(57)【要約】【課題】素材の成形限界を高めることができる鍛造方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様は、中心軸を中心に回転する円筒形状の素材１８の端面２８に対し円筒形状のローラ１２を押し当てることにより素材１８を当該素材１８の径方向に拡げる鍛造方法において、素材１８が拡がり始めた時から、または、素材１８が拡がり始める前から素材１８に対し素材１８が拡がる方向と反対方向に荷重を付与しながら素材１８を径方向に拡げること、を特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を中心に回転する円筒形状の素材の端面に対し円筒形状のローラを押し当てることにより前記素材を当該素材の径方向に拡げる鍛造方法において、
前記素材が拡がり始めた時から、または、前記素材が拡がり始める前から前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与しながら前記素材を前記径方向に拡げること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する鍛造方法において、
前記素材をリング状部材の内径側に挿入しておくことにより、前記リング状部材から前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与すること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項３】
請求項２に記載する鍛造方法において、
前記リング状部材は弾性部材であること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項４】
請求項２または３に記載する鍛造方法において、
前記リング状部材の内径と外径との間の幅の大きさを調整することにより前記荷重の大きさを調整すること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項５】
請求項２または３に記載する鍛造方法において、
前記リング状部材のヤング率の大きさを調整することにより前記荷重の大きさを調整すること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項６】
請求項１に記載する鍛造方法において、
前記ローラの中心軸方向の一方の端部に荷重を付与する荷重付与手段を有し、
前記ローラは、前記端部にて径方向に突出した突起部を備え、
前記素材の側面に前記突起部を押し当てた状態で前記荷重付与手段により前記ローラの前記端部に荷重を付与することにより、前記ローラの前記突起部を介して前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与すること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項７】
請求項６に記載する鍛造方法において、
前記荷重付与手段は、バネであること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項８】
請求項６に記載する鍛造方法において、
前記荷重付与手段は、油圧付与手段であること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項９】
請求項８に記載する鍛造方法において、
前記油圧付与手段により付与される油圧を一定に制御すること、
を特徴とする鍛造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載する鍛造方法において、
前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与することにより前記素材に発生する圧縮応力を、前記素材の端面に対し前記ローラを押し当てることにより前記素材に発生する前記素材が拡がる方向の応力よりも小さくすること、
を特徴とする鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラを素材に押し当てて素材を径方向に拡げる成形を行う鍛造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転する円筒形状の金属製の素材の端面に素材と連れ回りする円筒形状のローラを押し当てて圧力を加えることにより、素材を径方向に拡げる成形を行う鍛造方法が行われている。しかし、素材が径方向に拡がるときに素材の外周部に引張応力が発生するが、この引張応力が大きいと割れが発生してしまうおそれがある。
【０００３】
この問題に対処するために、従来技術においては、素材に中間焼鈍を施したり、素材の成形時に素材の外周部がバックアップローラに接触するのを待って、素材の外周部にバックアップローラを押し当てて圧縮応力を付与したりしていた。
しかし、素材に中間焼鈍を施す工程が増えるため、コストの増大や生産性の低下が生じてしまう。また、素材の成形時に素材の外周部にバックアップローラを当てて圧縮応力を付与するためには、成形用のローラを上下方向に移動させる機構とバックアップローラを左右に移動させる機構とが必要になる。そのため、機構が複雑となり設備費の増加に伴ってコストが増大してしまう。
【０００４】
ここで、特許文献１には、素材の外径を大きくする成形において、ローラにストッパ部を設けて、素材の外径が設計値以上に広がらないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１８４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、素材の外径が設計値に達するまでは素材はローラのストッパ部に接触しないので、素材の材質によっては成形時において素材の外周部に生じる引張応力が大きくなって素材の材料強度が負けて、割れが発生するおそれがある。そのため、素材の外径の大きく成形することができず、素材の成形限界が低くなってしまう。
また、ローラの位置は固定されているため、成形時において素材がローラのストッパ部に接触した時に成形荷重が大きくなるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、素材の成形限界を高めることができる鍛造方法を提供すること、を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、中心軸を中心に回転する円筒形状の素材の端面に対し円筒形状のローラを押し当てることにより前記素材を当該素材の径方向に拡げる鍛造方法において、前記素材が拡がり始めた時から、または、前記素材が拡がり始める前から前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与しながら前記素材を前記径方向に拡げること、を特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、素材に常に圧縮応力を付与しながら素材を径方向に拡げることになるので、素材に発生しうる周方向のひずみを低減して、割れの発生を抑制できる。そのため、素材の成形限界を高めることができる。
【００１０】
上記の態様においては、前記素材をリング状部材の内径側に挿入しておくことにより、前記リング状部材から前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与すること、が好ましい。
【００１１】
かかる態様によれば、素材をリング状部材の内径側に挿入するだけでよいので、簡易な構造にて素材に圧縮応力を付与でき、素材に発生しうる周方向のひずみを低減して、割れの発生を抑制できる。
【００１２】
上記の態様においては、前記リング状部材は弾性部材であること、が好ましい。
【００１３】
かかる態様によれば、リング状部材を繰り返し使用することができ、コストの低減を図ることができる。
【００１４】
上記の態様においては、前記リング状部材の内径と外径との間の幅の大きさを調整することにより前記荷重の大きさを調整すること、が好ましい。
【００１５】
かかる態様によれば、素材に付与する圧縮応力の大きさを調整することができ、素材の材質や硬度などの特性に応じて成形することができる。
【００１６】
上記の態様においては、前記リング状部材のヤング率の大きさを調整することにより前記荷重の大きさを調整すること、が好ましい。
【００１７】
かかる態様によれば、素材に付与する圧縮応力の大きさを調整することができ、素材の材質や硬度などの特性に応じて成形することができる。
【００１８】
上記の態様においては、前記ローラの中心軸方向の一方の端部に荷重を付与する荷重付与手段を有し、前記ローラは、前記端部にて径方向に突出した突起部を備え、前記素材の側面に前記突起部を押し当てた状態で前記荷重付与手段により前記ローラの前記端部に荷重を付与することにより、前記ローラの前記突起部を介して前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与すること、が好ましい。
【００１９】
かかる態様によれば、素材の成形用のローラから素材に対して圧縮応力を付与することができるので、従来技術におけるバックアップローラを用いるときのように機構が複雑とならず、コストを低減できる。
【００２０】
上記の態様においては、前記荷重付与手段は、バネであること、が好ましい。
【００２１】
かかる態様によれば、簡易な構造とすることができるので、コストをさらに低減できる。
【００２２】
上記の態様においては、前記荷重付与手段は、油圧付与手段であること、が好ましい。
【００２３】
かかる態様によれば、素材に付与する圧縮応力の大きさをより正確に制御することができる。
【００２４】
上記の態様においては、前記油圧付与手段により付与される油圧を一定に制御すること、が好ましい。
【００２５】
かかる態様によれば、素材に付与する圧縮応力の大きさを一定にできるので、素材に発生しうる周方向のひずみをより確実に低減して、より確実に割れの発生を抑制できる。
【００２６】
上記の態様においては、前記素材に対し前記素材が拡がる方向と反対方向に荷重を付与することにより前記素材に発生する圧縮応力を、前記素材の端面に対し前記ローラを押し当てることにより前記素材に発生する前記素材が拡がる方向の応力よりも小さくすること、が好ましい。
【００２７】
かかる態様によれば、素材に対して圧縮応力を付与しながら、より確実に素材を径方向に拡げることができる。そのため、より確実に素材に発生しうる周方向のひずみを低減して、割れの発生を抑制できる。したがって、より確実に素材の成形限界を高めることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る鍛造方法によれば、素材の成形限界を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１の鍛造方法に使用する装置の構成概要図である。
【図２】素材の端部を径方向に拡げている時の様子を示す図である。
【図３】素材の成形時のすえ込み率と相当ひずみとの関係を示す図である。
【図４】すえ込み率に関する説明図である。
【図５】リング状部材に関する説明図である。
【図６】実施例１においてすえ込み率と相当ひずみとの評価結果を示す図である。
【図７】実施例１においてすえ込み率と相当ひずみとの評価結果を示す図である。
【図８】実施例２の鍛造方法に使用する装置の構成概要図である。
【図９】素材の端部を径方向に拡げている時の様子を示す図である。
【図１０】実施例２においてすえ込み率と相当ひずみとの評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明を具体化した形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
〔実施例１〕
＜装置構成＞
図１は、実施例１の鍛造方法で使用する装置の構成概要図である。図１に示すように、実施例１の鍛造方法で使用する装置では、回転台１０、ローラ１２、リング状部材１４、支持台１６などを有する。
【００３１】
本実施例では、回転台１０に円筒形状の素材１８を載せて回転台１０を回転させている。なお、素材１８の材質は、例えば炭素鋼である。ローラ１２は、円筒形状に形成された成形用のローラである。ローラ１２の材質として、例えばダイス鋼のＳＫＤ１１などを使用する。そして、ローラ１２の中心軸部分に、シャフト２０が取り付けられている。そして、シャフト２０は不図示の昇降手段に回転可能な状態で取り付けられており、昇降手段を駆動することによりローラ１２を素材１８に向かって移動させることや素材１８から退避させることができる。
【００３２】
リング状部材１４は、素材１８の端部２２に圧縮応力を付与する手段である。本実施例では、リング状部材１４の内径側に素材１８を挿入し、リング状部材１４を支持台１６の上に載せている。リング状部材１４の内周面２６と成形前の素材１８の側面２４とのクリアランス（隙間）は、リング状部材１４の内径側に成形前の素材１８を挿入することができ、リング状部材１４の内径側に成形前の素材１８を挿入したときにリング状部材１４の内周面２６と素材１８の側面２４とが接触する程度に確保されている。なお、リング状部材１４の材質は、ゴムや樹脂などである。また、素材１８を回転させると、リング状部材１４はともに回転する。
【００３３】
＜作用＞
このような装置構成のもと、実施例１の鍛造方法は以下のように行われる。まず、前記の図１に示すように、回転台１０に載せた素材１８をリング状部材１４の内径側に挿入して、リング状部材１４を支持台１６の端面１６ａに載せる。そして、回転台１０を回転して、素材１８について中心軸を中心に回転させる。
【００３４】
次に、図２に示すように、シャフト２０に接続する不図示の昇降手段によりローラ１２を素材１８に向かって移動させて、ローラ１２を素材１８の端面２８およびリング状部材１４の端面１４ａに押し当てる。そして、ローラ１２を素材１８に向かってさらに移動させていくと、ローラ１２から素材１８の端面２８に圧力が付与され、素材１８の端部２２が径方向に拡がっていく。
【００３５】
このとき、本実施例では素材１８の端部２２における外周側にリング状部材１４を設けており、素材１８の側面２４がリング状部材１４の内周面２６に接触している。そのため、素材１８の端部２２が径方向に拡がり始めると同時に、素材１８の端部２２が拡がる方向と反対方向に素材１８の側面２４に圧縮荷重が付与されて、素材１８の端部２２に圧縮応力が付与される。その後、素材１８の端部２２に常に圧縮応力が付与されながら、素材１８の端部２２が径方向に拡がっていく。これにより、素材１８の端部２２が径方向に拡がった外周部分である拡径部２２ａにおいて、周方向のひずみが低減し、割れの発生が抑制される。したがって、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００３６】
また、素材１８をリング状部材１４の内径側に挿入するだけでよいので、簡易な構造にて素材１８に圧縮応力を付与できる。
【００３７】
なお、リング状部材１４から素材１８の端部２２に付与される圧縮応力が、素材１８の端部２２が径方向に拡がるように素材１８の端部２２に付与される応力よりも小さくなるように、リング状部材１４の材質や厚みを調整する。これにより、リング状部材１４により圧縮応力を付与しながら、確実に素材１８の端部２２を径方向に拡げる成形を行うことができる。
【００３８】
このように本実施例では、従来技術のように中間焼鈍を施さなくても素材１８の端部２２において割れの発生を抑制できるので、コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。また、従来技術のようにバックアップローラを設けて素材１８の端部２２に対して接近および退避させる必要がなく、不図示の昇降手段によりローラ１２を素材１８の端面２８に対して接近および退避させるだけでよい。そのため、本実施例によれば、簡易な構造となりコストの低減を図ることができる。
【００３９】
また、前記の特許文献１の技術では、素材がローラのストッパ部に当たるまで圧縮応力は付与されない。しかし、本実施例では素材１８の成形開始時から常に圧縮応力を付与するので、成形中の素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみを常に低くすることができる。そのため、成形中に素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおいて割れが発生することを抑制することができる。したがって、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００４０】
図３では、すえ込み率Ｓと相当ひずみεとの関係を示す図である。ここで、図４に示すように、素材１８の成形前における保持部１６の端面１６ａとローラ１２との間の距離をｈ０、素材１８の成形後における保持部１６の端面１６ａとローラ１２との間の距離をｈ１とする。このとき、すえ込み率Ｓは、Ｓ＝｛（ｈ０−ｈ１）／ｈ０｝×１００の式で表現される。また、ここでいう相当ひずみεとは、素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみを表すものであり、多軸応力状態で発生するひずみの量について単軸応力状態での相当量として表したものである。
【００４１】
図３に示すように、前記の従来技術のように素材１８の端部２２に圧縮応力を付与しない場合には、すえ込み率Ｓの増加による相当ひずみεの増加量が大きく、相当ひずみεが非常に大きくなってしまう。また、前記の特許文献１の技術のように素材１８の端部２２が径方向に所定量拡がるまでは圧縮応力を付与しないとすると、素材１８の端部２２が径方向に所定量拡がるまでの相当ひずみεの増加量が大きく、相当ひずみεが大きくなってしまう。
【００４２】
一方、本実施例では、成形開始時からすえ込み率Ｓの増加に対する相当ひずみεの増加量が小さく、相当ひずみεが小さい。そのため、素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみが小さく、割れの発生を抑制することができる。したがって、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００４３】
なお、図５に示すリング状部材１４の内径と外径との間の幅である肉厚δ（以下、「リング状部材１４の肉厚δ」という）を調整することにより、素材１８に付与する圧縮応力の大きさを調整することができる。具体的には、リング状部材１４の肉厚δを大きくすることにより素材１８に付与できる圧縮応力を大きくすることができ、リング状部材１４の肉厚δを小さくすることにより素材１８に付与できる圧縮応力を小さくすることができる。
これにより、素材１８に付与する圧縮応力の大きさを調整することができ、素材１８の材質や硬度などの特性に応じて成形することができる。
【００４４】
また、リング状部材１４のヤング率を調整することにより、素材１８に付与する圧縮応力の大きさを調整することができる。具体的には、リング状部材１４のヤング率を大きくすることにより素材１８に付与できる圧縮応力を大きくすることができ、リング状部材１４のヤング率を小さくすることにより素材１８に付与できる圧縮応力を小さくすることができる。これにより、素材１８に付与する圧縮応力の大きさを調整することができ、素材１８の材質や硬度などの特性に応じて成形することができる。
【００４５】
リング状部材１４のヤング率は、リング状部材１４の材質により調整することが考えられる。例えば、ヤング率を１０００ＭＰａとするときには、リング状部材１４の材質としてポリエチレンなどを使用することが考えられる。また、ヤング率を４０００ＭＰａとするときには、リング状部材１４の材質としてポリエステルなどを使用することが考えられる。
【００４６】
また、リング状部材１４としてゴムなどの弾性部材を使用すると、成形時に素材１８の端部２２が径方向に拡がってリング状部材１４の内径が拡がっても、素材１８の端部２２をリング状部材１４の内径側から取り外せばリング状部材１４の内径は元の径に戻る。そのため、素材１８の端部２２を径方向に拡げる成形を行う鍛造方法において、リング状部材１４を繰り返し使用することができ、さらなるコストの低減を図ることができる。
【００４７】
＜評価結果＞
ここで、実施例１の鍛造方法を行ったときの素材１８の端部２２のひずみに関する評価を行った。
まず、リング状部材１４の肉厚δを２種類設定して評価を行った。この評価においては、リング状部材１４として、肉厚δが１５ｍｍのものと、肉厚δが３０ｍｍのものとを使用した。また、リング状部材１４の中心軸方向の高さｈ（図５参照）を１５ｍｍとした。
【００４８】
図６は、横軸にすえ込み率Ｓを取り、縦軸に相当ひずみεを取って、素材１８の端部２２に発生する周方向のひずみに関する評価結果を示した図である。なお、図６において、相当ひずみεが約１．３未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生せず、相当ひずみεが約１．３以上約１．７未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があり、相当ひずみεが約１．７以上では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する可能性が高いことを示している。
【００４９】
すると、図６に示すように、リング状部材１４を使用しなかった場合に比べて、リング状部材１４を使用した場合のほうが、同じすえ込み率Ｓにおいて素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおける周方向のひずみの量を低減でき、素材１８の端部２２の拡径部２２ａの割れを抑制できることが分かった。例えば、すえ込み率Ｓが０．６のとき、リング状部材１４を使用しなった場合には相当ひずみεが約１．３になり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があるが、リング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが１．３よりも小さくなり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生しない、という結果が得られた。
【００５０】
このように、リング状部材１４を使用することにより、素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおいて、発生する周方向のひずみの量を低減することができ、割れの発生を抑制することができる。そのため、リング状部材１４を使用することにより、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００５１】
また、肉厚δが３０ｍｍのリング状部材１４を使用した場合のほうが、肉厚δが１５ｍｍのリング状部材１４を使用した場合よりも、同じすえ込み率Ｓにおいて素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみの量を低減でき、素材１８の端部２２の拡径部２２ａの割れを抑制できることが分かった。例えば、すえ込み率Ｓが０．７のとき、肉厚δが１５ｍｍのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約１．４になり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があるが、肉厚が３０ｍｍのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約１．１となり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生しない、という結果が得られた。
【００５２】
このように、リング状部材１４の肉厚δを大きくすることにより、素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおいて発生する周方向のひずみの量を低減することができ、割れの発生を抑制することができる。そのため、リング状部材１４の肉厚δを大きくすることにより、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界をさらに高めることができる。
【００５３】
次に、リング状部材１４のヤング率と素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみとの関係に関する評価を行った。この評価においては、リング状部材１４として、肉厚δが１５ｍｍであってリング高さｈが１５ｍｍのものを使用した。そして、リング状部材１４として、ヤング率が１０００ＭＰａのものと、ヤング率が４０００ＭＰａのものを使用した。また、図７において、相当ひずみεが約１．３未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生せず、相当ひずみεが約１．３以上約１．７未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があり、相当ひずみεが約１．７以上では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する可能性が高いことを示している。
【００５４】
すると、図７に示すように、ヤング率が１０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合よりも、ヤング率が４０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合のほうが、同じすえ込み率Ｓにおいて素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみの量を低減でき、素材１８の端部２２の拡径部２２ａの割れを抑制できることが分かった。例えば、すえ込み率Ｓが０．６のとき、ヤング率が１０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約１．０であったが、ヤング率が４０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約０．７であった。
【００５５】
また、例えば、すえ込み率Ｓが０．８のとき、ヤング率が１０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約１．４になり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があるが、ヤング率が４０００ＭＰａのリング状部材１４を使用した場合には相当ひずみεが約１．１となり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生しない、という結果が得られた。
【００５６】
このように、リング状部材１４のヤング率を大きくすることにより、素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおいて発生する周方向のひずみを低減することができ、割れの発生を抑制することができる。そのため、リング状部材１４のヤング率を大きくすることにより、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界をさらに高めることができる。
【００５７】
本実施例によれば、素材１８の成形中に常に素材１８の端部２２に圧縮応力を付与するので、素材１８の成形中に素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみを低減することができ、割れの発生を抑制することができる。そのため、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００５８】
〔実施例２〕
＜装置構成＞
図８は、実施例２の鍛造方法で使用する装置の構成概要図である。図８に示すように、実施例２の鍛造方法で使用する装置では、回転台１０、ケース３０、つば付きローラ３２、ベアリング３４、荷重付与手段３６、支持台１６などを有する。実施例１の鍛造方法で使用する装置と異なる構成として、ケース３０、つば付きローラ３２、ベアリング３４、荷重付与手段３６などを有する。
【００５９】
つば付きローラ３２は、円筒形状のローラ部４４における中心軸方向の一方の端部に、径方向に突出した突起部であるつば部４０を設けたローラ部材である。つば付きローラ３２の材質として、例えばダイス鋼のＳＫＤ１１などを使用する。つば付きローラ３２は、シャフト４２に取り付けられている。なお、シャフト４２は不図示の昇降手段に回転可能な状態で取り付けられており、昇降手段を駆動させることによりつば付きローラ３２を素材１８に向かって移動させることや素材１８から退避させることができる。
【００６０】
ベアリング３４には、荷重付与手段３６が設けられている。そして、荷重付与手段３６によりベアリング３４とつば付きローラ３２を介して、つば付きローラ３２のつば部４０から素材１８の端部２２に圧縮応力を付与する。荷重付与手段３６の荷重発生源は、バネや油圧付与手段などが考えられる。荷重付与手段３６の荷重発生源をバネにすると、簡易な構造とすることができるのでコストを低減できる。また、荷重付与手段３６の荷重発生源を油圧付与手段にすると、素材１８に付与する圧縮応力の大きさをより正確に制御することができる。
【００６１】
＜作用＞
このような装置構成のもと、実施例２の鍛造方法は以下のように行われる。まず、前記の図８に示すように、回転台１０に載せて回転させた素材１８の端面２８に、つば付きローラ３２のローラ部４４を接触させる。このとき、素材１８の側面２４に、つば付きローラ３２のつば部４０を押し当てておく。また、荷重付与手段３６によりベアリング３４とつば付きローラ３２を介してつば付きローラ３２のつば部４０から素材１８の側面２４に対し、素材１８の端部２２を拡げる方向と反対方向に圧縮荷重を付与して、素材１８の端部２２に圧縮圧力を付与しておく。
【００６２】
次に、図９に示すように、シャフト４２に接続した不図示の昇降手段によりつば付きローラ３２を素材１８に向かって移動させて、つば付きローラ３２から素材１８の端面２８に圧力に圧力を付与すると、素材１８の端部２２が径方向に拡がっていく。
【００６３】
このとき本実施例では、素材１８の端部２２が径方向に拡がり始める前から、荷重付与手段３６により素材１８の側面２４に対し素材１８の端部２２を拡げる方向と反対方向に圧縮荷重を付与して、素材１８の端部２２に圧縮圧力を付与している。その後、素材１８の端部２２に常に圧縮応力を付与しながら、素材１８の端部２２が径方向に拡がっていく。これにより、素材１８の端部２２が径方向に拡がった外周部分である拡径部２２ａにおいて、周方向のひずみが低減し、割れの発生が抑制される。したがって、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００６４】
また、素材１８の成形用のつば付きローラ３２から素材１８に対して圧縮応力を付与することができるので、従来技術におけるバックアップローラを用いるときのように機構が複雑とならず、コストを低減できる。
【００６５】
なお、変形例として、素材１８の端部２２が径方向に拡がり始めると同時に素材１８の端部２２に対し、荷重付与手段３６により圧縮応力を付与してもよい。例えば、荷重付与手段３６としてバネを使用する場合には、素材１８の端部２２が径方向に拡がり始めると同時に素材１８の端部２２に対し圧縮応力を付与されるように、バネ定数を調整しておく。また、荷重付与手段３６として油圧制御手段を使用する場合には、素材１８の端部２２が径方向に拡がり始めると同時に素材１８の端部２２に対し圧縮応力を付与されるように、油圧を制御しておく。
【００６６】
また、荷重付与手段３６から素材１８の端部２２に付与される圧縮応力が、素材１８の端部２２が径方向に拡がるように素材１８の端部２２に付与される応力よりも小さくなるように、バネ定数や油圧を調整して荷重付与手段３６から付与する荷重を調整する。これにより、荷重付与手段３６により圧縮応力を付与しながら、確実に素材１８の端部２２を径方向に拡げる成形を行うことができる。
【００６７】
このように本実施例では、従来技術のように中間焼鈍を施さなくても素材１８の端部２２の拡径部２２ａにおいて割れの発生を抑制できるので、コストの低減と生産性の向上とを図ることができる。また、従来技術のようにバックアップローラを設けて素材１８の端部２２に対して接近および退避させる必要がなく、不図示の昇降手段によりつば付きローラ３２を素材１８の端面２８に対して接近および退避させるだけでよい。そのため、本実施例によれば、簡易な構造となりコストの低減を図ることができる。
【００６８】
また、荷重付与手段３６におけるバネの張力や油圧を調整することにより、素材１８の端部２２に付与する圧縮応力の大きさを制御することができる。例えば、油圧制御手段により油圧を制御することにより、素材１８の成形中に素材１８の端部２２に付与する圧縮応力の大きさを常に一定にすることができる。これにより、素材１８に付与する圧縮応力の大きさを一定にできるので、素材１８に発生しうる周方向のひずみをより確実に低減して、より確実に割れの発生を抑制できる。
【００６９】
＜評価結果＞
ここで、実施例２の鍛造方法を行ったときの素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみに関する評価を行った。なお、荷重付与手段３６によりつば付きローラ３２に対して一定の荷重１０ｔを加えることにより、圧縮応力を付与して評価を行った。また、図１０において、相当ひずみεが約１．３未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生せず、相当ひずみεが約１．３以上約１．７未満では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する場合があり、相当ひずみεが約１．７以上では素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する可能性が高いことを示している。
【００７０】
すると、図１０に示すように、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６などを使用しなかった場合に比べて、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６を使用した場合のほうが、同じすえ込み率Ｓにおいて素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみの量を低減でき、素材１８の端部２２の拡径部２２ａの割れを抑制できることが分かった。例えば、すえ込み率Ｓが約０．８のとき、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６を使用しなかった場合には相当ひずみεが約１．７になり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生する可能性が高くなったが、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６を使用した場合には相当ひずみεが約１．０になり素材１８の端部２２の拡径部２２ａに割れが発生しない、という結果が得られた。
【００７１】
このように、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６を使用することにより、素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみの量を低減することができ、素材１８の端部２２の拡径部２２ａの割れの発生を抑制することができる。そのため、つば付きローラ３２や荷重付与手段３６を使用することにより、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界をさらに高めることができる。
【００７２】
本実施例によれば、素材１８の成形中に常に素材１８の端部２２に圧縮応力を付与するので、素材１８の成形中に素材１８の端部２２の拡径部２２ａに発生する周方向のひずみを低減することができ、割れの発生を抑制することができる。そのため、素材１８の端部２２を径方向に大きく拡げることができ、素材１８の成形限界を高めることができる。
【００７３】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００７４】
１０  回転台
１２  ローラ
１４  リング状部材
１４ａ端面
１６  支持台
１８  素材
２２  端部
２２ａ拡径部
２４  側面
２６  内周面
２８  端面
３２  つば付きローラ
３６  荷重付与手段
４０  つば部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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