(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面が球面状に膨出した外径側球面形状リングを冷間鍛造により製造する方法であって、あらかじめ製品となる前記外径側球面形状リングの端面の直径より大きく、該外径側球面形状リングの最大外径よりも小さい外径と、前記外径側球面形状リングの内径より小さい内径を有するカップ状素材を形成し、次いで、前記外径側球面形状リングの外径面および端面の成形部を片端面側づつそれぞれ有するパンチとダイを用い、前記カップ状素材をその底端面側から押圧して、該カップ状素材の開口側の端面を、製品内径を成形するインサートピンと前記ダイとで形成される成形空間部内に流動させ、該カップ状素材の外径面中央付近を膨出させて球面状に成形するとゝもに、端面付近の外径面を絞り込んで球面状に成形し、前記パンチ，ダイ及びインサートピンで形成される成形空間部内への前記カップ状素材の充満が、外径面中央付近と開口側端面付近とで同時に完了するように成形した後、内径側の余肉部を含む底部を打ち抜いてリング状部品とすることを特徴とする外径側球面形状リングの製造方法。
【請求項２】
カップ状素材の底部を、該カップ状素材の円筒部の長さ方向に対して一方の端面側に偏った位置に形成したことを特徴とする請求項１記載の外径側球面形状リングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外径側球面形状リングの製造方法、更に詳しくは、外径面が球面状に膨出した外径側球面形状リングを冷間鍛造により製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の外径側球面形状リングの製造方法として従来は、図６に示すように、半割状の球面成形面５１ａと中央突出軸部５１ｂを有する固定ダイ５１と、この固定ダイ５１に対して相対するように設けられ、かつ上記半割状の球面成形部５１ａと対称形状の半割球面成形部５２ａと中央突出軸部５２ｂを有するパンチ５２とを備えた鍛造装置を用いて、予め予備成形工程で形成された円盤状素材を上記固定ダイ５１とパンチ５２で圧縮することにより、前記両突出軸部５１ｂ，５２ｂで円盤状素材を軸方向両端面側から圧縮して、素材の中心部に相対向する二つの穴部を形成するとゝもに、外周部をダイ５１とパンチ５２に設けられた両半割球面成形部５１ａ，５２ａ内に膨出させて外周を球面形状に、また素材中心の両穴部間に余肉部を有する外径側球面形状の鍛造部材５４’を形成し、次いで、前記鍛造部材５４’の両穴部間の余肉部を打ち抜いて貫通孔５３をあけ、外径側球面形状リング５４を形成している。
【０００３】
しかし、上記のような従来の外径側球面形状リングの製造方法では、円盤状素材の外周部を球面形状に成形する際に、素材の固定ダイ５１とパンチ５２との合わせ面に対応する部分に、図７に示すような円周方向の帯状突起物（ばり）５５等が発生するため、外径側球面形状リングの所定の寸法精度を得るために、鍛造加工後にリングの全面を切削加工することが前提で、生産性が悪く、またこの切削加工費が別に必要になるため製造コストが高くなる問題があった。
【０００４】
このような問題点を解決するものとして、例えば特許第２８２４４１０号公報には、外径側球面形状リングの外径面及び内径面の切削加工を不要とし、生産性の向上と低コストで製造できる外径側球面形状リングの製造方法が開示されている。これは、図８および図９に示すように、最終製品としての外径側球面形状リングにおける端面の直径と同じ外径を有する円筒状素材Ｘ３を、対称形状の半割球面成形部２１ａ，３１ａをもつダイ２１とパンチ３１を密着させ、かつ内径側に中央ガイドピン２３を挿入した、これらダイ２１とパンチ３１及び中央ガイドピン２３とによる密閉状の成形空間部内に、上記円筒状素材Ｘ３を内在させた状態で、ダイ側の円筒状成形体２４とパンチ側の筒状押圧体３２で上記円筒状素材Ｘ３の軸方向両端面を圧縮して、素材の中間部分を上記両半割球面成形部内に膨出させて外周を球面状に形成するもので、図９に示す最終製品としての外径側球面形状リングＸ２には、その外径側円周方向の帯状突起物や内径面側の貫通孔部に段差が発生しない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、前記特許第２８２４４１０号公報の発明では、外径側球面形状リングの外径面および内径面の切削加工が不要となり、生産性の向上と製造コストの低減が図られるといった効果はあるが、一方、工具の早期破損を招来するといった問題点がまだ残されている。すなわち、この特許発明において、円筒状素材Ｘ３の両端面の軸方向への圧縮は、ダイ側の円筒状成形体２４とパンチ側の筒状押圧体３２によって行われる。
【０００６】
しかし、これらの工具２４，３２の素材Ｘ３と接触する部分近傍は厚みの非常に薄い円筒状形状となり、高荷重に耐えられない。しかるに、特に冷間鍛造では熱間鍛造に比べて素材の変形抵抗は非常に大きくなっているから、前記ダイ側の円筒状成形体２４とパンチ側の筒状押圧体３２には過大な圧力が作用し、これら工具が早期に破損して工具交換が頻繁に必要になり生産性が悪化するとゝもに、工具費が多く必要となるため製造コストが高くなる、といった問題があった。
【０００７】
また、前記特許第２８２４４１０号公報の発明ではさらに、外径側球面形状リングの外径寸法と内径寸法が近いいわゆる薄肉リングの場合、リングの内径面に円周方向の引けキズが発生するといった問題点がある。すなわち、外径側球面形状リングの外径寸法と内径寸法が近いいわゆる薄肉リングの場合、例えば特許第２８２５８００号公報に開示されているように、図１０に示す円筒状素材Ｘ１の両端面をダイ側の円筒状成形体２４とパンチ側の筒状押圧体３２によって軸方向に圧縮し、前記円筒状素材Ｘ１の中間部分を対称形状の半割球面成形部２１ａ，３１ａをもつダイ２１とパンチ３１および中央ガイドピン２３とによる密閉状の成形部内に膨出させて、外周を球面状に成形する際、外径面側の膨出変形に引っ張られるように内径面側も径が拡大してしまう。そのため、外径側球面形状リングの所定の長さ寸法に成形するため、さらに円筒状素材Ｘ１の両端面を軸方向に圧縮した場合に、図１１に示すように、外径側球面形状リングＸの内径面に円周方向の引けキズＫが発生し、健全な薄肉の外径側球面形状リングが得られないといった致命的な問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような従来の諸問題点を解決するために成されたもので、冷間鍛造加工によって外径側球面形状リングを製造する場合において、外径面に円周方向の帯状突起物（ばり）が発生せず、また内径面に有害なキズの発生がない外径側球面形状リングを得るとゝもに、工具寿命を向上させることの出来る鍛造方法を提供することを目的としたものである。
【０００９】
前記の目的を達成するため、本願の第１発明は、外径面が球面状に膨出した外径側球面形状リングを冷間鍛造により製造する方法であって、あらかじめ製品となる前記外径側球面形状リングの端面の直径より大きく、該外径側球面形状リングの最大外径よりも小さい外径と、前記外径側球面形状リングの内径より小さい内径を有するカップ状素材を形成し、次いで、前記外径側球面形状リングの外径面および端面の成形部を片端面側づつそれぞれ有するパンチとダイを用い、前記カップ状素材をその底端面側から押圧して、該カップ状素材の開口側の端面を、製品内径を成形するインサートピンと前記ダイとで形成される成形空間部内に流動させ、該カップ状素材の外径面中央付近を膨出させて球面状に成形するとゝもに、端面付近の外径面を絞り込んで球面状に成形し、前記パンチ，ダイ及びインサートピンで形成される成形空間部内への前記カップ状素材の充満が、外径面中央付近と開口側端面付近とで同時に完了するように成形した後、内径側の余肉部を含む底部を打ち抜いてリング状部品とすることを特徴とする外径側球面形状リングの製造方法であり、本願の第２の発明は、前記第１発明において、カップ状素材の底部を、該カップ状素材の円筒部の長さ方向に対して一方の端面側に偏った位置に形成したことを特徴とする外径側球面形状リングの製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１乃至図４に示す実施形態により詳細に説明する。図１は本発明方法の各鍛造工程を示したもので、図中、Ａはカップ状素材、Ｂは外径側が球面形状のカップ状部材、Ｒは製品となる外径側球面形状リングであり、ｇは底部、ｇ１は後述する第３工程(III）で打ち抜かれる内径側の余肉部と前記底部ｇとが一体になった打ち抜き部である。
【００１１】
図１の第１工程（Ｉ）に示す前記カップ状素材Ａは、その外径は製品となる前記外径側球面形状リングＲの端面Ｒ２の直径ａより大きく、かつ該球面形状リングＲの外径面Ｒ１の最大外径ｂよりも小さくそれぞれ形成されており、また前記カップ状素材Ａの内径ｅは前記外径側球面形状リングＲの内径ｃより小さく形成されている。ここで、このカップ状素材Ａの前記底部ｇは、該カップ状素材Ａの円筒部の長さ方向に対して中心位置ではなく、一方の端面側に偏った位置に形成されている。
【００１２】
図１の第２工程（II）は、前記外径側球面形状リングＲの外径面Ｒ１及び端面Ｒ２の成形部を片端面側づつ夫々有するパンチとダイを用い、前記カップ状素材Ａをその底端面側から押圧して、該カップ状素材Ａの反対側の開口側端面を、製品内径を成形するインサートピンと前記ダイとで形成される成形空間部内に流動させ、このカップ状素材Ａの外径面中央付近を膨出させて球面状に成形するとゝもに、端面付近の外径面を絞り込んで球面状に成形する工程である。また、図１の第３工程(III）は、前記第２工程（II）で形成された外径側が球面形状のカップ状部材Ｂから、その内径側の余肉部と前記底部ｇからなる打ち抜き部ｇ１を打ち抜いて、製品となる外径側球面形状リング部品Ｒとする工程である。
【００１３】
ここで、前記第２工程（II）の実施形態を図２乃至図４により詳細に説明すると、図２は本発明の鍛造方法における第２工程（II）の加工開始直前の状態を示したものである。パンチ１とダイ２のそれぞれの前面側には、該パンチ１とダイ２のそれぞれの前面が僅かの隙間を介してお互いに近接したときに、製品となる外径側球面形状リングＲの外径面Ｒ１が所定寸法の球面形状となるように、片端面側づつの概略半割球面成形部１ａと２ａがそれぞれ設けられている。
【００１４】
そして、前記パンチ１内には、外径側球面形状リングＲの内径ｃと等しい外径を有するピン１１が設置されており、また前記ダイ２内には、外径側球面形状リングＲの内径ｃと外径が等しく、先端面３ａと外径面とが滑らかな円弧ｒでつながれたインサートピン３が前記ダイ２と相対移動しないように設置されている。さらに、このダイ２内には、ダイ２の内径面２ｂとインサートピン３の外径面との間に円筒状のダイ側素材けり出しスリーブ４が摺動自在に設置されている。
【００１５】
そして、前記ダイ側素材けり出しスリーブ４の最後退時には、その先端面４ａが前記ダイ２の半割球面成形部２ａの最後部に位置して、外径側球面形状リングＲの外径面Ｒ１及び端面Ｒ２の成形部を形成する。鍛造終了後は、前記ダイ側素材けり出しスリーブ４が前方に移動して、前記ダイ２およびインサートピン３から外径側が球面形状のカップ状部材Ｂを分離排出する。ここで、前記インサートピン３の先端面３ａは、ダイ２の前記半割球面成形部２ａの最後部から必要長さだけ突き出している。
【００１６】
図２に示す第２工程（II）の加工開始直前では、カップ状素材Ａの内径ｅは前記外径側球面形状リングＲの内径ｃより小さく形成されており、インサートピン３の外径は外径側球面形状リングＲの内径ｃと等しいから、ダイ側において、カップ状素材Ａはまずその開口側（図中、下側）の端面Ａａがインサートピン３の先端面３ａと接する。一方パンチ側では、前記カップ状素材Ａの外径は、製品となる外径側球面形状リングＲの端面Ｒ２の直径ａより大きく、また該球面形状リングＲの外径面Ｒ１の最大外径ｂよりも小さいから、カップ状素材Ａはパンチ１の半割球面成形部１ａにおいて、パンチ前面側から半割球面成形部１ａの最後部にかけての途中の位置で接することになる。
【００１７】
図３は第２工程（II）の加工途中の状態を示したものである。ダイ２に対しパンチ１が相対的に前進移動し、パンチ１とピン１１およびダイ２とインサートピン３により、カップ状素材Ａは両端面側からそれぞれ圧縮される。ここで、カップ状素材Ａの底部ｇ側（図中、上側）は、その端面側の前記外径側球面形状リングＲの端面Ｒ２に相当する部分の金型成形部内への充満が加工初期に完了し、パンチ１の成形部最後部面１ｃおよびパンチ１の半割球面成形部１ａとピン１１の一部によって押圧される。
【００１８】
また、カップ状素材Ａの開口側の端面Ａａは、まずその内径側がインサートピン３によって押し広げられる変形と、内径側の余肉部がインサートピン３の先端面３ａによって底部ｇ側へ押し込まれる変形とが同時に起こり、ついで、該カップ状素材Ａの外径面がダイ２の半割球面成形部２ａと接触し、ダイ２の半割球面成形部２ａによって端面側の外径面側からも押圧されるようになる。そのため、該カップ状素材Ａにはその外径面中央付近が膨出され外径が拡大する変形と、開口側の端面付近の外径が絞り込まれて、該開口部側の端面がダイ２の半割球面成形部２ａの最後部側（すなわち、ダイ側素材けり出しスリープ４の先端面４ａ方向側）へ移動する変形と、開口部側の内径面の余肉部がインサートピン３の先端面３ａによって底部ｇ側へ押し込まれる変形とが同時におこる。
【００１９】
図４は第２工程（II）の加工完了時の状態を示したものである。パンチ１，ピン１１およびダイ２，インサートピン３でそれぞれ形成される成形空間部内へのカップ状素材Ａの充満が、外径面中央付近Ｂ１と開口部側の端面Ｂ２とで同時に完了することによって、カップ状素材Ａの外径面を球面形状に成形する際に、該素材Ａのパンチ１とダイ２との合わせ面に対応する部分に、円周方向の帯状突起物（ばり）が発生することはない。
【００２０】
また、加工初期から加工末期にわたる加工過程の大部分において、カップ状素材Ａの圧縮は、パンチ１，ピン１１及びダイ２の半割球面成形部２ａとインサートピン３によって行われ、厚みの薄い円筒形状であるダイ側素材けり出しスリーブ４の先端面４ａはカップ状素材Ａの端面Ａａ部によって加工末期にのみ押圧され、またこの時、ダイ２の前記半割球面成形部２ａおよびインサートピン３も加工荷重を分担して受けているから、素材けり出しスリーブ４が薄い円筒状形状であっても、また、カップ状素材Ａの変形抵抗が高い冷間鍛造であっても、該素材けり出しスリーブ４が早期に破損することはない。
【００２１】
なお、図３に示す第２工程（II）の加工中において、外径面を球面状に成形する際、外径面中央付近の膨出変形に引っ張られるように内径面側も径が拡大してしまう傾向は幾分発生するが、本発明の鍛造方法では、カップ状素材Ａの内径ｅは前記外径側球面形状リングＲの内径ｃより小さく形成され、この内径側を外径側球面形状リングＲの内径ｃと外径が等しいインサートピン３で押圧するようにしたから、外径側が球面形状のカップ状部材Ｂの、内径側の余肉部と開口部側の内径面との接続部ｊにおいて、外径側球面形状リングＲに残留するような有害な引けキズの発生はない。
【００２２】
また、カップ状素材Ａの底部ｇは、カップ状素材Ａの円筒部の長さ方向に対して中心位置ではなく、一方の端面側に偏った位置に配置するよう形成されているから、カップ状素材Ａの底端面近傍における外径面側の膨出変形は軽微で、外径側が球面形状のカップ状部材Ｂの、内径側の余肉部と底部ｇ側の浅い穴部内径面との接続部ｍにおいて、外径側球面形状リングＲに残留するような有害な引けキズの発生はない。
【００２３】
なお、ここではダイの構成部品を、ダイ２と素材けり出しスリーブ４とに分割して、該素材けり出しスリーブ４を摺動自在に設置し、成形後の外径側が球面形状のカップ状部材Ｂをこの素材けり出しスリーブ４によってダイ２及びインサートピン３から分離排出するようにしたが、成形後の外径側が球面形状のカップ状部材Ｂをダイから分離排出する他の方法、例えば、インサートピン３をダイと摺動自在に設置して、成形後にインサートピンを一旦前進させて外径側が球面形状のカップ状部材Ｂをダイ前方へ突き出した後、ダイ前面とカップ状部材Ｂとの間にストッパー（図示せず）を挿入して、次いでインサートピンを後退させて、ストッパーにより、カップ状部材Ｂからインサートピンを引き抜く方法等を用いれば、ダイ２と素材けり出しスリーブ４とを一体化する構造としてもよい。
【００２４】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例を説明すると、軸受鋼（ＳＵＪ２）の線材からせん断で鍛造用素材を切出し、外径面の最大外径（球面直径）約２１．１ｍｍ，端面の直径約１６．８ｍｍ，内径約１３．９ｍｍ，長さ約１２．７ｍｍの図１の（III)に示すような外径側球面形状リングＲを、図１に示す本発明の鍛造工程で、多段パーツホーマにて一連の鍛造加工により製造した。なお、本実施例では、鍛造用素材を切出した後、図示しない据込み加工を行って素材形状を矯正した後、第１工程（Ｉ）で押出し加工を行ってカップ状素材Ａを形成した。ここで形成したカップ状素材Ａの外径は２０．０ｍｍで、内径は１２．５ｍｍである。
【００２５】
上記カップ状素材Ａを第２工程（II）において、外径面中央付近を膨出させて球面状に成形し、端面付近の外径面を絞り込んで球面状に成形するとゝもに、外径側球面形状リングＲの内径と外径が等しいインサートピンで内径面を成形することにより、パンチ，ピンおよびダイ，インサートピンで形成される成形空間部内への素材の充満が、外径面中央付近と開口部側端面とで同時に完了し、素材のパンチとダイとの合わせ面に対応する部分での円周方向の帯状突起物（ばり）が発生することはなかった。さらに、この第２工程（II）のダイ側素材けり出しスリーブは厚みが約１．５ｍｍの非常に薄い円筒形状であるにもかかわらず、量産鍛造でも何ら破損は発生しなかった。
【００２６】
次いで、第３工程(III）において、前記第２工程（II）で形成された外径側が球面形状のカップ状部材Ｂの内径側の余肉部と底部ｇからなる打ち抜き部分ｇ１を打ち抜いて外径側球面形状リングＲを製造することができた。
【００２７】
一方、本発明の他の実施例として、カップ状素材Ａの外径を１９．５ｍｍ，内径を１２．０ｍｍとして、前記外径側球面形状リングＲを図１の鍛造工程で製造したが、外径面中央部に円周方向の帯状突起物（ばり）が発生することはなく、内径面に円周方向の引けキズの発生もない、健全な薄肉の外径側球面形状リングを製造することができた。
【００２８】
これに対し、図５の第１工程（Ｉ）で示すように、カップ状素材Ａー１の内径を前記外径側球面形状リングＲの内径と等しく、その底部ｇー１を前記カップ状素材Ａー１の円筒部の長さ方向に対して中心位置にそれぞれ形成し、外径側球面形状リングＲー１を図５の鍛造工程で製造した場合、図５の第２工程（II）において、外径面の膨出変形に引っ張られるように内径面の一部も径が拡大して、前記底部ｇー１と円筒部の内径面との境界に引けキズｋが発生する。そして、図５の第３工程(III）に示すように、前記底部ｇー１からなる打ち抜き部分を打ち抜いた後も、外径側球面形状リングＲー１の内径面中央付近２個所に円周方向の引けキズｋが残留し、健全な薄肉の外径側球面形状リングを製造することができなかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る外径側球面形状リングの製造方法は、上記のような構成であるから、外径側球面形状リングの外径寸法と内径寸法が近いいわゆる薄肉リングの場合でも、その内径面に有害な円周方向の引けキズが発生せず、健全な薄肉の外径側球面形状リングを安定して製造することができ、しかもカップ状素材の内外径寸法を本発明の範囲内で比較的広く選択できる。
【００３０】
また、本発明の製造方法では、カップ状素材の外径面を球面形状に成形する際に、素材のパンチとダイとの合わせ面に対応する部分に、円周方向の帯状突起物（ばり）が発生することはなく、鍛造のままで高精度な外径側球面形状を形成でき、後加工の手間のかかる外径面の切削加工が不要となるので、生産性が向上しかつ低コストで外径側球面形状リングを製造することができる。
【００３１】
更に、本発明の製造方法では、加工初期から加工末期にわたる加工過程の大部分において、カップ状素材の圧縮はパンチ，ピン及びダイの半割球面成形部とインサートピンによって行われ、厚みの薄い円筒形状であるダイ側素材けり出しスリーブの先端面はカップ状素材の端面によって加工末期にのみ押圧され、またこの時、ダイの成形部及びインサートピンも加工荷重を分担して受けているから、素材けり出しスリーブが薄い円筒状形状であっても、また素材の変形抵抗が高い冷間鍛造であっても素材けり出しスリーブが早期に破損することはなく、かかる工具費を最小限に抑えることができるとゝもに、工具交換の頻度が少なく生産が安定して、製造コストを低く抑えることができる、といった諸効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外径側球面形状リングの製造方法の鍛造工程を示す図である。
【図２】図１における第２工程（II）の加工開始直前の状態を示す全体図である。
【図３】同第２工程（II）の加工途中の状態を示す拡大部分図である。
【図４】同第２工程（II）の加工完了時の状態を示す拡大部分図である。
【図５】比較した鍛造工程を示す図である。
【図６】従来の鍛造方法における加工完了時の状態を示す全体図である。
【図７】同上方法で鍛造した製品の断面図である。
【図８】従来の他の鍛造方法における加工開始直前の状態を示す全体図である。
【図９】同上加工完了時の状態を示す全体図である。
【図１０】従来の更に異なる鍛造方法における加工途中の状態を示す拡大部分図である。
【図１１】同上加工完了時の状態を示す拡大部分図である。
【符号の説明】
１  パンチ
１ａ  半割球面成形部
２  ダイ
２ａ  半割球面成形部
３  インサートピン
４  ダイ側素材けり出しスリーブ
４ａ  先端面
Ａ  カップ状素材
Ａa   端面
ｇ  底部
Ｂ  カップ状部材
Ｂ１  外径面中央付近
Ｂ２  端面
Ｒ  外径側球面形状リング
Ｒ１  外径面
Ｒ２  端面
ａ  端面の直径
ｂ  最大膨出部の外径
ｃ  内径
【図１】
0003637249.tif 000002
【図２】
0003637249.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003637249.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003637249.tif 000009
【図９】
0003637249.tif 000010
【図１０】
0003637249.tif 000011
【図１１】
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