JP7471707B1 - ローリング鍛造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最終製品形状の真円度を高めることができ、ロールの外周面同士が干渉するおそれがないローリング鍛造方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明のローリング鍛造装置は、環状の鍛造ブランクｃ４の内径に対して鍛造ブランクｃ４の軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロール１、２と、２個のエッジロール１、２の軸線を含む平面を境として鍛造ブランクｃ４の外周側で対向配置されると共に鍛造ブランクｃ４の外周面に対して押圧力を作用させる２個の受けロール３Ａ、３Ｂとを具備することを特徴とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明はローリング鍛造方法及び装置に関するものである。

従来、自動車のデファレンシャルなどに使用されるリングギヤは、ローリング鍛造により製造されている。この鍛造に使用されるローリング鍛造装置として、特許文献１（特許第２５０７８６７号公報）に開示された装置（ローリングマシン）が知られている。

このローリングマシンは、環状のブランクの内径に対して軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロールと、鍛造ブランクの外周面に押圧力を作用させる１個の受けロールとを有する。２個のエッジロールと１個の受けロールで三角形の閉塞領域を形成し、当該閉塞領域で最終製品形状を閉塞圧延転造する。

特許第２５０７８６７号公報

しかしながら、従来のローリングマシンは、三角形の閉塞領域の周方向両側（上流側と下流側）で鍛造ブランクの内外周がフリー状態（無支持状態）になるため、最終製品形状の真円度が悪いという課題があった。また、三角形の閉塞領域の外周側で２個のエッジロールと１個の受けロールが互いに接近すると、これらロールの外周面同士が干渉するおそれがある。このため、ローリング鍛造可能な最終製品形状に制約があった。

そこで本発明の目的は、最終製品形状の真円度を高めることができ、またロールの外周面同士が干渉するおそれがないローリング鍛造方法及び装置を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明のローリング鍛造方法は、環状の鍛造ブランクを成形する鍛造プレス工程と、前記鍛造ブランクの内径に対して前記鍛造ブランクの軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロールと、前記２個のエッジロールの軸線を含む平面を境として前記鍛造ブランクの外周側で対向配置されると共に前記鍛造ブランクの外周面に対して押圧力を作用させる２個の受けロールとで、前記鍛造ブランクから最終製品形状を圧延転造する圧延転造工程とからなることを特徴とする。

また、本発明のローリング鍛造装置は、環状の鍛造ブランクの内径に対して前記鍛造ブランクの軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロールと、前記２個のエッジロールの軸線を含む平面を境として前記鍛造ブランクの外周側で対向配置されると共に前記鍛造ブランクの外周面に対して押圧力を作用させる２個の受けロールとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、最終製品形状の真円度を高めることができ、またロールの外周面同士が干渉するのを防止することができる。

本発明に係るローリング鍛造装置を斜め上方から見た斜視図である。 本発明に係るローリング鍛造装置を斜め下方から見た斜視図である。 本発明に係るローリング鍛造装置の平面図である。 本発明に係るローリング鍛造装置の下面図である。 本発明に係るローリング鍛造装置の正面図である。 本発明に係るローリング鍛造装置の右側面図である。 図２Ａの上側エッジロールを省略した平面図である。 （ａ）上側エッジロールと（ｂ）下側エッジロールの斜視図である。 本発明に係るローリング鍛造方法による環状の製品例１の断面図である。 本発明に係るローリング鍛造方法による環状の製品例２の断面図である。 本発明に係るローリング鍛造方法による環状の製品例３の断面図である。 本発明に係るローリング鍛造方法による環状の製品例４の断面図である。 従来のローリング鍛造方法の工程を示す説明図である。 従来のローリング鍛造方法で使用する装置の説明図である。 従来のローリング鍛造方法で使用する（ａ）鍛造ブランクの断面図、（ｂ）ローリング鍛造装置の断面図、（ｃ）ローリング鍛造装置の平面図である。 従来のローリング鍛造装置の側面図である。 従来のローリング鍛造装置の平面図である。

●ローリング鍛造方法と装置
以下、本発明に係るローリング鍛造方法と装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１はローリング鍛造装置を斜め上方から見た斜視図、図１Ｂは同装置を斜め下方から見た斜視図である。

このローリング鍛造装置は、上エッジロール１、下エッジロール２及び前後一対の受けロール３Ａ、３Ｂを有する。上エッジロール１と下エッジロール２によって最終製品ｄの内径面（内周面）を押圧し、受けロール３Ａ、３Ｂによって最終製品ｄの外径面（外周面）を押圧する。

上エッジロール１と下エッジロール２は回転駆動手段に連結され、図１Ａのように矢印方向に回転駆動される。また、上エッジロール１と下エッジロール２は、図２Ａの平面Ｐに沿って水平移動可能に構成されている。平面Ｐは、上下のエッジロール１、２の軸線を含む平面である。

上エッジロール１と下エッジロール２の軸線は、最終製品ｄの回転面に対して所定角度で傾斜している。傾斜方向は、最終製品ｄの半径方向外方である。

上エッジロール１と下エッジロール２の軸線の所定傾斜角度は、最終製品ｄの内径形状に対応して設定することができる。この所定傾斜角度は、基本的には上エッジロール１と下エッジロール２で等しくすることができる。

例えば、上エッジロール１と下エッジロール２の傾斜角度を約６０度に設定することができる。但し、最終製品ｄの内径形状によっては、上エッジロール１と下エッジロール２の所定傾斜角度を互いに異ならせることも可能である。

上エッジロール１と下エッジロール２の軸線を傾斜させるのは、上下のエッジロール１、２によって最終製品ｄの内径形状を分担して鍛造形成するためである。エッジロール１、２の傾斜によって、最終製品ｄの内径を軸線方向と半径方向の両方向で押圧することができる。これにより、最終製品ｄの多様かつ複雑な内径形状にも対応可能となる。

上エッジロール１と下エッジロール２の各単体を図５（ａ）（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、上エッジロール１は本体円筒部１ｉに続いて４つの環状段部１ｈ、１ｇ、１ｆ、１ｅを有する。これら４つの環状段部１ｈ、１ｇ、１ｆ、１ｅは、それぞれ、最終製品ｄの内径に形成される４つの環状段部ｄ８、ｄ７、ｄ６、ｄ５（図１Ａ参照）に対応している。

図５（ｂ）に示すように、下エッジロール２は３つの環状段部２ｇ、２ｆ、２ｅを有する。これら３つの環状段部２ｇ、２ｆ、２ｅは、それぞれ、最終製品ｄの内径に形成される３つの環状段部ｄ１１、ｄ１０、ｄ９（図１Ｂ、図２Ｂ参照）に対応している。

前後の受けロール３Ａ、３Ｂは、上下のエッジロール１、２の軸線を含む平面Ｐを境として、最終製品ｄの外周側で対向配置されている。受けロール３Ａ、３Ｂの高さ位置は、最終製品ｄの回転面（支持面）と同じ高さである。

最終製品ｄの下面は、水平な支持板によって支持される。この支持板は、エッジロール１、２の先端部が図２Ａの平面Ｐに沿って移動可能に挿入される長孔を有する。

上下のエッジロール１、２の軸線を含む平面Ｐは、図２Ａで水平な一点鎖線で示される。受けロール３Ａ、３Ｂの軸線３Ａｃ、３Ｂｃは、平面Ｐから等距離Ｅに配設されている。

このように２個の受けロール３Ａ、３Ｂを使用することにより、最終製品ｄの真円度を高めることができる。すなわち、図２Ａ、図４において最終製品ｄの内径が上下のエッジロール１、２によって平面Ｐに沿った右方向に外向き力ベクトルＦ１で押圧されるのに対し、最終製品ｄの外径が平面Ｐを挟む上下両側から２個の受けロール３Ａ、３Ｂによって回転中心Ｃの方向に内向き力ベクトルＦ２、Ｆ２で均等に押圧される。

なお、図４では図２Ａの上側エッジロールを省略している。図４の３つの力ベクトルＦ１、Ｆ２、Ｆ２の釣合いによって最終製品ｄの曲率半径が規制される結果、最終製品ｄの真円度が高まる。

最終製品ｄの回転中心Ｃと、受けロール３Ａ、３Ｂの軸線３Ａｃ、３Ｂｃとを結ぶ直線は、平面Ｐに対して等しい角度θを成す。回転中心Ｃを頂点とする三角形（Ｃ、３Ａｃ、３Ｂｃ）は、二等辺三角形となる。

受けロール３Ａ、３Ｂの直径や角度θの大きさは、最終製品ｄの大きさ（直径）によって自由に変更することができる。但し、受けロール３Ａ、３Ｂの直径は同一でなければならないし、平面Ｐに対する角度θも受けロール３Ａと３Ｂで同一でなければならない。この関係が崩れると最終製品ｄの真円度等に影響して製品不良となる。したがって、前記「二等辺三角形」は製品品質に必須である。

図示例では角度θを約３０度にしているが、この角度に限定されないことは勿論である。また、図示例では受けロール３Ａ、３Ｂの直径を最終製品ｄの直径よりもやや小さくしているが、このような大小関係に限定されないことも勿論である。

受けロール３Ａ、３Ｂの中心孔３Ａａ、３Ｂａにはカセット式で一体のロール支持軸が嵌合される。ロール支持軸は共通の架台（固定）に配設された軸受によって自由回転可能に支持される。

受けロール３Ａ、３Ｂの外周面の幅（上下幅）は、図３Ａに示すように、最終製品ｄの外周面の幅（上下幅）よりもやや幅広である。これにより、最終製品ｄの外周面の全面が、受けロール３Ａ、３Ｂによって確実に支持される。

受けロール３Ａ、３Ｂの上端縁は、テーパ面３Ａｉ、３Ｂｉとされている。このテーパ面３Ａｉ、３Ｂｉによって、上エッジロール１の本体円筒部１ｉとの干渉が回避されるように構成されている。

すなわち、受けロール３Ａ、３Ｂ同士を相互に接近させて配置したり、或いは上下のエッジロール１、２を受けロール３Ａ、３Ｂに接近させたりしても、受けロール３Ａ、３Ｂに対して上エッジロール１が干渉するのを防止するようにしている。

もっとも、テーパ面３Ａｉ、３Ｂｉは、上エッジロール１と受けロール３Ａ、３Ｂの干渉を防止するために必須のものではない。本実施形態では受けロール３Ａ、３Ｂを２個で構成しているので、受けロール３Ａ、３Ｂの相互間隔を拡大することによりロール間の干渉は容易に回避することが可能である。

従来のように受けロールを１個で構成した場合、図９（ｂ）（ｃ）のように受けロール３と上下のエッジロール１、２が干渉しやすい。したがって、エッジロール１、２や受けロール３の形状が制約されたり、ひいてはローリング鍛造可能な最終製品ｄの形状が制約されたりする。

本実施形態のように受けロールを前後一対の２個の受けロール３Ａ、３Ｂで構成することにより、上下のエッジロール１、２が受けロール３Ａ、３Ｂに干渉するのを回避することができる。したがって、エッジロール１、２や受けロール３Ａ、３Ｂの形状を自由に設計することができるので、ローリング鍛造可能な最終製品ｄの形状も自由に設計することができる。

●形状が異なる最終製品ｄの例
図６Ａ－図６Ｄは形状が異なる最終製品ｄの例を示したものである。上エッジロール１と下エッジロール２の形状は、それぞれの最終製品ｄの形状に対応させる。いずれの例でも、２個の受けロール３Ａ、３Ｂで最終製品ｄの外周面を押圧する。

図６Ａ、図６Ｂでは２個の受けロール３Ａ、３Ｂの外周面が最終製品ｄの外周面に対応して単純円筒状であるが、図６Ｃでは受けロール３Ａ、３Ｂの外周面が最終製品ｄの外周面に対応してテーパ面（円すい面）である。また、図６Ｄでは最終製品ｄの外周面に対応して受けロール３Ａ、３Ｂの外周面に環状凸部を形成している。

●従来のローリング鍛造方法と装置
本発明のローリング鍛造方法とローリング鍛造装置は、受けロールを２個で構成したこと以外は、特許文献１（特許第２５０７８６７号公報）に開示された従来のローリング鍛造方法及び装置と基本的に同じである。そこで、図７－図１０Ｂを参照して従来のローリング鍛造方法と装置を以下説明する。

図７は従来のローリング鍛造方法を示す工程説明図である。この工程では、まず左端のビレットｃ１を誘導加熱炉で所定温度（例えば、１２５０℃）に加熱する。この加熱したビレットｃ１を据え込みポンチとダイスで円板状のブランクｃ２に据え込みする。

次に、最終製品ｄの内外径寸法よりも小径のポンチとダイスにより、最終製品ｄの内外径寸法よりも小径で軸方向の肉厚を最終製品ｄの軸方向肉厚より厚い形状の有底環状の中間品ブランクｃ３を成形する。このブランクｃ３の底部中央を打ち抜きポンチとダイスで打ち抜いて最終製品ｄの内外径寸法よりも小径で軸方向の肉厚を最終製品ｄの軸方向肉厚より厚い形状の断面Ｌ型環状の鍛造ブランクｃ４を成形する。

以上が鍛造プレス工程である。この鍛造プレス工程を図８でさらに詳しく説明すると、まずビレットｃ１を誘導加熱炉４で所定温度に加熱し、据え込みポンチ５とダイス６で円板状のブランクｃ２に据え込みする。

次に、最終製品ｄの内外径寸法よりも小径のポンチ７とダイス８により、最終製品ｄの内外径寸法よりも小径で軸方向の肉厚を最終製品ｄの軸方向肉厚より厚い形状の有底環状の中間品ブランクｃ３を成形する。このブランクｃ３の底部中央を鍛造プレス１１の打ち抜きポンチ９とダイス１０で打ち抜いて、最終製品ｄの内外径寸法よりも小径で軸方向の肉厚を最終製品ｄの軸方向肉厚より厚い形状の断面Ｌ型環状の鍛造ブランクｃ４を成形する。

鍛造プレス１１は、各ポンチ及びダイスを等間隔で設置し、その成形動作を同調連動して行うように構成され、トランスファフィーダ（図示省略）により、鍛造対象品を各ポンチ及びダイスの加工位置へ順次供給する構成とされている。

底部中央を打ち抜いた鍛造ブランクｃ４は、図８右端のローリングマシン１２によってローリング鍛造されて最終製品形状にされる。このローリングマシン１２は、鍛造ブランクｃ４に軸方向両端から当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロール１、２と、２個のエッジロール１、２の鍛造ブランクｃ４に対する押圧力作用平面と略同一平面内で鍛造ブランクｃ４の外周面に当接して径方向内方への押圧力を作用させ最終製品ｄの外周面形状を付与する１個の受けロール３を有する（本実施形態では２個の受けロール３Ａ、３Ｂ）。

図９に示すように、２個のエッジロール１、２は、最終製品ｄの軸方向両端面における軸方向に沿う切断面形状を具備させてある。すなわせち、一方のエッジロール１は、最終製品ｄのウェブｄ１を成形する第１成形面１ａと、これに連続して最終製品ｄのフランジ部ｄ２の内径テーパー面を成形する第２成形面１ｂと、これに連続して最終製品ｄの一方の軸方向端面ｄ３を形成する第３成形面１ｃとを一体に具備している。他方のエッジロール２も、ほぼ同様な第１成形面２ａ、第２成形面２ｂ及び第３成形面２ｃを具備している。

これら２個のエッジロール１、２は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、基台１３に支持部材１４、１５を介して所定角度傾斜させて上下に対向状態で設置され、かつ、回転自在に支持され、上側のエッジロール１は、上方へ退避可能とされている。受けロール３は、前述したように固定式の架台に支持されたロール支持軸に位置固定で取付けてもよいし、基台１３に押圧手段１６を介して水平に摺動するように設置された摺動台１７に回転駆動可能に支持してもよい。受けロール３によって、圧延転造中の鍛造ブランクｃ４に径方向の押圧力を作用させる。

圧延転造中の鍛造ブランクｃ４の外周面には複数個のガイドロール１８が当接可能で圧延転造中の鍛造ブランクｃ４の拡径に応じて径方向に自動的に移動するよう基台１３に支持されている。図１０Ｂにおいて、１９は鍛造ブランクｃ４の搬入手段、２０は最終製品ｄの搬出手段である。

鍛造プレス１１とローリングマシン１２とが連続ラインで構成されている場合では、熱間鍛造された鍛造ブランクｃ４の余熱を利用し、鍛造ブランクｃ４はそのまま、或いは誘導加熱炉で若干加熱して所定温度（例えば、９５０℃）とされた後、ローリングマシン１２の２個のエッジロール１、２間に供給される。２個のエッジロール１、２で鍛造ブランクｃ４を軸方向両端から押圧し、かつ、１個の受けロール３を鍛造ブランクｃ４の外周面に圧接して径方向の押圧力を作用させる（本実施形態では２個の受けロール３Ａ、３Ｂで押圧力を作用させる）。

この状態で受けロール３を回転させて鍛造ブランクｃ４を接触回転させながら、２個のエッジロール１、２と１個の受けロール３とで鍛造ブランクｃ４を閉塞圧延転造し、最終製品ｄとする。２個のエッジロール１、２は従動回転させる他、積極的に回転させるようにしてもよい。

転造完了後、受けロール３の回転が停止されると共に、受けロール３が径方向に後退せしめられ、上エッジロール１が上方へ退避移動せしめられる。これにより、転造が完了した最終製品ｄが搬出手段２０で搬出され、次の鍛造ブランクｃ４が搬入手段１９で搬入され、前記動作を反復する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施形態では上エッジロール１と下エッジロール２の両方とも段付き形状にしたが、当該段付き形状は最終製品ｄの形状に依るものであって、最終製品ｄの形状によって例えば上エッジロール１又は下エッジロール２の一方のみを段付き形状とし、他方はテーパ形状とすることができる。

１：上エッジロール １ａ：第１成形面
１ｂ：第２成形面 １ｃ：第３成形面
１ｈ、１ｇ、１ｆ、１ｅ：段部 １ｉ：本体円筒部
２：下エッジロール ２ａ：第１成形面
２ｂ：第２成形面 ２ｃ：第３成形面
２ｇ、２ｆ、２ｅ：段部 ３Ａ、３Ｂ：受けロール
３Ａａ、３Ｂａ：中心孔 ３Ａｃ、３Ｂｃ：軸線
３Ａｉ、３Ｂｉ：テーパ面 ４：誘導加熱炉
５：据え込みポンチ ６：ダイス
７：ポンチ ８：ダイス
９：打ち抜きポンチ １０：ダイス
１１：鍛造プレス １２：ローリングマシン
１３：基台 １４、１５：支持部材
１６：押圧手段 １７：摺動台
１８：ガイドロール １９：搬入手段
２０：搬出手段 Ｃ：回転中心
Ｅ：等距離 Ｐ：平面
ｃ１：ビレット ｃ２：ブランク
ｃ３：中間品ブランク ｃ４：鍛造ブランク
ｄ：最終製品 ｄ１：ウェブ
ｄ１１、ｄ１０：段部 ｄ２：フランジ部
ｄ３：軸方向端面 ｄ８、ｄ７：段部
Ｆ１：外向き力ベクトル Ｆ２：内向き力ベクトル
θ：角度

Claims (5)

1. 環状の鍛造ブランクを成形する鍛造プレス工程と、
   前記鍛造ブランクの半径方向に移動可能であって、前記鍛造ブランクの内径に対して前記鍛造ブランクの軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロールと、前記２個のエッジロールの軸線を含む平面を境として前記鍛造ブランクの外周側の固定位置で対向配置されると共に前記２個のエッジロールが前記鍛造ブランクの半径方向外方へ移動する際に前記鍛造ブランクの外周面に対して押圧力を作用させる２個の受けロールとで、前記鍛造ブランクから最終製品形状を圧延転造する圧延転造工程とからなることを特徴とするローリング鍛造方法。
2. 環状の鍛造ブランクの半径方向に移動可能であって、前記鍛造ブランクの内径に対して前記鍛造ブランクの軸方向両側から傾斜状態で当接して軸方向の押圧力を作用させる２個のエッジロールと、
   前記２個のエッジロールの軸線を含む平面を境として前記鍛造ブランクの外周側の固定位置で対向配置されると共に前記２個のエッジロールが前記鍛造ブランクの半径方向外方へ移動する際に前記鍛造ブランクの外周面に対して押圧力を作用させる２個の受けロールとを具備することを特徴とするローリング鍛造装置。
3. 前記２個の受けロールが同一の外径を有すると共に、前記２個の受けロールの軸線が前記２個のエッジロールの軸線を含む平面から等距離の位置に配設されていることを特徴とする請求項２のローリング鍛造装置。
4. 前記２個のエッジロールが回転駆動源に連結され、前記２個のエッジロールの回転により前記鍛造ブランクが従動回転し、当該鍛造ブランクの回転により前記２個の受けロールが従動回転することを特徴とする請求項２又は３のローリング鍛造装置。
5. 前記２個の受けロールが回転駆動源に連結され、前記２個の受けロールの回転により前記鍛造ブランクが従動回転し、当該鍛造ブランクの回転により前記２個のエッジロールが従動回転することを特徴とする請求項２又は３のローリング鍛造装置。

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