JPS63215331A - 一連のリングロール予備成形体を鍛造するための方法およびそのための鍛造金型 - 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） 本発明はリングギヤ準鍛造品を製造するための方法に関
し、特にロールされたリング形状素材から鍛造予備成形
のリングロール成形によって生産されｆｃ重荷重トラッ
ク駆動車軸の九めのハイポイド歯車、正かさ歯車、また
はスノくイラルかさ歯車等のリングギヤを製造するため
の方法に関する。

特に本発明は１つの共通の予備成形金型を利用し一連の
ｉ４．なる大きさの鍛造されたリングロール予備成形体
を製造するための方法およびその予備成形体の鍛造金型
に関する。

（従来技術） 従来、ピニオンギヤおよびリングギヤのギヤセットを用
いる重荷重駆動車軸のための直角駆動装置は、例えば米
国特許第３２６５１７３号、第４０１８０９７号、第４
０４６２１０号、第４０５０５３４号および第４２６３
８３４号ならびに本出願人へ出願権を譲渡され、そして
１９８５年８月１日に出願をされた米国特許廓第７６１
２６２号、およびＳＡＥべ一ハ−Ａ　８４１０８５に記
載されているように公知である。このようなギヤセット
は普通既知のスパイラルかさ歯車またはハイポイドギヤ
型あるいはその変形または派生物よりなる。

少なくとも部分的に形成された歯を有するギヤ鍛造品お
よびギヤ素材を製造する鍛造方法は従来技術として良く
知られており、特に、例えば、米国特許第３８’２２７
６３号、第４０５０２８３号および第４５９０７８２号
に記載てれているように差動ビニオンおよびサイドギヤ
のような相対的に小寸法のかさ歯車が知れている。

ほぼ環状のリングをリングロール予備成形体からリング
ロール成形する方法も、従来技術において、例えば、米
国特許第１９７１０２７号、第１９９１４８６号、第３
２３０３７０号、第３３８２６９３号および第４０８４
４１９号および米国金属協会発行の金籾ハンドブック、
第８版、第５巻、第１０６〜１０７頁の「リングローリ
ング」に記載されているように既知である。

従来、相対的に大きな寸法のため、重荷重トランク用リ
ングギヤは、外径ばりおよび中心スラグを有するギヤ素
材を鍛造し、この鍛造後のギヤ素材をトリミングし、ト
リミング後のギヤ素材を焼準し熱処理し、このギヤ素材
を粗歯切りおよび仕上歯切ジし、表面および取付孔を切
削加工し、浸炭熱処理し、リングギヤおよびピニオンギ
ヤを２ツビングコンパウンド中で噛合せて回転してラッ
ピング作業し、次に、互いに連結関係でのみ使用すよう
にリングギヤおよびピニオンギヤを噛合せセットとして
維持する各工程からなる方法によって製造されている。

（発明が解決しようとする課題） 重荷重トラック用リングギヤを製造するための従来技術
の方法は長い間利用されており、リングギヤ、およびリ
ングギヤとピニオンギヤのセットがこの方法により製造
されてきた。

しかし、この従来方法は全く満足すべきものではなく、
使用されるビレットが仕上リングギヤに比べて相当大き
い体積を有し、これがため、望ましくないほど高い材料
費と加熱費を要し、ギヤ素材からギヤ歯を切削する作業
に高い費用と時間が消費され、切削じて形成される歯は
材料を変形する方法によって形成されたギヤ歯に固有の
所望の鍛流線特性を有しておらず、これがため、材料変
形により形成されたギヤ歯の特性を有しない。また、ラ
ッピングにより仕上げたリングギヤ／ピニオンギヤのギ
ヤセットは噛合せ対として使用し得るだけであフ、多数
のギヤセットを噛合せ対の状態で維持するために注意を
払う必要があり、噛合せ対のリングギヤまたはピニオン
ギヤのいずれか一方が損傷するとそのギヤセット全体が
使用できなくなるという問題があった。

材料を節約するために中空部材をロール成形したリング
から鍛造することは従来技術において既知である。しか
し、この方法は、通常、リングロール成形するための環
状予備成形体を製造するための成形作業（鍛造プレス″
またはハンマーによる）を素材のリングロール成形に必
要とするために、大量生産に対してのみ経済的に行なう
ことができる。材料の節約およびこれに伴なう他の節約
はこのような方法を経済的に望ましいものにするには十
分なものでなく、％に、重荷重駆動車軸（すなわち、重
荷重トラック、荒地用建設車両等に用いられる駆動車軸
〕に関連する寸法および比率の多様性および量において
相対的にエフ大きく、より高価なリングギヤの場合に問
題となっている。これは、従来技術による予備成形体の
製造が、大多数の他の鍛造作業と同様に、予備成形用金
型に理論的容量の１００％近くＫまで充填する必要があ
るとの従来の考えがあつ九からであり、これが九め、異
なる寸法の予備成形体のそれぞれに対して別個の金型を
必要とし、相対的に小ロットでは、材料の節約分よシ余
分の予備成形用工具およびプレスの準備が通常必要とさ
れていた。

このようなことから本発明は、相対的に大きな寸法で小
量おＬび重荷重駆動車軸に関連し穴寸法および比率の相
対的に大きな多様性の見地において経済的に実行し得る
重荷重車両用駆動車軸のリングギヤの製造方法を提供す
ることを目的としている。

（課題が解決するための手段） 上述のことはロールされ九リング鍛造用素材からリング
ロール成形および非常に注意深く制御されたリングギヤ
準鍛造品の鍛造によってなしとげられる。

このロールされたリング素材は鍛造し７’ｈ　ＩＪング
ロール予備成形体からリングロール成形機によって製造
され、予備成形体は注意深く制御された容積を有し、か
つ一般的に円環形状でなり、１つの共通する高さ、内径
、および一群の中から最も大きな予備成形体の８ｏ〜ｉ
ｏｏ％の範囲の容積を有する一連の予備成形体を鍛造す
るために適する予備成形体鍛造用金型により鍛造される
。

（作用） したがって、１つの共通の、又は万能の予備成形体金型
は多種類のリングロール予備成形体を鍛造するのに利用
でき、予備成形工具に関する費用と、予備成形プレスの
セットアツプ時間を最小化する。

本顆発明の上記目的および利点は以下に示す図面に基づ
いて詳細に記載された好適な実施例にエフ明らかにされ
る。

（実施例） 本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下の本発明の記載において、用語は参考として用いら
れており、限定することを意図するものではない。「上
方」　「下方」　「右方」および「左方」は参照図面に
おける方向に関するものである。「内方」および「外方
」は記載される装置の幾何学的中心に向かう方向および
幾何学的中心から遠去かる方向のそれぞれに関するもの
である。上述の用語は上述の特に言及した言語およびそ
の派生語ならびに同義の外来語を含むものである。

本発明の方法およびこの方法を用いる鍛造用金型は重荷
恵車両駆動車軸用リングギヤを製造するための工程の一
部を含むものである。各リングギヤを製造するための工
程の生茎な特徴はＡｌ５Ｉ８６２０氏８６２２Ａ、　８
１Ｓ２５Ａ、　８８２２Ａ。

４８１７Ｈおよび９３１０Ａの工うな低ないし中炭素鋼
および合金鋼（通常、炭素を重量でＱ、０５％〜α５％
含む）からリングギヤ準鍛造品を精密鍛造する工程を含
む。ｌ’−ＡＩ８ＩＪとは（米国鉄鋼協会）およびこれ
によって規定された鋼程規格を示している。しかし、本
発明の方法は特定の形式の低ないし中炭素鋼ならびに合
金鋼に限られるものではない。

本明細書に用いられるように、「精密鍛造」およびその
派生語は「正味部品」すなわち、鍛造したままで（熱処
理その他の非切削加工工程を受けて）使用し得る部品ま
たは「ほぼ正味部品」すなわち、機能表面から１０３０
インチ以下の材料除去を通常必要とする鍛造品を製造し
得る（即ち圧力下で加工品を塊状で変形させる）鍛造法
を意味する。

重荷重駆動車軸の駆動装置にリングギヤ／ピニオンギヤ
の直角ギヤセットを用いることは従来技術において既知
である。第１図には、リングギヤ１４と噛合するピニオ
ンギヤ１２を備えるギヤセット１１を利用する単一減速
駆動車軸１０が示されている。差動アッセンブリ１６は
２個の車軸１８．２０を駆動するためボルト１７によっ
てリングギヤに取付けられる。ピニオンギヤ１２の回転
軸線２２はリングギヤ１４（および差動アッセンブリ１
６および駆動車軸１８．２０）の軸線に対して実質的に
直交する。

この重荷重駆動車軸で２速かつプ２ネタリーダグル減速
型の重荷重駆動車軸は従来技術において既知であり、上
述した米国特許第４．０１８，０９７号および第４．２
６へ８２４号ならびに本出願人へ出願権を譲渡され、そ
して１９８５年８月１日に出願された米国特許願第７６
１２６２号を参照してその詳細を知ることができる。

殆んどの重荷重駆動車軸は第２Ａ図および第２Ｂ図にそ
れぞれ示すようなスパイラルかさ歯車ま九はハイポイド
歯車型の直角リングギヤ／ピニオンギヤ駆動セットを利
用している。本発明の方法およびこれに用いる鍛造用金
型はスパイラルかさ歯車およびハイポイド歯車および／
またはその派生物あるいは変形歯車を製造するために用
いることができる。スパイラルかさ歯車型ギヤセットは
、第２人図に示すように、回転軸線２２および２４が互
に直交し、他方、第２Ｂ図に示すハイポイド歯車型ギヤ
セットでは、軸線２２および２４が距離２６でずれてい
る。

ハイポイド歯車のずれの距離は１２〜１８インチのピッ
チ直径のリングギヤを有するギヤセットにおいて通常約
１００〜２．００インチである。リングギヤ１４には差
動アッセンブリ１６および駆動軸１８．２０を受ける取
付ボア２８とリングギヤを差動アッセンブリ１６に取付
けるためのボルトおよびナツトアッセンブリ１７を受け
るための複数のボルト用円形孔６０が設けられている。

既知の工うに、理論的には、スパイラルかさ歯車はピッ
チラインにおいて、摺動することがなく、完全なころが
ジギャ接触を行ない、これに反し、ハイポイドギヤセッ
トはより小さくすることができるが、ピッチラインにお
ける摺動ギヤ接触の度合がよシ大きくなる。近年におい
ては、ギヤ設計および潤滑の改善によって、摺動接触が
過失においてほど大きな問題ではなく、重荷重駆動車軸
用ノ・イボイドギヤセットがより多く用いられるように
なってきている。本発明は、説明を容易にするだけのた
めに、スノ（イラルかさ歯車セットについて図示されて
おり、理解されるように、本発明はスノ（イラルかさ歯
車およびハイポイドギヤセットの両方ばかりでなくその
変形に対しても等しく適合される。スパイラルおよびハ
イポイドリンクギヤ／ピニオンギヤセットの特徴および
利点は上述した８ＡＥＡＱ４１０８５を参照して知るこ
とができるように従来技術において既知である。

重荷重車両駆動車軸のリングギヤ１４を製造するための
従来技術の方法の最も重要な工程を第３および３Ａ図に
ブロック線図で示す。要約すると、第５図に示す従来技
術の方法の部分は最初の加熱したビレットに予め形成さ
れた部分であシ、これは最初の変形およびトリミング作
業を備え、第３Ａ図に略図的に示す部分はトリミングし
たギヤ素材３４に後加工において金属変形を生ぜしめる
作業を示す。注目すべきことは、第３およびｓＡ図に示
す従来技術の方法および第４および４Ａ図に示す本発明
の方法の両方に対し、製造される最終リングギヤ１４が
比較できうるものであり、約４９．７５ボンドの重量を
有することである。

従来技術の方法の金属変形部分は、ビレット準備および
加熱工程３６と、すえ込みまたはバスティング（ｂｕｓ
ｔｉｎｇ　）工程３８と、荒打ち４０と、ギヤ素材鍛造
工程４２とギーヤ素材４４のト＋）　ミング工程との順
次工程を含み、これらの工程につき以下に詳細に説明す
る。

記述および比較の目的のため、従来技術の方法と本発明
の方法との両方によって製造すべきリングギヤ１４は約
１６ユインチの外径で、約４９、７５ボンドの正味重量
を有する実質的に同じ仕様の単一速度リングギヤである
。ビレットまたはスラグ５２は適当なギヤ材料、例えば
、低炭素鋼、中炭素＃４または合金鋼の棒材から予定寸
法および形状に切り出される。次に、ビレット３２は予
定の適当な鍛造温度（通常約２２５０〜２３５０下）に
加熱される。加熱したビレットから発生するスケール（
酸化）およびスケールの深さを最小にするため、ビレッ
トはできるだけ急速に加熱するのが好ましい。

すえ込み工程３８および荒打ち工程４０において、加熱
したワークピースはすえ込みされて全体としてパンケー
キ形状のビレット４６にされ、スケールを除去した後、
鍛造用予備成形体４８を形成するよう荒打ち加工される
。すえ込み工程５８お工び荒打ち工程４０は別個のプレ
スを必要とし、加工片が相対的に大きな寸法を有する丸
め、同時には行なわれない。ギヤ素材鍛造工程４２では
、鍛造用予備成形体４８が鍛造されてギヤ素材５０が得
られる。留意されるように、このトリミングされていな
いギヤ素材５０は相対的に大きい中心スラグ部分５２と
相対的に大きい外側の鍛造はり部分５４とを有し、この
外側鍛造はり部分５４は当業者において既知のように鍛
造金型の分割線に形成される。トリミング工程４４にお
いて中心スラグ部分５２および外側ばシ部分５４がギヤ
素材から除去され、トリミングしたギヤ素材５６が得ら
れる。

このギヤ素材５６には歯が部分的にも形成されていない
。

ギヤ歯が少なくとも部分的に形成されたギャ素材５６と
同様の鍛造ギヤ素材を形成することが望ましいことは従
来技術において知られているが、重荷重駆動車軸リング
ギヤが相対的に大きな寸法を有する丸めに、第３図に示
す従来既知の便宜的鍛造方法によって経済的に鍛造する
ことが困難であった。この理由は、例えば、すえ込みま
たはパスティング工程、予備成形体を形成する荒打ち工
程、仕上鍛造工程、トリミング工程およびギヤ歯の鍛造
工程等の含まれる工程の数が多くて加工片が熱を失なわ
れ過ぎ（すなわち、冷却され過ぎ）てギヤ歯を適正に鍛
造することができないからである。これは、従来技術に
おいて知られているよりに工具と接触する加工片の表面
積が相対的により大きいために特に真実である。さらに
、パスティングおよび荒打ち工程後に歯が形成される場
合には、これらの工程において発生されるスケールの念
めに表面品質が不良になる。また、相対的に低温の状態
下で加工片５６に歯を鍛造しようとする場合には、相対
的に大きなプレスを必要とするとともに加工片の相対的
に低い温度で歯を鍛造するために要求される相対的に大
きい圧力によって工具が急速に損傷され、不経済となる
。

くし 従来技術の方法の残りまた後に金属を変形させる方式を
第３Ａ図に概略図示しており、以下により詳細に記載さ
れる以下の順次工程、すなわち、焼準し熱処理工程５８
、表面旋盤加工６０、ボルト用円形孔の穿孔工程６２、
ギヤ歯の粗切り工程６４、ギヤ歯の仕上歯切り工程６６
、加工片の浸炭熱処理工程６８、仕上機械前エフ０、ビ
ニオンギオを噛合させることによるラッピング作業７２
およ−び噛合せるリングギヤ／ピニオンギヤのギヤセッ
トをマーキングしてこのギヤセットを維持する工程７４
とを含む。

トリミングしたギヤ加工素材または加工片５６は、次に
、焼準し熱処理を受けて旋削に最適の金属組織にされる
。ギヤ材料として使用される鋼種の鍛造ギヤ鋼の焼準し
熱処理は、典型的に、加熱、均熱および／または制御冷
却作業を備える。焼準し熱処理後、焼準しギヤ加工素材
の全ての表面は旋削されて後の位置決めおよび旋削加工
のための適正表面を設ける。穿孔工程６２において、取
付用７ランジ７６に円周のボルト孔３０が穿孔される。

留意されるように、従来技術の方法についての記述およ
び本発明の方法についての記述の全体を通じて、記述を
容易にするため、未仕上加工片の部分を仕上りングギャ
１４の部分と同じ名称および参照番号で示している。例
えば、トリミングしたギヤ素材５６の中心孔は取付ボア
２８と名付けているが、この中心孔を仕上りングギャ１
４の正確な寸法の取付孔とするまでにはさらに旋削加工
することが必要である。

作業６４．６６のそれぞれにおいて、加工片にギヤ歯が
粗切りおよび次の仕上歯切り作業によって歯切りされる
。スパイラルかさ歯車、ハイポイドおよび／ま念はその
変形ギヤ歯の歯切り方法は従来既知であり、グリーソン
ワークス社によって「グリーンン・ジェネレータ」の商
標名で市販の歯切シ機械ま九は、ザ・エリコム・カンパ
ニーにより「スピロマチイック」の商標名で販売されて
いる歯切シ機械によって歯切シを行なうことができる。

歯切り作業後、加工片は浸炭熱処理を工程６８で受ける
。既知のように、浸炭熱処理は加工片を高炭素雰囲気中
で加熱され（通常１６００〜１７００？　）、加工片の
表面に浸炭させて表面を硬化させて仕上製品の耐摩耗性
を向上させるための硬い高炭素含有表面を設ける。炭化
熱処理後、硬化した加工片のボルト孔および取付ボア２
８．３０を仕上加工する。

歯切ジしたギヤ歯表面は歯表面の歯切シ後に熱処理を受
けるから、注意深く制御して熱処理しても、いくらかの
歪みが生じる。したがって、リングギヤ／ピニオンギヤ
のギヤセットの性能を許容し得るものとするために、す
なわち、所要の表面品質とするために、浸炭したリング
ギヤおよびピニオンギヤにラッピング作業工程７２を加
えることが必要である。このラッピング方法として、噛
合されるリングギヤとビニオンギャのセットを噛合させ
、シュミレートシ九荷重下で回転させ、この際、噛合う
ギヤ歯に２ツビング用コンパウンドを噴霧する。典型的
には、ピニオンギヤの回転軸線２２をリングギヤの回転
軸線２４に対して相対的に回動させてリングギヤとピニ
オンギヤの両方のギヤ歯表面の全体に対して適当な表面
処理を行なう。ラッピング用コンパウンドとしては相対
的に微細な研摩材を潤滑剤に懸濁させたものを用いる。

一度一緒にラッピング処理した後、ラッピング処理した
リングギヤとピニオンギヤとは噛合するセットとなシ、
セットとして満足すべき状態で使用可能となるだけであ
り、また、対として適正に使用または交換されるだけで
ある。したがって、噛合ったギヤセットは噛合せセット
としてマークされ、その噛合せセットの状態に維持する
よう注意することが必要である。これがため、通常には
、ギヤ製造者、車軸組立者の丸めに使用する場所に特別
なパレットおよび容器を設けておくことが必要である。

リングギヤ／ピニオンギヤのギヤセットを噛合せ対の状
態のままでのみ維持し、利用することを必要とする六め
に、当然のこととして、余分な費用がかかる。これは、
本出願人へｌｔｈ１Ｍ権を一渡され１９８５年Ｂ月１日
に川原された米国特許出願第７６１，２６２号に開示さ
れてｈるように共通のりングギャを異なる歯数のピニオ
ンギヤと用い得るようなギヤセットデザインのものにお
いて実際に生じる間層である。

第４および４Ａ図は、それぞれ、重荷重車両用駆動車軸
のリングギヤ金製造するための本発明による金属変形お
よび後′金属変形部分の最も重要な工程を示す。この図
示の工程は、それぞれ後に詳細に説明する順次工程、す
なわち、ビレットの準備および加熱工程８０、リングロ
ーリング用予備成形体の鍛造工程８２、鍛造したリング
ローリング用ブランクをリングローリングする工程８４
、リングギヤ準鍛造品を精密鍛造する工程８６、本発明
に関連して用いられると予測される多くの合金には必要
でないと考えられる焼準し熱処理工程８８、半仕上機械
加工作業工程９０、浸炭熱処理９２、中心および取付孔
の仕上加工工程９４および最終ギヤ歯形の研摩工程９６
を含む。以下にさらに詳細に述べるように、重要な特徴
として、仕上ギヤ歯形の仕上研摩工程９６がリングギヤ
（およびピニオンギヤ）の最終熱処理工程９２の後に行
なわれ、これがため、歯形状が後の熱処理において変形
されない。ピニオンギヤ１２が同様の方法で製造される
場合には、後のラッピング作業工程お工び噛合つ九ピニ
オンギヤとの関係でのみリングギヤを利用することが必
要でなくなる。

ビレットまたはスラグ１００は清浄にされた低炭素講、
中炭素鋼および合金鋼の浸炭し九品質の俸加工材から予
定の寸法および形状に注意深く制御して切削される。準
鍛造品に対して用いるべきビレットの通常センターレス
研摩ま九は同様の手段での研摩によって清浄にすること
を必要とする従来技術の方法とは異なり、本発明による
方法は、リングローリング工程８４が後述するように充
分なスケール除去作用を有するので、清浄にする作業を
必要としない。次に、ビレットま九はスラグ１００は、
第４図に示す変形作業のため、適当な温度に加熱される
。第３図に示す従来方法とは異なり、本発明方法におい
ては、加工片の熱損失が著しく小さくなることが確めら
れ、したがって、ビレットを２０００？〜２３００下の
範囲の適当な温度に加熱すれば十分であることが見出さ
れた。また、例えば、Ａｌ８Ａ　８６２０Ａおよび１１
０Ａのような上述した合金の多くの準鍛造には、焼準し
熱処理工程８Ｂが必要でないことを確めた。経験により
明らかにされたように、上述したような合金のあるもの
では、第４図に示す方法によってほは正味の精密鍛造の
良好な機械加工性が得られ、この理由は、顕微鏡組織が
ポリゴナルアエライトおよびパーライト等軸粒子で、望
ましくないウィドマンステッテン組織を有しないか、あ
るいは極く少量しかないからである。粒子の大きさは全
般的に微細（すなわち、ＡＳＴＭスケールでｇ−ｓナン
バー７〜８より小〕である。さらに、リングローリング
方法の固有のスケール除去特徴の点から、準鍛造の精密
鍛造のためのビレットの加熱は制御雰囲気中で行なう必
要がない。

次いで、加熱し念ビレット１ｏｏは、工程８２において
、ほぼ円環形状のトリミングしたリングローリング予備
成形体１０２に鍛造される。工程８２によって象徴的に
示されるリングローリング用予備成形体を鍛造する状態
を第５．６．７および８図によシさらに詳細に示し、以
下に詳細に説明する。

工程８４に訃いて、リングローリング用予備成形体１０
２はリングローリングされてほぼ矩形断面壁の鍛造用素
材す／グ１０４に形成される。

このリングローリングされた鍛造用素材リング１０４は
、次に、工程８６において鍛造されてリングギヤ準鍛造
品１０６にされる。

リングギヤ準鍛造品１０６の詳細構造を第１０図に拡大
して示す。以下に述べるように、ロール成形された鍛造
用素材リング１０４の高さ１０Ｂ、壁厚１１０、内径１
１２および外径１１４はリングギヤ準鍛造品１０６に対
して相対的に所定の関係にあるように要求される。ロー
ル成形した鍛造用素材１０４の寸法はまたリングロール
成形用予備成形体１０２の寸法を少なくとも部分的に決
定する。

工程８４において線図的に示されるリングロール成形方
法は従来技術において既知であり、第９図を参照して知
ることができる。簡単に説明すると、リングロール予備
成形体１０２はこの円径１１８よシ僅かに小さい外径を
有する回転可能のマンドレル１１６上に置かれる。相対
的により大径のキングロール１１８が加工片の外径表面
に接触され、回転駆動され、これにより加工片をマンド
レルとキングロールとの間に摩擦作用によシ回転する。

次いで、キングロールまたはマンドレルのいずれか一方
を他方に同は押しつけて半径方向に移動して加工片をロ
ールとマンドレルとの間で押しつぶす。リングロール成
形法は従来技術において相対的によく知られておジ、例
えば、上述した米国特許第４，０８４，４１９号、Ｗ、
５，３８２．６９３号、第５，２３０，３７０号、第１
９９’１．４Ｂ６号および１，９７１，０２７号を参照
して知ることができ、また、米国金属協会発行の金属ハ
ンドブック、第８版、Ｍ５巻、第１０６および１０７頁
の「リングローリング」を参照して知ることができる。

リングロール成形法の２個の固有の特徴は考慮するに値
する重要なものである。リングロール成形中、予備成形
体の高さ１２０は実質的に増加せず、これがため、千′
備成形体の高さ１２０はロール成形後の鍛造用素材リン
グ１０４の高さ１０８に等しい。リングロール成形法は
、固有の作用として、加工片のスケールを除去し、これ
がため別個のスケール除去のためのパスティング作業を
行なう必要がなく、また、予備成形体１０２およびロー
ル成形したリング１０４と工具との接触表面積が相対的
に小さく、これがため、リングロール成形法によれば熱
損失が相対的に最小である。発生し九変形熱が加工片の
温度を実際に上昇させ、これによ９次のリングギヤの準
鍛造を所望の鍛造温度で行なうことができる。

第４Ａ図は本発明の後加工金属変形作業の一部を示す。

上述したように、ある種の合金は従来技術の方法の工程
５８につき説明したと同様の焼準し熱処理を必要とする
こともある。本発明で利用される合金鋼の多くはリング
ギヤ準鍛造品１０６の焼準し熱処理を必要としない。

第１０図に、本発明による精密鍛造工程８６によって製
造されるリングギヤ準鍛造品１０６を示している。第１
０図において、破線の外側に位置する準鍛造品の部分は
最終リングギヤ１４を製造するなめに除去する必要があ
る。

準鍛造品１０６は半仕上加工されて取付７ランジ７６に
ボルト用円形孔２８、取付孔２８および背面１２２が穿
孔および切削される。ボルト用円形孔２８の穿孔工程は
従来技術の方法の工程６２と同じであるが、この取付孔
２８および背面１２２の半仕上加工はさらに機械加工す
るための位置決め表面を設けるために要求される加工で
ある。この半仕上加工作業９０中に、準鍛造品１０６の
品質に依ってはすくい角および／または内端ボアにおい
ていくらかの加工が要求されることもある。次に、半仕
上加工した加工片は従来技術の方法に関して記述した工
程６８と実質的に同じ浸炭熱処理９２を受ける。

浸炭熱処理工程９２の後、ボルト用円形孔３０および取
付孔２８は工程９４において仕上加工される。

次いで、工程９６において、ギヤ歯の外形の歯底および
歯側面（ｆｌａｎｋ）を仕上研摩することによって製造
を完了する。最終歯外形の研Ｉ！は浸炭熱処理後に行な
われるから、立方晶形窒化朋素（ＣＢＮ）研摩材を用い
て研摩するのが好ましく、これにより適切で経済的な方
法で浸炭金属表面を研摩することができる。本発明の極
めて望ましい特徴として、最終ギヤ歯形状が最終熱処理
作業後に得られ、これがため、研摩した歯外形の表面は
熱処理による変形を受けることがない。したがって、同
様の方法でピニオンギヤが製造される場合には、リング
ギヤとピニオンギヤのラッピング作業および噛合せギヤ
セットとしてラッピング後のリングギヤとピニオンギヤ
のメインテナンスが必要ですくする。

上述した↓うに、第４および４Ａ図に象徴的に図示した
本発明の方法は、第３および３八図に示す従来技術の方
法に比較して材料、エネルギーおよび手間を相当節約す
ることができる。

例えば、実質的に同じ部品（イートン・コーポレーショ
ン、アクセル−アンド・ブレーキ部門、部品番号８６３
７４）を得るため２つの方法を比較すると、最終製品で
あるリングギヤ１４はほぼ４９７５ボンドの重量を有量
る。従来技術の方法で用いたビレット３２は約１０３ボ
ンドの′Ｎ蓋を有し、これに比較して、本発明の方法で
用いたビレット１００の重量は約７０ボンドである。こ
れは３０％の材料の節約を表わしていることになる。ま
た、トリミングしないギヤ素材５２は約１００〜１０２
ボンド（すなわち、ビレットの重量に比べて除去された
スケールの重量だけ少ない）であるのに比較して、リン
グギヤ準鍛造品１０６の重量は約６４ボンドである。し
たがって、明らかなように、本発明によれば、相当低い
能力のプレスを用いることができ、これにより鍛造用工
具の使用可能の痔命を相当に増大する。

さらに、リング形状の鍛造用素材１０４を用いることに
より、はりのない、または、ばりをほとんどなくした準
鍛造用金型を用いることができる。さらに、従来技術に
よって製造されるトリミング後のギヤ素材５６が約７８
．５ボンドの重量を有するのに比較して本発明による準
備造品１０６の重量は約６４ボンドであり、これは従来
技術の方法の粗歯切りおよび仕上歯切少工程において除
去される金属の量を示すものである。

同様に材料の節約、百分率に基づく節約が本発明の方法
によって製造される大型および小型の重荷重車両用駆動
車軸のリングギヤに麦われている。

材料の節約に加えて、ビレットを準備するなめに要する
エネルギー、ビレットを加熱する念めに要するエネルギ
ー、鍛造エネルギー、適当るエネルギーおよび切削加工
に要するエネルギーの合計による全エネルギーの必要量
は最少ま九はほぼ最小量となる。

また、留意されるように、従来技術の方法によって製造
されるギヤセットの多くは、浸炭し九加工片における望
ましくない引張応力を除去する九めに浸炭熱処理後にシ
ョットピーニングその他の応力除去処理を必要とする。

本発明においては、研摩、特に、ＣＢＮ研摩により引張
応力が除去され、望ましい圧縮応力が加工片の表面に誘
起されるから、ショットピーニングその他の応力除去処
理は必要でない。

第４および１０図に示すように、精密鍛造したリングギ
ヤの準備造品１０６の寸法に対して相対的なロール成形
後の鍛造用素材リング１０４の寸法関係は本発明方法の
理想的実施のために維持されなければならない。精密鍛
造用金型を満足すべき状態で溝穴し、かつ潴足すべきリ
ングギヤの準備造品１０６を製造するために、ロール成
形後の鍛造用素材リング１０４の高さ１０８は鍛造用素
材リング１０４の肉厚１１０の１〜４倍、好ましくは、
１１／２〜２１／！倍の範囲とする必要があることを見
出した。さらに、精密鍛造用金型内に正しく位置させる
ためには、鍛造用素材１０４の内径１１２は内端ボア１
２４（また、金型のポット直径とも称される）に実質的
に等しいことが必要であシ、また、ロール成形後の鍛造
用素材リング１０４の外径１１４はリングギヤの準備造
品１０６の外径よシ小さくなくてはならないことを見出
しな。

従来技術において既知のように、鍛造のように金属を変
形させることによって形成されたギヤ歯の鍛流線特性は
金属の切削作業によって形成された歯のその特性に比べ
て遥かに望ましいものであり、これによシ曲げ疲労その
低回様の性質に関して優れた特性が得られる。本発明の
方法によって製造されるギヤの望ましい鍛流線は大部分
が金属を変形させて歯を形成することによるものである
と考えられる。しかし、この傾向はリングロール成形し
喪ギヤ鍛造用素材を用いることによって高められるとも
考えられる。

所望の形状に鍛造することによってギヤ歯に生じた鍛流
線はブランク５６のような無垢、のブランクから歯を切
削して製造されるギヤに比べて衝撃および疲労特性の両
方が同上される。

リングギヤの準備造品１０６を製造する精密鍛造方法は
、はシの無いまたけはシをほとんどなくした準鍛造用金
型を用い、これがため、リングロール成形した鍛造用素
材１０４の体積を注意深く制御する必要がある。−リン
グロール成形した鍛造用素材１０４の高さ１０８を予備
成形体の高さ１２０が決定するから、鍛造用素材にロー
ル成形される予備成形体の広範囲にわた５　１Ｊングロ
ール成形装置を用いることができ、これがため、マンド
レル１１６とキングロール１１８との間の距離を制御し
て壁厚１１０および直径１１４を所要に応じて変えるこ
とができる。しかしながら、極めて望ましいことは、冬
すングギヤ準鍛造品１０６に対して要求される予備成形
体が完全に独特な形状でなく、ま念、その鍛造のため独
自の金型を必要としないことでめる。

本出願人の発見によれば、ロール成形したリング１０４
の高さ１０８、および鍛造した予備成形体１０２の高さ
１２０がロール成形したリングの肉厚１１０の１〜４倍
、好ましくは１′７２〜２′／２倍の範囲内にある限り
、極めて満足すべき精密鍛造作業を行なりことができる
。この許容誤差および得られる実質的に円環形状の許容
し得る予備成形体を得る独自の予備成形体鍛造用金型キ
ャビティの出願人の発見に基づき、予備成形体の体積が
金型の理論的最大円環形状体積の１００％〜８０′％の
範囲内にある場合には、同じ金型を用いて同種の異なる
重量の予備成形体を出願人は鍛造することができた。

本発明の方法は第５図にさらに詳細に示されており、第
５図は本発明の方法の工程８０および８２をさらに詳細
に示しており、ま次、第６図は本発明の方法に用いられ
る独自の金型を示し、第７および８図は金型の理論的体
積の１００％および８０％にまで充填された金型を示し
ている。

トリミングしたリングロール予備成形体１０２の形状は
任意の半径に沿って実質的に円形の断面を限定する実質
的に円環形状であることが好ましい。実質的に円形の断
面形状とすることは重要かつ極めて望ましいことであっ
て、この理由は、リングロール成形法が略矩形の断面形
状の壁を有するリングを形成する傾向があシ、このリン
グロール成形中に、加工材の略円形の表面は準備造品に
おいて欠陥として従来知られているフイシュティル（ｆ
ｉｓｈ−ｔａｉｌ　）の形成および材料が折シ重なるの
を防止する傾向がある。

繰シ返して記述すると、は埋円環形状の予備成形体のほ
ぼ環状の断面バリングロール成形に際して表面を角形に
する傾向や丸味付表面が少なくて欠陥または折フ重なシ
部分を生じる問題を最少にする。

第５図に示すように、本発明方法の工程８゜においては
、上述したように丸い形状または角の丸い４角形のビレ
ット１００を加熱してすえ込み加工し、工程８２Ａに示
すように、パンケーキ形状のビレット１３０を形成する
。工程８２Ｂにおいて、パンケーキ形状のビレット１３
０は鍛造され、得られたトリミングされていない予備成
形体１３２はほぼ円環形状またはリング形状の部分１３
４と中心またはスラグ部分１３６とを有し、この鍛造に
際して用いる独自の予備成形体鍛造用金型１３８を第６
、ないし８図に示す。工程８２Ｃにおいて、未トリミン
グ予備成形体から中心スラグが除去され、リングロール
成形用鍛造予備成形体１０２を得る。

予備成形体鍛造用金型１３８は型キャビティ１４６を形
成するよう分離線１４４で互に一緒になる上下部分１４
０および１４２を含む。型キャビティ１４６は半径方向
内方にほぼ円板形状部分１４８と、この円板形状部分１
４８から半径方向外方に延在するほぼ円環形状部分１５
０と、この円環形状部分１５０から半径方向外方に延在
する環状のほぼ三角形状のオーバーフロー部分１５２と
を有し、このオーバーフロー部分はほぼ円環状部分１５
０に対して正接する点から分離線に向けて半径方向外方
に延在するほぼ平坦な表面１５４によって定められ、部
分１５０と角度１５６をなしている。この角度１５６は
７５°〜１０５°の範囲内にある。ほぼ円環形状部分１
５０の半径方向外方の境界は第６〜８図に破線１５８で
示されている。

予備成形体鍛造用金型１３８のキャビティ１４６の理論
的体積は部分１５０お工び１４Ｂの体積である。キャビ
ティ１４６の円環形状部分１５０の理論的体積は部分１
５０および１′４８の体積から実質的に一定の部分１４
８の体積を差引い念体積によって限定される。本発明者
の発見によれば、キャビティ１５０の理論的体積の８０
％（第８図参照）〜１００％（第７図参照）の範囲内で
金型１３８の円環形状中ャビテイ１５０を充填する材料
の体積を有する円環形状予備成形体は矩形壁リング形状
鍛造用素材を欠陥なしにリングロール成形し得る十分に
円形の断面形状の予備成形体を提供する。これは金型キ
ャビティ１５０および１５２の形状によるもので、ビレ
ット材料を押しつけて相対的になめらかな円形表面とキ
ャビティ１５０の高さに等しい高さ１２０を有するほぼ
環状の断面のリングを形成する傾向がある。もちろん、
キャビティ１４６の円板形状部分はリングロール成形用
マンドレル１１６の外径より僅かに大きいす／グロール
成形用予備成形体の内径１１２に等しい直径１１２を有
する。また、留意されるように、適正な材料フローを生
せしめるために、円板形状部分１４８の高さ１６２はそ
の直径１１２の約。

１０％とするべきである。本発明の方法によって製造さ
れる種々のリングギヤ予備成形体１０６のために、１個
以上の予備成形金型１３８を必要とする場合には、円板
形状部分１４８の直径１１２と厚み１６２は要求される
全ての金型に対して実質的に一定となる。

したがって、リングロール予備成形体１０２を最初リン
グ成形してリングを形成した後に精密鍛造して予定の外
径１２６、内端ボア１２４および体積を有するリングギ
ヤの準備造品１０６を得るかどうかを決定するために、
既知の理論的体積および既知の高さ１２０（または、円
形断面の直径）の円環形状キャビティ部分１５０を有す
る予定の予備成形体金型１３８内で鍛造する場合には、
以下の条件が満足されなければならない。すなわち、リ
ングギヤの準備造品１０６の体積が円環形状のキャビテ
ィ部分１５０の理論的体積の１００％以下で、８０％よ
ｐ大で、好ましくは、８５％より大であることが必要で
あり、準備造品１０６の体積に等しい体積と、キャビテ
ィ部分１５０の高さ１２０に等しい高さ１０８と、鍛造
品の内端ボア１２４にほぼ等しい円径１１２とを有する
ほぼ矩形の鍛造用ブランク１０４の外径を鍛造品の外径
１２６より小さくし、肉厚１１０と高さ１０８との関係
を適切に選定して高さが肉厚の１倍より小でなく、リン
グ壁の肉厚の４倍より大きくない（好ましくは、その比
が１５〜２．５の範囲内にある）ことが必要である。

上述した条件が合う場合には、予備成形体を予定の金型
１６８内で鍛造してリングロール成形により満足すべき
リング形状の鍛造用素材を提供することができる。上述
の条件および範囲内で行なうことによって、複数の予備
成形体鍛造用金型を設ける必要を実質的に低減し、しか
も、精密鍛造により得られるリングギヤ準鍛造品の品質
を低下させることがない。材料を半径方向内方に移動さ
せる傾向のあるほぼ平らな側壁を有するオーバーフロー
部分および円環形状部分を特に有する金型キャビティ１
４６の形状は本発明にとって重要である。上述し九とこ
ろから明らかなように、本発明の方法は、重荷重駆動車
軸のリングギヤを製造するための、特に、予定の寸法を
有するリングギヤの準備造品に精密鍛造するためのリン
グ形状鍛造用ブランクにリングロール成形すべきリング
ロール予備成形体を鍛造するための新規かつ極めて望ま
しい方法を提供するものである。

上述したところは、本発明の好適実施例を示したに過ぎ
ず、本発明は特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で種
々に変更を加えて実施することができることは勿論であ
る。

（発明の効果） 本発明の方法は従来技術の方法に比べて相当の材料およ
びエネルギーの節減を可能にするものであり、噛合せた
リングギヤとピニオンギヤとのギヤセットを得るために
噛合せるピニオンギヤと共にリングギヤをラッピングし
、リングギヤをラッピングしたピニオンギヤに噛合った
部品として用いるという必要性をなくすことができる。

さらに、リングロール成形した鍛造用素材を得るために
リングロー　層成形すべき鍛造予備成形体の製造に関し
て、異なる予備成形体のそれぞれに対して別個の予備成
形体鍛造用金型を用いる必要をなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はリングギヤ／ピニオンギヤ駆動歯車装置を利用
する形式の典型的従来技術による重荷重駆動車軸の部分
断面図、 一第２人および２Ｂ図はそれぞれ従来技術による斜歯か
さ歯およびノ１イボイドリンクギヤ／ピニオンギヤ駆動
歯車装置の正面図、 第３および６Ａ図は重荷重車両の駆動車軸のリングギヤ
を製造するための従来技術の方法による金属の変形状態
および金属変形加工後の順次工程をそれぞれ示すブロッ
ク線図、 第４および４Ａ図は重荷重車両駆動車軸のリングギヤを
製造するための本発明方法による金属の変形状態および
金属変形加工後の順次工程をそれぞれ示すブロック線図
、 第５図は第４および４Ａ図に示す方法のリングロール予
備成形工程を図示するブロック線図、第６図は鍛造した
リングロール成形用予備成形品を製造するために本発明
方法で用いる鍛造用金型の線図的断面図、 第７および８図は予備成形鍛造用金型ヤヤビテイの理論
的容積の約１００％および８５％の体積をそれぞれ有す
る予備成形品の鍛造状態を示す第６図示の鍛造用金型の
拡大断面図、第９図は第４および４Ａ図に示す方法のり
ングロール成形工程を示す概略線図、 第１０図は第４図に示す方法によって製造されたほぼ最
終リングギヤ鍛造品の断面図である。 １００・・・ビレット １０２・・・リングロール成形用予備成形体１０４・・
・リング １３０・・・ビレット １３８・・・予備成形用金型 １５０・・・キャビティ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一連のリングロール用予備成形体を鍛造し、前記
   一連の各予備成形体がリング形状の鍛造素材（１０４）
   にリングロール成形され、外側直径（１２６）、内側直
   径（１２４）および全容積が規定されたリングギヤ準鍛
   造品に精密鍛造する方法であつて、 前記一連の予備成形体によつて製造される リングギヤ準鍛造品の前記外側直径、内側直径、および
   全容積の少なくとも１つが、前記一連のリングロール用
   予備成形体の他の構成によつて製造されるリングギヤ準
   鍛造品の外側直径、内側直径、および全容積と異なつて
   おり、 予定の容積および断面内径をもつ略円環形 状のキャビティ（１５０）を有する予備成形体用鍛造金
   型（１３８）を準備し、 前記リングギヤ準鍛造品の塊がその金型か ら製造されるリングギヤ準鍛造品の範囲にあるならば前
   記予備成形体用鍛造金型を利用して予備成形体を鍛造し
   、この予備成形体が前記円環状キャビティ部分の容積の
   ８０〜１００％の範囲にあるようにしてなる工程を含む
   一連のリングロール用予備成形体を鍛造するための方法
   。 （２）予備成形体は与えられた既知の鍛造されるべき材
   料、即ち前記型キャビティの内部直径（１２０）に等し
   い高さ（１０８）を有するほぼ矩形の断面壁のリングが
   、前記外側直径よりも小さい外径（１１４）、実質的に
   前記内側直径に等しい内径（１１２）、および半径方向
   の壁厚さがリング高さに対し、１：１ないし１：４の範
   囲にある場合にのみ、前記予備成形体用鍛造金型を利用
   して鍛造されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 （３）前記矩形のリング壁厚さが壁高さに対して１：１
   ．５ないし１：２．５の範囲にあることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の方法。 （４）前記リングギヤ準鍛造品の全容積は少なくとも前
   記キャビティの円環部分の容積の８５％であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の方法
   。 （５）前記型キャビティはほぼ円環形状部分から半径方
   向内方に延びている円板形状部分（１４８）と、前記ほ
   ぼ円環形状部分から半径方向外方に延びているオーバー
   フロー部分（１５２）とを備え、該オーバーフロー部分
   は断面形状で３角形状となり前記円環形状部分から半径
   方 向外方かつ接線方向に前記金型のパーティング面に向つ
   て延びる平坦な平面（１５４）によつて規定され、それ
   らの間の角度（１５６）を定めるようになつていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 （６）前記角度が７０°〜１１０°の範囲にあることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項記載の方法。 （７）前記角度が約９０°であることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の方法。 （８）ほぼ円環形状のリングロール予備成形体（１０２
   ）を鍛造し、中央スラツグ（１３６）が予備成形体から
   トリミングされる鍛造金型（１５８）であつて、 該金型はパーティングライン（１４４）で当接する上部
   型部材（１４０）と下部型部材（１４２）を含み、その
   間で型キャビティ（１４６）を定めており、該型キャビ
   ティはほぼ円環形状部分 （１５０）、この円環形状部分から半径方向内方に延び
   る略円板形状部分（１４８）、および前記円環形状部分
   から半径方向外方に延びるオーバーフロー部分（１５２
   ）からなり、該オーバーフロー部分はほぼ断面三角形状
   で前記パーティングラインで交わる一対の平坦な面（１
   ５４）によつて定められ、この平坦な面は前記円環形状
   部分から接線方向に延びさらに半径方向外方でパーティ
   ングラインに向つて延びてその間に挟まれる角度（１５
   ６）を規定するようになつており、この角度が６０°〜
   １２０°の範囲にあることを特徴とする鍛造金型。 （９）前記角度が７０°〜１１０°の範囲にあることを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載の鍛造金型。 （１０）前記角度が約９０°であることを特徴とする特
   許請求の範囲第８項記載の鍛造金型。 （１１）前記円板形状部分がその直径のほぼ１０％の高
   さを有することを特徴とする特許請求の範囲第８項又は
   第１０項記載の鍛造金型。