JP2000140979A

JP2000140979A - 段付き軸部品およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000140979A
Application number: JP10320272A
Authority: JP
Inventors: Yoko Kawada; 陽子川田; Katsuya Imai; 克哉今井; Hiroshi Okamoto; 寛岡本; Mitsuaki Nakada; 光昭中田
Original assignee: N K SEIATSU KK; Nippon Koshuha Steel Co Ltd
Current assignee: N K SEIATSU KK; Nippon Koshuha Steel Co Ltd
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2000-05-23

Abstract

(57)【要約】【課題】段部でのファイバーフローの切断がなく大径
部と小径部の同軸度を確保でき、かつ鍛造押出し時の端
面割れ発生を防止する。【解決手段】高速度工具鋼の線材または棒材をせん断
により所定長さに切断した素材を据え込んでその切断面
の周縁部が内側へ回り込むよう形成すると共に、大径孔
部と小径孔部を備えたダイスによる押出し成形によって
成形した大径部２２Ａと小径部２２Ｂからなる段付き軸
素材を、前記小径部の押出側端面に形成された凹部を押
圧によって平面に形成してなるファイバーフローＰが前
記大径部から小径部に連続し且つ大径部と小径部とが円
弧面または角状の段部２２Ｃをなして連続する構成とし
たことを特徴とする段付き軸部品。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度，耐摩耗性
が要求され、かつ高靱性が要求される部位において使用
される高速度工具鋼などからなる段付き軸部品およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、高速度工具鋼の段付き軸部品
は、高速度工具鋼が高強度材であることから、焼きなま
し後に切削加工によって粗形状を形成し、焼入れ焼戻し
後、研磨加工によって仕上げられている。

【０００３】しかし、図６に示すように、切削加工によ
って形成された段付き軸部品１は、切削加工前の素材長
さ方向にそろったファイバーフローＰが段部１Ｃの部分
で切断されるとゝもに、小径部１Ｂでは鍛錬の利いてい
ない内部が表面に出てくるため、大径部１Ａと小径部１
Ｂをつなぐ段部１Ｃにおける強度が低下するという問題
がある。また、高速度工具鋼には、耐摩耗性を上げるた
めにＷ，Ｖ，Ｃｏなど高価な合金元素が多量に含有され
ており、素材費が高い。しかるに、前記の切削加工では
切り屑が多くなるため素材の歩留まりが悪く、製品価格
が高くなるという問題がある。

【０００４】また従来から、高強度材に対しては熱間や
温間加工をすることで変形抵抗を低下させ、塑性加工を
施しているが、熱間や温間鍛造で形成した部品は寸法精
度が悪いという問題点のほか、熱間や温間鍛造は大気中
で行われるため、表面が酸化し素材表面が荒れるという
問題があった。また素材表面が脱炭するため製品に削り
代を多く付けておく必要があり、後工程で研磨加工時間
の増加や歩留まりを悪くしてしまうという問題もある。

【０００５】そして更に従来から、低炭素鋼などの高速
度工具鋼よりも延性の高い素材からなる軸部品の製造方
法として、図７（ａ）に示すように、一つの大径孔部２
ａと小径孔部２ｂからなるダイス型孔を持つダイス２を
使用し、表面に潤滑皮膜を施した棒材や線材からせん断
により切り出した切断部材を素材３として、これを前記
大径孔部２ａ内に入れて小径孔部２ｂ内に押出し、図７
（ｂ）に示すような大径部４Ａと小径部４Ｂからなる段
付き軸部品４を製造する方法も行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図７に示
すような段付き軸部品４の製造方法で高速度工具鋼の鍛
造を行うと、高速度工具鋼は低炭素鋼より延性が低く、
且つ高速度工具鋼の素材の切断端面はせん断時の荒れた
切断面であるため、この荒れた切断面４Ｃがダイス型孔
の大径部２ａから小径部２ｂとが連続する大径部の底部
コーナ部２ｃで押し出されるとき、切断面４Ｃの表面荒
れを起因として端面割れが発生し、健全な部品が得られ
ないという問題があった。ここで高速度工具鋼で切断端
面が荒れていない切断素材を得るために、棒材または線
材をバンドソーまたはのこ刃などで切断する方法もある
が、この方法ではせん断による素材取りに対して作業能
率が大きく低下する。

【０００７】また、上記図７に示す押出しの変形例とし
て、図８に示すように、前記大径孔部２ａと小径孔部２
ｂとが連続する大径部の底部コーナにテーパ面部２ｄを
有するダイス２Ａで素材３の押出しを行う鍛造方法が行
われている。しかし、この鍛造方法では、図８（ｂ）に
示すように、段付き軸部品５の押出側端面５Ｃはその中
央部が凸状に膨らみ、この押出側端面５Ｃの表面中央部
で半径方向の引張応力が作用する。

【０００８】そのため、一般的鍛造用鋼材より延性が低
い高速度工具鋼は、断面減少率が３０％以上の押出しで
は、前記押出側端面５Ｃにせん断により発生する微細な
クラックが残っていると、その微細クラックを起因とし
た端面割れが発生してしまうという問題点があった。

【０００９】本発明は、前記のような従来の問題点を解
決するために成されたもので、素材の歩留まりの向上
と、段部でのファイバーフローの切断がなく大径部と小
径部の同軸度を確保でき、かつ鍛造の押出し時における
端面割れ発生を防止することができる高強度の段付き軸
部品およびその製造方法を提供することを目的としたも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そして、前記の目的を達
成するため、本願の第１発明は、高速度工具鋼の線材ま
たは棒材をせん断により所定長さに切断した素材を据え
込んでその切断面の周縁部が内側へ回り込むよう形成す
るとゝもに、大径孔部と小径孔部を備えたダイスによる
押出し成形によって成形した大径部と小径部からなる段
付き軸素材を、前記小径部の押出側端面に形成された凹
部を押圧によって平面に形成してなるファイバーフロー
が前記大径部から小径部に連続し且つ大径部と小径部と
が円弧面または角状の段部をなして連続する構成とした
ことを特徴とする段付き軸部品であり、また、本願の第
２発明は、表面に潤滑皮膜を施した高速度工具鋼の線材
または棒材を冷間鍛造用素材とし、該素材をせん断によ
り所定長さに切断した後、この切断された前記素材を、
大径孔部とこれに連続する小径孔部で形成され、且つ大
径孔部の底部コーナが円弧面に形成されてなるダイス型
孔を有するダイスの前記大径孔部に挿入し、この大径孔
部内で前記素材を据込む第１工程と、この据え込んだ前
記素材を、大径孔部とこれに連続する小径孔部で形成さ
れ、小径孔部が前記ダイスの小径孔部よりも大きい径
で、大径孔部の底部コーナが円弧面に形成されてなるダ
イス型孔を有するダイスの前記大径孔部に挿入して、こ
の大径孔部に連続する小径孔部に押出す第２工程と、こ
の押出しにより得られた素材を、大径孔部とこれに連続
する小径孔部で形成され、大径孔部の底部コーナが円弧
面または角状に形成されたダイス型孔を有するダイスの
ダイス型孔内に挿入して押し出し、大径部と小径部とが
円弧または角状の段部をなして連続する軸部品とする第
３工程とを順次経ることを特徴とする段付き軸部品の製
造方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
１乃至図５によって詳細に説明するに、段付き軸部品の
鍛造素材としては例えば高速度工具鋼のＳＫＨ５１の棒
材または線材を用いる。本発明は第１工程、第２工程お
よび第３工程よりなり、まず第１工程では図１（ａ）に
示すように、表面に潤滑皮膜を施した棒材または線材を
所定長さにせん断により切断した素材１１を後述するダ
イス１０の型孔内に挿入する。

【００１２】前記ダイス１０は、大径孔部１０ａとこれ
に連続する製品の小径部直径よりも小さい径とした小径
孔部１０ｂとを有し、かつ前記大径孔部１０ａの底部コ
ーナ部が大きい円弧面１０ｃで形成された型孔を有して
いる。そしてせん断により所定長さに切断した前記素材
１１をダイス１０の前記大径孔部１０ａ内に挿入し、パ
ンチＰ1 で前記素材１１の下端の切断面部１１Ａが前記
円弧面１０ｃの下部に達するよう据込み加工を行う。こ
の時、ノックアウトピンＮ1 の上面は前記大径孔部１０
ａの底部に設けた前記円弧面１０ｃの下部に位置するよ
うにする。

【００１３】この据え込み加工により、図１（ｂ）及び
図４に示すように、前記素材１１の引き抜き加工された
線材あるいは棒材の平滑な外周面からなる下端周縁部近
傍１１ａ及び切断面部１１Ａの周縁部１１ｂはそれぞ
れ、ダイス１０の前記大きな円弧面１０ｃに沿って内側
（中心部側）へ向かって回り込むように移動し、その結
果、前記周縁部１１ｂは前記切断面部１１Ａの下部まで
回り込む。ここで、前記周縁部１１ｂを前記切断面部１
１Ａの下部まで十分に回り込ませるためには、ダイス１
０の前記円弧面１０ｃの円弧半径（コーナＲ）を（大径
孔部１０ａの直径−小径孔部１０ｂの直径）×１．０以
上とすることが望ましい。

【００１４】一方、素材１１の切断面部１１Ａはその周
縁部１１ｂが前記円弧面１０ｃに沿って前記切断面部１
１Ａの下部まで回り込むことにより、切断面部１１Ａの
中心側１１ｃが上に凹のくぼんだ形状になる。その結
果、この切断面部１１Ａの表面部には圧縮力が作用し、
この第１工程で端面割れは発生しない。また図１（ｂ）
に示すように、素材１１の前記切断面部１１Ａ（周縁部
１１ｂ）はダイス１０の前記円弧面１０ｃにのみ接して
いるため、この接触部（周縁部１１ｂ）で大きな圧縮応
力が発生する。したがって、切断面部１１Ａにおける周
縁部１１ｂの円弧面１０ｃに沿った内側への回り込みが
不十分で、切断面部１１Ａが円弧面１０ｃに接触したと
しても、せん断によって発生した微細クラックなどを有
する荒れた切断面部１１Ａは十分平滑な面に矯正され
る。

【００１５】ここで、本発明の前記鍛造方法以外に、図
９に示すように、第１工程で据込み加工を行って、切断
面部１１ＡをノックアウトピンＮ4 の上面に押しつけて
面荒れを矯正する方法もあるが、この方法では、切断面
部１１Ａの全面を一度にノックアウトピンＮ4 で押しつ
けるため、面荒れを十分に矯正することができない。

【００１６】次の第２工程では、図２（ｃ）に示すよう
に、大径孔部２０ａと製品の小径部直径と同じ径を有す
る小径孔部２０ｂとが大きい円弧面２０ｃで繋がるダイ
ス２０の、前記大径孔部２０ａの中に第１工程で形成さ
れた前記素材１１を挿入し、パンチＰ2 により小径孔部
２０ｂに押し出して、図２（ｄ）に示すように、大径部
２１Ａと小径部２１Ｂとからなる素材２１を成形する。

【００１７】ここで、ダイス２０の前記小径孔部２０ｂ
の径は、製品の小径部の径と同じ大きさであり、製品の
小径部の径よりも小さく設定した第１工程におけるダイ
ス１０の前記小径孔部１０ｂの径よりも大きいことか
ら、図４に示すように、前記第１工程で素材１１の内側
（中心部側）へ回り込んだ切断面部１１Ａの前記周縁部
１１ｂが前記小径孔部２０ｂの押出し部コーナ部と接触
する。

【００１８】したがって、第２工程で素材１１を前記小
径孔部２０ｂに押し出す際、切断面部１１Ａの前記周縁
部１１ｂが大きな変形を受ける押出し部コーナ面とな
り、押出側端面が切断面であっても押出側端面に割れが
発生することなく押出しを行うことができる。ここで、
ダイス２０の前記円弧面２０ｃを第１工程のダイス１０
の前記円弧面１０ｃの半径より小さくすることで、前記
第１工程で素材１１の内側へ回り込んだ前記下端周縁部
近傍１１ａ及び前記周縁部１１ｂの外表面形状を保った
まま、第２工程のダイス２０の小径孔部２０ｂへの押出
しを開始でき、大径部２１Ａと小径部２１Ｂからなる素
材２１を成形することができる。

【００１９】なお、第１工程のダイス１０の小径孔部１
０ｂの径が製品の小径部の径と同じかそれよりも大きい
と、第２工程で素材１１をダイス２０の大径孔部２０ａ
内に挿入した場合、素材１１の切断面部１１Ａは図１０
（ａ）に示す位置にセットされる。したがって、図１０
（ｂ）に示すように、素材１１を小径孔部２０ｂ’に押
し出す際に、素材１１の表面が矯正されていないせん断
のままの切断面部１１Ａを押し出すことになり、小径孔
部２０ｂ’へ押出した直後の素材端面にダイスコーナ近
傍１１ｄの部分に表面荒れを起点とした割れを生じる。

【００２０】第３工程では、図３（ｅ）に示すように、
大径孔部３０ａの内周面と底部が小さな円弧面３０ｃを
介して小径孔部３０ｂと接続された製品形状と同一形状
のダイス型孔を有するダイス３０の、前記大径孔部３０
ａ内に素材２１を挿入する。そして、パンチＰ3 により
前記素材２１を前記小径孔部３０ｂに押し出し、図３
（ｆ）に示すように、ノックアウトピンＮ3 の上面部に
素材２１の前記切断面部１１Ａを押圧する。

【００２１】こうすることで、第２工程のダイス２０の
小径孔部２０ｂの径が第１工程のダイス１０の小径孔部
１０ｂの径よりも大きいことによって、第２工程におい
て生じる素材１１の切断面部１１Ａの段差を矯正するこ
とができ、図５に示すようなファイバーフローＰが大径
部２２Ａから小径部２２Ｂに連続し、且つ大径部２２Ａ
と小径部２２Ｂとが円弧面または角状の段部２２Ｃを介
して連続する段付き軸部品２２を製造することができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、素材費が高い高速度工具鋼を素材に用いて段付き軸
部品を冷間鍛造で作製することで、切削加工よりも格段
に歩留まりを良くすることができ、また従来、熱間や温
間鍛造で作製されていたものと比較して寸法精度の良
い、且つ表面性状の良好な段付き軸部品を得ることがで
きるとゝもに、後加工の研削加工代の低減が図れるの
で、従来製品よりも低コストの軸部品が得られる。さら
に本発明に係る段付き軸部品は、段部コーナでファイバ
ーフローが切断されていないため、高強度であるととも
に大径部と小径部の同軸度の精度が高いものが得られ
る。また、請求項２の発明によれば、素材の歩留まり向
上と大径部と小径部でファイバーフローが連続しながら
同軸度を確保することができ、かつ鍛造時の切断面の表
面荒れに起因する割れの発生を防止できる高強度の軸部
品の製造を実現することができる、といった諸効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の第１工程を示す説明図である。

【図２】本発明方法の第２工程を示す説明図である。

【図３】本発明方法の第３工程を示す説明図である。

【図４】本発明の要部を示す部分拡大説明図である。

【図５】本発明により得られる段付き軸部品のファイバ
ーフローを示す説明図である。

【図６】従来の切削加工によって形成された段付き軸部
品のファイバーフローを示す説明図である。

【図７】従来の段付き軸部品の製造方法を示す説明図で
ある。

【図８】他の従来の段付き軸部品の製造方法を示す説明
図である。

【図９】切断面部の面荒れを矯正する従来方法の説明図
である。

【図１０】素材の表面が矯正されていないせん断のまま
の切断面部を押し出す従来方法の説明図である。

【符号の説明】

１０ダイス１０ａ大径孔部１０ｂ小径孔部１０ｃ円弧面１１素材１１Ａ切断面部１１ａ下端周縁部近傍１１ｂ周縁部１１ｃ中心側２０ダイス２０ａ大径孔部２０ｂ小径孔部２０ｃ円弧面２１素材２１Ａ大径部２１Ｂ小径部２２段付き軸部品２２Ａ大径部２２Ｂ小径部２２Ｃ段部３０ダイス３０ａ大径孔部３０ｂ小径孔部３０ｃ円弧面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井克哉富山県新湊市八幡町３丁目10番15号日本高周波鋼業株式会社富山製造所内 (72)発明者岡本寛富山県高岡市石丸708番地の16 エヌケイ精圧株式会社内 (72)発明者中田光昭富山県高岡市石丸708番地の16 エヌケイ精圧株式会社内Ｆターム(参考） 4E087 AA10 CA21 EC38 EC39 EE02 HA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速度工具鋼の線材または棒材をせん断
により所定長さに切断した素材を据え込んでその切断面
の周縁部が内側へ回り込むよう形成するとゝもに、大径
孔部と小径孔部を備えたダイスによる押出し成形によっ
て成形した大径部と小径部からなる段付き軸素材を、前
記小径部の押出側端面に形成された凹部を押圧によって
平面に形成してなるファイバーフローが前記大径部から
小径部に連続し且つ大径部と小径部とが円弧面または角
状の段部をなして連続する構成としたことを特徴とする
段付き軸部品。
【請求項２】表面に潤滑皮膜を施した高速度工具鋼の
線材または棒材を冷間鍛造用素材とし、該素材をせん断
により所定長さに切断した後、この切断された前記素材
を、大径孔部とこれに連続する小径孔部で形成され、且
つ大径孔部の底部コーナが円弧面に形成されてなるダイ
ス型孔を有するダイスの前記大径孔部に挿入し、この大
径孔部内で前記素材を据込む第１工程と、この据え込ん
だ前記素材を、大径孔部とこれに連続する小径孔部で形
成され、小径孔部が前記ダイスの小径孔部よりも大きい
径で、大径孔部の底部コーナが円弧面に形成されてなる
ダイス型孔を有するダイスの前記大径孔部に挿入して、
この大径孔部に連続する小径孔部に押出す第２工程と、
この押出しにより得られた素材を、大径孔部とこれに連
続する小径孔部で形成され、大径孔部の底部コーナが円
弧面または角状に形成されたダイス型孔を有するダイス
のダイス型孔内に挿入して押し出し、大径部と小径部と
が円弧または角状の段部をなして連続する軸部品とする
第３工程とを順次経ることを特徴とする段付き軸部品の
製造方法。