JP5919746B2 - 軸受軌道輪の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、軸受軌道輪の製造方法に関する。特に、軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法に関する。

円すいころ軸受やアンギュラ玉軸受等の軌道輪については、軸方向の一方側が他方側よりも厚肉に形成されている。この種の転がり軸受の外輪形成用の環状素材（外輪用素形材）及び内輪形成用の環状素材（内輪用素形材）は、通常、鍛造工程及び旋削工程を経て製造されている（例えば特許文献１参照）。
図６は、円すいころ軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材の製造方法の従来例を示す工程図である。
この製造方法においては、まず、図６ａ〜図６ｃに示すように、軸受鋼等からなる柱状素材Ａを、例えば熱間鍛造によって軸方向に押し潰して、外周面が円弧状の中間素材１００を形成し、この中間素材１００を熱間鍛造によってさらに軸方向に押し潰して、外周面が軸方向に平行な円盤状素材１０１を成形する。

次に、前記円盤状素材１０１を熱間鍛造によって所定形状に予備成形した後（図６ｄ参照）、その予備成形品１０２を型成形して、内周が下端部に向かって漸次厚肉となる筒状の外筒部１０３と、外周の上端部に鍔部１０４ａを有する有底筒状の内筒部１０４とを一体成形したブランク１０５を得る（図６ｅ参照）。次いで、前記ブランク１０５の内筒部１０４の底部１０４ｂを鍛造によって打ち抜いた後（図６ｆ参照）、外筒部１０３と内筒部１０４の鍔部１０４ａとの境界をせん断して両者を分離させる（図６ｇ参照）。その後、互いに分離された外筒部１０３及び内筒部１０４に、それぞれ旋削加工を施して、所定寸法の外輪用素形材及び内輪用素形材を形成する。

特開平１１−２４４９８３号公報([００５５]段落及び図６)

前記従来の軸受軌道輪の製造方法は、外筒部１０３と内筒部１０４とを、鍛造によって一体成形した後、互いに分離させる方法であるので、これらを別々に鍛造する場合よりも、生産効率を高めることができる。しかし、近年、軸受軌道輪の生産効率をさらに高めて、そのコストダウンを図ることが要望されている。
また、前記内筒部１０４の打ち抜いた底部１０４ｂが、抜きカスとして廃棄されるので、その材料歩留まりが悪いという問題があった。
この発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、生産効率をさらに高めることができると共に、良好な材料歩留まりを確保することができる軸受軌道輪の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明に係る軸受軌道輪の製造方法は、軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法であって、鋼材からなる円盤状素材を鍛造して、内周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡径された外筒部と、外周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次縮径され、当該中央部が前記外筒部の中央部に一体化されている有底筒状の内筒部とを有するブランクを得る成形工程と、前記成形工程で得られたブランクの内筒部の底部を、後工程である二分割工程の前に、鍛造によって打ち抜く打ち抜き工程と、前記内輪の底部を打ち抜いたブランクの外筒部の中央部と内筒部の中央部との境界を、鍛造によって軸方向にせん断させて、前記外筒部と内筒部とを分離させる分離工程と、前記分離工程で分離された内筒部及び外筒部に機械加工を施して、所定寸法に仕上げる機械仕上げ工程と、前記外筒部及び内筒部を軸方向中央で二分割して、一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を二組形成する二分割工程と、をこの順に含むことを特徴とする。
また、軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法であって、鋼材からなる円盤状素材を鍛造して、内周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡径された外筒部と、外周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次縮径され、当該中央部が前記外筒部の中央部に一体化されている有底筒状の内筒部とを有するブランクを得る成形工程と、前記成形工程で得られたブランクの内筒部の底部を、鍛造によって打ち抜く打ち抜き工程と、前記内輪の底部を打ち抜いたブランクの外筒部の中央部と内筒部の中央部との境界を、鍛造によって軸方向にせん断させて、前記外筒部と内筒部とを分離させる分離工程と、前記分離工程で分離された内筒部及び外筒部に機械加工を施して、所定寸法に仕上げる機械仕上げ工程と、前記外筒部及び内筒部を軸方向中央で二分割して、一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を二組形成する二分割工程と、をこの順に含み、前記分離工程と機械仕上げ工程との間、又は前記機械仕上げ工程と二分割工程との間に、外筒部及び内筒部を拡径する拡径工程をさらに含むことを特徴とする。

前記の構成の軸受軌道輪の製造方法によれば、一つの円盤状素材を鍛造して得られた外筒部及び内筒部を、それぞれ軸方向中央で二分割することにより、一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を二組形成するので、一つの円盤状素材から一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する従来の製造方法に較べて、軸受軌道輪の生産効率を高めることができる。また、二つの内輪用素形材毎に一つの抜きカスしか生じないので、一つの内輪用素形材毎に一つの抜きカスが生じる従来の製造方法に較べて、材料歩留まりを大幅に高めることができる。

前記軸受軌道輪の製造方法においては、前記分離工程と機械仕上げ工程との間、又は前記機械仕上げ工程と二分割工程との間に、外筒部及び内筒部を拡径する拡径工程をさらに含んでいる場合がある。
この場合、外筒部及び内筒部の外内径を、完成品である外輪用素形材及び内輪用素形材の内外径よりも小さくした状態で鍛造することができるので、その分、内筒部の底部の抜きカスの外径を小さくすることができる。このため、材料歩留まりをさらに高めることができる。

前記外筒部及び内筒部を拡径する拡径工程は、冷間ローリング加工で行うのが好ましい。この場合には、前記外筒部及び内筒部を、高精度にて効率よく拡径することができる。

前記軸受軌道輪の製造方法においては、成形工程の前工程として、前記有底筒状の内筒部の底部側となる凸部を有する円盤状素材を鍛造によって成形する予備成形工程をさらに含んでいるのが好ましい。
この場合、後工程の成形工程において、外筒部と内筒部を高精度に成形することができると共に、成形型に過度の負荷がかかるのを抑制することができる。

この発明の軸受軌道輪の製造方法によれば、軸受軌道輪の生産効率を良好に高めることができるとともに、良好な材料歩留まりを確保することができる。

この発明に係る軸受軌道輪の製造方法の鍛造工程を示す工程図である。 外筒部の旋削工程を示す工程図である。 内筒部の旋削工程を示す工程図である。 冷間ローリング加工を軸方向から見た断面図である。 冷間ローリング加工を径方向から見た断面図である。 従来の軸受軌道輪の製造方法を示す工程図である。

以下、図面を参照しつつ、この発明に係る軸受軌道輪の製造方法について詳細に説明する。
この発明に係る軸受軌道輪の製造方法は、軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法である。
図１〜図５に示す本発明の実施の形態においては、円すいころ軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法を例示している。

＜据え込み工程＞
図１は、この発明の軸受軌道輪の製造方法における鍛造工程を示す断面図である。
この発明の軸受軌道輪の製造方法においては、まず、鋼材からなる円柱状素材１に据え込み鍛造を施して第１の円盤状素材Ｂ１を形成する（図１ａ〜図１ｃ参照）。前記円柱状素材１としては、軸受用鋼としての軸受鋼が用いられる。また、前記据え込み鍛造は、前記円柱状素材１を熱間鍛造によって軸方向へ押し潰すことにより行う。この据え込み工程は、２段階に分けて行う。すなわち、第１段階として、前記円柱状素材１をフリー鍛造にてその全長の１／２程度まで押し潰して、外周面が円弧状の中間素材Ｂ０を形成し、第２段階として、前記中間素材Ｂ０を型成形にてさらに押し潰して、外周面が軸方向に平行な第１の円盤状素材Ｂ１を得る。

前記円柱状素材１の重量は、外輪用素形材Ｂ４（図２ｃ参照）と内輪用素形材Ｂ５（図３ｃ参照）とを一組として、これを二組得るのに必要な重量と、所定の加工取りしろ（旋削しろ及び研磨しろ等）に相当する重量とを加えた値に設定されている。また、前記第１の円盤状素材Ｂ１の外径Ｄ１は、最終的に得られる外輪用素形材Ｂ４の外径に対して、例えば８０〜９５％の割合に設定されている。なお、前記第１の円盤状素材Ｂ１としては、外周面を円弧状に成形したものであってもよい。

＜予備成形工程＞
次に、前記第１の円盤状素材Ｂ１を型鍛造して、当該第１の円盤状素材Ｂ１の一方の面（図１において下面）に、凸部２ａを形成する（予備成形工程：図１ｄ参照）。この予備成形工程においては、前記円盤状素材Ｂ１の他方の面（図１において上面）に、浅い凹部２ｂを圧縮成形すると同時に、前記凸部２ａを突出成形する。この予備成形品（以下「第２の円盤状素材Ｂ２」という）の前記凸部２ａを除いた部分の外径Ｄ２及び厚みＷ２は、それぞれ第１の円盤状素材Ｂ１の外径Ｄ１及び厚みＷ１とほぼ同じである。
また、前記予備成形工程においては、凸部２ａの成形と同時に、当該凸部２ａの基端部に環状溝２ｃを凹入形成する。

＜成形工程＞
前記予備成形工程が完了すると、前記第２の円盤状素材Ｂ２を型鍛造して、外筒部３と内筒部４とを一体成形した成形ブランクＢ３を形成する（成形工程：図１ｅ参照）。
前記外筒部３の外周は軸方向と平行に延びており、その内周は、所定幅を有する軸方向の中央部３１から、両端部に向かって漸次拡径されている。また、前記外筒部３の外径Ｄ３は前記第２の円盤状素材Ｂ２の前記外径Ｄ２とほぼ同一であり、外筒部３の幅Ｗ３は、第２の円盤状素材Ｂ２の前記幅Ｗ２よりも大きくなっている。

前記内筒部４は有底筒状のものであり、その外周は、所定幅を有する軸方向の中央部４１から両端部に向かって漸次縮径されている。前記内筒部４の中央部４１は、その両側の傾斜面４２から径方向外方へ環状に突出した状態で、前記外筒部３の中央部３１に連続している。つまり、内筒部４はその環状の中央部４１を介して外筒部３の中央部３１に一体化されている。また、前記内筒部４は外筒部３に対して同心に形成されている。
なお、前記内筒部４の両端部の外径Ｄ４は、前記第２の円盤状素材Ｂ２の凸部２ａの先端の外径Ｄ５とほぼ同じであり、内筒部４の幅Ｗ４は、第２の円盤状素材Ｂ２の全幅Ｗ５よりも大きくなっている。

前記成形工程においては、予備成形によって凸部２ａを形成した第２の円盤状素材Ｂ２を用いているので、前記凸部２ａを形成していない第１の円盤状素材Ｂ１を用いる場合に比べて、外筒部３及び内筒部４を精度良く形成することができる。また、成形に要する荷重を少なくすることができるので、成形型の負荷を軽減することができる。このため、成形型の耐久性を高めることができる。

＜打ち抜き工程＞
前記成形工程が完了すると、前記成形ブランクＢ３の内筒部４の底部４３を、鍛造によって打ち抜く（打ち抜き工程：図１ｆ参照）。
この打ち抜き工程は、外筒部３及び内筒部４を保持した状態で、前記内筒部４の内周にパンチを挿入して底部４３に突き当てることにより行う。

打ち抜き工程が完了すると、成形ブランクＢ３の外筒部３の中央部３１と内筒部４の中央部４１との境界を、鍛造によって軸方向にせん断させて、前記外筒部３と内筒部４とを分離させる（分離工程：図１ｇ参照）。この外筒部３と内筒部４との分離は、外筒部３を保持した状態で、当該外筒部３の内部にパンチを挿入して内筒部４の上端面に突き当てることにより行う。
なお、以上の各工程は、多段フォーマを用いて熱間鍛造することにより、連続的且つ効率的に行うことができる。

＜機械仕上げ工程＞
次に、互いに分離された外筒部３及び内筒部４に機械加工としての旋削加工を施して、これらを所定寸法に仕上げる（図２ａ及び図３ａ参照）。この旋削加工は、外筒部３及び内筒部４の全面に施す。ただし、前記外筒部３及び内筒部４の幅寸法については、前記旋削加工に代えて、両頭研削盤等を用いた研削加工によって所定の寸法に仕上げる場合もある。

＜拡径工程＞
外筒部３及び内筒部４の機械加工が完了すると、これらを塑性加工によって拡径させる。この拡径は冷間ローリング加工を施すことによって行う。
図４は外筒部３の冷間ローリング加工を示す概略図である。この冷間ローリング加工は、成形ロール５１とマンドレル５２との間で外筒部３を挟み込んで圧延することにより、その肉厚を減少させて、内外径を所定寸法に拡径すると同時に、内周面を所定形状に成形するものである。この冷間ローリング加工においては、外筒部３の外径をセンサにより検知して、その外径が所定範囲になるように圧延量を制御する。この冷間ローリング加工が完了した後、必要により外筒部３にサイジングを施して、その内外径寸法を整える。これにより、外筒部３については、二つの外輪用素形材Ｂ４（図２ｃ参照）の厚肉側の端面どうしを、切断しろ３３を介して対向させた形状に成形することができる（図２ｂ参照）。

機械加工が完了した内筒部４についても、外筒部３と同様に冷間ローリング加工を施して、内外径を所定寸法に拡径すると同時に、外周面を所定形状に仕上げる。これにより、内筒部４を、二つの内輪用素形材Ｂ５（図３ｃ参照）の厚肉側の端面どうしを、切断しろ４４を介して対向させた形状にすることができる（図３ｂ参照）。なお、内輪用素形材Ｂ５の大鍔部４５（図３ｃ参照）の軌道側端面４５ａについては、いわゆるアンダーカット形状になるので、この部分は冷間ローリング加工後に旋削加工を施してアンダーカット形状に仕上げる。

このように、前記外筒部３及び内筒部４を拡径する工程を、冷間ローリング加工で行うので、これらを効率よく拡径することができると共に、外筒部３及び内筒部４の周面を、所定の形状に高精度に仕上げることができる。

＜二分割工程＞
拡径工程が完了すると、外筒部３及び内筒部４の軸方向中央の切断しろ３３，４４部分に、機械加工を施すことにより、当該外筒部３及び内筒部４を二分割する（図２ｃ及び図３ｃ参照）。この機械加工としては、ステッキバイトを用いた旋削加工又は厚みの薄い円盤状の砥石を用いた研削加工を採用することができる。
以上により、円すいころ軸受用の一組の外輪用素形材Ｂ４及び内輪用素形材Ｂ５を、二組製造することができる（図２ｃ及び図３ｃ参照）。これら外輪用素形材Ｂ４及び内輪用素形材Ｂ５は、熱処理を施した後、所定部に研磨仕上げを施して、円すいころ軸受の外輪及び内輪として用いられる。

この発明の軸受軌道輪の製造方法によれば、一つの円盤状素材Ｂ１から一組の外輪用素形材４及び内輪用素形材５を二組形成することができるので、一つの円盤状素材から一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する従来の製造方法に較べて、軸受軌道輪の生産効率を高めることができる。また、二つの内輪用素形材Ｂ５毎に一つの抜きカスしか生じないので、一つの内輪用素形材毎に一つの抜きカスが生じる従来の製造方法に較べて、材料歩留まりを大幅に高めることができる。
しかも、外筒部３及び内筒部４を、完成寸法よりも縮径した状態で鍛造した後、冷間ローリング加工によって所定の寸法に拡径するので、内筒部４の底部４３を打ち抜いた抜きカスの外径を小さくすることができる。このため、材料歩留まりをさらに効果的に高めることができる。

前記実施の形態においては、互いに分離された外筒部３及び内筒部４に、機械加工を施して所望の寸法に仕上げた後、冷間ローリング加工を施して拡径しているが、先に冷間ローリング加工を施し、その後工程において機械加工を施して、外筒部３及び内筒部４を所望の寸法に仕上げても良い。
また、互いに分離された外筒部３及び内筒部４を拡径する方法としては、前記冷間ローリング加工に代えて、それぞれの内周にパンチを挿入する鍛造加工によって拡径する方法も採用することができる。

さらに、前記円柱状素材１としては、前記した軸受鋼以外に浸炭鋼等の他の軸受用鋼も採用することができる。特に浸炭鋼を採用した場合には、各工程における鍛造として、冷間鍛造や温間鍛造も容易に採用することができる。また、円柱状素材１の材質によっては、前記予備成形工程を省略して実施することができる。

前記実施の形態においては、拡径工程を含んでいるが、これを省略して実施することができる。この場合には、鍛造工程において、外輪用素形材Ｂ４及び内輪用素形材Ｂ５の外径、内径、幅の各寸法に、加工取りしろを加えた大きさの成形ブランクＢ３を形成する。
この発明の軸受軌道輪の製造方法は、前記した円すいころ軸受の軌道輪用ブランクの他、アンギュラ玉軸受の軌道輪等、軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の軌道輪の製造方法として適用して実施することができる。

１：円柱状素材 ２ａ：凸部 ３：外筒部 ４：内筒部 ４３：内筒部の底部
Ｂ１：第１の円盤状素材 Ｂ２：第２の円盤状素材 Ｂ３：成形ブランク
Ｂ４：外輪用素形材 Ｂ５：内輪用素形材

Claims (4)

1. 軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法であって、
   鋼材からなる円盤状素材を鍛造して、内周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡径された外筒部と、外周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次縮径され、当該中央部が前記外筒部の中央部に一体化されている有底筒状の内筒部とを有するブランクを得る成形工程と、
   前記成形工程で得られたブランクの内筒部の底部を、後工程である二分割工程の前に、鍛造によって打ち抜く打ち抜き工程と、
   前記内輪の底部を打ち抜いたブランクの外筒部の中央部と内筒部の中央部との境界を、鍛造によって軸方向にせん断させて、前記外筒部と内筒部とを分離させる分離工程と、
   前記分離工程で分離された内筒部及び外筒部に機械加工を施して、所定寸法に仕上げる機械仕上げ工程と、
   前記外筒部及び内筒部を軸方向中央で二分割して、一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を二組形成する二分割工程と、
   をこの順に含むことを特徴とする軸受軌道輪の製造方法。
2. 軌道輪の軸方向の一方側が他方側よりも厚肉である転がり軸受の外輪用素形材及び内輪用素形材を製造する方法であって、
   鋼材からなる円盤状素材を鍛造して、内周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次拡径された外筒部と、外周が軸方向の中央部から両端部に向かって漸次縮径され、当該中央部が前記外筒部の中央部に一体化されている有底筒状の内筒部とを有するブランクを得る成形工程と、
   前記成形工程で得られたブランクの内筒部の底部を、鍛造によって打ち抜く打ち抜き工程と、
   前記内輪の底部を打ち抜いたブランクの外筒部の中央部と内筒部の中央部との境界を、鍛造によって軸方向にせん断させて、前記外筒部と内筒部とを分離させる分離工程と、
   前記分離工程で分離された内筒部及び外筒部に機械加工を施して、所定寸法に仕上げる機械仕上げ工程と、
   前記外筒部及び内筒部を軸方向中央で二分割して、一組の外輪用素形材及び内輪用素形材を二組形成する二分割工程と、
   をこの順に含み、
   前記分離工程と機械仕上げ工程との間、又は前記機械仕上げ工程と二分割工程との間に、外筒部及び内筒部を拡径する拡径工程をさらに含む軸受軌道輪の製造方法。
3. 前記拡径工程を冷間ローリング加工で行う請求項１又は２に記載の軸受軌道輪の製造方法。
4. 成形工程の前工程として、前記有底筒状の内筒部の底部側となる凸部を有する円盤状素材を鍛造によって成形する予備成形工程をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載の軸受軌道輪の製造方法。

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