KR20120090942A - Method for manufacturing mechanical part excellent in rolling fatigue life - Google Patents

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KR20120090942A
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도시후사 마카미조
가즈야 하시모토
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산요오도꾸슈세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

전동부품이 전동하기 위한 전동부(6)를 갖추어 이루어진 기계 부품(7)으로서, 전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품(7)의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 전동부(6)를 형성하려고 하는 링 모재(2)의 내경면(2a)에 정수압 응력을 작용시켜 냉간 단조함으로써, 링 모재(2)의 내경면(2a)에 전동부품이 전동하기 위한 전동부(6)를 형성하고, 전동부(6) 이외의 링 모재(2)의 내경을 확대한다. 이에 따라, 링 모재(2)의 소재인 강재 중에 함유된 비금속 개재물과 모상인 강재와의 계면 상태가 개선되어 내경에 뛰어난 전동 피로 수명의 전동부(6)를 갖는 링모양 기계 부품(7)이 제조된다.Disclosed is a method for producing a mechanical component (7) having an excellent rolling fatigue life as a mechanical component (7) comprising a transmission (6) for rolling a rolling component. According to the method of the present invention, a hydrostatic pressure stress is applied to the inner diameter surface 2a of the ring base material 2 to form the transmission part 6 and cold forged, thereby driving the electric parts on the inner diameter surface 2a of the ring base material 2. The transmission part 6 for this transmission is formed, and the inner diameter of the ring base material 2 other than the transmission part 6 is enlarged. As a result, the interface state between the non-metallic inclusions contained in the steel which is the material of the ring base material 2 and the parent steel material is improved, and the ring-shaped machine part 7 having the transmission part 6 having an excellent rolling fatigue life in the inner diameter is improved. Are manufactured.

Description

전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING MECHANICAL PART EXCELLENT IN ROLLING FATIGUE LIFE}METHOD FOR MANUFACTURING MECHANICAL PART EXCELLENT IN ROLLING FATIGUE LIFE}

관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application

이 출원은 2009년 8월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2009-194962호 및 2010년 8월 23일에 출원된 일본 특허출원 제2010-185927호에 따른 우선권을 주장하는 것이며, 그들의 전체 개시 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
This application claims the priority pursuant to Japanese Patent Application No. 2009-194962 filed on August 26, 2009 and Japanese Patent Application No. 2010-185927 filed on August 23, 2010, and their entire disclosures. It is hereby incorporated by reference.

기술분야Technical Field

본 발명은, 베어링, 기어, 허브 유닛, 무단 변속기, 등속 조인트, 피스톤 핀 등의 강재(鋼材)로 구성된 기계 부품의 제조에 관한 것으로, 특히 양호한 전동 피로 수명이 요구되는 고리모양 몸체로 이루어진 기계 부품의 제조에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the manufacture of mechanical parts composed of steel materials such as bearings, gears, hub units, continuously variable transmissions, constant velocity joints, piston pins, and the like, and particularly mechanical parts of annular bodies requiring good electric fatigue life. It relates to the manufacture of.

최근, 각종 기계 장치의 고성능화에 따라, 전동 피로 수명이 요구되는 기계 부품이나 장치에서의 사용 환경은 대단히 엄격해지고, 이들 기계 부품이나 장치의 수명의 향상 및 신뢰성의 향상이 강하게 요구되고 있다. 이러한 요구에 대해, 강재의 면으로부터의 대책으로서는, 강성분의 적정화나 강성분과 더불어 함유되는 불순물 원소의 저감화가 행해지고 있다.In recent years, with the increase in the performance of various mechanical devices, the use environment in mechanical parts and devices requiring electric fatigue life has become very strict, and the life and improvement of the reliability of these mechanical parts and devices have been strongly demanded. In response to such a demand, as a countermeasure from the surface of steel materials, the optimization of a steel component and the reduction of the impurity element contained with a steel component are performed.

이들 기계 부품이나 장치를 형성하는 강성분과 더불어 함유되는 불순물 원소 중, 이들 불순물 원소로 이루어진 Al2O3 , MnS, TiN, 그 밖의 비금속 개재물은, 기계 부품이나 장치에서의 강(鋼: 강철)부품의 파손의 기점으로 된다. 이 때문에, 이들 비금속 개재물은 특히 유해하다는 것이 알려져 있다. 더욱이, 이들 비금속 개재물의 직경이 클수록, 강부품의 구름(rolling: 전도) 피로 수명은 짧아지는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 비금속 개재물량을 적게, 즉 강의 청정도를 높게 하여 비금속 개재물의 직경이 20μm 이상의 대형의 산화물계 비금속 개재물을 극히 적게 한 고청정도 강이 여러 가지 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1과 특허문헌 2 참조).Among the impurity elements contained together with the steel components forming these mechanical parts and devices, Al 2 O 3 , MnS, TiN, and other non-metallic inclusions composed of these impurity elements are steel parts in mechanical parts and devices. Is the starting point of breakage. For this reason, it is known that these nonmetallic inclusions are especially harmful. Moreover, it is known that the larger the diameter of these nonmetallic inclusions, the shorter the rolling fatigue life of the steel part. For this reason, various kinds of high-cleanness steels having a small amount of nonmetallic inclusions, that is, high cleanliness of the steel, and extremely small oxide-based nonmetallic inclusions having a diameter of 20μm or more of extremely small metal inclusions have been proposed (for example, Patent Document 1). And Patent Document 2).

그런데, 이러한 고청정도 강으로 이루어진 강재를 기계 부품이나 장치에 사용해도, 이들 기계 부품이나 장치가 짧은 수명으로 파손되는 것을 억제하는 것은 아직 충분히는 달성되고 있지 않다. 그 때문에, 강재 중의 비금속 개재물을 저감하고, 더욱이 그 비금속 개재물을 소경화(小徑化)하려고 하는 개발이 활발히 행해지고 있다.By the way, even if the steel material which consists of such high cleanliness steel is used for a mechanical component or an apparatus, suppressing the damage of these mechanical components or an apparatus with a short lifetime is not fully achieved yet. Therefore, the development which reduces the nonmetallic interference | inclusion in steel materials and is trying to small harden the nonmetallic interference | inclusion is actively performed.

한편, 강재 중의 비금속 개재물의 저감 및 그 소경화를 도모하지 않아도, 전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품을 제공하는 기술 개발도 활발히 진행되어 있다. 예를 들어, (1) 부품의 전동에 의한 제조시에 전동부 상에서의 섬유 흐름(鍛流線)을 제어하여 뛰어난 전동 피로 수명을 얻는 기술(예를 들어, 특허문헌 3 참조), 더욱이 (2) 전동부에 대해 미리 압축 응력을 작용시킴으로써 뛰어난 전동 피로 수명을 얻는 기술(예를 들어, 특허문헌 4 참조)이 제안되어 있다. 또, (3) 강재 중에 함유되는 비금속 개재물과 모상(母相)인 강과의 계면(界面) 상태를 개선한 강재로 함으로써, 뛰어난 전동 피로 수명을 얻는 기술이 출원인으로부터 제안되어 있으며, 이들은 비특허문헌 1과 비특허문헌 2에 발표되어 있다.On the other hand, even without reducing the non-metallic inclusions in steel materials and reducing their hardening, technology development to provide mechanical parts with excellent rolling fatigue life has been actively progressed. For example, (1) the technique of controlling the fiber flow on a transmission part at the time of manufacture by rolling of a part, and obtaining the outstanding rolling fatigue life (for example, refer patent document 3), Furthermore, (2 The technique (for example, refer patent document 4) which acquires the outstanding rolling fatigue life by applying compressive stress to a rolling part beforehand is proposed. Moreover, (3) the technique which obtains the outstanding rolling fatigue life is proposed by the applicant by making steel materials which improved the interface state of the nonmetallic inclusion contained in steel materials, and a steel phase which is a parent phase, and these are nonpatent literatures. 1 and Non-Patent Document 2.

이들 비특허문헌 1과 비특허문헌 2에 있어서, 전동 피로에서의 파손, 즉 박리에 이르는 과정에 대해 다음과 같이 설명되어 있다. 즉, 비금속 개재물로부터의 균열이 발생 및 진전되어 박리에 이르는 과정에 있어서, 비금속 개재물의 주위로의 응력 집중 효과에 의해 균열이 변위하는 초기 균열(이하 「개구형의 초기 균열」이라 한다) 과정을 거친다. 그 후, 전단 응력에 의한 균열의 전파를 거쳐 파손에 이르는 것이 알려져 있다. 이것은, 개구형의 초기 균열이 일어나지 않으면, 그 후의 균열 전파 및 파손이 일어나지 않는다는 것을 의미하고 있다. 또, 개구형의 초기 균열은 비금속 개재물과 모상과의 계면에 물리적인 간극 즉 공동(空洞)이 발생하고 있는 것을 전제로 하여 일어나는 것으로, 물리적인 간극이 발생하고 있지 않으면 개구형의 균열은 발생하지 않음도 검증되어 있다.In these non-patent literatures 1 and 2, the process leading to breakage, ie peeling, in electric fatigue is explained as follows. That is, in the process of generating and advancing the crack from the non-metallic inclusion and leading to peeling, an initial crack (hereinafter referred to as an "opening initial crack") process in which the crack is displaced by the stress concentration effect around the nonmetallic inclusion is referred to. Rough Thereafter, it is known to reach breakage through propagation of cracks due to shear stress. This means that subsequent crack propagation and breakage do not occur unless an opening type initial crack occurs. The initial crack of the opening type is assuming that a physical gap, or void, is generated at the interface between the nonmetallic inclusion and the mother phase. If the physical gap is not generated, the opening crack does not occur. None has been proven.

한편, 열간 압연 강재로부터 잘라내고, 이온 밀링을 행한 후에, 주사 전자 현미경(FE-SEM)으로 비금속 개재물 주위의 공동(空洞) 유무를 관찰한 영상을 도 5의 개념도로 나타낸다. 도 5에 있어서, 부호 5는 Al2O3의 비금속 개재물이며, 부호 4는 공동, 즉 공극이다. 특히 기계 구조용 강에서는, 통상 Al에 의한 탈산(脫酸)이 행해진다. 그 때 생성되는 Al2O3계의 비금속 개재물(5)은 모재와의 변형능(變形能)의 차이나 형상으로부터 특히 모상과의 계면에 공극(4)이 생성되기 쉬운 것이 확인되어 있다. 그래서, 기계 부품(7)의 전동 피로 수명을 향상시키기 위해서는, 비금속 개재물(5)과 모상과의 계면에 존재하는 공극(4)을 폐쇄 또는 공극(4)의 체적을 감소시키는 것이 유효하다.
On the other hand, after cutting out from a hot rolled steel and performing ion milling, the image which observed the presence or absence of the cavity around a nonmetallic inclusion with a scanning electron microscope (FE-SEM) is shown in the conceptual diagram of FIG. 5, reference numeral 5 is non-metallic inclusions of Al 2 O 3, reference numeral 4 is a cavity, that cavity. In particular, in mechanical steel, deoxidation with Al is usually performed. In the non-metallic inclusions 5 of the Al 2 O 3 system generated at that time, it is confirmed that the voids 4 are likely to be formed at the interface with the mother phase, in particular, from the difference in shape and deformation of the base metal. Therefore, in order to improve the rolling fatigue life of the mechanical component 7, it is effective to close the space | gap 4 which exists in the interface of the nonmetallic inclusion 5 and a mother phase, or to reduce the volume of the space | gap 4.

특허문헌 1 : 일본 특개 2006-63402호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-63402 특허문헌 2 : 일본 특개평 06-192790호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-192790 특허문헌 3 : 일본 특개평 4-357324호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-357324 특허문헌 4 : 일본 특개 2006-77854호 공보Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-77854

비특허문헌 1 : 철과 강, 94(2008), p.13Non Patent Literature 1: Iron and Steel, 94 (2008), p.13 비특허문헌 2 : 2008년도 효고현립대학 학위논문, 히라오카 카즈히코(2008년 1월)Non-Patent Document 2: Hyogo Prefectural University Degree Thesis, Hiraoka Kazuhiko (January 2008)

본 발명은 상기의 (3)에 관련된 기술로서, 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재의 소재인 강재 중에 함유되는 비금속 개재물과 모상인 강재와의 계면 상태를 소성 가공에 의해 개선함으로써, 종래의 강의 제조시에 비금속 개재물의 저감 및 비금속 개재물의 소경화를 도모한 강재의 제조 방법에 비해, 보다 뛰어난 전동 피로 수명의 전동부를 링모양 가공 모재의 내경면에 갖는 기계 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
The present invention relates to the above (3), and the conventional steel by improving the interface state between the non-metallic inclusions contained in the steel, which is the material of the ring-shaped base material to be used for cold forging by the plastic working To provide a method for manufacturing a mechanical part having a rolling portion having a superior rolling fatigue life on the inner diameter surface of a ring-shaped base metal as compared to a method for manufacturing a steel material for reducing non-metallic inclusions and miniaturizing non-metallic inclusions during production. It is for the purpose.

본 발명에 의하면, 전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품의 제조 방법으로서, 그 기계 부품이, 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재의 내경면에 전동부품이 전동하기 위한 전동부를 갖추어 이루어진 것이고, 상기 방법이 전동부를 형성하고자 하는 링모양 가공 모재의 내경면에 정수압 응력을 작용시켜 냉간 단조함으로써 링모양 가공 모재의 내경면에 전동부품이 전동하기 위한 전동부를 형성하며, 또한 그 전동부 이외의 링모양 가공 모재의 내경을 확대하여 전동 피로 수명이 뛰어난 전동부를 갖는 링모양의 기계 부품을 제공하는 공정을 갖추어 이루어진 방법이 제공된다. 이 정수압의 작용에 의해, 강 중의 비금속 개재물과 모상인 강과의 계면에 존재하는 공극이 폐쇄되는 방향으로 향하게 되어, 전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품을 제조할 수 있다. 한편, 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재는 바람직하게는 강관 또는 열간 단조 링이다.According to the present invention, there is provided a method for producing a mechanical component having excellent rolling fatigue life, wherein the mechanical component is provided with a rolling section for rolling the rolling component on an inner diameter surface of a ring-shaped workpiece base material provided for cold forging. Cold forging is made by applying hydrostatic pressure stress on the inner diameter surface of the ring-shaped base material to be formed with the rolling part, thereby forming a rolling part for rolling the electric parts on the inner diameter surface of the ring-shaped workpiece base material, and ring-shaped base material other than the rolling part. There is provided a method comprising a process of providing a ring-shaped mechanical component having an electric rolling section having an excellent rolling fatigue life by enlarging the inner diameter thereof. By the action of the hydrostatic pressure, the pores existing at the interface between the non-metallic inclusions in the steel and the parent steel are closed in the direction of closing, whereby a mechanical part having excellent rolling fatigue life can be manufactured. On the other hand, the ring-shaped processing base material provided for cold forging is preferably a steel pipe or a hot forging ring.

본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 정수압 응력이 적어도 1000MPa인 상기의 방법이 제공된다. 냉간 단조 시에 적어도 1000MPa의 정수압 응력을 작용시켜 전동면을 형성함으로써, 강 중에 함유되는 비금속 개재물과 모상인 강과의 계면에 존재하는 공극을 폐쇄하여 전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품을 제조할 수 있다.
According to a preferred aspect of the present invention, there is provided the above method, wherein the hydrostatic stress is at least 1000 MPa. By forming a rolling surface by applying a hydrostatic stress of at least 1000 MPa at the time of cold forging, it is possible to manufacture a mechanical component having excellent rolling fatigue life by closing the voids present at the interface between the nonmetallic inclusions contained in the steel and the parent steel.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 링모양 가공 모재의 냉간 단조시에 정수압 응력(바람직하게는 적어도 1000MPa)을 작용시킴으로써, 강재의 제조시에 비금속 개재물의 저감 및 소경화를 도모하지 않아도, 비금속 개재물과 모상인 강과의 계면에 생긴 공극을 폐쇄 또는 저감시킬 수 있으며, 그 결과 비금속 개재물을 파괴 기점으로 하는 전동 피로에 의한 박리를 피할 수 있어 전동 피로 수명을 대폭 향상시킨 뛰어난 전동부를 갖는 기계 부품을 제조할 수 있다.
According to the production method of the present invention, hydrostatic stress (preferably at least 1000 MPa) is applied during cold forging of a ring-shaped workpiece, so that nonmetallic inclusions and non-metallic inclusions are not reduced during the production of steel. It is possible to close or reduce the voids formed at the interface with the parent steel, and as a result, to avoid peeling due to electric fatigue, which is the starting point of non-metallic inclusions, to produce a mechanical part having an excellent electric part which greatly improves the electric fatigue life. Can be.

도 1a는 본 발명에 따른 링 모재의 냉간 단조 공정(압축 가공 전)을 설명하는 개략도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 링 모재의 냉간 단조 공정(압축 가공 후)을 설명하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 방법에 의해 제조되는 구름 베어링의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 방법에 의해 제조되는 구름 베어링의 CAE에 의한 해석을 나타내는 도면이다.
도 4a는 냉간 단조 전의 비금속 개재물과 그 주위의 공극을 나타내는 개념도이다.
도 4b는 냉간 단조 후의 비금속 개재물과 그 주위의 공극을 나타내는 개념도이다.
도 5는 열간 압연 강재의 비금속 개재물과 그 주위의 공극을 나타내는 개념도이다.
It is a schematic diagram explaining the cold forging process (before compression process) of the ring base material which concerns on this invention.
1B is a schematic diagram illustrating a cold forging process (after compression processing) of a ring base material according to the present invention.
2 is a longitudinal sectional view of a rolling bearing produced by the method of the present invention.
3 is a diagram showing an analysis by CAE of a rolling bearing manufactured by the method of the present invention.
4A is a conceptual diagram showing a nonmetallic inclusion before the cold forging and voids around it.
4B is a conceptual diagram showing the nonmetallic inclusions after the cold forging and the voids around them.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing nonmetallic inclusions and voids around the hot rolled steel. FIG.

본 발명의 제조 방법에 요구되는 강재(鋼材)로서는, 기계 구조용 강이나 베어링 강 등을 들 수 있다.Examples of the steel required for the production method of the present invention include machine structural steel, bearing steel, and the like.

이들 강재는, 1) 아크 용해로(溶解爐) 또는 전로(轉爐)에 의한 용강(溶綱)의 산화 정련, 2) 취과(取鍋: 쇳물바가지) 정련로(LF)의 환원 정련, 3) 환류식 진공 탈가스 장치(RH)의 환류식 진공 탈가스 처리(RH 처리) 4) 연속 주조 또는 일반 조괴(造塊)에 의한 강괴(鋼塊)의 주조 및 5) 강괴의 열간 압연 또는 열간에서의 단조 및 냉간 압연, 또는 냉간 압연 및 냉간 단조에 의한 소성 가공의 공정을 거쳐 강재로 제조된다.These steels include: 1) oxidation refining of molten steel by an arc melting furnace or converter, 2) reduction and refining of a blast furnace refining furnace (LF), and 3) reflux. Reflux vacuum degassing treatment (RH treatment) of the vacuum degassing apparatus (RH) 4) Casting of steel ingots by continuous casting or general ingot and 5) Hot rolling or hot rolling of steel ingots It is made of steel through a process of plastic working by forging and cold rolling or cold rolling and cold forging.

본 발명의 제조 방법에 사용되는 링 모재(母材; 2)는 다음과 같이 하여 제조할 수 있다. 먼저, 상기와 같이 하여 제조되는 강재(예를 들면, JIS G 4805(2008), JIS G 4051(2005), JIS G 4104, JIS G 4105에 규정되는 강재)이고 또한 상기의 소성 가공의 공정을 거쳐 강재를 제조한다. 이 강재를 어셀 밀(assel mill), 압출 가공 또는 열간 단조 등의 열간 가공에 의해 교환 또는 열간 단조 링으로 가공한 후 이 강관(鋼管) 또는 열간 단조 링을 소정 길이로 절단한다. 더욱이, 이 절단한 강관 또는 열간 단조 링의 외경면과 내경면을 절삭 처리함으로써, 소정의 치수를 부여한 강관 또는 열간 단조 링을 링 모재(2)로서 얻는다.The ring base material 2 used for the manufacturing method of this invention can be manufactured as follows. First, the steel materials manufactured as mentioned above (for example, steel materials prescribed | regulated to JIS G 4805 (2008), JIS G 4051 (2005), JIS G 4104, JIS G 4105), and go through the process of the above plastic working Manufacture steels. This steel is processed into an exchange or hot forging ring by hot working such as an assel mill, extrusion or hot forging, and then the steel pipe or hot forging ring is cut into a predetermined length. Further, by cutting the outer diameter and inner diameter surfaces of the cut steel pipe or hot forging ring, a steel pipe or hot forging ring having a predetermined dimension is obtained as the ring base material 2.

본 발명의 공법을 도 1에 기초해서 설명한다. 소정의 형상의 링 모재(2)에, 적절한 윤활 처리를 실시하여 실온 부근의 온도로 한다. 이 링 모재(2)를, 프레스 장치의 고리모양의 구속 프레임(1) 내에, 도 1a에 나타낸 바와 같이 셋트한다. 구속 프레임(1) 내에는 금형(3)이 상하로 각각 배치되어 있으며, 이러한 금형(3)은 프레스 장치의 상하의 도시하지 않은 가동부에 고정되어 있다. 프레스 장치가 가공 모션(motion: 동작)을 시작함에 따라, 고정되어 있는 금형(3)의 위쪽 해치(3a) 및 그 주위에 배치된 고리모양의 위쪽 해치(3b)가 화살표 방향의 하강 운동을 시작한다. 금형(3) 내의 소정의 위치에 설치된 링 모재(2)는 하강해 온 위쪽 해치(3a) 및 고리모양의 위쪽 해치(3b)에 의해, 링 모재(2)의 내경(2a) 및 그 위쪽 단면(2b)이 소성 가공을 받는다. 또, 위쪽 해치(3a) 및 고리모양의 위쪽 해치(3b)의 하강에 따라, 링 모재(2)는 아래쪽 방향으로 눌려지고, 동시에 아래쪽 해치(3c) 및 고리모양의 아래쪽 해치(3d)로부터도 링 모재(2)의 내경(2a) 및 아래쪽 단면(2c)에 소성 가공을 받는다. 즉, 링 모재(2)의 위쪽 단면(2b)은, 위쪽 해치(3a) 및 고리모양의 위쪽 해치(3b)의 하강에 따라 아래쪽 방향으로 눌려지고, 그 결과 링 모재(2)의 아래쪽 단면(2c)은 아래쪽 해치(3c) 및 고리모양의 아래쪽 해치(3d)에 의해 상대적으로 밀어 올려진다. 가공 말기에는, 링 모재(2)에 위쪽 해치(3a) 및 고리모양의 위쪽 해치(3b), 및 아래쪽 해치(3c) 및 고리모양의 아래쪽 해치(3d)의 쌍방으로부터 냉간 단조에 의한 압축 가공을 받아 정수압 응력이 작용하여 링 모재(2)의 강의 모상과 그 비금속 개재물(5) 사이에 존재하는 공극(4)은 폐쇄된다.The construction method of this invention is demonstrated based on FIG. The ring base material 2 of a predetermined shape is subjected to appropriate lubrication treatment to be at a temperature near room temperature. This ring base material 2 is set in the annular restraint frame 1 of a press apparatus as shown to FIG. 1A. In the restraint frame 1, the metal mold | die 3 is arrange | positioned up and down, respectively, and this metal mold | die 3 is being fixed to the movable part which is not shown in the upper and lower sides of a press apparatus. As the press device starts the machining motion, the upper hatch 3a of the fixed mold 3 and the annular upper hatch 3b disposed around it start the downward movement in the direction of the arrow. do. The ring base material 2 provided at a predetermined position in the mold 3 is formed by the lowered top hatch 3a and the annular top hatch 3b, and the inner diameter 2a of the ring base material 2 and its upper end face. (2b) is subjected to plastic working. In addition, with the lowering of the upper hatch 3a and the annular upper hatch 3b, the ring base material 2 is pressed downward, and simultaneously from the lower hatch 3c and the annular lower hatch 3d. The inner diameter 2a and the lower end surface 2c of the ring base material 2 are subjected to plastic working. In other words, the upper end face 2b of the ring base material 2 is pressed downward in accordance with the lowering of the upper hatch 3a and the annular upper hatch 3b, and as a result, the lower end face of the ring base material 2 ( 2c) is pushed up relatively by the lower hatch 3c and the annular lower hatch 3d. At the end of the processing, the ring base material 2 is subjected to compression processing by cold forging from both the upper hatch 3a and the annular upper hatch 3b, and the lower hatch 3c and the annular lower hatch 3d. In response, hydrostatic stress acts and the void 4 existing between the mother phase of the steel of the ring base material 2 and the nonmetallic inclusion 5 is closed.

링 모재(2)에 상기의 압축 가공을 실시함으로써, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 제작하려고 하는 기계 부품(7)의 전동부(6) 근방에는, 링 모재(2)의 강의 모상과 그 비금속 개재물(5) 사이에 존재하는 공극(4)을 폐쇄하는 효과를 초래하는 정수압 응력이 작용한다. 이 경우, 공극(4)이 폐쇄되는 효과를 충분히 얻기 위해서는, 냉간 단조 시에 적어도 1000MPa의 정수압 응력을 전동부(6)의 근방에 작용시키는 것이 바람직하다. 이러한 정수압 응력을 작용시킴으로써, 비금속 개재물(5)과 모상인 링 모재(2)의 강 사이에 존재하는 공극(4)이 폐쇄되는 방향으로 또는 공극(4)의 체적이 감소되는 방향으로 변화한다. 이 변화에 의해, 비금속 개재물(5)을 파괴 기점으로 하는 전동 피로에 의한 박리가 회피된다. 그 결과, 뛰어난 전동 피로 수명의 전동부(6)를 갖는 기계 부품(7)을 얻을 수 있게 된다.By performing said compression process on the ring base material 2, as shown to FIG. 1B, in the vicinity of the transmission part 6 of the mechanical component 7 to be manufactured, the base image of the steel of the ring base material 2, and its nonmetallic interference | inclusions A hydrostatic stress acting which brings about the effect of closing the space | gap 4 which exists between (5) acts. In this case, in order to fully acquire the effect of closing the space | gap 4, it is preferable to apply hydrostatic pressure stress of at least 1000 Mpa to the vicinity of the transmission part 6 at the time of cold forging. By applying such hydrostatic stress, the void 4 existing between the nonmetallic inclusion 5 and the steel of the parent-shaped ring base material 2 changes in the direction of closing or in the direction of decreasing the volume of the void 4. By this change, peeling by the rolling fatigue which makes the base metal inclusion 5 the breakdown point is avoided. As a result, the mechanical part 7 which has the transmission part 6 of the outstanding rolling fatigue life can be obtained.

실시예Example 1 One

본 발명의 실시예로서, 실시의 조건과 얻어진 결과에 대해 설명한다. 우선, 표 1은 링 모재(2)의 강재의 강종류로서 사용한 공시재(供試材: 제공되는 시재)의 성분 조성을 나타낸다.As an Example of this invention, the conditions of implementation and the obtained result are demonstrated. First, Table 1 shows the component composition of the test material (供 試 材) provided as the steel type of the steel of the ring base material 2.

Figure pct00001
Figure pct00001

이 실시예에서는, 표 1에 나타낸 강종류의 공시재에 대해 실시했다. 먼저, 아크 용해로에서 용강(溶綱)을 산화 정련하고, 이것을 취과 정련로(LF)에서 환원 정련하며, 환류식 진공 탈가스 장치(RH)에서 탈가스에 의해 용강 중의 산소 성분을 감소시키고, 이 용강을 거쳐 연속 주조로 강괴로 제조했다. 이 강괴를 관용대로 열간 압연으로 강재로 하고, 그 후 어셀 밀로 강관으로 한 후, 이들을 관용의 구상화(球狀化) 열처리를 실시한 강관으로 준비했다.In this example, the test materials of the steel type shown in Table 1 were carried out. First, oxidizing and refining molten steel in an arc melting furnace, reducing and refining this in a scouring and refining furnace LF, and reducing oxygen components in the molten steel by degassing in a reflux vacuum degassing apparatus RH. Through molten steel, it was manufactured into steel ingots by continuous casting. The steel ingots were made of steel by hot rolling as usual, then steel tubes were used with an Asselmill, and then they were prepared as steel pipes subjected to conventional spheroidizing heat treatment.

상기에서 얻어진 외경 φ80mm, 두께 8.7mm의 표 1에 나타낸 공시재로 이루어진 강관을, 강관의 길이 방향의 폭 치수 27.2mm로 톱 절단한 후, 외경 및 내경을 절삭 가공함으로써 외경 φ78.5mm, 두께 7.0mm의 강관으로 했다. 이어서, 당해 강관에 관용의 윤활 처리를 실시하여 냉간 단조용의 링 모재(2)로 했다. 이 링 모재(2)를, 도 2에 나타낸 바와 같이, 폭 28.1mm, 외경 φ79.0mm, 내경의 중앙부에 폭 7.5mm이면서 그 내경 φ61.8mm로 이루어진 돌출부(2d), 전동부(6)의 외측의 내경(2a)이 68.2mm의 냉간 단조품이 얻어지도록 설계한 금형(3)을 사용하여 이하의 냉간 단조를 행했다. 냉간 단조는, 링 모재(2) 및 금형(3) 모두 실온 부근의 온도에서, 상기의 도 1에 나타낸 금형(3)에 의한 가공 방식에 의해, 성형시의 하중 4000?4200kN, 성형시의 가공면압 1800?1900MPa로 되도록 하여 냉간 단조를 실시했다.After sawing the steel pipe which consists of the test materials shown in Table 1 of the outer diameter phi 80mm and thickness 8.7mm obtained above to 27.2mm in the width direction of the steel pipe length, the outer diameter and the inner diameter are cut and processed, and the outer diameter φ78.5mm, thickness 7.0 It was made of steel pipe of mm. Subsequently, the said steel pipe was lubricated conventionally and it was set as the ring base material 2 for cold forging. As shown in Fig. 2, the ring base material 2 has a width of 28.1 mm, an outer diameter of 77.9 mm, and a central portion of the inner diameter of the protrusion 2d and the transmission part 6 having a width of 7.5 mm and an inner diameter of 61.8 mm. The following cold forging was performed using the metal mold | die 3 which designed the outer diameter 2a of the outer side to obtain the cold forging of 68.2 mm. In the cold forging, the ring base metal 2 and the metal mold 3 are processed at a temperature of about 40 ° C. by the metal mold 3 shown in FIG. Cold forging was performed at a surface pressure of 1800 to 1900 MPa.

이 냉간 단조에 의해, 도 3에 나타낸 CAE 해석에 의한 도면에, 예상해 볼 수 있는 바와 같이, 전동부(6)의 근방에는 최대로 1500MPa 정도의 정수압 응력이 작용하고 있다고 생각된다.By this cold forging, as can be expected from the drawing by CAE analysis shown in FIG. 3, it is thought that the hydrostatic stress of about 1500 MPa is acting at the maximum in the vicinity of the transmission part 6 at most.

또, 이 냉간 단조의 전후에서의, 비금속 개재물(5)과 링 모재(2)인 강 사이에 존재하는 공극(4)의 변화의 모습의 모식도를 도 4a 및 도 4b에 나타낸다. 도 4a는 냉간 단조 전의 링 모재(2)의 비금속 개재물(5)의 형상을 나타내고, 이 비금속 개재물(5)에 인접하여 공극(4)이 형성되어 있다. 그러나, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 냉간 단조 후에서는, 비금속 개재물(5)과 링 모재(2)인 강 사이에 존재하는 공극(4)은 폐쇄되어 있음이 확인되었다.Moreover, the schematic diagram of the change of the space | gap 4 which exists between the base metal inclusion 5 and the steel which is the ring base material 2 before and after this cold forging is shown to FIG. 4A and FIG. 4B. FIG. 4A shows the shape of the nonmetallic inclusion 5 of the ring base material 2 before cold forging, and the void 4 is formed adjacent to the nonmetallic inclusion 5. However, as shown in FIG. 4B, after the cold forging, it was confirmed that the voids 4 existing between the non-metallic inclusion 5 and the steel of the ring base material 2 were closed.

더욱이, 본 발명의 효과인 기계 부품(7)의 전동 피로 수명의 평가를 수행하기 위해, 냉간 단조시의 성형 하중 및 성형 방법을 제어하여, 표 2에 나타낸 바와 같이, 4가지의 강종류 조건 및 5가지의 가공 조건에서 각종의 시험편(test piece)을 채취했다.Furthermore, in order to carry out the evaluation of the rolling fatigue life of the mechanical part 7 which is the effect of the present invention, the molding load and the molding method during cold forging are controlled, and as shown in Table 2, four types of steel conditions and Various test pieces were taken at five processing conditions.

Figure pct00002
Figure pct00002

이들 채취한 시험편을, 스러스트(thrust)형의 구름 베어링의 부재인 궤도 정반 형상으로 선삭(旋削) 가공하고, 담금질, 탬퍼링 처리를 실시함으로써, S45C는 HRB94 이상, S53C는 HRC20 이상, SUJ2 및 SUJ3은 58HRC 이상의 경도를 얻었다. 더 연마를 실시하여, 스러스트형의 구름 베어링에 마무리, 전동 피로 수명의 평가를 수행했다. 한편, 전동체로는 시판의 스러스트형의 구름 베어링용 볼을 사용했다.These sample specimens are then turned into orbital plate shapes, which are members of thrust-shaped rolling bearings, and subjected to quenching and tampering, whereby S45C is HRB94 or more, S53C is HRC20 or more, SUJ2 and SUJ3. Obtained a hardness of 58HRC or more. The polishing was further performed to finish the thrust rolling bearing, and to evaluate the electric fatigue life. On the other hand, a commercial thrust-type rolling bearing ball was used as the rolling element.

상기의 전동 피로 수명의 평가 결과를 ◎ : 대단히 좋음, ○ : 좋음, × : 뒤떨어짐의 3단계로 수행했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 평가는 표 3의 조건 중 하이픈 「-」의 앞은 표 2의 강재 조건을 나타내고, 하이픈 「-」의 뒤는 표 2의 가공 조건을 나타낸다. 강종류마다 경도가 다르기 때문에, 동일한 평가는 할 수 없다. 그 때문에, 전동 피로 수명의 평가는 같은 강종류간에서의 비교로 행했다. 냉간 단조시의 최대 압축 응력이 1500MPa로 증가함에 따라, 전동 피로 수명이 ◎으로 나타낸 바와 같이 향상되는 것이 확인되었다. 한편, 냉간 단조에 의해, 전동부(6) 근방에 인장 응력이 작용하는 경우에는, 표 2의 가공 조건 D로 가공한 표 3의 조건의 「1 - D」, 「2 - D」, 「3 - D」, 「4 - D」에 나타낸 바와 같이, 평가는 ×이고, 전동 피로 수명은 향상되지 않는다. 한편, 표에서 나타내고 있지 않지만, 열간 단조에 의해 제조해도 전동 피로 수명이 향상되는 효과도 확인된다. 그러나, 본 발명의 냉간 단조에 의한 쪽이, 강재 온도를 상승시키지 않는다고 하는 점에서 우위(優位)이다.The evaluation result of the above-mentioned electric rolling fatigue life was performed in three steps of (circle): very good, (circle): good, and x: backward. The results are shown in Table 3. Evaluation shows the steel conditions of Table 2 before the hyphen "-" among the conditions of Table 3, and the processing conditions of Table 2 after the hyphen "-". Since hardness is different for every steel type, the same evaluation cannot be made. Therefore, evaluation of the rolling fatigue life was performed by the comparison between the same steel types. As the maximum compressive stress during cold forging increased to 1500 MPa, it was confirmed that the rolling fatigue life improved as indicated by ◎. On the other hand, when tensile stress acts in the vicinity of the transmission part 6 by cold forging, "1-D" of the conditions of Table 3 processed by the processing condition D of Table 2, "2-D", "3 -D "and" 4-D ", evaluation is x, and the rolling fatigue life does not improve. On the other hand, although not shown in the table, even if manufactured by hot forging, the effect which improves a rolling fatigue life is also confirmed. However, the cold forging of the present invention is superior in that the steel temperature is not increased.

Figure pct00003
Figure pct00003

이상의 4가지의 강종류 조건 및 5가지의 가공 조건에 따른 시험편에 의한 전동 피로 수명 시험의 평가의 결과로부터, 냉간 단조시, 전동면 근방에 소정의 압축 응력(바람직하게는 적어도 1000MPa)를 작용시킴으로써, 비금속 개재물(5)과 링 모재(2)인 강과의 사이에 있는 공극(4)이 폐쇄 또는 감소되고, 전동 피로 수명이 향상되는 역할이 달성되는 것이 판명되었다. 또한, 복열 궤도륜(複列軌道輪)의 외륜(外輪)용 링 소재에 있어서도, 상기한 바와 마찬가지로 전동 피로 수명의 향상이 달성되는 것은 말할 필요도 없다.From the result of evaluation of the rolling fatigue life test by the test piece according to the above four steel type conditions and five processing conditions, by applying a predetermined compressive stress (preferably at least 1000 MPa) near the rolling surface during cold forging, It has been found that the gap 4 between the non-metallic inclusion 5 and the steel which is the ring base material 2 is closed or reduced, and a role in which the rolling fatigue life is improved is achieved. In addition, it goes without saying that the improvement of the rolling fatigue life is achieved as mentioned above also in the ring material for outer ring of a double row track ring.

실시예Example 2 2

강관 대신 열간 단조 링을 제작하는 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 시험편을 제조한다. 열간 단조 링의 제작 방법은 다음과 같다. 먼저, 아크 용해로에서 용강을 산화 정련하고, 이것을 취과 정련로(LF)에서 환원 정련하며, 더욱이 환류식 진공 탈가스 장치(RH)에서 탈가스에 의해 용강 중의 산소 성분을 감소시키고, 이 용강을 거쳐 연속 주조로 강괴로 제조한다. 이 강괴를 관용대로 열간 압연으로 강재로 하고, 그 후 샤(볼트와 너트 사이에 넣는 와셔로 너트를 풀러도 볼트가 풀리지 않도록 고정해 주는 와셔) 절단한 빌레트를 열간 단조에 의해 외경 φ80mm, 두께 8.7mm, 폭 27.2mm의 열간 단조 링으로 한 후, 이들을 관용의 구상화 열처리를 실시한 열간 단조 링으로 준비한다. 상기에서 얻어진 표 1에 나타낸 공시재로 이루어진 열간 단조 링을 외경 및 내경을 절삭 가공함으로써, 외경 φ78.5mm, 두께 7.0mm의 열간 단조 링으로 한다. 이어서 당해 열간 단조 링에 관용의 윤활 처리를 실시하여 냉간 단조용의 링 모재(2)로 한다. 링 모재(2)를 이용한 냉간 단조 및 그 이후 공정은 실시예 1과 마찬가지이다. 이 경우에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지의 결과가 얻어진다.A test piece was produced in the same manner as in Example 1 except that a hot forged ring was manufactured instead of a steel pipe. The manufacturing method of hot forging ring is as follows. First, the molten steel is oxidized and refined in the arc melting furnace, which is reduced and refined in the scouring and refining furnace LF, and further, the oxygen component in the molten steel is reduced by degassing in the reflux vacuum degassing apparatus RH, and then passed through the molten steel. Manufactured from steel ingots by continuous casting. The ingot is made of steel by hot rolling as usual, and then the billet cut by shading (a washer that does not loosen the bolt even if the nut is loosened with a washer sandwiched between the bolt and the nut) is cut by hot forging with an outer diameter of φ80 mm and thickness of 8.7. mm and a width 27.2 mm hot forging ring, and these were prepared as a hot forging ring subjected to conventional spheroidizing heat treatment. The hot forging ring made of the test materials shown in Table 1 obtained above is cut into an outer diameter and an inner diameter to obtain a hot forging ring having an outer diameter of 78.5 mm and a thickness of 7.0 mm. Subsequently, the hot forging ring is subjected to a conventional lubrication treatment to obtain a ring base material 2 for cold forging. Cold forging using the ring base material 2 and subsequent steps are the same as in Example 1. Also in this case, the same result as in Example 1 is obtained.

Claims (4)

전동 피로 수명이 뛰어난 기계 부품의 제조 방법으로서, 그 기계 부품이 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재의 내경면에 전동부품이 전동하기 위한 전동부를 갖추어 이루어진 것이고, 상기 방법이
전동부를 형성하고자 하는 링모양 가공 모재의 내경면에 정수압 응력을 작용시켜 냉간 단조함으로써, 상기 링모양 가공 모재의 내경면에 전동부품이 전동하기 위한 전동부를 형성하고, 또한 그 전동부 이외의 링모양 가공 모재의 내경을 확대하여 전동 피로 수명이 뛰어난 전동부를 갖는 링모양의 기계 부품을 제공하는 공정을 갖추어 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.
A method of manufacturing a mechanical component with excellent rolling fatigue life, comprising a rolling section for rolling the rolling component on an inner diameter surface of a ring-shaped base metal that the mechanical component provides for cold forging.
By cold forging by applying hydrostatic pressure stress to the inner diameter surface of the ring-shaped workpiece base to be formed in the rolling portion, a rolling portion for rolling the electric component is formed on the inner diameter surface of the ring-shaped workpiece base material, and a ring shape other than the rolling portion. And a step of expanding the inner diameter of the workpiece base material to provide a ring-shaped mechanical part having a rolling part having excellent rolling fatigue life.
제1항에 있어서, 상기 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재가 강관인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the ring-formed base material provided for the cold forging is a steel pipe.
제1항에 있어서, 상기 냉간 단조에 제공하는 링모양 가공 모재가 열간 단조 링인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the ring-shaped workpiece base material provided for the cold forging is a hot forging ring.
제1항?제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정수압 응력이 적어도 1000MPa인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrostatic stress is at least 1000 MPa.
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