(57)【要約】【課題】軸の片端部にフランジを有する部品を回転鍛造により冷間成形する際に、押し込み量を小さくすることで鍛造荷重を小さくし、これにより金型の長寿命化及び回転鍛造機の小型化を実現しつつ、局所変形の発生を抑制することで従来に比して拡径比（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。【解決手段】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、フランジ付き部品を、回転鍛造で逐次加工することにより冷間成形する。上記フランジと接触する金型と被加工材との摩擦係数μが０．１０以上である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、フランジ付き部品を、回転鍛造で逐次加工することにより冷間成形する方法であって、前記フランジと接触する金型と被加工材との摩擦係数μが０．１０以上であることを特徴とする回転鍛造方法。
【請求項２】
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、フランジ付き部品を、回転鍛造で逐次加工することにより冷間成形するための金型であって、前記フランジと接触する部分の表面の粗さが、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ‘２００１における最大高さＲｚで５μｍ以上であることを特徴とする回転鍛造金型。
【請求項３】
請求項１に記載の製造方法により得られたフランジ付き部品であって、展延性を有する金属からなり、フランジ表面の粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上であることを特徴とする、軸の片端部にフランジを有するフランジ付き部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールハブやＣＶＴシーブスライディングなどのように、軸の片端部にフランジを有するフランジ付き部品を回転鍛造により冷間成形する方法と、当該回転鍛造に用いる金型と、当該回転鍛造で成形されたフランジ付き部品とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷間鍛造は、展延性を有する金属からなる部品を大量生産する技術として、自動車や建設機械、家電などの部品製造に広く利用されている。冷間鍛造は材料を加熱しない状態で鍛造を行うため、材料を加熱する熱間鍛造のように酸化スケールの生成が無く、形状精度の高い成形が可能である。しかしその反面、材料の変形抵抗が高い状態で鍛造するため、冷間鍛造に必要な荷重は熱間鍛造と比べ大きく、大きな部品形状の鍛造は困難である。
【０００３】
鍛造方法のひとつに、材料に対し金型を傾斜、回転させながら成形する回転鍛造がある。回転鍛造は、金型と材料の接触が部分的に限定され、徐々に成形が進行していく逐次加工式の成形である。このため、回転鍛造は通常の鍛造と比べて荷重が小さく、大きな部品形状の冷間鍛造が可能な技術である。
【０００４】
この回転鍛造を用いた部品成形に関して、従来、さまざまな方法が提案されてきた（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−８２９４４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１７４２４７号公報
【非特許文献】
【０００６】
【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．１００−１０１、コロナ社発行、１９９０
【非特許文献２】日本塑性加工学会編、「塑性加工におけるトライボロジ」Ｐ．９６−９７、コロナ社発行、１９８８
【非特許文献３】日本塑性加工学会・鍛造分科会編、「精密鍛造」Ｐ．２８−２９、日刊工業新聞社発行、２０１０
【０００７】
特許文献１には、大径フランジ付き軸部品の製造方法に関し、円柱素材の高さ中央部を回転鍛造により拡径した後、通常の鍛造により軸部分への穴あけ加工を施す方法が記載されている。
【０００８】
特許文献２には、多段フランジ付き部品の製造方法に関し、円柱素材の片端部に小径の軸部を切削により形成した後、もう一方の端部を回転鍛造により拡径する方法が記載されている。
【０００９】
非特許文献１には、回転鍛造による円柱の据込変形が記載されている。なお、非特許文献１には、１回転あたりの押し込み量が小さい場合に局所変形が生じること、も併記されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１では、回転鍛造により拡径を行うのは円柱素材の高さ中央部であり、非特許文献１のＰ．１００−１０１に記載のような局所変形を生じることはなく、素材の延性限界に応じて拡径可能である。ところが、特許文献２のように、回転鍛造により円柱素材の片端部を拡径する場合には、１回転あたりの押し込み量を小さくすると、非特許文献１に記載のように局所変形を生じて、割れが発生し易くなるため、拡径限界は低下することとなる。この拡径限界については、特許文献２には記載されていない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、従来に比して拡径比（回転鍛造前の素材直径に対する、回転鍛造後の拡径部分の直径）を安定的に増大させた回転鍛造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、当該回転鍛造方法において使用する金型及び当該回転鍛造方法によって得られる回転鍛造部品を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明者らは、回転鍛造方法において従来に比して拡径比を安定的に増大させることについて検討した。その結果、鍛造に際する押し込み量を小さくして鍛造荷重を小さくした状態であっても、金型と被加工材との間の摩擦係数を適切に制御することで局所変形の発生を抑制することが可能で、従来に比して拡径比を安定的に増大させることができる、との知見を得た。また、本発明者らは、このように押し込み量を小さくする場合には、上記効果と同時に、金型の長寿命化及び回転鍛造機の小型化も併せて実現可能である、との知見も得た。以上の知見に基づき、本発明者らは発明を完成した。その要旨は以下のとおりである。
【００１３】
［１］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、フランジ付き部品を、回転鍛造で逐次加工することにより冷間成形する方法であって、上記フランジと接触する金型と被加工材との摩擦係数μが０．１０以上であることを特徴とする回転鍛造方法。
【００１４】
［２］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、フランジ付き部品を、回転鍛造で逐次加工することにより冷間成形するための金型であって、上記フランジと接触する部分の表面の粗さが、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ‘２００１における最大高さＲｚで５μｍ以上であることを特徴とする回転鍛造金型。
【００１５】
［３］上記［１］に記載の製造方法により得られたフランジ付き部品であって、展延性を有する金属からなり、フランジ表面の粗さが最大高さＲｚで５μｍ以上であることを特徴とする、軸の片端部にフランジを有するフランジ付き部品。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る回転鍛造方法では、展延性を有する金属からなる部品のフランジと、このフランジに接触する金型と、の摩擦係数について改良を加えている。その結果、本発明に係る回転鍛造方法によれば、押し込み量を小さくすることで鍛造荷重を小さくした状態であっても、局所変形の発生を抑制することが可能で、従来に比して拡径比を安定的に増大させることができる。なお、本発明に係る回転鍛造方法では、上記のように鍛造荷重を小さくする際に、金型の長寿命化及び回転鍛造機の小型化を実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】上型揺動回転方式の回転鍛造の概要を示す模式図である。
【図２】下型回転駆動方式の回転鍛造の概要を示す模式図である。
【図３】軸（丸棒）の片端部にフランジを有する、本実施形態に係るフランジ付き部品の一例を示す正面図である。
【図４】被加工材からフランジ付き部品への経時的変化を示す図であり、（ａ）は被加工材を、（ｂ）は中間成形体を、そして（ｃ）はフランジ付き部品をそれぞれ示す。
【図５】フランジ付き部品を成形する際に使用した上型を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る回転鍛造方法、回転鍛造金型及び回転鍛造部品の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、上記実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記実施形態に含まれる各種形態は、当業者が自明の範囲内で任意に組み合わせることができる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る回転鍛造の一例であり、上型揺動回転方式の概要を示す模式図である。上型３は、展延性を有する金属からなる素材１の中心軸ＣＬと角度αの傾きをもって配置されており、素材１の中心軸ＣＬの廻りに公転する。素材１は下型２に取り付けられ、上型３の方向へ移動する。素材１は下型２と上型３とにより、接触が限定された成形が繰り返され、これにより逐次加工がなされて所定形状に成形される。
【００２０】
図２も、本実施形態に係る回転鍛造の一例であり、下型回転駆動方式の概要を示す模式図である。展延性を有する金属からなる素材４は下型５に取り付けられ、素材４の中心軸ＣＬの廻りに回転する。上型６は素材４の中心軸ＣＬと角度αの傾きをもった軸廻りに自転しながら、素材４の方向へ移動する。素材４と上型６とは平面視で同方向に回転する。素材４は下型５と上型６とにより接触が限定された成形が繰り返され、これにより逐次加工がなされて所定形状に成形される。
【００２１】
図１に示す上型揺動回転方式と、図２に示す下型回転駆動方式とは、被加工材である素材１又は素材４が同じ変形を受ける方式である。そこで、以下においては図１に示す上型揺動回転方式における回転鍛造を例にとって、その挙動を詳細に説明する。
【００２２】
図３は、軸（丸棒）の片端部にフランジを有する、本実施形態に係るフランジ付き部品の一例を示す正面図である。図３に示す部品を、図１に示す上側搖動回転方式で成形するに際し、上型３が１回転する間の下型２の上型３方向への移動量が少ない場合には、通常、素材１が上型３と接触する部位において素材１の表層に局所変形が生ずる。このため、上記移動量が少ない場合は、図３に示す軸部７に対して大径となるフランジ８のエッジ８ａに割れが生じる可能性が高いことから、拡径可能な限界は比較的小さい。
【００２３】
このような知見の下、本発明者らは、フランジ８のエッジ８ａにおける割れに関し、数値解析実験を鋭意行い、局所割れを防止しつつ拡径比を向上させる方法を検討した。その結果、上型３と接触する素材１の部位の表層に生じる局所変形を抑制して拡径比を大きくするためには、素材１と上型３との間の摩擦係数μを増大させることが有効であることを見出した。
【００２４】
ここでいう摩擦係数μとは、リング圧縮式摩擦試験法によって測定される係数であり、例えば非特許文献２に示されている。摩擦係数μが０．１０以上である金型を用いると、上型３と接触する素材１の部位の表層に生じる局所変形が抑制され、素材１の当初の直径に対し拡径可能な限界は比較的大きくなる。
【００２５】
また、本発明者らは、実験を通じて、素材１と上型３との間の摩擦係数μが０．１０以上であるためには、表面の粗さが、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ‘２００１における最大高さＲｚで５μｍ以上である、金型を用いることが有効であることを見出した。
【００２６】
また、上記金型を用いた回転鍛造によってフランジ形状部品を成形した場合には、金型表面の粗さがフランジの表面に転写される。よって、この場合には、フランジの粗さが、ＪＩＳ  Ｂ０６０１  ‘２００１における最大高さＲｚで５μｍ以上であるフランジ形状部品が得られる。
【実施例】
【００２７】
本発明に係る回転鍛造方法と、従来の回転鍛造方法と、のそれぞれにより、フランジ付き部品（発明例１から３、及び比較例１、２）を成形した。そして、当該成形に際し、上型と被加工材との間の摩擦係数（摩擦係数μ）と、フランジの割れ発生数（フランジ割れ数（個））と、製品フランジの面粗さ（フランジ面粗さＲｚｆ）と、の関係について調査した。
【００２８】
ＪＩＳ  Ｇ４０５１  Ｓ５５Ｃ鋼からなる、直径５５ｍｍの鋼材を用意し、球状化焼鈍を施した。次いで、この鋼材を６６ｍｍ長さ（紙面の縦方向）に切断し、ショットブラスト及び酸洗により酸化スケールを除去した後、潤滑剤としてりん酸亜鉛皮膜処理及び金属石けん処理を施し、図４（ａ）に示す被加工材９を得た（直径方向は同図の横方向）。
【００２９】
そして、第１工程では、鍛造機を用いた前方押出により、図４（ｂ）に示すような軸部（同図の下方部）が直径３８ｍｍの中間成形体１０を成形した。次に、第２工程では、図１に示す上型揺動回転方式の回転鍛造により、図４（ｃ）に示すような直径５５ｍｍのフランジ（同図の上方部）を成形し、フランジ付き部品１１を得た。
【００３０】
図５は、フランジ付き部品を成形する際に使用した上型を示す模式図である。同図に示すように、回転鍛造において用いた上型は、直径１６０ｍｍ、テーパー角度２°とし、図１に示す上型３と素材１の中心軸ＣＬとのなす角度αは２°とした。また、摩擦係数μを調査するため、被加工材との接触面の粗さ（金型表面の粗さを表す最大高さ）Ｒｚｍを変更した上型を作製した。
【００３１】
回転鍛造方法としては図１に示す上型揺動回転方式を採用した。なお、上型回転速度を１００ｒｐｍ、下型の上型方向への移動速度を２ｍｍ／ｓとした。成形後のフランジ直径を被加工材の初期直径で除した拡径比が１．６、１．８、２．０、２．２となるよう下型を移動させた後、その場で２秒間保持し、成形を終了した。この操作を（上記の各拡径比について）それぞれ５回成形し、フランジの割れ発生有無をルーペ観察により確認した。
【００３２】
上型表面の粗さ（上型粗さＲｚｍ（μｍ））、摩擦係数μ、下型の移動速度（ｍｍ／ｓ）、拡径比、フランジ割れ数（個）、最大荷重（ｋＮ）、及びフランジの面粗さＲｚｆ（μｍ）を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上型粗さＲｚｍが３．０μｍの上型を用い、２ｍｍ／ｓで下型を移動させた比較例１では、拡径比２．０において５個のうち２個に、拡径比２．２において５個のうち４個にフランジ割れが生じた。この時のフランジの面粗さ（フランジ表面の最大高さ）Ｒｚｆは２．９μｍから３．８μｍであった。
【００３５】
また、上型粗さＲｚｍが０．２μｍの上型を用い、２ｍｍ／ｓで下型を移動させた比較例２では、拡径比２．０において５個のうち３個に、拡径比２．２において５個のうち５個にフランジ割れが生じた。この時のフランジの面粗さＲｚｆは０．２μｍから０．３μｍであった。
【００３６】
これに対し、上型粗さＲｚｍが３３．５μｍの上型を用い、２ｍｍ／ｓで下型を移動させた発明例１では、拡径比の如何にかかわらず、フランジ割れは生じなかった。この時のフランジの面粗さＲｚｆは３３．８μｍから３５．２μｍであった。
【００３７】
また、上型粗さＲｚｍが１２．５μｍの上型を用い、２ｍｍ／ｓで下型を移動させた比較例２でも、拡径比の如何にかかわらず、フランジ割れは生じなかった。この時のフランジの面粗さＲｚｆは１２．４μｍから１３．３μｍであった。
【００３８】
また、上型粗さＲｚｍが５．２μｍの上型を用い、２ｍｍ／ｓで下型を移動させた比較例３でも、拡径比の如何にかかわらず、フランジ割れは生じなかった。この時のフランジの面粗さＲｚｆは５．０μｍから５．７μｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明では、回転鍛造方法について、押し込み量が小さい条件でも局所変形の発生を抑制し、従来に比して拡径比を安定的に増大させることができる。従って、本発明は、例えば、ホイールハブやＣＶＴシーブスライディングなどのように、軸の片端部にフランジを有するフランジ付き部品を回転鍛造により冷間成形する際に有用である。
【符号の説明】
【００４０】
１、４    素材
２、５    下型
３、６    上型
７    軸部
８    フランジ
８ａ    エッジ
９    被加工材
１０    中間成形体
１１    フランジ付き部品
ＣＬ    中心軸
α    素材１の中心軸ＣＬに対する上型３のなす角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016159337.tif 000007
【図５】
2016159337.tif 000008