JPH02290640A - 等速ジョイント外輪の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車の車輪駆動用などに用いられる等速ジ
ョイントの外輪の製造方法であって、特に成形用金型の
損耗が少ない製造方法に関する。

（従来の技術） 等速ジョイントの外輪は、カップ状をなすと共に内周に
縦のトラック溝を有し、該トラック溝がボール又はロー
ラの転勤面として用いられている。該外輪は、複数の鍛
造工程を経て成形され、転勤面の摩耗を減少するために
硬化処理が施されている。

この硬化処理の手段としては、従来、ＳＣＩ？４２０等
の材料を用いて浸炭により硬化する方式が多く用いられ
て来たが、カップ部のほかにスピンドル部等外輪全体の
強度上昇の必要性及び熱処方式に置換されつつある。

しかし、高周波焼入鋼は、高炭素鋼であるために、冷鍛
性又は成形性が劣るので、これを改善すべく、例えば特
開昭６３−　２１６９５２、同６〇一２３０９６０等に
おいては冷鍛性と高周波焼入性を両立させ得る材料が提
案されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、等速ジョイント外輪のようなカップ状部品を
成形するときは、カップ内面形状と同形状のパンチを用
いていわゆる後方押出しを行なうことになるが、パンチ
の一部に応力が集中して割れが生じ易く、該割れの発生
は、成形荷重の大きさに敏感であり、型寿命は、応力値
の僅かな差によって大きく左右される。

例えば第２図のＰはトリボード型の外輪を成形するため
のパンチであるが、中心部Ａと溝形成部Ｂの境目Ｃのよ
うに断面形状が急変するコーナ一部分では応力が集中し
て割れが発生し易く、このためパンチに大きな荷重はか
けられない。

一方、成形される素材にとっても、断面形状の変化が急
変する部分においては、静水圧効果の大きい後方押出し
であっても、急変部分においては引張り応力が作用して
クラック発生のおそれがある。

特に、カップの後方押出し成形を冷間や温間鍛造で行な
う場合、又は据込み、押出しを連続して冷間や温間鍛造
で行なう場合には、より一層パンチ寿命と材料割れが問
題となり、前記特開昭８３−　２１６９５２、同［ｉ０
−　２３０９６０のように材料を規定するだけでは限界
があり、これまで使用されていた前記ＳＣＲ４２０のよ
うな浸炭材並みの金型寿命や素材のクラック防止率が得
られないという欠点があった。

すなわち、より高炭素化や形状複雑化が進むにつれて従
来公知の材料を用いただけては不充分となり、更なる材
料の改良と成形プロセスの見直しが必要と考えられる。

しかも、等速ジョイント外輪は、外輪直径に比して小径
の輔部を一体に備えており、該軸部を前方押出しにより
成形した後に据込みを行ない、更にカップ部を成形する
工程をとるものであり、据込み及びカップ部の成形に都
合のよいように大径の素材を用いて成形率を小さい値に
しようとすると、輔部成形の際の成形率が大きくなり、
軸部押出し用のダイの強度不足、焼付き等の問題が生じ
る。

したがって、従来は材料の比較的小さい伸び限界に左右
されて工程設計がなされていたので、設計の自由度が乏
しかった。

本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので、特にカ
ップ成形工程におけるパンチ荷重の減少を主目的として
、浸炭材（ＳＣＲ４２０）並み又はそれ以上に優れた成
形性をもつ等速ジョイント外輪の加工手段を得ることを
課題とする。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明は、従来の高周波焼入鋼の成分に変更を
加えて、焼入性を満足させると共に、特に伸び限界を向
上させて成形性を改善し、かつ適切な成形率を採用する
ことにより、冷間又は温間での成形を可能にしたもので
ある。そして、その手段は、高周波焼入材を使用し、少
くとも軸部の押出し工程と、素材を拡径する据込み工程
と、肉厚が一定でないカップの押出し工程とを有する等
速ジョイント外輪の製造方法において、前記高周波焼入
材の成分が重量比率で、Ｃ　．　　０．４５〜０．５８
％　Ｓｉ　；　　Ｏ．１５％以下、Ｍｎ；　　０．１５
　〜０．３５％　Ｃｒ；　　０．５　　％以下、Ｂ　・
　０．０００５〜０．００３５％Ｔｉ　；　　０．０５
０％以下　　／Ｖ　；　　０．０１５〜０．０５０％Ｍ
ｎ＋Ｃｒ　　　；　　　０．３０　　〜　　０．７０　
　％残部をＦｃと不純物とし、据込み工程での成形率ε
ｈ−６０〜８０％、カップ押出し工程での成形率をεＡ
−５０〜７０％の範囲で成形加工を行なうことを特徴と
する。

しかして、前記の成分比率は炭素鋼をベースとして次の
（１）〜〈４）の考え方によるものである。

（１）変形抵抗、成形荷重を下げるため、Ｃ，Ｓｌ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｐ，Ｍｎ＋Ｃｒの上限を規定した。

（２）割れ対策（変形能）のため、Ｔｉ，Ｓの上限を規
定した。

（３）高周波焼入性を確保するためにＣ，Ｍｎ．Ｍｎ＋
Ｃｒの下限を規定した。

（４）　　高周波焼入性のばらつきを減らすためにＢの
上、下限を規定した。

前記の比率に関して、Ｃは硬度を確保するために必要で
あるが、０．４５％未満では焼入性に乏し＜　、０．５
８％を越えると冷鍛性を害する。ＳＩは溶解時の脱酸剤
として作用するが、鍛造性を悪化するので、温間鍛造を
考慮して０．１５％以下とした。しかし冷間鍛造におい
ては０．１０％以下が望ましい。

Ｍｎは焼入性向上に改善に有効ではあるが、０．１５％
未満では焼入性に乏しく、０，３５％を越えると冷鍛性
を害する。

Ｃ『も同じく焼入性向上には有効であるが、多いと冷鍛
性を害する。そこで温間鍛造も考慮して０．５％以下と
したが、冷間鍛造においては０．３％以下が好ましい。

Ｂも焼入性に有効であるが、０．０００５％未満では効
果に乏し＜　　０．００３５％を越えると焼入性向上効
果が低下すると共に靭性も低下してくるので０．０００
５〜０．００３５％の範囲とした。第４図に高周波焼入
性に及ぼすＢの影響を示すが、高周波焼入ではＢの前記
範囲内での焼入深さが大である。このデータは、直径２
５ｍｍ，長さ１００ｍｍの試験片に対して周波数１００
ＫＩ｛ｚ，電圧９．５ＫＶ　，移動速度３ｍｍ／Ｓの焼
入条件によって得られた。

ＴＩは　０．０５％以下であるが、望ましくは０．ロｌ
〜　０．０５％とし、Ｍは　０．０１５〜　０，０５　
％としたが、これらＴｉ．　Ａｆ２は、前記Ｂを有効に
作用させて焼入性を確保し、かつ鋼材中のＮ，Ｏを化合
物として固定させることから有効であるが、それぞれの
下限値未満ではその改善効果が不充分で、一方過剰にな
ると材料の靭性を悪化させる。

更に、Ｍｎ及びＣ『は、Ｍｎ＋Ｃｒとして総量を規定し
て０．３〜０．７０％としたが冷間鍛造の場合は０．３
０〜０，５０％が望ましい。

前記の成分が前記特開昭６０−　２３０９６０，同６３
一２１６９５２等の従来例と特に異なる点は、従来Ｍｎ
が０．６％以下であるのを０．１５〜０．３５％とじて
冷鍛性を向上させ、Ｂが０．０００５〜０．００５０％
であるのを０．０００５〜０．００３５と上限を低くし
て第４図に示す焼入性の良好な範囲のみを採用し、Ｍｎ
＋Ｃｒの下限を規定して同様に焼入性の維持を図った。

なお、Ｐ，Ｓ，０，Ｎ等の量は本発明の要件ではないが
、Ｐは０．０１５％以下、Ｓは０．０２０％以下、０は
０　．　０　０　１　５　％以下、Ｎは０．０１０％以
下に抑えることが望ましい。これ以上の含有量になると
、いずれも冷鍛性を悪化させる。

（作　用） 前記の手段を用いたので、高炭素鋼であるにも拘らず、
全体の工程を通じて浸炭材並みの工程数での低荷重成形
が可能であり、特にカップ押出し工程においては応力値
が低いのでパンチ寿命が長く、断面成形率εＡが下がる
ので、断面急変部でも肉厚差が緩和され、応力低下と相
俟って材料割れが生じない。

高周波焼入性は従来と同等である。

（実施例） 以下、本発明の実施例と図面を参照して説明する。第１
図はトリボード型等速ジョイントの外輪の成形工程を示
し、直径Ｄ。の素材１から前方押出し工程■によりダイ
から直径ｄ，の軸部２ｂを押出して高さＨ。の未加工部
２ａをもつワーク２を成形し、据込み工程■によって、
前記未加工部２ａを据込んで直径Ｄ＋（断面積Ａ＋）高
さＨ１の据込み部３ａをもつワーク３を成形する。次に
後方押出し工程■においては第２図のパンチＰとダイを
用いて据込み部３ａを押出し、Ｄ，　：　Ｄ２の外径を
もつ筒部４ａ（断面積Ａ２）と丸穴に換算した平均内径
Ｄ３の穴４ｂ（断面積Ａ３）をもつワーク４が成形され
る。最後に前記■の工程と類似の金型を用いたしごき加
工■が行なわれ、外径Ｄ，の筒部５ａ（断而積Ａ４）と
平均内径Ｄ，’．　Ｄ３の穴５ｂと前記軸部をもつ外輪
５が成形される。

該外輪５は、第３図に示すように筒部６と軸部７をもち
、筒部６の内面に中心穴８と３本のトラック溝９が形成
されている。

前記■〜■の工程における成形率を断面減少？εＡ又は
据込み率εｈとしてこれに工程番号を付記して示せば次
のとおりになる。

まず、前方押出し工程■においては ε４■−１−ａｔ／　ＡＯ−１−ｄ＋２／　Ｄｏ’　　
（ＸＩＯＯ％）据込み工程■においては ε，■−１−　１１Ｉ／　Ｈａ　（　Ｘ　１００％）後
方押出し工程■においては ε９■一Ａ３／　ＡＩ　−　０３２／　Ｄ■”　．０３
２／　０＋２（ＸＩＯＯ％〉 しごき工程■においては Ａ４ εＡ　■−１−　−１−（０４２　−ＯＳ２　）／（　
　０２２Ａ２ Ｄ３２　）”ｑｌ−（　　Ｄａ２　−　　０３２　）／
　　（ＤＩ”　　−０３２）（Ｘ　ｔｏｏ％）となる。

本実施例において用いられた素材の成分は、後記第２表
に示されるＭｎ；０．２５％、Ｃｒ；０．２０％、Ｂ：
０．００１５％のものであり、この素材を第１図の工程
で第１表の成形率で成形加工した。同表でで示す従来例
は、前記の従来材料を用いた際の成形率である。

第１表において、従来例の成形率は、材料の伸び限界、
据込み限界と等速ジョイント外輪の形状に基づく製造プ
ロセスにより経験的に行なわれている範囲である。これ
に対して本発明では第２工程■、第４王程■で約１０％
の増加が可能で、このため第３工程■で成形率を約１０
％低く設定されている。

これを更に詳述すると、第１工程でε８■一６０〜８０
％としたのは、軸径とカップ径の比が略一定であるため
、６０％未満では第２工程に負担がかかり、８０％を越
えると該第１工程での負担が過大でダイスに焼付き、か
じり等が生じ易いからで、従来例も同一値であるが、従
来はやや過大の値であった。

第２工程で成形率が６０％未満では第１工程の負担を大
にしなければならず、従来の材料では７０％以上にする
と据込み時にクラック発生のおそれがあった。しかし、
本発明の材料を用いると据込み限界が１０％向上して８
０％まで可能になり、εゎ■−６０〜８０％とすること
ができた。

第３工程で成形率が７０％を越えると荷重が急増して好
ましくはなく、また第４工程でのしごき代を確保できな
い。逆にここでの成形率が小さいと第２工程（据込み工
程）の成形率を大にしなければならず第２工程の負担が
過大となるため、従来は下限を６０％未満とすることは
できなかったが、前記のとおり第２工程の成形率が１０
％向上したので第３工程では下限を５０％にすることが
できた。なお、下限を５０％未満にすると第４工程での
負担も過大になる。したがってε８■−５０〜７０％と
した。

第４工程においては、しごき代が１０９６未満ては倣い
精度が低く、内周のトラックｌＲ　９の精度を確保する
ことができず、２５％を超えると材料破断のおそれが生
じるが、本発明では伸び限界の向上により３０％まで可
能となり、倣い精度が向上しトラック溝の精度を向上さ
せることができる。

本発明の実施に提案した鋼材は、第２表中に示すように
Ｍｎが少なくＢが多いのが特徴で、同表中の各鋼材に据
込み成形をしたときの割れ発生率は第５図に示すとおり
である。第５図において割れ発生の据込率の限界は、ベ
ースｍ　（−般の高周波焼入鋼材）で６８％、特開昭６
０−２３０９６０の鋼材で７３．５％、本提案鋼材て８
０％である。

二のように据込み限界の大き０材料を用０ると、第２工
程の据込み成形率ε、■を大きくとり次の第３工程の成
形率ε６■を下（ｆること力《でき、第３工程における
ノインチ及びワークの負荷を減少させることができる。

第３表から明らかなとおり、３欄の本提案鋼は第２工程
において、１，２欄の従来鋼に比して同一の成形率６５
％でも成形荷重は低＜、４ｉのように成形率を７０％と
しても従来鋼に比し成形荷重はあまり増加はしない。そ
して第３工程めカップ押出しでは同一の成形率６０％で
１欄に比しｌＯ％，２欄に比し３％の荷重低下が見られ
た。また４欄のように第２工程の成形率を７０％のちは
、第３工程では成形率は５５％ですみこれにより更に１
０％の荷重低下が達成された。

該４欄ではεゎ■−７０％に設定しているが、本提案鋼
の据込み限界は第５図からε，■−８０９６であるので
クラックの発生はなく、まだ余裕が残されている。

これに対してベース鋼では、εゎ■−６８％でクラック
発生のおそれがあり、余裕も充分にとれないから、第３
工程での成形率を下げることはできない。特にカップ深
さの大きいワークの場合は、容積増加分だけ据込み率を
大きくしなければならないが、ベース鋼ではε、■−７
０％を超えることは困難で第３工程に負担がかかり、ε
４■−７０〜８０％となり荷重が急増してパンチ寿命を
減少させていた。

このように、本提案の鋼材を用いることにより成形可能
の範囲が拡大され、工程設計の自由度が増大する。この
ため、特に成形荷重が大きくパンチ及びワークの局部に
応力が集中し易い第３工程の成形荷重を減少させること
ができる。

一般に、成形率を下げるとパンチ荷重が大幅に下がるこ
とは知られており、第３表４欄のように成形率ε＾■す
なわち断面減少率を少なくすると荷重も減少する。第６
図はその関係を示すグラフで、円柱状素材−１に四部を
押出成形して讐２にする場合の押出し力が変化する状憇
を示す。第３表の４欄のように第３工程の成形率ε４■
を５５％に下げると成形荷重もこれに比例して減少する
。

一方、金型においては第７図に見られるように応力振幅
値の仁かの減少によってその耐久性は大幅に増大する。

第７図は金型鋼ＳＫＩ＋５１の疲労特性曲線を示し、Ｐ
１点の応力が７８０ＭＰａのとき繰返し強度が３　Ｘ　
１０’回であるが、応力が７％減少する２２点では７２
５ＭＰａで８ＸＩ．Ｏ’回、応力が１０％減少するＰ３
点では７０２ＭＰａで１．０３　ＸＩＯ’回となり、耐
久性の伸びが著しい。

したがって、第３表３，４欄に示すように第３工程で成
形荷重を減少させるとパンチ寿命が伸びる。

成形工程中、鋼材に対して第８図、第９図に示すように
加工中に適宜の熱処理を施しながら成形加工をする。第
８図は冷間鍛造の１例で、最初に球状化焼鈍ＳＡを施し
、第２工程後と第３工程後に低温焼鈍ＬＡを行なう。第
９図は温間鍛造の１例で、この場合は第３工程後のみに
低温焼鈍ＬＡを行なう。

そして、成形及び切削加工ののち高周波焼入れが施され
るが、その硬度及び焼入深さは第ｌＯ図に示すとおりで
あり、ａのベース鋼、ｂの特開昭６０−　２３０９１３
０に比べてＣの本提案鋼は、硬度、焼入深さ等において
略同一値を呈する。

以上トリボード型の外輪について述べたが、第１１図に
示すバンフィールド型の外輪１０についても同様に実施
することができる。

（発明の効果） 本発明は、以上のように成形性が良好で高周波焼入れに
適する成分比の鋼材を案出し、該鋼材に可能の成形率で
据込み成形を行なうから、パンチ及びワークに大きな負
荷がかかる次のカップ押出し工程での成形率を下げるこ
とができ、成形工程中最も損傷し易いパンチの寿命を伸
ばし、ワークの割れも防止できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の成形工程図、第２図はパンチの斜面図
、第３図は（ａ）　（ｂ）は製品の縦断面図及び横面図
、第４図はＢ含有率と焼入深さのグラフ、第５図は据込
み案と割れ発生のグラフ、第６図は押出し圧力と断面減
少率のグラフ、第７図は金型鋼の疲労特性のグラフ、第
８図は冷間鍛造時の工程図、第９図は温間鍛造時の工程
図、＜ｂ） 第１０図（ａ）塀はローラ溝と輔部の焼入れの硬度と深
さのグラフ、第１１図は他の製品の縦断面図及び斜面図
である。 ■・・・第１工程（前方押出し） ■・・・第２工程（据込み） ■・・・第３工程（後方押出し） ■・・・第４工程（しごき） Ｐ・・・パンチ ５・・・外　輪 ７・・・軸　部 第１図 第８図 第４図 第６図 曲動威′）Ｐ傘さ） 第９図 第５図 第７図 第１０図 （ａ） １１ｆ＋ψり＾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高周波焼入材を使用し、少くとも軸部の押出し工程と、
   素材を拡径する据込み工程と、肉厚が一定でないカップ
   の押出し工程とを有する等速ジョイント外輪の製造方法
   において、前記高周波焼入材の成分が重量比率で、 Ｃ；０．４５〜０．５８％　Ｓｉ；０．１５％以下、Ｍ
   ｎ；０．１５〜０．３５％　Ｃｒ；０．５％以下、Ｂ；
   ０．０００５〜０．００３５％ Ｔｉ；０．０５０％以下　Ａｌ；０．０１５〜０．０５
   ０％Ｍｎ＋Ｃｒ；０．３０〜０．７０％ 残部をＦｅと不純物とし、据込み工程での成形率εｈ＝
   ６０〜８０％、カップ押出し工程での成形率をεＡ＝５
   ０〜７０％の範囲で成形加工を行なうことを特徴とする
   、等速ジョイント外輪の製造方法。