぞれの面に平行であり、それは、半加工品１０の主面１０２から少量の材料を研削することの結果である。上記の方法によって作られた１つの商業的な樽型ローラ半加工品は、約１８ｍｍの名目主外径と、約１７．５ｍｍの名目長さとを有し、丸み付きコーナーは、２．０４ｍｍの名目半径を有する。他の商業的な例では、樽型ローラ半加工品は、１２ｍｍの名目主外径と、１０ｍｍの名目長さとを有し、丸み付きコーナーは、１．４ｍｍの名目半径を有する。これらの２つの例の半加工品は、例えば、約０．０７ｍｍの材料を取り除くように、主面で研削されてローリング周面９７を形成し、受容できる商業寸法と仕上げ要件とを得る。仕上げローラの端面９９は、典型的には、機械加工なしで、冷間成形状態のままであるが、所望なら研削してもよい。

種々のローラの設計において、冷間成形状態とローラの仕上げ又は研削状態との両方において、丸み付きコーナーの表面は、主成形周面又は仕上げローリング周面に正接していないか、それぞれの端面で放射面に正接していないか、その両方のことがしばしばある。例えば、丸み付きコーナー面は、主成形周面又は仕上がりローリング周面に交差することができるか、種々の異なった角度、例えば、１０度、２０度又はそれ以上の角度で放射端面に交差することができるか、その両方に交差することができる。当初冷間成形された端面は、ローラ軸線のまわりで対称的に窪ませるか研削することができる。

理想的には、本発明を実施する際に、成形された丸み付きコーナー面の実質的にすべてが出発半加工品の元のせん断端面から材料をなくしており、この丸み付きコーナー面の直下にある木目模様は、この面に平行である。本発明によって出発半加工品の元の不規則なせん断端面からの材料がなく、半加工品の丸み付きコーナー面を正確な形状に冷間成形すると、通常では、丸み付きコーナーを機械加工することなく、半加工品を仕上げベアリングローラに機械加工することができる。

この開示は、例示的であり、この開示に含まれる教示の正当な範囲から逸脱することなく、細部を付加したり、変形したり、なくすことによって種々の変更を行うことができる。従って、本発明は、特許請求の範囲で必然的に限定されることを除いてこの開示の特定の細部に限定されることがない。本明細書で用いられている成形具、それに代えても用いられている工具という用語は、個別的に、又は集合的に、工具やダイスのインサート、ケース、浮動ダイスリング及びそのインサートを含む。工具ケースとインサートとを一体化することが望ましい場合もある。

Claims (9)

1. 半加工品の端部に丸み付きコーナーを同時に形成する１対の工具キャビティ及びダイスキャビティと、前記工具キャビティの動きの直接的な相応とは独立して、前記工具キャビティによって前記半加工品と共に、前記ダイスキャビティに向けて駆動されながら中間部分を円周方向に拘束することによって前記半加工品を形作る浮動ダイスリングとから成り、前記半加工品と前記浮動ダイスリングとの駆動は、前記ダイスキャビティの丸み付きコーナーに前記半加工品の材料が充填されるのを減少するように働く遅れ力としての前記半加工品の中間部分と前記浮動ダイスリングと間の摩擦が有効に減少されるように行われる金属ローラ半加工品を冷間成形する成形セット。
2. 請求項１に記載の成形セットであって、前記ダイスキャビティは、ケース内にあり、前記浮動ダイスリングは、前記ダイスキャビティに向けて動くことができるように、前記ケースによって支持されるように配置されている成形セット。
3. 請求項２に記載の成形セットであって、前記ケースは、スライド運動の方向に整列する軸線を有する円筒形部分を有し、前記浮動ダイスリングは、前記ケースの円筒部分上を伸縮するスカートを有する成形セット。
4. 請求項３に記載の成形セットであって、前記ダイスキャビティは、前記ケース内に保持されたインサートである成形セット。
5. 請求項１に記載の成形セットであって、第２の対の工具キャビティ及びダイスキャビティと、前記第２のキャビティ用の浮動ダイスリングとを含み、前記第２の対の工具キャビティ及びダイスキャビティは、最初に述べた工具キャビティ及びダイスキャビティと最初に述べた浮動ダイスリングとから受領した半加工品の端部を形作るように設けられている成形セット。
6. 請求項５に記載の成形セットであって、前記第１の浮動ダイスリングは、前記第２の浮動ダイスリング内に滑り嵌めするように前記半加工品の中間部分を形成する大きさとしている成形セット。
7. 請求項５に記載の成形セットであって、前記第２の対の工具キャビティ及びダイスキャビティから受領した半加工品の形状を仕上げるような形状を有する第３の対の工具キャビティ及びダイスキャビティを含む成形セット。
8. 請求項７に記載の成形セットであって、前記第３の対のキャビティに緊密に整列するように前記工具キャビティを運ぶスライドとは別箇に、前記第３の対の工具キャビティ及びダイスキャビティと同心のガイドを含む成形セット。
9. 請求項７に記載の成形セットであって、前記複数対の工具キャビティ及びダイスキャビティは、前記工具キャビティを所定の温度範囲に維持するために冷却材を循環する結合通路を有する成形セット。

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