JP4639089B2 - 中空金属管を素材とする内周突起付きリングの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空金属管を素材とする冷間鍛造による内周突起付きリングの製造方法に関する。

内周突起付きリングの製造方法については、従来技術として下記特許文献１に
熱間鍛造方法による製造方法が示されており、図８はこの特許文献１に示されている熱間鍛造法を使用した内周突起付きリングの製造工程の説明図である。

図８に示されたこの製造方法は、まず第１工程で鋼管を所定の長さに切断して素材とし、第２工程でその素材を所定の温度に加熱し、第３工程で下金型と上金型を取付けた鍛造装置を用いて、第２工程で得られた加熱した素材を熱間鍛造し、リング部（円筒部）と円盤状部を一体（縦断面形状がＨの字状）に成形し、第４工程において、第３工程で得られた縦断面形状がＨの字状をなす円盤状部の中央部をポンチにより打ち抜いて内周突起付きリングとし、第５工程でさらに内周突起付きリングのスケールを切削工具で仕上げる方法である。

また、同文献には、冷間鍛造後にＣＲＦ（冷間リングローリング）行う製造方法が示されており、図９はこの冷間鍛造後にＣＲＦを行う内周突起付きリングの製造工程の説明図である

図９に示されたこの製造方法は、まず第１工程で鋼管を所定の長さに切断して素材とし、第２工程でこの素材を下金型と上金型を取付けた鍛造装置によって据込み、内外側面が凸状に張出した膨出リングとし、次いで第３工程で第２工程で得られた膨出リングを外面加工用の成形ロールとその外周面に凹溝を有する内面加工用のマンドレルとで挟持し、成形ロールを回転させながら、マンドレルの方向に押圧して、内周面に突起を形成する方法である。
特開２００１−３００６６８号公報

しかしながら、上記図８に示された熱間鍛造による方法では、素材を加熱する必要があり、また発生したスケールを除去するための切削工程を欠くことができず、中央部を打抜いたポンかすが発生して歩留まりが低下し、工程数も多く効率が悪いという問題があった。

また、上記の図９に示された冷間鍛造後にＣＲＦを行う方法では、素材を一旦据込んで内外側面を凸状に張出した後にＣＲＦにより内周面に突起を形成するものであるから、冷間鍛造とＣＲＦの異なる２種の設備を備える必要があり、工程も増加し、生産性が低下するという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、従来の熱間鍛造による方法に比べて、製造工程が単純で、歩留まり良く、生産性が高く製造コストの低減が図れる製造方法を提供することにある。

また、冷間鍛造後にＣＲＦを行う方法に比べて製造設備が簡単で設備費が少なく、製造工程も単純で、歩留りが良く、生産性が高く製造コストの低減が図れる製造方法を提供することにある。

上記課題を達成するための第１の発明は、内周突起部を有するリングの冷間鍛造方法であって、中空金属管を素材とし、該素材を該素材の外周形状を拘束する円筒形状の外径拘束用金型内に挿入した後、リングの内面形状を画定する円柱部と、円柱部の素材側に備わり内周突起部の内周面を形成する面を備え、円柱部の直径より小さい直径である突出部と、を各々有し、円柱部の角を円弧形状に丸めて円柱部と突出部の接続部とした第１金型と第２金型により前記素材の軸方向に鍛圧し、該素材の中央部を径方向内側に張出して、内周突起部を形成することを特徴とする内周突起付きリングの冷間鍛造方法である。

第２の発明は、第１の発明において、上記中空金属管が、継目無鋼管を加工して得た中空金属管である内周突起付きリングの冷間鍛造方法である。

第１の発明によれば、内周突起部を有するリングの冷間鍛造方法であって、中空金属管を素材とし、該素材を該素材の外周形状を拘束する円筒形状の外径拘束用金型内に挿入した後、リングの内面形状を画定する円柱部と、円柱部の素材側に備わり内周突起部の内周面を形成する面を備え、円柱部の直径より小さい直径である突出部と、を各々有し、円柱部の角を円弧形状に丸めて円柱部と突出部の接続部とした第１金型と第２金型により素材の軸方向に鍛圧し、素材の中央部を径方向内側に張出して、内周突起部を形成することから、製造設備が簡単で設備費が少なく、製造工程も単純で、歩留りが良く、生産性が高く製造コストの低減が図れるという効果がある。また、突出部は円柱部の直径より小さい直径であるから、内周突起付きリングの突起部の内周面の平滑度が向上するという効果がある。

第２の発明は、素材となる中空金属管を、継目無鋼管を加工して得ることから、第１の発明の効果に加えて、丸棒鋼から熱間鍛造によって製作した円筒体を素材として使用する場合に比較して、鍛造の底部を打ち抜いて捨てる必要がなく、しかも切削代が少ないので歩留が良くなるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る中空金属管を素材とする内周突起付きリングの断面図であり、図２は本発明の実施の形態に係る中空金属管を素材とする内周突起付きリングの冷間鍛造装置の説明図であり、鍛造前の状態を示している。図７は本発明の実施の形態に係る内周突起付きリングの製造工程の説明図である。

図２において、上金型２０と下金型３０は同一形状であり、この上下の金型は大径部２２、３２とこの大径部に続く、大径部より小径の円柱部２３、３３、およびこの円柱部に続く、円柱部よりさらに小径の突出部２１、３１とが一体に構成され、そして突出部の先端の稜線部には角Ｒ（Ｒ_３）が施され、円柱部と突出部の接続部に角Ｒ（Ｒ_２）が施されている。

小径の突出部２１、３１および角Ｒ（Ｒ_３）は上金型２０と下金型３０がストロークするときの素材１０の内周部の肉の折込みをなくすために設けられたものである。

円柱部２３、３３は完成品である内周突起付きリングの内周面１４を画定するものであり、突出部２１、３１は完成品である内周突起付きリングの突起部１２の内周面１３を画定するものである。

図７に示された第１工程において、継目無鋼管を所定の長さに切断して得られた円筒体または後述の図５（または図６）の第４工程で分離された円筒体を素材２とする。次に同図の第２工程で、この素材２を、その外周形状を拘束する円筒形状の外径拘束用金型４０内に挿入した後、上金型と下金型の取付けられた鍛造装置にセットして、上金型は下方へ、下金型は上方に所定量同じストローク移動させ素材２を軸方向に鍛圧する。

図３は図２に示す冷間鍛造装置の鍛造後の状態、即ち上金型と下金型がフルストロークした状態を示している。

図３において、下金型３０が上昇し、上金型２０が下降するに従って、素材２の内周部の肉が軸方向中央部に寄せられ中央部が径方向内側に張出して、内周突起付きリングが成形される。

図４は図２に示された冷間鍛造装置の鍛造後の内周突起付きリングの縦断面図である。鍛造後の突起の内周面１３には波打ちまたは凹凸が生じ、平滑度が損なわれるがその程度は小さい（図（Ａ））。

上下の金型はフルストローク時に、その頂面を当接させてもよいし、所定の隙間が確保されるように鍛造装置の設計を行ってもよいが、この隙間が過大になると完成品である内周突起付きリングの突起部の内周面１３が凹形状となり、折込み等のキズとなる（図４（Ｂ））。

即ち、上下の金型の突出部２１、３１の高さおよび外径を調整することで、鍛造後の突起部内周面の波打ちまたは凹凸が抑制され、平滑度を出すことができるので、後の切削工程における切削代を低減することが可能となる。

なお、以上の説明において、冷間鍛造装置は鉛直両働型とし、金型は上金型と下金型に区分したが、本発明はこれに限定されるものではなく、単働型でも、水平横型またはその他の形式でもよい。

以下、上記実施の形態で説明に使用した図１乃至図７を参照して、実施例についてより具体的に説明する。

製品（完成品）仕様
外径Ｄ_０：７９ｍｍ
内径Ｄ_１：６５.９ｍｍ 肉厚Ｔ_Ａ：６.５５ｍｍ
突起部 内径Ｄ_２：６１.８ｍｍ
肉厚Ｔ_Ｂ：８.６ｍｍ
長さ Ｂ：４０.２ｍｍ
素材寸法
外径：７９ｍｍ
内径：６５.２ｍｍ 肉厚：６.９ｍｍ
長さ：３７.６ｍｍ
材質：ＳＵＪ２（ＨＲＢ１０５以下）
上下の金型寸法：
大径部 外径７９ｍｍ×高さ５０ｍｍ
円柱部 外径６５.９ｍｍ×高さ１６.７ｍｍ
突出部 外径６２.８ｍｍ×高さ２.５ｍｍ
角Ｒ Ｒ_１：１ｍｍ Ｒ_２：６ｍｍ Ｒ_３：１ｍｍ
外径拘束用金型
内径８０ｍｍ
の諸元とした。

そして、外径７９ｍｍ、内径６５.２ｍｍ、肉厚６.９ｍｍ、長さ６ｍの継目無鋼管を旋盤を使用し、突っ切りバイトで長さ３７.６ｍｍに切断して、これを素材にとした場合を実施例１とし、上下金型の突出部の高さを３.０、２.０ｍｍとし、その他の寸法を実施例１と同一にしたものを、それぞれ実施例２、３とした。また実施例１、２、３において素材に熱間鍛造で製作した円筒体を使用した場合を実施例４、５、６とした。

図５は本発明の実施の形態に係る熱間鍛造による素材の製造工程（無段円筒）の説明図であり、実施例４、５、６に係る素材は、図５示した熱間鍛造により製作したものを使用している。

図５においては、第１工程で外径４０ｍｍ、長さ６ｍの丸棒鋼を旋盤を使用して突っ切りバイトで４２.５ｍｍの長さに切断して、これを熱間鍛造の母材となる丸棒鋼素材を製作し、第２工程でその丸棒鋼素材を１０５０℃まで加熱、鍛造して予成形（外径７８ｍｍ、厚さ１４.７ｍｍ）する。第３工程でカップ状体に鍛造成形し、最後に第４工程でカップ状体の底面をせん断加工で分離して本実施例に係る素材となる円筒体（外径７９ｍｍ、内径６２.５、幅（高さ）３７.６ｍｍ）を製作する。

また、図６は本発明の実施の形態に係る熱間鍛造による素材の製造工程（多段円筒）の説明図であり、図６に示した多段円筒の１つを図５に示した熱間鍛造に係る素材に替えて本実施例４、５、６に示す素材とすることができる。

図６においては、第１工程で図５に示したと同様に長尺の丸棒鋼を切断して熱間鍛造の母材となる丸棒鋼素材（外径４０ｍｍ、長さ４９.５ｍｍ）を製作し、第２工程でその丸棒鋼素材を１０５０℃まで加熱、鍛造して予成形（外径７８ｍｍ、厚さ２０.２ｍｍ）する。第３工程で段付きのカップ状体に鍛造成形し、最後に第４工程でカップ状体の段部と底面をせん断加工で分離して外径の異なる２つの円筒体を製作し、２つの円筒体のうち外径の大きい方の円筒体（外径７９ｍｍ、内径６２.５、幅（高さ）３７.６ｍｍ）を得る工程を示している。この場合も本実施例４、５、６と同様に中空金属管素材とすることができる。

そして、上記実施例と比較するために、上下金型の突出部を除去し、先端の稜線部に角Ｒ（Ｒ_２）を施し、その他の形状、寸法は実施例１、４と同一としたものを比較例１、２とした。

表１は、上記諸元の素材２と上下の金型の違いによる鍛造結果を示したものである。

表１に示されたように、実施例１乃至６の完成品の寸法は外径Ｄ_０、内径Ｄ_１（厚さＴ_Ａ）、突出部内径Ｄ_２（厚さＴ_Ｂ）、長さＢのいずれにおいても製品仕様を満足するものが得られた。

また、突起部内周面１３の平滑度については、実施例１、４は上下金型のフルストローク時の頂面間の隙間ｔが１.８ｍｍであり微小の波打ちが生じる程度（図４（Ａ））で、極めて良好であった。実施例２、５と実施例３、６についても上下金型のフルストローク時の頂面間の隙間ｔがそれぞれ０.８、２.８ｍｍであり、突起部内周面１３の平滑度は微小の凸と、凹形状に収まり良好であった。

これに対し、比較例１、２の完成品の寸法は外径Ｄ_０、内径Ｄ_１（厚さＴ_Ａ）、長さＢのいずれにおいても製品仕様を満足したが、上下金型のフルストローク時の頂面間の隙間ｔが６.８ｍｍと大きく、突起部内周面１３には大きな凹形状が生じ、内径寸法Ｄ_２は測定不能であった（図４（Ｂ））。

本発明の実施の形態に係る中空金属管を素材とする内周突起付きリングの縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る中空金属管を素材とする内周突起付きリングの冷間鍛造装置の説明図である。 図２に示す冷間鍛造装置の鍛造後の状態を示す図である。 図２に示す冷間鍛造装置の鍛造後の内周突起付きリングの拡大縦断面図であり、（Ａ）は上下の型に突出部のある場合、（Ｂ）は突出部のない場合を示す。 本発明の実施の形態に係る熱間鍛造による素材の製造工程（無段円筒）の説明図である。 本発明の実施の形態に係る熱間鍛造による素材の製造工程（多段円筒）の説明図である。 本発明の実施の形態に係る内周突起付きリングの製造工程の説明図である。 従来例に係る熱間鍛造法を使用した内周突起付きリングの製造工程の説明図である。 従来例に係る冷間鍛造後にＣＲＦを行った内周突起付きリングの製造工程の説明図である。

符号の説明

１・・・冷間鍛造装置
２・・・素材（中空金属管）
１０・・・内周突起付きリング
１１・・・円筒部 １２・・・突起部
１３・・・内周面（突起部） １４・・・内周面（円筒部）
２０・・・上金型（第１金型）
２１・・・突出部 ２２・・・大径部 ２３・・・円柱部
３０・・・下金型（第２金型）
３１・・・突出部 ３２・・・大径部 ３３・・・円柱部
４０・・・外径拘束用金型

Claims (2)

1. 内周突起部を有するリングの冷間鍛造方法であって、中空金属管を素材とし、該素材を該素材の外周形状を拘束する円筒形状の外径拘束用金型内に挿入した後、前記リングの内面形状を画定する円柱部と、該円柱部の素材側に備わり前記内周突起部の内周面を形成する面を備え、前記円柱部の直径より小さい直径である突出部と、を各々有し、前記円柱部の角を円弧形状に丸めて前記円柱部と前記突出部の接続部とした第１金型と第２金型により前記素材の軸方向に鍛圧し、該素材の中央部を径方向内側に張出して、前記内周突起部を形成することを特徴とする内周突起付きリングの冷間鍛造方法。
2. 前記中空金属管が、継目無鋼管を加工して得た中空金属管であることを特徴とする請求項１に記載の内周突起付きリングの冷間鍛造方法。
   

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