JPH0775848A - 段付軸材の鍛造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 段付軸材の鍛造法の提供。 【構成】 大径軸部１ａと小径軸部１ｃとを接続するテ
ーパー部１ｂを有し、大径軸部１ａの直径をＤとし小径
軸部１ｃの直径をｄとして、ｄ／Ｄ≦０．６の範囲に鍛
造して製造される段付軸材の鍛造法であつて、前記テー
パー部１ｂの軸線方向の長さをＬとして、０．５Ｄ≦Ｌ
≦０．７Ｄの範囲に設定する。 【効果】 小径軸部のタップ仕上げ鍛造中に、テーパー
部に近接した大径軸部の表層部付近に引張応力が発生す
ることが回避され、この部分に割れ状の欠陥を生ずるこ
とが防止される。その結果、鍛造後の製品の廃却が解消
すると共に、後の熱処理工程にてこの部分に熱応力が集
中することがなく、割れ事故が防止される。更に、最終
製品における、使用中の割れ事故が著しく減少する。加
えて、検査作業を省略することも可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、段付軸材の鍛造法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、軸方向に大径部と小径部とを有す
るいわゆる段付軸材の鍛造においては、圧下面がアール
形を有するタップ金敷と称する上下対称な金敷を用い
て、大径軸部をタップ仕上げ鍛造した後に小径軸部をタ
ップ仕上げ鍛造するのが一般的である。このとき、大径
軸部と小径軸部との接続部は、テーパー状とするが、小
径軸部の径が大径軸部の約半分以下であるような段差が
大きい軸材の場合、テーパー角度を大きく採らざるを得
ない。このような段付軸材としては、例えば圧延用ロー
ルや一般産業機械用として用いられる軸材がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の段付軸材の鍛造法にあつては、上記のような
傾斜角度が急激なテーパー形状となるように、小径軸部
のタップ仕上げ鍛造を行うと、接続テーパー部に近接し
た大径軸部の表層部付近、つまり胴肩部に割れ状の内部
欠陥がしばしば発生するという技術的課題があつた。こ
の原因は、小径軸部のタップ仕上げ鍛造中に、この大径
軸部の胴肩部付近に大きな引張応力が作用することにあ
ることが、有限要素法による解析により明らかとなつて
いる。

【０００４】このような内部欠陥は、後の熱処理工程に
てこの部分に熱応力が集中するため、致命的な割れ事故
を招くばかりでなく、最終製品にまで残存すれば、使用
中の安全性に重大な問題を与える有害なものである。そ
して、この内部欠陥は、鍛造中に発見することは一般的
に不可能であり、後の超音波探傷検査によつてのみ発見
可能であるのが実情である。発見されても、これを修復
できないことが多いため、この欠陥が一度発生すれば、
その時点で製品を廃却しなければならず、製造者は大き
な損失を被つていた。

【０００５】本発明は、内部欠陥の存在しない健全な段
付軸材を得るため、小径軸部のタップ仕上げ鍛造中に、
前述の大径軸部の割れ発生位置に大きな引張応力の作用
しない鍛造方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、請求項１
の発明の構成は、大径軸部１ａと小径軸部１ｃとを接続
するテーパー部１ｂを有し、大径軸部１ａの直径をＤと
し小径軸部１ｃの直径をｄとして、ｄ／Ｄ≦０．６の範
囲に鍛造して製造される段付軸材の鍛造法であつて、前
記テーパー部１ｂの軸線方向の長さをＬとして、０．５
Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄの範囲に設定することを特徴とする段
付軸材の鍛造法である。

【０００７】

【作用】テーパー部１ｂの長さＬを０．５Ｄ≦Ｌ≦０．
７Ｄの範囲として、かつ、ｄ／Ｄ≦０．６の条件にて鍛
造した場合は、小径軸部１ｃの圧下の全工程において、
テーパー部１ｂに近接した大径軸部１ａの表層部付近、
つまり胴肩部１ｄに常に圧縮応力を作用させることが可
能である。このような応力場においては、胴肩部に割れ
状の内部欠陥が生じないことから、製造中は勿論のこと
使用中における内部欠陥の発生を完全に防止できる。ま
た、超音波検査による結果でも、胴肩部１ｄの位置にお
いて、内部欠陥は全く観察されず、性状は良好であつ
た。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１〜図３は、本発明の１実施例に係る段
付軸材の鍛造法を適用した段付軸材の要部を示す。図中
において符号１は段付軸材を示し、段付軸材１は、大径
軸部１ａと、大径軸部１ａの両側にテーパー部１ｂを介
して接続する小径軸部１ｃとからなる。この段付軸材１
は、図２に示すように圧下面がアール形を有するタップ
金敷と称する上下対称な一対の金敷２，３を用いて、円
形断面素材１’を自由鍛造し、図１に示す大径軸部１ａ
をタップ仕上げ鍛造した後に小径軸部１ｃをタップ仕上
げ鍛造して加工されている。

【０００９】このような段付軸材１のタップ仕上げ鍛造
に際し、大径軸部１ａと小径軸部１ｃとの接続部のテー
パー部１ｂの傾斜度合いを所定範囲に規制する。すなわ
ち、テーパー部１ｂの軸線方向の長さＬは、大径軸部１
ａの直径Ｄの０．５倍以上に長くした形状に鍛造する。
しかし、テーパー部１ｂの長さＬを無制限に長くすれば
鍛造歩留りの低下を招くため、最大テーパー部１ｂの長
さＬを大径軸部１ａの直径Ｄの０．７倍以下に設定する
のが適当である。従つて、０．５Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄに設
定する。更に、大径軸部１ａの直径Ｄと小径軸部１ｃの
直径ｄとの関係が、テーパー部１ｂの傾斜度合いに影響
を与えるため、ｄ／Ｄ≦０．６に設定する。

【００１０】実際に、大径軸部１ａの直径Ｄが５３６ｍ
ｍで、小径軸部１ｃの直径ｄが２３８ｍｍ（ｄ／Ｄ＝
０．４４）の段付軸材１のタップ仕上げ鍛造を行い、テ
ーパー部１ｂの軸線方向の長さＬを３５８ｍｍに設定し
た。このときのテーパー部１ｂの長さＬは、大径軸部１
ａの０．６７倍であり、テーパー部１ｂの長さＬ及びｄ
／Ｄが共に推奨する範囲内である。また、比較のため
に、大径軸部１ａ及び小径軸部１ｃの直径Ｄ，ｄがそれ
ぞれ前記実施例と同じであり、テーパー部１ｂの長さＬ
をそれぞれ２４２ｍｍ及び１２５ｍｍとして段付軸材１
のタップ仕上げ鍛造を行つた。これらの場合のテーパー
部１ｂの長さＬは、大径軸部１ａのそれぞれ０．４５倍
及び０．２３倍であり、推奨する範囲外である。

【００１１】大径軸部１ａの割れ状内部欠陥の発生し易
い位置であるテーパー部１ｂに近接した大径軸部１ａの
表層部付近、つまり図１に示す胴肩部１ｄに作用する応
力履歴を３次元有限要素法を用いた解析により観察し
た。その結果を図３に示す。同図において縦軸は胴肩部
１ｄの平均応力／相当応力（σ_m ／σ_eq）を示し、横軸
は小径軸部１ｃのタップ仕上げ鍛造に伴う胴肩部１ｄの
圧下量（ｍｍ）を示す。同図から観察点（１ｄ）での応
力の挙動は、テーパー部１ｂの長さＬによつて顕著に異
なつていることが判る。すなわち、テーパー部１ｂの長
さＬが１２５ｍｍでは、Ａ曲線にて示すように圧下の全
工程において応力は常に引張側であるが、テーパー部１
ｂの長さＬの増大により圧縮側へと転じている。

【００１２】特に、テーパー部１ｂの長さＬの０．５Ｄ
≦Ｌ≦０．７Ｄの範囲として、上記条件にて鍛造した場
合は、小径軸部１ｃの圧下の全工程において、胴肩部１
ｄに常に圧縮応力を作用させることが可能である。この
ような応力場においては、前述のような割れ状の内部欠
陥が生じないことから、胴肩部１ｄにおける内部欠陥の
発生を完全に防止できる。また、本発明による方法でタ
ップ仕上げ鍛造をした段付軸材１に超音波検査を行つ
た。その結果でも、胴肩部１ｄの位置において、内部欠
陥は全く観察されず、性状は良好であつた。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る段付軸材の鍛造法によれば、小径軸部のタ
ップ仕上げ鍛造中に、テーパー部に近接した大径軸部の
表層部付近に引張応力が発生することが回避され、この
部分に割れ状の内部欠陥を生ずることが防止される。そ
の結果、鍛造後の製品の廃却が解消すると共に、後の熱
処理工程にてこの部分に熱応力が集中することがなく、
割れ事故が防止される。更に、最終製品における、使用
中の割れ事故が著しく減少する。加えて、検査作業を省
略することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例に係る段付軸材の要部を示
す図。

【図２】 段付軸材のタップ仕上げ鍛造を示す概略図。

【図３】 平均応力／相当応力（σ_m ／σ_eq）−圧下量
特性を示す線図。

【符号の説明】

１：段付軸材、１ａ：大径軸部、１ｂ：テーパー部、１
ｃ：小径軸部、Ｌ：テーパー部の長さ、Ｄ：大径軸部の
直径、ｄ：小径軸部の直径。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大径軸部（１ａ）と小径軸部（１ｃ）と
   を接続するテーパー部（１ｂ）を有し、大径軸部（１
   ａ）の直径をＤとし小径軸部（１ｃ）の直径をｄとし
   て、ｄ／Ｄ≦０．６の範囲に鍛造して製造される段付軸
   材の鍛造法であつて、前記テーパー部（１ｂ）の軸線方
   向の長さをＬとして、０．５Ｄ≦Ｌ≦０．７Ｄの範囲に
   設定することを特徴とする段付軸材の鍛造法。