JP7612325B2 - Upsetting device, upsetting method, and upsetting product - Google Patents
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Description
本発明は、環状素材の据え込み加工装置、据え込み加工方法及び据え込み加工品に関する。 The present invention relates to an upsetting device for annular materials, an upsetting method, and an upsetting product.
従来、軸受け、コロ、歯車部品等の環状の回転部品の多くは、丸棒材の切削により製造されている。例えば、鋼管を所定の幅に切断して切削リングを製造し、その切削リングに所定の施削を施し、その後、鍛造を行うことで、ベアリングレースを製造する技術が開示されている(特許文献1参照)。しかし、このような切削は、材料を削り出して製造されるため、歩留まりが低く、生産性タクトも著しく低い。
このため、環状素材をプレス加工して最終形状に近い形状まで製作し、仕上げのみを切削で行うニーズが増加している。例えば、円筒状素材を軸方向に圧縮し、その中央部を外方に向け突出させて折曲部を形成する技術も開示されている(特許文献2参照)。
Conventionally, many annular rotating parts such as bearings, rollers, and gear parts are manufactured by cutting round bar material. For example, a technology has been disclosed in which a steel pipe is cut to a specified width to manufacture a cut ring, the cut ring is subjected to a specified machining process, and then forged to manufacture a bearing race (see Patent Document 1). However, this type of cutting has a low yield rate and a significantly low productivity tact time because the parts are manufactured by cutting out the material.
For this reason, there is an increasing need to press an annular material to produce a shape close to the final shape, and then perform only the finishing by cutting.For example, a technology has been disclosed in which a cylindrical material is compressed in the axial direction and its central part is protruded outward to form a bent part (see Patent Document 2).
しかし、特許文献2の技術を用いて、板厚の薄い軸受け鋼管を単純に据え込み加工で増肉した場合、中央部で湾曲した樽形状になる。
本発明は、樽形状となる湾曲の度合いを軽減することが可能な据え込み加工装置、据え込み加工方法及び据え込み加工品を提供することを目的とする。
However, when the technology of
An object of the present invention is to provide an upsetting apparatus, an upsetting method, and an upsetting product that are capable of reducing the degree of curvature that results in a barrel shape.
本発明の第1の態様は、第1押圧面を有する第1型と、前記第1押圧面と対向する第2押圧面を有する第2型と、前記第1型と前記第2型とを相対的に近接又は離間する方向に駆動可能な駆動部と、を備え、環状素材を軸線に沿った方向の両側から前記第1押圧面と前記第2押圧面とで挟んで押圧する据え込み加工装置であって、前記第1押圧面及び前記第2押圧面の少なくとも一方の押圧面は、前記環状素材の押圧時に、前記環状素材の前記軸線と一致する装置軸線の上の一点を頂点とした錐体の側面である、据え込み加工装置を提供する。 The first aspect of the present invention provides an upsetting device that includes a first die having a first pressing surface, a second die having a second pressing surface opposed to the first pressing surface, and a drive unit that can drive the first die and the second die in a direction to move relatively closer to or farther apart, and that sandwiches and presses an annular material between the first pressing surface and the second pressing surface from both sides in a direction along an axis, and at least one of the first pressing surface and the second pressing surface is a side surface of a cone with a vertex at a point on the device axis that coincides with the axis of the annular material when the annular material is pressed.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが75°以上であってもよい。 The pressing surface may be a side surface of a cone, and in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be 75° or more.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが83°以上89°以下であってもよい。 The pressing surface may be a side surface of a cone, and in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ on the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be 83° or more and 89° or less.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記押圧面と前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが、
θ=90°-tan-1μであってもよい。
The pressing surface is a side surface of a cone, and when a friction coefficient between the pressing surface and the annular material is μ in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is:
θ may be 90°−tan −1 μ.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが60°以上であってもよい。 The pressing surface may be the side surface of a cone, and in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be 60° or more.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが76°以上88°以下であってもよい。 The pressing surface may be a side surface of a cone, and in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ on the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be 76° or more and 88° or less.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記押圧面と前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが、θ=90°-2×tan-1μであってもよい。 The pressing surface may be a side surface of a cone, and when a friction coefficient between the pressing surface and the annular material is μ in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, an inclination angle θ on the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be θ = 90° - 2 × tan -1 μ.
前記第1押圧面及び前記第2押圧面の少なくとも一方の押圧面には、前記環状素材の中央貫通孔に挿入される位置決め突部が設けられていてもよい。 At least one of the first pressing surface and the second pressing surface may be provided with a positioning protrusion that is inserted into the central through hole of the annular material.
本発明の第2の態様は、第1押圧面を有する第1型と、前記第1押圧面と対向する第2押圧面を有する第2型と、の間に環状素材を配置する配置工程と、前記第1型と前記第2型とを相対的に近接する方向に駆動することにより、前記環状素材を軸線に沿った方向の両端から前記第1押圧面と前記第2押圧面とで挟んで押圧する据え込み工程と、を備え、前記第1押圧面及び前記第2押圧面の少なくとも一方の押圧面は、前記環状素材の押圧時に前記環状素材の前記軸線と一致させる装置軸線の上の一点を頂点とした錐体の側面である、据え込み加工方法を提供する。 The second aspect of the present invention provides an upsetting method comprising: an arrangement step of arranging an annular material between a first die having a first pressing surface and a second die having a second pressing surface opposed to the first pressing surface; and an upsetting step of sandwiching and pressing the annular material between the first pressing surface and the second pressing surface from both ends in the direction along the axis by driving the first die and the second die in a direction relatively approaching each other, in which at least one of the first pressing surface and the second pressing surface is the side surface of a cone with a vertex at a point on the device axis that is aligned with the axis of the annular material when the annular material is pressed.
前記据え込み工程は、前記環状素材の外周面及び内周面が拘束されない自由据え込み工程であってもよい。 The upsetting process may be a free upsetting process in which the outer and inner surfaces of the annular material are not constrained.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記押圧面と前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θを、θ=90°-tan-1μとしてもよい。 The pressing surface is a side surface of a cone, and when a friction coefficient between the pressing surface and the annular material in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis is μ, an inclination angle θ on the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be θ = 90° - tan -1 μ.
前記押圧面は円錐体の側面であり、前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記押圧面と前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θを、θ=90°-2×tan-1μとしてもよい。 The pressing surface is a side surface of a cone, and when a friction coefficient between the pressing surface and the annular material in a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis is μ, an inclination angle θ on the inner angle between the device axis and the side surface of the cone may be θ = 90° - 2 × tan -1 μ.
前記配置工程は、前記第1押圧面及び前記第2押圧面の少なくとも一方の押圧面に設けられた前記装置軸線を中心とした位置決め突部を、前記環状素材の中央貫通孔に挿入することで、前記環状素材を位置決めする位置決め工程を含んでもよい。 The positioning step may include a positioning step of positioning the annular material by inserting a positioning protrusion, centered on the device axis and provided on at least one of the first pressing surface and the second pressing surface, into a central through hole of the annular material.
本発明の第3の態様は、環状であり、軸方向の中央における内径側の中央内径部は、前記中央における外径側の中央外径部と、前記軸方向の一端側における内径側の一端側内径部と、前記軸方向の他端側における内径側の他端側内径部と、より硬い、据え込み加工品を提供する。 The third aspect of the present invention provides a swaged product that is annular, has a central inner diameter portion on the inner diameter side at the center in the axial direction, a central outer diameter portion on the outer diameter side at the center, a one-end inner diameter portion on the inner diameter side at one end in the axial direction, and an other-end inner diameter portion on the inner diameter side at the other end in the axial direction, and is harder.
前記中央内径部は、前記中央外径部よりも5%以上硬くてもよい。 The central inner diameter portion may be at least 5% harder than the central outer diameter portion.
本発明によれば、樽形状となる湾曲の度合いを軽減することが可能な据え込み加工装置、据え込み加工方法及び据え込み加工品を提供することができる。 The present invention provides an upsetting device, an upsetting method, and an upsetting product that can reduce the degree of curvature that results in a barrel shape.
(据え込み加工装置)
図1は、本発明の実施形態の据え込み加工装置1の概略断面である。据え込み加工装置1は、実施形態では円環状素材100を軸線A0方向に圧縮して、拡径及び増肉する装置である。なお、実施形態では円環状素材100を据え込み加工するが、これに限らず、例えば角環状素材や楕円環状素材を据え込み加工する装置であってもよい。また、据え込み加工装置1は円環状素材100を上下方向から据え込み加工するが、これに限定されず、例えば横方向から据え込み加工するものであってもよい。
(Upsetting equipment)
1 is a schematic cross-section of an
据え込み加工装置1は、下型2(第1型)と、その下型2と略同形で、下型2の上部に、下型2と同一の装置軸線A1を中心として配置された上型3(第2型)と、上型3と下型2との上下方向の相対移動を案内するガイド部4と、上型3と下型2とを上下方向に相対駆動する駆動部5と、を備える。下型2と上型3とを合わせて金型10と称する。
The
(下型2)
下型2は略円柱状であり、上面に下型押圧面21(第1押圧面)が設けられている。下型押圧面21は、装置軸線A1上の一点を頂点として、下方に向かうに従い広径する円錐体の側面の一部である。上面における装置軸線A1を中心とした所定径の範囲には、上方に円柱状に突出した下型位置決め突部22が設けられている。下型位置決め突部22の外径は、円環状素材100の貫通孔101の内径と略等しい。
図1に示すように装置軸線A1を通る断面における、下型押圧面21の装置軸線A1に対する内角側の傾斜角度(下型傾斜角度)θ1は90°未満であり、実施形態で下型傾斜角度θ1は87°である。
なお、実施形態で下型押圧面21は円錐体の側面であるが、これに限らず、加工対象である環状素材の形状に合わせて、他の錐体、例えば角錐等の側面であってもよい。
(Lower die 2)
The
As shown in FIG. 1, in a cross section passing through the device axis A1, the inclination angle (lower mold inclination angle) θ1 on the inner angle side of the lower mold
In the embodiment, the lower die
(上型3)
上型3は、下型2と上下が逆であるが同形である。すなわち、略円柱状であり、下面に、下型押圧面21と対向する上型押圧面31(第2押圧面)が設けられている。上型押圧面31は、装置軸線A1上の一点を頂点として、上方に向かうに従い広径する円錐体の側面の一部である。下面における装置軸線A1を中心とした所定径の範囲には、下方に円柱状に突出した上型位置決め突部32が設けられている。上型位置決め突部32の外径は、円環状素材100の貫通孔101の内径と略等しい。
図1に示すように装置軸線A1を通る上下方向の断面において、上型押圧面31の装置軸線A1に対する内角側の傾斜角度θ2(上型傾斜角度)は、90°未満であり、実施形態で上型傾斜角度θ2は87°である。
なお、下型押圧面21と同様に、実施形態で上型押圧面31は、円錐体の側面であるが、これに限らず、加工対象である環状素材の形状に合わせて、角錐等であってもよい。
(Upper mold 3)
The
As shown in Figure 1, in a vertical cross section passing through the device axis A1, the inclination angle θ2 (upper mold inclination angle) of the upper mold
In addition, like the lower die
(ガイド部4)
ガイド部4は、下型2と上型3との外周に配置された所定厚みの円筒部材である。ガイド部4の貫通孔41の内径は上型3及び下型2の外径とほぼ同じである。ガイド部4と下型2とは、台座6の上に載置されている。
下型2と上型3とは、上型押圧面31と下型押圧面21とが対向した状態で、ガイド部4の貫通孔41の内部に装置軸線A1方向に一定の間隔を開け且つ装置軸線A1を中心として配置されている。下型2と上型3とが装置軸線A1方向に互いに相対移動する際に、ガイド部4の貫通孔41によって直進ガイドされる。
(Guide part 4)
The
The
(駆動部5)
駆動部5は、実施形態においては上型3を装置軸線A1方向に下型2に対して近接する方向と離間する方向とに駆動する。ただし、これに限らず、上型3と下型2とを装置軸線A1方向に互いに相対駆動させるものであればよい。
なお、実施形態の据え込み加工装置は、据え込み加工時において円環状素材100の外周を拘束しない自由据え込み加工装置である。
(Drive unit 5)
In this embodiment, the
The upsetting device of the embodiment is a free upsetting device that does not constrain the outer periphery of the
(実施形態の据え込み加工方法)
図2は、実施形態の据え込み加工方法を説明する図である。
図2(a)は加工前の円環状素材100の斜視図である。円環状素材100は、軸線A0を中心とした回転体である。なお、実施形態において据え込み加工装置1により加工される被処理体は円環状素材100であるが、これに限定されず、例えば角環状素材や楕円環状素材であってもよい。
(Embodiment of upsetting method)
FIG. 2 is a diagram for explaining the upsetting method of the embodiment.
2A is a perspective view of the
図2(b)は据え込み加工方法の位置決め工程を説明する図である。下型2における下型位置決め突部22の外側に、円環状素材100の貫通孔101の下側を挿入する。これにより、円環状素材100を下型押圧面21の中央に位置決めして配置する。
そして、駆動部5を駆動させることにより上型押圧面31を下降させ、上型3の上型位置決め突部32を円環状素材100の貫通孔101に挿入する。そうすると、円環状素材100の貫通孔101の上方に上型3の上型位置決め突部32が挿入される。円環状素材100の軸線A0は、据え込み加工装置1の装置軸線A1と一致し、円環状素材100は据え込み加工装置1の中央に保持される。
2(b) is a diagram illustrating the positioning step of the upsetting method. The lower side of the through
Then, the
図2(c)は据え込み加工方法の据え込み工程を説明する図である。駆動部5の駆動により上型3をさらに下降させ、円環状素材100を軸線A0(装置軸線A1)方向に所定の加圧力で圧縮して、円環状素材100を、軸線A0方向と直交する方向に拡径及び増肉させる。
Figure 2(c) is a diagram explaining the upsetting process of the upsetting processing method. The
図2(d)及び(e)は円環状素材100の加工後の状態である据え込み加工品200を示す図で、(d)は軸線A0を通り且つ軸線A0と平行な断面図であり、(e)は斜視図である。
据え込み加工品200は、円環状素材100の状態から軸線A0方向に圧縮されるとともに軸線A0方向と直交する方向に増肉されている。図2に示す実施形態の据え込み加工品200は、外側面200aと内側面200bとが、図示する断面において上下に延びる直線状であり、すなわち、湾曲していない。また、据え込み加工品200の上面200uと下面200dとは、上型押圧面31と下型押圧面21に対応する円錐の側面(内側面)状となっている。
2(d) and (e) are diagrams showing an upset-processed
The
なお、図2に示す実施形態の据え込み加工品200は、外側面200aと内側面200bとが、図示する断面において上下に延びる直線状である。しかし、本発明の範囲は、必ずしも完全に直線状でなくてもよく、次に述べる第1比較形態よりも外側への突出量が小さければよく、また内側へ突出している場合も含まれる。
In the embodiment of the
(比較形態の据え込み加工方法)
図3は、第1比較形態の据え込み加工方法を説明する図である。
図3(a)は加工前の円環状素材100の斜視図である。円環状素材100は実施形態と同様である。
(Comparative upsetting method)
FIG. 3 is a diagram for explaining the upsetting method of the first comparative embodiment.
3A is a perspective view of the
図3(b)は、第1比較形態の据え込み加工方法の位置決め工程を説明する図である。第1比較形態の据え込み加工装置1Aは、下型押圧面21Aと上型押圧面31Aとの形状が実施形態の据え込み加工装置1と異なる。第1比較形態の下型押圧面21Aと上型押圧面31Aとは、円錐体の側面ではなく、装置軸線A1と直交する方向(水平方向)に延びる平坦面である。
位置決め工程において、実施形態と同様に、下型2Aにおける下型位置決め突部22Aの外側に、円環状素材100の貫通孔101の下側を挿入する。これにより、円環状素材100を下型押圧面21Aの中央に位置決めして配置する。
そして、駆動部を駆動させることにより上型押圧面31Aを下降させ、上型3Aの上型位置決め突部32Aを円環状素材100の貫通孔101に挿入する。そうすると、円環状素材100の貫通孔101の上方に上型3Aの上型位置決め突部32Aが挿入される。円環状素材100の軸線A0は、据え込み加工装置1Aの装置軸線A1と一致し、円環状素材100は、据え込み加工装置1Aの中央に保持される。
3B is a diagram for explaining the positioning step of the upsetting method of the first comparative embodiment. The upsetting
In the positioning step, similarly to the embodiment, the lower side of the through
Then, the drive unit is driven to lower the upper
図3(c)は比較形態における据え込み加工方法の据え込み工程を説明する図である。駆動部5の駆動により上型3Aをさらに下降させる。これにより円環状素材100を軸線A0(装置軸線A1)方向に圧縮して、円環状素材100を、軸線A0方向と直交する方向に拡径及び増肉する。
Figure 3(c) is a diagram explaining the upsetting process of the upsetting processing method in the comparative embodiment. The
図3(d)及び(e)は、比較形態での加工後の据え込み加工品200Aを示す図で、(d)は軸線A0を通り、軸線A0と平行な断面図であり、(e)は斜視図である。第1比較形態の据え込み加工品200Aは、実施形態と同様に円環状素材100の状態から軸線A0方向に圧縮されるとともに軸線A0方向と直交する方向に増肉されている。第1比較形態の据え込み加工品200Aが実施形態の据え込み加工品200と異なる点は、外側面200Aaと内側面200Abの中央部が、外側に拡径して湾曲した、いわゆる樽形状である点である。
3(d) and (e) are diagrams showing the upset processed
(第1比較形態が樽形状になる理由)
第1比較形態が、このように樽形状になる理由について説明する。
物体に荷重Fが作用して距離sだけ移動する場合、仕事W=F×sが最小になるように移動することが最も安定している。すなわち、Fが一定の場合、sが最も小さくなるように移動することが最も安定している。
円環状素材100を、第1比較形態のような押圧面が平坦な上型3と下型2とで据え込んだ場合においても、移動距離sが小さくなる移動が最も安定した移動であると考えられる。
(Reason why the first comparative embodiment has a barrel shape)
The reason why the first comparative embodiment has such a barrel shape will be described.
When a load F acts on an object and it moves a distance s, it is most stable for the object to move in such a way that the work W = F x s is minimized. In other words, when F is constant, it is most stable for the object to move in such a way that s is minimized.
Even when the
一例として、外径(半径)6mm、内径(半径)5mm、高さ10mmの円環状素材100を、体積一定で圧縮率50%に据え込んだ場合、以下のようになる。
(1)内径寸法が変わらない場合、外径(半径)寸法は6mmから(√47)mm≒6.86mmへと拡径する。すなわち、外径部分の軸線A0方向からの移動距離sは0.86mmである。
(2)外径寸法が変わらない場合、内径(半径)寸法が5mmから(√14)mm≒3.74mmへと縮径する。すなわち、外径部分の軸線A0方向からの移動距離sは、1.26mmである。
したがって、拘束がない自由据え込みにおいて、外径寸法が変化した方が、内径寸法が変化する場合よりも仕事Wが小さくなるので、より安定性が高いと考えられる。
ゆえに、第1比較形態の据え込み加工において円環状素材100を据え込み加工する場合、安定性の面から、内径側に材料が移動して縮径するよりも外径側に材料が移動して拡径しやすいと考えられる。
As an example, when a circular ring-shaped
(1) If the inner diameter does not change, the outer diameter (radius) increases from 6 mm to (√47) mm ≈ 6.86 mm. In other words, the movement distance s of the outer diameter portion from the axis A0 is 0.86 mm.
(2) When the outer diameter does not change, the inner diameter (radius) decreases from 5 mm to (√14) mm ≈ 3.74 mm. In other words, the movement distance s of the outer diameter portion from the axis A0 is 1.26 mm.
Therefore, in free upsetting without constraint, a change in the outer diameter dimension results in less work W than a change in the inner diameter dimension, and is therefore considered to be more stable.
Therefore, when the
図4は第1比較形態の据え込み加工装置1Aを用いた場合に円環状素材100に作用する力を説明する図である。円環状素材100の材料が外径側に移動しようとしたとき、上型押圧面31Aと円環状素材100の上面との間と、下型押圧面21Aと円環状素材100の下面との間とには、材料が移動しようとする方向rと逆向き、すなわち内径向きの摩擦力fi=μ×Fが働く(μは摩擦係数)。
Figure 4 is a diagram explaining the forces acting on the
一方、円環状素材100の軸線A0方向の中央線M近傍では、摩擦力fiの影響が少ない。このため、円環状素材100における、上面及び下面近傍と、中央線M近傍とでは材料の径方向の変位量が異なる。すなわち、中央線M近傍では径方向の変形量が大きくなり、上面及び下面近傍では変形量が小さくなり、その結果、据え込み加工品200Aは図3(c),(d),(e)に示すように樽形状となると考えられる。
On the other hand, the influence of the friction force fi is small near the center line M in the axial direction A0 of the
(実施形態の突出量が小さくなる理由)
次に、実施形態が比較形態と比べて外側への突出量が小さくなる理由について説明する。
(1)摩擦係数μと摩擦角φとの関係
斜面に重さWの物体を載せ、傾斜をしだいに大きくしていき、傾斜角が角度φになったときに、物体が滑り始めたとする。
図5は斜面に重さWの物体を載せたときの摩擦係数μと角度φとの関係を説明する図である。図示するように、斜面の傾きが角度φのとき、重さWを斜面に直角な直圧力Rと斜面に平行な力Pとに分解する。このとき、物体の静摩擦力f(f=μ×R)は、物体を滑らせようとする力Pと釣り合っているので、
f=μ×R=P
したがって、摩擦係数μは、
μ=P/R=(Wsinφ)/(Wcosφ)=tanφ
となる。
(Reason for reducing the protrusion amount in the embodiment)
Next, the reason why the outward protrusion amount is smaller in the embodiment than in the comparative example will be described.
(1) Relationship between friction coefficient μ and friction angle φ An object of weight W is placed on an inclined plane, and the inclination is gradually increased until the angle of inclination reaches angle φ, at which point the object begins to slide.
Figure 5 is a diagram explaining the relationship between the friction coefficient μ and angle φ when an object of weight W is placed on an inclined surface. As shown in the figure, when the inclination of the inclined surface is angle φ, the weight W is resolved into a direct pressure R perpendicular to the inclined surface and a force P parallel to the inclined surface. In this case, the static friction force f (f = μ x R) of the object is balanced with the force P trying to slide the object, so
f = μ × R = P
Therefore, the friction coefficient μ is
μ=P/R=(Wsinφ)/(Wcosφ)=tanφ
It becomes.
(2)据え込み加工への応用
この関係式μ=tanφを、本願の据え込み加工(側面が拘束されない自由据え込み加工)に応用する。図6は、傾斜面に力Fを加えて部材を圧縮する場合の摩擦係数と摩擦角との関係を説明する図である。以下、上型押圧面31と円環状素材100の上面側とを例にして説明する。
F:荷重
R:荷重Fの、上型3の上型押圧面31と直交する方向の分力(直圧力)
P:荷重Fの、上型3の上型押圧面31と平行な方向の分力
fp:Pの力と同じ大きさで反対方向に働く静摩擦力
φ:水平面に対する上型押圧面31の傾きφ
μ:上型3と円環状素材100の上面との間の摩擦係数
fmax:最大摩擦力
とする。
(2) Application to upsetting This relational expression μ=tanφ is applied to the upsetting of the present application (free upsetting where the side surface is not constrained). Figure 6 is a diagram for explaining the relationship between the friction coefficient and the friction angle when a force F is applied to the inclined surface to compress the member. The following explanation will be given using the upper
F: Load R: Component of load F in a direction perpendicular to the upper
P: component of load F in a direction parallel to the upper
μ: friction coefficient between the
そうすると、
P=F×sinφ、R=F×cosφ、
fmax=μ×R、
fp=P(fmax<Pになるまでの間)
となる。
So then,
P=F×sinφ, R=F×cosφ,
fmax=μ×R,
fp = P (until fmax < P)
It becomes.
図5のように物体を滑らせた場合は、P≦μ×Rでは物体は静止している。しかし、図6のような据え込み加工の場合、P≦μ×Rにおいて材料は、移動距離が小さい外径方向に移動をする。このため、材料が移動する方向と反対方向に働く、すなわち内径向きの摩擦力fiも同時に存在する。しかしながら、最大摩擦力fmax以上に摩擦は生じないので、静摩擦力fpとfiの和はfmaxと一致する。
本発明の据え込み加工において、P≦μ×Rの条件では、物体が移動する方向は斜面と平行な力Pによる内径向きの移動と、自由据込みによる外径側への移動が考えられる。
最大摩擦力fmaxは斜面に垂直な力(直圧力)Rと摩擦係数μとの積で求まるが、その向きは斜面を移動する物体の逆向きに働くので、斜面と平行な力Pと逆向きの摩擦力fpと、自由据込みによる外径側への移動と逆向きの摩擦力fiが存在し、これらの関係がfmax=fp+fiとなる。
When an object is slid as shown in Figure 5, the object is stationary when P ≦ μ × R. However, in the case of upsetting as shown in Figure 6, when P ≦ μ × R, the material moves in the outer diameter direction, which is a smaller moving distance. Therefore, a friction force fi acting in the opposite direction to the direction in which the material moves, i.e., toward the inner diameter, also exists at the same time. However, friction does not occur beyond the maximum friction force fmax, so the sum of the static friction forces fp and fi is equal to fmax.
In the upsetting process of the present invention, under the condition P≦μ×R, the object can move in two directions: toward the inner diameter due to a force P parallel to the inclined surface, and toward the outer diameter due to free upsetting.
The maximum frictional force fmax is calculated by the product of the force (direct pressure force) R perpendicular to the slope and the friction coefficient μ. However, since this force acts in the opposite direction to the object moving on the slope, there exists a frictional force fp that acts in the opposite direction to the force P parallel to the slope, and a frictional force fi that acts in the opposite direction to the movement toward the outer diameter due to free upsetting, and the relationship between these is fmax = fp + fi.
すなわち、
P≦μ×Rのとき、
fmax=fp+fiであり、fp=Pであるので、
fi=fmax-fp=μ×R-P=(μ×F×cosφ)-(F×sinφ)=(μ×F)×(cosφ-sinφ/μ)
となる。
That is,
When P≦μ×R,
Since fmax=fp+fi and fp=P,
fi=fmax-fp=μ×R-P=(μ×F×cosφ)-(F×sinφ)=(μ×F)×(cosφ-sinφ/μ)
It becomes.
図7は、φについて場合分けをした場合の、据え込み加工品200(実施形態),200A(第1比較形態)の形状を示す表である。矢印の大きさは摩擦力又は変位量の大きさを示す。
(1)φ=0のとき(第1比較形態)
fi=μ×F、fp=0となり、摩擦力fはf=μ×Fで内径向きとなる。
したがって、第1比較形態では、上述のように、押圧面と当接している上面及び下面近傍では変形量が小さくなり、中央線M近傍では径方向の変形量が大きくなり、その結果、据え込み加工品200Aは図3(c),(d),(e)に示すように樽形状となる。
7 is a table showing the shapes of the upset processed products 200 (embodiment) and 200A (first comparative embodiment) when classified according to φ. The size of the arrow indicates the magnitude of the friction force or the amount of displacement.
(1) When φ=0 (first comparative example)
fi = μ×F, fp = 0, and the friction force f is f = μ×F and acts in the inward direction.
Therefore, in the first comparative form, as described above, the amount of deformation is small near the upper and lower surfaces that abut against the pressing surface, and the amount of radial deformation is large near the center line M, and as a result, the upset processed
(2)cosφ>sinφ/μのとき(実施形態)
fpとPは相殺されるので、見かけ上の摩擦力fはfiと等しくなる。
その結果、fは内径向きで0<f<μ×Fとなる。
このときのφはμ>sinφ/cosφ=tanφとなり、φ<tan-1μで求められる。
実施形態では第1比較形態よりも見かけ上の摩擦力が小さくなるので、第1比較形態と比べて、押圧面と当接している上面及び下面近傍での変形量の、中央線M近傍での径方向の変形量に対する差が小さくなる。
(2) When cosφ>sinφ/μ (embodiment)
Since fp and P cancel each other out, the apparent friction force f is equal to fi.
As a result, f satisfies 0<f<μ×F in the inner diameter direction.
In this case, φ is μ>sinφ/cosφ=tanφ, and can be determined by φ<tan −1 μ.
In this embodiment, the apparent frictional force is smaller than that of the first comparative embodiment, and therefore the difference between the amount of deformation near the upper and lower surfaces that are in contact with the pressing surface and the amount of radial deformation near the center line M is smaller than in the first comparative embodiment.
(3)cosφ=sinφ/μのとき(実施形態)
fi=0であり、fp=fmax=PとなってfpはPとつりあって相殺されるので、見かけ上の摩擦力fはf=0となる。
このときのφはμ=sinφ/cosφ=tanφとなるので、φ=tan-1μで求められる。
したがって、cosφ=sinφ/μは、実施形態における最も好ましい範囲であり、押圧面と当接している上面及び下面近傍での変形量の、中央線M近傍での径方向の変形量に対する差がなくなる。ゆえに、水平面に対する上型押圧面31の傾きφを、φ=tan-1μ(μは摩擦係数)に設定すれば、金型と円環状素材100の境界面に発生する摩擦力fを見かけ上0にでき、材料の径方向に対する変位量が中央線M近傍と金型境界面とで同等となる。ゆえに、据え込み加工品200が、図2(d)及び(e)に示すように外側面200aと内側面200bとを、図示する断面において上下に延びる直線状とすることができる。
(3) When cosφ=sinφ/μ (embodiment)
Since fi = 0 and fp = fmax = P, fp is balanced and canceled out by P, so the apparent friction force f is f = 0.
In this case, φ is μ=sinφ/cosφ=tanφ, so it can be determined as φ=tan −1 μ.
Therefore, cosφ=sinφ/μ is the most preferable range in the embodiment, and there is no difference between the amount of deformation near the upper and lower surfaces in contact with the pressing surface and the amount of radial deformation near the center line M. Therefore, if the inclination φ of the upper
(検証結果)
図8は、金型の押圧面の傾斜の有無による、据え込み加工品の径方向の材料変位量を比較したFEM(Finite Element Method)解析結果である。図中最も右側の図8(d)は、図8(a),(b),(c)がどの位置の材料変位量を示したものであるかを示す図である。
一般的な潤滑油を使用した鋼種と金型材料との間の摩擦係数μは0.03~0.12であり、最大で0.25となるが、今回のFEM解析では、使用頻度が高い摩擦係数μ=0.05を適用した。
(Verification results)
Fig. 8 shows the results of a finite element method (FEM) analysis comparing the amount of material displacement in the radial direction of an upset product with and without the inclination of the pressing surface of the die. Fig. 8(d) on the far right side of the figure shows the positions of the material displacement shown in Figs. 8(a), (b), and (c).
The friction coefficient μ between steel types and die materials when using general lubricants is 0.03 to 0.12, with a maximum of 0.25. In this FEM analysis, however, a frequently used friction coefficient μ of 0.05 was applied.
各種条件は以下である。
解析手法:FEM
円環状素材
鋼種:SUJ2
内径:14.2mm
外径:28.4mm
高さ:50.5mm
摩擦係数μ:0.05
圧縮力:(a)724kN、(b)811kN、(c)838kN
圧縮率:50%
The various conditions are as follows:
Analysis method: FEM
Circular ring material Steel type: SUJ2
Inner diameter: 14.2 mm
Outer diameter: 28.4 mm
Height: 50.5mm
Friction coefficient μ: 0.05
Compression force: (a) 724 kN, (b) 811 kN, (c) 838 kN
Compression ratio: 50%
図8(c)は、摩擦のない理想的な加工条件で、互いに平行且つ水平方向に延びる上型押圧面と下型押圧面とを備える据え込み加工装置により円環状素材100を据え込み加工した場合の据え込み加工品200Iである。理想的な加工条件で加工された据え込み加工品200Iは、径方向の材料変位量が、中央線M近傍と上面及び下面近傍と変わらない。
Figure 8 (c) shows an upset product 200I produced when an
図8(a)は、摩擦の存在する現実的な加工条件で、互いに平行且つ水平方向に延びる上型押圧面31Aと下型押圧面21Aとを備える据え込み加工装置1Aにより円環状素材100を据え込み加工した場合の第1比較形態の据え込み加工品200Aである。
第1比較形態によると、上面及び下面近傍で内径向きの摩擦力(μ×F)が働くので、材料の変位量が小さくなる。また、中央線M近傍では、摩擦力の影響が少ないので変位量が大きくなる。
Figure 8 (a) shows a first comparative form of an upsetting processed
In the first comparative example, a frictional force (μ×F) acts in the inward direction near the upper and lower surfaces, so the amount of displacement of the material is small. Also, in the vicinity of the center line M, the effect of the frictional force is small, so the amount of displacement is large.
図8(b)は、本実施形態である。本実施形態では現実的な摩擦が存在するが、円環状素材100に対し、φ=tan-1μ(μは摩擦係数)の傾斜面である上型押圧面31と下型押圧面21とを備える据え込み加工装置1により円環状素材100を据え込み加工した場合の据え込み加工品200である。実施形態によると、中央線M近傍と、上面及び下面近傍との材料変位量の差が小さく、摩擦のない理想的な図8(c)の状態に近いことがわかる。
Fig. 8(b) shows the present embodiment. In this embodiment, realistic friction exists, but the upsetting
(傾斜角度θについて)
上述したように、実施形態において上型傾斜角度θ2及び下型傾斜角度θ1は87°である。この効果について説明する。なお、以下の説明は、上型傾斜角度θ2及び下型傾斜角度θ1に共通する説明であるので、傾斜角度θとして共通して説明する。
図6に示すように角度φと金型10の傾斜角度θとの関係は
θ=90°-φ=90°-tan-1μである。
また、この関係式は、
tanθ=1/tanφ=1/μとなるので、
θ=tan―1(1/μ)とも表すことができる。
となる。すなわち、μがわかれば傾斜角度θを求めることができる。なお、摩擦係数μの実験による推定方法では、μの精度としては、±0.02程度の誤差が含まれるので、傾斜角度としては、ここで求めたθ±1.5°までを包含する。
(Regarding the inclination angle θ)
As described above, in the embodiment, the upper mold inclination angle θ2 and the lower mold inclination angle θ1 are 87°. The effect of this will be described. Note that the following description is common to the upper mold inclination angle θ2 and the lower mold inclination angle θ1, so it will be commonly described as the inclination angle θ.
As shown in FIG. 6, the relationship between the angle φ and the inclination angle θ of the die 10 is θ=90°-φ=90°-tan −1 μ.
In addition, this relation is
Since tan θ=1/tan φ=1/μ,
It can also be expressed as θ=tan −1 (1/μ).
In other words, if μ is known, the inclination angle θ can be calculated. Note that in the method of estimating the friction coefficient μ through experiments, the accuracy of μ includes an error of about ±0.02, so the inclination angle includes the θ calculated here up to ±1.5°.
(μと傾斜角度θとの関係)
実施形態において、μ=0.05であるとすると、この場合、見かけ上の摩擦力fがf=0となる傾斜角度θは、
θ=tan-1(1/μ)
=tan-1(1/0.05)
=87°となる時に、円環状素材100の径方向に対する変位量が中央線M近傍と金型境界面とで同等となり、成形された据え込み加工品200は、樽形状にならない。
なお、μには誤差があるので、傾斜角度θが85.5°≦θ≦88.5°(85.5°以上88.5°以下)までを包含する。
(Relationship between μ and inclination angle θ)
In the embodiment, if μ=0.05, the inclination angle θ at which the apparent frictional force f becomes f=0 is given by:
θ=tan -1 (1/μ)
= tan -1 (1/0.05)
= 87°, the amount of radial displacement of the
In addition, since μ has an error, the inclination angle θ is within the range of 85.5°≦θ≦88.5° (85.5° or more and 88.5° or less).
(湾曲させないようにする場合の好ましい範囲)
据え込み加工装置1において金型として使用する金属材料や、円環状素材の材料、潤滑油等で摩擦係数μは変動する。一般的に最大となる摩擦係数μmaxは0.25程度であるので、θ=tan-1(1/μ)より、θ=75°(小数点以下切り下げ)となる。
この中でも、通常使用される範囲は、0.03≦μ≦0.12である。この場合、83°≦θ≦89°(83°以上89°以下)となる。
(Preferable range to avoid bending)
The friction coefficient μ varies depending on the metal material used as the die in the
Among these, the range that is usually used is 0.03≦μ≦0.12. In this case, 83°≦θ≦89° (83° or more and 89° or less).
図9(a)は、μ=0.05で傾斜角度θ=90°の第1比較形態での据え込み加工品200Aの相当ひずみを解析にて求めた結果を示す図で、図9(b)はμ=0.05で傾斜角度θ=87°の実施形態での据え込み加工品200の相当ひずみを解析にて求めた結果示す図である。
Figure 9(a) shows the results of an analysis of the equivalent strain of the
解析手法及び各種条件は以下である。
解析手法:FEM
円環状素材
鋼種:SUJ2
内径:14.2mm
外径:28.4mm
高さ:50.5mm
圧縮力:(a)724kN、(b)811kN
圧縮率:50%
The analysis method and various conditions are as follows.
Analysis method: FEM
Circular ring material Steel type: SUJ2
Inner diameter: 14.2 mm
Outer diameter: 28.4 mm
Height: 50.5mm
Compression force: (a) 724 kN, (b) 811 kN
Compression ratio: 50%
図中点線は、目標とする据え込み加工品200の形状である。図示するように実施形態では、相当ひずみが略均一で第1比較形態では、相当ひずみの値にばらつきが大きかった。また、実施形態での据え込み加工品200のほうが理想とする形状に近かった。
The dotted line in the figure indicates the target shape of the
図10は、金型角度を90°から83°まで変更したときの、据え込み加工品200,200Aの上面又は下面での内径寸法及び外形寸法のFEM解析結果と、金型角度が90°、88°、87°、86°、84°の場合における実測値とを示したグラフである。
摩擦係数μを推定する方法としては、塑性加工学改訂版(2014年3月14日第1版)に記載されている。
その方法は、リング状の試験片を平行工具間で圧縮するリング圧縮では、摩擦が小さいとリング内径が広がり、摩擦が大きければ、逆に小さくなるという摩擦係数の相違によるリング内径の変化を利用して、計算結果と実験によるリング内径変化を比較して摩擦係数を決定する方法であり、今回の実験品で確認した結果、摩擦係数μ=0.05となった。
Figure 10 is a graph showing the FEM analysis results of the inner diameter dimensions and outer dimensions on the upper and lower surfaces of the upset processed
A method for estimating the friction coefficient μ is described in the revised edition of Science of Plastic Processing (1st edition, March 14, 2014).
The method involves ring compression, in which a ring-shaped test piece is compressed between parallel tools. When friction is low, the ring inner diameter expands, and when friction is high, the ring inner diameter decreases. This change in the ring inner diameter is determined by comparing the calculated results with the change in the ring inner diameter obtained experimentally. The friction coefficient was determined to be μ = 0.05 when confirmed with the experimental product.
解析手法及び各種条件は以下である。
円環状素材としては、以下のものを用いた。
鋼種:SUJ2
内径:14.2mm
外径:28.4mm
高さ:50.5mm
また、以下の条件で据え込み加工を行った。
プレス装置:4000kNメカプレス(油圧ユニット、理研機器株式会社製)
プレスモーション:クランク
プレス速度:10spm
金型材質:SKD11
潤滑油:G-3456(日本工作油株式会社製)
圧縮力:金型角度 90°748kN、88°801kN、87°834kN、86°773kN、84°657kN
圧縮率:50%
解析手法:FEM
円環状素材
鋼種:SUJ2
内径:14.2mm
外径:28.4mm
高さ:50.5mm
圧縮力:金型角度 90°724kN、88°788kN、87°811kN 、86°765kN、84°664kN 83°629kN
圧縮率:50%
The analysis method and various conditions are as follows.
The following circular materials were used:
Steel type: SUJ2
Inner diameter: 14.2 mm
Outer diameter: 28.4 mm
Height: 50.5mm
In addition, upsetting was carried out under the following conditions.
Press equipment: 4000kN mechanical press (hydraulic unit, manufactured by Rikenki Co., Ltd.)
Press motion: crank Press speed: 10 spm
Mold material: SKD11
Lubricating oil: G-3456 (manufactured by Nippon Kogyo Oil Co., Ltd.)
Compression force: die
Compression ratio: 50%
Analysis method: FEM
Circular ring material Steel type: SUJ2
Inner diameter: 14.2 mm
Outer diameter: 28.4 mm
Height: 50.5mm
Compression force: die
Compression ratio: 50%
図示するように、据え込み加工品200,200Aの外形寸法Aと内径寸法aの実測値は、図7で説明したメカニズムをもとにしたFEM解析結果と略一致しており、図7で説明したメカニズムの信頼性が高いことが示された。
As shown in the figure, the actual measured values of the outer dimension A and inner diameter dimension a of the upset processed
(θの変更による形状の変化)
図11は、摩擦係数μ=0.05において据え込み加工装置1の押圧面の傾斜角度θを変えて加工した据え込み加工品200,200Aにおける、上面近傍と中央線M近傍での内径差分と、外径差分と示すFEM解析結果に基づくグラフである。図12は、図11の縦軸が示す値を説明する図である。図12に示すように、実施形態の据え込み加工品200における上部の外径をA、上部の内径をa、中央部の外径をB、中央部の内径をbとする。
(Change in shape due to change in θ)
Fig. 11 is a graph based on the results of FEM analysis showing the inner diameter difference and the outer diameter difference near the upper surface and near the center line M of upset-processed
中央部の内径bと上部の内径aとの差分b-aを内径差分とする。b-aがプラスの値ということは、据え込み加工品200の貫通孔の中央部の径が、上部の径より大きいことを示す。b-aがマイナスの値ということは、据え込み加工品200の貫通孔の中央部の径が、上部の径より小さいことを示す。
The difference b-a between the inner diameter b at the center and the inner diameter a at the top is defined as the inner diameter difference. If b-a is a positive value, it indicates that the diameter at the center of the through hole of the
上部の外径Bと上部の外径Aとの差分B-Aを外径差分とする。B-Aがプラスの値ということは、据え込み加工品200の外径の中央部の径が、上部の径より大きいことを示す。すなわち樽型である。B-Aがマイナスの値ということは、据え込み加工品200の外径の中央部の径が、上部の径より小さいことを示す。すなわち、中央部が窪んだ形状である。
The difference B-A between the outer diameter B of the upper part and the outer diameter A of the upper part is taken as the outer diameter difference. If B-A is a positive value, it indicates that the diameter of the central part of the outer diameter of the upset processed
図11に示すように、金型の傾斜角度θを90°から83°へと変化させると、内径差分と外径差分との値が変化する。なお金型の傾斜角が90°とは、第1比較形態の場合である。また、図11に示すように、金型角度を変えていったときに、内径差分と外径差分とは略等しい値となる。すなわち、外径側の出張量と内径側のくびれ量とは略等しいと考えられ、外径部の突出分が内径部の凹分になっている。 As shown in FIG. 11, when the inclination angle θ of the mold is changed from 90° to 83°, the values of the inner diameter difference and the outer diameter difference change. Note that the inclination angle of the mold of 90° is the case of the first comparative embodiment. Also, as shown in FIG. 11, when the mold angle is changed, the inner diameter difference and the outer diameter difference become approximately equal values. In other words, the amount of protrusion on the outer diameter side and the amount of narrowing on the inner diameter side are considered to be approximately equal, and the protruding portion of the outer diameter portion becomes the concave portion of the inner diameter portion.
実施形態の場合、μ=0.05において、傾斜角度θは約87°(=90°-tan-1μ)である。このとき図11に示すように、内径差分と外径差分とは略ゼロになる。
なお、摩擦係数μの実験による推定方法では、μの精度としては、±0.02程度の誤差が含まれるので、傾斜角度としては、ここで求めたθを±1.5°とする85.5°≦θ≦88.5°(85.5°以上88.5°以下)(=tan-1(1/μ)±1.5°)を包含するものとする。
In the case of the embodiment, when μ=0.05, the inclination angle θ is about 87° (=90°−tan −1 μ). At this time, the difference between the inner diameter and the outer diameter becomes approximately zero, as shown in FIG.
In addition, in the experimental estimation method of the friction coefficient μ, the accuracy of μ includes an error of about ±0.02, so the inclination angle is considered to include 85.5°≦θ≦88.5° (85.5° or more and 88.5° or less) (= tan −1 (1/μ) ±1.5°), where the θ calculated here is ±1.5°.
(内側に突形状の据え込み加工品)
傾斜角度θは87°よりも角度が小さくなると(水平に対する傾斜が大きくなると)、内径差分と外径差分との値がマイナスになる。そして、傾斜角度θが90°-2×tan-1μのとき、第1比較形態において外側に突となっていた据え込み加工品200Aと同じ量だけ内側に突となった据え込み加工品を製造することができる。なお、摩擦係数μの実験による推定方法では、μの精度としては、±0.02程度の誤差が含まれるので、傾斜角度としては、ここで求めたθ±3.0°までを包含するものとする。
すなわち、平坦な押圧面で押圧した時と同じ量だけ内側に突となった据え込み加工品を製造するための傾斜角度θは、
一般的に最大となる摩擦係数μmax=0.25でのθ=60°であり、この中でも、通常使用される範囲は、0.03≦μ≦0.12である。この場合、76°≦θ≦88°(76°以上88°以下)となる。
(Inner protrusion shape)
When the inclination angle θ is smaller than 87° (when the inclination with respect to the horizontal becomes large), the value of the inner diameter difference and the outer diameter difference becomes negative. When the inclination angle θ is 90°-2×tan -1 μ, it is possible to manufacture an upset-processed product that has an inward protrusion by the same amount as the upset-processed
That is, the inclination angle θ for producing an upset-processed product with the same inward protrusion as when pressed with a flat pressing surface is:
Generally, θ=60° when the friction coefficient μmax=0.25 is the maximum, and within this, the range that is usually used is 0.03≦μ≦0.12. In this case, 76°≦θ≦88° (76° or more and 88° or less).
このように、傾斜角度θを変更することにより、据え込み加工品における、軸線A0方向の中央部の径方向位置を、上部及び下部に対して変更することができる。換言すると、傾斜角度θを変えることで、外側に突の樽型、側面が湾曲していない円筒状、内側に突のくびれ型との任意形状の据え込み加工品を製造することができる。 In this way, by changing the inclination angle θ, the radial position of the center of the axial line A0 direction of the upset product can be changed relative to the upper and lower parts. In other words, by changing the inclination angle θ, it is possible to manufacture upset products of any shape, such as a barrel shape with an outward protrusion, a cylindrical shape with no curved sides, or a constricted shape with an inward protrusion.
(硬度)
図13は、(a)加工前の円環状素材100と、(b)第1比較形態の据え込み加工装置1で加工された据え込み加工品200と、(c)実施形態の据え込み加工装置1で加工された据え込み加工品200との、異なる位置でのビッカース硬さを測定した結果である。
円環状素材としては、以下のものを用いた。
鋼種:SUJ2
内径:14.2mm
外径:28.4mm
高さ:50.5mm
また、以下の条件で据え込み加工を行った。
プレス装置:4000kNメカプレス(油圧ユニット、理研機器株式会社製)
プレスモーション:クランク
プレス速度:10spm
金型材質:SKD11
潤滑油:G-3456(日本工作油株式会社製)
圧縮力:(b)748kN、(c)834kN
圧縮率:50%
それぞれ、長手方向の上から1,2,3,4,5の5箇所のそれぞれにおける、径方向の外径側からA,B,Cの3箇所の、合計15箇所において、ビッカース硬さを測定した。単位はHV,試験荷重は9.8Nである。
(hardness)
Figure 13 shows the results of measuring Vickers hardness at different positions on (a)
The following circular materials were used:
Steel type: SUJ2
Inner diameter: 14.2 mm
Outer diameter: 28.4 mm
Height: 50.5mm
In addition, upsetting was carried out under the following conditions.
Press equipment: 4000kN mechanical press (hydraulic unit, manufactured by Rikenki Co., Ltd.)
Press motion: crank Press speed: 10 spm
Mold material: SKD11
Lubricating oil: G-3456 (manufactured by Nippon Kogyo Oil Co., Ltd.)
Compressive force: (b) 748 kN, (c) 834 kN
Compression ratio: 50%
The Vickers hardness was measured at 15 points in total, 1, 2, 3, 4, and 5 from the top in the longitudinal direction and 3 points A, B, and C from the outer diameter side in the radial direction. The unit is HV, and the test load is 9.8 N.
物体に塑性変形を与えると、変形度合が増すにつれて障害物(粒界、析出物、他の転移)にさえぎられるので、次第に蓄積され、密度が増大し、その結果材料の強度が増す加工硬化を生じる。すなわち、材料の変形度合が増すと硬くなる。 When an object is plastically deformed, as the degree of deformation increases, obstacles (grain boundaries, precipitates, other dislocations) gradually accumulate and cause the density to increase, resulting in work hardening, which increases the strength of the material. In other words, the more a material is deformed, the harder it becomes.
上述のように、上型3に近い円環状素材100の上面近傍と、下型2に近い円環状素材100の下面近傍とは、金型10により荷重を受けた場合、θ=90°の第1比較形態及びθ=87°の実施形態とにおいて、材料は移動距離が小さい外径側に移動する。したがって変形度合は内径側に比べ外径側が大きい。
As described above, when a load is applied by the
その結果、円環状素材100の上部(側定箇所1)の硬さと、下部(側定箇所5)の硬さは、外径部(測定箇所A)>中央部(測定箇所B)>内径部(測定箇所C)となっている。これは、第1比較形態及び実施形態において同様である。
As a result, the hardness of the upper portion (side fixed point 1) and the lower portion (side fixed point 5) of the
一方、中央部(測定箇所3)は、上型3と下型2の中央に位置しているので、変形は上型3と下型2による圧縮が支配的となり、材料の圧縮率が大きくなるにつれ、変形度合が増し硬くなる。
すなわち、第1比較形態では上型3と下型2が水平になっているので、外径部、内径部の圧縮率は同じとなり、変形度合に差がなく、測定箇所A,B,Cにおいて硬さは略等しい。
しかしながら、実施形態では、上型3と下型2の押圧面が傾斜しているので、内径部の圧縮率が高く、外径部の圧縮率が低い。したがって変形度合に差が生じ、外径部(測定箇所A)<中央部(測定箇所B)<内径部(測定箇所C)となっている。
On the other hand, since the central portion (measurement point 3) is located in the center between the
That is, in the first comparative embodiment, the
However, in the embodiment, the pressing surfaces of the
以上、実施形態の据え込み加工品200は、内径部(側定箇所C)の中央部が最も硬く、内径部の上部と下部が最も軟らかい。したがって、最も軟らかい内径部の上部と下部とを金型で挟んで押し込んでいくH型加工がしやすくなり、その後、押し込んだ面を打ち抜くことで、第1比較形態による、中間製品としての据え込み加工品200よりも、容易に仕上げ抜き加工ができる。
As described above, the
図14は加工方法の違いによる加工品の鍛流線を比較した図である。
(a)は実施形態の据え込み加工品200の鍛流線を示した図、(b)は第1比較形態の据え込み加工品200の鍛流線を示した図、(c)は第2比較形態の据え込み加工品200の鍛流線を示した図である。
第2比較形態は、円環状素材100の外径側を、外壁で拘束して矩形加工した据え込み加工品200Bである。
FIG. 14 is a diagram comparing grain flows in products processed using different processing methods.
1A is a diagram showing grain flows of an upset-processed
The second comparative example is an upset-processed
図14(b)に示す第1比較形態による据え込み加工品200Aにおいて、円環状素材100の長手方向の中央線M近傍で鍛流線は軸線A0に対して直交し、すなわち水平となる。
しかし、上型押圧面31によって押圧される上面近傍の鍛流線は上型押圧面31と平行にはならない。また、下型押圧面21によって押圧される下面近傍の鍛流線も、下型押圧面21と平行にはならない。
In an
However, the grain flows in the vicinity of the upper surface pressed by upper
図14(c)に示す第2比較形態による据え込み加工品200Bにおいては、円環状素材100の長手方向の中央線M近傍において鍛流線は軸線A0に対して直交せず、すなわち水平ではない。そして、上型押圧面31によって押圧される上面近傍の鍛流線は上型押圧面31と平行にはならない。また、下型押圧面21によって押圧される下面近傍の鍛流線も、下型押圧面21と平行にはならない。
In the
しかし、図14(a)に示す実施形態による据え込み加工品200において、円環状素材100の長手方向の中央線M近傍で鍛流線は軸線A0に対して直交し、すなわち水平となる。
中央線Mより上に行くにつれて、鍛流線の徐々に傾き、上型押圧面31によって押圧される上面近傍の鍛流線は上型押圧面31と略平行、すなわち上型押圧面31と同じ傾きとなる。
中央線Mより下に行くにつれて、鍛流線の徐々に傾き、下型押圧面21によって押圧される下面近傍の鍛流線は下型押圧面21と略平行、すなわち下型押圧面21と同じ傾きとなる。
第1比較形態及び第2比較形態と比べると鍛流線同士の間隔は、略均等となり、むらのない鍛造が行われていることがわかる。
However, in the
As one moves above center line M, the grain flow line gradually inclines, and the grain flow line in the vicinity of the upper surface pressed by upper
The grain flow lines gradually incline downward from center line M, and the grain flow lines in the vicinity of the lower surface pressed by lower
In comparison with the first and second comparative examples, the intervals between the grain flows are generally uniform, indicating that forging has been performed without unevenness.
以上、本実施形態によると、傾斜角度が90°より小さい円錐体の側面である押圧面で円環状素材を内径から徐々に当接して押圧加工している。これにより、内外径面の断面形状を直線状に増肉加工できる。
また、加工後に中央部の折曲がりや座屈なく、拡径ができるので、板厚が薄い軸受け鋼管の増肉が可能となる。
なお、プレス機の荷重は円環状素材100の側面を拘束することにより側面を平坦にする場合に比べ、1/2.5程度に抑えられる。
As described above, according to this embodiment, the annular material is gradually pressed from the inner diameter against the pressing surface, which is the side surface of a cone having an inclination angle of less than 90°. This allows the cross-sectional shape of the inner and outer diameter surfaces to be linearly thickened.
In addition, since the diameter can be expanded without bending or buckling in the center after processing, it is possible to increase the thickness of thin bearing steel pipes.
The load of the press can be reduced to about 1/2.5 compared to when the side surface of the
θ:傾斜角
θ1:下型傾斜角度
θ2:上型傾斜角度
θ2:傾斜角度
μ:摩擦係数
A0:軸線
A1:装置軸線
1:据え込み加工装置
10:金型
2:下型(第1型)
21:下型押圧面(第1押圧面)
22:下型位置決め突部
3:上型(第2型)
31:上型押圧面(第2押圧面)
32:上型位置決め突部
41:貫通孔
5:駆動部
100:円環状素材(環状素材)
101:貫通孔
200:据え込み加工品
200a:外側面
200b:内側面
θ: Inclination angle θ1: Lower mold inclination angle θ2: Upper mold inclination angle θ2: Inclination angle μ: Friction coefficient A0: Axis line A1: Equipment axis line 1: Upsetting equipment 10: Mold 2: Lower mold (first mold)
21: Lower pressing surface (first pressing surface)
22: Lower die positioning protrusion 3: Upper die (second die)
31: Upper pressing surface (second pressing surface)
32: Upper die positioning protrusion 41: Through hole 5: Drive part 100: Ring-shaped material (ring-shaped material)
101: Through hole 200: Upset processed
Claims (15)
前記第1押圧面と対向する第2押圧面を有する第2型と、
前記第1型と前記第2型とを相対的に近接又は離間する方向に駆動可能な駆動部と、を備え、
環状素材を軸線に沿った方向の両側から前記第1押圧面と前記第2押圧面とで挟んで押圧する据え込み加工装置であって、
前記第1押圧面及び前記第2押圧面は、前記環状素材の押圧時に、前記環状素材の前記軸線と一致する装置軸線の上の一点を頂点とした錐体の側面である、据え込み加工装置。 A first mold having a first pressing surface;
a second mold having a second pressing surface opposed to the first pressing surface;
a drive unit capable of driving the first mold and the second mold in a direction to move relatively closer to or away from each other,
An upsetting processing device that sandwiches and presses an annular material between the first pressing surface and the second pressing surface from both sides in a direction along an axis,
An upsetting processing apparatus, wherein the first pressing surface and the second pressing surface are sides of a cone having a vertex at a point on an apparatus axis that coincides with the axis of the annular material when the annular material is pressed.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが75°以上である、
請求項1に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is 75° or more.
2. The upsetting apparatus according to claim 1.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが83°以上89°以下である、
請求項1又は2に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is 83° or more and 89° or less.
3. An upsetting apparatus according to claim 1 or 2.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記第1押圧面及び前記第2押圧面それぞれについて前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが、
θ=90°-tan-1μである、
請求項1から3のいずれか1項に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, when the friction coefficient between the annular material and each of the first pressing surface and the second pressing surface is μ, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is:
θ=90°−tan − 1μ,
The upsetting apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが60°以上である、
請求項1に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is 60° or more.
2. The upsetting apparatus according to claim 1.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが76°以上88°以下である、
請求項1又は5に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is 76° or more and 88° or less.
6. An upsetting apparatus according to claim 1 or 5.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記第1押圧面及び前記第2押圧面それぞれについて前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θが、
θ=90°-2×tan-1μである、
請求項1,5又は6のいずれか1項に記載の据え込み加工装置。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, when the friction coefficient between the annular material and each of the first pressing surface and the second pressing surface is μ, the inclination angle θ of the inner angle between the device axis and the side surface of the cone is:
θ=90°−2×tan−1μ.
7. An upsetting apparatus according to claim 1, 5 or 6.
請求項1から7のいずれか1項に記載の据え込み加工装置。 At least one of the first pressing surface and the second pressing surface is provided with a positioning protrusion to be inserted into a central through hole of the annular material.
An upsetting apparatus according to any one of claims 1 to 7.
前記第1型と前記第2型とを相対的に近接する方向に駆動することにより、前記環状素材を軸線に沿った方向の両端から前記第1押圧面と前記第2押圧面とで挟んで押圧する据え込み工程と、を備え、
前記第1押圧面及び前記第2押圧面は、前記環状素材の押圧時に前記環状素材の前記軸線と一致させる装置軸線の上の一点を頂点とした錐体の側面である、据え込み加工方法。 a positioning step of positioning an annular material between a first die having a first pressing surface and a second die having a second pressing surface opposite to the first pressing surface;
a swaging process in which the annular blank is sandwiched and pressed between the first pressing surface and the second pressing surface from both ends in a direction along the axis by driving the first die and the second die in a direction in which they approach each other relatively,
A method for upsetting, wherein the first pressing surface and the second pressing surface are sides of a cone having a vertex at a point on an apparatus axis that is aligned with the axis of the annular material when the annular material is pressed.
前記環状素材の外周面及び内周面が拘束されない自由据え込み工程である、
請求項9に記載の据え込み加工方法。 The upsetting step includes:
A free upsetting process in which the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the annular blank are not constrained.
The upsetting method according to claim 9.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記第1押圧面及び前記第2押圧面それぞれについて前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θを、θ=90°-tan-1μとする、
請求項9又は10に記載の据え込み加工方法。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, when the friction coefficient between the annular material and each of the first pressing surface and the second pressing surface is μ, the inclination angle θ on the inner angle side between the device axis and the side surface of the cone is θ = 90 ° - tan - 1 μ.
The upsetting method according to claim 9 or 10.
前記装置軸線を通り且つ前記装置軸線と平行な断面において、前記第1押圧面及び前記第2押圧面それぞれについて前記環状素材との間の摩擦係数μとしたときに、前記装置軸線と前記円錐体の側面の間の内角側の傾斜角度θを、θ=90°-2×tan-1μとする、
請求項9又は10に記載の据え込み加工方法。 the first pressing surface and the second pressing surface are side surfaces of a cone,
In a cross section passing through the device axis and parallel to the device axis, when the friction coefficient between the annular material and each of the first pressing surface and the second pressing surface is μ, the inclination angle θ on the inner angle side between the device axis and the side surface of the cone is θ = 90 ° - 2 × tan -1 μ.
The upsetting method according to claim 9 or 10.
前記第1押圧面及び前記第2押圧面の少なくとも一方の押圧面に設けられた前記装置軸線を中心とした位置決め突部を、前記環状素材の中央貫通孔に挿入することで、前記環状素材を位置決めする位置決め工程を含む、
請求項9から12のいずれか1項に記載の据え込み加工方法。 The placing step includes:
A positioning step of positioning the annular material by inserting a positioning protrusion, which is provided on at least one of the first pressing surface and the second pressing surface and is centered on the device axis, into a central through hole of the annular material.
The upsetting method according to any one of claims 9 to 12.
軸方向の中央における内径側の中央内径部は、
前記中央における外径側の中央外径部と、
前記軸方向の一端側における内径側の一端側内径部と、
前記軸方向の他端側における内径側の他端側内径部と、より硬い、
据え込み加工品。 It is cyclic,
The central inner diameter portion on the inner diameter side at the center in the axial direction is
A central outer diameter portion on an outer diameter side at the center;
an inner diameter portion on an inner diameter side at one end side of the axial direction;
an inner diameter portion on the other end side of the inner diameter side at the other end side in the axial direction,
Upset processed product.
請求項14に記載の据え込み加工品。 The central inner diameter portion is at least 5% harder than the central outer diameter portion.
15. The upset product according to claim 14.
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