JP2018530432A - リング状成形品の製造方法および製造設備 - Google Patents
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Abstract
リング状成形品の製造方法において、成型設備によって、まずは、断面寸法が製造される成形品(R)より小さいリング(41、241)は、様々な成形ステージ(10、20、30、40)において素材(A)から成型される。そして、リング(41)は製造される成形品(R)の断面寸法に拡大される。リング(41)の拡大は成形設備(100)の拡大ステージ(50)においてダイおよび拡大パンチによって行われ、リング(41)はダイに配置されており、拡大パンチはリングを拡大するように軸方向にリングの中に押しつけられる。リング(41)の拡大は2以上の段階によって行われる。これによって、過度の材料応力およびいかなるもたらした材料損傷を回避することができる。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本開示は、請求項1の前提部分および請求項1の前提部分にそれぞれ係るリング状成形品を製造する方法および設備に関する。
既知の転がり軸受軌道輪(rolling bearing ring)の製造方法は、まず、成形設備において熱成形によって1対のリングを製造し、リングの1つは転がり軸受の内側リングを形成し、リングのもう1つは転がり軸受の外側リングを形成する。リングの1つまたは両方ともは、例えば、リングの間に配置されるべき玉またはころのための空間を作るために、少し拡大される。
リングの拡大は、一般的には成形設備の外部にある別の設備において行われ、例えば、リング圧延設備において、または、冷校正(cold calibration)によって行われる。追加的な設備が要求されることに加えて、そのようなリング拡大は、関連する設備の間のインターフェイスも要求して、比較的に大量の処理作業を必要とする。
特許文献1は関連する方法および設備を開示しており、その方法および設備において、成形設備の拡大ステージでは、成形設備の中で成形されたリングが、ダイおよび少なくとも1つの拡大パンチによって成形された部分の断面寸法に拡大される。リングはダイに配置され、1つの工程において、拡大パンチが軸方向にリングに押しつけられることによってリングを拡大する。その過程に渡って、材料は材料損傷をもたらす高圧負荷を受けることがある。
背景技術に対して、本発明の基本的な課題は、リング状成形品(R)を製造するための方法および対応する設備を改良し、よって、拡大工程が成形設備の内部において行われるとともに、過度の材料応力が回避されることである。
この課題は、独立請求項1および独立請求項9にそれぞれ定義された本発明に係る方法および本発明に係る設備によって解決される。本発明に係る特に有益な開発および実施例は各従属項から分かる。
生成方法に関して、本発明の核心は以下のところにある。リング状成形品の製造方法において、成型設備によって、断面寸法が製造される成形品より小さいリングは、素材から成型され、成型設備の拡大ステージにおいて、当該得たリングは、少なくとも1つのダイによって、および、少なくとも1つの拡大パンチによって、製造される成形品の断面寸法に拡大され、リングはダイにおいて配置され、リングを拡大するように、拡大パンチは軸方向にリングの中に押しつけられる。本発明に基づいて、リングの拡大は2以上の段階によって行われる。
拡大は成形設備の内部で適切に構成された成形ステージまたは拡大ステージにおいて行われ、実質的に完成された、成形設備の内部にある成形品(拡大されたリング)を製造することが可能である。他の方法で習慣的に設備の外部において行われる拡大のための処理工程の必要が全くない。リングの拡大は2つ以上の段階によって行われるので、過度の材料応力および材料損傷の発生を回避することができる。
有利なことに、成形品の長さは拡大によって多くても僅かしか変化しない。
便宜上、断面寸法が異なる少なくとも2つの作用部と、各2つの当該作用部の間の遷移部とを有する拡大パンチが利用される。このような拡大パンチは、比較的簡単に拡大工程を行うことを可能とする。有利なことに、摩擦を低減するために、拡大パンチは逃げ溝または逃げ角を有する。
便宜上、リングを受けるためのダイチャンバを有するダイが利用され、ダイチャンバの断面寸法が製造される成形品の断面外寸法に対応する。これにより、製造された成形品の寸法精度が保証される。
有利なことに、リングの拡大は、寸法が異なる2つ以上のダイによって、および、寸法が異なる2つ以上の拡大パンチによって行われる。これにより、利用された特定な材料に対する最適な適用が可能となる。
代替的に、リングの拡大は、その断面寸法において2以上の段階を有する1つの拡大パンチによって行われる。
有利なことに、拡大工程はコイニング(coining、印圧加工)する工程に続き、更なる成形ステージでもおいて、拡大されたリングは、軸方向の圧力によってダイに作用され、当該軸方向の圧力は、拡大パンチの作用部、または、別のコイニングパッチによるものである。コイニング工程はダイチャンバが隙間なく塞がれることを可能とし、既に拡大された成形品の寸法精度をさらに向上させる。また、リングの端面または製造された成形品の端面が滑らかであり、非常に平滑な端面が得られる。
有利なことに、製造される成形品は転がり軸受軌道輪である。素材をリングに成形するのは、有利なことに700℃以上の温度で熱成形することによって行われる。
成形設備に関して、本発明の核心は以下のところに置かれる。リング状成形品の製造設備は、成形ステージを有する成形設備を備え、成形ステージは素材からリングを成形するように構成されている。成形設備は拡大ステージを備え、拡大ステージは、リングを受ける少なくとも1つのダイと、ダイに位置するリングの中に軸方向に押しつけられるように構成されている少なくとも1つの拡大パンチとを有し、リング(41、241)はダイにおいて拡大パンチによって拡大可能である。本発明に基づいて、拡大ステージは、リングの拡大を2つ以上の段階によって行うように構成されている。
有利なことに、拡大パンチは、断面寸法が異なる少なくとも2つの作用部と、各2つの当該作用部の間の遷移部とを有する。
有利なことに、拡大ステージは、寸法が異なる2つ以上のダイと、寸法が異なる2つ以上の拡大パンチとを有する。
2つ以上のダイがある場合において、拡大ステージが2つ以上のサブ拡大ステージを有し、各サブ拡大ステージが1つのダイと関連する拡大パンチとを有することは理解される。
本発明は添付図面に示された例示的な実施例を参照しながら詳細に説明される。
図1は、本発明に係る成形設備の例示的な実施例を示すブロック図である。
図2は、様々な作業段階における拡大ステージの変形例を示す。
図3は、様々な作業段階における拡大ステージの変形例を示す。
図4は、様々な作業段階における拡大ステージの変形例を示す。
図5は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第1変形例を示す。
図6は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第1変形例を示す。
図7は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第1変形例を示す。
図8は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図9は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図10は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図11は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図12は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図13は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第2変形例を示す。
図14は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第2変形例を示す。
図15は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第2変形例を示す。
図16は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第2変形例を示す。
図17は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第2変形例を示す。
図18は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図19は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図20は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図21は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図22は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図23は、様々な作業段階における、本発明に係る成形設備の拡大ステージの第3変形例を示す。
図24は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図25は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図26は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
図27は、様々な作業段階における拡大ステージの更なる変形例を示す。
以下の注意事項が実施形態の説明に適用される。図面を明確にするために、参照符号は図に含まれているが、説明の直接的に関連する部分には言及されていない。説明の前または後の部分において、これらの参照符号の解説は参照されるべきである。一方、図面が複雑過ぎることを避けるために、即座の理解に対して関連性の低い参照符号は、すべての図に含まれていない。ある参照符号が特定な図に含まれていない場合、他の図を参照すべきである。
図1における図式の概観は、本発明への理解に関連している、本発明に係る成形設備の機能ブロックまたはステージを示す。全体的に参照符号100で指された成形設備は、4つの成形ステージ10、20、30および40と、拡大ステージ50とを備え、拡大ステージ50は複数のサブ拡大ステージを備えてもよい。第1成形ステージ10において、素材A、例えば、長さがある棒材は、提供されて円盤状のワーク11に成形される。第2成形ステージ20において、円盤状のワーク11は実質的にカップ状のワーク21に成形される。第3成形ステージ30において、円盤32はカップ状のワーク21から打ち抜かれ、よって、段付きの内径と外形とを有するリング状のワーク31が成形される。第4成形ステージ40において、段付きリング状のワークは1対のリング41および42に分割され、比較的大きいリング41の内径は比較的小さいリング52の外径に対応する。そして、比較的小さいリング42は既にその完成形を有し、成形設備から外される。比較的大きいリング41は拡大ステージ50においてさらに拡大され、最終的にその内径は所望量の分で比較的小さいリング42の外径より大きい。拡大完成品のリングは製造された成形品を構成し、参照符号Rによって指される。
成形設備の様々な成形ステージにおいて長さがある材料Aから1対のリング41および42への製造は、周知技術に対応するためさらに説明する必要がない。本発明は主に、リング41が拡大完成品の成形品Rを成形する方法と、その目的のために求められる成形装置の拡大ステージ50の構成と、に関する。以下、様々な例示的な変形例を参照しながら詳細に説明する。
本発明の重要な概念は、リング41の拡大は、成形設備100の内部にあるままで、その目的のために提供された特別な拡大ステージ50において行われ、さらに具体的に言うと、ダイおよび拡大パンチによって行われるという点にある。拡大されるリング41がダイに導入され、拡大パンチが軸方向にリングを通るように押しつけられ、よって、リングが拡大される。拡大が成形設備の内部に適切に構成された成形ステージまたは拡大ステージにおいて行われるため、成形設備の内部において実質的に完成された成形品(拡大されたリング)を製造することが可能となる。他の方法でよく設備の外部において行われる拡大のための処理工程の必要が全くない。
図2から図4は、拡大パンチ52を利用する拡大作業の最も簡単な変形例を示す。リング状のダイ51は軸方向の貫通口51aとダイチャンバ51bとを備え、ダイチャンバ51bの直径は、リング41の外径より僅かに大きく、かつ、拡大完成品のリングまたは製造される成形品の所望外径に対応する。軸方向に測定されたダイチャンバの高さは、拡大されるリング41の対応する寸法より僅かに大きい。貫通口51aの直径は拡大完成品のリングの所望内径に対応する。全体的に参照符号52によって指される拡大パンチは、第1筒部52aと、錐部52bと、第2筒部52cと、第3筒部52dとを備える。第1筒部52aの直径は拡大するリング41の内径より僅かに小さい。第2筒部52cの直径は完成された成形品の所望内径に対応する。第3筒部52dの直径はダイチャンバ51bの直径より僅かに小さい。筒部52aおよび52cは断面寸法が一定に保たれており、錐部52bは、断面寸法が一定の2つの作用部の間の遷移部を形成する。
図3は、ダイチャンバ51bに挿入されて拡大されるリング41とともにあるダイ51と、第1筒部52aのみが既にリング41に挿入された位置にある拡大パンチ52とを示す。ドライブ(図示せず)、典型的には機械的なドライブによって、拡大パンチ52は、最終的に図4に示された位置に到達するまで、続いて(軸方向に)リング41に完全に押しつけられ、よって、リング41はその完成形に拡大される。図4において、拡大完成品のリングは参照符号Rで指されている。拡大パンチ52の第3筒部52dは、ダイチャンバ51bが隙間なく塞がれるように、そのリング状の端面とともに拡大されるリングRを押しつけ、よって、拡大完成品のリングRの寸法精度が達成される。この作業はここに参照し、以下では「コイニング」と呼ぶ。
単一のこのような拡大パンチ52を利用する、1つの工程における拡大は、高い材料応力が生じて、多くの場合に理想的ではない。本発明に基づいて、拡大は下記の通りに2つ以上の段階によって行われる。
それに加えて、図示された実施例の説明の内容において、明確にするために、製造されるリングは円形の断面を有すると仮定し、これは実務上最も一般的な場合であることである。したがって、リングの断面寸法、ダイの断面寸法および拡大パンチの断面寸法は、内径と外径によって指定される。したがって、拡大(expansion)は内径と外径の増大(enlargement)と意味する。ただし、本発明は円形の断面を有するリングの製造に限られていない。他の断面形状(例えば、三角型または多角形)の場合、断面内寸法と断面外寸法が同様に内径と外径に代わる。その場合の拡大は、断面内寸法と断面外寸法の増大と意味する。理解されるべきなのは、ダイと拡大パンチは同様に適切に適した断面内寸法と断面外寸法を有することである。ダイの断面寸法は有効断面のみに関連するが、食付き部の面取りまたは逃げ溝を有してもよい。
図5から図7は、リング41の拡大が2つの段階によって行われる方法の変形例を示す。ダイ51は図2から図4における変形例と同様な構成を有する。拡大パンチ152は複数の段付きを有し、第1筒部152aと、第1錐部152bと、第2筒部152cと、第2錐部152dと、第3筒部152eと、第4筒部152fとを備える。第1筒部152aの直径は拡大するリング41の内径より僅かに小さい。第3筒部152eの直径は完成された成形品の所望内径に対応する。第2筒部152cの直径は、第1筒部152aの直径より大きく、第3筒部152eの直径より小さい。第4筒部152fの直径はダイチャンバ51bの直径より僅かに小さい。筒部152a、152cおよび152eは、断面寸法を一定に保つ作用部を構成しつつ、必要な逃げ溝を有してもよい。錐部152bおよび152dは、断面寸法を一定に保つ作用部の間の遷移部をそれぞれ形成する。
図6は、ダイチャンバ51bに挿入されて拡大されるリング41とともにあるダイ51と、第1筒部52aのみが既にリング41に挿入された位置にある拡大パンチ152とを示す。ドライブ(図示せず)、典型的には機械的なドライブによって、拡大パンチ152は、最終的に図7に示された位置に到達するまで、続いて(軸方向に)リング41に完全に押しつけられ、よって、リング41はその完成形に拡大される。図7において、拡大完成品のリングは参照符号Rで指されている。拡大パンチ52の第3筒部52dに関して上で説明したように、拡大パンチ152の第4筒部152fは、拡大されるリングRのコイニングのために提供される。
理解されるべきなのは、拡大は2つ以上の段階によって行われてもよいことであり、この場合において、対応する比較的多い段付き筒部を有する拡大パンチが利用されてもよい。いかなる場合においても、拡大パンチは食付き部の面取りまたは逃げ溝を有してもよい。
前述した図5から図7の実施例において、拡大およびコイニングは同一のツール、すなわち、拡大パンチ152によって行われる。図8から図12および図13から図17は、第1ツールを利用して拡大を行って、別の第2ツールを利用してコイニングを行う2つの変形例を示す。
図8から図12の変形例は、既に利用された拡大パンチ252(図8)以外、原則的に図2から4の変形例に対応する。拡大パンチ252は、拡大パンチ52(図2)と実質的に同様な構造を有するが、拡大パンチ52の第3筒部52dを有しない。図9および図10は拡大パンチ252がどのように拡大されるリング41に押しつけられるかを示す。拡大作業の後、拡大パンチ252が外され、拡大されたリングRのコイニングがコイニング専用パンチ253(図11および図12)によって行われる。コイニングパンチ253は第1筒部253aと第2筒部253bとを備える。2つの作用部253a,253bは図2の拡大パンチ52の筒部52c,52dに対応する。
図13から図17の本発明に係る実施例は、既に利用された拡大パンチ352(図12)以外、原則的に図5から図7の変形例に対応する。拡大パンチ352は、複数の段付きを有する拡大パンチ152(図5)と実質的に同様な構造を有するが、拡大パンチ152の第4筒部152fを有しない。図14および図15は拡大パンチ352がどのように拡大されるリング41に押しつけられるかを示す。拡大作業の後、拡大パンチ352が外され、拡大されたリングRのコイニングがコイニング専用パンチ353(図16および図17)によって行われる。コイニングパンチ353は第1筒部353aと第2筒部353bとを備える。2つの作用部353a,353bは図5の拡大パンチ152の筒部152e,152fに対応する。本発明のこの変形例は、複数の段付きを有する拡大パンチ352を利用することが図8から図12の変形例と異なる。
図18から図23は本発明に係る製造方法の更なる変形例を示し、この変形例において、リング41の拡大は2つの連続の工程または段階で行われる。手順が同様な2つの段階のそれぞれは、成形ツール(ダイおよび拡大パンチ)を利用する図2から図4に示された製造方法の変形例に対応するが、当該2つの段階におけるダイおよび拡大パンチは異なる寸法を有する。第1段階(図18から図20)において、第1ダイ451および第1拡大パンチ452が利用される。第1ダイ451は第1ダイチャンバ451bを有し、第1ダイチャンバ451bの直径は拡大完成品のリングの所望外径より小さい。したがって、拡大パンチ452もその直径が僅かに比較的小さい。その結果、この段階において、拡大完成品のリングの所望寸法をまだ有していないリング141はリング41からまず製造される。第2段階(図21から図23)において、第2ダイ551および第2拡大パンチ552が利用される。第2ダイ551は第2ダイチャンバ551bを有し、第2ダイチャンバ551bの直径は拡大完成品のリングの所望外径に対応する。したがって、拡大パンチ552もその直径が比較的大きい。この段階において、リング141は完成されたリングRの所望寸法に拡大されてコイニングされる。
製造設備に関して、この変形例が実行されるため、拡大ステージは2つのサブ拡大ステージを備え、サブ拡大ステージの1つはダイ451と関連する拡大パンチ452を有し、サブ拡大ステージのもう1つはダイ551と関連する拡大パンチ552を有する。
図24から図27は製造方法の更なる変形例を示し、この変形例は、筒状リング41から始まること以外、実質的に図2から図4の変形例に対応し、2つの作用部241a,241bを有するリング241から始まり、当該2つの作用部241a,241bは異なる外径および内径を有する(図24)。このリング241の製造も、前述した成型設備100の成型ステージ10〜40によって行われてもよい。
リング241の直径が比較的大きい作用部241bは既に拡大完成品のリングの寸法を有しており、したがって、リング241の直径が比較的小さい作用部241a、および、比較的大きい作用部241bへの遷移部のみを拡大する必要がある。図26は拡大パンチ52がどのようにリング241に挿入するかを示し、図27は拡大パンチ52が既に完全にダイに挿入した状態を示す。また、拡大完成品のリングRのコイニングも同時に行われる。
前述した本発明に係る製造方法および対応する本発明に係る製造設備は、特に転がり軸受用鋼から転がり軸受軌道輪を製造するのに適している。別々の成型ステージにおける成型は、700℃以上の温度範囲による熱成形工程において行われる。拡大作業の直接的な成型設備への統合は、成型工程に渡って吸収される熱エネルギを拡大に利用することを可能とする。材料によって、成型と特に拡大とは、冷間状態においても行われることができる。
Claims (12)
- 成型設備によって、素材(A)を断面寸法が製造される成形品(R)より小さいリング(41、241)に成形し、
成型設備(100)の拡大ステージ(50)において、当該得たリング(41、241)を、少なくとも1つのダイ(51、451、551)によって、および、少なくとも1つの拡大パンチ(152、352、452、552)によって、前記製造される成形品(R)の前記断面寸法に拡大し、
前記リング(41、241)を前記ダイ(51、451、551)において配置し、
前記リングを拡大するように、前記拡大パンチ(152、352、452、552)を軸方向に前記リングの中に押しつける、リング状成形品(R)の製造方法であって、
前記リング(41)の拡大は2以上の段階によって行われる、リング状成形品の製造方法。 - 断面寸法が異なる少なくとも2つの作用部(152a、152c、152e)と、各2つの当該作用部の間の遷移部(152b、152d)とを有する拡大パンチ(152、352、452、552)が利用される、請求項1に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記リング(41、241)を受けるためのダイチャンバ(51b、551b)を有するダイ(51、551)が利用され、前記ダイチャンバ(51b、551b)の断面寸法が前記製造される成形品(R)の断面外寸法に対応する、請求項1または2に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記リング(41)の拡大は、寸法が異なる2つ以上のダイ(451、551)によって、および、寸法が異なる2つ以上の拡大パンチ(452、552)によって行われる、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記リング(41)の拡大は、その断面寸法において2以上の段付きを有する1つの拡大パンチ(152、352)によって行われる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記拡大工程はコイニングする工程に続き、前記拡大されたリング(141、R)は、軸方向の圧力によって前記ダイ(51、451、551)に作用され、当該軸方向の圧力は、前記拡大パンチ(152)の作用部(152f)による軸方向の圧力によるもの、または、別のコイニングパッチ(253、353)によるものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記製造される成形品(R)は転がり軸受軌道輪である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造方法。
- 前記素材(A)を前記リング(41、241)に成形するのは、700℃以上の温度で熱成形することによって行われる、請求項1〜7のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造方法。
- 成形ステージ(10、20、30、40)と拡大ステージ(50)とを有する成形設備(100)を利用し、前記成形ステージ(10、20、30、40)は素材(A)からリング(41、241)を成形するように構成され、前記拡大ステージ(50)は、前記リング(41、241)を受ける少なくとも1つのダイ(51、451、551)と、前記ダイに位置する前記リング(41、241)の中に軸方向に押しつけられるように配置されている少なくとも1つの拡大パンチ(152、352、452、552)とを有し、前記リング(41、241)は前記ダイ(51、451、551)において前記拡大パンチ(152、352、452、552)によって拡大可能であるリング状成形品(R)の製造設備であって、前記拡大ステージ(50)は、前記リング(41)の拡大を2つ以上の段階によって行うように構成されている、リング状成形品の製造設備。
- 拡大パンチ(152、352、452、552)は、断面寸法が異なる少なくとも2つの作用部(152a、152c、152e)と、各2つの当該作用部の間の遷移部(152b、152d)とを有する、請求項9に記載のリング状成形品の製造設備。
- 前記拡大ステージ(50)は、寸法が異なる2つ以上のダイ(451、551)と、寸法が異なる2つ以上の拡大パンチ(452、552)とを有する、請求項9または10に記載のリング状成形品の製造設備。
- 前記少なくとも1つの拡大パンチ(152、352)は2以上の段付きを有する、請求項9〜11のいずれか1項に記載のリング状成形品の製造設備。
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