JP5188283B2 - Manufacturing method of ring product having annular groove on inner diameter surface by controlling fiber flow in rolling - Google Patents
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Description
本発明は、リングの内径面に有する環状凹溝、例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝、の断面形状に沿った金属組織からなるファイバーフローを有する強度に優れたリング製品を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a ring product having excellent strength having a fiber flow made of a metal structure along a cross-sectional shape of an annular groove formed on an inner diameter surface of a ring, for example, a race groove of an outer race of a bearing.
従来、リング製品の製造方法、例えばベアリングの外輪レースあるいは内輪レースなどのベアリングレースの製造方法として、ビレットを据込加工により台盤状すなわち円盤体状のワークに成形し、この円盤体状のワークをさらに据込加工してリング状素材に成形した後、熱間ローリングや冷間ローリングにより転造加工した後、旋削によりリング製品、例えばベアリングの外輪レースや内輪レースに仕上げている。 Conventionally, as a manufacturing method of a ring product, for example, a manufacturing method of a bearing race such as an outer race or inner race of a bearing, a billet is formed into a plate-like work, that is, a disk-shaped work by upsetting, and this disk-shaped work Is further processed into a ring-shaped material, rolled by hot rolling or cold rolling, and then turned into a ring product such as a bearing outer race or inner race.
ところで、例えば、航空機用のベアリングレースなどでは、安全性のために高い品質が要求されており、これらの要求を満足するために、鋼成分のほかに熱処理方法や鍛造などの加工方法に多くの改良や工夫が行われている。 By the way, for example, in bearing races for aircraft, high quality is required for safety, and in order to satisfy these requirements, in addition to steel components, there are many processing methods such as heat treatment and forging. Improvements and innovations have been made.
一方、このような従来のリング製品の鍛造方法として、鍛造割れを起こしやすい鋼材を、強度および耐食性の優れた一体構造の大型鍛造品に製造する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この方法は、鍛造した後に均質化処理し、その後鍛造で生じたファイバーフローを使用面に対して横目になるようにして製品形状とし、加熱後に急冷する溶体化処理による大型の鍛造品の製造方法である。しかし、この方法を適用しても、内径面に環状凹溝を有するリング製品例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝をローリングにより転造することで、このリング製品の内径面の環状凹溝に鍛造で生じたファイバーフローの膨出部の先端を位置するように規定して形状化することはできなかった。 On the other hand, as a method for forging such a conventional ring product, a method has been proposed in which a steel material that is prone to forging cracks is manufactured into a large-sized forged product having excellent strength and corrosion resistance (see, for example, Patent Document 1). .) This method is a method for producing a large forged product by solution treatment in which homogenization treatment is performed after forging, and then the fiber flow generated by forging is formed into a product shape so as to be transverse to the surface to be used, followed by rapid cooling after heating. It is. However, even if this method is applied, a ring product having an annular groove on the inner diameter surface, for example, a race groove in an outer race of a bearing is rolled by rolling to forge the annular groove on the inner diameter surface of the ring product. It was impossible to define and shape the tip of the bulging portion of the fiber flow generated in step 1 to be located.
さらに、リング製品の鍛造によりファイバーフローが生じると、このファイバーフローのフローラインの内側部分には非金属介在物や偏析が多く生じるので、ベアリング外輪レースの軌道面に早期はく離が生じることとなり、ベアリング外輪レースの寿命に影響することとなった(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, when fiber flow is generated by forging a ring product, non-metallic inclusions and segregation occur in the inner part of the flow line of the fiber flow, which causes early separation on the raceway surface of the bearing outer ring race. This has an effect on the life of the outer race (see, for example, Patent Document 2).
一般に、リング製品の製造においては、据込加工や転造加工でワークに繊維組織からなるファイバーフローが形成される。ところで、この繊維組織では、ファイバーフローの方向とファイバーフローに直角の方向とで、その強度が相違することが知られている。 In general, in the production of ring products, a fiber flow composed of a fiber structure is formed on a workpiece by upsetting or rolling. By the way, in this fiber structure, it is known that the strength differs between the direction of the fiber flow and the direction perpendicular to the fiber flow.
従来のリング製品の製造方法では、内径に溝を有するリング製品を鍛造およびリングローリングにて製造する場合、図7に示すように、ビレット1を通常プレスにて円盤体2に据込み、ダイスとパンチで内径を空隙を有するカップ体2aに成形し、カップ体2aの底をパンチで抜きリング状素材3とし、これをローリング加工して環状凹溝8を有するリング体9とする。ところで、カップ体2aの底をパンチで抜く内径抜きの工程では、発生する折れ曲がった形状のファイバーフローの影響により、ローリング加工後も環状凹溝8に沿ったファイバーフロー5を得ることが困難である。 In the conventional ring product manufacturing method, when a ring product having a groove on the inner diameter is manufactured by forging and ring rolling, as shown in FIG. A cup body 2a having an inner diameter with a punch is formed into a cup body 2a, the bottom of the cup body 2a is punched out to form a ring-shaped material 3, and this is rolled to form a ring body 9 having an annular groove 8. By the way, in the process of removing the inner diameter by punching the bottom of the cup body 2a, it is difficult to obtain the fiber flow 5 along the annular groove 8 even after the rolling process due to the influence of the bent fiber flow generated. .
そこで、図6に示すように、据込工程で得られたファイバーフロー5の湾曲部5bをローリング加工後の環状凹溝8に相当する位置に合わせて旋削し、この旋削によりリング状素材3であるリング状ブランク7を製造した後、このリング状ブランク7をローリング加工するならば、ローリング加工後も環状凹溝8に沿ったファイバーフロー5が得られる点で優位となる。 Therefore, as shown in FIG. 6, the curved portion 5 b of the fiber flow 5 obtained in the upsetting process is turned to a position corresponding to the annular groove 8 after the rolling process, and the ring-shaped material 3 is turned by this turning. If this ring-shaped blank 7 is rolled after manufacturing a certain ring-shaped blank 7, it is advantageous in that the fiber flow 5 along the annular groove 8 is obtained even after the rolling.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、内径面に環状凹溝を有するリング製品、例えばベアリングの外輪レースのレース凹溝などのリング製品の内径面に形成の環状凹溝の位置がリング製品に形成する前の据込加工による円盤体の幅の中心位置から外れている場合、この中心から外れた環状凹溝でありながら、その環状凹溝に沿って据込加工のファイバーフローの膨出部の先端を位置するものとすることで、内径面に強度に優れた環状凹溝を有するリング製品、例えばベアリングの外輪レースであるリング製品を製造する方法を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a ring product having an annular groove on the inner diameter surface, for example, the position of the annular groove formed on the inner diameter surface of the ring product such as a race groove on the outer race of the bearing is a ring product. When the disc body is deviated from the center position of the width of the disk body by the upsetting process before being formed into the annular groove, the fiber flow of the upsetting process is swelled along the annular recessed groove. By providing the tip of the portion, a method of manufacturing a ring product having an annular groove having excellent strength on the inner diameter surface, for example, a ring product that is an outer race of a bearing is provided.
上記の課題を解決するための本発明の手段では、請求項1の発明の手段では、ビレットを据込加工によりブランクである円盤体に形成し、この円盤体から旋削によりリング状素材を形成するとともにリング状素材のリング内径部の厚み方向の中心部に環状凹溝を形成して上記の据込加工によるファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング中間品とする。続いてこのリング中間品を熱間ローリングにより転造してファイバーフローの膨出部の先端位置に環状凹溝を有するリング製品に仕上げることからなる内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法である。 According to the means of the present invention for solving the above-mentioned problems, the billet is formed into a blank disk body by upsetting and a ring-shaped material is formed from the disk body by turning. At the same time, an annular groove is formed in the center portion in the thickness direction of the ring inner diameter portion of the ring-shaped material to obtain a ring intermediate product having the annular groove at the tip position of the bulging portion of the fiber flow by the upsetting process. Subsequently, the ring intermediate product is rolled by hot rolling, and finished into a ring product having an annular groove at the tip position of the bulging portion of the fiber flow. It is.
請求項2の発明の手段では、リング製品はベアリングの外輪レースであり、環状凹溝は環状の外輪レース凹溝であることからなる請求項1の手段のファイバーフローを制御して内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造方法である。 In the means of the invention of claim 2, the ring product is a bearing outer ring race, and the annular groove is an annular outer ring race groove. It is a manufacturing method of the ring product which has a concave groove.
従来は、ベアリングの外輪レースのように内径面に環状凹溝を有するリング製品の製造手段では、据込加工による1工程により環状凹溝を内径面に有するリング製品に製造していた。 Conventionally, in the ring product manufacturing means having an annular groove on the inner surface as in the outer race of a bearing, the ring product having the annular groove on the inner surface is manufactured in one step by upsetting.
これに対し、本発明では、先ず、ビレットを据込加工により円盤体に形成し、次いで、この円盤体を旋削により旋削リング素材に形成する。この場合、この旋削リング素材のリング幅の中心位置を上記円盤体の厚み方向の中心位置とし、かつ、据込加工により生じたファイバーフローの膨出部の先端の位置に環状凹溝を設けて旋削によりリング素材に形成する。例えばベアリングの外輪レースの形成において、その素材である円盤体の据込加工によるファイバーフローの膨出部の先端の芯の位置に外輪レースの環状凹溝を設定し、素材である円盤体の厚み方向の中心の位置を外輪レースの環状凹溝の位置に合致したリング中間品とする第1の工程を行う。 On the other hand, in the present invention, the billet is first formed into a disk body by upsetting, and then the disk body is formed into a turning ring material by turning. In this case, the center position of the ring width of the turning ring material is the center position in the thickness direction of the disc body, and an annular groove is provided at the tip of the bulging portion of the fiber flow generated by upsetting. Formed into ring material by turning. For example, in the formation of the outer race of the bearing, an annular groove in the outer race is set at the center of the tip of the bulging portion of the fiber flow by the upsetting process of the disc body, and the thickness of the disc body is made. A first step is performed in which the center position in the direction is a ring intermediate product that matches the position of the annular groove in the outer race.
この第1の工程に続いて、このリング中間品をローリング加工し、例えば熱間ローリングし、ファイバーフローの膨出部の芯の位置に環状凹溝を有するリング体とし、さらに周囲を旋削により仕上げてリング製品とする第2の工程を実施する。すなわち、本発明は上記の従来の1工程から形成する方法と異なり、上記の第1の工程と第2の工程の2工程の加工によってリング製品を形成する、例えばレース凹溝の断面形状に沿ったファイバーフローを有するベアリングの外輪レースを形成する製造方法である。 Following this first step, this ring intermediate product is rolled, for example, hot rolled to form a ring body having an annular groove at the core of the bulging portion of the fiber flow, and the periphery is finished by turning. The second step of making a ring product is performed. That is, the present invention differs from the conventional method of forming from one step, and forms a ring product by the two steps of the first step and the second step, for example, along the cross-sectional shape of the race groove. A manufacturing method for forming an outer race of a bearing having a fiber flow.
本発明の手段の製造方法とすることにより、環状凹溝をリングの内径のリングの幅方向中心から外れた位置に有するリング製品であっても、最も負荷の掛かるリングの内径の環状凹溝の部分にファイバーフローの膨出部の先端の芯を位置するものとすることで極めて高い品質の要求されるリング製品、例えば航空機用のベアリングの外輪レースを製造することができ、本発明は従来にない優れた効果を奏するものである。 With the manufacturing method of the means of the present invention, even in a ring product having an annular groove at a position off the center of the ring in the inner diameter of the ring, A ring product that requires extremely high quality, for example, an outer ring race of a bearing for an aircraft, can be manufactured by positioning the core of the tip of the bulging portion of the fiber flow in the portion. There is no excellent effect.
本発明の実施の形態について図面を参照して以下に説明する。一般に、リング体9の鍛造による製造方法においては、例えばベアリングの外輪レース11aに対する顧客の要求事項に「製品内部のファイバーフロー指定」のある場合がある。この要求事項は「指定する範囲すなわちレース凹溝8aにおいては、ファイバーフローが要求角度、例えば15°、以下に倒れて存在すること」という要求である。ところで、リング体9であるベアリングの外輪レース11aを外輪レース素材3aから形成する際に、リング内径面4の一方の幅方向の端部にレース凹溝8a以外のプロフィール10を、図5に示すように、形成する必要のある場合、その位置を確保するためにレース凹溝8aの位置をリング幅の中心の位置から外れた位置に形成する必要がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In general, in the manufacturing method by forging the ring body 9, for example, the customer's requirement for the outer race 11a of the bearing may be “designation of fiber flow inside the product”. This requirement is a requirement that “in the designated range, that is, the race groove 8 a, the fiber flow should be tilted below a required angle, for example, 15 °”. By the way, when forming the outer ring race 11a of the bearing which is the ring body 9 from the outer ring race material 3a, the profile 10 other than the race concave groove 8a is shown in FIG. Thus, when it is necessary to form, it is necessary to form the position of the race concave groove 8a at a position deviating from the center position of the ring width in order to secure the position.
上記のようなプロフィール10をリング内径面4の端部に形成すると、この端部の部分を除外したリング内径面4の中心位置に環状凹溝8を形成する必要がある。したがって、この端部の部分を考慮するとき、図5に示すように、製品であるリング製品11のリング幅中心3bに旋削によりレース凹溝8aの中心8bを有するベアリングの外輪レース11aを製造することはできない。そこで、プロフィール10をリング内径面4の端部に形成する場合は、レース凹溝8aの位置を先ずファイバーフローの膨出部の先端の芯5aの位置になるように設定し、この設定に合わせてリング内径面4のプロフィール10を形成する場所を確保して円盤体2から旋削によりレース凹溝8aを形成する。このように形成しない場合は、レース凹溝8aの位置に金属組織のファイバーフローの膨出部の先端の芯5aの位置があるように形成することができず、上記した顧客の望む「指定する範囲すなわちレース凹溝8aにおいて、ファイバーフローが要求角度(例えば15°)以下に倒れていること」を満足するベアリングの外輪レース11aは製造できない。 When the profile 10 as described above is formed at the end portion of the ring inner surface 4, it is necessary to form the annular groove 8 at the center position of the ring inner surface 4 excluding this end portion. Therefore, when considering this end portion, as shown in FIG. 5, an outer race 11a of the bearing having the center 8b of the race groove 8a is manufactured by turning at the ring width center 3b of the ring product 11 as a product. It is not possible. Therefore, when the profile 10 is formed at the end of the ring inner diameter surface 4, the position of the race groove 8a is first set so as to be the position of the core 5a at the tip of the bulging portion of the fiber flow. Thus, a place for forming the profile 10 of the ring inner diameter surface 4 is secured, and the race groove 8a is formed by turning from the disk body 2. If it is not formed in this way, it cannot be formed so that the position of the core 5a at the tip of the bulging portion of the fiber flow of the metal structure is at the position of the race concave groove 8a. The outer ring race 11a of the bearing that satisfies the condition that the fiber flow is tilted to a required angle (for example, 15 ° or less in the race concave groove 8a) cannot be manufactured.
そこで、本発明の手段では、図6に示すように、例えば高炭素クロム軸受鋼からなるビレット1を据込加工して円盤体2に形成し、その円盤体2から旋削加工をしてリング状素材3に旋削する際に、図2に示すように、リング状素材3のリング内径面4のリング幅の中心3bを上記の据込加工におけるファイバーフロー5の膨出部である湾曲状の先端の芯5aの位置から外れた芯差6のあるものとし、ファイバーフロー5の膨出部である湾曲状の先端の芯5aの位置にレース凹溝8aとなるための環状凹溝8を形成する。そして、この芯差6のあるリング状素材3を必要なファイバーフロー5の部分だけを残して中間品であるリング状ブランク7に削り出す。次いで、この削りだしたリング状ブランク7を、図6に示す上記の円盤体2のファイバーフロー5の湾曲状の先端の芯5aの位置にリング内径面4に形成の環状凹溝8が位置する、図3に示す外輪レース用の外輪レース中間品7aとし、さらに、図3に示す断面形状の外輪レース用のリング状ブランク7を熱間ローリングすることにより、図6に示すリング体9に形成する。ただし、この図6では、環状凹溝8の位置はリング幅の略中間にあるものとして示している。次いで、このリング体9を旋削して図5に示すプロフィール10を有し、かつ、要求されるファイバーフローをレース凹溝8aに有するベアリングの外輪レース11aであるリング製品11としている。 Therefore, in the means of the present invention, as shown in FIG. 6, for example, a billet 1 made of high carbon chromium bearing steel is upset and formed into a disk body 2, and turning is performed from the disk body 2 to form a ring shape. When turning to the material 3, as shown in FIG. 2, the center 3 b of the ring width of the ring inner diameter surface 4 of the ring-shaped material 3 is a curved tip that is a bulging portion of the fiber flow 5 in the upsetting process. An annular groove 8 for forming a race groove 8a is formed at the position of the curved tip core 5a, which is the bulging portion of the fiber flow 5, with a center difference 6 deviating from the position of the core 5a. . Then, the ring-shaped material 3 having the center difference 6 is cut out into a ring-shaped blank 7 which is an intermediate product, leaving only the necessary fiber flow 5 portion. Next, the ring-shaped blank 7 formed in the ring inner surface 4 is located at the position of the curved core 5a of the fiber flow 5 of the disk body 2 shown in FIG. 3 is formed into the ring body 9 shown in FIG. 6 by hot rolling the outer ring race intermediate product 7a for the outer race shown in FIG. 3 and the outer blank race ring-shaped blank 7 having a cross-sectional shape shown in FIG. To do. However, in FIG. 6, the position of the annular groove 8 is shown as being approximately in the middle of the ring width. Next, this ring body 9 is turned to form a ring product 11 which is a bearing outer ring race 11a having the profile 10 shown in FIG. 5 and having the required fiber flow in the race concave groove 8a.
1 ビレット
2 円盤体
2a カップ体
3 リング状素材
3a 外輪レース素材
3b リング幅の中心
4 リング内径面
5 ファイバーフロー
5a ファイバーフローの先端の芯
5b ファイバーフローの湾曲部
6 芯差
7 リング状ブランク
7a 外輪レース中間品
8 環状凹溝
8a レース凹溝
8b (レース凹溝の)中心
9 リング体
10 プロフィール
11 リング製品
11a ベアリングの外輪レース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Billet 2 Disc body 2a Cup body 3 Ring-shaped material 3a Outer ring race material 3b Center of ring width 4 Ring inner diameter surface 5 Fiber flow 5a Fiber flow tip core 5b Fiber flow curved portion 6 Center difference 7 Ring-shaped blank 7a Outer ring Race intermediate product 8 Annular groove 8a Race groove 8b Center of the race groove 9b (Race groove) 9 Ring body 10 Profile 11 Ring product 11a Bearing outer ring race
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