JP2011224581A

JP2011224581A - Roller forging method

Info

Publication number: JP2011224581A
Application number: JP2010094025A
Authority: JP
Inventors: Naoki Hirai; 直樹平位; Takuya Sukeda; 拓也助田; Masahiko Mitsuhayashi; 雅彦三林; Izuru Yamamoto; 出山本; Hiroshi Ishita; 寛史井下; Keisuke Tsunoda; 佳介角田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】表層流れが発生するのを防止すること
【解決手段】
ワーク軸心Ｙを中心に回転する円筒形状のワーク４に、ワーク軸心Ｙと直交するローラ軸心Ｘを中心に回転可能なローラ２を、ワーク４のワーク表層面４１ａに当接させ、ワーク４を拡径変形させるローラ鍛造方法において、ワーク４のワーク表層面４１ａの変形抵抗を、ワーク底面４１ｂよりも大きくする。
【選択図】図２[PROBLEMS] To prevent surface flow from occurring.
The cylindrical workpiece 4 rotating around the workpiece axis Y is brought into contact with the workpiece surface 41a of the workpiece 4 with a roller 2 rotatable around a roller axis X orthogonal to the workpiece axis Y, In the roller forging method in which the diameter of the workpiece 4 is increased, the deformation resistance of the workpiece surface 41a of the workpiece 4 is made larger than that of the workpiece bottom 41b.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転可能なローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法に関する。 In the present invention, a cylindrical workpiece that rotates around a workpiece axis is brought into contact with a roller that can rotate around a roller axis that is orthogonal to the workpiece axis, against one end surface of the workpiece, and the workpiece is expanded in diameter. The present invention relates to a roller forging method.

従来、ローラ鍛造方法に関する技術においては、図１４に示すように、ローラ装置１０１とワーク回転装置１０２を備えるローラ鍛造装置１００を用いる。ローラ鍛造装置１００により鍛造するのは、円筒形状のワーク１０３である。ワーク１０３の表層がワーク表層面１０３ａであり、底部がワーク底面１０３ｂである。ワーク１０３は、スチール等の金属素材である。
ワーク回転装置１０２は、ワーク軸心Ｍを中心に回転する。ローラ装置１０１は、ワーク軸心Ｍと直交するワーク軸心Ｎを中心に回転する。
第１に、図１４に示すように、ワーク１０３を、ワーク回転装置１０２に裁置する。第２に、ローラ装置１０１及びワーク回転装置１０２を回転させる。第３に、ローラ装置１０１は、図示しない下降装置により矢印Ｌ方向へ下降し、ワーク回転装置１０２に裁置されたワーク１０３に当接し押圧する。ワーク１０３は、ローラ装置１０１とワーク回転装置１０１の間に挟まれ、内周及び外周方向に拡径変形する。ローラ鍛造装置１００により成型されたワーク１０３を、ワーク加工部材１０４とする。 Conventionally, in the technique related to the roller forging method, a roller forging device 100 including a roller device 101 and a work rotating device 102 is used as shown in FIG. What is forged by the roller forging device 100 is a cylindrical workpiece 103. The surface layer of the work 103 is the work surface layer surface 103a, and the bottom is the work bottom surface 103b. The work 103 is a metal material such as steel.
The workpiece rotating device 102 rotates around the workpiece axis M. The roller device 101 rotates around a workpiece axis N that is orthogonal to the workpiece axis M.
First, as shown in FIG. 14, the workpiece 103 is placed on the workpiece rotating device 102. Second, the roller device 101 and the work rotation device 102 are rotated. Third, the roller device 101 is lowered in the direction of the arrow L by a lowering device (not shown), and comes into contact with and presses the workpiece 103 placed on the workpiece rotating device 102. The workpiece 103 is sandwiched between the roller device 101 and the workpiece rotating device 101, and expands and deforms in the inner and outer circumferential directions. A workpiece 103 molded by the roller forging device 100 is referred to as a workpiece processing member 104.

特開平７−００１０６６号公報JP 7-001066 A 特開平６−２６９８８７号公報JP-A-6-269887 特開平５−２６１４６３号公報JP-A-5-261463 特開２００６−２１８４９６号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-218496

しかしながら、従来技術には、以下の問題があった。
すなわち、ローラ鍛造装置１００により成型されたワーク加工部材１０４は、図１５に示すように、ワーク１０３と比較して、拡径し拡径部１０５が形成される。拡径部１０５は、成型の際の表層流れにより発生する。表層流れとは、ワークの表面の近くにあるワーク表層面がワーク底面よりも大きく拡径し、ローラの力を受けた方向にワーク表層面が大きく外部に流れることをいう。図１５に示すワーク加工部材１０４は、拡径部１０５は、次工程において不要な部分となる。具体的には、ワーク表層１０３ａの外径Ｃ１とワーク底面１０３ｂの外径Ｃ２の比が、１．５倍以上となると拡径部１０５を除去する次工程が必要とされる。従来技術においては、ワーク表層１０３ａとワーク底面１０３ｂの外径比が２．０倍以上となるため、次工程が必要とされた。次工程が必要となると、複雑な機構が必要になる。次工程及び複雑な機構が増えると、生産コストが悪くなるため問題となる。また、設備費が増える問題がある。 However, the prior art has the following problems.
That is, the workpiece processing member 104 molded by the roller forging device 100 is expanded in diameter as compared with the workpiece 103, as shown in FIG. The enlarged diameter portion 105 is generated by the surface layer flow during molding. The surface layer flow means that the workpiece surface layer near the surface of the workpiece has a larger diameter than the workpiece bottom surface, and the workpiece surface layer greatly flows in the direction of receiving the force of the roller. In the workpiece processing member 104 shown in FIG. 15, the enlarged diameter portion 105 becomes an unnecessary portion in the next process. Specifically, when the ratio of the outer diameter C1 of the workpiece surface layer 103a to the outer diameter C2 of the workpiece bottom surface 103b is 1.5 times or more, the next step of removing the enlarged diameter portion 105 is required. In the prior art, since the outer diameter ratio between the workpiece surface layer 103a and the workpiece bottom surface 103b is 2.0 times or more, the next step is required. When the next process is required, a complicated mechanism is required. When the next process and complicated mechanisms increase, the production cost becomes worse, which becomes a problem. There is also a problem that the equipment cost increases.

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的はローラ鍛造において、表層流れが発生するのを防止することによって、次工程を省略し生産コストを下げるため、及び、複雑な形状を必要としないため設備費が増えるのを防止するためのローラ鍛造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to prevent the occurrence of surface flow in roller forging, thereby omitting the next step and reducing the production cost. Another object of the present invention is to provide a roller forging method for preventing an increase in equipment cost because a complicated shape is not required.

上記目的を達成するために、本発明の一態様におけるローラ鍛造方法は、以下の構成を有する。
（１）ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、該ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転可能なローラを、該ワークの一端面（表層面）に当接させ、該ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面の変形抵抗は、他端面（底面）の変形抵抗よりも大きいこと、を特徴とするものである。変形抵抗とは、ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転するローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法により成型されるワークの塑性変形が開始する応力のことである。変形抵抗は、単位としてＭＰａで表す。
（２）（１）に記載するローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面の温度を、前記ワークの前記他端面と比較して６００度以上低くすること、を特徴とするものである。
（３）（１）に記載するローラ鍛造方法において、前記ワークの前記一端面のビッカース硬度を、前記ワークの前記他端面のビッカース硬度と比較して２倍とすること、を特徴とするものである。ビッカース硬度とは、物質の硬さを表す尺度の一つである。硬度の測定は、試料に対して対面角１３６°の正四角錐のダイアモンド圧子を押し込んだときの荷重とくぼみの表面積の比により求められる。 In order to achieve the above object, a roller forging method in one embodiment of the present invention has the following configuration.
(1) A roller that is rotatable about a roller axis perpendicular to the workpiece axis is brought into contact with one end surface (surface layer surface) of the workpiece on a cylindrical workpiece that rotates about the workpiece axis. In the roller forging method for expanding and deforming the workpiece, the deformation resistance of the one end surface of the workpiece is larger than the deformation resistance of the other end surface (bottom surface). Deformation resistance refers to a cylindrical workpiece that rotates around the workpiece axis, and a roller that rotates around a roller axis that is orthogonal to the workpiece axis, abuts against one end surface of the workpiece, thereby expanding the workpiece in diameter. This is the stress at which plastic deformation of the workpiece molded by the roller forging method is started. Deformation resistance is expressed in MPa as a unit.
(2) In the roller forging method described in (1), the temperature of the one end surface of the workpiece is lowered by 600 degrees or more as compared with the other end surface of the workpiece.
(3) In the roller forging method described in (1), the Vickers hardness of the one end surface of the workpiece is doubled compared to the Vickers hardness of the other end surface of the workpiece. is there. Vickers hardness is one of the scales representing the hardness of a substance. The measurement of hardness is obtained by the ratio of the load and the surface area of the dent when a diamond indenter having a regular square pyramid with a facing angle of 136 ° is pushed into the sample.

上記ローラ鍛造方法の作用及び効果について説明する。
（１）ワーク軸心を中心に回転する円筒形状のワークに、ワーク軸心と直交するローラ軸心を中心に回転するローラを、ワークの一端面に当接させ、ワークを拡径変形させるローラ鍛造方法において、ワークの一端面の変形抵抗は、他端面の変形抵抗よりも大きいことにより、ワークの一端面の表層流れを抑制することができる。その結果、表層流れによる拡径部分を除去する次工程を省略することができるため生産コストを上げることができる。また、ロータ鍛造装置に複雑な形状を必要としないため設備費を低減することができる。
（２）ワークの一端面の温度を２５０℃とし、ワークの他端面の温度１０００℃と比較して６００度以上低くすることにより、他端面よりも、ワークの一端面の変形抵抗が１１００ＭＰａであり他端面の変形抵抗の５００ＭＰａと比較して、６００ＭＰａ大きくなることを本出願人が実験により確認した。一端面の温度を他端面の温度よりも６００度以上低くし、一端面の変形抵抗を上げることにより、他端面よりも変形しやすくした。反対に、他端面は、一端面の温度よりも６００℃以上高くし、他端面の変形抵抗を下げることにより、一端面より変形しにくくした。それにより、ローラがワークに対して同じ荷重をかけた時に、一端面では変形量を小さくし、他端面では変形量を大きくすることができるため、一端面と他端面の変形量を近づけることができる。具体的には、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。
（３）ワークの一端面のビッカース硬度を、ワークの他端面のビッカース硬度と比較して２倍とすることにより、他端面よりも、ワークの一端面の変形抵抗を大きくすることができることを本出願人が実験により確認した。一端面の変形抵抗を他端面の変形抵抗よりも大きくし、他端面よりも変形しやすくした。反対に、他端面は、一端面の変形抵抗よりも小さくし、一端面より変形しにくくした。それにより、ローラがワークに対して同じ荷重をかけた時に、一端面では変形量を小さくし、他端面では変形量を大きくすることができるため、一端面と他端面の変形量を近づけることができる。具体的には、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。 The operation and effect of the roller forging method will be described.
(1) A roller that rotates a cylindrical work piece that rotates about the work axis about a roller axis that is orthogonal to the work axis to the one end surface of the work, thereby expanding and deforming the work. In the forging method, since the deformation resistance of the one end surface of the workpiece is larger than the deformation resistance of the other end surface, the surface layer flow on the one end surface of the workpiece can be suppressed. As a result, the production process can be increased because the next step of removing the expanded portion due to the surface layer flow can be omitted. Moreover, since a complicated shape is not required for the rotor forging device, the equipment cost can be reduced.
(2) By setting the temperature of one end surface of the workpiece to 250 ° C. and lowering by 600 degrees or more compared to the temperature of the other end surface of 1000 ° C., the deformation resistance of the one end surface of the workpiece is 1100 MPa than the other end surface. The present applicant has confirmed through experiments that the deformation resistance of the other end surface is increased by 600 MPa as compared with 500 MPa. The temperature of the one end surface was made 600 degrees or more lower than the temperature of the other end surface, and the deformation resistance of the one end surface was increased, thereby making it easier to deform than the other end surface. On the other hand, the other end surface is made higher than the temperature of the one end surface by 600 ° C. or more, and the deformation resistance of the other end surface is lowered to make it harder to deform than the one end surface. As a result, when the roller applies the same load to the workpiece, the deformation amount can be reduced on the one end surface and the deformation amount can be increased on the other end surface. it can. Specifically, the outer diameter ratio of the outer diameter of the one end face after molding and the outer diameter of the other end face can be made within 1.5 times. By setting it within 1.5 times, the next step can be omitted. By controlling the deformation resistance of the workpiece by the temperature gradient of the workpiece, the surface layer flow can be suppressed.
(3) By making the Vickers hardness of one end surface of the workpiece twice that of the other end surface of the workpiece, the deformation resistance of the one end surface of the workpiece can be made larger than that of the other end surface. Applicant confirmed by experiment. The deformation resistance of the one end surface is made larger than the deformation resistance of the other end surface, so that the deformation is easier than the other end surface. On the other hand, the other end surface is made smaller than the deformation resistance of the one end surface, and is harder to deform than the one end surface. As a result, when the roller applies the same load to the workpiece, the deformation amount can be reduced on the one end surface and the deformation amount can be increased on the other end surface. it can. Specifically, the outer diameter ratio of the outer diameter of the one end face after molding and the outer diameter of the other end face can be made within 1.5 times. By setting it within 1.5 times, the next step can be omitted. By controlling the deformation resistance of the workpiece by the temperature gradient of the workpiece, the surface layer flow can be suppressed.

本発明の本実施例１に係るローラ鍛造装置の一部外観斜視図である。1 is a partial external perspective view of a roller forging device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の本実施例１に係るローラ鍛造方法（第１工程）の概念図である。It is a conceptual diagram of the roller forging method (1st process) which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るローラ鍛造方法（第２工程）の概念図である。It is a conceptual diagram of the roller forging method (2nd process) which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るワークの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the workpiece | work which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法１の概念図である。It is a conceptual diagram of the heating method 1 of the workpiece | work which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法２の概念図である。It is a conceptual diagram of the heating method 2 of the workpiece | work which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るワークの加熱方法３の概念図である。It is a conceptual diagram of the heating method 3 of the workpiece | work which concerns on the present Example 1 of this invention. 本発明の本実施例１に係るワーク底面からの距離とワーク温度と変形抵抗の関係を表した図である。It is the figure showing the relationship between the distance from the workpiece | work bottom face based on this Example 1 of this invention, workpiece | work temperature, and deformation resistance. 本発明の本実施例に係る端面圧縮試験法によるワーク硬さと変形抵抗の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the workpiece | work hardness and deformation resistance by the end surface compression test method based on the present Example of this invention. 本発明の本実施例に係る変形抵抗の勾配の有無によるワーク表層と底面の外径の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the outer diameter of the workpiece | work surface layer and bottom face by the presence or absence of the gradient of the deformation resistance which concerns on the present Example of this invention. 本発明の本実施例２に係るローラの正面図である。It is a front view of the roller which concerns on the present Example 2 of this invention. 本発明の本実施例２に係るローラの正面図である。It is a front view of the roller which concerns on the present Example 2 of this invention. 本発明の本実施例２に係る成型ローラの突起高さとワーク表層と底面の外径の関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between the protrusion height of the shaping | molding roller which concerns on this Example 2 of this invention, and the outer diameter of a workpiece | work surface layer and a bottom face. 従来技術に係るローラ鍛造方法（第１工程）の概念図である。It is a conceptual diagram of the roller forging method (1st process) which concerns on a prior art. 従来技術に係るローラ鍛造方法（第２工程）の概念図である。It is a conceptual diagram of the roller forging method (2nd process) which concerns on a prior art.

次に、本発明に係るローラ鍛造方法に用いるローラ鍛造装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
＜ワークの全体構成＞
図２に、ローラ鍛造方法（第１工程）の概念図を示す。
図２に示すように、成型前のワーク４は、大円筒部４１と小円筒部４２を有する円筒形状をしている。大円筒部４１は小円筒部４２と一体となっている。ワーク４は、スチール等の金属素材で構成されている。大円筒部４１のワーク表層面４１ａの半径は径Ｐ１で示す。大円筒部４１のワーク底面４１ｂの半径は径Ｐ２で示す。大円筒部の高さは、高さＱで示す。高さＱは、４０ｍｍである。
小円筒部４２の厚みは、厚みＲで示す。小円筒部４２の半径は、半径Ｔで示す。小円筒部の高さは、高さＳで示す。ワーク４の高さは、高さＵで示す。
本実施例において、示す数値は、一実施例に過ぎないため、他の数値とすることも可能である。 Next, an embodiment of a roller forging device used in the roller forging method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
<Overall configuration of workpiece>
FIG. 2 shows a conceptual diagram of the roller forging method (first step).
As shown in FIG. 2, the workpiece 4 before molding has a cylindrical shape having a large cylindrical portion 41 and a small cylindrical portion 42. The large cylindrical portion 41 is integrated with the small cylindrical portion 42. The work 4 is made of a metal material such as steel. The radius of the workpiece surface 41a of the large cylindrical portion 41 is indicated by a diameter P1. The radius of the workpiece bottom surface 41b of the large cylindrical portion 41 is indicated by a diameter P2. The height of the large cylindrical portion is indicated by a height Q. The height Q is 40 mm.
The thickness of the small cylindrical portion 42 is indicated by a thickness R. The radius of the small cylindrical portion 42 is indicated by a radius T. The height of the small cylindrical portion is indicated by height S. The height of the workpiece 4 is indicated by a height U.
In the present embodiment, the numerical value shown is only one embodiment, and other numerical values can be used.

図４に、ワーク４の部分断面図を示す。
図４に示すように、ワーク４のうち、大円筒部４１の表面をワーク表層面４１ａ（請求項中の「一端面」である。）とする。ワーク４のうち大円筒部４１の底面をワーク底面４１ｂ（請求項中の「他端面」である。）とする。
ワーク４をワーク底面４１ｂからの距離が０ｍｍの位置をワーク位置Ｗ０とする。ワーク底面４１ｂからの距離が１０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ１とする。ワーク底面４１ｂからの距離が２０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ２とする。ワーク底面４１ｂからの距離が３０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ３とする。ワーク底面４１ｂからの距離が４０ｍｍ離れた位置をワーク位置Ｗ４とする。 In FIG. 4, the fragmentary sectional view of the workpiece | work 4 is shown.
As shown in FIG. 4, the surface of the large cylindrical portion 41 of the workpiece 4 is defined as a workpiece surface 41 a (“one end surface” in the claims). The bottom surface of the large cylindrical portion 41 of the workpiece 4 is defined as a workpiece bottom surface 41b (“other end surface” in the claims).
A position where the distance from the work bottom surface 41b to the work 4 is 0 mm is defined as a work position W0. A position at a distance of 10 mm from the workpiece bottom surface 41b is defined as a workpiece position W1. A position at a distance of 20 mm from the work bottom surface 41b is defined as a work position W2. A position at a distance of 30 mm from the workpiece bottom surface 41b is defined as a workpiece position W3. A position at a distance of 40 mm from the workpiece bottom surface 41b is defined as a workpiece position W4.

＜ローラ鍛造装置の全体構成＞
図１には、ローラ鍛造装置１の一部外観斜視図を示す。ローラ鍛造装置１は、ローラ２及びワーク回転装置３を有する。図１では、ローラ製造装置１のうち、ローラ２及びワーク回転装置３を一部抜き出して示した。ローラ鍛造装置１のうち、ローラ２及びワーク回転装置３の構成以外の構成については、従来技術と異なるところがないことから説明を割愛する。
図１に示すように、ローラ２は、２本の円筒形状のローラ部材２ａ及びローラ部材２ｂを有する。ローラ部材２ａ及びローラ部材２ｂの中心軸は、同じローラ軸心Ｘ上に位置している。
ローラ２は、図示しない下降機構を有する。下降機構は、矢印Ｂ方向へ下降することができる。ローラ２は、下降機構により矢印Ｂ方向であるワーク回転装置３方向に下降することができる。 <Overall configuration of roller forging device>
FIG. 1 shows a partial external perspective view of the roller forging device 1. The roller forging device 1 includes a roller 2 and a work rotating device 3. In FIG. 1, a part of the roller 2 and the work rotating device 3 are extracted from the roller manufacturing apparatus 1. In the roller forging device 1, the configuration other than the configuration of the roller 2 and the work rotating device 3 is not different from the conventional technology, and thus the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 1, the roller 2 has two cylindrical roller members 2a and 2b. The central axes of the roller member 2a and the roller member 2b are located on the same roller axis X.
The roller 2 has a lowering mechanism (not shown). The lowering mechanism can be lowered in the direction of arrow B. The roller 2 can be lowered in the direction of the workpiece rotating device 3 which is the direction of the arrow B by the lowering mechanism.

図２に示すように、ワーク回転装置３は、中心にワーク４を固定するための中空円筒状の凹み部であるワーク固定部３１が形成されている。ワーク固定部３１の半径は、半径Ｔよりもわずかに大きい。ワーク固定部３１の高さは小円筒部４２の高さＳと同じ高さである。ワーク固定部３１のローラ２に近い方向の周辺部には、受け面３２が形成されている。受け面３２と、ワーク固定部３１は、テーパ面３３により連結している。ワーク回転装置３は、図示しない回転機構を有する。ワーク回転装置３の中心はワーク軸心Ｙである。ワーク回転装置３は、回転機構により図中上方向から下方向を見た場合、ワーク軸心Ｙを中心に時計反対回りに回転する。 As shown in FIG. 2, the workpiece rotating device 3 is formed with a workpiece fixing portion 31 which is a hollow cylindrical recess for fixing the workpiece 4 at the center. The radius of the workpiece fixing portion 31 is slightly larger than the radius T. The height of the workpiece fixing portion 31 is the same as the height S of the small cylindrical portion 42. A receiving surface 32 is formed on the periphery of the work fixing portion 31 in the direction close to the roller 2. The receiving surface 32 and the work fixing portion 31 are connected by a tapered surface 33. The work rotation device 3 has a rotation mechanism (not shown). The center of the workpiece rotating device 3 is the workpiece axis Y. The work rotating device 3 rotates in the counterclockwise direction around the work axis Y when viewed from the upper side in the figure by the rotating mechanism.

図５に、ワークの加熱方法１の概念図を示す。
図５に示すように、ワーク固定部３１の内部にヒータ５を埋め込む。ヒータ５は、電熱線等の発熱部である。ヒータ５を発熱させることにより、受け面３２と当接する、大円筒部４１のワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、受け面３２と当接しないワーク表層面４１ａに近づくほど温度が低くなる温度勾配を持たせることができる。温度勾配を持たせることにより、ワーク４のワーク位置Ｗ０、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４で変形抵抗を変化させることができる。
例えば、ワーク位置Ｗ１とワーク位置Ｗ４で温度差を大きくするために、ワーク位置Ｗ４に冷風をかける。それによりワーク位置Ｗ４の温度をワーク位置Ｗ１と比べ下げることができる。 In FIG. 5, the conceptual diagram of the heating method 1 of a workpiece | work is shown.
As shown in FIG. 5, the heater 5 is embedded in the work fixing portion 31. The heater 5 is a heat generating part such as a heating wire. By causing the heater 5 to generate heat, the temperature gradient increases such that the temperature is higher as it is closer to the work bottom surface 41 b of the large cylindrical portion 41, which is in contact with the receiving surface 32, and the temperature is lower as it is closer to the workpiece surface 41 a that is not in contact with the receiving surface 32. Can be given. By providing a temperature gradient, the deformation resistance can be changed at the workpiece positions W0, W1, W2, W3, and W4 of the workpiece 4.
For example, cold air is applied to the workpiece position W4 in order to increase the temperature difference between the workpiece position W1 and the workpiece position W4. Thereby, the temperature of the workpiece position W4 can be lowered compared with the workpiece position W1.

図８に、ワーク加熱方法により加熱されたワークのワーク底面からの距離とワーク温度の変形抵抗の関係を表す。
図８に示すように、縦軸が、ワーク４の温度(℃)とワーク４の変形抵抗(ＭＰａ)を表し、横軸が、底面からの距離(ｍｍ)を表す。横軸は、１０ｍｍごとのワーク位置Ｗ１〜Ｗ４に対応するメモリが付されている。破線グラフＦが、ワーク４の大円筒部４１の位置における変形抵抗を表す。線グラフＧが、ワーク４の大円筒部４１の位置における温度を表す。
破線グラフＦは、ワーク位置Ｗ１のＦ１の場合には、ワーク変形抵抗が５００ＭＰａである。ワーク位置Ｗ２のＦ２の場合には、ワーク変形抵抗が６２０ＭＰａである。ワーク位置Ｗ３のＦ３場合には、ワーク変形抵抗が９００ＭＰａである。ワーク位置Ｗ４のＦ４場合には、ワーク変形抵抗が１１００ＭＰａである。したがって、線グラフＦは、ワーク４がワーク底面４１ｂからの距離が離れ、ワーク表層面４１ａに近いほど、変形抵抗が大きくなることを表す。
線グラフＧは、ワーク位置Ｗ１のＧ１場合には、ワーク温度が１０００℃である。ワーク位置Ｗ２のＧ２場合には、ワーク温度が７００℃である。ワーク位置Ｗ３のＧ３場合には、ワーク温度が４００℃である。ワーク位置Ｗ４のＧ４場合には、ワーク温度が２５０℃である。したがって、線グラフＧは、ワーク４がワーク底面４１ｂからの距離が離れ、ワーク表層面４１ａに近づくほど、温度が低くなることを表す。 FIG. 8 shows the relationship between the distance from the workpiece bottom surface of the workpiece heated by the workpiece heating method and the deformation resistance of the workpiece temperature.
As shown in FIG. 8, the vertical axis represents the temperature (° C.) of the workpiece 4 and the deformation resistance (MPa) of the workpiece 4, and the horizontal axis represents the distance (mm) from the bottom surface. The horizontal axis is provided with memories corresponding to work positions W1 to W4 every 10 mm. A broken line graph F represents the deformation resistance at the position of the large cylindrical portion 41 of the workpiece 4. A line graph G represents the temperature at the position of the large cylindrical portion 41 of the workpiece 4.
In the broken line graph F, in the case of F1 at the workpiece position W1, the workpiece deformation resistance is 500 MPa. In the case of F2 at the workpiece position W2, the workpiece deformation resistance is 620 MPa. In the case of F3 at the workpiece position W3, the workpiece deformation resistance is 900 MPa. In the case of F4 at the workpiece position W4, the workpiece deformation resistance is 1100 MPa. Therefore, the line graph F indicates that the deformation resistance increases as the distance between the workpiece 4 and the workpiece bottom surface 41b increases and the workpiece 4 is closer to the workpiece surface 41a.
In the line graph G, the workpiece temperature is 1000 ° C. in the case of G1 at the workpiece position W1. In the case of G2 at the workpiece position W2, the workpiece temperature is 700 ° C. In the case of G3 at the workpiece position W3, the workpiece temperature is 400 ° C. In the case of G4 at the workpiece position W4, the workpiece temperature is 250 ° C. Therefore, the line graph G indicates that the temperature decreases as the distance between the workpiece 4 and the workpiece bottom surface 41b increases and approaches the workpiece surface 41a.

図８に示すように、線グラフＧのワーク温度が下がると、破線グラフＦのワークの変形抵抗が上がる関係にある。
したがって、本実施例においては、ワーク温度を変化させ、ワーク変形抵抗を制御することで、ワーク４の表層流れを制御することができる。
具体的には、本実施形態においては、図８に示すように、ワーク４のワーク位置Ｗ１は、ワークの変形抵抗は約５００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ２は、ワークの変形抵抗は約６００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ３は、ワークの変形抵抗は約９００ＭＰａである。ワーク４のワーク位置Ｗ４は、ワークの変形抵抗は約１１００ＭＰａである。
したがって、ワーク４のワーク底面４１ｂのワーク温度を、ワーク表層面４１ａのワーク温度よりも高くすることにより、ワーク底面４１１ｂのワーク変形抵抗を、ワーク表層面４１ａの変形抵抗よりも大きくすることができる。
それにより、変形抵抗の小さいワーク底面４１ｂの変形量が大きくなり、変形抵抗の大きいワーク表層面４１ａの変形量が小さくなる。したがって、成型後の一端面の外径と他端面の外径の外径比を１．５倍以内とすることができる。１．５倍以内とすることにより次工程を省略することができる。ワークの変形抵抗をワークの温度勾配により制御することで表層流れを抑制することができる。 As shown in FIG. 8, when the work temperature of the line graph G decreases, the deformation resistance of the work of the broken line graph F increases.
Therefore, in the present embodiment, the surface layer flow of the workpiece 4 can be controlled by changing the workpiece temperature and controlling the workpiece deformation resistance.
Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the workpiece position W1 of the workpiece 4 has a deformation resistance of about 500 MPa. At the workpiece position W2 of the workpiece 4, the deformation resistance of the workpiece is about 600 MPa. At the workpiece position W3 of the workpiece 4, the deformation resistance of the workpiece is about 900 MPa. At the workpiece position W4 of the workpiece 4, the deformation resistance of the workpiece is about 1100 MPa.
Therefore, by making the workpiece temperature of the workpiece bottom surface 41b of the workpiece 4 higher than the workpiece temperature of the workpiece surface layer 41a, the workpiece deformation resistance of the workpiece bottom surface 411b can be made larger than the deformation resistance of the workpiece surface layer 41a. .
As a result, the deformation amount of the work bottom surface 41b having a small deformation resistance increases, and the deformation amount of the work surface 41a having a large deformation resistance decreases. Therefore, the outer diameter ratio between the outer diameter of the one end face after molding and the outer diameter of the other end face can be made within 1.5 times. By setting it within 1.5 times, the next step can be omitted. By controlling the deformation resistance of the workpiece by the temperature gradient of the workpiece, the surface layer flow can be suppressed.

ワーク４を加熱する方法として、加熱方法１以外に様々な方法がある。以下に、様々な方法のうち具体的に２つの加熱方法を示す。
図６に、ワークの加熱方法２の概念図を示す。
図６に示すように、ワーク鍛造装置１にレーザ６を形成する。レーザ６は、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分にレーザが照射されるように配置する。
レーザ６で照射しワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を発熱させることにより、ワーク４のワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１の温度を、ワーク位置Ｗ４よりも高くすることができる。ワーク４について、温度勾配を持たせることにより、ワーク４の変形抵抗を変化させることができる。 There are various methods other than the heating method 1 as a method of heating the workpiece 4. Below, two heating methods are specifically shown among various methods.
In FIG. 6, the conceptual diagram of the heating method 2 of a workpiece | work is shown.
As shown in FIG. 6, a laser 6 is formed on the workpiece forging apparatus 1. The laser 6 is disposed so that the laser is irradiated on a portion of the workpiece 4 close to the workpiece bottom surface 41b.
By irradiating with the laser 6 and generating a portion near the workpiece bottom surface 41b of the workpiece 4, the temperature of the workpiece position W1 near the workpiece bottom surface 41b of the workpiece 4 can be made higher than the workpiece position W4. By giving a temperature gradient to the workpiece 4, the deformation resistance of the workpiece 4 can be changed.

図７に、ワークの加熱方法３の概念図を示す。
図７に示すように、ワーク鍛造装置１に高周波コイル７を形成する。
高周波コイル７を、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を加熱できる箇所に形成する。高周波コイル７から磁束を生じさせることにより、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い部分を発熱させることにより、ワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１を加熱することができる。ワーク４について、ワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、ワーク表層面４１ａに近づくほど温度が低くなる温度勾配を持たせるようにすることができる。
例えば、ワーク位置Ｗ１とワーク位置Ｗ４で温度差を大きくするために、ワーク位置Ｗ４に冷風をかける。それによりワーク位置Ｗ４の温度をワーク位置Ｗ１と比べ下げることができる。 In FIG. 7, the conceptual diagram of the heating method 3 of a workpiece | work is shown.
As shown in FIG. 7, the high-frequency coil 7 is formed in the work forging device 1.
The high-frequency coil 7 is formed at a location where the portion of the workpiece 4 close to the workpiece bottom surface 41b can be heated. By generating a magnetic flux from the high frequency coil 7, the work position W <b> 1 near the work bottom surface 41 b can be heated by generating heat in a part near the work bottom surface 41 b of the work 4. The workpiece 4 can have a temperature gradient such that the temperature is higher as it is closer to the workpiece bottom surface 41b and the temperature is lower as it is closer to the workpiece surface 41a.
For example, cold air is applied to the workpiece position W4 in order to increase the temperature difference between the workpiece position W1 and the workpiece position W4. Thereby, the temperature of the workpiece position W4 can be lowered compared with the workpiece position W1.

＜ローラ鍛造方法＞
ローラ鍛造方法は、第１工程及び第２工程を有する。図２及び図３を用いてローラ鍛造方法の説明を行う。
[第１工程]
図２に示すように、ワーク４の小円筒部４２をワーク回転装置３のワーク固定部３１に固定する。ワーク４の小円筒部４２をワーク固定部３１に固定すると、小円筒部４２がワーク固定部３１の形状とほぼ同一であるため、ワーク４がワーク回転装置３に固定される。小円筒部４２の高さとワーク固定部３１の高さは同じであるため、大円筒部４１は受け面３２に当接する。
ワーク４をワーク回転装置３に固定した状態で、ワーク回転装置３を図中上方向から下方向を見た場合、ワーク軸心Ｙを中心に時計反対回りに回転する。
また、ローラ２を図示しない下降機構により矢印Ｂ方向に下降させる。 <Roller forging method>
The roller forging method has a first step and a second step. The roller forging method will be described with reference to FIGS.
[First step]
As shown in FIG. 2, the small cylindrical portion 42 of the workpiece 4 is fixed to the workpiece fixing portion 31 of the workpiece rotating device 3. When the small cylindrical portion 42 of the workpiece 4 is fixed to the workpiece fixing portion 31, the workpiece 4 is fixed to the workpiece rotating device 3 because the small cylindrical portion 42 has almost the same shape as the workpiece fixing portion 31. Since the height of the small cylindrical portion 42 and the height of the workpiece fixing portion 31 are the same, the large cylindrical portion 41 contacts the receiving surface 32.
When the work rotating device 3 is viewed from the upper direction in the drawing in a state where the work 4 is fixed to the work rotating device 3, the work rotating device 3 rotates clockwise about the workpiece axis Y.
Further, the roller 2 is lowered in the arrow B direction by a lowering mechanism (not shown).

[第２工程]
図３に示すように、ローラ２が回転しながらワーク４に当接する。ローラ２がワーク４に当接すると、ローラ２は、ローラ軸心Ｙを中心に図中左方向から右方向を見た場合に時計反対回りに共回りする。当接した後にさらにローラ２をワーク４に押し当てることにより、ワーク４の降伏点を超えた圧力がかけられる。それにより、ワーク４は塑性変形され、拡径し拡径部４５が成型される。ワーク４が所定長さまで拡径したところで、ローラ４を上昇させ、当接状態を解除し、拡径を終了させる。ローラ２を上昇させ、ワーク回転装置３の回転を止めることで、ローラ鍛造方法は終了する。 [Second step]
As shown in FIG. 3, the roller 2 contacts the workpiece 4 while rotating. When the roller 2 comes into contact with the workpiece 4, the roller 2 rotates around the roller axis Y in the clockwise direction when viewed from the left to the right in the figure. By further pressing the roller 2 against the workpiece 4 after the contact, a pressure exceeding the yield point of the workpiece 4 is applied. As a result, the workpiece 4 is plastically deformed, and the diameter is expanded, and the expanded diameter portion 45 is molded. When the diameter of the workpiece 4 is increased to a predetermined length, the roller 4 is raised, the contact state is released, and the diameter expansion is terminated. The roller forging method is completed by raising the roller 2 and stopping the rotation of the work rotating device 3.

本実施例の第１工程及び第２工程においては、ワーク４のワーク底面４１ｂに近い位置を、ヒータ５、レーザ６、高周波コイル７で加熱する。ワーク底面４１ｂに近い位置を加熱することにより、ワーク底面４１ｂに近いほど温度が高く、ワーク表層面４１ａに近いほど温度が低い温度勾配を持たせることができる。温度勾配を持たせることで、図８に示すように、ワーク表層面４１ａのワーク位置Ｗ４はワーク変形抵抗が１１００ＭＰａと大きくなり、反対に、ワーク４のワーク表層面４１ａから遠いワーク位置Ｗ１はワーク抵抗が５００ＭＰａと小さくなる。
ローラ２と当接するワーク４の表層面４１ａであるワーク位置Ｗ４のワーク変形抵抗が１１００ＭＰａとワーク底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１のワーク変形抵抗５００ＭＰａよりも大きいことにより、ワーク４の表層面４１ａの変形量が小さくなる。反対に、ワーク４の底面４１ｂに近いワーク位置Ｗ１のワーク変形抵抗がワーク表層面４１ｂであるワーク位置Ｗ４のワーク変形抵抗よりも小さいことにより、ワーク４の底面４１ｂの変形量が大きくなる。
したがって、ローラ２によって鍛造された場合に、ワーク表層面４１ａの変形量は小さく、ワーク底面４１ｂの変形量が大きくなる。そのため、ワーク表層面４１ａ外径とワーク底面４１ｂの外径の外形比を１．１３倍と小さくすることができる。ワーク表層面４１ａ外径とワーク底面４１ｂの外径の外形比が１．５倍内とすることにより、表層流れによる次工程を省略することができる。
ワーク４の表層流れが小さくなることは、具体的には、以下に示す図１０で説明する。 In the first step and the second step of the present embodiment, a position close to the workpiece bottom surface 41 b of the workpiece 4 is heated by the heater 5, the laser 6, and the high frequency coil 7. By heating the position close to the workpiece bottom surface 41b, it is possible to have a temperature gradient in which the temperature is higher as it is closer to the workpiece bottom surface 41b and the temperature is lower as it is closer to the workpiece surface 41a. By giving the temperature gradient, as shown in FIG. 8, the workpiece position W4 on the workpiece surface 41a has a workpiece deformation resistance as large as 1100 MPa, and conversely, the workpiece position W1 far from the workpiece surface 41a of the workpiece 4 is the workpiece. Resistance becomes as small as 500 MPa.
Since the workpiece deformation resistance at the workpiece position W4, which is the surface layer surface 41a of the workpiece 4 in contact with the roller 2, is greater than 1100 MPa and the workpiece deformation resistance 500 MPa at the workpiece position W1 close to the workpiece bottom surface 41b, the deformation of the surface layer surface 41a of the workpiece 4 The amount becomes smaller. On the contrary, since the workpiece deformation resistance at the workpiece position W1 close to the bottom surface 41b of the workpiece 4 is smaller than the workpiece deformation resistance at the workpiece position W4 which is the workpiece surface 41b, the deformation amount of the bottom surface 41b of the workpiece 4 is increased.
Therefore, when forged by the roller 2, the deformation amount of the workpiece surface 41a is small and the deformation of the workpiece bottom surface 41b is large. Therefore, the external ratio of the outer diameter of the workpiece surface 41a and the outer diameter of the workpiece bottom 41b can be reduced to 1.13 times. By setting the outer ratio of the outer diameter of the workpiece surface 41a to the outer diameter of the workpiece bottom 41b within 1.5 times, the next step due to the surface flow can be omitted.
The fact that the surface layer flow of the workpiece 4 is reduced will be specifically described with reference to FIG.

図１０に、変形抵抗の勾配の有無によるワーク表層と底面の外径の関係を表す。
図１０に示すように、縦軸がワーク表層面４１ａの外径(図２中の径Ｐ１を指す。以下同じ。)とワーク底面４１ｂの外径(図２中の径Ｐ２を指す。以下同じ。)の比を表し、横軸が成型ＳＴを表す。成型ＳＴとは、ロールがワークに当たってから、ロールがストロークする距離を意味する。線グラフＨは、変形抵抗の勾配がない場合を表し、破線グラフＩは、本実施例の図８に示すように変形抵抗の勾配がある場合を表す。
線グラフＨに示すように、変形抵抗の勾配がない場合には、成型ＳＴが０ｍｍであるＨ１のときには、ワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比(以下、「外径比」という。)が１倍である。成型ＳＴが１０ｍｍであるＨ２のときには、外径比が１．１倍である。成型ＳＴが２０ｍｍであるＨ３のときには、外径比が１．２５倍である。成型ＳＴが３０ｍｍであるＨ４のときには、外径比が１．５倍である。成型ＳＴが４０ｍｍであるＨ５のときには、外径比が２倍である。
本実施例の破線グラフＩに示すように、図８のように変形抵抗の勾配がある場合には、成型ＳＴが０ｍｍであるＩ１のときには、外径比が１倍である。成型ＳＴが１０ｍｍであるＩ２のときには、外径比が１．０５倍である。成型ＳＴが２０ｍｍであるＩ３のときには、外径比が１．０７倍である。成型ＳＴが３０ｍｍであるＩ４のときには、外径比が１．１倍である。成型ＳＴが４０ｍｍであるＨ５のときには、外径比が１．１３倍である。
外径比が、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、１．５倍以内であれば、表層流れによる拡径部分を除去する次工程は必要がない。本実施例においては、外径比が１．１３倍であるため、温度を下げたとしても１．５倍以内とすることができる。 FIG. 10 shows the relationship between the outer diameter of the workpiece surface layer and the bottom surface depending on the presence or absence of a gradient of deformation resistance.
As shown in FIG. 10, the vertical axis represents the outer diameter of the workpiece surface 41a (referred to as the diameter P1 in FIG. 2; the same applies hereinafter) and the outer diameter of the workpiece bottom surface 41b (referred to as the diameter P2 in FIG. 2; the same applies hereinafter). )), And the horizontal axis represents molding ST. Molding ST means the distance that the roll strokes after the roll hits the workpiece. The line graph H represents the case where there is no deformation resistance gradient, and the broken line graph I represents the case where there is a deformation resistance gradient as shown in FIG.
As shown in the line graph H, when there is no deformation resistance gradient, when the molding ST is 0 mm, the outer diameter ratio of the workpiece surface 41a and the workpiece bottom 41b (hereinafter referred to as "outer diameter ratio"). ")" Is 1 time. When the molding ST is H2 which is 10 mm, the outer diameter ratio is 1.1 times. When the molding ST is 20 mm, the outer diameter ratio is 1.25 times. When the molding ST is 30 mm, the outer diameter ratio is 1.5 times. When the molding ST is 40 mm, the outer diameter ratio is double.
As shown in the broken line graph I of this embodiment, when there is a deformation resistance gradient as shown in FIG. 8, the outer diameter ratio is 1 when the molding ST is I1 which is 0 mm. When the molding ST is 10 mm, the outer diameter ratio is 1.05 times. When the molding ST is 20 mm, the outer diameter ratio is 1.07 times. When the molding ST is 30 mm, the outer diameter ratio is 1.1 times. When the molding ST is 40 mm, the outer diameter ratio is 1.13 times.
When the outer diameter ratio is within 1.5 times when the molding ST is 40 mm, the next step of removing the expanded portion due to the surface layer flow is not necessary. In this embodiment, the outer diameter ratio is 1.13 times, so even if the temperature is lowered, it can be within 1.5 times.

したがって、図１０に示すように、図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配がある破線グラフＩの場合には、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、ワーク表層面４１ａとワーク底面４１ｂの外径比が最大１．１３倍である。そのため１．５倍以内となるため、表層流れによる拡径部分を除去する次工程が必要ない。本実施例により、ワーク４に図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配を持たせることにより、成型ＳＴ４０ｍｍの場合において、ワーク４のワーク表層面４１ａとワーク底面４１ｂの外径比を最大１．１３倍にすることができる。
また、図１０に示すように、最も外径比の大きい成型ＳＴが４０ｍｍの場合に、本実施例のように図８の温度勾配を有し変形抵抗の勾配がある場合(Ｉ５＝１．１３倍)には、温度勾配を有さず変形抵抗の勾配がない場合(Ｈ５＝２倍)と比較して、約２倍近くの表層流れの違いがある。２倍近く表層流れの違いがあることにより、本実施例では、ワーク４のワーク表層面４１ａの表面流れを抑制することができる。 Therefore, as shown in FIG. 10, in the case of the broken line graph I having the temperature gradient of FIG. 8 and the gradient of deformation resistance, the outer diameters of the workpiece surface 41a and the workpiece bottom 41b when the molding ST is 40 mm. The ratio is up to 1.13 times. Therefore, since it becomes 1.5 times or less, the next process which removes the enlarged diameter part by surface layer flow is unnecessary. According to this embodiment, the workpiece 4 has the temperature gradient of FIG. 8 and the gradient of deformation resistance, so that the outer diameter ratio of the workpiece surface 41a to the workpiece bottom 41b of the workpiece 4 is 1 at the maximum in the case of molding ST 40 mm. .13 times higher.
Further, as shown in FIG. 10, when the molding ST having the largest outer diameter ratio is 40 mm, the temperature gradient of FIG. 8 and the deformation resistance gradient are present as in this embodiment (I5 = 1.13). 2 times), there is a difference in the surface layer flow of about twice as much as when there is no temperature gradient and no deformation resistance gradient (H5 = 2 times). In the present embodiment, the surface flow of the workpiece surface 41a of the workpiece 4 can be suppressed due to the difference in the surface flow near twice.

本実施例においては、図８の変形抵抗の勾配を温度勾配により生じさせたが、ワークに変形抵抗の勾配を生じさせるものであればどのような方法でもよい。例えば、部分焼入れ、焼き戻しによるワーク硬さの勾配によりワークの変形抵抗の勾配持たす方法であってもよい。
具体的には、ワーク４のワーク表層面４１ａの変形抵抗を大きくするため、ワーク４のワーク表層面４１ａを加熱する。加熱方法は、火炎、誘導加熱、ヒータ等の加熱できるものであればよい。加熱後ワーク４を水冷、空冷などを用いることにより、ワーク４のワーク表層面４１ａが焼入れされ硬化し、ワーク硬さを大きくする方法である。 In this embodiment, the gradient of deformation resistance shown in FIG. 8 is generated by the temperature gradient. However, any method may be used as long as the gradient of deformation resistance is generated on the workpiece. For example, a method of giving a gradient of deformation resistance of a workpiece by a gradient of workpiece hardness by partial quenching or tempering may be used.
Specifically, in order to increase the deformation resistance of the workpiece surface 41a of the workpiece 4, the workpiece surface 41a of the workpiece 4 is heated. Any heating method may be used as long as it can be heated by flame, induction heating, heater, or the like. In this method, the workpiece surface 41a of the workpiece 4 is quenched and hardened by using water cooling, air cooling, or the like after the heating to increase the workpiece hardness.

ワーク硬さの勾配を持たすことによりワークの変形抵抗の勾配を持たすことができることを示すものとして図９を示す。図９に、端面圧縮試験法によるワーク硬さと変形抵抗の関係を表す。
図９に示すように、縦軸がワークの変形抵抗(ＭＰａ)を表し、横軸がワークの硬さ(ＨＶ（ビッカース硬度）)を表す。線グラフＪは、ワーク４の変形抵抗とワーク４の硬さとの関係を表す。
線グラフＪに示すように、ワーク４の硬さが１５０ＨＶであるＪ１のときには、ワーク４の変形抵抗が５００ＭＰａである。ワーク４の硬さが２００ＨＶであるＪ２のときには、ワーク４の変形抵抗が７５０ＭＰａである。ワーク４の硬さが４００ＨＶであるＪ３のときには、ワーク４の変形抵抗が１４５０ＭＰａである。ワーク４の硬さが５００ＨＶであるＪ４のときには、ワーク４の変形抵抗が２０００ＭＰａである。ワーク４の硬さが６００ＨＶであるＪ５のときには、ワーク４の変形抵抗が２４５０ＭＰａである。
したがって、図９に示すように、ワーク４の硬さ(ＨＶ（ビッカース硬度）)が大きくなると、ワーク４の変形抵抗(ＭＰａ)も大きくなる。そのため、部分焼入れ、焼き戻し等によりワーク硬さの勾配を制御し、ワーク４に変形抵抗を制御することで、表層流れを抑制することができる。 FIG. 9 shows that it is possible to provide a workpiece deformation resistance gradient by providing a workpiece hardness gradient. FIG. 9 shows the relationship between workpiece hardness and deformation resistance according to the end face compression test method.
As shown in FIG. 9, the vertical axis represents the deformation resistance (MPa) of the workpiece, and the horizontal axis represents the workpiece hardness (HV (Vickers hardness)). The line graph J represents the relationship between the deformation resistance of the workpiece 4 and the hardness of the workpiece 4.
As shown in the line graph J, when the hardness of the work 4 is 150 HV, the deformation resistance of the work 4 is 500 MPa. When the hardness of the work 4 is 200 HV, the deformation resistance of the work 4 is 750 MPa. When the hardness of the workpiece 4 is J3 which is 400 HV, the deformation resistance of the workpiece 4 is 1450 MPa. When the hardness of the workpiece 4 is J4 which is 500 HV, the deformation resistance of the workpiece 4 is 2000 MPa. When the hardness of the workpiece 4 is 600 HV, the deformation resistance of the workpiece 4 is 2450 MPa.
Therefore, as shown in FIG. 9, when the hardness of the workpiece 4 (HV (Vickers hardness)) increases, the deformation resistance (MPa) of the workpiece 4 also increases. Therefore, the surface layer flow can be suppressed by controlling the workpiece hardness gradient by partial quenching, tempering or the like and controlling the deformation resistance of the workpiece 4.

（第２実施形態）
＜ローラ鍛造装置の全体構成＞
第２実施形態においては、ローラ鍛造装置１のうち、ローラ２の形状が異なるのみであり、他の構造は同一である。そこで、ローラ２のローラ部２ａ、２ｂと変更されるローラ２０、３０について図１１及び図１２を用いて説明することで、他の構造については説明を割愛する。
図１１に、ローラ２０の正面図を示す。図１１に示すように、ローラ２０の全周にわたって側面に、凹凸部２３が設けられている。突起部となる凸部２１と、凹み部となる凹部２２が交互に側面に形成されている。凸部２１の高さＥは、凹部２２の先端部から凸部２１の先端部までの高さである。 (Second Embodiment)
<Overall configuration of roller forging device>
In the second embodiment, only the shape of the roller 2 in the roller forging device 1 is different, and the other structures are the same. Therefore, the roller portions 2a and 2b of the roller 2 and the changed rollers 20 and 30 will be described with reference to FIGS. 11 and 12, and the description of other structures will be omitted.
FIG. 11 shows a front view of the roller 20. As shown in FIG. 11, an uneven portion 23 is provided on the side surface over the entire circumference of the roller 20. Convex portions 21 serving as protrusions and concave portions 22 serving as recesses are alternately formed on the side surfaces. The height E of the convex portion 21 is the height from the tip portion of the concave portion 22 to the tip portion of the convex portion 21.

第１実施形態におけるローラ鍛造装置１のローラ２をローラ２０に交換し、ローラ鍛造を行う。ローラ２０は、表面に凹凸部が形成されているため、ワーク４に当接した際、ワーク４が表層流れを生じさせるのを、凹部２２の溝により堰き止めることができる。ワーク４の表層流れを堰き止めることにより表層流れを防止することができる。 The roller 2 of the roller forging device 1 in the first embodiment is replaced with a roller 20 to perform roller forging. Since the roller 20 has a concavo-convex portion formed on the surface thereof, when the roller 20 abuts against the workpiece 4, the surface of the workpiece 4 can be blocked by the groove of the recess 22. By blocking the surface layer flow of the workpiece 4, the surface layer flow can be prevented.

図１３に、ローラの突起高さとワーク表層と底面の外径の関係を示す。
図１３に示すように、縦軸は、ワーク表層の外径と底面の外径比を表す。横軸は、成型ＳＴを示す。成型ＳＴとは、ロールがワークに当たってからのロールがストロークする距離を意味する。線グラフＫは、ローラ２０に凸部２１及び凹部２２が形成されていない場合を示す。線グラフＶは、凸部２１の高さＥが、０．５ｍｍの場合を示す。線グラフＺは、凸部２１の高さＥが、１．５ｍｍの場合を示す。
図１３に示すように、線グラフＫは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が２倍である。それに対して、線グラフＶは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が１．５倍である。また、線グラフＺは、成型ＳＴが４０ｍｍの場合には、ワーク４のワーク表層面４１ａの外径とワーク底面４１ｂの外径比が１．１５倍である。
以上から、ロール２０に、凸部２１及び凹部２２が形成されているほうが、凸部２１及び凹部２２が形成されていない場合と比較して、成型ＳＴが４０ｍｍの場合に表層流れが発生しにくいことが分かった。また、凸部２１の高さＥは、低いよりも高いほうが表層漏れが生じにくいことを確認することができた。
ローラ２０に凸部２１及び凹部２２を設けることは簡単な機構であるため、コスト削減をすることができる。 FIG. 13 shows the relationship between the protrusion height of the roller and the outer diameter of the workpiece surface layer and the bottom surface.
As shown in FIG. 13, the vertical axis represents the ratio of the outer diameter of the workpiece surface layer to the outer diameter of the bottom surface. The horizontal axis indicates the molding ST. Molding ST means the distance that the roll travels after it hits the workpiece. The line graph K shows a case where the convex portion 21 and the concave portion 22 are not formed on the roller 20. The line graph V shows the case where the height E of the convex portion 21 is 0.5 mm. The line graph Z shows a case where the height E of the convex portion 21 is 1.5 mm.
As shown in FIG. 13, in the line graph K, when the molding ST is 40 mm, the outer diameter ratio of the workpiece surface 41a and the workpiece bottom 41b of the workpiece 4 is twice. On the other hand, in the line graph V, when the molding ST is 40 mm, the outer diameter ratio of the workpiece surface 41a and the workpiece bottom 41b of the workpiece 4 is 1.5 times. In the line graph Z, when the molding ST is 40 mm, the outer diameter ratio of the workpiece surface 41a and the workpiece bottom 41b of the workpiece 4 is 1.15 times.
From the above, when the convex part 21 and the concave part 22 are formed on the roll 20, the surface layer flow is less likely to occur when the molding ST is 40 mm than when the convex part 21 and the concave part 22 are not formed. I understood that. Moreover, it was confirmed that the height E of the convex portion 21 was less likely to cause surface layer leakage than the lower one.
Providing the convex portion 21 and the concave portion 22 on the roller 20 is a simple mechanism, and thus the cost can be reduced.

なお、第２実施形態における凸部及び凹部は、図１２に示すように、凸部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのように、半月状の形状であってもよい。半月状であることにより、凸部３１ａ等の窪み部３１１ａ等で表層流れを生じるワーク表層面４１ａを堰き止めることができるため、表層流れを防止することができる。 In addition, as shown in FIG. 12, the convex part and recessed part in 2nd Embodiment may be a half-moon shape like convex part 31a, 31b, 31c, 31d. Since it is half-moon shaped, it is possible to dam the work surface 41a that generates the surface flow at the recesses 311a such as the convex portions 31a, so that the surface flow can be prevented.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で色々な応用が可能である。
例えば、本実施例においては、ワーク位置を４つの階層に分けたが、大円筒部４１を２つの階層に分けることもできる。２つの階層にした場合には、ワーク表層面４１ａの変形抵抗を大きくし、それに比べてワーク底面４１ｂの変形抵抗を小さくする。さらに、階層を２つ以上とすることができる。
例えば、本実施例においては、ローラ２に回転機構を設けなかったが、ローラ２に回転機構を設けることにより、ローラ２を回転させて、ワーク４に当接させることもできる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications are possible without departing from the spirit of the invention.
For example, in the present embodiment, the work position is divided into four layers, but the large cylindrical portion 41 can also be divided into two layers. In the case of two layers, the deformation resistance of the workpiece surface 41a is increased, and the deformation resistance of the workpiece bottom surface 41b is decreased as compared with it. Furthermore, the number of hierarchies can be two or more.
For example, in this embodiment, the roller 2 is not provided with a rotation mechanism. However, by providing the roller 2 with a rotation mechanism, the roller 2 can be rotated and brought into contact with the workpiece 4.

１ワーク鍛造装置
２ローラ
３ワーク回転装置
４ワーク
４１ａワーク表層面（請求項中の「一端面」。）
４１ｂワーク底面（請求項中の「他端面」。）
Ｘローラ軸心
Ｙワーク軸心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Work forging apparatus 2 Roller 3 Work rotating apparatus 4 Work 41a Work surface layer surface ("One end surface" in Claim)
41b Workpiece bottom surface (“other end surface” in claims)
X Roller shaft center Y Work shaft center

Claims

A cylindrical roller that rotates about the workpiece axis is brought into contact with a roller that can rotate about a roller axis that is orthogonal to the workpiece axis, and the diameter of the workpiece is increased. In the roller forging method,
The deformation resistance of the one end surface of the workpiece is greater than the deformation resistance of the other end surface;
A roller forging method characterized by the above.

In the roller forging method according to claim 1,
Lowering the temperature of the one end surface of the workpiece by 600 degrees or more as compared with the other end surface of the workpiece;
A roller forging method characterized by the above.

In the roller forging method according to claim 1,
The Vickers hardness of the one end surface of the workpiece is doubled compared to the Vickers hardness of the other end surface of the workpiece;
A roller forging method characterized by the above.