(57)【要約】【課題】生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することができるリングローリング成形品の粗材形状及びリングローリング成形方法を提供する。【解決手段】リング状に形成された粗材１の外周面１ａと両側面１ｂとの角部に一対の斜面９をテーパー状に設け、粗材１の一対の斜面９を成形ロール型５の成形面５ａの環状溝８の両肩部１０で押圧して製品の外周面と両側面との角部に段部を圧延成形する。従って、粗材１の斜面表層部は斜面９が肩部１０との接触線で折れ曲がるようにして肩部１０に倣うように塑性変形する。これにより、生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することが可能となる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に形成され、リングローリング成形機のマンドレル型と成形面の周方向に少なくとも１つの環状溝が付設される成形ロール型とで圧延されて外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部が成形されるリングローリング成形品の粗材形状であって、前記成形ロール型の環状溝の肩部と線接触する斜面を備えることを特徴とするリングローリング成形品の粗材形状。
【請求項２】
前記環状溝の両側の各肩部と線接触する前記斜面の一対がテーパー状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のリングローリング成形品の粗材形状。
【請求項３】
前記環状溝の肩部の稜線を含む平面を境界にして分割される前記平面の両側の各体積が、成形の前後で同一となることを特徴とする請求項１又は２に記載のリングローリング成形品の粗材形状。
【請求項４】
リング状に形成された粗材をマンドレル型と成形ロール型とで厚み方向に挟持押圧しながら周方向へ送ることで圧延し、リングローリング成形品の外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部を成形するリングローリング成形方法であって、前記成形ロール型の成形面に周方向に延びる少なくとも１つの環状溝を設けると共に前記粗材に前記環状溝の肩部と線接触する斜面を設けておいて、前記粗材の内周面を前記マンドレル型の成形面に面接触させると共に前記斜面を前記環状溝の肩部と線接触させて前記マンドレル型と前記成形ロール型とで前記粗材を位置決めし、前記斜面を前記環状溝の肩部で押圧して圧延して前記リングローリング成形品の外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部を成形することを特徴とするリングローリング成形方法。
【請求項５】
前記粗材の斜面をテーパー状に形成された一対で形成し、該斜面の一対を前記環状溝の両側の各肩部で押圧することを特徴とする請求項４に記載のリングローリング成形方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リングローリング成形品の粗材形状及びリングローリング成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、フランジや歯車材等は、リング状の粗材をリングローリング成形機で圧延することで成形することができる。図５及び図６に、このようなリングローリング成形機の成形部の概略構成を示す。リングローリング成形機は、粗材１１の外周面１１ａを押圧しながら回転する成形ロール型５と、粗材１１の内周面１１ｃを押圧しながら回転し、成形ロール型５に対して近接離反可能なマンドレル型４と、粗材１１の外周面１１ａに当接して成形中の粗材１１の外径寸法を検出するセンサーバー１２と、を備えている。そして、成形ロール型５とマンドレル型４とで粗材１１を厚み方向に挟持し、所定の成形圧力を負荷させた下で成形ロール型５を所定方向へ回転させて粗材１１を回転させる。この時、粗材１１の外径寸法はセンサーバー１２により検出されている。そして、該センサーバー１２により粗材１１の外径寸法が設定された寸法に到達したことが検出されると、成形圧力が解放されて成形加工が終了する。
【０００３】
ところで、リング状の粗材１１を圧延して、外周面３ａと両側面３ｂとの角部に周方向へ延びる段部２を有した製品３（図４参照）を成形する場合、一般に、製品３の断面形状が全幅Ｗ１、段部２の内寸法Ｗ２である時、図７に示すように、溝幅寸法Ｗ１の環状溝７と溝幅寸法Ｗ２の環状溝８とを成形面５ａに付設した成形ロール型５と、溝幅寸法Ｗ１の環状溝６を成形面４ａに付設したマンドレル型４と、が用いられる。また、粗材１１には、図７に示すように、全幅Ｗ１´（Ｗ１´＜Ｗ１）、段部２´の内側寸法Ｗ２´（Ｗ２´＜Ｗ２）の製品形状と相似した断面形状の粗材１１が用いられる。そして、２つの環状溝７，８が付設された成形ロール型５の成形面５ａと環状溝６が付設されたマンドレル型４の成形面４ａとで粗材１１を挟持押圧し、成形圧力を負荷した下で成形ロール型５を回転させることにより、粗材１１を各成形面４ａ，５ａの形状に倣わせるように塑性変形（圧延成形）させる。
【０００４】
しかしながら、粗材１１の断面形状が製品の断面形状に相似している場合、図８に示すように、圧延時（成形時）に粗材１１の段部２に圧縮応力が生じて当該段部２表面に皺や表層の巻き込みによるキズが生じて製品不良を生じることがある。そこで、成形圧力及び粗材１１の送り速度（成形ロール型５の回転速度）を低く設定して皺や表層の巻き込みによるキズを防止することが考えられるが、生産性が大幅に低下し製造コストを増大させることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することができるリングローリング成形品の粗材形状を提供することを目的とする。また、第２の目的は、生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することができるリングローリング成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、リング状に形成され、リングローリング成形機のマンドレル型と成形面の周方向に少なくとも１つの環状溝が付設される成形ロール型とで圧延されて外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部が成形されるリングローリング成形品の粗材形状であって、成形ロール型の環状溝の肩部と線接触する斜面を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、環状溝の両側の各肩部と線接触する斜面の一対がテーパー状に形成されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、環状溝の肩部の稜線を含む平面を境界にして分割される平面の両側の各体積が、成形の前後で同一となることを特徴とする。
【０００９】
上記第２の目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、リング状に形成された粗材をマンドレル型と成形ロール型とで厚み方向に挟持押圧しながら周方向へ送ることで圧延し、リングローリング成形品の外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部を成形するリングローリング成形方法であって、成形ロール型の成形面に周方向に延びる少なくとも１つの環状溝を設けると共に粗材に環状溝の肩部と線接触する斜面を設けておいて、粗材の内周面をマンドレル型の成形面に面接触させると共に斜面を環状溝の肩部と線接触させてマンドレル型と成形ロール型とで粗材を位置決めし、斜面を環状溝の肩部で押圧して圧延してリングローリング成形品の外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部を成形することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、粗材の斜面をテーパー状に形成された一対で形成し、該斜面の一対を環状溝の両側の各肩部で押圧することを特徴とする。
【００１１】
従って、請求項１に記載の発明では、粗材の内周面がマンドレル型の成形面に面接触すると共に粗材の斜面が成形ロール型の肩部に線接触して、粗材をマンドレル型と成形ロール型とで位置決めすることが可能となる。さらに、成形ロール型の肩部で粗材の斜面を押圧して粗材を圧延し該粗材に段部を成形することで、粗材表層部における肉の流れを円滑にすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、成形ロール型の環状溝の両側の各肩部がテーパ状に形成された一対の斜面と線接触することで、粗材のより安定した位置決めが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、金属組織が均一で高品質な製品を得ることができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明では、マンドレル型の成形面を粗材の内周面に面接触させると共に成形ロール型の肩部を粗材の斜面に線接触させることで、マンドレル型と成形ロール型とで粗材を位置決めすることが可能となる。そして、成形ロール型の肩部で斜面を押圧して粗材を圧延し、リングローリング成形品の外周面と両側面との角部に周方向へ延びる段部を成形するので、粗材表層部における肉の流れを円滑にすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、テーパー状の一対の斜面を成形ロール型の環状溝の両側の各肩部で押圧するので、粗材のより安定した位置決めが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、図４に示すように、外周面３ａと両側面３ｂとの角部に外周面３ａの周方向に延びる段部２を備えるリングローリング成形品３（以下、製品３と称す）の粗材１（図１参照）、及びリングローリング成形方法を説明する。図１に、リングローリング成形機（図示せず）のマンドレル型４と成形ロール型５とで挟持された粗材１の軸断面を示す。マンドレル型４は略円柱状に形成され、その外周面には製品３の内側部分（図４における紙面左側部分）の像が付設された成形面４ａが形成されている。上記マンドレル型４の成形面４ａには、溝幅が製品の全幅Ｗ１（図４参照）と略等しく形成された当該マンドレル型４の外周面周方向へ延びる環状溝６が付設されている。また、上記成形ロール型５の成形面５ａには、溝幅が上記マンドレル型４の成形面４ａの環状溝６と等しく形成された当該成形ロール型５の外周面周方向へ延びる環状溝７と、該環状溝７の底面に設けられ溝幅が製品３の両段部２の内側寸法Ｗ２（図４参照）と略等しく形成された環状溝８と、が付設されている。
【００１７】
上記粗材１はリング状に形成されており、図１に示すように、外周面１ａと内周面１ｃとが略平行に形成されている。また、軸線方向（図１における上下方向）両側の側面１ｂの一対は外周面１ａの側から内周面１ｃに向けて（図１における紙面左側に向けて）緩やかに先細りとなるテーパー状に形成されている。さらに、外周面１ａと各側面１ｂとの角部には斜面９が形成されており、該斜面９の一対は粗材１の半径方向（図１における紙面右方向）に向けて先細りとなるテーパー状に形成されている。また、図３に示すように、粗材１の全幅Ｗａは製品３の全幅Ｗ１（図４参照）よりも若干小さく形成されている（Ｗａ＜Ｗ１）。そして、図１に示すように、粗材１は、マンドレル型４の成形面４ａと成形ロール型５の成形面５ａとで挟持された状態では、内周面１ｃがマンドレル型４の成形面４ａに付設された環状溝６の底面に当接し、各斜面９が成形ロール型５の成形面５ａに付設された環状溝８の各肩部１０に線接触する。これにより、粗材１は、内周面１ｃが環状溝６の底面に当接して直径方向（図１における紙面視左右方向）に位置決めされると共に、テーパー状に配置された斜面９の一対が環状溝８の肩部１０の両側に線接触して軸線方向に位置決めされる構造になっている。
【００１８】
また、図３に示す、マンドレル型４と成形ロール型５とで位置決めされた状態の粗材１を、環状溝８の肩部１０の稜線を含む平面Ｐを境界に分割した各部位の体積Ｖａ，Ｖｂと、図４に示す、製品３を段部２の角部稜線を含む平面Ｐ´を境界に分割した各部位の体積Ｖａ´，Ｖｂ´と、を比較して、Ｖａ＝Ｖａ´且つＶｂ＝Ｖｂ´となるように粗材１の形状が設定されている。これにより、圧延成形時における粗材１に内部応力が略均一に作用し、内部組織（金属組織）が均一な高品質の製品３が得られる構造になっている。
【００１９】
以下、上記粗材１をリングローリング成形機（図示せず）で圧延して図４に示す製品形状に成形する際の作用を説明する。まず、粗材１をマンドレル型４の成形面４ａと成形ロール型５の成形面５ａとの間に位置させ、成形ロール型５を所定方向へ回転駆動させると共にマンドレル型４を成形ロール型５へ向けて所定送り速度で駆動する。なお、マンドレル型４の成形面４ａと成形ロール型５の成形面５ａとで挟持される前の粗材１は、内周面１ｃに当接されたマンドレル型４と外周面１ｃに当接された一対のバックアップロール（図示せず）とで支持されている。そして、粗材１の斜面９の一方に成形ロール型５の成形面５ａの環状溝８の肩部１０の一方が当接される。次に、斜面９の他方に肩部１０の他方が当接してテーパー状に配置された斜面９の一対に環状溝８の両肩部１０が当接し、図１に示すように、粗材１が軸線方向（図１における紙面視上下方向）に位置決めされる。
【００２０】
そして、マンドレル型４と成形ロール型５とで粗材１に厚み方向（図１における紙面視左右方向）の成形圧力を負荷させた下で粗材１を回転させる。これにより、図２に示すように、粗材１の各斜面９が成形ロール型５の成形面５ａの各肩部１０で押圧されて粗材１の斜面表層部には肩部１０を軸としたモーメントＭが生じる。そして、粗材１は、図２の紙面視において、斜面９が肩部１０との接触線で折れ曲がるようにして肩部１０に倣うように塑性変形し、図４に示すように、外周面３ａと側面３ｂとの角部に段部２が成形される。この時、粗材１の斜面表層部では、肉が肩部１０との接触線の両側に円滑に流れるので、製品と相似した断面形状の従来の粗材１１（図７参照）のように、段部２に皺や表層部の肉の巻き込みによるキズが生じるようなことがない。
【００２１】
また、図３に示す、マンドレル型４と成形ロール型５とで位置決めされた状態の粗材１を、環状溝８の肩部１０の稜線を含む平面Ｐを境界に分割した各部位の体積Ｖａ，Ｖｂと、図４に示す、製品３を段部２の角部稜線を含む平面Ｐ´を境界に分割した各部位の体積Ｖａ´，Ｖｂ´と、を、Ｖａ＝Ｖａ´且つＶｂ＝Ｖｂ´となるように粗材１の形状を設定したことにより、圧延成形時における粗材１に内部応力が略均一に作用して、内部組織（金属組織）が均一な高品質の製品３を得ることができる。
【００２２】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
リング状に形成された粗材１の外周面１ａと両側面１ｂとの角部に一対の斜面９をテーパー状に設け、内周面１ｃをマンドレル型４の成形面４ａに当接させると共に一対の斜面９を成形ロール型５の成形面５ａに付設された環状溝８の両肩部１０の各々に線接触させたので、粗材１をマンドレル型４と成形ロール型５とで安定した状態で位置決めすることができる。
また、粗材１の一対の斜面９を成形ロール型５の成形面５ａの環状溝８の両肩部１０で押圧して製品３の外周面３ｃと両側面３ｂとの角部に段部２を圧延成形するので、これにより、粗材１の斜面表層部には肩部１０を軸としたモーメントＭが生じて粗材１は斜面９が肩部１０との接触線で折れ曲がるようにして肩部１０に倣うように塑性変形する。従って、粗材１の斜面表層部は、肉が肩部１０との接触線の両側に円滑に流れて、製品と相似した断面形状の従来の粗材１１（図７参照）のように、段部２に皺や表層部の肉の巻き込みによるキズが生じるを防止することができる。さらに、従来の粗材１１を用いた成形と比較して、成形圧力、及び粗材１の送り速度（成形ロール型５の回転速度）を大きく設定することができるので、生産性を向上させて製造コストを削減することが可能となる。
また、マンドレル型４と成形ロール型５とで位置決めされた状態の粗材１を、環状溝８の肩部１０の稜線を含む平面Ｐを境界に分割した各部位の体積Ｖａ，Ｖｂと、製品３を段部２の角部稜線を含む平面Ｐ´を境界に分割した各部位の体積Ｖａ´，Ｖｂ´と、を、Ｖａ＝Ｖａ´且つＶｂ＝Ｖｂ´となるように粗材１の形状を設定したので、圧延成形時における粗材１に内部応力が略均一に作用して、内部組織（金属組織）が均一な高品質の製品３を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することができるリングローリング成形品の粗材形状を提供することができる。また、生産性を損なうことなく製品の皺や表層の巻き込みによるキズを防止することができるリングローリング成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のリングローリング成形品の粗材形状の説明図で、特に、マンドレル型と成形ロール型とで挟持された粗材の軸断面を示す図である。
【図２】図１におけるＡ部の詳細図である。
【図３】本実施の形態のリングローリング成形品の粗材形状の説明図で、特に、粗材が成形ロール型の成形面に付設された環状溝の肩部の稜線を含む平面で分割された状態を示す図である。
【図４】本実施の形態のリングローリング成形品の説明図で、特に、製品が段部の角部稜線を含む平面で分割された状態を示す図である。
【図５】リングローリング成形機の成形部の概略構成を示す正面図である。
【図６】リングローリング成形機の成形部の概略構成を示す下面図である。
【図７】従来のリングローリング成形品の粗材形状の説明図で、特に、マンドレル型と成形ロール型とで挟持された粗材の軸断面を示す図である。
【図８】図７におけるＢ部の詳細図である。
【符号の説明】
１　　　　　粗材
２　　　　　段部
３　　　　　製品（リングローリング成形品）
３ａ　　　　外周面（製品）
３ｂ　　　　側面（製品）
４　　　　　マンドレル型
４ａ　　　　成形面（マンドレル型）
５　　　　　成形ロール型
５ａ　　　　成形面（成形ロール型）
８　　　　　環状溝（溝）
９　　　　　斜面
１０　　　　肩部
【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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