JPH11347680A

JPH11347680A - 段付き軸のロール鍛造方法

Info

Publication number: JPH11347680A
Application number: JP15555898A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Yamamoto; 知明山本; Nobutaka Tanimoto; 伸孝谷元
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】丸形状素材から、２パス鍛造圧延によって、テ
ーパ部を有する段付き軸を鍛造する。【解決手段】レデュースロール機を用いて丸形状素材か
らテーパー部を有する段付き軸を成形する方法であっ
て、孔型断面の底線部（6-12,7-12および6-22,7-22）が
ロール軸に平行であり、その底線部の両端から上広がり
状に傾斜する２つの傾斜部（6-11,7-11および6-21,7-2
1）からなる孔型（6-1,7-1および6-2,7-2）を備える２
つの鍛造ロール（6,7）を用い、断面がほぼ八角形の段
付き素材を形成する段付き軸のロール鍛造方法。【効果】孔型を上広がり状に45゜傾斜する２つの傾斜部
を設けることにより、噛み込み時に鍛造材が６点で接触
するので、鍛造材が拘束され、大圧下によっても鍛造捻
れの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レデュースロール
機を用いて丸ビレット素材から断面の急変するテーパー
部を有する段付き軸を荒地取りするロール鍛造方法であ
って、鍛造材に捻れを発生させることなく強圧下できる
ロール鍛造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】クランクシャフトやフロントアクスルな
どは、型鍛造方法によって製造される。

【０００３】図１は、クランクシャフトの成型加工工程
の一例を示す図である。ビレット（素材）1をレデュー
スロール機（ロール鍛造機）によって段付き軸2および3
とし、その段付き軸（荒地）3をさらに型鍛造機によっ
て成形（鍛造材）し、バリ抜きを施した後、整形鍛造機
によってクランクシャフトの鍛造品とする。

【０００４】レデュースロール機によって成形された段
付き軸3は、荒地とも呼ばれ、型鍛造品の体積配分（荒
地取り）に見合った形状に成形される。段付き軸の荒地
形状は、最終の鍛造材の形状から決定され、一般には長
手方向に断面積が異なるブロック3-1およびブロック3-2
と、それらをつなぐテーパ部3-3から構成されている。
このような荒地取りを行うことによって、型鍛造機にお
ける材料の歩留り向上が得られる。

【０００５】図２は、レデュースロール機の概要を示す
図である。

【０００６】レデュースロール機Rは、主として入り側
テーブル4、出側テーブル5、上ロール型6、下ロール型7
から構成されている。入り側テーブル4上の素材1は、複
数条のロール孔型6-1,6-2および7-1,7-2を有する上下の
ロール型6と7との間を複数回通過することにより、図１
に示す段付き軸3が成形される。

【０００７】このようなレデュースロール機によって、
テーパ部を有する段付き軸を荒地取りする場合には、テ
ーパ部の圧下時に材料の幅を孔型で拘束するようなロー
ル鍛造方法においては、テーブル上での材料の倒れ（捻
れ）、テーパ部の噛み出し、表面のシワ疵などの欠陥が
生じやすい。これを防止するため、従来から幅拘束のな
いロール鍛造方法（フラットロール型）が広く採用され
てきた。

【０００８】テーパ部における鍛造捻れ、噛み出しある
いはシワ疵を防止する方法として、本出願人は、ロール
型のテーパ部に奇数・偶数パスで六角形断面を有する孔
型を設け、この孔型によって形成されるテーパ部の材料
断面をほぼ六角形に変化させるロール鍛造方法（特開昭
54-4631号公報、参照）を提案した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述の幅拘束のないフ
ラット孔型によるロール鍛造方法では、圧下量を大きく
すると材料に捻れが発生する。

【００１０】図３は、鍛造材の捻れ現象を説明するため
の図であり、(a)は１パス目の噛み込み時と圧下後を示
す図、(b)は２パス目の噛み込み時を示す図である。図
(a)に示すように、１パス目の鍛造圧延を上下のフラッ
トロール孔型6-3および7-3によって行うと、鍛造材の断
面は破線で示すように圧下方向の両側面部に膨れ、丸み
を帯びる。丸みを帯びた鍛造材を２パス目のフラット孔
型6-4および7-4に噛み込ませると、鍛造材は図(b)に示
すように鍛造パスラインを中心に回転することがある。
これを「鍛造捻れ」という。

【００１１】上記の説明は、横断面がほぼ正方形の角形
状ビレットを素材とする例であるが、丸形状ビレットを
素材とすると１パス目での膨れが大きくなり、鍛造捻れ
が多発する。このため、大圧下鍛造を行う場合には、丸
形状ビレットは使用できない。

【００１２】前記特開昭54-4631号公報で提案した方法
では、断面が六角形となるので、後工程の鍛造において
頂角の部分を圧下するため、疵が発生することがあっ
た。

【００１３】この発明の目的は、丸形状素材を用い、２
パス鍛造（強圧下鍛造圧延）によっても、鍛造捻れ、噛
み出しあるいはシワ疵などを発生させない段付き軸のロ
ール鍛造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、丸形状素
材を用いる大圧下鍛造方法について研究を行い、特開昭
54-4631号公報で提案した方法では、鍛造材料の断面が
六角形の場合には上下左右対称（軸対称）とならないた
め、型鍛造機において頂角部を圧下することがあり、疵
が発生することを見出した。そこで、孔型断面に45゜の
傾斜部を設けることにより、大圧下鍛造圧延を施して
も、鍛造捻れ、噛み出しあるいはシワ疵などを発生させ
ない段付き軸が得られることを確認し、左右対称の断面
で頂角部を圧下することなく鍛造が可能である本発明方
法を完成した。

【００１５】本発明の要旨は、図４に示す孔型ロールを
用いた段付き軸のロール鍛造方法にある。

【００１６】レデュースロール機を用いて丸形状素材か
らテーパー部を有する段付き軸を成形する方法であっ
て、孔型断面の底線部（6-12,7-12および6-22,7-22）が
ロール軸に平行であり、その底線部の両端から上広がり
状に傾斜する２つの傾斜部（6-11,7-11および6-21,7-2
1）からなる孔型（6-1,7-1および6-2,7-2）を備える２
つの鍛造ロール（6,7）を用い、断面がほぼ八角形の段
付き素材を形成する段付き軸のロール鍛造方法。

【００１７】本発明方法は、丸形状素材を用い、１パス
目および２パス目の鍛造圧延を材料のすべての断面がほ
ぼ八角形となるような孔型ロールを使用して行う。孔型
断面を上記のように規定することによって、孔型への材
料の噛み込みが孔型の３箇所（上下のロールでは６箇
所）で接触し圧下され、鍛造捻れを発生することなく大
圧下することができる。これにより、上下左右対称なテ
ーパ部を有する段付き軸を２パスの鍛造圧延によって荒
地取りすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明は、テーパ部を有する段
付き軸を荒地取りするロール鍛造方法であって、丸形状
素材から２パスの鍛造圧延を行うことによって、すべて
の断面が八角形の段付き軸を製作する方法である。

【００１９】図４は、本発明の鍛造圧延におけるロール
孔型と鍛造材の断面形状を示す図であり、(a)は１パス
目の状況を、(b)は２パス目の状況を示す図である。

【００２０】図５は、本発明の方法で鍛造された段付き
軸を示す図であり、(a)は１パス目の鍛造後の形状を、
(b)は２パス目の鍛造後の形状を示す図である。

【００２１】１パス目の鍛造圧延は、図4(a)に示すよう
に孔型断面の底線部（6-12,7-12）がロール軸に平行で
あり、その底線部（6-12,7-12）の両端から上広がり状
に傾斜（45゜）する２つの傾斜部（6-11,11）からなる
孔型（6-1,7-1）を備える２つの鍛造ロール（6,7）を用
い、実細線で示すような断面が丸形状の素材1-1を破線
で示す位置まで圧下して、図5(a)に示すような断面がほ
ぼ八角形の段付き素材８を形成する。その後、鍛造材８
を90゜回転して２パス目の鍛造圧延を行う。孔型断面の
底線部（6-22,7-22）がロール軸に平行であり、その底
線部（6-22,7-22）の両端から上広がり状に傾斜（45
゜）する２つの傾斜部（6-21,7-21）からなる孔型（6-
2,7-2）を備える２つの鍛造ロール（6,7）を用い、実細
線で示すような断面がほぼ八角形の素材2を破線で示す
位置まで圧下して、図5(b)に示すような断面がほぼ正八
角形の段付き素材9を形成する。

【００２２】図４に示すように、１パス目および２パス
目の孔型断面をほぼ45゜傾斜した２つの傾斜部（6-11,7
-11および6-21,7-21）を設けることによって、１パス目
鍛造材の断面に丸みがあっても、２パス目において鍛造
材が孔型の底線部（6-22,7-22）と２つの傾斜部（6-21,
7-21）との６点に接触して噛み込まれるので、傾斜部に
拘束され、圧下量を大きくしても材料に捻れが発生しな
い。これにより、丸形状素材から２パスの鍛造圧延によ
って、図5(b)に示すような、すべての断面がほぼ正八角
形の段付き軸9（図１の符号3に相当）を製作することが
できる。

【００２３】

【実施例】丸形素材（直径が135mm）から２つのブロッ
クからなる段付き軸荒地を、２パスの鍛造圧延によって
製作した。

【００２４】図６は、２つのブロックからなる段付き軸
荒地を示す図であり、(a)は側面図、(b)は図(a)のA-A断
面を示す図である。この段付き軸荒地12は、ブロックＡ
およびブロックＢからなり、テーパ部の長さが50mmであ
る。ブロックＣは、鍛造圧延機のマニピュレータが掴む
部位であり、マニピュレータがこれを掴み１パス目の孔
型から２パス目の孔型に移動させるものである。

【００２５】図７は、各パスの材料形状を求めるフロー
チャートである。

【００２６】計算に必要な入力条件は、素材の形状と
２パス後の目標減面率である。素材断面形状と２パス後
の目標減面率から２パス後の材料形状が正八角形となる
形状（幅W₂₀＝高さH₂₀）を決定する。

【００２７】図８は、鍛造圧延におけるロール孔型と圧
下にともなう材料の断面変化を示す図であり、(a)は１
パス目、(b)は２パス目を示す図である。

【００２８】図７および図８に示すように、任意の圧
下量（H₀→H₁）を仮定し、圧延計算によって１パス目後
の材料形状を計算する。その際、柳本の式（塑性と加
工、５巻、40号、1964年、参照）により、圧下量にとも
なう１パス後の幅W₁を計算する。１パス目の圧下量
（H₀→H₁）と１パス後の幅（W₁）から１パス後の断面積
を計算する。１パス後の断面積と２パス後の目標減面
率から２パス目の圧下量（H₁₁→H₂）を決定する。２
パス目の圧延計算を行い、柳本の式より、２パス後の幅
W₂を計算する。予め計算しておいたW₂₀と計算で求め
たW₂とが等しい値になれば計算を終了させる。

【００２９】等しい値にならなければ、に戻り繰り返
し計算を実施する。繰り返し計算は、１パス目の圧下量
を最初の仮定値よりも大きめな値と小さめな値を用いる
２分法によって実施するのがよい。

【００３０】上記の方法で図６に示す、素材直径150mm
に対して目標荒地形状のブロックＡとブロックＢについ
て１パス後と２パス後の材料形状を求めた。ブロックＡ
については目標減面率を45％とし、ブロックＢについて
は目標減面率を80％とした。さらに、テーパ部α₁およ
びテーパ部α₂についても上記と同様の計算を実施し
た。テーパ部α₁およびテーパ部α₂の減面率は、ブロッ
クＡとブロックＢの減面率をテーパ長さ50mmの間で直線
的に変化するとして求めた。

【００３１】その後、鍛造圧延機のミル剛性を考慮して
上記決定したブロックＡ、ブロックＢ、テーパ部α₁お
よびテーパ部α₂について、計算材料形状となるよう
に、傾斜部が45゜の孔型を製作した。テーパ部αはブロ
ックＡからテーパ部α₁、テーパ部α₂およびブロックＢ
にかけて連続的に変化するような45゜の傾斜部を持った
角形孔型として、２パス後の鍛造圧延中に鍛造材料と孔
型底線部と傾斜部が接触し、材料の幅方向の広がりを拘
束しながら圧下が進行し、圧延捻れが抑制できた。

【００３２】図９は、２パス鍛造後の材料の断面を示す
図であり、(a)は捻れのない場合、(b)は捻れが発生した
場合の図である。上記に示した本発明の方法で大圧下鍛
造圧延を実施すると、図9(a)に示すように捻れの発生は
発生しなかったが、従来の方法（フラットロール圧延）
で行うと図9(b)に示すように捻れが発生した。

【００３３】

【発明の効果】本発明の荒地鍛造方法は、ロールの孔型
を45゜傾斜する傾斜部を設けた角形状の孔型断面とした
ので、鍛造材が噛み込む際、上下のロール孔型の６点で
接触するので、鍛造材が拘束され、大圧下によっても鍛
造捻れの発生が防止できる。これにより、丸形状素材か
ら、２パス鍛造圧延によって、テーパ部を有する段付き
軸を鍛造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クランクシャフトの成型加工工程の一例を示す
図である。

【図２】レデュースロール機の概要を示す図である。

【図３】鍛造材の捻れ現象を説明するための図であり、
(a)は１パス目の噛み込み時と圧下後を示す図、(b)は２
パス目の噛み込み時を示す図である。

【図４】本発明の鍛造圧延におけるロール孔型と鍛造材
の断面形状を示す図であり、(a)は１パス目の状況を、
(b)は２パス目の状況を示す図である。

【図５】本発明の方法で鍛造された段付き軸を示す図で
あり、(a)は１パス目の鍛造後の形状を、(b)は２パス目
の鍛造後の形状を示す図である。

【図６】２つのブロックからなる段付き軸荒地を示す図
であり、(a)は側面図、(b)は図(a)のA-A断面を示す図で
ある。

【図７】各パスの材料形状を求めるフローチャートであ
る。

【図８】鍛造圧延におけるロール孔型と圧下にともなう
材料の断面変化を示す図であり、(a)は１パス目、(b)は
２パス目を示す図である。

【図９】１パス鍛造後の材料の断面を示す図であり、
(a)は捻れのない場合、(b)は捻れが発生した場合の図で
ある。

【符号の説明】

１．素材 2,3．荒地４．入り側テーブル５．出側テーブル６．上ロール型７．下ロール型 8,9,10．荒地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レデュースロール機を用いて丸形状素材か
らテーパー部を有する段付き軸を成形する方法であっ
て、孔型断面の底線部がロール軸に平行であり、その底
線部の両端から上広がり状に傾斜する２つの傾斜部から
なる孔型を備える２つの鍛造ロールを用い、断面がほぼ
八角形の段付き素材を形成することを特徴とする段付き
軸のロール鍛造方法。