WO2016006550A1 - 軌道輪の製造方法および軌道輪 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a bearing ring and a bearing ring.
- the present invention relates to a method for manufacturing a bearing ring in which a manufacturing process is further shortened and a bearing ring manufactured by the method for manufacturing the bearing ring.
- the thrust ring of a thrust needle bearing has been manufactured by the following process. First, a coil material obtained by winding a rolled thin plate-shaped steel material into a coil shape is prepared. Next, punching and forming are sequentially performed on the coil material. Thereby, the ring-shaped molded object which has the approximate shape of a raceway ring is obtained. Next, a setup process before heat treatment is performed. And heat processing, such as a carburizing process, is performed with respect to a ring-shaped molded object. Thereafter, the molded body is cooled by applying a blast, and the molded body is quenched. Finally, by applying a press temper (tempering treatment) to the molded body after quenching, the shape of the molded body is adjusted.
- a press temper temper
- the die quench method is known as a steel forming technology.
- This die quench method is a technique in which a heated steel material is press-molded and simultaneously quenched with a die for quenching treatment (for example, Patent Document 1).
- the manufacturing process of a conventional thrust needle bearing raceway includes a number of processes such as punching, forming, heat treatment, quenching, and tempering. Further, since the raceway of the thrust needle bearing is thin, it takes time and effort in the setup process before heat treatment. Thus, conventionally, there is a problem that the manufacturing cost of the raceway is increased due to the multi-step manufacturing process. Therefore, it is required to reduce the manufacturing cost by further shortening the manufacturing process of the raceway and to provide a less expensive raceway.
- Method of manufacturing a bearing ring includes the steps of: preparing a forming table for obtaining the steel and the bearing ring of steel, the step of installing a steel material forming table, the steel of A 1 transformation point or above the forming table And a step of punching a part of the steel material into a ring shape after heating to the above temperature, and then obtaining a race by performing a quenching treatment on the ring-shaped steel material on a forming table.
- each step of heating, punching, and quenching the steel material is performed as a single step on the forming table. Therefore, compared with the case where the said process is implemented separately like the conventional manufacturing method of a bearing ring, a manufacturing process can be shortened more. As a result, the manufacturing cost of the bearing ring can be further reduced, and a cheaper bearing ring can be provided. Thus, according to the manufacturing method of the raceway according to the present invention, the manufacturing process of the raceway can be further shortened.
- the quenching treatment may be performed by bringing a ring-shaped steel material into contact with a forming table. Thereby, the hardening process of steel materials can be implemented more easily.
- the ring-shaped steel material may be subjected to a forming process on a forming table before the quenching process.
- each process of the heating of a steel material, stamping, a forming process, and a quenching process can be implemented as one process in a forming stand.
- the manufacturing process of the raceway can be further shortened.
- the inner peripheral portion or the outer peripheral portion of the ring-shaped steel material may be bent so as to face the thickness direction of the ring-shaped steel material.
- the steel material may be heated by at least one method selected from the group consisting of current heating, induction heating, contact heat transfer, and far infrared heating.
- any heating method can be adopted as a heating method of the steel material.
- the steel material in energization heating, may be heated by heat generated by supplying a direct current or an alternating current to the steel material.
- a direct current or an alternating current to the steel material.
- the steel material may contain 0.4% by mass or more of carbon.
- the steel material may have a thickness of 2 mm or less. Further, the steel material may be punched into a ring shape in the thickness direction. By using a relatively thin steel material in this manner, the steel material can be easily punched, and a sufficient quenching process can be performed on the steel material.
- a bearing ring having a hardness of 700 HV or more may be obtained.
- the manufacturing process is shortened, and the bearing ring having high hardness is manufactured after the quenching process by performing a sufficient quenching process on the steel material. be able to.
- the track ring according to the present invention is manufactured by the above-described track ring manufacturing method according to the present invention.
- the manufacturing cost can be further reduced by shortening the manufacturing process as described above. Therefore, according to the bearing ring according to the present invention, it is possible to provide a cheaper bearing ring with reduced manufacturing costs.
- the raceway ring may be a raceway ring used for a thrust bearing. Thereby, an inexpensive thrust bearing having the raceway can be provided.
- the race ring manufacturing process can be further shortened.
- the bearing ring according to the present invention it is possible to provide a less expensive bearing ring with a reduced manufacturing cost.
- Embodiment 1 of the present invention it is a schematic sectional view showing the state where the steel material punched in the shape of a ring is quenched. It is a schematic plan view which shows the water cooling circuit provided in the press used for the manufacturing method of the bearing ring which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the schematic for demonstrating the heating method using electric heating. It is the schematic for demonstrating the heating method using induction heating. It is the schematic for demonstrating the heating method using contact heat transfer. It is a photograph of the bearing ring manufactured by the manufacturing method of the bearing ring which concerns on Embodiment 1 of this invention.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a bearing ring according to the second embodiment. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example. It is the schematic for demonstrating the manufacturing method of the bearing ring in a comparative example.
- FIG. 1 shows a cross-sectional structure along the axial direction of the thrust needle roller bearing 1.
- the thrust needle roller bearing 1 mainly includes a pair of race rings 11, a plurality of needle rollers 12, and a cage 13.
- the race 11 is made of steel having a carbon concentration of 0.4% by mass or more, for example, and has a disk shape.
- the raceway ring 11 has a raceway rolling surface 11A on one main surface with which the needle roller 12 comes into contact.
- the pair of race rings 11 are arranged such that the raceway rolling surfaces 11A face each other.
- the needle roller 12 is made of steel and has a roller rolling surface 12A on the outer peripheral surface. As shown in FIG. 1, the needle roller 12 is disposed between the pair of raceways 11 so that the roller rolling surface 12A contacts the raceway rolling surface 11A.
- the cage 13 is made of, for example, resin, and holds the plurality of needle rollers 12 at a predetermined pitch in the circumferential direction of the raceway ring 11. More specifically, the retainer 13 has an annular shape and a plurality of pockets (not shown) formed at equal intervals in the circumferential direction. And the holder
- the plurality of needle rollers 12 are held by a cage 13 so as to be freely rollable on an annular raceway along the circumferential direction of the raceway ring 11.
- the thrust needle roller bearing 1 is configured such that the pair of race rings 11 can rotate relative to each other.
- the bearing ring 11 is manufactured by the manufacturing method of the bearing ring according to the present embodiment described below.
- FIG. 2 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a bearing ring according to the present embodiment.
- FIG. 3 shows (A) the change over time of the current supplied to the steel material, (B) the change over time of the temperature of the steel material, (C) the stroke of the press machine, (D) in the method for manufacturing the bearing ring according to the present embodiment. ), (E) shows the operation of the hydraulic chuck.
- the method for manufacturing the bearing ring according to the present embodiment will be described in the order of “S0 to S13” attached to FIGS. 2 and 3 mainly with reference to the flowchart of FIG. 2 and the time chart of FIG.
- a steel material that is a material for obtaining the race 11 is prepared (S0). Specifically, with reference to FIG. 4, a coil material 2 as a steel material is prepared. As shown in FIG. 4, the coil material 2 is obtained by winding a rolled thin plate steel material into a coil shape.
- the coil material 2 is made of steel containing, for example, 0.4% by mass or more of carbon. More specifically, the coil material 2 is, for example, SAE standard SAE1070, JIS standard S40C and S45C which are carbon steel materials for mechanical structures, JIS standard SUJ2 which is high carbon chromium bearing steel, and carbon tool steel material. JIS standard SK95, JIS standard SCM440 which is alloy steel for machine structure, JIS standard SKS11 which is alloy tool steel, JIS standard SUP13 which is spring steel, or JIS SUS440 which is stainless steel Made of steel.
- the coil material 2 is a thin steel material having a thickness of 2 mm or less.
- the press machine 3 mainly includes a press die 30, molding dies 31 and 32, a support base 33, and a current-carrying terminal 34.
- the pressing die 30 has a cylindrical pressing portion 35.
- the press part 35 is a part for making the coil material 2 punched by contacting the coil material 2. Further, the press portion 35 is formed with a concave portion 35 ⁇ / b> A in which a tip portion is notched.
- the pressing die 30 is disposed so as to face the forming dies 31 and 32 in the vertical direction. The pressing die 30 can be stroked so as to approach the forming dies 31 and 32 or away from the forming dies 31 and 32 by a drive mechanism (not shown).
- FIG. 10 shows a state in which the press part 35 is viewed in plan.
- a water cooling circuit 35 ⁇ / b> B serving as a cooling water passage is provided in the press portion 35 along the circumferential direction.
- the arrow which shows the flow of a cooling water is attached
- the molding dies 31 and 32 are arranged so as to face the pressing die 30 in the vertical direction.
- the molding die 31 has a cylindrical shape, and a convex portion 31 ⁇ / b> A that protrudes radially outward is formed on the outer peripheral portion thereof.
- the molding die 32 has a ring shape having a diameter larger than the diameter of the molding die 31.
- the molding die 32 is arranged outside the molding die 31 so as to have a gap between the molding die 32 and the molding die 31 in the radial direction. As shown in FIG. 7, when the press die 30 is stroked toward the molding dies 31 and 32, the press portion 35 is positioned in the gap between the molding dies 31 and 32.
- the support base 33 is for installing the coil material 2.
- the energization terminal 34 is for supplying current to the coil material 2. More specifically, the energization terminal 34 is connected to a DC power supply or an AC power supply (not shown) and supplies a DC current or an AC current to the coil material 2.
- the coil material 2 can be heated by the heat generated by the current supply.
- a press machine 3 having the above configuration is prepared.
- the coil material 2 is installed in the press machine 3 (S1). Specifically, referring to FIG. 5, the coil material 2 is installed on a support base 33 of the press machine 3. Then, the coil material 2 is clamped by a hydraulic chuck (not shown) (S2, pressure 1 clamp).
- energization heating is started (S3). Specifically, referring to FIG. 6, first, the energizing terminal 34 is brought into contact with the coil material 2. Then, a current is supplied to the coil material 2 via the energization terminal 34. As a result, the coil material 2 is heated by the heat generation (joule heat) generated by the supply of current (energization heating). Then, after the temperature of the coil material 2 reaches the target temperature (S4), the coil material 2 is held at the target temperature for a certain time (S5). Thus, the energization heating of the coil material 2 in the press machine 3 is completed (S6).
- the heating temperature (target temperature) of the coil material 2 is a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point of the steel constituting the coil material 2 and is, for example, 1000 ° C.
- a 1 transformation point refers to a point corresponding to a temperature at which the structure of the steel starts transformation from ferrite to austenite when the steel is heated. Therefore, the steel structure constituting the coil material 2 is transformed into austenite by the energization heating.
- the heating method of the coil material 2 at least one method selected from the group consisting of energization heating, induction heating, contact heat transfer, and far infrared heating can be employed.
- energization heating induction heating
- contact heat transfer contact heat transfer
- far infrared heating far infrared heating
- the coil material 2 may be heated by heat generated by supplying a direct current from the energization terminal 34 to the coil material 2. Further, the coil material 2 may be heated by heat generated by supplying an alternating current from the energization terminal 34 to the coil material 2.
- an alternating current B is generated in the object to be heated 100 by supplying an alternating current from the alternating current power supply 103 to the coil 102. Further, in the object to be heated 100, an eddy current I is generated in a direction to cancel the alternating magnetic flux B. Then, the object to be heated 100 is heated by heat generated by the eddy current I and the resistance R of the object to be heated 100.
- heated object 100 is heated by heat transfer from internal heating roll 104 and external heating roll 105.
- far-infrared heating far-infrared energy is given to the object to be heated by irradiating the object with far-infrared radiation. Thereby, the vibration between the atoms constituting the heated object is activated to generate heat, and the heated object is heated.
- press molding of the coil material 2 is started (S7). Specifically, referring to FIG. 7, press die 30 strokes toward forming dies 31 and 32. Thereby, as shown in FIG. 7, the press part 35 contacts the coil material 2, and a part of coil material 2 is pierce
- the press die 30 is further stroked toward the molding dies 31 and 32, whereby the inner peripheral portion of the molded body 2 ⁇ / b> A comes into contact with the convex portion 31 ⁇ / b> A of the molding die 31. Then, the pressing die 30 is stroked as it is to reach the bottom dead center (S10). Thereby, with reference to FIG. 9, the inner peripheral part of the molded body 2A is bent so as to face the thickness direction of the molded body 2A. In this manner, the forming process is performed on the molded body 2 ⁇ / b> A in the press 3.
- the molded body 2A that has been molded is clamped by a hydraulic chuck (not shown) (S11, pressure 2 clamp). Then, as shown in FIG. 9, the molded body 2 ⁇ / b> A is held for a certain period of time in a state where it is in contact with the press machine 3 (press die 30, molding die 31 and base portion 36). At this time, the cooling water is supplied to the water cooling circuit 35B in the press die 30 as described above (FIG. 10). Thereby, the molded body 2A is quenched to a temperature equal to or lower than the M s point, whereby a quenching process is performed.
- the “M s point (martensitic transformation point)” refers to a point corresponding to a temperature at which martensitization starts when the austenitized steel is cooled.
- the quenching process (die quench) of the molded body 2A is completed (S12).
- the pressure 2 is unclamped (S13), and the molded body 2A after the quenching process is taken out from the press machine 3.
- a coil material 200 is prepared in which a rolled thin plate steel material is wound in a coil shape.
- the coil material 200 is placed on the die 310, and the die material 300 is stroked toward the die 310, whereby the coil material 200 is punched.
- the ring-shaped molded body 200A is obtained.
- the molded body 200 ⁇ / b> A is placed on the die 330, and the die 320 is stroked toward the die 330, whereby the inner peripheral portion of the molded body 200 ⁇ / b> A is molded. .
- a plurality of molded bodies 200 ⁇ / b> A are arranged in a state of being hung on the bar 410. Thereafter, referring to FIG. 22 and FIG. 23, these molded bodies 200 ⁇ / b> A are placed in a carburizing furnace 400, and carburizing treatment is performed on the molded bodies 200 ⁇ / b> A.
- the compact 200A after being carburized is cooled by applying a blast 420 to cool the compact 200A.
- press tempering is performed on the molded body 200A after the quenching process in the tempering furnace 430.
- the manufacturing method of the bearing ring according to the comparative example includes many steps, and thus the manufacturing cost of the bearing ring increases.
- each step of heating, punching, forming, and quenching of the coil material 2 is all performed as one step in the press 3.
- the Therefore, the manufacturing process can be further shortened as compared to the case where the above processes are performed separately as in the method of manufacturing the bearing ring in the comparative example. As a result, the manufacturing cost of the bearing ring can be further reduced, and a cheaper bearing ring can be provided.
- the Vickers hardness measurement is performed on the bearing ring 11 (steel material: SAE1070) manufactured by the method for manufacturing the bearing ring according to the present embodiment, a hardness of 700 HV or more is obtained. More specifically, when the Vickers hardness measurement is performed on the plurality of races 11, the average hardness is about 790 HV. Further, when a part of the race 11 is cut, the cross section is subjected to nitral corrosion, and the cross section is observed with a micro structure by an optical microscope, a martensite structure as shown in the photograph of FIG. 15 is confirmed. Thus, in the manufacturing method of the bearing ring according to the present embodiment, the manufacturing process can be shortened and the bearing ring 11 having high hardness can be manufactured by performing sufficient quenching treatment.
- Embodiment 2 which is another embodiment of the present invention will be described.
- the method for manufacturing the bearing ring according to the second embodiment is basically performed in the same manner as the method for manufacturing the bearing ring according to the first embodiment, and has the same effects.
- the second embodiment is different from the first embodiment in that the outer peripheral portion (not the inner peripheral portion) of the ring-shaped molded body 2A is molded.
- a convex portion 32 ⁇ / b> A that protrudes radially inward is formed on the inner peripheral surface of the molding die 32.
- the stroke of the die 30 for a press is performed similarly to the case of the said Embodiment 1
- the outer peripheral part of 2 A of ring-shaped molded objects contacts the said convex part 32A.
- the stroke is performed until the pressing die 30 reaches the bottom dead center.
- the outer peripheral portion of the molded body 2A is bent so as to face the thickness direction of the molded body 2A. In this manner, as in the case of the first embodiment, the molded body 2A is molded in the press 3 before the quenching process.
- the manufacturing method of the bearing ring of the thrust needle roller bearing 1 has been described as an example, but the manufacturing method of the bearing ring of the present invention is not limited to this.
- the method for manufacturing a bearing ring of the present invention can be similarly applied to the manufacture of other types of bearing rings.
- FIG. 26 is a flowchart schematically showing a method for manufacturing a bearing ring according to the third embodiment.
- FIG. 27 shows (A) time-dependent change in the current supplied to the steel material, (B) time-dependent change in the temperature of the steel material, (C) the stroke of the press machine in the method for manufacturing the bearing ring according to the third embodiment, D) Operation of the hydraulic chuck, and (E) Operation of the first and second clamp parts.
- the method for manufacturing the bearing ring according to the third embodiment will be described in the order of “S0 to S12” attached to FIGS. 26 and 27, mainly referring to the flowchart of FIG. 26 and the time chart of FIG. .
- a steel material that is a material for obtaining the race 11 is prepared (S0). Specifically, with reference to FIG. 4, a coil material 2 as a steel material is prepared. As shown in FIG. 4, the coil material 2 is obtained by winding a rolled thin plate steel material into a coil shape.
- the coil material 2 is made of steel containing, for example, 0.4% by mass or more of carbon. More specifically, the coil material 2 is, for example, SAE standard SAE1070, JIS standard S40C and S45C which are carbon steel materials for mechanical structures, JIS standard SUJ2 which is high carbon chromium bearing steel, and carbon tool steel material. JIS standard SK95, JIS standard SCM440 which is alloy steel for machine structure, JIS standard SKS11 which is alloy tool steel, JIS standard SUP13 which is spring steel, or JIS SUS440 which is stainless steel Made of steel.
- the coil material 2 is a thin steel material having a thickness of 2 mm or less.
- the press machine 3 mainly includes a press die 30, molding dies 31, 32, a first clamp portion 33A and a second clamp portion 33B, and an energizing terminal 34.
- the pressing die 30 has a cylindrical pressing portion 35.
- the press part 35 is a part for making the coil material 2 punched by contacting the coil material 2. Further, the press portion 35 is formed with a concave portion 35 ⁇ / b> A in which a tip portion is notched.
- the pressing die 30 is disposed so as to face the forming dies 31 and 32 in the vertical direction. The pressing die 30 can be stroked so as to approach the forming dies 31 and 32 or away from the forming dies 31 and 32 by a drive mechanism (not shown).
- FIG. 10 shows a state in which the press part 35 is viewed in plan.
- a water cooling circuit 35 ⁇ / b> B serving as a cooling water passage is provided in the press portion 35 along the circumferential direction.
- the arrow which shows the flow of a cooling water is attached
- the molding dies 31, 32 are arranged so as to face the pressing die 30 in the vertical direction.
- the molding die 31 has a cylindrical shape, and a convex portion 31A that protrudes radially outward is formed on the outer peripheral portion thereof.
- the molding die 32 has a ring shape having a diameter larger than the diameter of the molding die 31.
- the molding die 32 is arranged outside the molding die 31 so as to have a gap between the molding die 32 and the molding die 31 in the radial direction. As shown in FIG. 30, when the press die 30 is stroked toward the molding dies 31 and 32, the press portion 35 is positioned in the gap between the molding dies 31 and 32.
- the first clamp part 33 ⁇ / b> A and the second clamp part 33 ⁇ / b> B are for fixing the coil material 2 in the press machine 3 and applying a tension to the coil material 2.
- 33 A of 1st clamp parts and the 2nd clamp part 33B are provided so that the state which clamps the coil material 2 from the said up-down direction, and the state which is not clamped are provided.
- the first clamp part 33A and the second clamp part 33B are only required to have an arbitrary configuration, but may be, for example, a hydraulic clamp or an air clamp.
- the first clamp part 33A and the second clamp part 33B are provided at positions facing each other across the pressing die 30 and the forming dies 31, 32 in the extending direction of the coil material 2.
- the first clamp part 33A is arranged on the supply side of the coil material 2 in the extending direction
- the second clamp part 33B is arranged on the discharge side of the coil material 2 in the extending direction.
- the first clamp part 33A and the second clamp part 33B are provided so as to be relatively movable in directions facing each other (the extending direction of the coil material 2).
- each of the first clamp portion 33A and the second clamp portion 33B is a hydraulic clamp and includes a hydraulic cylinder (not shown), and is provided so as to be movable away from each other in the opposing direction by the hydraulic cylinder.
- the first clamp part 33A and the second clamp part 33B are tensioned in the extending direction of the coil material 2 with respect to the coil material 2 arranged between the press die 30 and the molding dies 31 and 32. Can be applied.
- the tension that can be applied to the coil material 2 by the first clamp part 33A and the second clamp part 33B is more than 0 MPa and 500 MPa or less.
- the tension is a stress in the length direction of the coil material 2 (stress for extending the coil material 2, specifically, the coil material 2 is clamped to energize and the deflection due to thermal expansion is extended. Therefore, the stress applied to the coil material 2).
- the energizing terminal 34 is for supplying current to the coil material 2. More specifically, the energization terminal 34 is connected to a DC power supply or an AC power supply (not shown) and supplies a DC current or an AC current to the coil material 2. The coil material 2 can be heated by the heat generated by the current supply.
- the energizing terminal 34 is located, for example, on the inner side of the first clamp part 33A and the second clamp part 33B, and can contact a portion of the coil material 2 where tension is applied by the first clamp part 33A and the second clamp part 33B. Is provided.
- a press machine 3 having the above configuration is prepared.
- the coil material 2 is installed in the press machine 3 (S1). Specifically, the coil material 2 is clamped by the first clamp part 33A and the second clamp part 33B of the press machine 3 (S2). Pressure for holding the coil material 2 is supplied to the first clamp part 33A and the second clamp part 33B.
- first clamp portion 33 ⁇ / b> A and second clamp portion 33 ⁇ / b> B is relatively moved away from the other in the extending direction of coil material 2.
- a tension according to the amount of movement (the amount of change in the distance between the first clamp part 33A and the second clamp part 33B) is applied.
- the tension applied to the coil material 2 is, for example, more than 0 MPa and 500 MPa or less.
- the relative positional relationship between the first clamp part 33A and the second clamp part 33B is maintained at least until the press molding is completed (S9). That is, the tension applied to the coil material 2 is maintained at least during heating and press molding.
- energization heating is started (S4). Specifically, referring to FIG. 29, first, the energization terminal 34 is brought into contact with the coil material 2. Then, a current is supplied to the coil material 2 via the energization terminal 34. As a result, the coil material 2 is heated by the heat generation (joule heat) generated by the supply of current (energization heating). Then, after the temperature of the coil material 2 reaches the target temperature (S5), the coil material 2 is held at the target temperature for a certain time (S6). Thus, energization heating of the coil material 2 in the press machine 3 is completed (S7).
- the heating temperature (target temperature) of the coil material 2 is a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point of the steel constituting the coil material 2 and is, for example, 1000 ° C.
- a 1 transformation point refers to a point corresponding to a temperature at which the structure of the steel starts transformation from ferrite to austenite when the steel is heated. Therefore, the steel structure constituting the coil material 2 is transformed into austenite by the energization heating.
- press molding of the coil material 2 is started (S8). Specifically, referring to FIG. 30, press die 30 strokes toward molding dies 31 and 32. Thereby, as shown in FIG. 30, the press part 35 contacts the coil material 2, and a part of the coil material 2 is punched into a ring shape in the thickness direction of the coil material 2 (S9). Thereby, the ring-shaped molded body 2A is obtained.
- the press die 30 is further stroked toward the molding dies 31 and 32, whereby the inner peripheral portion of the molded body 2 ⁇ / b> A comes into contact with the convex portion 31 ⁇ / b> A of the molding die 31. Then, the pressing die 30 is stroked as it is to reach the bottom dead center (S10). Thereby, with reference to FIG. 32, the inner peripheral portion of the molded body 2A is bent so as to face the thickness direction of the molded body 2A. In this manner, the forming process is performed on the molded body 2 ⁇ / b> A in the press 3.
- the molded body 2 ⁇ / b> A is held for a certain period of time in a state where it is in contact with the press 3 (press die 30, molding die 31 and base portion 36).
- the cooling water is supplied to the water cooling circuit 35B in the press die 30 as described above (FIG. 10).
- the molded body 2A is quenched to a temperature equal to or lower than the M s point, whereby a quenching process is performed.
- the “M s point (martensitic transformation point)” refers to a point corresponding to a temperature at which martensitization starts when the austenitized steel is cooled.
- the structure of steel constituting the formed body 2A is transformed into martensite.
- the quenching process (die quench) of the molded body 2A is completed (S11).
- the pressure supplied to the first clamp part 33A and the second clamp part 33B to hold the coil material 2 is unclamped (S12), and the coil material 2 and the quenching process that have become a scrap material are performed.
- the completed molded body 2A is taken out from the press machine 3. At this time, the tension applied to the coil material 2 is loosened by loosening the clamping force between the first clamp part 33A and the second clamp part 33B (S12).
- the track ring 11 is manufactured by the process as described above, and the method for manufacturing the track ring according to the third embodiment is completed.
- the manufacturing method of the bearing ring according to the third embodiment is not limited to the above configuration.
- the method of applying tension to the coil material 2 is not limited to the method of using the first clamp part 33A and the second clamp part 33B provided inside the press machine 3.
- a method using the first clamp part 33A and the second clamp part 33B provided outside the press machine 3 may be used.
- both the first clamp part 33 ⁇ / b> A and the second clamp part 33 ⁇ / b> B may be provided outside the press machine 3.
- a supply part 40 (uncoiler) provided so as to be able to supply the coil material 2 to the press 3 as shown in FIG. 33 may be used.
- a correction unit 50 (leveler) provided so as to be able to correct the distortion of the coil material 2 supplied from the supply unit 40 to the press machine 3 may be used. Even if it does in this way, tension
- tension can be applied between two points in the extending direction of the coil material 2 held by the supply unit 40 and the second clamp unit 33B. Further, for example, by moving the second clamp portion 33B away from the correction portion 50 in the extending direction of the coil material 2, the extension of the coil material 2 held by the correction portion 50 and the second clamp portion 33B. Tension can be applied between two points in the direction.
- the heating method of the coil material 2 is not limited to energization heating, and at least one method selected from the group consisting of indirect resistance heating, induction heating, contact heat transfer, and far infrared heating can be employed. .
- each heating method will be described in more detail.
- a method of indirectly heating the object to be heated 100 arranged near the heating element 107 by Joule heat generated by energization is a method of indirectly heating the object to be heated 100 arranged near the heating element 107 by Joule heat generated by energization.
- a current I is supplied from the power source 101 with respect to heating element 107 having a resistance R 2.
- the heating element 107 may be supplied with a direct current or an alternating current.
- the first clamp part 33A and the second clamp part 33B are arranged in the direction along the surface of the coil material 2 and perpendicular to the extending direction (width direction).
- the molding dies 31 and 32 may be provided at positions facing each other.
- the present invention is not limited to this.
- the outer peripheral portion (not the inner peripheral portion) of ring-shaped molded body 2A may be molded.
- a convex portion 32 ⁇ / b> A that protrudes radially inward is formed on the inner peripheral surface of the molding die 32.
- one member that sandwiches and holds the coil material 2 in the vertical direction may also serve as the energizing terminal 34.
- the one member and the other member located on the opposite side across the coil material 2 are made incapable of energization with the one member. ing. In this way, the configuration of the press machine 3 can be simplified.
- the function and effect of the method for manufacturing a bearing ring according to the third embodiment will be described.
- the raceway manufacturing method according to the third embodiment all the steps of heating, punching, forming, and quenching of the coil material 2 are performed as one step in the press 3. Therefore, the manufacturing process can be further shortened as compared to the case where the above processes are performed separately as in the method of manufacturing the bearing ring in the comparative example. As a result, the manufacturing cost of the bearing ring can be further reduced, and a cheaper bearing ring can be provided.
- the bearing ring 11 manufactured by the manufacturing method of the bearing ring according to the third embodiment has high processing quality by evaluating as follows.
- the manufacturing method of the bearing ring according to the third embodiment was performed using the coil material 2 made of the steel material SAE1070 and the press machine 3 shown in FIG.
- the first clamp portion 33A and one energization terminal 34 are connected to one cylinder 37
- the second clamp portion 33B and the other energization terminal 34 are another cylinder. 37 is connected.
- the one member that sandwiches and holds the coil material 2 in the vertical direction and the energization terminal 34 can be in contact with the coil material 2 simultaneously. did.
- the coil member 2 is arranged on the other member located on the opposite side across the one member and the coil member 2, and the one member is lowered. By making it contact with the coil material 2, it was set as the structure which can contact the electricity supply terminal 34 with the coil material 2.
- the race 11 as shown in the photograph of FIG. 38 was manufactured.
- the average hardness was about 790 HV.
- the martensitic structure as shown in the photograph of FIG. 39 was confirmed.
- the flatness was about 10 ⁇ m.
- the raceway obtained by performing the heating and punching without applying tension to the coil material 2 has a flatness of about 40 ⁇ m. Met.
- the manufacturing process is shortened, and the raceway having high hardness and high processing quality by performing sufficient quenching treatment. It was confirmed that the wheel 11 can be manufactured.
- the manufacturing method of the bearing ring which concerns on this Embodiment prepares the shaping
- each step of heating, punching and quenching of the steel material (2) is performed as one step in the forming table (3). Therefore, compared with the case where the said process is implemented separately like the conventional manufacturing method of a bearing ring, a manufacturing process can be shortened more. As a result, it is possible to further reduce the manufacturing cost of the bearing ring, and it is possible to provide a less expensive bearing ring (11). Thus, according to the manufacturing method of the raceway according to the present invention, the manufacturing process of the raceway can be further shortened.
- the manufacturing method of the raceway ring in the step of obtaining the raceway ring (11), a tension is applied to the steel material (2) in at least one direction along the surface of the steel material (2). Then, heating and punching are performed. Therefore, compared with the case where the said heating and the said punching are performed in the state which has not applied tension with respect to steel materials in the process of obtaining the said bearing ring, the processing quality of the obtained bearing ring (11) can be improved.
- the steel when heated to a temperature not lower than the A 1 transformation point in the molding stage the steel is deformed by heating the steel occurs.
- the raceway of the thrust needle roller bearing is thin as described above, it is likely to be deformed by heating.
- the deformed portion comes into contact with a part of the forming table (press machine 3) (for example, the forming die 32).
- the heat applied to the steel material is dissipated from the contacted part to the forming table, so that the steel material (particularly the part to be processed. For example, the part held by the two clamp parts respectively.
- heat distribution occurs in the sandwiched portion), and a region that is not heated to a temperature equal to or higher than the A 1 transformation point may be generated.
- the steel material in the molding base without applying the tension to the steel is heated to the A 1 transformation point or higher, and more stamping and quenching treatment has been races obtained, the above deformation There may be a case where sufficient processing quality is not obtained due to the defective heating.
- the step of obtaining the bearing ring (11) tension is applied to the steel material (2) in at least one direction along the surface of the steel material (2). Since the heating is performed in a heated state, deformation of the steel material (2) due to heating can be reduced or suppressed. As a result, it is possible to prevent the steel material (2) and the forming table (3) from contacting each other, thereby suppressing heat dissipation from the steel material (2) to the forming table (3) through a part of the steel material (2). are, can be heated to the temperature across the a 1 transformation point or above of the working target portion of the steel (2).
- the steel material (2) is applied to the forming base (3) in a state where the tension is applied to the steel material (2). since punching is performed, the whole can perform punching with respect to steel deformed is heated to a temperature not lower than the a 1 transformation point is reduced or suppressed (2).
- the bearing ring (11) manufactured by the manufacturing method of the bearing ring according to the present embodiment is processed with high accuracy while suppressing a decrease in punching accuracy. In addition, the variation of the processing quality of the raceway ring (11) is reduced.
- the tension is greater than 0 MPa and less than or equal to 500 MPa.
- the bearing ring (11) thus obtained is inexpensive and has high processing quality.
- the steel member (2) is provided with a supply unit (40) provided so as to be able to supply the steel member (2) to the forming table (3).
- the correction part (50) provided so that distortion of the steel material supplied from the part (40) to the forming table (3) can be corrected, and the first clamp part provided so as to hold a part of the steel material (2) At least one of (33A), and the second clamp part (33B) which is located on the opposite side to the one and the forming table (3) and is capable of holding the other part of the steel material (2). And tension is applied.
- amendment part (50), and a 1st clamp part (33A) and the 2nd clamp part (33B) are each holding the steel material (2).
- tension can be applied to the steel material (2) on which the heating and punching steps are performed in the forming table (3). In this way, it is possible to obtain a bearing ring (11) that is inexpensive and has high processing quality.
- the ring-shaped steel material (ring-shaped formed body 2A) may be subjected to a forming process in the forming table (3) before the quenching process.
- the inner peripheral portion or the outer peripheral portion of the ring-shaped steel material (2A) may be bent so as to face the thickness direction of the ring-shaped steel material (2A).
- the steel material (2) may contain 0.4% by mass or more of carbon.
- the steel material (2) may have a thickness of 2 mm or less.
- the steel material (2) may be punched into a ring shape in the thickness direction.
- the bearing ring (11) having a high hardness after the quenching process can be manufactured.
- the steel material (2) can be easily punched, and sufficient quenching can be performed on the steel material (2).
- the steel material (2) is heated by at least one method selected from the group consisting of current heating, indirect resistance heating, induction heating, contact heat transfer, and far infrared heating. Also good.
- any heating method can be adopted as a heating method of the steel material (2).
- the steel material (2) may be heated by heat generated by supplying a direct current or an alternating current to the steel material (2).
- both direct current and alternating current can be adopted.
- a bearing ring (11) having a hardness of 700 HV or more may be obtained.
- the bearing ring having a high hardness after the quenching process. (11) can be manufactured.
- the method for manufacturing a bearing ring of the present invention can be applied particularly advantageously in a method for manufacturing a bearing ring that requires a shorter manufacturing process. Moreover, the bearing ring of the present invention can be applied particularly advantageously to a bearing ring that requires a reduction in manufacturing cost.
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Abstract
軌道輪の製造方法は、コイル材(2)およびコイル材(2)から軌道輪を得るためのプレス機(3)を準備する工程と、コイル材(2)をプレス機(3)に設置する工程と、プレス機(3)においてコイル材(2)をA1変態点以上の温度に加熱した後にコイル材(2)の一部をリング状に打ち抜き、その後、プレス機(3)において成形体(2A)を焼入処理することにより軌道輪を得る工程とを備えている。
Description
本発明は、軌道輪の製造方法および軌道輪に関するものである。本発明は、特に、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法および当該軌道輪の製造方法により製造される軌道輪に関するものである。
従来、スラストニードル軸受の軌道輪は、以下の工程により製造されている。まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材が準備される。次に、このコイル材に対して打抜き加工および成形加工が順に施される。これにより、軌道輪の概略形状を有するリング状の成形体が得られる。次に、熱処理前の段取り工程が実施される。そして、リング状の成形体に対して浸炭処理などの熱処理が施される。その後、衝風を当てて成形体を冷却することにより、当該成形体に焼入処理が施される。最後に、焼入後の成形体にプレステンパー(焼戻処理)を施すことにより、当該成形体の形状が整えられる。上記のような工程により、スラストニードル軸受の軌道輪が製造されている。
また鋼材の成形加工技術として、ダイクエンチ工法が知られている。このダイクエンチ工法は、加熱された鋼材をプレス成形すると同時にダイにより急冷して焼入処理を行う技術である(たとえば特許文献1)。
上記のように、従来のスラストニードル軸受の軌道輪の製造工程は、打抜き加工、成形加工、熱処理、焼入処理および焼戻処理などの多くの工程からなっている。また、スラストニードル軸受の軌道輪は肉厚が薄いため、熱処理前の段取り工程において手間が掛かる。このように、従来では、製造工程の多工程化などによって軌道輪の製造コストが高くなるという問題がある。よって、軌道輪の製造工程をより短縮することにより製造コストを低減し、より安価な軌道輪を提供可能にすることが求められる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程がより短縮された軌道輪の製造方法を提供することである。また本発明の他の目的は、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することである。
本発明に従った軌道輪の製造方法は、鋼材および鋼材から軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、鋼材を成形台に設置する工程と、成形台において鋼材をA1変態点以上の温度に加熱した後に鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、成形台においてリング状の鋼材を焼入処理することにより軌道輪を得る工程とを備えている。
本発明に従った軌道輪の製造方法では、鋼材の加熱、打抜および焼入処理のそれぞれの工程が、全て成形台において一つの工程として実施される。そのため、従来の軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪の提供が可能になる。このように、本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の製造工程をより短縮することができる。
上記軌道輪の製造方法において、焼入処理は、リング状の鋼材を成形台と接触させることにより実施されてもよい。これにより、鋼材の焼入処理をより容易に実施することができる。
上記軌道輪の製造方法において、焼入処理の前に、成形台においてリング状の鋼材に成形加工が施されてもよい。これにより、鋼材の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程を、全て成形台において一つの工程として実施することができる。その結果、軌道輪の製造工程をさらに短縮することができる。
上記軌道輪の製造方法においては、成形加工では、リング状の鋼材の内周部または外周部が、リング状の鋼材の厚み方向に向くように折り曲げられてもよい。これにより、リング形状の内周部または外周部が厚み方向に折り曲げられたスラスト軸受用軌道輪を製造することができる。
上記軌道輪の製造方法において、鋼材は、通電加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法により加熱されてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、鋼材の加熱方法として任意の加熱方法を採用することができる。
上記軌道輪の製造方法において、通電加熱では、鋼材に直流電流または交流電流が供給されることにより生じた発熱により鋼材が加熱されてもよい。このように、通電加熱においては、直流電流および交流電流のいずれも採用することができる。
上記軌道輪の製造方法において、鋼材は、0.4質量%以上の炭素を含んでいてもよい。これにより、焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪を製造することができる。
上記軌道輪の製造方法において、鋼材は、2mm以下の厚みを有していてもよい。また鋼材は、厚み方向においてリング状に打ち抜かれてもよい。このように比較的薄い鋼材を用いることにより、当該鋼材の打抜きが容易になり、かつ当該鋼材に対して十分な焼入処理を実施することができる。
上記軌道輪の製造方法においては、700HV以上の硬度を有する軌道輪が得られてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、製造工程を短縮するとともに、鋼材に対して十分な焼入処理を実施することにより、当該焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪を製造することができる。
本発明に従った軌道輪は、上記本発明に従った軌道輪の製造方法により製造される。上記軌道輪の製造方法においては、上記のように製造工程の短縮によって製造コストをより低減することができる。したがって、本発明に従った軌道輪によれば、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することができる。
上記軌道輪は、スラスト軸受に使用される軌道輪であってもよい。これにより、上記軌道輪を有する安価なスラスト軸受を提供することができる。
以上の説明から明らかなように、本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の製造工程をより短縮することができる。また本発明に従った軌道輪によれば、製造コストが低減されたより安価な軌道輪を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
(実施の形態1)
まず、本発明の一実施の形態に係るスラストニードルころ軸受1の構成について説明する。図1は、スラストニードルころ軸受1の軸方向に沿った断面構造を示している。図1を参照して、スラストニードルころ軸受1は、一対の軌道輪11と、複数のニードルころ12と、保持器13とを主に有している。
まず、本発明の一実施の形態に係るスラストニードルころ軸受1の構成について説明する。図1は、スラストニードルころ軸受1の軸方向に沿った断面構造を示している。図1を参照して、スラストニードルころ軸受1は、一対の軌道輪11と、複数のニードルころ12と、保持器13とを主に有している。
軌道輪11は、たとえば炭素濃度が0.4質量%以上である鋼からなり、円盤形状を有している。軌道輪11は、一方の主面においてニードルころ12が接触する軌道輪転走面11Aを有している。一対の軌道輪11は、軌道輪転走面11Aが互いに対向するように配置されている。
ニードルころ12は鋼からなり、外周面においてころ転動面12Aを有している。ニードルころ12は、図1に示すように、ころ転動面12Aが軌道輪転走面11Aに接触するように、一対の軌道輪11の間に配置されている。
保持器13はたとえば樹脂からなり、複数のニードルころ12を軌道輪11の周方向において所定のピッチで保持する。より具体的には、保持器13は、円環形状を有するとともに、周方向において等間隔に形成された複数のポケット(図示しない)を有している。そして、保持器13は、当該ポケットにおいてニードルころ13を収容する。
複数のニードルころ12は、保持器13によって軌道輪11の周方向に沿った円環状の軌道上において転動自在に保持されている。以上の構成により、スラストニードルころ軸受1は、一対の軌道輪11が互いに相対的に回転可能に構成されている。また軌道輪11は、以下に説明する本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造される。
次に、本実施の形態1に係る軌道輪の製造方法について説明する。図2は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図3は、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法における、(A)鋼材に供給される電流の経時変化、(B)鋼材の温度の経時変化、(C)プレス機のストローク、(D),(E)油圧式チャックの動作、をそれぞれ示している。以下、図2のフローチャートおよび図3のタイムチャートを主に参照しながら、図2および図3に付された「S0~S13」の順に本実施の形態に係る軌道輪の製造方法を説明する。
まず、軌道輪11を得るための材料である鋼材が準備される(S0)。具体的には、図4を参照して、鋼材としてのコイル材2が準備される。コイル材2は、図4に示すように、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたものである。
コイル材2は、たとえば0.4質量%以上の炭素を含む鋼からなる。より具体的には、コイル材2は、たとえばSAE規格のSAE1070、機械構造用炭素鋼鋼材であるJIS規格のS40CおよびS45C、高炭素クロム軸受鋼であるJIS規格のSUJ2、炭素工具鋼鋼材であるJIS規格のSK95、機械構造用合金鋼鋼材であるJIS規格のSCM440、合金工具鋼鋼材であるJIS規格のSKS11、ばね鋼鋼材であるJIS規格のSUP13、またはステンレス鋼材であるJIS規格のSUS440などの鋼からなる。またコイル材2は、2mm以下の厚みを有する薄板状の鋼材である。
次に、コイル材2から軌道輪11を得るための成形台としてのプレス機3が準備される(S0)。まず、プレス機3の構成について、図5を参照しながら説明する。図5は、プレス機3の上下方向(図中両矢印に示す方向)に沿った断面を示している。プレス機3は、プレス用ダイ30と、成形用ダイ31,32と、支持台33と、通電端子34とを主に有している。
プレス用ダイ30は、円筒状のプレス部35を有している。プレス部35は、コイル材2に接触させて、当該コイル材2の打抜き加工を行うための部分である。またプレス部35には、先端部を切り欠いた凹部35Aが形成されている。プレス用ダイ30は、上下方向において成形用ダイ31,32と対向するように配置されている。またプレス用ダイ30は、図示しない駆動機構によって、成形用ダイ31,32に接近するように、または成形用ダイ31,32から離れるようにストロークさせることが可能となっている。
図10は、プレス部35を平面視した状態を示している。図10中破線で示すように、プレス部35の内部には、冷却水の通路となる水冷回路35Bが周方向に沿って設けられている。図10では、冷却水の流れを示す矢印が付されている。このように冷却水を循環させてプレス部35を冷却することにより、当該プレス部35をコイル材2に接触させた際に、当該コイル材2の急速冷却(ダイクエンチ)を行うことができる。
図5を参照して、成形用ダイ31,32は、上下方向においてプレス用ダイ30と対向するように配置されている。成形用ダイ31は、図5に示すように円柱形状を有しており、その外周部において径方向外側に突出する凸部31Aが形成されている。成形用ダイ32は、成形用ダイ31の直径よりも大きい直径を有するリング形状からなる。成形用ダイ32は、径方向において成形用ダイ31との間に隙間を有するように、成形用ダイ31の外側に配置されている。図7に示すように、プレス用ダイ30が成形用ダイ31,32側へストロークされた場合、プレス部35が成形用ダイ31,32の隙間に位置する。
図5を参照して、支持台33は、コイル材2を設置するためのものである。通電端子34は、コイル材2に電流を供給するためのものである。より具体的には、通電端子34は、図示しない直流電源または交流電源に接続されており、コイル材2に直流電流または交流電流を供給する。そして、この電流の供給によって生じた発熱によりコイル材2を加熱することができる。上記のような構成を有するプレス機3が準備される。
次に、コイル材2がプレス機3に設置される(S1)。具体的には、図5を参照して、コイル材2がプレス機3の支持台33上に設置される。そして、コイル材2が、図示しない油圧式チャックによりクランプされる(S2,圧力1クランプ)。
次に、通電加熱が開始される(S3)。具体的には、図6を参照して、まず通電端子34がコイル材2に接触させられる。そして、通電端子34を介してコイル材2に電流が供給される。これにより、コイル材2が電流の供給により生じた発熱(ジュール熱)によって加熱される(通電加熱)。そして、コイル材2の温度が目標温度に到達した後(S4)、コイル材2が当該目標温度において一定時間保持される(S5)。このようにして、プレス機3におけるコイル材2の通電加熱が完了する(S6)。
コイル材2の加熱温度(目標温度)は、当該コイル材2を構成する鋼のA1変態点以上の温度であって、たとえば1000℃である。「A1変態点」とは、鋼を加熱した場合に、当該鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点をいう。そのため、上記通電加熱によって、コイル材2を構成する鋼の組織がオーステナイトに変態する。
コイル材2の加熱方法としては、通電加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法を採用することができる。以下、各加熱方法についてより詳細に説明する。
図11を参照して、通電加熱においては、抵抗Rを有する被加熱物100に対して電源101から電流Iが供給される。これにより、被加熱物100において電流Iの供給による発熱(P=RI2)が生じて、当該被加熱物100が加熱される。本実施の形態においては、コイル材2に対して通電端子34から直流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材2が加熱されてもよい。また、コイル材2に対して通電端子34から交流電流が供給されることにより生じた発熱により、コイル材2が加熱されてもよい。
図12を参照して、誘導加熱においては、コイル102に対して交流電源103から交流電流が供給されることにより、被加熱物100において交番磁束Bが発生する。また被加熱物100において、交番磁束Bを打ち消す方向に渦電流Iが発生する。そして、渦電流Iと被加熱物100の抵抗Rとにより生じた発熱によって、被加熱物100が加熱される。
図13を参照して、接触伝熱においては、内部加熱ロール104と外部加熱ロール105からの伝熱によって、被加熱物100が加熱される。また遠赤外線加熱においては、被加熱物に遠赤外線を照射することにより、遠赤外エネルギーが当該被加熱物に与えられる。これにより、被加熱物を構成する原子間の振動が活性化することで発熱が生じ、被加熱物が加熱される。
次に、コイル材2のプレス成形が開始される(S7)。具体的には、図7を参照して、プレス用ダイ30が成形用ダイ31,32側へストロークする。これにより、図7に示すように、プレス部35がコイル材2に接触し、コイル材2の一部が当該コイル材2の厚み方向においてリング状に打ち抜かれる(S8)。これにより、リング状の成形体2Aが得られる。そして、上記打抜き加工が完了した後、圧力1がアンクランプされる(S9)。
次に、図8を参照して、プレス用ダイ30がさらに成形用ダイ31,32側へストロークされることにより、成形体2Aの内周部が成形用ダイ31の凸部31Aと接触する。そして、プレス用ダイ30がそのままストロークされることにより、下死点に到達する(S10)。これにより、図9を参照して、成形体2Aの内周部が、当該成形体2Aの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにして、プレス機3において成形体2Aに成形加工が施される。
次に、図9を参照して、成形加工された成形体2Aが、図示しない油圧式チャックによりクランプされる(S11,圧力2クランプ)。そして、図9に示すように、成形体2Aがプレス機3(プレス用ダイ30、成形用ダイ31およびベース部36)と接触した状態において一定時間保持される。このとき、上記のようにプレス用ダイ30内の水冷回路35Bに冷却水が供給される(図10)。これにより、成形体2AがMs点以下の温度にまで急冷されることにより、焼入処理が行われる。ここで、「Ms点(マルテンサイト変態点)」とは、オーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。その結果、成形体2Aを構成する鋼の組織がマルテンサイトに変態する。このようにして、成形体2Aの焼入処理(ダイクエンチ)が完了する(S12)。最後に、圧力2がアンクランプされ(S13)、焼入処理が完了した成形体2Aがプレス機3から取り出される。上記のような工程により、図14の写真に示すような軌道輪11が製造され、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法が完了する。
次に、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法による作用効果について、比較例を参照しながら説明する。まず、比較例における軌道輪の製造方法について、図17~図25を参照して説明する。図17を参照して、まず、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたコイル材200が準備される。次に、図18および図19を参照して、コイル材200がダイ310上に設置され、ダイ300をダイ310側へストロークすることにより、コイル材200に打抜き加工が施される。これにより、リング状の成形体200Aが得られる。次に、図20および図21を参照して、成形体200Aがダイ330上に設置され、ダイ320をダイ330側へストロークすることにより、成形体200Aの内周部に成形加工が施される。
次に、図22を参照して、熱処理前の段取り工程において、複数の成形体200Aがバー410に掛けられた状態で並べられる。その後、図22および図23を参照して、これらの成形体200Aが浸炭炉400の中に入れられ、当該成形体200Aに対して浸炭処理が実施される。次に、図24を参照して、浸炭処理後の成形体200Aに衝風420を当てて冷却することにより、当該成形体200Aに焼入処理が施される。最後に、図25を参照して、焼戻炉430において焼入処理後の成形体200Aに対してプレステンパーが施される。以上のように、比較例の軌道輪の製造方法は多くの工程からなるため、軌道輪の製造コストが高くなる。
これに対して、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、コイル材2の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程が、全てプレス機3において一つの工程として実施される。そのため、上記比較例における軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪の提供が可能になる。
また、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪11(鋼材:SAE1070)についてビッカース硬さ測定を実施すると、700HV以上の硬度が得られる。より具体的には、複数の軌道輪11についてビッカース硬さ測定を実施したときに、平均の硬度が約790HVになる。また、この軌道輪11の一部を切断し、その断面をナイタル腐食し、当該断面を光学顕微鏡によりミクロ組織観察した場合、図15の写真のようなマルテンサイト組織が確認される。このように、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法においては、製造工程の短縮を図るとともに、十分な焼入処理を施すことにより高い硬度を有する軌道輪11を製造することができる。
(実施の形態2)
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態2について説明する。実施の形態2に係る軌道輪の製造方法は、基本的には上記実施の形態1に係る軌道輪の製造方法と同様に実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施の形態2では、リング状の成形体2Aの外周部(内周部ではなく)に成形加工が施される点において、上記実施の形態1とは異なっている。
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態2について説明する。実施の形態2に係る軌道輪の製造方法は、基本的には上記実施の形態1に係る軌道輪の製造方法と同様に実施され、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施の形態2では、リング状の成形体2Aの外周部(内周部ではなく)に成形加工が施される点において、上記実施の形態1とは異なっている。
図16を参照して、実施の形態2では、成形用ダイ32の内周面において径方向内側に突出する凸部32Aが形成されている。このため、上記実施の形態1の場合と同様にプレス用ダイ30のストロークを行った場合、リング状の成形体2Aの外周部が当該凸部32Aに接触する。そして、上記実施の形態1の場合と同様に、プレス用ダイ30が下死点に到達するまでストロークされる。これにより、図16に示すように、成形体2Aの外周部が、当該成形体2Aの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにして、上記実施の形態1の場合と同様に、焼入処理の前にプレス機3において成形体2Aに成形加工が施される。
なお、上記実施の形態においては、スラストニードルころ軸受1の軌道輪の製造プロセスを一例として本発明の軌道輪の製造方法を説明したが、これに限定されるものではない。本発明の軌道輪の製造方法は、他種の軸受用軌道輪の製造においても同様に適用可能である。なお、上記実施の形態のように、薄板状の鋼材からスラストニードル軸受用の軌道輪を製造する場合には、打抜き加工が容易になるとともに、十分な焼入処理が施された軌道輪を製造することが可能になる。
(実施の形態3)
次に、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法について説明する。図26は、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図27は、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法における、(A)鋼材に供給される電流の経時変化、(B)鋼材の温度の経時変化、(C)プレス機のストローク、(D)油圧式チャックの動作、(E)第1および第2クランプ部の動作をそれぞれ示している。以下、図26のフローチャートおよび図27のタイムチャートを主に参照しながら、図26および図27に付された「S0~S12」の順に本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法を説明する。
次に、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法について説明する。図26は、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法を概略的に示すフローチャートである。図27は、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法における、(A)鋼材に供給される電流の経時変化、(B)鋼材の温度の経時変化、(C)プレス機のストローク、(D)油圧式チャックの動作、(E)第1および第2クランプ部の動作をそれぞれ示している。以下、図26のフローチャートおよび図27のタイムチャートを主に参照しながら、図26および図27に付された「S0~S12」の順に本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法を説明する。
まず、軌道輪11を得るための材料である鋼材が準備される(S0)。具体的には、図4を参照して、鋼材としてのコイル材2が準備される。コイル材2は、図4に示すように、圧延された薄板状の鋼材がコイル状に巻き取られたものである。
コイル材2は、たとえば0.4質量%以上の炭素を含む鋼からなる。より具体的には、コイル材2は、たとえばSAE規格のSAE1070、機械構造用炭素鋼鋼材であるJIS規格のS40CおよびS45C、高炭素クロム軸受鋼であるJIS規格のSUJ2、炭素工具鋼鋼材であるJIS規格のSK95、機械構造用合金鋼鋼材であるJIS規格のSCM440、合金工具鋼鋼材であるJIS規格のSKS11、ばね鋼鋼材であるJIS規格のSUP13、またはステンレス鋼材であるJIS規格のSUS440などの鋼からなる。またコイル材2は、2mm以下の厚みを有する薄板状の鋼材である。
次に、コイル材2から軌道輪11を得るための成形台としてのプレス機3が準備される(S0)。まず、プレス機3の構成について、図28を参照しながら説明する。図28は、プレス機3の上下方向(図中両矢印に示す方向)に沿った断面を示している。プレス機3は、プレス用ダイ30と、成形用ダイ31,32と、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bと、通電端子34とを主に有している。
プレス用ダイ30は、円筒状のプレス部35を有している。プレス部35は、コイル材2に接触させて、当該コイル材2の打抜き加工を行うための部分である。またプレス部35には、先端部を切り欠いた凹部35Aが形成されている。プレス用ダイ30は、上下方向において成形用ダイ31,32と対向するように配置されている。またプレス用ダイ30は、図示しない駆動機構によって、成形用ダイ31,32に接近するように、または成形用ダイ31,32から離れるようにストロークさせることが可能となっている。
図10は、プレス部35を平面視した状態を示している。図10中破線で示すように、プレス部35の内部には、冷却水の通路となる水冷回路35Bが周方向に沿って設けられている。図10では、冷却水の流れを示す矢印が付されている。このように冷却水を循環させてプレス部35を冷却することにより、当該プレス部35をコイル材2に接触させた際に、当該コイル材2の急速冷却(ダイクエンチ)を行うことができる。
図28を参照して、成形用ダイ31,32は、上下方向においてプレス用ダイ30と対向するように配置されている。成形用ダイ31は、図28に示すように円柱形状を有しており、その外周部において径方向外側に突出する凸部31Aが形成されている。成形用ダイ32は、成形用ダイ31の直径よりも大きい直径を有するリング形状からなる。成形用ダイ32は、径方向において成形用ダイ31との間に隙間を有するように、成形用ダイ31の外側に配置されている。図30に示すように、プレス用ダイ30が成形用ダイ31,32側へストロークされた場合、プレス部35が成形用ダイ31,32の隙間に位置する。
第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、プレス機3においてコイル材2を固定し、かつコイル材2に対して張力を印加するためのものである。第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、コイル材2を上記上下方向から挟持している状態と、挟持していない状態とを変更可能に設けられている。第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、任意の構成を有していればよいが、たとえば油圧クランプやエアクランプであってもよい。
第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、コイル材2の延在方向において、プレス用ダイ30および成形用ダイ31,32を挟んで互いに対向する位置に設けられている。第1クランプ部33Aは上記延在方向においてコイル材2の供給側に配置され、第2クランプ部33Bは上記延在方向においてコイル材2の排出側に配置されている。
第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、互い対向する方向(コイル材2の延在方向)において相対的に移動可能に設けられている。たとえば、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bはそれぞれ油圧クランプであって油圧シリンダ(図示しない)を含み、当該油圧シリンダにより上記対向する方向において互いに離れるように移動可能に設けられている。これにより、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、プレス用ダイ30と成形用ダイ31,32との間に配置された当該コイル材2に対し、コイル材2の延在方向に張力を印加することができる。コイル材2に対して第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bが印加可能な張力は、0MPa超え500MPa以下である。ここで、張力とは、コイル材2の長さ方向の応力(コイル材2を伸ばすための応力であって、具体的にはコイル材2を通電するためにクランプし、熱膨張によるたわみを伸ばすためにコイル材2に印加される応力)をいう。
通電端子34は、コイル材2に電流を供給するためのものである。より具体的には、通電端子34は、図示しない直流電源または交流電源に接続されており、コイル材2に直流電流または交流電流を供給する。そして、この電流の供給によって生じた発熱によりコイル材2を加熱することができる。通電端子34は、たとえば第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bよりも内側に位置し、コイル材2において第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにより張力が加えられている部分に接触可能に設けられている。上記のような構成を有するプレス機3が準備される。
次に、コイル材2がプレス機3に設置される(S1)。具体的には、コイル材2がプレス機3の第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにより挟持される(S2)。第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bには、コイル材2を保持するための圧力が供給される。
次に、コイル材2に張力が加えられる(S3)。具体的には、図28を参照して、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bのうちの少なくとも一方がコイル材2の延在方向において他方から離れるように相対的に移動される。これにより、コイル材2において、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにそれぞれ保持されている部分の間に位置する領域には、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bの相対的な移動量(第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33B間の距離の変化量)に応じた張力が加えられる。コイル材2に対して加えられる張力は、たとえば0MPa超え500MPa以下である。第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bの相対的な位置関係は、少なくともプレス成形が終了する(S9)まで保持される。つまり、コイル材2に加えられる張力は、少なくとも加熱およびプレス成形が行われる間保持される。
次に、通電加熱が開始される(S4)。具体的には、図29を参照して、まず通電端子34がコイル材2に接触させられる。そして、通電端子34を介してコイル材2に電流が供給される。これにより、コイル材2が電流の供給により生じた発熱(ジュール熱)によって加熱される(通電加熱)。そして、コイル材2の温度が目標温度に到達した後(S5)、コイル材2が当該目標温度において一定時間保持される(S6)。このようにして、プレス機3におけるコイル材2の通電加熱が完了する(S7)。
コイル材2の加熱温度(目標温度)は、当該コイル材2を構成する鋼のA1変態点以上の温度であって、たとえば1000℃である。「A1変態点」とは、鋼を加熱した場合に、当該鋼の組織がフェライトからオーステナイトへ変態を開始する温度に相当する点をいう。そのため、上記通電加熱によって、コイル材2を構成する鋼の組織がオーステナイトに変態する。
次に、コイル材2のプレス成形が開始される(S8)。具体的には、図30を参照して、プレス用ダイ30が成形用ダイ31,32側へストロークする。これにより、図30に示すように、プレス部35がコイル材2に接触し、コイル材2の一部が当該コイル材2の厚み方向においてリング状に打ち抜かれる(S9)。これにより、リング状の成形体2Aが得られる。
次に、図31を参照して、プレス用ダイ30がさらに成形用ダイ31,32側へストロークされることにより、成形体2Aの内周部が成形用ダイ31の凸部31Aと接触する。そして、プレス用ダイ30がそのままストロークされることにより、下死点に到達する(S10)。これにより、図32を参照して、成形体2Aの内周部が、当該成形体2Aの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにして、プレス機3において成形体2Aに成形加工が施される。
次に、図32を参照して、成形体2Aがプレス機3(プレス用ダイ30、成形用ダイ31およびベース部36)と接触した状態において一定時間保持される。このとき、上記のようにプレス用ダイ30内の水冷回路35Bに冷却水が供給される(図10)。これにより、成形体2AがMs点以下の温度にまで急冷されることにより、焼入処理が行われる。ここで、「Ms点(マルテンサイト変態点)」とは、オーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。その結果、成形体2Aを構成する鋼の組織がマルテンサイトに変態する。このようにして、成形体2Aの焼入処理(ダイクエンチ)が完了する(S11)。最後に、コイル材2を保持するために第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bに供給されていた圧力がアンクランプされ(S12)、抜きカス材となったコイル材2および焼入処理が完了した成形体2Aがプレス機3から取り出される。このとき、第1クランプ部33Aと第2クランプ部33Bとの間のクランプ力を緩めることにより、コイル材2に加えられていた張力が緩められる(S12)。上記のような工程により、軌道輪11が製造され、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法が完了する。
本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法は、上記の構成に限られるものではない。
コイル材2に張力を加える方法としては、プレス機3の内部に設けられた第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bを用いる方法に限られない。たとえば、プレス機3の外部に設けられた第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bを用いる方法であってもよい。言い換えると、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bはいずれもプレス機3の外部に設けられていてもよい。
コイル材2に張力を加える方法としては、プレス機3の内部に設けられた第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bを用いる方法に限られない。たとえば、プレス機3の外部に設けられた第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bを用いる方法であってもよい。言い換えると、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bはいずれもプレス機3の外部に設けられていてもよい。
また、図28における第1クランプ部33Aに代えて、図33に示すようにプレス機3にコイル材2を供給可能に設けられている供給部40(アンコイラ)を用いてもよいし、図34に示すように供給部40からプレス機3に供給されるコイル材2の歪みを矯正可能に設けられている矯正部50(レベラ)を用いてもよい。このようにしても、これらと第2クランプ部33Bとのうちの少なくとも一方を駆動させることにより、これらと第2クランプ部33Bとの間に位置するコイル材2に張力を加えることができる。
たとえば、供給部40に巻き戻し動作をさせることにより、供給部40と第2クランプ部33Bとにより保持されているコイル材2の延在方向における2点間に張力を加えることができる。また、たとえばコイル材2の延在方向において第2クランプ部33Bを矯正部50から離すように移動させることにより、矯正部50と第2クランプ部33Bとにより保持されているコイル材2の延在方向における2点間に張力を加えることができる。
コイル材2の加熱方法としては、通電加熱に限られるものではなく、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法を採用することができる。以下、各加熱方法についてより詳細に説明する。
図35を参照して、抵抗加熱においては、抵抗R1を有する被加熱物100を直接通電して生じたジュール熱により被加熱物100を加熱する方法と、抵抗R2を有する発熱体107を通電して生じたジュール熱により、発熱体107の近くに配置された被加熱物100を間接的に加熱する方法とがある。
また、図35を参照して、被加熱物100を間接的に加熱する方法においては、抵抗R2を有する発熱体107に対して電源101から電流Iが供給される。これにより、発熱体107において電流Iの供給による発熱(P=R2I2)が生じて、当該発熱体107が加熱される。本実施の形態3においては、発熱体107に対しては、直流電流が供給されてもよいし、交流電流が供給されてもよい。
また、プレス機3において、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bは、コイル材2の表面に沿った方向であって延在方向に垂直な方向(幅方向)において、プレス用ダイ30および成形用ダイ31,32を挟んで互いに対向する位置に設けられていてもよい。
また、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法では、図32に示すように、成形体2Aの内周部が成形体2Aの厚み方向に向くように折り曲げられることにより、プレス機3において成形体2Aに成形加工が施されているが、これに限られるものではない。図36を参照して、リング状の成形体2Aの外周部(内周部ではなく)に成形加工が施されてもよい。この場合、成形用ダイ32の内周面において径方向内側に突出する凸部32Aが形成されている。このため、上記実施の形態3の場合と同様にプレス用ダイ30のストロークを行った場合、リング状の成形体2Aの外周部が当該凸部32Aに接触する。そして、上記実施の形態3の場合と同様に、プレス用ダイ30が下死点に到達するまでストロークされる。これにより、図36に示すように、成形体2Aの外周部が、当該成形体2Aの厚み方向に向くように折り曲げられる。このようにしても、焼入処理の前にプレス機3において成形体2Aに成形加工を施すことができ、上記実施の形態3の場合と同様の効果を奏することができる。
また、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにおいて、コイル材2を上下方向に挟み込んでこれを保持する一方の部材は通電端子34を兼ねていてもよい。この場合、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにおいて、当該一方の部材とコイル材2を挟んで反対側に位置する他方の部材は、当該一方の部材との間で通電不能にもうけられている。このようにすれば、プレス機3の構成を簡略化することができる。
次に、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法による作用効果について説明する。本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法では、コイル材2の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程が、全てプレス機3において一つの工程として実施される。そのため、上記比較例における軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪の提供が可能になる。
さらに、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪を得る工程では、鋼材に対して鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとが行われる。そのため、当該軌道輪を得る工程において鋼材に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行う場合と比べて、得られる軌道輪の加工品質を向上させることができる。
本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪11は、以下のように評価することにより高い加工品質を有していることを確認できた。
具体的には、鋼材SAE1070からなるコイル材2と図37に示すプレス機3とを用いて本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法を実施した。図37に示すプレス機3は、第1クランプ部33Aと一方の通電端子34とが1つのシリンダ37に接続されており、第2クランプ部33Bと他方の通電端子34とが別の1つのシリンダ37に接続されている構成とした。さらに、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにおいて、コイル材2を上下方向に挟み込んでこれを保持する一方の部材と通電端子34とは、コイル材2に対して同時に接触可能な構成とした。つまり、第1クランプ部33Aおよび第2クランプ部33Bにおいて当該一方の部材とコイル材2を挟んで反対側に位置する他方の部材上にコイル材2を配置し、当該一方の部材を降下させてコイル材2に接触させることにより、通電端子34をコイル材2に接触可能な構成とした。
図37に示すプレス機3を用いて、コイル材2に対して延在方向に10MPaの張力を印加した状態のまま、A1変態点以上の温度である1000℃までコイル材2を直接抵抗加熱し、その後ダイクエンチ加工を行った。
このようにして図38の写真に示すような軌道輪11が製造された。このようにして製造された複数の軌道輪11(鋼材:SAE1070)に対してビッカース硬さ測定を行った結果、平均の硬さは約790HVであった。また、この軌道輪11の一部を切断し、その断面をナイタル腐食し、当該断面を光学顕微鏡によりミクロ組織観察した場合、図39の写真のようなマルテンサイト組織が確認された。
さらに、軌道輪11に対してタリロンドを用いて平面度の測定を行った結果、平面度は約10μmであった。これに対し、本実施の形態3における軌道輪を得る工程において、コイル材2に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行って得られた軌道輪は、平面度が約40μmであった。
このように、本実施の形態3に係る軌道輪の製造方法によれば、製造工程の短縮を図るとともに、十分な焼入処理を施すことにより高い硬度を有し、かつ高い加工品質を有する軌道輪11を製造することができることが確認された。
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
(1)本実施の形態に係る軌道輪の製造方法は、鋼材(コイル材2)および鋼材(2)から軌道輪(11)を得るための成形台(プレス機3)を準備する工程と、鋼材(2)を成形台(3)に設置する工程と、成形台(3)において鋼材(2)をA1変態点以上の温度に加熱した後に鋼材(2)の一部をリング状に打ち抜き、その後、成形台(3)においてリング状の鋼材(2)を焼入処理することにより軌道輪(11)を得る工程とを備える。上記軌道(11)を得る工程では、鋼材(2)に対して鋼材(2)の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、上記加熱と上記打ち抜きとを行う。
本実施の形態に係る軌道輪の製造方法では、鋼材(2)の加熱、打ち抜きおよび焼入処理のそれぞれの工程が、全て成形台(3)において一つの工程として実施される。そのため、従来の軌道輪の製造方法のように、上記工程が別々に実施される場合に比べて、製造工程をより短縮することができる。その結果、軌道輪の製造コストをより低減することが可能になり、より安価な軌道輪(11)の提供が可能になる。このように、本発明に従った軌道輪の製造方法によれば、軌道輪の製造工程をより短縮することができる。
さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪(11)を得る工程では、鋼材(2)に対して鋼材(2)の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、加熱と打ち抜きとが行われる。そのため、当該軌道輪を得る工程において鋼材に対して張力を加えていない状態で上記加熱および上記打ち抜きを行う場合と比べて、得られる軌道輪(11)の加工品質を向上させることができる。
具体的には、鋼材に対して上記張力を印加せずに、鋼材を成形台においてA1変態点以上の温度に加熱する場合には、鋼材に加熱による変形が生じる。特に、スラストニードルころ軸受の軌道輪は、上述のように肉厚が薄いために加熱により変形が生じやすい。鋼材においてこのような変形が生じた場合、変形部分が成形台(プレス機3)の一部(たとえば成形用ダイ32)と接触する可能性が有る。このような接触が生じると、鋼材に与えられた熱は当該接触している部分から成形台に放熱されるため、鋼材(特に加工対象部分。たとえば2つのクランプ部にそれぞれ保持されている部分に挟まれている部分)に熱分布が生じてA1変態点以上の温度まで加熱されない領域が生じることがある。その結果、鋼材に対して上記張力を印加せずに成形台において鋼材をA1変態点以上の温度に加熱されて、さらに打ち抜きおよび焼入処理されて得られた軌道輪には、上記変形に起因した加熱不良により十分な加工品質が得られていないものが生じることがあった。
さらに、鋼材に対して上記張力を印加せずに、鋼材を成形台において打ち抜き加工をする場合には、鋼材に加熱による変形が生じた状態で打ち抜き加工を行うことになるため、打ち抜き加工の精度が低下するという問題があった。
これに対し、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪(11)を得る工程では、鋼材(2)に対して鋼材(2)の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で加熱が行われるため、加熱による鋼材(2)の変形を軽減または抑制することができる。その結果、鋼材(2)と成形台(3)とが接触することを防止することができるため、鋼材(2)から成形台(3)への鋼材(2)の一部分を介した放熱が抑制されており、鋼材(2)の上記加工対象部分の全体をA1変態点以上の温度に加熱することができる。
さらに、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法において、軌道輪(11)を得る工程では、鋼材(2)に対して上記張力を加えた状態で鋼材(2)を成形台(3)において打ち抜き加工が行われるため、全体がA1変態点以上の温度に加熱されて変形が軽減または抑制された鋼材(2)に対して打ち抜き加工を行うことができる。その結果、本実施の形態に係る軌道輪の製造方法により製造された軌道輪(11)は、打ち抜き加工の精度低下が抑制されており、高精度で加工されている。また、当該軌道輪(11)は、加工品質のバラつきが低減されている。
(2)上記軌道輪の製造方法において、上記張力は、0MPa超え500MPa以下である。
これにより、加熱による鋼材(2)の変形を十分に軽減または抑制することができる。その結果、このようにして得られた軌道輪(11)は、安価でかつ高い加工品質を有している。
(3)上記軌道輪の製造方法の上記軌道輪を得る工程において、鋼材(2)には、成形台(3)に鋼材(2)を供給可能に設けられている供給部(40)、供給部(40)から成形台(3)に供給される鋼材の歪みを矯正可能に設けられている矯正部(50)、および鋼材(2)の一部分を保持可能に設けられている第1クランプ部(33A)の少なくともいずれか1つと、当該1つと成形台(3)に対して反対側に位置し、鋼材(2)の他の一部分を保持可能に設けられている第2クランプ部(33B)とを用いて、張力が加えられる。
これにより、供給部(40)、矯正部(50)および第1クランプ部(33A)の少なくともいずれか1つと、第2クランプ部(33B)とが、それぞれ鋼材(2)を保持している状態で互いに離れるように相対的に移動することにより、成形台(3)において加熱および打ち抜きの各工程が実施される鋼材(2)に対して張力を加えることができる。このようにすれば、安価でかつ加工品質の高い軌道輪(11)を得ることができる。
(4)上記軌道輪の製造方法において、焼入処理の前に、成形台(3)においてリング状の鋼材(リング状の成形体2A)に成形加工が施されてもよい。成形加工では、リング状の鋼材(2A)の内周部または外周部が、リング状の鋼材(2A)の厚み方向に向くように折り曲げられてもよい。
これにより、鋼材(2)の加熱、打抜、成形加工および焼入処理のそれぞれの工程を、全て成形台(3)において一つの工程として実施することができる。その結果、軌道輪(11)の製造工程をさらに短縮することができる。また、リング形状の内周部または外周部が厚み方向に折り曲げられたスラスト軸受用軌道輪(11)を製造することができる。
(5)上記軌道輪の製造方法において、鋼材(2)は、0.4質量%以上の炭素を含んでいてもよい。鋼材(2)は、2mm以下の厚みを有していてもよい。また鋼材(2)は、厚み方向においてリング状に打ち抜かれてもよい。
これにより、焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪(11)を製造することができる。また、このように比較的薄い鋼材(2)を用いることにより、当該鋼材(2)の打抜きが容易になり、かつ当該鋼材(2)に対して十分な焼入処理を実施することができる。
(6)上記軌道輪の製造方法において、鋼材(2)は、通電加熱、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱および遠赤外線加熱からなる群より選択される少なくともいずれかの方法により加熱されてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、鋼材(2)の加熱方法として任意の加熱方法を採用することができる。なお、通電加熱では、鋼材(2)に直流電流または交流電流が供給されることにより生じた発熱により鋼材(2)が加熱されてもよい。このように、通電加熱においては、直流電流および交流電流のいずれも採用することができる。
(7)上記軌道輪の製造方法においては、700HV以上の硬度を有する軌道輪(11)が得られてもよい。このように、上記軌道輪の製造方法においては、製造工程を短縮するとともに、鋼材(11)に対して十分な焼入処理を実施することにより、当該焼入処理後において高い硬度を有する軌道輪(11)を製造することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の軌道輪の製造方法は、製造工程をより短縮することが要求される軌道輪の製造方法において、特に有利に適用され得る。また本発明の軌道輪は、製造コストの低減が要求される軌道輪において、特に有利に適用され得る。
1 スラストニードルころ軸受、2 コイル材、3 プレス機、11 軌道輪、11A 軌道輪転走面、12 ニードルころ、12A 転動面、13 保持器、30 プレス用ダイ、31,32 成形用ダイ、31A,32A 凸部、33 支持台、34 通電端子、35 プレス部、35A 凹部、35B 水冷回路、36 ベース部、100 被加熱物、101 電源、102 コイル、103 交流電源、104 内部加熱ロール、105 外部加熱ロール、107 発熱体、B 交番磁束、I 電流(渦電流)。
Claims (14)
- 軌道輪の製造方法であって、
鋼材および前記鋼材から前記軌道輪を得るための成形台を準備する工程と、
前記鋼材を前記成形台に設置する工程と、
前記成形台において前記鋼材をA1変態点以上の温度に加熱した後に前記鋼材の一部をリング状に打ち抜き、その後、前記成形台においてリング状の前記鋼材を焼入処理することにより前記軌道輪を得る工程とを備える、軌道輪の製造方法。 - 前記軌道輪を得る工程では、前記鋼材に対して前記鋼材の表面に沿った少なくとも一方向に張力を加えた状態で、前記加熱と前記打ち抜きとを行う、請求項1に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記張力は、0MPa超え500MPa以下である、請求項2に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記軌道輪を得る工程において、前記鋼材には、前記成形台に前記鋼材を供給可能に設けられている供給部、前記供給部から前記成形台に供給される前記鋼材の歪みを矯正可能に設けられている矯正部、および前記鋼材の一部分を保持可能に設けられている第1クランプ部の少なくともいずれか1つと、前記1つと前記成形台に対して反対側に位置し、前記鋼材の他の一部分を保持可能に設けられている第2クランプ部とを用いて、前記張力が加えられる、請求項2または請求項3に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記焼入処理は、リング状の前記鋼材を前記成形台と接触させることにより実施される、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記焼入処理の前に、前記成形台においてリング状の前記鋼材に成形加工が施される、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記成形加工では、リング状の前記鋼材の内周部または外周部が、リング状の前記鋼材の厚み方向に向くように折り曲げられる、請求項6に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記軌道輪を得る工程において、前記鋼材は、通電加熱、間接抵抗加熱、誘導加熱、接触伝熱、および遠赤外線加熱からなる群から選択される少なくともいずれか1つの方法により加熱される、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記通電加熱では、前記鋼材に直流電流または交流電流が供給されることにより生じた発熱により前記鋼材が加熱される、請求項8に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記鋼材は、0.4質量%以上の炭素を含む、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 前記鋼材は、2mm以下の厚みを有し、かつ前記厚み方向においてリング状に打ち抜かれる、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 700HV以上の硬度を有する前記軌道輪が得られる、請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法。
- 請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の軌道輪の製造方法により製造される、軌道輪。
- スラスト軸受に使用される、請求項13に記載の軌道輪。
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