(57)【要約】【課題】大型のハブ7を、低加工荷重化を実現しながら、フランジ12とボス8,13との会合部14,15の表面における鍛流線の切断による疲労強度の低下を生じずに、材料歩留まりや形状精度に優れるとともに成形後の後処理が不要な冷間鍛造により、製造する。【解決手段】フランジ12、第1のボス8及び第2のボス13とを一体に備えるハブ7である。軸方向を含む断面において、第１,2のボス8,13それぞれの外壁8b,13bと軸方向とがなす傾斜角度θ1,θ2は、200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π[deg.]により表される臨界角度以上である。フランジ12の直径は、第1のボス8及び第2のボス13のうちで直径が大きいボスの外壁8b,13bの直径の1.5倍以上であり、かつ70mm以上である。H:第1のボス8及び第2のボス13のうちで直径が大きいボスの高さ[mm]、R:第1のボス8及び第2のボス13のうちで直径が大きいボスの外壁~製品中心の距離[mm]である。【選択図】図１
2018114534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の一部に該軸方向と略直交する方向へ張り出して設けられる中空のフランジと、該フランジの一方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第１のボスと、前記フランジの他方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第２のボスとを前記軸方向へ一体に備える金属製の冷間回転鍛造品または冷間揺動鍛造品であるハブであって、
前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスの内側へ向けて傾斜する該第１のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記断面において、前記第２のボスの内側へ向けて傾斜する該第２のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、前記臨界角度未満であり、
前記フランジの直径は、前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁の直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上である、ハブ。
臨界角度[deg.]=200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π・・・（１）
（１）式において、
Ｈ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの高さ［ｍｍ］
Ｒ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁〜製品中心の距離［ｍｍ］
である。
【請求項２】
前記フランジと前記第１のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続するとともに、前記フランジと前記第２のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続する、請求項１に記載のハブ。
【請求項３】
金属製の素材に前方押出しによる冷間鍛造を行うことにより前記第１ボスを成形した後に、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造を行うことにより前記フランジおよび前記第２のボスを成形する、請求項１または２に記載のハブの製造方法。
【請求項４】
軸方向の一部に該軸方向と略直交する方向へ張り出して設けられる中空のフランジと、該フランジの一方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第１のボスと、前記フランジの他方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第２のボスとを前記軸方向へ一体に備える金属製の冷間回転鍛造品または冷間揺動鍛造品であるハブであって、
前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスの内側へ向けて傾斜する該第１のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記断面において、前記第２のボスの内側へ向けて傾斜する該第２のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記フランジの直径は、前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁の直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上である、ハブ。
臨界角度[deg.]=200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π・・・（１）
（１）式において、
Ｈ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの高さ［ｍｍ］
Ｒ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁〜製品中心の距離［ｍｍ］
である。
【請求項５】
前記フランジと前記第１のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続するとともに、前記フランジと前記第２のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続する、請求項４に記載のハブ。
【請求項６】
金属製の素材に前方押出しによる冷間鍛造を行うことにより前記第２ボスを有する第１の中間成形品を成形する事前加工と、
前記第１の中間成形品に冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造を行って、前記フランジと、前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスに成形される部分の内側へ向けて傾斜する該部分の外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度が下記（１）式により表される臨界角度未満である、前記第１のボスに成形される部分とを備える第２の中間成形品を成形する第１の加工と、
パンチ金型により前方押出しによる冷間鍛造を行って、前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分を押圧することによって、前記第１のボスに成形される部分を外側に曲げ倒す口拡げ加工を行う第２の加工を含む、請求項４または５に記載のハブの製造方法。
【請求項７】
前記第２の加工により、前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分の外壁の前記傾斜角度を６５°以上とする、請求項６に記載のハブの製造方法。
【請求項８】
前記第２の加工において、前記金型により前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分押圧する前に、前記第１のボスに成形される部分の外壁の外側に、前記ハブの前記第１のボスの外面形状に一致する内面形状を有する金型を配置する、請求項６または７に記載のハブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハブおよびその製造方法に関し、具体的には、自動車や建設機械等の回転部品に用いられるハブおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハブは、一般的に、円形または放射状の回転部品における回転軸付近に設けられる中空筒状の部品であり、その内部に、軸受とともに回転軸が貫通して配置される。ハブは、略略軸対称の形状を有し、軸方向の一部に軸径方向へ張り出したフランジと、フランジの双方または一方の表面から軸方向へ突き出たボスとを備える。ハブとしては、例えば、回転する自動車ホイールを支持するホイールハブや、自動車の常時噛み合いマニュアルトランスミッションに組み込まれるクラッチハブ等が知られる。
【０００３】
これまで、ホイールハブやクラッチハブといった比較的大型（フランジ径７０〜１８０ｍｍ）のハブは、熱間鍛造により製造されてきた。すなわち、Ｃ含有量が０．５質量％程度の素材である丸鋼を所定寸法に切断し、１２００℃程度の加工温度に加熱し、熱間鍛造により、フランジおよびボスを有する所定の形状に成形し、切削加工やショットブラスト処理等の後処理を行って表面のスケールを除去するとともに形状精度を高めた後に、高周波焼入れして硬化させることにより、製造されてきた。
【０００４】
しかし、熱間鍛造によりハブを製造すると、成形後にスケール除去や形状精度仕上げ等のための後処理を行う必要があるため、製造コストの上昇は否めないばかりか、フランジおよびボスの会合部の表面における鍛流線の一部が後処理により不可避的に切断されるため、この会合部の疲労強度の低下が避けられない。
【０００５】
一方、大型のハブを、材料歩留まりや形状精度に優れる冷間鍛造により製造しようとすると、フランジを張り出す成形において極めて高い加工荷重が必要になる。このため、大規模で高価な鍛造加工設備を用いらざるを得ないために設備費が著しく嵩み、現実には実施できない。したがって、通常の冷間鍛造により大型のハブを製造することは難しい。
【０００６】
一方、通常の冷間鍛造に替えて、冷間回転鍛造により製品の一部を逐次加工することにより加工荷重を低減する発明がこれまでにも知られている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、展延性を有する金属からなり、軸の片端部にフランジを有するホイールハブを、フランジと接触する金型と被加工材との摩擦係数μを０．１０以上として、回転鍛造により逐次冷間加工することにより、押し込み量を小さくして加工荷重を抑制し、これにより、金型の長寿命化および回転鍛造機の小型化を実現しながら、局所変形の発生を抑制して従来よりも拡径比（回転鍛造後の拡径部分の直径／回転鍛造前の素材直径）を安定的に増大させる発明が開示されている。
【０００８】
特許文献２には、上下の回転金型の位相ずれを抑制する回転鍛造加工装置が開示されている。
【０００９】
さらに、非特許文献１には、回転鍛造の短所として、回転鍛造による材料の変形様式は主として素材の軸方向の圧縮変形であるために、製造可能な製品形状が限定されることが指摘されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１６−１５９３３７号公報
【特許文献２】特開平２−３０３５０号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】日本塑性加工学会編，塑性加工技術シリーズ「回転加工−転造とスピニング−」Ｐ．１００，コロナ社発行，１９９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１により開示された発明によれば、確かに、通常の冷間鍛造よりも押し込み量を小さくすることにより加工荷重を小さくすることは可能であるものの、加工荷重の低減の程度は、大型のハブを冷間鍛造するには十分ではなく、加工荷重のいっそうの抑制が望まれる。
【００１３】
特許文献２には、冷間回転鍛造における加工荷重を低減する手法は開示されていない。
【００１４】
さらに、非特許文献１には、製品形状が限定されることは開示されるものの、具体的な形状の制約やそれらの解決手段は何も開示されていない。
【００１５】
冷間回転鍛造や冷間揺動鍛造により上述の大型のハブを実際に成形することは、これまで行われていない。この理由は、ハブのボスを冷間回転鍛造や冷間揺動鍛造によって成形すると、成形性が不足して素材が割れたり、要求される形状精度を得られないため、現実には困難であると考えられてきたためである。
【００１６】
本発明は、従来の技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、ホイールハブやクラッチハブといった大型のハブを、低加工荷重化を実現しながら、フランジとボスとの会合部の表面における鍛流線の切断による疲労強度の低下を生じることなく、冷間鍛造により製造する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、以下に列記の通りである。
【００１８】
（１）軸方向の一部に該軸方向と略直交する方向へ張り出して設けられる中空のフランジと、該フランジの一方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第１のボスと、前記フランジの他方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第２のボスとを前記軸方向へ一体に備える金属製の冷間回転鍛造品または冷間揺動鍛造品であるハブであって、
前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスの内側へ向けて傾斜する該第１のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記断面において、前記第２のボスの内側へ向けて傾斜する該第２のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、前記臨界角度未満であり、
前記フランジの直径は、前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁の直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上、好ましくは７０〜１８０ｍｍである、ハブ。
【００１９】
臨界角度[deg.]=200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π・・・（１）
（１）式において、
Ｈ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの高さ［ｍｍ］
Ｒ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁〜製品中心の距離［ｍｍ］
である。
【００２０】
（２）前記フランジと前記第１のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続するとともに、前記フランジと前記第２のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続する、１項に記載のハブ。
【００２１】
（３）金属製の素材に前方押出しによる冷間鍛造を行うことにより前記第１ボスを成形した後に、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造を行うことにより前記フランジおよび前記第２のボスを成形する、１または２項に記載のハブの製造方法。
【００２２】
（４）軸方向の一部に該軸方向と略直交する方向へ張り出して設けられる中空のフランジと、該フランジの一方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第１のボスと、前記フランジの他方の表面から前記軸方向へ向けて突出する外壁を有する中空の円柱体である第２のボスとを前記軸方向へ一体に備える金属製の冷間回転鍛造品または冷間揺動鍛造品であるハブであって、
前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスの内側へ向けて傾斜する該第１のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記断面において、前記第２のボスの内側へ向けて傾斜する該第２のボスの前記外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度は、下記（１）式により表される臨界角度以上であり、
前記フランジの直径は、前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁の直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上、好ましくは７０〜１８０ｍｍである、ハブ。
【００２３】
臨界角度[deg.]=200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π・・・（１）
（１）式において、
Ｈ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの高さ［ｍｍ］
Ｒ：前記第１のボスおよび前記第２のボスのうちで直径が大きいボスの外壁〜製品中心の距離［ｍｍ］
である。
【００２４】
（５）前記フランジと前記第１のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続するとともに、前記フランジと前記第２のボスとの会合部の表面における鍛流線が連続する、４項に記載のハブ。
【００２５】
（６）金属製の素材に前方押出しによる冷間鍛造を行うことにより前記第２ボスを有する第１の中間成形品を成形する事前加工と、
前記第１の中間成形品に冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造を行って、前記フランジと、前記軸方向を含む断面において、前記第１のボスに成形される部分の内側へ向けて傾斜する該部分の外壁と前記軸方向とがなす劣角である傾斜角度が下記（１）式により表される臨界角度未満である、前記第１のボスに成形される部分とを備える第２の中間成形品を成形する第１の加工と、
パンチ金型により前方押出しによる冷間鍛造を行って、前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分を押圧することによって、前記第１のボスに成形される部分を外側に曲げ倒す口拡げ加工を行う第２の加工を含む、４または５項に記載のハブの製造方法。
【００２６】
（７）前記第２の加工により、前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分の外壁の前記傾斜角度を６５°以上とする、６項に記載のハブの製造方法。
【００２７】
すなわち、第１のボスに成形される部分の外壁の前記傾斜角度と、ハブの第１のボスの外壁の前記傾斜角度との差を２５°以下とする。
【００２８】
（８）前記第２の加工において、前記金型により前記第２の中間成形品の前記第１のボスに成形される部分押圧する前に、前記第１のボスに成形される部分の外壁の外側に、前記ハブの前記第１のボスの外面形状に一致する内面形状を有する金型を配置する、６または７項に記載のハブの製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明により、ホイールハブやクラッチハブといった直径が７０ｍｍ以上の大型のハブを、逐次成形（冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造）を活用することにより、低加工荷重化を実現しながら、冷間鍛造により製造することができる。
【００３０】
このため、本発明によれば、成形後の後処理が不要であるために大型のハブのフランジおよびボスの会合部の表面における鍛流線の切断による疲労強度の低下を防ぎながら、大型のハブを良好な形状精度で高い材料歩留まりにより成形できるとともに、設備投資額を抑制でき低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の事前加工で用いる鍛造を模式的に示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の加工で用いる回転鍛造を模式的に示す説明図であり、図１（ｃ）は、本発明の第２の加工で用いる鍛造を模式的に示す説明図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の加工で用いる揺動鍛造を模式的かつ経時的に示す説明図である。
【図３】図３は、回転鍛造時の素材の変形状況を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明に係るハブを示す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部を拡大して示す説明図であり、図４（ｃ）は、熱間鍛造により製造された従来のハブにおける前記Ａ部に相当する部位を拡大して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
添付図面を参照しながら本発明を説明する。
【００３３】
本発明では、上述した大型のハブの冷間鍛造に、部分的に逐次に加工を行う逐次加工、具体的には回転鍛造または揺動鍛造を適用することにより、加工荷重を低減しながら、材料歩留まりや形状精度に優れる冷間鍛造化を実現する。以下、本発明に係るハブおよびその製造方法を順次説明する。
１．本発明に係るハブ７
図１（ａ）は、本発明の事前加工で用いる鍛造を模式的に示す説明図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の加工で用いる回転鍛造を模式的に示す説明図であり、図１（ｃ）は、本発明の第２の加工で用いる鍛造を模式的に示す説明図である。
【００３４】
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、本発明の第１の加工で用いる揺動鍛造を模式的かつ経時的に示す説明図である。図３は、回転鍛造時の素材の変形状況を示す説明図である。
【００３５】
さらに、図４（ａ）は、本発明に係るハブ７を示す断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ部を拡大して示す説明図であり、図４（ｃ）は、熱間鍛造により製造された従来のハブ７における前記Ａ部に相当する部位を拡大して示す説明図である。
【００３６】
図１（ｃ）および図４（ａ）に示すように、ハブ７は、フランジ１２と、第１のボス８と、第２のボス１３とを軸方向（図１（ｃ）における一点鎖線が延びる方向）へ一体に備える。ハブ７は、金属製（例えば鋼製やアルミニウム合金製）の冷間回転鍛造品または冷間揺動鍛造品である。
【００３７】
中空のフランジ１２は、軸方向の一部に軸方向と直交する方向へ張り出して設けられる。第１のボス８は、フランジ１２の一方の表面１２ａから軸方向へ向けて突出する内壁８ａおよび外壁８ｂを有する。第１のボス８は、中空かつ円柱状に設けられる。
【００３８】
さらに、第２のボス１３は、フランジ１２の他方の表面１２ｂから軸方向へ向けて突出する内壁１３ａおよび外壁１３ｂを有する。第２のボス１３は、中空かつ円柱状に設けられる。
【００３９】
本発明は、形状が異なる二種類のハブ７を提供するので、これらを順次説明する。
【００４０】
（１−１）第１のハブ７
図１（ｂ）に示すように、軸方向を含む断面において、第１のボス８の内側へ向けて傾斜する第１のボス８の外壁８ｂと軸方向とがなす劣角である傾斜角度θ１は、下記（１）式により表される臨界角度以上である。
【００４１】
また、前記断面において、第２のボス１３の内側へ向けて傾斜する第２のボス１３の外壁１３ｂと軸方向とがなす劣角である傾斜角度θ２は、臨界角度未満である。
【００４２】
さらに、フランジ１２の直径は、第１のボス８および第２のボス１３のうちで直径が大きいボス（図１，４に示すハブ７では第１のボス８）の外壁８ｂの直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上、好ましくは７０〜１８０ｍｍである。
【００４３】
臨界角度[deg.]=200×arctan[H/{R×(1-cos(arcsin(H/R)))}]/π・・・（１）
（１）式において、Ｈは、第１のボス８および第２のボス１３のうちで直径が大きいボスの高さ［ｍｍ］であり、Ｒは、第１のボス８および第２のボス１３のうちで直径が大きいボスの外壁〜製品中心の距離［ｍｍ］である。
【００４４】
（１−２）第２のハブ７
軸方向を含む断面において、第１のボス８，１３の内側へ向けて傾斜する第１のボス８，１３の外壁８ｂ，１３ｂと軸方向とがなす劣角である傾斜角度θ１，θ２は、いずれも、上記臨界角度以上である。
【００４５】
また、フランジ１２の直径は、第１のボス８および第２のボス１３のうちで直径が大きいボスの外壁８ｂの直径の１．５倍以上であり、かつ７０ｍｍ以上、好ましくは７０〜１８０ｍｍである。
【００４６】
さらに、第１，２のハブ７は、いずれも、後述するように、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造により製造されるため、成形後にスケール除去や形状精度仕上げ等のための後処理（切削加工やショットブラスト処理等）を行う必要がない。
【００４７】
このため、第１，２のハブ７は、いずれも、フランジ１２と第１のボス８との会合部１４の表面における鍛流線１６が連続するとともに、フランジ１２と第２のボス１３との会合部１５の表面における鍛流線（図示しない）が連続する。したがって、第１，２のハブ７では、いずれも、会合部１４，１５の表面における鍛流線１６の切断による疲労強度の低下が防がれる。
【００４８】
これに対し、熱間鍛造により製造された従来のハブでは、図４（ｃ）に示すように、会合部１４，１５の表面における鍛流線１７が成形後の後処理により切断されており、疲労強度の低下は免れない。
２．本発明に係る製造方法
図１（ａ）に示すように、本発明の事前加工では、上型１および下型２を用いて円柱素材３に前方押出しによる冷間鍛造を行うことにより第２ボス１３を有する第１の中間成形品４を成形する。
【００４９】
図１（ｂ）に示すように、本発明の第１の加工（回転鍛造）は、上型５および下型６がともに回転しながら、第１の中間成形品４を加工して第２の中間成形品１８を成形する回転鍛造プロセスである。
【００５０】
下型６は、回転のみの動作を行い、下型６に支持される第１の中間成形品４は、下型６とともに回転する。上型５は、鉛直線に対して所定角度θ３傾斜して回転しながら、下型６へ向けて下降する動作を行う。
【００５１】
第１の加工により、第１の中間成形品４は、図３に示すように変形され、割れ不具合を生じることなく、第２の中間成形品１８が製造される。
【００５２】
図１（ｃ）に示すように、本発明の第２の加工では、第２の中間成形品１８を下型２に設置した後、最終の製品形状に合致する形状の外壁１９ａを有する金型（上型）１９を、第２の中間成形品１８における、第１のボス８に成形される部分１８ａの外壁の外側に、第２の中間成形品１８のフランジ１８ｂを押さえるように配置する。
【００５３】
その後、円錐台形状を有するパンチ金型２０を下降させることにより、第２の中間成形品１８における、第１のボス８に成形される部分１８ａの内壁を外側に口拡げる口拡げ加工を行う。このようにしてハブ７が製造される。
【００５４】
以上の説明は、冷間回転鍛造により大型のハブ７を成形する場合を例にとったが、冷間回転鍛造ではなく、図２に示す冷間揺動鍛造であっても事情は同じである。すなわち、冷間回転鍛造では、図１（ｂ）に示したように上型５は傾斜回転するとともに第１の中間成形品４は下型６とともに水平回転することによって、第１の中間成形品４に逐次加工を行う。
【００５５】
一方、冷間揺動鍛造では、図２に示すように、上型２１は回転軸を旋回させる揺動運動をしながら下降する。第１の中間成形品４は下型６とともに動かない。このようにして、第１の中間成形品４に逐次加工を行う。このため、回転鍛造および揺動鍛造ともに、素材が上型５，２１および下型２から負荷される加工荷重は同じである。
【００５６】
大型のハブ７を冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造により製造することにより、加工荷重は、通常の冷間鍛造の１／３〜１／１０程度にまで大幅に低減される。
【００５７】
しかし、本発明が製造対象とする大型のハブ７を、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造によって製造する場合、ハブ７の第１のボス８の形状によっては、加工の途中で、素材における第１のボス８に成形される部分４ａの破断または顕著な形状精度不良を生じ、製造できない場合がある。
【００５８】
冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造による加工領域１０（上型５が第１の中間成形品４に接触して押圧する領域）とは反対側の非加工領域１１（上型５が第１の中間成形品４から離れる領域）において、上型５により、第１の中間成形品４における第１のボス８に成形される部分４ａの外壁を内側へ向けて曲げ倒す方向へ力が発生する。非加工領域１１での上型５および第１の中間成形品４の接触の程度が激しい場合には、第１の中間成形品４の破断または顕著な形状精度不良が発生する。
【００５９】
上述の第１の中間成形品４の破断または顕著な形状精度不良の原因になる、製品であるハブ７の第１のボス８の外壁８ｂの形状の要件は、上記（１）式により示される。すなわち、（１）式により規定される臨界角度よりも、第１のボス８の外壁８ｂの形状が緩やかな形状、すなわち第１のボス８の外壁８ｂの傾斜角度θ１が臨界角度よりも小さい場合には、冷間回転鍛造である第１の加工による形状精度不良を回避できる。
【００６０】
次に、（１）式の範囲外の形状、すなわち外壁８ｂの形状が急峻な第１のボス８は、回転鍛造によって加工できない。そこで、本発明では、素材４に前方押出しによる冷間鍛造を行う事前加工によって、第２ボスの１３を有する第１の中間成形品４を成形する。
【００６１】
次に、回転鍛造である第１の加工によって加工可能な形状を有する第２の中間成形品１８を成形する。
【００６２】
最後に、第２の中間成形品１８に、回転鍛造を必要としない、換言すると低加工荷重で済む曲げ加工である第２の加工を行うことによって、第２の中間成形品１８を、第１のボス８の外壁８ｂが急峻な形状であるハブ７を成形する。
【００６３】
略述すると、（１）式で表わされる外壁の形状を満足する形状を、冷間回転鍛造によって加工した（第１の加工）後に、第２の加工として口拡げ加工によって、第２の中間成形品１８における、第１のボス８の根本部８ｃを曲げ加工することによって、急峻な外壁８ｂを有する第１のボス８の仕上げ加工を行う。
【００６４】
ハブ７のフランジ１２の加工は、加工部位が広く、それに応じて大きな加工荷重が必要になる。これに対し、ハブ７の第１のボス８の根元部８ｃに対する第２の加工（通常の前方押出しによる冷間鍛造）は、主に根元部８ｃに対する曲げ加工（口拡げ加工）となる。このため、回転鍛造に頼らずとも加工荷重を小さく抑えることができる。
【００６５】
さらに、ハブ７の第１のボス８の外壁８ｂの形状が（１）式で表わされる外壁の形状を満足する場合であっても、過度に緩やかな形状である場合、具体的には、ハブ７の第１のボス８の外壁８ｂの傾斜角度と、第２の中間成形品１８における、第１のボス８に成形される部分１８ａの外壁の傾斜角度との差が２５°よりも大きい場合には、第２の加工により、第１のボス８の外壁の形状を精度良く加工できないか、あるいは加工荷重が過大となり、加工できない。
【００６６】
このため、本発明が対象とするハブ７は、（１）式で表わされる外壁８ｂの形状を満足する場合には、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造によって加工し、（１）式で表わされる外壁８ｂの形状を満足しない場合には、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造（第１の加工）によって、（１）式で表わされる外壁の形状を満足し、かつ、ハブ７の第１のボス８の外壁８ｂの傾斜角度と、第２の中間成形品１８における、第１のボス８に成形される部分１８ａの外壁の角度との差が２５°以内となる形状に加工した後、第２の加工によって、（１）式の範囲外の急峻な外壁８ｂを備える形状に加工することにより、所望の形状を有するハブ７を成形できる。
【実施例】
【００６７】
素材として、機械構造用炭素鋼Ｓ５５Ｃ（Ｃ：０．５２〜０．５８質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５質量％、Ｍｎ：０．６０〜０．９０質量％、Ｐ：０．０３０質量％以下、Ｓ：０．０３５質量％以下）の球状化焼鈍材を用いた。
【００６８】
図１（ａ）に示すように、この素材３に前方押出しによる冷間鍛造を行う事前加工によって、第２ボスの１３を有する第１の中間成形品４を成形した。
【００６９】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の加工では、上型５および下型６を回転させながら、第１の中間成形品４を加工して第２の中間成形品１８に成形する冷間回転鍛造プロセスとした。上型５の下降速度は０．４ｍｍ／ｓｅｃに設定し、上型５および下型６の回転速度は約５０ｒｐｍに設定し、上型１の傾斜角度θ３は４°に設定した。
【００７０】
図１（ｃ）に示すように、第２の加工では、第２の中間成形品１８を下型６に設置した後、金型（上型）１９を、第２の中間成形品１８における、第１のボス８に成形される部分１８ａの外壁の外側に、フランジ１２に成形される部分を押さえるように配置した。
【００７１】
そして、パンチ金型２０を下降させることにより、第２の中間成形品１８に対して口拡げ加工を行って、第１のボス８の直径：３５または４０ｍｍ，第２のボス１３の直径：３０または４０ｍｍ，フランジ１２の直径が８０ｍｍのハブ７を製造した。
【００７２】
表１に、第１の加工および第２の加工における金型および部品形状を、実験結果とともに、まとめて示す。表１は、鋼材割れ，形状精度不具合の実験結果を示す。なお、表１における第１の加工の結果は実験により、第２の加工の結果はＦＥＭ解析による。
【００７３】
【表１】
2018114534.tif 000003
【００７４】
表１における、第１の加工の結果の「×」は、成形途中で第１のボス８に成形される部分が割れたことを示す。また、第２の加工の結果の「×」は、外壁形状を急峻な角度に立ち上げた上で金型に沿った狙いの形状に精度良く加工するためには、過大な加工荷重が必要となるため、鍛造加工設備が高価になることを示す。
【００７５】
表１に示す結果より、本発明によれば、ホイールハブやクラッチハブといったフランジ１２の直径が７０ｍｍ以上の大型のハブ７を、冷間回転鍛造または冷間揺動鍛造により、低加工荷重化を実現しながら、フランジ１２と第１，２のボス８，１３との会合部１４，１５の表面における鍛流線１６の切断による疲労強度の低下を生じることなく、良好な形状精度で高い材料歩留まりにより成形できるとともに、設備投資額を抑制でき低コスト化を図ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００７６】
１  上型
２  下型
３  円柱素材
４  第１の中間成形品
４ａ  第１のボスに成形される部分
５  上型
６  下型
７  ハブ
８  第１のボス
８ａ  内壁
８ｂ  外壁
８ｃ  根元部
１０  加工領域
１１  非加工領域
１２  フランジ
１２ａ，１２ｂ  表面
１３  第２のボス
１３ａ  内壁
１３ｂ  外壁
１４，１５  会合部
１６，１７  鍛流線
１８  第２の中間成形品
１８ａ  ハブの第１のボスに成形される部分
１８ｂ  フランジ
１９  金型（上型）
１９ａ  外壁
２０  パンチ金型
２１  上型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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