(57)【要約】【課題】  リング状部の肉厚の厚いカップ状ブランクの熱間鍛造において、リング状部の内外径の上端部の未充填部を解消する鍛造方法を提供する。【解決手段】  鋼素材からなる円柱体２を軸方向に据込により予備成形した円盤状の据込体３をカップ状のダイの内壁５内に収納し、肉厚４ｆが据込体３の外径の３０％以上であるリング状部４を有するカップ状ブランク１に図示しない中心線上での断面がＴ型のパンチによる後方押出しにより鍛造する際に、据込工程において、据込体コーナーの径が該リング状部の体積２等分線である体積中心線上の円径に近接するように据え込み、この据込体を後方押出しにより鍛造してカップ状ブランクを製造することを特徴とする内径の上端４ｃおよび外径の上端４ｄに未充填部４ｅの無いカップ状ブランク１の熱間鍛造方法である。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼素材からなる円柱体を軸方向に据込により予備成形した円盤状の据込体をカップ状のダイに収納し、肉厚がカップの外径の３０％以上であるリング状部を有するカップ状ブランクに中心線上での断面がＴ型のパンチによる後方押出しにより鍛造する際に、据込工程において、据込体コーナーの径が該リング状部の体積を２等分した体積中心線上の円径に近接するように据え込み、この据込体を後方押出しにより鍛造してカップ状ブランクを製造することを特徴とする内外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法。
【請求項２】
カップ状ブランクはベアリングレース用のカップ状ブランクであることを特徴とする請求項１に記載の内外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法。
【請求項３】
据込体コーナーの径を該リング状部の体積２等分線上の円径に近接させて鍛造する方法は、据込体の平面部の最外径である据込体コーナーをリング状部の体積中心線間の距離の０．９７〜１．０５倍の円径上に位置させて鍛造することを特徴とする請求項１又は２に記載の内外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
リング状鋼製品半製品であるカップ状ブランクを熱間鍛造により製造する場合、カップ状ブランクの内外径の端部に未充填部という成形不良が頻発する。そこで、この発明は、ベアリングレースその他のリング状製品の素形材であるカップ状ブランクを熱間鍛造により製造する際に、最適据込みによりカップ状ブランクの内外径の端部が未充填部という成形不良が生じることを防ぐ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベアリングレースやハブ外輪などのリング状製品などの素形材であるカップ状ブランクを熱間鍛造により製造する方法では、鋼素材からなる円柱体を素材とし、据込上金型および据込下金型からなるプレス機によって鍛造により圧縮し、先ず、予備成形体である据込体を得る。次いで、この据込体を熱間鍛造温度に加熱してダイの中に入れ、中心線上での断面がＴ型のパンチで後方押出しにより鍛造してカップ状ブランクとする。この方法でカップ状ブランクのリング状部の肉厚がカップ部の外径の２５％以下といった肉厚の小さな製品であるカップ状ブランクを熱間鍛造により製造する場合、上記の据込により得られた据込体コーナーの位置を製品のカップ状ブランクのリング状部の断面における肉厚の２等分線である肉厚中心線に位置させて鍛造することで、カップ状ブランクのリング状部の内外径の上端部に良好な充填が得られる。
【０００３】
しかし、カップ状ブランクのリング状部の肉厚がカップ部の外径の３０％以上といった肉厚の大きなリング状部を有するカップ状ブランクの製品を鍛造する場合、上記の据込により得られた据込体コーナーを、製品のカップ状ブランクのリング部の断面における肉厚部の２等分線である肉厚中心線に位置させる方法で鍛造すると、リング状部の内外径、特に外径の上端部が未充填部になりやすいといった問題が生じる。
【０００４】
一方、従来のリング状製品の据込工程における予備成形と、成形工程における本成形およびポンチによるカップ底部を打ち抜く（以下、「ポンカス抜き」いう。）打抜工程からなるハブ内外輪の鍛造方法において、欠肉やバリなどの欠陥不良をなくした円筒部と底部とフランジ部を備えた成形体を得るために、ＣＡＥ解析によって求めた金型形状とその金型に最適充填する予備成形体の直径との関係から導いた重回帰式から算出して、予備成形体の最外径である直径を０．９５〜１．０５倍の範囲内に収める方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
この方法はフランジ部を有する形状を対象とするものであるので、フランジ部を有しない形状であるリング状部である円筒部と底部のみを備える形状のカップ状ブランクの成形体に、この方法は適応できない。また、この方法はリング状部における外径上端の欠陥制御には適しているものの、円筒部の内径上端の欠陥制御には適していない。
【０００６】
そこで、これらの欠陥を補うものとして、例えば、外径４５ｍｍ以下、肉厚１０ｍｍ以下のベアリングレースの鍛造において、据込成形体の外径上端部を、製品断面図の肉厚中心線である外径と内径の中間径の０．９９〜１．０２倍以内の位置になるように据込むことで、成形不良を抑制する製造方法を発明者らは案出している。
【０００７】
しかし、カップ状ブランクの熱間鍛造においては、製品の肉厚部であるリング状部の内径上端および外径上端における未充填部が上記のように問題となっている。従来の鍛造技術では、成形工程における据込形状の最外径部と成形ダイの内径壁との間の距離すなわちクリアランスや鍛造荷重を調整することで、リング状部の内径上端および外径上端への充填により張りを出し、肉厚部であるリング状部の上端の良好な充填に関しての明確な鍛造工程の設計指針がなかった。さらに、上記の方法では、製品のリング状部の肉厚が１０ｍｍ以上である形状のものには好適ではなかった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１１３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解消したリング状部の肉厚の厚いカップ状ブランクの熱間鍛造において、製品の肉厚部であるリング状部の内外径の上端部における未充填部を解消する鍛造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、鋼素材からなる円柱体を軸方向に据込により予備成形した円盤状の据込体をカップ状のダイに収納し、肉厚がカップ部の外径の３０％以上であるリング状部を有するカップ状ブランクに中心線上での断面がＴ型のパンチによる後方押出しにより鍛造する際に、据込工程において、据込体コーナーの径が該リング状部の体積２等分線である体積中心線上の円径に近接するように据え込み、この据込体を後方押出しにより鍛造してカップ状ブランクを製造することを特徴とする内径の上端部および外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法である。
【００１１】
この請求項１の手段では、機器制限上使用できる素材径の最小径のビレットの円柱体を用いて据込み、成形工程の初期における据込体の平面部のコーナーである据込体コーナーの外周径を、製品形状であるカップ状ブランクの体積中心線上の円径に近づけて位置させることで、製品であるカップ状ブランクのリング状部の内外径の上端における未充填部を回避することである。
【００１２】
請求項２の発明では、カップ状ブランクはベアリングレース用のカップ状ブランクであることを特徴とする請求項１の手段の内外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法である。
【００１３】
請求項３の発明では、据込体コーナーの径を該リング状部の体積２等分線上の円径に近接させて鍛造する方法は、据込体の平面部の最外径である据込体コーナーをリング状部の体積中心線間の距離の０．９７〜１．０５倍の円径上に位置させて鍛造することを特徴とする請求項１又は２の手段の内外径の上端部に未充填部の無いカップ状ブランクの熱間鍛造方法である。
【００１４】
以上の手段において、装置の限度内で鋼素材の素材径を変化させて据込み、据込体コーナーの平面部分の最外径の位置を、製品のカップ状ブランクのリング状部の体積中心線間の距離の０．９７〜１．０５倍の間に位置させる場合、成形開始時に据込体がカップ状のダイの内側に到達し、中心線上での断面がＴ型のパンチの目打ち部とカップ状のダイで拘束されながら、据込体コーナーが体積中心線上を真上に向かって流動する。この流動のため、分流鍛造法の考え方より、最終的に内外径の上端が同時に充填することとなり、内外径上端の未充填部が回避でき、また成形荷重も低減されることとなり、製造コストの低下に繋がる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記の手段としたことで、ベアリングレース用などのカップ部の外径の３０％以上の大きさの幅のリング状部を有するカップ状ブランクの中心線上での断面がＴ型のパンチによる後方押出しによる鍛造時に、リング状部の内外径の上端部へ鋼材を少ない荷重で同時に流動させて、リング状部の内外径の上端部の未充填部を無くして製品不良を解消し、製造コストを低下できるなど、本願の発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図１〜図８は中心線上での断面で模式的に示す端面図である。熱間鍛造温度に加熱した鋼素材からなる図３の（ａ）に示す円柱体２を据込により軸方向に圧縮して図３の（ｂ）に示す予備成形体である円盤状の据込体３とし、据込体３の平面部の外径である据込体コーナー３ｂを有するものに形成している。ところで、製品であるカップ状ブランク１のリング状部４の４ｆをカップ部７の外径７ａの３０％以上の大きなものとする場合、この据込体３の外径３ａと成形用のカップ状のダイの内壁５すなわちカップ部７の外径７ａとのクリアランス６を４．０ｍｍ以下を満たすことを条件とする。４．０ｍｍ以上だと据込工程から成形工程搬送時の、据込体のセンター位置決めが困難となる。この条件を満たした上で、据込体コーナーの径を成型後の製品であるカップ状ブランク１のリング状部４の体積中心線４ａである円径にできるだけ近づくように、望ましくは４ａの０．９７〜１．０５倍となるように据込を行う。次に、この据込体を用い、後方押出しにより鍛造してカップ状ブランクを製造する。
【００１７】
この場合、据込体３の中心Ｃから製品のカップ状ブランク１のリング状部４の体積中心線４ａまでの２倍であるリング状部４の体積中心線４ａ間の距離Ｄの０．９７〜１．０５倍の範囲に、据込体３の平面部の最外端である据込体コーナー３ｂを位置させることを最適条件として熱間鍛造する。この最適条件とする鍛造方法により、成形工程でカップ状ブランク１のリング状部４である肉厚４ｆの部分の内径上端４ｃおよび外径上端４ｄの部分に同時に良好に鋼材が充填されて未充填部４ｅである欠肉の無いリング状部４が成形できる。
【００１８】
例えば、製品のカップ状ブランク１のリング状部４の肉厚４ｆが、図６の（ａ）に示すように、カップ部７の外径７ａの２５％以下の小さな場合は、中心線上での断面がＴ型のパンチの垂直部の外径面から作用する拘束力とカップ状のダイの内壁５の面から作用する拘束力は殆ど等しく、このため、図６の（ｂ）に示すように、リング状部４の肉厚４ｆの体積中心線４ａ上に据込体コーナー３ｂを配置しても、鋼材は、図６の（ｃ）、図６の（ｄ）と、上方に充填されてゆき、最終的には、図６の（ｅ）に示すように、リング状部４の内径上端４ｃおよび外径上端４ｄに欠肉となる未充填部４ｅは生じない。
【００１９】
ところで、図７に示すように、リング状部４の肉厚４ｆがカップ部７の外径７ａの３０％以上といった肉厚４ｆの大きなリング状部４を有する製品を鍛造する場合は、図７の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）と、成形工程において据込体コーナー３ｂはカップ状のダイの内壁５から拘束力の弱い状態あるいは拘束力の無い状態で鍛造され、中心線上での断面がＴ型のパンチの目打ちコーナー部であるリング状部４の内径側へ大きくワークである鋼材を巻き込みながらリング状部４の上方へ鋼材が充填されて行き、最終的には、図７の（ｅ）に示すようにリング状部４の外径上端部４ｄが未充填部４ｅとなり易い。
【００２０】
このようなリング状部４の肉厚４ｆがカップ部７の外径７ａの３０％以上の大きさからなる場合に、据込体コーナー３ｂを製品であるリング状部４の肉厚中心線４ｂ上に置いて成形すると、成形終了時に、上記のした図７の（ｅ）に示すように、リング状部４の外径上端部４ｄが未充填部４ｅとなり易い。したがって、図７の（ａ）に示すようにリング状部４の肉厚４ｆがカップ部７の外径７ａの３０％以上の大きな場合には、図７の（ｂ）に示すように、据込体コーナー３ｂは肉厚中心線４ｂ上より外側のリング状部４の外径側に置く必要がある。しかしながら、図８に示すように、リング状部４の肉厚４ｆがカップ部７の外径７ａの３０％以上に大きく、しかも据込体３の外径３ａと成形用のカップ状のダイの内壁５のクリアランス６が、図８の（ａ）に示すように、４．０ｍｍ以上の大きさである場合には、据込体の位置決めが困難な上に、据込体コーナー３ｂを製品であるリング状部４の肉厚中心線４ｂ上に置いて成形すると、リング状部４が図８の（ｂ）のように上部は充填されて行くに連れて、内径部側へ座屈し始め、図８の（ｃ）に示すように、終に内径側へリング状部４の上部が座屈してしまい満足な成形ができない。
【００２１】
すなわち、図２に示すように、リング状部４の肉厚４ｆがカップ部７の外径７ａの３０％以上の大きさからなる場合に、図３の（ｂ）に示すように、据込体コーナー３ｂの位置は、リング状部４の体積中心線４ａ上に近く位置するほど、据込により図３の（ｃ）を経て、図３の（ｄ）に示すリング状部４の内径上端４ｃおよび外径上端４ｄの未充填部４ｅの欠肉を生じることなく、図３の（ｅ）に示すように良好に充填されたリング状部４を有するカップ状ブランク１となる。しかし、図４の（ａ）に示すように、据込体コーナー３ｂがリング状部４の体積中心線４ａ間の距離Ｄの０．９７倍の位置よりも内側にある時は、図４の（ｂ）に示すように、リング状部４の外径上端４ｄに未充填部４ｅが生じ易く、また、図５の（ａ）に示すように、据込体コーナー３ｂがリング状部４の体積中心線４ａ間の距離Ｄの１．０５倍の位置よりも外側にある時は、図５の（ｂ）に示すように、リング状部４の内径上端４ｃに未充填部４ｅが生じ易い。したがって、未充填部４ｅが生じることのない最適条件は、図１に示すように、据込体コーナー３ｂの位置をリング状部４の体積中心線４ａ間の距離Ｄの０．９７〜１．０５倍上に位置させることである。なお、図１において、据込体３の外径は３ａで示している。
【実施例】
【００２２】
リングの外径φ７０ｍｍ、リングの肉厚２０ｍｍ、リングの幅２５ｍｍであるリング状の成形体において、カップ状ブランク１からポンカス抜きようのパンチにより底部のポンチカス部の厚み７ｍｍを抜き去って成形体であるリング状部４を形成する場合を例とし、未充填部４ｅの欠肉が生じることなく良好に充填されるための最適条件について検証する。このために、据込量を変えて成形した場合の据込体コーナー３ｂの位置と、成形工程のＴ型のパンチのストローク率９９％時のリング状部４の内径上端４ｃの未充填部４ｅの体積率（＝内径の未充填部体積Ｖｉｓ／成形体体積Ｖ）およびリング状部４の外径上端４ｄの未充填部４ｅの体積率（＝外径の未充填部体積Ｖｏｓ／成形体体積Ｖ）の関係を、図９のグラフに示す。図９は、横軸を体積中心線４ａまでの径を基準の１００％とした場合の据込体コーナー３ｂの径とし、縦軸をそれぞれ内径の未充填部体積Ｖｉｓ／成形体体積Ｖおよび外径の未充填体積Ｖｏｓ／成形体体積Ｖとして示すグラフである。これらのグラフより据込体コーナー３ｂの位置の最適条件はグラフの点線で囲った範囲であり、これはリング状部４の体積中心線４ａ間の距離Ｄからなる円径の０．９７〜１．０５倍であった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明における据込体コーナーの最適条件の説明図である。
【図２】カップ部の外径の３０％以上であるリング状部の肉厚を示す図である。
【図３】本発明における円柱体および据込体コーナーの位置とリング状部の体積中心線の位置に基づくリング状部の鋼材の充填状況を説明する図である。
【図４】据込体コーナーの位置が許容されるリング状部の体積中心線間の距離よりも小さい場合のリング状部への鋼材の充填状況を説明する図である。
【図５】据込体コーナーの位置が許容されるリング状部の体積中心線間の距離よりも大きい場合のリング状部への鋼材の充填状況を説明する図である。
【図６】リング状部の肉厚がカップ部の外径の２５％以下である場合のリング状部の充填状況を示す図である。
【図７】従来法におけるカップ部の外径の３０％以上であるリング状部の肉厚を示す図である。
【図８】リング状部の肉厚が従来法におけるカップ部の外径の３０％以上であり、しかも据込体の外径と成形用のカップ状のダイの内壁のクリアランスが４．０ｍｍ以上の大きさである場合のリング状部の充填状況を示す図である。
【図９】横軸を据込体コーナーの径と、縦軸を内径の未充填部体積Ｖｉｓ／成形体体積Ｖおよび外径の未充填体積Ｖｏｓ／成形体体積Ｖとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１  カップ状ブランク
２  円柱体
３  据込体
３ａ  外径
３ｂ  据込体コーナー（平面部の）
４  リング状部
４ａ  体積中心線
４ｂ  肉厚中心線
４ｃ  内径上端
４ｄ  外径上端
４ｅ  未充填部
４ｆ  肉厚
５  カップ状のダイの内壁
６  クリアランス
７  カップ部
７ａ  外径
Ｖ  成形体の体積
Ｖｉｓ  内径の未充填部体積
Ｖｏｓ  外径の未充填部体積
Ｃ  据込体の中心
Ｄ  リング状部の体積中心線間の距離
【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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