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フランジ構造体製造方法 - 特開2008−194741 | j-tokkyo
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【発明の名称】 フランジ構造体製造方法
【発明者】 【氏名】斎藤 久常

【氏名】河村 浩志

【要約】 【課題】材料割れの発生を抑えることができて高品質のハブ輪を製造することができるフランジ構造体製造方法を提供する。

【解決手段】軸部材と、軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法である。中実又は中空のブランク材20を冷間加工用成形金型にて、閉塞鍛造金型装置に投入する素材36を成形する第1工程21と、素材を閉塞鍛造金型装置に投入して閉塞鍛造金型装置にて車輪取付用フランジ12を成形する第2工程22とを備える。第1工程21におけるブランク材投入前に、潤滑処理23を行い、第2工程22における素材投入前に、軟化処理24と潤滑処理25とを行う。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法であって、
中実又は中空のブランク材を冷間加工成形にて、閉塞鍛造金型装置に投入する素材を成形する第1工程と、前記素材を閉塞鍛造金型装置に投入してこの閉塞鍛造金型装置にて前記フランジを成形する第2工程とを備え、前記第1工程におけるブランク材投入前に、潤滑処理を行い、前記第2工程における素材投入前に、軟化処理と潤滑処理とを行うことを特徴とするフランジ構造体製造方法。
【請求項2】
前記潤滑処理がボンデ処理であることを特徴とする請求項1のフランジ構造体製造方法
【請求項3】
前記軟化処理が球状化焼鈍であることを特徴とする請求項1のフランジ構造体製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体(例えば、車輪用軸受装置のハブ輪等)を成形するフランジ構造体製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車等の車輪は、車体の懸架装置に取付られる車輪用軸受装置を介して回転自在に支持される。車輪用軸受装置は、ハブ輪と、転がり軸受と、等速自在継手とが一体化されてなるものである。
【0003】
ハブ輪10は、図10に示すように、軸部材1と、この軸部材1の大径部1aの外径面から外径方向へ突出される車輪取付用フランジ2と、車輪取付用フランジ2の根元部に反軸部側に突設されるブレーキパイロット3とを備えている。車輪取付用フランジ2は、軸部材1のアウトボード側端部(自動車への組み付け状態で車幅方向外側の端部:図10の左端部)に設けられる。各車輪取付用フランジ2にはハブボルト4が装着されている。
【0004】
ハブ輪10のインボード側端部(自動車への組み付け状態で車幅方向内側の端部:図10の右端部)には小径段部6が形成されており、この小径段部6には内輪7が嵌め込まれている。内輪7の外周面には内輪軌道面9が形成され、また、ハブ輪10の軸方向の中間部外周面には内輪軌道面8が形成されている。ハブ輪10のインボード側の先端が径方向外方に加締めて広げられることにより加締部11が形成され、内輪7がハブ輪10に加締め固定されている。
【0005】
転がり軸受の一部を構成する外方部材(外輪)12は、その内周に2列の外側軌道面13、14が設けられる中空の軸部材としての筒状本体部15と、その筒状本体部15の外周にフランジ(車体取付フランジ)16とを備える。そして、外方部材12の第1外側軌道面13とハブ輪10の第1内側軌道面8とが対向し、外方部材12の第2外側軌道面14と、内輪7の軌道面9とが対向し、これらの間に転動体17が介装される。また、転動体17は、ハブ輪10の軸部材1の外径面と外方部材12の内径面との間に配設される保持器18にて支持されている。
【0006】
このようなハブ輪10は、中実材や中空材を冷間加工にて成形するものである(例えば、特許文献1及び特許文献2)。すなわち、図11(a)に示すように、中空円筒状の軸部素材20に対して、前方押し出し成形を施すことにより、図11(b)の軸部材20aが成形される。次いで、軸部材20aの頭部を据え込みし、図11(c)に示すような軸部材20bが成形される。さらに、この軸部材20bに、頭部後方押し出し成形を施すことで、図11(d)に示すように、軸部材1及び位置決め用筒部(ブレーキパイロット)3の内周形状となる段付きの窪み部19aを備えた頭部19が成形される。次いで、この図11(d)のように成形された軸部材(成形素材)20cに対して図示省略の成形型(閉塞鍛造金型装置)を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図11(e)と図10に示すように、車輪取付用フランジ2とブレーキパイロット(位置決め用筒部)3が一体のハブ輪10が成形される。
【特許文献1】特開2006−111070号
【特許文献2】特開2006−142983号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
このように、前記特許文献1及び特許文献2に記載の製造方法では、製品形状に応じて中実材あるいは中空材を選択し、全ての工程を冷間加工にて成形することになる。このため、加工歪が蓄積されて加工硬度による強度向上を図ることができるとともに、ニアネットシェイプ化によりコスト削減を図ることができる。また、最終成形においては閉塞鍛造を行うことになり、この閉塞鍛造の特性から低荷重で成形できるため小さい設備で加工できる利点がある。
【0008】
しかしながら、全ての工程を冷間加工にて成形しているので、最終成形における閉塞鍛造工程において、図8と図9に示すように、金型と成形品との間の摩擦抵抗が大きいため等起因する材料割れBが発生する。この材料割れBは、車輪取付用フランジ2の付け根部に発生することになる。このように材料割れBが生じれば、強度低下を招き、製品(ハブ輪)として機能することができない不良品となる。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みて、材料割れの発生を抑えることができて高品質のハブ輪を製造することができるフランジ構造体製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のフランジ構造体製造方法は、軸部材と、この軸部材から外径方向へ延びるフランジとを備えたフランジ構造体を成形するフランジ構造体製造方法であって、中実又は中空のブランク材を冷間加工成形にて、閉塞鍛造金型装置に投入する素材を成形する第1工程と、前記素材を閉塞鍛造金型装置に投入してこの閉塞鍛造金型装置にて前記車輪取付用フランジを成形する第2工程とを備え、前記第1工程におけるブランク材投入前に、潤滑処理を行い、前記第2工程における素材投入前に、軟化処理と潤滑処理とを行うものである。
【0011】
本発明のフランジ構造体製造方法によれば、第1工程においては、潤滑処理が施されたブランク材に対して冷間加工成形を行うので、金型とブランク材との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。また、第2工程においては、軟化処理と潤滑処理とを施した素材に対して閉塞鍛造を行うので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。
【0012】
潤滑処理としては、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理を行うことができる。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。この処理は金属(主に鉄)の表面に各種のリン酸化合物の層を形成させ金属そのものを守る働きをする。このため、加工素材に処理を行う事で、冷間鍛造金型の寿命を延ばしたり、鍛造時の精度を上げる働きが有る。冷間鍛造で、プレス加工を行う場合、金型と素材がこすれて潤滑処理されていない加工素材を使うと、金型と材料の凝着、材料割れ、金型破損等が発生するが、これをリン酸塩皮膜処理を行ことによって防ぐことができる。
【0013】
また、軟化処理とは球状化焼鈍による熱処理のことである。焼鈍(焼なまし)とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。A1変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物(セメンタイト)を球状化させ、加工性を上げることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明のフランジ構造体製造方法では、各工程において、高い圧力が金型にかかるのを防止することができ、製造されたフランジ構造体(ハブ輪等)においては、従来のような材料割れを回避でき、高品質な製品を提供できる。また、使用する金型の破損を防止でき、金型寿命を高めることができる。
【0015】
ボンデ処理にて潤滑処置を行うことができ、球状化焼鈍にて軟化処理を行うことができ、材料割れの回避の信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下本発明の実施の形態を図1〜図7に基づいて説明する。
【0017】
図1にフランジ構造体製造方法の工程図を示し、このフランジ構造体製造方法は、図2(e)と図3に示すようなフランジ構造体としてのハブ輪を成形するものである。この場合のハブ輪は、外周に軸受軌道面34が形成される軸部材31と、この軸部材31の大径部31aの外径面から外径方向へ突出される車輪取付用フランジ32と、車輪取付用フランジ32の根元部に反軸部側に突設されるブレーキパイロット33とを備えた駆動側のハブ輪である。このハブ輪は、車輪取付用フランジ32が図3に示すように周方向に沿って90°ピッチに4個が配設されたハブ輪である。
【0018】
フランジ構造体製造方法は、中実のブランク材35(図2(a)参照)を冷間加工用成形金型にて、閉塞鍛造金型装置に投入する素材36(図2(c)参照)を成形する第1工程21と、前記素材36を閉塞鍛造金型装置に投入してこの閉塞鍛造金型装置にて車輪取付用フランジ32を成形する第2工程22とを備える。また、第1工程21におけるブランク材投入前に、潤滑処理23を行うとともに、第2工程前には、軟化工程24と潤滑処理25とを行う。
【0019】
第1工程21は、図2(a)の中実状の丸棒素材(ブランク材)35に前方押し出し成形を施すことにより、図2(b)の軸状部材35aを成形する。次いで、軸状部材35aの頭部をヘディングしてブレーキパイロット3の外径とほぼ同径まで漬すことで、図4(c)に示す素材36を成形する。
【0020】
第2工程22は、この素材(成形素材)36に対して図示省略の成形型(閉塞鍛造金型装置)を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図2(d)に示すように、車輪取付用フランジ2とブレーキパイロット(位置決め用筒部)3を成形した後、図2(e)に示すように、軸心孔37を形成する穴明けを行うことによって、ハブ31を成形するこができる。一般に、閉塞鍛造金型装置は、開閉可能に設けられた一対のダイスと、このダイスの開閉方向と平行駆動してダイス内に配置された材料を押圧する一対のパンチとを備えたものである。なお、本発明の第2工程22における閉塞鍛造金型装置には、この種のハブ輪を成形する際に使用する一般的なものを用いることができる。
【0021】
第1工程21前の潤滑処理23は、例えばリン酸塩皮膜処理といわれる金属表面処理である。このリン酸塩皮膜処理は化成処理又はボンデ処理とも呼ばれる。潤滑処理の目的は、この金型と素材との間に生じる摩擦を軽減し、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易にすることである。
【0022】
具体的には、リン酸塩皮膜処理としての潤滑処理23は、リン酸塩処理と、このリン酸塩処理前に行う脱脂工程及びスケール除去(酸洗)と、このリン酸塩処理後に行う反応型石けん潤滑処理等の処理である。
【0023】
脱脂工程では、鋼材の切断までに使用された潤滑油や防錆油等の汚れを除去する工程である。この場合、例えば、強アルカリタイプの脱胎剤を使用する。脱胎剤の成分は通常、無機塩のアルカリビルダーと界面活性剤によって構成される。アルカリピルダーは、オルソ碇酸ソーダ、リン酸ソーダ、苛性ソーダ、炭酸ソーダが主である。
【0024】
スケール除去として、ショットプラスト法を用いる。なお、23の潤滑処理では工程中の酸洗で十分であるが、24の軟化処理後は大量のスケールが発生するため、25の潤滑処理前にスケール除去を行う。ショットプラスト法は、ショットと呼ばれる鉄鋼の小粒子を表面に投射してスケールを除去する方法であり、酸洗とは、酸の液中に通してスケールを取り除くことである。
【0025】
リン酸塩処理は、リン酸と亜鉛を主成分とした水溶液に浸漬することにより、脱スケールされた鋼表面に、密着性の良いリン酸塩皮膜を生成する処理である。また、リン酸塩処理をした後に、反応型石けん潤滑処理が行われる。石けんの主成分であるステアリン酸ナトリウムとリン酸亜鉛皮膜が反応して、密着性の良いステアリン酸亜鉛皮膜が生成する。生成した潤滑層は薄い層(2〜5μm程)であるが、このうすい層が金具と被加工物との直接接触を防止し、潤滑層の優れた耐熱性や密着性により、焼き付きやカジリの発生を防止し、過酷な加工を行うことができる。
【0026】
また、第1工程終了後に行う軟化工程24は、球状化焼鈍による熱処理である。焼鈍(焼なまし)とは、金属材料が加工工程で不安定な状態になっている時、それを熱処理で安定な状態にする処理である。A1変態点付近まで加熱しその後炉内にて徐冷し、鋼の中の炭化物(セメンタイト)を微細な球状にする組織調整を球状化焼鈍という。このため、素材36が軟化される。また、第1工程終了後に行う潤滑処理25は、第1工程21前に行う潤滑処理23と同様である。
【0027】
このように、本発明のフランジ構造体製造方法は、図1に示すように、潤滑処理23と第1工程21と軟化処理24と潤滑処理25と第2工程22とを順次行うことによって、図3に示すようなハブ輪を成形することができる。
【0028】
本発明では、第1工程21においては、潤滑処理が施されたブランク材に対して冷間加工成形を行うので、金型とブランク材35との間に生じる摩擦を軽減でき、焼き付きを起こすことなく塑性加工を容易とすることができる。また、第2工程22においては、軟化処理と潤滑処理とを施した素材に対して閉塞鍛造を行うので、塑性加工の容易性向上を図ることができる。このため、各工程において、高い圧力が金型にかかるのを防止することができ、製造されたフランジ構造体(ハブ輪等)においては、従来のような材料割れを回避でき、高品質な製品を提供できる。また、使用する金型の破損を防止でき、金型寿命を高めることができる。
【0029】
また、ボンデ処理にて潤滑処置を行うことができ、球状化焼鈍にて軟化処理を行うことができ、材料割れの回避の信頼性が向上する。
【0030】
前記実施形態では中空のハブ輪である駆動側であったが、ハブ輪として、中実の従動側であってもよい。この場合であっても、図1に示すような、潤滑処理23と第1工程21と軟化処理24と潤滑処理25と第2工程22とを順次行えばよい。
【0031】
ところで、本発明においては、車輪用軸受装置の外方部材(外輪)を成形することができる。外方部材(外輪)52は、図4(e)と図7に示すように、軸部材としての本体筒部40と、この本体筒部40から外径方向へ延びるフランジ41とを備えたものであり、本体筒部40の内径面に軌道面42、43が成形される。
【0032】
すなわち、図4(a)の軸部素材45に対して据込み工程を行って図4(b)に示すような円盤状部材45aを成形する。次に、円盤状部材45aに対して、前成形工程を行って、図4(c)と図5に示すように両面に凹窪部49、50が形成された成形素材46を成形する。その後、この成形素材46に対して図示省略の成形型(閉塞鍛造金型装置)を用いて押し込み方向と直交する側方押し出し成形を施すことにより、図4(d)と図6に示すように、取付用フランジ41を備えた成形品47を成形する。その後は、この成形品47に穴開け工程を行うことによって、仕切部48を除去して図4(e)と図7に示すように、外輪を成形する。
【0033】
この場合、図4(a)から図4(c)の形状のものを成形する工程が前記第1工程21となり、また、図4(d)の形状のものを成形する工程が前記第2工程22となる。そして、第1工程21前に、潤滑処理23を行い、第1工程21にて成形された素材36に軟化処理24と潤滑処理25を行うことになる。
【0034】
このため、図4に示す製造方法であっても、前記したハブ輪を製造する方法と同様の作用効果を奏する。
【0035】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ハブ輪においてはフランジ2が円盤状のものであってもよい。フランジ2が前記実施形態のように複数個が周方向に沿って配設されるものである場合、そのフランジ数の増減は任意である。また、車輪用軸受装置の外方部材(外輪)であっても、そのフランジ数の増減は任意である。
【0036】
素材36に軟化処理24と潤滑処理25を行う場合、前記実施形態では、軟化処理24を先に行い、潤滑処理25を後に行っていたが、逆に、潤滑処理25を先に行い、軟化処理24を後に行ってもよい。また、軟化処理24と潤滑処理25とそれぞれ複数回行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明の実施形態を示すフランジ構造体製造方法の簡略工程図である。
【図2】前記フランジ構造体製造方法の工程図である。
【図3】前記フランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の平面図である。
【図4】本発明の他の実施形態を示すフランジ構造体製造方法の工程図である。
【図5】前記フランジ構造体製造方法の第1工程で成形された成形素材の平面図である。
【図6】前記フランジ構造体製造方法の第2工程で成形された成形品の平面図である。
【図7】前記フランジ構造体製造方法で成形された外輪の平面図である。
【図8】従来のフランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の断面図である。
【図9】従来のフランジ構造体製造方法にて製造されたハブ輪の平面図である。
【図10】車輪用軸受装置の断面図である。
【図11】従来の車輪用軸受装置のハブ輪の製造方法の工程図である。
【符号の説明】
【0038】
21 第1工程
22 第2工程
23 潤滑処理
24 軟化処理
25 潤滑処理
31 軸部材
32 車輪取付用フランジ
【出願人】 【識別番号】000102692
【氏名又は名称】NTN株式会社
【出願日】 平成19年2月15日(2007.2.15)
【代理人】 【識別番号】100064584
【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾

【識別番号】100093997
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀佳

【識別番号】100101616
【弁理士】
【氏名又は名称】白石 吉之

【識別番号】100107423
【弁理士】
【氏名又は名称】城村 邦彦

【識別番号】100120949
【弁理士】
【氏名又は名称】熊野 剛


【公開番号】 特開2008−194741(P2008−194741A)
【公開日】 平成20年8月28日(2008.8.28)
【出願番号】 特願2007−35024(P2007−35024)