冷間鍛造によるベアリング素形材の製造方法
【課題】 ベアリング外輪素形材の加工部位に生ずる疵と熱処理時の変形を抑制し、製品内部のファイバーフローを製品形状に沿って内部まで平行に形成する方法を提案する。
【解決手段】 冷間鍛造用の環状のダイ２に、鋼管を切断して形成の環状のリング状素材１を平行に装着し、リング状素材１の上下に上パンチ３および下パンチ４を配設して、これらでリング状素材１をしごき成形して、リング状素材１の内径よりも大きく外径よりも小さい径の基部３ａと先端側の先細のテーパー部３ｂと先端の円形台部３ｄからなる上パンチ３並びに上下対称形状の、基部４ａと先端側の先細のテーパー部４ｂと先端の円形台部４ｄからなる下パンチ４のそれぞれの間に装着したリング状素材１を上パンチ３および下パンチ４により冷間しごき成形して、ベアリング外輪素形材の内径面に沿ったファイバーフローを内部に平行に均一に形成したベアリング外輪素形材の製造方法。
【解決手段】 冷間鍛造用の環状のダイ２に、鋼管を切断して形成の環状のリング状素材１を平行に装着し、リング状素材１の上下に上パンチ３および下パンチ４を配設して、これらでリング状素材１をしごき成形して、リング状素材１の内径よりも大きく外径よりも小さい径の基部３ａと先端側の先細のテーパー部３ｂと先端の円形台部３ｄからなる上パンチ３並びに上下対称形状の、基部４ａと先端側の先細のテーパー部４ｂと先端の円形台部４ｄからなる下パンチ４のそれぞれの間に装着したリング状素材１を上パンチ３および下パンチ４により冷間しごき成形して、ベアリング外輪素形材の内径面に沿ったファイバーフローを内部に平行に均一に形成したベアリング外輪素形材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷間鍛造用の金型のパンチの形状をテーパー形状として冷間しごき成形することによりベアリング素形材を冷間にて製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のベアリング外輪の製造方法としては、ピルガー圧延もしくは引抜きにより製造した鋼管から冷間鍛造によりベアリング素形材を製造し、このベアリング素形材をベアリング外輪とベアリング内輪とに分離することで、ベアリング外輪を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、材料歩留りが良好であり、また、冷間鍛造の寸法精度の良好及び表面肌の良好な点を生かして後処理の切削処理を省略してコストの低減を図っている。さらに、シームレス鋼管から冷間鍛造によりベアリング外輪を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法は冷間鍛造後の脱炭および疵の保証が可能で、寸法精度の良いベアリング素形材ができ、ベアリング素形材の外径面を客先で旋削する必要がなく、鍛造肌のままとすることができ、製造コストの低減ができ、また偏析に基因する内径部の剥離が回避できる等の効果を有する。
【０００３】
さらに、上記の特許文献２の技術は、軸受鋼からなる鋼管を切断して形成したリング状素材をブランクとし、このブランクの内径面をパンチで冷間しごきにより成形して、ベアリング外輪素形材を製造する方法である。この方法は、弧状のアールを有するパンチを用いて冷間しごきによる加工部位を成形することで、弧状のアールを有する形状のベアリング外輪素形材としている。しかし、弧状のアールを有するパンチで成形する場合、母材の硬度の高い製品や、加工量の大きい製品を製造する際に、（１）加工部位に疵が発生する、（２）熱処理時の変形が大きくなる、（３）ファイバーフローが製品内部までアールに沿う形に形成されていない、等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３０６７３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５２５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明が解決しようとする課題は、上記の従来の問題を解消する方法であり、ベアリング外輪素形材の加工部位に生ずる疵を抑制し、また熱処理時の変形を抑制し、さらにベアリング外輪素形材の製品内部のファイバーフローを製品形状に沿って内部まで平行に形成したものとする製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の手段では、冷間鍛造用の環状部からなるダイに鋼管を切断して形成の環状部からなるリング状素材（以下、リング状素材を「ブランク」という。）を両環状部を平行に配置して装着し、さらに、このダイに装着したブランクの上下に上パンチおよび下パンチを配設してこのダイに装着し、これらのダイと上パンチと下パンチでブランクをしごき成形してベアリング外輪素形材を形成する方法における手段である。そして、この手段として、ブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径を有する基部と、この基部の先端側の先細のテーパー部と、このテーパー部の先端の円形台部からなる上パンチ並びにこの上パンチと上下対称形状に形成された下パンチのそれぞれの先端の円形台部の間に、ブランクを装着し、この装着したブランクを上パンチおよび下パンチにより冷間しごき成形することによって、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで形成させて内径部を均一に形成することを特徴とする強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【０００７】
請求項２の手段では、基部の先端側の先細のテーパー部は軸心に平行な基部の外周面に対して５０°〜７０°の角度θであるテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて、ブランクを冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで平行に形成して内径部を均一に形成することを特徴とする請求項１の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【０００８】
請求項３の手段では、５０°〜７０°の角度θであるテーパー面は、一定幅のテーパー面であるａ°〜ｂ°の角度θ1のテーパー面とこのテーパー面に継続する一定幅のテーパー面であるｂ°〜ｃ°の角度θ2のテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて、ブランクを冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで平行に形成して内径部を均一に形成することを特徴とする請求項２の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の手段の鋼管から切断したリング状素材のブランクをテーパー部を有する上下のパンチで冷間鍛造してベアリング外輪素形材を形成する方法において、もしパンチ加工部の形状がアールを有する形状の場合、加工時の材料の流動方向はパンチの押圧部の接線方向であるので、加工時の材料の流動方向はアール部の接線方向へと連続的に変化する、すなわち連続的に刻々とアール部の接線方向が変化するため、ずれを生じさせる力であるせん断力が大きくなり、材料が伸びて破断する。一方、パンチ加工部の形状がテーパー形状の場合、パンチと材料が接触する角度は一定であるため、ズレを生じさせる力が小さくなる。広範囲に材料は伸びて、局所的な材料の伸びすなわち歪は小さい。さらに、本発明の手段のテーパー部を有する上下のパンチで冷間鍛造して形成したベアリング外輪素形材は、加工硬化の程度が低減されており、素形材の内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となっているので、疵の発生が抑制されており、しかも熱処理時の変形が抑制されているので、転動疲労寿命に優れたベアリング外輪素形材となっている。さらにリング状素材のブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径からなる５０°〜７０°の角度θであるテーパー面を有するパンチで冷間鍛造して形成したベアリング外輪素形材は内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となっている。さらに、テーパーの角度θ1を５〜２０°およびテーパーの角度θ2を４０〜７０°と２段階の一定幅の角度であるテーパー面とすることで、リング状素材のブランクの内径面のしごき加工により、リング状素材のブランクはダイと上下のパンチ間で先ず高さ方向に充填され始め、次に高さ方向からの圧下で内径が張り出す。この際、ブランクが、テーパーの角度θ1５〜２０°の狭い角度に接触することで内径が張り出しやすくなり、内径角不充足（いわゆるダレ）が解消でき、その後にさらにテーパーの角度θ2４０〜７０°の広い角度に接触することで、素材の内径面の加工効率が向上し、かつ、より一層に内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となって、転動疲労寿命により一層に優れたベアリング外輪素形材となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して本発明の先細の１段のテーパー部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図２】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して本発明の先細の２段のテーパー部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図３】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して従来のアール部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の１段のテーパー部を有する上パンチおよび下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図で、（ｂ）は、本発明の２段のテーパー部を有する上パンチと下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図である。
【図５】従来のアール部を有する上パンチと下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明のテーパー部を有する上パンチと下パンチによる冷間しごき成型後のベアリング外輪素形材のファイバーフローを示す図で、（ｂ）は従来のアール部を有する上パンチと下パンチによる冷間しごき成形後のベアリング外輪素形材のファイバーフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。軸受鋼からなる鋼管を、その中心軸に対して直角に、所定の幅で突切して切断リングとした。これらの切断リングにショットブラストを施し、切断リングの内径面の端部に残る環状形のバリを除去した。このバリの除去後に、切断リングの外径面および内径面を所定の径に旋削して、表面の脱炭層および表面疵を除去して旋削リングとした。さらに、この旋削リングをショットブラストして、潤滑液が十分に切断リングのブランクの上に載るように表面積を拡大した後、潤滑処理としてリン酸塩処理であるボンデ処理（登録商標）を施して冷間鍛造前の、例えば、外径φ８５ｍｍ、内径φ６５ｍｍ、幅４７ｍｍの大きさのリング状素材１のブランクとした。
【００１２】
次いで、第１の実施の形態として、図１に示すように、このリング状素材１のブランクを用い、冷間鍛造用の環状部からなるダイ２に、ダイ２の環状部とリング状素材１の環状部を平行に配置して、リング状素材１のブランクを装着した。このときダイ２に装着したリング状素材１のブランクの上に上パンチ３を配設し、同ブランクの下に下パンチ４を配設してダイ２に装着した。これらの上パンチ３と下パンチ４について、詳細に説明する。上パンチ３は、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部３ａと、基部３ａの先端側の基部３ａの外周面に対して角度θが５０°〜７０°であるテーパー面を有する先細のテーパー部３ｂと、先細のテーパー部３ｂの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部３ｄからなっている。一方、下パンチ４は、上パンチ３と上下を対称とした形状からなっており、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部４ａと、基部４ａの先端側の基部４ａの外周面に対して角度θが５０°〜７０°であるテーパー面からなる先細のテーパー部４ｂと、先細のテーパー部４ｂの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部４ｄからなり、これらを図１に示す。これらダイ２と、ダイ２に装着した上パンチ３と下パンチ４を用いて、それぞれの基部３ａおよび基部４ａの間に装着したリング状素材１のブランクを加圧し、ダイ２と上パンチ３と下パンチ４により冷間しごき成形を行って、図４の（ａ）に示す、内径面５ａにテーパー部５ｂを有するベアリング外輪素形材５を製造した。
【００１３】
さらに、第２の実施の形態として、図２に示すように、上記と同様にリング状素材１のブランクを用い、冷間鍛造用の環状部からなるダイ２に、ダイ２の環状部とリング状素材１の環状部を平行に配置して、リング状素材１のブランクをダイ２に装着した。この場合、このダイ２に装着したリング状素材１のブランクの上に上パンチ３を配設し、同ブランクの下に下パンチ４を配設してダイ２に装着した。これらの上パンチ３と下パンチ４について、詳細に説明する。上パンチ３は、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部３ａと、基部３ａの先端側の基部３ａの外周面に対して角度θ1が５〜２０°であるテーパー面からなる第１の先細のテーパー部３ｂと、この第１の先細のテーパー部３ｂに続く角度θ2が４０°〜７０°であるテーパー面からなる第２の先細のテーパー部３ｃと、この第２の先細のテーパー部３ｃの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部３ｄからなっている。一方、下パンチ４は、上パンチ３と上下を対称とした形状からなっており、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部４ａと、基部４ａの先端側の基部４ａの外周面に対して角度θ1が５〜２０°であるテーパー面からなる第１の先細のテーパー部４ｂと、この第１の先細のテーパー部４ｂに続く角度θ2の４０〜７０°であるテーパー面からなる第２の先細のテーパー部４ｃと、この第２の先細のテーパー部４ｃの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部４ｄからなり、これらを図２に示す。これらダイ２と、ダイ２に装着した上パンチ３と下パンチ４を用いて、それぞれの先端の円形台部３ｄおよび先端の円形台部４ｄの間に装着したリング状素材１のブランクを加圧して、ダイ２と上パンチ３と下パンチ４により冷間しごき成形を行い、図４の（ｂ）に示す、内径面６ａに第１のテーパー部６ｂと第２のテーパー部６ｃを有するベアリング外輪素形材６を製造した。
【００１４】
上記した本発明の、図４の（ａ）に示す、第１の実施の形態である内径面５ａにテーパー部５ｂを有するベアリング外輪素形材５を形成する方法、あるいは、図４の（ｂ）に示す、第２の実施の形態である内径面６ａにテーパー部６ｂおよびテーパー部６ｃを有するベアリング外輪素形材６を形成する方法に対比して、図５に示す、従来法の内径１５ａにアール部を１５ｂを有するベアリング外輪素形材５の形成方法について説明する。従来法における、図３に示すように、環状部からなるダイ１２と、周縁にアール部１３ａを有する上パンチ１３と、この上パンチ１３と上下対称形状である、周縁にアール部１４ａを有する下パンチ１４を用い、上パンチ１３と下パンチ１４の間に、リング状素材１のブランクを挟持してダイ１２に装着し、次いで、上パンチ１３および下パンチ１４によりリング状素材１のブランクを加圧し、ダイ１２と上パンチ１３および下パンチ１４の間で、冷間しごき成形を行って、図５に示すように、アール部１５ｂを内径面１５ａに有するベアリング外輪素形材１５を製造した。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態である、図１に示す、テーパー部３ｂを有する上パンチ３およびテーパー部４ｂを有する下パンチ４により製造された、ベアリング外輪素形材５の一部断面を、図４の（ａ）に示した。図４の（ａ）に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪５ｄの歪は２の程度に抑制されている。さらに、歪５ｄの分布も内径部全体に均一化されている。ところで、この加工後の歪５ｄの現象は、材料延性の向上を意味するため、加工時に発生するキズすなわちクラックを抑制することが可能となる。このように先細のテーパー部３ｂを有する上パンチ３および先細のテーパー部４ｂを有する下パンチ４を使用して冷間しごき成形した場合、この加工部分の歪５ｄが低減して均一化することから、後工程の熱処理時に発生する不均一変形を抑制することが可能となる。ここで不均一変形とは、熱処理時の鋼の変態、歪の解放に伴う変形を意味し、歪が均一であれば、この不均一変形も抑制できる。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態である、図２に示す、テーパー部３ｂとテーパー部３ｃの２段目の先細のテーパー部３ｃを有する上パンチ３およびテーパー部４ｂとテーパー部４ｃの２段目の先細のテーパー部４ｃを有する下パンチ４により製造された、ベアリング外輪６の一部断面を、図４の（ｂ）に示した。図４の（ｂ）に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪６ｄの歪は２の程度に抑制されている。さらに、歪６ｄの分布も内径部全体に均一化されている。これらの点は第１に実施の形態と同様であるので、この加工後の歪６ｄの現象は、素径材の延性の向上を意味し、加工時に発生するキズすなわちクラックを抑制することが可能となる。このように先細のテーパー部３ｂとその先の２段目の先細のテーパー部３ｃを有する上パンチ３および先細のテーパー部４ｂとその先の２段目の先細のテーパー部４ｃを有する下パンチ４を使用して冷間しごき成形した場合、この加工部分の歪６ｄが低減して均一化することから、後工程の熱処理時に発生する不均一変形も抑制することが可能となる。この場合も第１の実施野形態と同様に、不均一変形とは、熱処理時の鋼の変態、歪の解放に伴う変形を意味し、歪が均一であれば、この不均一変形も抑制できる。
【００１７】
一方、従来の、図３に示す、アール部１３ａを有する上パンチ１３およびアール部１４ａを有する下パンチ１４により製造された、ベアリング外輪素形材１５の断面を、図５に示した。図５に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪部１５ｄの歪は３の程度であり、当該のアール部１３ａおよびアール部１４ａに大きな歪が集中している。このように歪が集中している部位は加工硬化の程度も大きくなっている。
【００１８】
上記したように、先細のテーパー部３ｂおよび先細のテーパー部４ｂを有する上パンチ３および下パンチ４でしごき成形して製造したベアリング外輪素形材５、あるいは、さらに２段目の先細のテーパー部４ｃを有する上パンチ３および下パンチ４でしごき成形して製造したベアリング外輪素形材６は、熱処理時の鋼の変態で歪が均一化し低減しているので、加工硬化の程度は小さく、製品加工部の最大硬度はビッカース硬さで約３３０Ｈｖであった。これに対して、従来のアール部１３ａを有する上パンチ１３およびアール部１４ａを有する下パンチ１４でしごき成形して製造した、５図に示すベアリング外輪素形材１５は、当該の内径面１５ａのアール部１５ｂに歪が集中して大きいので、加工硬化の程度も大きい。したがって、製品化後の加工部の最大硬度を測定した場合、この従来のアール部を有するパンチで加工したものは、ビッカース硬さで約３９０Ｈｖであった。一方、本発明におけるテーパー部を有するパンチで加工した製品化後の加工部の最大硬度は、第１段のテーパー形状としたものは、ビッカース硬さで約３３０Ｈｖであった。したがって、この第１段のテーパー部を有するパンチでしごき成形して製造のベアリング外輪素形材は硬さを約１５％低下できた。
【００１９】
上記のように、アール部を有するパンチでしごき成形して、大きく加工硬化すると、変形する部分が大きく加工硬化した部分に限定される。しかしながら、テーパー部を有するパンチでしごき成形すると、歪の局所集中が抑制されるため、変形する部分は限定的にならず、加工部位よりも深い部位の製品の内部まで変形が及ぶようになる。
【００２０】
ところで、製品であるベアリング外輪素形材を旋削してベアリング外輪にしたとき、ベアリング外輪素形材の内部に存在する鍛流線であるファイバーフローは、部品であるベアリング外輪の転動面に沿って平行になっていることがより望ましいと言われている。しかし、一般的に、鍛造製品は旋削時の取代を付けた状態で製品設計される。そこで、鍛造製品のファイバーフローは、製品のより内部まで表面形状に沿って平行に形成されていることが望ましい。この観点からみると、本願発明のテーパー部を有するパンチでしごき成形した製品は、加工硬化の程度が低減できているので、図６の（ａ）に見られるように、ファイバーフローが製品のより内部まで転動面に沿って平行に形成されている。ところが、従来のアール部を有するパンチでしごき成形した製品は、加工硬化の程度が大きいので、図６の（ｂ）に見られるように、ファイバーフローが製品の転動面に沿う表面部の近辺で形成されているに過ぎない。したがって、本願発明のテーパー部を有するパンチでしごき成形して製造した製品は、従来のアール部を有するパンチでしごき成形して製造した製品に比して、より内部まで転動面に沿って平行に形成されたファイバーフローとなっているので、より転動疲労寿命に優れたベアリング外輪素形材となっている。
【符号の説明】
【００２１】
１ リング状素材
２ ダイ
３ 上パンチ
３ａ 基部
３ｂ 先細のテーパー部
３ｃ ２段目の先細のテーパー部
３ｄ 先端の円形台部
４ 下パンチ
４ａ 基部
４ｂ 先細のテーパー部
４ｃ ２段目の先細のテーパー部
４ｄ 先端の円形台部
５ ベアリング外輪素形材
５ａ 内径面
５ｂ テーパー部
５ｄ 歪
６ ベアリング外輪素形材
６ａ 内径面
６ｂ １段目のテーパー部
６ｃ ２段目のテーパー部
６ｄ 歪
θ 垂直面に対するテーパー面の角度
θ1 垂直面に対する１段目のテーパー面の角度
θ2 垂直面に対する２段目のテーパー面の角度
１２ ダイ
１３ 上パンチ
１３ａ アール部
１３d 先端の円形台部
１４ 下パンチ
１４ａ アール部
１４d 先端の円形台部
１５ ベアリング外輪素形材
１５ａ 内径面
１５ｂ アール部
１５ｄ 歪
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷間鍛造用の金型のパンチの形状をテーパー形状として冷間しごき成形することによりベアリング素形材を冷間にて製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のベアリング外輪の製造方法としては、ピルガー圧延もしくは引抜きにより製造した鋼管から冷間鍛造によりベアリング素形材を製造し、このベアリング素形材をベアリング外輪とベアリング内輪とに分離することで、ベアリング外輪を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、材料歩留りが良好であり、また、冷間鍛造の寸法精度の良好及び表面肌の良好な点を生かして後処理の切削処理を省略してコストの低減を図っている。さらに、シームレス鋼管から冷間鍛造によりベアリング外輪を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法は冷間鍛造後の脱炭および疵の保証が可能で、寸法精度の良いベアリング素形材ができ、ベアリング素形材の外径面を客先で旋削する必要がなく、鍛造肌のままとすることができ、製造コストの低減ができ、また偏析に基因する内径部の剥離が回避できる等の効果を有する。
【０００３】
さらに、上記の特許文献２の技術は、軸受鋼からなる鋼管を切断して形成したリング状素材をブランクとし、このブランクの内径面をパンチで冷間しごきにより成形して、ベアリング外輪素形材を製造する方法である。この方法は、弧状のアールを有するパンチを用いて冷間しごきによる加工部位を成形することで、弧状のアールを有する形状のベアリング外輪素形材としている。しかし、弧状のアールを有するパンチで成形する場合、母材の硬度の高い製品や、加工量の大きい製品を製造する際に、（１）加工部位に疵が発生する、（２）熱処理時の変形が大きくなる、（３）ファイバーフローが製品内部までアールに沿う形に形成されていない、等の問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３０６７３号公報
【特許文献２】特開２００８−１５２５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明が解決しようとする課題は、上記の従来の問題を解消する方法であり、ベアリング外輪素形材の加工部位に生ずる疵を抑制し、また熱処理時の変形を抑制し、さらにベアリング外輪素形材の製品内部のファイバーフローを製品形状に沿って内部まで平行に形成したものとする製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の手段では、冷間鍛造用の環状部からなるダイに鋼管を切断して形成の環状部からなるリング状素材（以下、リング状素材を「ブランク」という。）を両環状部を平行に配置して装着し、さらに、このダイに装着したブランクの上下に上パンチおよび下パンチを配設してこのダイに装着し、これらのダイと上パンチと下パンチでブランクをしごき成形してベアリング外輪素形材を形成する方法における手段である。そして、この手段として、ブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径を有する基部と、この基部の先端側の先細のテーパー部と、このテーパー部の先端の円形台部からなる上パンチ並びにこの上パンチと上下対称形状に形成された下パンチのそれぞれの先端の円形台部の間に、ブランクを装着し、この装着したブランクを上パンチおよび下パンチにより冷間しごき成形することによって、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで形成させて内径部を均一に形成することを特徴とする強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【０００７】
請求項２の手段では、基部の先端側の先細のテーパー部は軸心に平行な基部の外周面に対して５０°〜７０°の角度θであるテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて、ブランクを冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで平行に形成して内径部を均一に形成することを特徴とする請求項１の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【０００８】
請求項３の手段では、５０°〜７０°の角度θであるテーパー面は、一定幅のテーパー面であるａ°〜ｂ°の角度θ1のテーパー面とこのテーパー面に継続する一定幅のテーパー面であるｂ°〜ｃ°の角度θ2のテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて、ブランクを冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで平行に形成して内径部を均一に形成することを特徴とする請求項２の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の手段の鋼管から切断したリング状素材のブランクをテーパー部を有する上下のパンチで冷間鍛造してベアリング外輪素形材を形成する方法において、もしパンチ加工部の形状がアールを有する形状の場合、加工時の材料の流動方向はパンチの押圧部の接線方向であるので、加工時の材料の流動方向はアール部の接線方向へと連続的に変化する、すなわち連続的に刻々とアール部の接線方向が変化するため、ずれを生じさせる力であるせん断力が大きくなり、材料が伸びて破断する。一方、パンチ加工部の形状がテーパー形状の場合、パンチと材料が接触する角度は一定であるため、ズレを生じさせる力が小さくなる。広範囲に材料は伸びて、局所的な材料の伸びすなわち歪は小さい。さらに、本発明の手段のテーパー部を有する上下のパンチで冷間鍛造して形成したベアリング外輪素形材は、加工硬化の程度が低減されており、素形材の内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となっているので、疵の発生が抑制されており、しかも熱処理時の変形が抑制されているので、転動疲労寿命に優れたベアリング外輪素形材となっている。さらにリング状素材のブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径からなる５０°〜７０°の角度θであるテーパー面を有するパンチで冷間鍛造して形成したベアリング外輪素形材は内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となっている。さらに、テーパーの角度θ1を５〜２０°およびテーパーの角度θ2を４０〜７０°と２段階の一定幅の角度であるテーパー面とすることで、リング状素材のブランクの内径面のしごき加工により、リング状素材のブランクはダイと上下のパンチ間で先ず高さ方向に充填され始め、次に高さ方向からの圧下で内径が張り出す。この際、ブランクが、テーパーの角度θ1５〜２０°の狭い角度に接触することで内径が張り出しやすくなり、内径角不充足（いわゆるダレ）が解消でき、その後にさらにテーパーの角度θ2４０〜７０°の広い角度に接触することで、素材の内径面の加工効率が向上し、かつ、より一層に内部まで転動面に沿って平行にファイバーフローの鍛流線となって、転動疲労寿命により一層に優れたベアリング外輪素形材となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して本発明の先細の１段のテーパー部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図２】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して本発明の先細の２段のテーパー部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図３】冷間鍛造前の環状リングをダイで外周を拘束して従来のアール部を有する上パンチと下パンチで冷間しごき成形する状態を示す模式的断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の１段のテーパー部を有する上パンチおよび下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図で、（ｂ）は、本発明の２段のテーパー部を有する上パンチと下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図である。
【図５】従来のアール部を有する上パンチと下パンチによる冷間鍛造後の歪を示す図である。
【図６】（ａ）は本発明のテーパー部を有する上パンチと下パンチによる冷間しごき成型後のベアリング外輪素形材のファイバーフローを示す図で、（ｂ）は従来のアール部を有する上パンチと下パンチによる冷間しごき成形後のベアリング外輪素形材のファイバーフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。軸受鋼からなる鋼管を、その中心軸に対して直角に、所定の幅で突切して切断リングとした。これらの切断リングにショットブラストを施し、切断リングの内径面の端部に残る環状形のバリを除去した。このバリの除去後に、切断リングの外径面および内径面を所定の径に旋削して、表面の脱炭層および表面疵を除去して旋削リングとした。さらに、この旋削リングをショットブラストして、潤滑液が十分に切断リングのブランクの上に載るように表面積を拡大した後、潤滑処理としてリン酸塩処理であるボンデ処理（登録商標）を施して冷間鍛造前の、例えば、外径φ８５ｍｍ、内径φ６５ｍｍ、幅４７ｍｍの大きさのリング状素材１のブランクとした。
【００１２】
次いで、第１の実施の形態として、図１に示すように、このリング状素材１のブランクを用い、冷間鍛造用の環状部からなるダイ２に、ダイ２の環状部とリング状素材１の環状部を平行に配置して、リング状素材１のブランクを装着した。このときダイ２に装着したリング状素材１のブランクの上に上パンチ３を配設し、同ブランクの下に下パンチ４を配設してダイ２に装着した。これらの上パンチ３と下パンチ４について、詳細に説明する。上パンチ３は、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部３ａと、基部３ａの先端側の基部３ａの外周面に対して角度θが５０°〜７０°であるテーパー面を有する先細のテーパー部３ｂと、先細のテーパー部３ｂの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部３ｄからなっている。一方、下パンチ４は、上パンチ３と上下を対称とした形状からなっており、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部４ａと、基部４ａの先端側の基部４ａの外周面に対して角度θが５０°〜７０°であるテーパー面からなる先細のテーパー部４ｂと、先細のテーパー部４ｂの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部４ｄからなり、これらを図１に示す。これらダイ２と、ダイ２に装着した上パンチ３と下パンチ４を用いて、それぞれの基部３ａおよび基部４ａの間に装着したリング状素材１のブランクを加圧し、ダイ２と上パンチ３と下パンチ４により冷間しごき成形を行って、図４の（ａ）に示す、内径面５ａにテーパー部５ｂを有するベアリング外輪素形材５を製造した。
【００１３】
さらに、第２の実施の形態として、図２に示すように、上記と同様にリング状素材１のブランクを用い、冷間鍛造用の環状部からなるダイ２に、ダイ２の環状部とリング状素材１の環状部を平行に配置して、リング状素材１のブランクをダイ２に装着した。この場合、このダイ２に装着したリング状素材１のブランクの上に上パンチ３を配設し、同ブランクの下に下パンチ４を配設してダイ２に装着した。これらの上パンチ３と下パンチ４について、詳細に説明する。上パンチ３は、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部３ａと、基部３ａの先端側の基部３ａの外周面に対して角度θ1が５〜２０°であるテーパー面からなる第１の先細のテーパー部３ｂと、この第１の先細のテーパー部３ｂに続く角度θ2が４０°〜７０°であるテーパー面からなる第２の先細のテーパー部３ｃと、この第２の先細のテーパー部３ｃの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部３ｄからなっている。一方、下パンチ４は、上パンチ３と上下を対称とした形状からなっており、リング状素材１のブランクの内径よりも大きく、かつ、外径よりも小さい径を有する垂直周面からなる基部４ａと、基部４ａの先端側の基部４ａの外周面に対して角度θ1が５〜２０°であるテーパー面からなる第１の先細のテーパー部４ｂと、この第１の先細のテーパー部４ｂに続く角度θ2の４０〜７０°であるテーパー面からなる第２の先細のテーパー部４ｃと、この第２の先細のテーパー部４ｃの先端に、さらに垂直周面を有する先端の円形台部４ｄからなり、これらを図２に示す。これらダイ２と、ダイ２に装着した上パンチ３と下パンチ４を用いて、それぞれの先端の円形台部３ｄおよび先端の円形台部４ｄの間に装着したリング状素材１のブランクを加圧して、ダイ２と上パンチ３と下パンチ４により冷間しごき成形を行い、図４の（ｂ）に示す、内径面６ａに第１のテーパー部６ｂと第２のテーパー部６ｃを有するベアリング外輪素形材６を製造した。
【００１４】
上記した本発明の、図４の（ａ）に示す、第１の実施の形態である内径面５ａにテーパー部５ｂを有するベアリング外輪素形材５を形成する方法、あるいは、図４の（ｂ）に示す、第２の実施の形態である内径面６ａにテーパー部６ｂおよびテーパー部６ｃを有するベアリング外輪素形材６を形成する方法に対比して、図５に示す、従来法の内径１５ａにアール部を１５ｂを有するベアリング外輪素形材５の形成方法について説明する。従来法における、図３に示すように、環状部からなるダイ１２と、周縁にアール部１３ａを有する上パンチ１３と、この上パンチ１３と上下対称形状である、周縁にアール部１４ａを有する下パンチ１４を用い、上パンチ１３と下パンチ１４の間に、リング状素材１のブランクを挟持してダイ１２に装着し、次いで、上パンチ１３および下パンチ１４によりリング状素材１のブランクを加圧し、ダイ１２と上パンチ１３および下パンチ１４の間で、冷間しごき成形を行って、図５に示すように、アール部１５ｂを内径面１５ａに有するベアリング外輪素形材１５を製造した。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態である、図１に示す、テーパー部３ｂを有する上パンチ３およびテーパー部４ｂを有する下パンチ４により製造された、ベアリング外輪素形材５の一部断面を、図４の（ａ）に示した。図４の（ａ）に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪５ｄの歪は２の程度に抑制されている。さらに、歪５ｄの分布も内径部全体に均一化されている。ところで、この加工後の歪５ｄの現象は、材料延性の向上を意味するため、加工時に発生するキズすなわちクラックを抑制することが可能となる。このように先細のテーパー部３ｂを有する上パンチ３および先細のテーパー部４ｂを有する下パンチ４を使用して冷間しごき成形した場合、この加工部分の歪５ｄが低減して均一化することから、後工程の熱処理時に発生する不均一変形を抑制することが可能となる。ここで不均一変形とは、熱処理時の鋼の変態、歪の解放に伴う変形を意味し、歪が均一であれば、この不均一変形も抑制できる。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施の形態である、図２に示す、テーパー部３ｂとテーパー部３ｃの２段目の先細のテーパー部３ｃを有する上パンチ３およびテーパー部４ｂとテーパー部４ｃの２段目の先細のテーパー部４ｃを有する下パンチ４により製造された、ベアリング外輪６の一部断面を、図４の（ｂ）に示した。図４の（ｂ）に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪６ｄの歪は２の程度に抑制されている。さらに、歪６ｄの分布も内径部全体に均一化されている。これらの点は第１に実施の形態と同様であるので、この加工後の歪６ｄの現象は、素径材の延性の向上を意味し、加工時に発生するキズすなわちクラックを抑制することが可能となる。このように先細のテーパー部３ｂとその先の２段目の先細のテーパー部３ｃを有する上パンチ３および先細のテーパー部４ｂとその先の２段目の先細のテーパー部４ｃを有する下パンチ４を使用して冷間しごき成形した場合、この加工部分の歪６ｄが低減して均一化することから、後工程の熱処理時に発生する不均一変形も抑制することが可能となる。この場合も第１の実施野形態と同様に、不均一変形とは、熱処理時の鋼の変態、歪の解放に伴う変形を意味し、歪が均一であれば、この不均一変形も抑制できる。
【００１７】
一方、従来の、図３に示す、アール部１３ａを有する上パンチ１３およびアール部１４ａを有する下パンチ１４により製造された、ベアリング外輪素形材１５の断面を、図５に示した。図５に見られるように、冷間しごき成形による加工部位の歪部１５ｄの歪は３の程度であり、当該のアール部１３ａおよびアール部１４ａに大きな歪が集中している。このように歪が集中している部位は加工硬化の程度も大きくなっている。
【００１８】
上記したように、先細のテーパー部３ｂおよび先細のテーパー部４ｂを有する上パンチ３および下パンチ４でしごき成形して製造したベアリング外輪素形材５、あるいは、さらに２段目の先細のテーパー部４ｃを有する上パンチ３および下パンチ４でしごき成形して製造したベアリング外輪素形材６は、熱処理時の鋼の変態で歪が均一化し低減しているので、加工硬化の程度は小さく、製品加工部の最大硬度はビッカース硬さで約３３０Ｈｖであった。これに対して、従来のアール部１３ａを有する上パンチ１３およびアール部１４ａを有する下パンチ１４でしごき成形して製造した、５図に示すベアリング外輪素形材１５は、当該の内径面１５ａのアール部１５ｂに歪が集中して大きいので、加工硬化の程度も大きい。したがって、製品化後の加工部の最大硬度を測定した場合、この従来のアール部を有するパンチで加工したものは、ビッカース硬さで約３９０Ｈｖであった。一方、本発明におけるテーパー部を有するパンチで加工した製品化後の加工部の最大硬度は、第１段のテーパー形状としたものは、ビッカース硬さで約３３０Ｈｖであった。したがって、この第１段のテーパー部を有するパンチでしごき成形して製造のベアリング外輪素形材は硬さを約１５％低下できた。
【００１９】
上記のように、アール部を有するパンチでしごき成形して、大きく加工硬化すると、変形する部分が大きく加工硬化した部分に限定される。しかしながら、テーパー部を有するパンチでしごき成形すると、歪の局所集中が抑制されるため、変形する部分は限定的にならず、加工部位よりも深い部位の製品の内部まで変形が及ぶようになる。
【００２０】
ところで、製品であるベアリング外輪素形材を旋削してベアリング外輪にしたとき、ベアリング外輪素形材の内部に存在する鍛流線であるファイバーフローは、部品であるベアリング外輪の転動面に沿って平行になっていることがより望ましいと言われている。しかし、一般的に、鍛造製品は旋削時の取代を付けた状態で製品設計される。そこで、鍛造製品のファイバーフローは、製品のより内部まで表面形状に沿って平行に形成されていることが望ましい。この観点からみると、本願発明のテーパー部を有するパンチでしごき成形した製品は、加工硬化の程度が低減できているので、図６の（ａ）に見られるように、ファイバーフローが製品のより内部まで転動面に沿って平行に形成されている。ところが、従来のアール部を有するパンチでしごき成形した製品は、加工硬化の程度が大きいので、図６の（ｂ）に見られるように、ファイバーフローが製品の転動面に沿う表面部の近辺で形成されているに過ぎない。したがって、本願発明のテーパー部を有するパンチでしごき成形して製造した製品は、従来のアール部を有するパンチでしごき成形して製造した製品に比して、より内部まで転動面に沿って平行に形成されたファイバーフローとなっているので、より転動疲労寿命に優れたベアリング外輪素形材となっている。
【符号の説明】
【００２１】
１ リング状素材
２ ダイ
３ 上パンチ
３ａ 基部
３ｂ 先細のテーパー部
３ｃ ２段目の先細のテーパー部
３ｄ 先端の円形台部
４ 下パンチ
４ａ 基部
４ｂ 先細のテーパー部
４ｃ ２段目の先細のテーパー部
４ｄ 先端の円形台部
５ ベアリング外輪素形材
５ａ 内径面
５ｂ テーパー部
５ｄ 歪
６ ベアリング外輪素形材
６ａ 内径面
６ｂ １段目のテーパー部
６ｃ ２段目のテーパー部
６ｄ 歪
θ 垂直面に対するテーパー面の角度
θ1 垂直面に対する１段目のテーパー面の角度
θ2 垂直面に対する２段目のテーパー面の角度
１２ ダイ
１３ 上パンチ
１３ａ アール部
１３d 先端の円形台部
１４ 下パンチ
１４ａ アール部
１４d 先端の円形台部
１５ ベアリング外輪素形材
１５ａ 内径面
１５ｂ アール部
１５ｄ 歪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間鍛造用の環状部からなるダイに鋼管を切断して形成の環状部からなるリング素材（以下、リング素材を「ブランク」という。）を両環状部を平行に配置して装着し、さらに、このダイに装着したブランクの上下に上パンチおよび下パンチを配設して該ダイに装着し、これらダイと上パンチと下パンチでブランクをしごき成形してベアリング外輪素形材を形成する方法において、ブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径を有する基部と、この基部の先端側の先細のテーパー部と、このテーパー部の先端の円形台部からなる上パンチ並びにこの上パンチと上下対称形状に形成された下パンチの各先端の円形台部の間に、ブランクを装着し、この装着したブランクを上パンチおよび下パンチにより冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【請求項２】
基部の先端側の先細のテーパー部は軸心に平行な基部の外周面に対して５０°〜７０°の角度θであるテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする請求項１に記載の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【請求項３】
５０°〜７０°の角度θであるテーパー面は、一定幅のテーパー部である角度θ1のテーパー面とこのテーパー面に継続する一定幅のテーパー部である角度θ2のテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする請求項２の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【請求項１】
冷間鍛造用の環状部からなるダイに鋼管を切断して形成の環状部からなるリング素材（以下、リング素材を「ブランク」という。）を両環状部を平行に配置して装着し、さらに、このダイに装着したブランクの上下に上パンチおよび下パンチを配設して該ダイに装着し、これらダイと上パンチと下パンチでブランクをしごき成形してベアリング外輪素形材を形成する方法において、ブランクの内径よりも大きく外径よりも小さい径を有する基部と、この基部の先端側の先細のテーパー部と、このテーパー部の先端の円形台部からなる上パンチ並びにこの上パンチと上下対称形状に形成された下パンチの各先端の円形台部の間に、ブランクを装着し、この装着したブランクを上パンチおよび下パンチにより冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【請求項２】
基部の先端側の先細のテーパー部は軸心に平行な基部の外周面に対して５０°〜７０°の角度θであるテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする請求項１に記載の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【請求項３】
５０°〜７０°の角度θであるテーパー面は、一定幅のテーパー部である角度θ1のテーパー面とこのテーパー面に継続する一定幅のテーパー部である角度θ2のテーパー面からなる上パンチおよび下パンチを用いて冷間しごき成形することにより、ベアリング外輪素形材の内径面に沿った鍛流線のファイバーフローをベアリング外輪素形材の内径の曲折に沿ってベアリング外輪素形材の内部まで褶曲させて内径部を均一に形成することを特徴とする請求項２の手段の強度の高い歪の抑制されたベアリング外輪素形材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８３５４５（Ｐ２０１２−１８３５４５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６７９１（Ｐ２０１１−４６７９１）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００１８００７０）山陽特殊製鋼株式会社 (601)
【Ｆターム（参考）】
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