TW202028627A - 筒狀旋轉部件、筒狀旋轉部件的製造方法以及模具 - Google Patents
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Abstract
本發明所欲解決的問題在於提供一種筒狀旋轉部件的製造方法，其可從環形的金屬圓板得到筒狀旋轉部件，並可抑制由於引伸加工所造成的皺褶或破裂的發生。
為了解決上述問題，本發明的筒狀旋轉部件100B的製造方法，包含：中間成形步驟，其藉由利用具有規定的錐形的衝頭10A和底模20A的錐形面彼此來按壓具有規定的內徑D1
和外徑D2
的環形的金屬圓板100的雙面全體並施行擴孔引伸加工來得到圓錐台形狀的中間成形品100A；及，最終成形步驟，其藉由利用所期望的形狀的衝頭10B和底模20B來按壓中間成形品100A並進一步施行擴孔引伸加工來得到筒狀旋轉部件100B。
Description
本發明關於一種以金屬板作為原料製作的筒狀旋轉部件、筒狀旋轉部件的製造方法以及模具。特別是關於一種筒狀旋轉部件。其被用於以軋製鋼板作為原料製作的滾動軸承或旋轉輥等的軌道輪或齒輪部件等。
現在，滾動軸承或旋轉輥、齒輪部件等具有筒狀形狀的旋轉部件，大多使用由特殊鋼的圓棒製造的無縫鋼管（參照專利文獻1）。
作為無縫鋼管的原料的特殊鋼的圓棒中，Al2
O3
或MnS、TiN等的夾雜物會局部集中，該存在量隨著朝向中心而增加，並在中心部處變成最大。無縫鋼管由於是藉由曼內斯曼鑽孔將圓棒的中心部擴大而成形，夾雜物存在於鋼管內周部最多，並朝向外周而減少。
已知由於夾雜物會成為疲勞破壞的起點，若在滑動部件的表層或表層附近的夾雜物的存在量增加，則疲勞特性以及旋轉體的轉動疲勞特性會明顯降低（參照專利文獻2）。因此，在製造以無縫鋼管作為原料的筒狀旋轉部件的情況下，為了得到所期望的疲勞特性，必須為了降低夾雜物的影響程度而進行從內周朝向外周切削等的藉由機械加工所實行的移除，因而降低材料成品率。
此處，作為製造材料成品率較佳的筒狀旋轉部件的方法，已知一種方法，其以鋼板作為原料，並對在中心部分具有孔之環形的圓板施行引伸加工來使筒狀旋轉部件成形（參照專利文獻3及專利文獻4）。
由於前述的夾雜物的存在量會隨著朝向鋼板的板厚中心而增加，並在中心部處成為最大，在製造以鋼板作為原料的筒狀旋轉部件的情況下，不需要如以無縫鋼管作為原料的情況般地為了移除夾雜物而進行內周側的切削，因而可以提升材料成品率。
[先前專利文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2007-130673號公報。
專利文獻2：日本特開2012-214892號公報。
專利文獻3：日本特開平7-155877號公報。
專利文獻4：日本特開2009-226422號公報。
[發明所欲解決的問題]
如第16A圖所示，專利文獻3所記載的筒狀構造體的製造方法，是藉由壓板壓住環形的板材的邊緣，並藉由衝頭進行板材的擴孔。因此，如第16B（a）圖所示，由於藉由壓板來阻擋朝向衝頭驅動方向的板材的流動，所以會發生拉伸的力量而破裂（參照第16（b）圖）。又，如第16C（a）圖所示，由於彎曲加工會在底模的肩部實行，因此會因為底模肩部附近的板材的外周線l（在彎曲加工後，線長延伸）與中立軸線l0
（在彎曲加工前後，線長並未變化）的線長差Δl-l0
而發生破裂的情況（參照第16C（b）圖），該傾向隨著板厚變厚而更顯著。
此處，若應用不使用壓板的專利文獻4所記載的筒狀構造體的製造方法（參照第17A圖），則如第17B圖所示，會有在金屬圓板上發生皺褶並發生勾住模具而產生拉伸力而破裂的情況。
因此，本發明，是針對從環形的金屬圓板來獲得筒狀旋轉部件的製造方法，目的在於提供一種抑制由於引伸加工而產生皺褶或破裂之製造方法、模具及筒狀旋轉部件。
[解決問題的技術手段]
本發明是關於一種筒狀旋轉部件的製造方法，該製造方法從具有規定的內徑和外徑且在中央部形成有孔之金屬圓板得到筒狀旋轉部件，該製造方法包含：中間成形步驟，其藉由利用具有規定的錐形的衝頭和底模的錐形面彼此來按壓前述金屬圓板的雙面全體並施行擴孔引伸加工來得到圓錐台形狀的中間成形品；及，最終成形步驟，其藉由利用比在前述中間成形步驟中所使用的衝頭和底模具有更小的錐形角度的衝頭和底模來按壓前述中間成形品並進一步施行擴孔引伸加工來得到筒狀旋轉部件。
又，在將前述金屬圓板的加工前的內徑設為D1
，並將前述最終成形步驟中所得到的筒狀旋轉部件的內徑設為D1
’的情況下，較佳是以由λ＝（D1
’-D1
）／D1
×100所表示的伸張凸緣率λ成為90％以下的條件來進行加工。
又，較佳是：將前述中間成形步驟的前述衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度設為30度以上。
又，較佳是：在前述中間成形步驟中，改變前述衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度來施行複數次的引伸加工。
又，較佳是：前述金屬圓板是將夾雜物隨著朝向板厚中心而局部集中的金屬板作為原料，且進一步包含切削加工步驟，該切削加工步驟對前述最終成形步驟中所得到的前述筒狀旋轉部件施行切削加工；並且，在前述切削加工步驟中，在將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到內徑側的厚度設為內徑厚度，並將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到外徑側的厚度設為外徑厚度的情況下，以切削加工後的內徑厚度相對於切削加工前的內徑厚度的比例也就是內徑殘存比成為0.37以上且切削加工後的外徑厚度相對於切削加工前的外徑厚度的比例也就是外徑殘存比成為0.49以上的方式，來施行切削加工。
又，較佳是：進一步包含熱處理步驟，該熱處理步驟對前述最終成形步驟中所得到的前述筒狀旋轉部件施行淬火及回火的處理。
又，本發明關於一種模具，其用於前述製造方法中，該模具包含：具有規定的錐形的中間成形步驟用衝頭和底模；及，比前述中間成形步驟用衝頭和底模具有更小的錐形角度的最終成形步驟用衝頭和底模。
又，本發明關於一種筒狀旋轉部件，其是利用前述製造方法所製造的筒狀旋轉部件，其中，在將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到內徑側的厚度設為內徑厚度，並將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到外徑側的厚度設為外徑厚度的情況下，切削加工後的內徑厚度相對於切削加工前的內徑厚度的比例也就是內徑殘存比是0.37以上，且切削加工後的外徑厚度相對於切削加工前的外徑厚度的比例也就是外徑殘存比是0.49以上。
又，本發明關於一種筒狀旋轉部件，該筒狀旋轉部件的板厚內部中的夾雜物的存在量的分佈，當將內徑表層中的存在量設為d（內徑），並將板厚中心中的存在量設為d（板厚中心）時，表示滿足d（板厚中心）＞d（內徑）的關係的分佈。
又，前述夾雜物亦可以包含從MnS、SiO2
、Al2
O3
、TiN的群組中選出的至少1種以上。
[發明的效果]
本發明的製造方法，在中間成形步驟中，利用衝頭和底模的錐形面彼此來按壓金屬圓板的雙面全體並進行引伸加工，藉此可以抑制皺褶或破裂的發生，並且在最終成形步驟中進一步施行引伸加工，而可得到所期望的形狀的筒狀旋轉部件。
以下，參照圖面來說明本發明的筒狀旋轉部件的製造方法及製造裝置的期望實施形態。本發明的筒狀旋轉部件可以用於滾動軸承或旋轉輥等的軌道輪或齒輪部件等，並得到較高的轉動疲勞特性。
[實施形態]
第1圖是用於說明本實施形態的筒狀旋轉部件的製造方法的各步驟的圖，對於具有規定的內徑D1
和外徑D2
及板厚H且在中心部分形成有孔之環形的金屬圓板100，藉由擴孔引伸加工來成形。本實施形態的擴孔引伸加工，是一種成形加工，其藉由在中央部形成有孔之金屬板的外周部中進行收縮凸緣變形，同時藉由在金屬板的內周部中進行伸張凸緣變形來得到筒狀旋轉部件。
金屬圓板100的形狀，可以基於作為最終形狀的所期望的筒狀旋轉部件100B的體積來決定內徑D1
、外徑D2
及板厚H。
可以使用軋製鋼板等的金屬板來作為金屬圓板100的原料。軋製鋼板，由於夾雜物會隨著朝向板厚中心而局部集中，所以藉由施行引伸加工並以使軋製鋼板的表面成為負荷的施加面的方式來成形，可以得到較高的轉動疲勞特性。藉此，不需要使用較高清淨度的鋼板，也可以得到充分的轉動疲勞特性。
如第1圖所示，本實施形態的製造方法大致分成（a）中間成形步驟與（b）最終成形步驟。以往，為了將金屬圓板成形為所期望的形狀，僅利用1種類的模具來施行擴孔引伸加工（參照第16A圖及第17A圖），但是在本實施形態的製造方法中，使用2種類的模具，在中間成形步驟中，先成形為與所期望的最終形狀不同的圓錐台形狀的中間成形品100A，在此之後，在最終成形步驟中，進一步施行擴孔引伸加工來使所期望的形狀的筒狀旋轉部件成形。
如第1（a）圖所示，在中間成形步驟中，利用具有規定的錐形的中間成形步驟用衝頭10A和底模20A之模具，來按壓金屬圓板100的雙面全體來施行擴孔引伸加工而得到中間成形品100A。如此一來，利用衝頭10A和底模20A的錐形面彼此來夾住金屬圓板100的雙面全體，相較於習知的利用壓板壓住金屬圓板的邊緣來進行引伸加工的情況（參照第16B圖），可以降低由於拉伸或彎曲所造成的破裂的發生。又，相較於習知的沒有利用壓板壓住金屬圓板（坯料）的邊緣來進行引伸加工的情況（第17B圖），可以降低皺褶的發生，亦可以降低所伴隨的破裂的發生。
衝頭10A和底模20A的錐形面，與加工方向所夾的角的角度，分別是θp
和θd
，在本實施形態中，為了得到厚度一定的筒狀旋轉部件，設為θp
＝θd
。
又，利用將衝頭10A和底模20A的θp
和θd
設為25度以上，可以抑制破裂的發生來製造中間成形品100A，又，利用將θp
和θd
設為30度以上，可以抑制微小皺褶的發生來製造中間成形品100A。
如第1（b）圖所示，在最終成形步驟中，利用可以使所期望的形狀的筒狀旋轉部件成形之最終成形步驟用衝頭10B和底模20B的模具，對中間成形品100A進一步施行引伸加工，而得到筒狀旋轉部件100B。作為衝頭10B和底模20B，可以使用比在中間形成步驟所使用的衝頭和底模的錐形角度（θp
和θd
）更小的錐形角度。在本實施形態中，為了得到內徑為D1
’、外徑為D2
’的筒狀旋轉部件，構成為衝頭10B具備外徑為D1
’的圓柱形狀，而底模20B具備內徑為D2
’的環狀形狀（θp
和θd
皆為0度）。
再者，在本說明書中，所謂的「中間成形步驟」是表示一邊利用錐形面彼此來按壓金屬圓板或中間成形品的雙面全體一邊施行擴孔引伸加工。又，所謂的「最終成形步驟」是表示在未利用錐形面來按壓中間成形品的雙面全體的情況下施行擴孔引伸加工的步驟。
接著，說明從金屬圓板100成形為筒狀旋轉部件100B時的伸張凸緣率λ。
根據擴孔引伸加工前的金屬圓板100的內徑D1
與最終成形步驟中所得到的筒狀旋轉部件的內徑D1
’，伸張凸緣率λ表示為λ（％）＝（D1
’-D1
）D1
×100，相對於加工前的內徑D1
，若最終成形步驟中所得到的內徑D1
’過大，則由於可能發生破裂，所以較佳是以伸張凸緣率λ成為90％以下的方式來設定金屬圓板100的形狀。
藉由以上所說明的本實施形態的筒狀旋轉部件的製造方法，可以實現以下的效果。
（1）從具有規定的內徑D1
和外徑D2
的環形的金屬圓板100來得到筒狀旋轉部件100B的製造方法，包含中間成形步驟與最終成形步驟，該中間成形步驟藉由利用具有規定的錐形的衝頭10A和底模20A的錐形面彼此來按壓金屬圓板100的雙面全體並施行擴孔引伸加工來得到圓錐台形狀的中間成形品100A，該最終成形步驟藉由利用所期望的形狀的衝頭10B和底模20B來按壓中間成形品100A並進一步施行擴孔引伸加工來得到筒狀旋轉部件100B。藉此，可以抑制擴孔引伸加工期間發生破裂或皺褶，並從金屬圓板100使筒狀旋轉部件100B成形。又，在使用鋼板作為金屬圓板的原料的情況下，可以得到具有充分的轉動疲勞特性的筒狀旋轉部件100B。
（2）本發明的製造方法，在將金屬圓板100的加工前的內徑設為D1
，並將最終成形步驟中所得到的筒狀旋轉部件100B的內徑設為D1
’的情況下，以由λ＝（D1
’-D1
）／D1
×100所表示的伸張凸緣率λ成為90％以下的條件來進行加工。藉此，可以抑制破裂的發生，並製造筒狀旋轉部件100B。
（3）將中間成形步驟的衝頭10A和底模20A的錐形面與加工方向所夾的角的角度θp
、θd
設為30度以上。藉此，可以抑制微小皺褶的發生，並製造筒狀旋轉部件100B。
＜變化例＞
接著，參照第2圖來說明本實施形態的變化例。在變化例中，與第1圖所示的實施形態不同的點在於：在中間成形步驟中，改變衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度，並分成複數次來施行擴孔引伸加工。將這樣的中間成形步驟分成複數次，可以更良好地施行擴孔引伸加工。
如第2（a）圖所示，在中間成形步驟中的第1次的擴孔引伸加工中，利用具有規定的錐形的衝頭10A1和底模20A1之模具來按壓金屬圓板100的雙面全體並施行擴孔引伸加工，而得到中間成形品100A1。
衝頭10A1及底模20A1的錐形面，與加工方向所夾的角的角度，分別是θp1
和θd1
，在本變化例中，為了得到厚度一定的筒狀旋轉部件，設為θp1
＝θd1
。
如第2（b）圖所示，在中間成形步驟中的第2次的擴孔引伸加工中，利用具有規定的錐形的衝頭10A2和底模20A2之模具來按壓中間成形品100A1的兩側面全體並施行擴孔引伸加工，而得到中間成形品100A2。
衝頭10A2和底模20A2的錐形面，與加工方向所夾的角的角度，分別是θp2
和θd2
，在本變化例中，為了得到厚度一定的筒狀旋轉部件，設為θp2
＝θd2
。第2次的擴孔引伸加工所使用的衝頭10A2和底模20A2中的錐形面的與加工方向所夾的角度θp2
和θd2
，設定成比第1次的擴孔引伸加工所使用的衝頭10A1和底模20A1的錐形面的與加工方向所夾的角度θp1
和θd1
更小。
如第2（c）圖所示，在最終成形步驟中，利用可以使所期望的形狀的筒狀旋轉部件成形的衝頭10B和底模20B之模具，對中間成形品100A2進一步施行擴孔引伸加工，而得到筒狀旋轉部件100B。在本實施形態中，為了得到內徑為D1
’、外徑為D2
’的筒狀旋轉部件，構成為衝頭10B具備外徑為D1
’的圓柱形狀，而底模20B具備內徑為D2
’的環狀形狀。
藉由以上所說明的變化例的筒狀旋轉部件的製造方法，可以實現以下的效果。
（4）在中間成形步驟中，改變衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度來施行複數次的擴孔引伸加工。藉此，相較於進行一次中間成形步驟的情況，可以進行更良好的引伸加工。
[實施例]
以下，參照第3圖至第15B圖，說明利用本發明的製造方法來製造筒狀旋轉部件100B的實施例、及利用習知的製造方法來製造的比較例等。
使用板厚為6mm的SUJ2鋼板來作為金屬圓板100的原料。在表1所示的引伸加工條件下，進行中間成形步驟及最終成形步驟的擴孔引伸加工。
[表1]
| 衝壓裝置 | MECHANICAL PRESS（天田股份有限公司製造） |
| 加工速度 | 20SPM |
| 潤滑油 | G-3456（日本工作油股份有限公司製造） |
改變伸張凸緣率λ的値來製造實施例及比較例的筒狀旋轉部件。第3圖所示的利用模具所製造的筒狀旋轉部件的實施例1-1至實施例1-3是λ＝0％的條件，第5圖所示的利用模具所製造的筒狀旋轉部件的實施例2-1至實施例2-3是λ＝85％的條件，而第6圖所示的比較例1是λ＝100％的條件。
又，作為利用第1圖所示的模具所製造的筒狀旋轉部件，是製造實施例1-1’至實施例1-3’、實施例2-1’至實施例2-3’的筒狀旋轉部件。實施例1-1’至實施例1-3’是分別對應於實施例1-1至實施例1-3的實施例，而實施例2-1’至實施例2-3’是分別對應於實施例2-1至實施例2-3的實施例。
又，第4圖表示實施例1-1的筒狀旋轉部件的外觀照片，而第7圖表示比較例1的筒狀旋轉部件的外觀照片。
又，為了與習知的製造方法比較，將藉由第8圖所示的專利文獻1所記載的模具所製造的筒狀旋轉部件設為比較例2，並將藉由第9圖所示的專利文獻2所記載的模具所製造的筒狀旋轉部件設為比較例3。
表2表示實施例及比較例中所使用的金屬圓板100的形狀。又，表3表示這些引伸加工測試結果的整理結果。
[表2]
| 內徑D1 （mm） | 外徑D2 （mm） | 厚度H（mm） | 備註 |
| 10.0 | 30.0 | 6.0 | 實施例1 |
| 5.4 | 28.8 | 6.0 | 實施例2、 比較例2、3 |
| 5.0 | 28.7 | 6.0 | 比較例1 |
[表3]
| 伸張凸緣率λ（％） | 第1次的中間成形步驟θp1 、θd1 （度）/判定 | 第2次的中間成形步驟θp2 、θd2 （度）/判定 | 最終成形步驟判定 | |
| 實施例1-1 | 0 | 45/OK | 20/OK | OK |
| 實施例1-1’ | 0 | 45/OK | - | OK |
| 實施例1-2 | 0 | 30/OK | 20/OK | OK |
| 實施例1-2’ | 0 | 30/OK | - | OK（微小皺褶） |
| 實施例1-3 | 0 | 25/OK（微小皺褶） | 20/OK（微小皺褶） | OK（微小皺褶） |
| 實施例1-3’ | 0 | 25/OK（微小皺褶） | - | OK（微小皺褶） |
| 實施例2-1 | 85 | 45/OK | 20/OK | OK |
| 實施例2-1’ | 85 | 45/OK | - | OK |
| 實施例2-2 | 85 | 30/OK | 20/OK | OK |
| 實施例2-2’ | 85 | 30/OK | - | OK（微小皺褶） |
| 實施例2-3 | 85 | 25/OK（微小皺褶） | 20/OK（微小皺褶） | OK（微小皺褶） |
| 實施例1-3’ | 85 | 25/OK（微小皺褶） | - | OK（微小皺褶） |
| 比較例1 | 100 | 45/OK | 20/OK | NG（破裂） |
| 比較例2-1（專利文獻1的模具） | 85 | - | - | NG（破裂） |
| 比較例2-2（專利文獻2的模具） | 85 | - | - | NG（破裂） |
如表3所示，若將實施例1-1至實施例2-3與比較例1中的伸張凸緣率加以比較，則藉由伸張凸緣率λ在90％以下的實施例1-1至實施例2-3，確認可以如第4圖所示進行擴孔引伸加工而不破裂。又，在伸張凸緣率λ是100％的比較例1中，在最終成形步驟中，如第7圖所示發生破裂。
又，若中間成形步驟中的第1次的擴孔引伸加工的錐形面的角度θp1
、θd1
是25度以上，則確認雖然在最終成形步驟後發生微小皺褶但可良好地進行引伸加工。又，若第1次的擴孔引伸加工的錐形面的角度θp1
、θd1
是30度以上，則確認可以進行不發生微小皺褶的引伸加工。再者，該微小皺褶可以藉由之後進行的切削加工來移除，是不會影響最終製品形狀或強度的程度的皺褶。
又，在1次的中間成形步驟之後進行最終成形步驟的實施例1-1’至實施例1-3’、實施例2-1’至實施例2-3’中，若擴孔引伸加工的錐形面的角度θp1
、θd1
是25度以上，則確認雖然在最終成形步驟後發生微小皺褶但可良好地進行引伸加工。又，若擴孔引伸加工的錐形面的角度θp1
、θd1
是40度以上，則確認可以進行不發生微小皺褶的擴孔引伸加工。
又，使用與實施例2-1至實施例2-3相同條件的金屬圓板100，也就是說，在相同的伸張凸緣率λ＝85％的條件下，利用習知的模具，不經過中間成形步驟而僅利用最終成形步驟來進行擴孔引伸加工的比較例2-1及比較例2-2中，會發生破裂而無法製造筒狀旋轉部件。
接著，在將藉由擴孔引伸加工所得到的筒狀旋轉部件進行切削加工的情況下，說明該切削量對於轉動疲勞特性造成的影響。
參照第10圖來說明作為表示筒狀旋轉部件的內側面及外側面的切削量的指標也就是內徑厚度及外徑厚度的殘存比。
第10圖表示從筒狀形狀的軸方向來觀看擴孔引伸加工後的筒狀旋轉部件100B的示意圖。若將引伸加工後的板厚設為tm
，至板厚中心（厚度中心）為止的厚度設為tmc
＝tm
／2，引伸加工後的內徑設為D1
’，引伸加工後的外徑設為D2
’，切削加工後的內徑設為D1c
’，切削加工後的外徑設為D2c
，則內徑切削厚度是表示為tmc1
＝（D1c
’-D1
’）／2，外徑切削厚度是表示為tmc2
＝（D2
’-D2c
’）／2，因此，可以得到切削加工後的內徑厚度是t1
＝tmc
-tmc1
，切削加工後的外徑厚度是t2
＝tmc
-tmc2
，內徑厚度的殘存比是t1
／tmc
，外徑厚度的殘存比是t2
／tmc
。
第11圖表示藉由光學顯微鏡來觀察作為金屬圓板100的原料使用的鋼板內所看見的夾雜物的一例。在第11圖中，黒色可見的粒子是Al2
O3
或MnS、TiN等的夾雜物。
在金屬圓板的原料是鋼的情況下，夾雜物具有因為一般加工而黏性變形的A系夾雜物、朝著加工方向以集團方式不連續地呈粒狀並排的B系夾雜物、及不會黏性變形且不規則分散的C系夾雜物這3種類。已知A系夾雜物是細長狀的硫化物的MnS、矽酸鹽的SiO2
等，B系夾雜物是Al2
O3
等，C系夾雜物是粒狀氧化物，來分別作為代表性的非金屬夾雜物。
這些非金屬夾雜物可以根據JIS G0555「鋼的非金屬夾雜物的顯微鏡測試方法」而藉由顯微鏡觀察來計算數量。例如，可以切斷採取測試片，將該面研磨拋光成鏡面，且在不進行蝕刻的情況下，藉由倍率400倍的光學顯微鏡觀察來計算夾雜物的數量。
接著，參照第12圖來說明調査存在於筒狀旋轉部件中的夾雜物的存在量的方法。如第12（a）圖所示，從筒狀旋轉部件切出2mm×12mm×3mm的立方體，並進一步如第12（b）圖所示，切成6個，而作成6個2mm×12mm×0.5mm的立方體的測試片。此時，將第3個與第4個的測試片之間作為板厚中心（厚度中心）而切出測試片，測定位置將板厚中心作為0mm，由此開始的內側面側表示為負値，外側面側表示為正値。
藉由光學顯微鏡，計算出現在測試片的表面上的夾雜物的個數，並換算成每1mm2
的個數。夾雜物的個數可以僅將各測試片的外側面側的表面作為對象來計算，或者僅將內側面側的表面作為對象來計算。又，所計算的夾雜物的個數除以測試片的面積的2mm×12mm，並換算成每1mm2
的個數。在本實施形態中，計算各測試片的外側面側的表面的夾雜物的數量。
在這樣的方法中，將測定夾雜物的存在量的結果圖示於第13圖中。藉由本發明的製造方法所得到的筒狀旋轉部件是實施例3，而將藉由曼內斯曼鑽孔法所產生的SUJ2無縫鋼管（內徑10mm、外徑22mm、厚度6mm）沿著無縫鋼管的管軸方向在13mm的長度處切斷而得到的筒狀旋轉部件是比較例3。實施例3的筒狀旋轉部件相當於藉由表3所示的實施例1-1所製造的筒狀旋轉部件。實施例3及比較例3的筒狀旋轉部件，皆以成為內徑11.9mm、外徑20.1mm、高度12.1mm的方式來施行切削加工。
從第13圖的結果看來，在實施例3中，夾雜物較多存在於板厚中心附近，而隨著朝向內側面及隨著朝向外側面，夾雜物的存在量減少。也就是說，針對筒狀旋轉部件的板厚內部中的夾雜物的存在量的分佈，當將在內徑表層中的存在量設為d（內徑）並將在板厚中心中的存在量設為d（板厚中心）時，在滿足d（板厚中心）＞d（內徑）的關係；又，當將在外徑表層中的存在量設為d（外徑）時，滿足d（板厚中心）＞d（外徑）的關係。另一方面，在將比較例3的無縫鋼管作為原料時，確認越靠內側面側，夾雜物的存在量越多，而隨著朝向外側面，夾雜物的存在量減少。
接著，為了調查內外徑厚度的殘存比對於轉動疲勞特性造成的影響，改變內外徑厚度的殘存比來製作轉動疲勞的測試體。
參照第14A圖及第14B圖來說明轉動疲勞測試機。
在第14A圖所示的內側面的轉動疲勞測試中，使軸件S1抵接筒狀旋轉部件的測試體的外側面，並使測試體的內側面與鋼球B抵接（參照第14A（a）圖）。鋼球B配置成埋入軸件S2（參照第14A（b）圖），藉由一邊使軸件S1往第14A圖所示的方向旋轉一邊施加負載而抵接測試體，構成使測試體旋轉，並使抵接內側面的鋼球B轉動。
在第14B圖所示的外側面的轉動疲勞測試中，使軸件S4抵接筒狀旋轉部件的測試體的內側面，並使測試體的外側面與鋼球B抵接（參照第14B（a）圖）。鋼球B配置成埋入軸件S3（參照第14B（b）圖），藉由一邊使軸件S4往第14B圖所示的方向旋轉一邊在軸件S3處施加負載而抵接測試體，構成使測試體旋轉，並使抵接外側面的鋼球B轉動。
改變內徑厚度及外徑厚度的殘存比來製造實施例及比較例的筒狀旋轉部件，在表4所示的熱處理條件下施行熱處理，並施行精密拋光加工，來作為實施例4-1至實施例4-3及比較例4（變更內徑厚度的存在比）、實施例5-1至實施例5-3及比較例5-1和比較例5-2（變更外徑厚度的存在比）。再者，在擴孔引伸加工後的切削加工中，在所期望的形狀上以殘留0.1mm的拋光餘量的方式來進行切削，並利用熱處理後的精密拋光加工進行0.1mm程度的研削來形成所期望的形狀。
又，關於這樣的實施例及比較例，在表5所示的測試條件下進行轉動疲勞測試。表6表示內徑厚度的殘存比與轉動疲勞特性的關係，而表7表示外徑厚度的殘存比與轉動疲勞特性的關係。在表7中，實施例及比較例的筒狀旋轉部件的高度，皆為12mm。
再者，關於轉動疲勞測試結果，在表5的條件下，求出n＝16的測試中的累積破損機率，將具有與將無縫鋼管作為原料的筒狀旋轉部件同等以上的特性的情況設為○，而將未具有同等的特性的情況設為×。
[表4]
| 淬火 | 回火 | |
| 溫度（℃） | 820 | 160 |
| 時間（分鐘） | 30 | 60 |
| 冷卻方法 | 油冷 | 氣冷 |
[表5]
| 鋼球 | SUJ2製φ3 |
| 最大接觸應力 | 4903N/mm2 |
| 旋轉數 | 1800cpm |
| 潤滑油 | TURBINE#68 |
| 最大重複次數 | 108 次 |
| N數 | 16 |
[表6]
| 外徑 （mm） | 內徑 （mm） | 內徑厚度（mm） | 內徑厚度的殘存比 | 轉動疲勞測試結果 | |
| 拋光加工前（實施例3） | 21.5 | 9.8 | 2.925 | 1 | - |
| 實施例4-1 | 20 | 11 | 2.32 | 0.79 | ○ |
| 實施例4-2 | 20 | 12 | 1.82 | 0.62 | ○ |
| 實施例4-3 | 20 | 13 | 1.32 | 0.45 | ○ |
| 實施例4-4 | 20 | 13.5 | 1.07 | 0.37 | ○ |
| 比較例4 | 20 | 14 | 0.825 | 0.28 | × |
[表7]
| 外徑 （mm） | 內徑 （mm） | 外徑厚度（mm） | 外徑厚度的殘存比 | 轉動疲勞測試結果 | |
| 拋光加工前（實施例3） | 21.5 | 9.8 | 2.925 | 1 | - |
| 實施例5-1 | 20 | 12 | 2.23 | 0.76 | ○ |
| 實施例5-2 | 19 | 12 | 1.68 | 0.57 | ○ |
| 實施例5-3 | 18.5 | 12 | 1.43 | 0.49 | ○ |
| 比較例5-1 | 18 | 12 | 1.18 | 0.40 | × |
| 比較例5-2 | 17 | 12 | 0.68 | 0.23 | × |
如表6所示，在筒狀旋轉部件的製造方法包含切削加工步驟的情況下，內徑厚度的殘存比是0.37以上，則可以得到良好的轉動疲勞特性。又，如表7所示，外徑厚度的殘存比是0.49以上，則可以得到良好的轉動疲勞特性。
接著，關於將筒狀旋轉部件的內徑側進行切削加工的實施例4-1（表6）、將外徑側進行切削加工的實施例5-1（表7）、及將無縫鋼管作為原料的筒狀旋轉部件的比較例6，進行轉動疲勞測試。
比較例6的筒狀旋轉部件，首先將藉由曼內斯曼鑽孔法所產生的外徑22mm、內徑10mm、厚度6mm的SUJ2無縫鋼管作為原料，然後進行拉伸加工成外徑21.5mm、內徑9.8mm的形狀。接著，與實施例4-1或實施例5-1同樣地進行熱處理與拋光加工，而作成外徑20mm、內徑12mm的形狀。也就是說，比較例6的內徑厚度殘存比與實施例4-1相同，而外徑厚度殘存比與實施例5-1相同。
在轉動疲勞測試的結果之中，第15A圖表示關於內側面的測試結果，而第15B圖表示關於外側面的測試結果。
實施例4-1及實施例5-1的筒狀旋轉部件，顯示出：在內側面中，相較於比較例6的無縫鋼管，轉動疲勞特性更高；在外側面中，轉動疲勞特性與比較例6的無縫鋼管相同。
藉此，與製造將無縫鋼管作為原料的筒狀旋轉部件的情況比較，藉由本發明的製造方法，不需要大幅度切削內側面，因而可以提升材料成品率，亦可以減少切削所花費的時間而可以提升生產性。又，內側面及外側面的轉動疲勞特性的差異基本上沒有，因此亦可以應用於徑向軸承的內輪及外輪。
以上，說明了關於本發明的筒狀旋轉部件的製造方法的實施形態、變化例及實施例，但是本發明並不限於上述實施形態、變化例及實施例，而可以適當地變更。
例如，在上述實施例中，表示在中間成形步驟中施行2次或1次的擴孔引伸加工的一例，但並不限於此。亦可以根據必要將擴孔引伸加工分成更多次數來進行。
10A:衝頭
10A1:衝頭
10A2:衝頭
10B:衝頭
20A:底模
20A1:底模
20A2:底模
20B:底模
100:金屬圓板
100A:中間成形品
100A1:中間成形品
100A2:中間成形品
100B:筒狀旋轉部件
第1圖是表示本發明的實施形態的製造方法的各步驟的圖。
第2圖是表示本發明的實施形態的變化例的製造方法的各步驟的圖。
第3圖是本發明的實施例1的說明圖。
第4圖是表示本發明的實施例1-1中所得到的筒狀旋轉部件的外觀照片。
第5圖是本發明的實施例2的說明圖。
第6圖是本發明的比較例1的說明圖。
第7圖是表示本發明的比較例1中所得到的筒狀旋轉部件的外觀照片。
第8圖是使用專利文獻1所記載的模具的比較例2-1的說明圖。
第9圖是使用專利文獻2所記載的模具的比較例2-2的說明圖。
第10圖是內徑厚度以及外徑厚度的殘存比的說明圖。
第11圖是表示夾雜物的一例的光學顯微鏡照片。
第12圖是夾雜物的存在量的調査方法的說明圖。
第13圖是表示測定夾雜物的存在量的結果的圖。
第14A圖是表示內側面的轉動疲勞測試機的概略構成的圖。
第14B圖是表示外側面的轉動疲勞測試機的概略構成的圖。
第15A圖是表示實施例4-1與比較例6（將無縫管作為原料之筒狀旋轉部件）的內側面的轉動疲勞測試結果。
第15B圖是表示實施例5-1與比較例6（將無縫管作為原料之筒狀旋轉部件）的外側面的轉動疲勞測試結果。
第16A圖是專利文獻1所記載的製造方法的說明圖。
第16B圖是關於起因於第16A圖所示的製造方法中發生的拉伸力而造成的破裂的說明圖。
第16C圖是關於起因於第16A圖所示的製造方法中發生的彎曲而造成的破裂的說明圖。
第17A圖是專利文獻2所記載的製造方法的說明圖。
第17B圖是關於起因於第17A圖所示的製造方法中發生的皺褶而造成的破裂的說明圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
10A:衝頭
10B:衝頭
20A:底模
20B:底模
100:金屬圓板
100A:中間成形品
100B:筒狀旋轉部件
Claims (10)
- 一種筒狀旋轉部件的製造方法，該製造方法從具有規定的內徑和外徑且在中央部形成有孔之金屬圓板得到筒狀旋轉部件，該製造方法包含： 中間成形步驟，其藉由利用具有規定的錐形的衝頭和底模的錐形面彼此來按壓前述金屬圓板的雙面全體並施行擴孔引伸加工來得到圓錐台形狀的中間成形品；及， 最終成形步驟，其藉由利用比在前述中間成形步驟中所使用的衝頭和底模具有更小的錐形角度的衝頭和底模來按壓前述中間成形品並進一步施行擴孔引伸加工來得到筒狀旋轉部件。
- 如請求項1所述之製造方法，其中，在將前述金屬圓板的加工前的內徑設為D1 ，並將前述最終成形步驟中所得到的筒狀旋轉部件的內徑設為D1 ’的情況下，以由λ＝（D1 ’-D1 ）／D1 ×100所表示的伸張凸緣率λ成為90％以下的條件來進行加工。
- 如請求項1或2所述之製造方法，其中，將前述中間成形步驟的前述衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度設為30度以上。
- 如請求項1至3中任一項所述之製造方法，其中，在前述中間成形步驟中，改變前述衝頭和底模的錐形面與加工方向所夾的角的角度來施行複數次的引伸加工。
- 如請求項1至4中任一項所述之製造方法，其中，前述金屬圓板是將夾雜物隨著朝向板厚中心而局部集中的金屬板作為原料，且進一步包含切削加工步驟，該切削加工步驟對前述最終成形步驟中所得到的前述筒狀旋轉部件施行切削加工； 並且，在前述切削加工步驟中，在將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到內徑側的厚度設為內徑厚度，並將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到外徑側的厚度設為外徑厚度的情況下，以切削加工後的內徑厚度相對於切削加工前的內徑厚度的比例也就是內徑殘存比成為0.37以上且切削加工後的外徑厚度相對於切削加工前的外徑厚度的比例也就是外徑殘存比成為0.49以上的方式，來施行切削加工。
- 如請求項5所述之製造方法，其中，進一步包含熱處理步驟，該熱處理步驟對前述最終成形步驟中所得到的前述筒狀旋轉部件施行淬火及回火的處理。
- 一種模具，其用於請求項1至6中任一項所述之製造方法中，該模具包含： 具有規定的錐形的中間成形步驟用衝頭和底模；及， 比前述中間成形步驟用衝頭和底模具有更小的錐形角度的最終成形步驟用衝頭和底模。
- 一種筒狀旋轉部件，其是利用請求項5或6所述之製造方法所製造的筒狀旋轉部件， 其中，在將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到內徑側的厚度設為內徑厚度，並將從前述筒狀旋轉部件的厚度中心到外徑側的厚度設為外徑厚度的情況下，切削加工後的內徑厚度相對於切削加工前的內徑厚度的比例也就是內徑殘存比是0.37以上，且切削加工後的外徑厚度相對於切削加工前的外徑厚度的比例也就是外徑殘存比是0.49以上。
- 一種筒狀旋轉部件，該筒狀旋轉部件的板厚內部中的夾雜物的存在量的分佈，當將內徑表層中的存在量設為d（內徑），並將板厚中心中的存在量設為d（板厚中心）時，表示滿足d（板厚中心）＞d（內徑）的關係的分佈。
- 如請求項9所述之筒狀旋轉部件，其中，前述夾雜物包含從MnS、SiO2 、Al2 O3 、TiN的群組中選出的至少1種以上。
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