JP2000063952A - 中空軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼管を最小の費用で少なくとも一部硬化され
る中空軸に加工するすることができる、中空軸製造方法
を提供する。 【構成】 ０．３５％の最大炭素含有量を持ち溶接され
るか継目なしに製造される鋼管から中空軸を製造する方
法において、第１の段階において、原材料を０．５％よ
り大きい炭素含有量に浸炭し、第２の段階において、浸
炭のプロセス温度から始まって、原材料が硬度の増大を
受けないように、原材料の緩慢な冷却を行い、第３の段
階において、浸炭された原材料を切削加工又は削り屑な
し変形により工作物素材となるように更に加工し、第４
の段階において、工作物素材を局部加熱及び急激な冷却
により所望の個所で硬化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載したような中空軸の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】中空軸特に静的及び動的な高荷重を受け
る中空軸を製造するための原材料として、最初にあげた
種類の鋼管主として精密鋼管が使用される。特によく適
した溶接鋼管のほかに、継目なしに製造される鋼管も原
材料として使用される。

【０００３】継目なし鋼管の製造の際、一般にほぼ軸状
の素材から出発し、この素材が切削又は非切削加工によ
り内部の空所を得る。続いて厚肉の中空体がマンドレル
上で引抜かれるか又は圧延される。加工溝又は軸状素材
の穿孔の際生じる同心性に関する不精確さは、この非切
削再加工によっても完全に除去することはできない。

【０００４】これに反し溶接鋼管の製造では、所望の厚
さに圧延されて非常に均一で密な組織及び非常に一定の
板厚で良好な表面品質を持つ鋼板が、管になるように曲
げられて、溶接される。溶接継目の突出する部分を除去
した後、管は数回マンドレル上で引抜かれるか又は圧延
される。続く熱処理後、溶接継目の範囲にも非常に均一
な組織が生じる。

【０００５】それにより溶接鋼管は、継目なし鋼管に比
較して、著しく良好な表面を持ち、その機械的性質にお
いても一層有利であり、その幾何学的寸法精度において
も一層精確である。しかし溶接鋼管は方法に制約され
て。０．３５％より大きい炭素含有量では製造できな
い。なぜならば、このような鋼は、全く又は著しい品質
低下のもとでしか溶接されないからである。

【０００６】さて中空軸が強いトルクを受けると、いず
れにせよ中空軸の熱処理特に硬化が必要である。中空軸
の硬化のため、少なくとも０．４％炭素なるべく０．５
〜０．８％炭素の炭素含有量が必要であるが、溶接鋼管
は方法に制約されてこの炭素含有量を持つことができな
い。

【０００７】しかしこのような鋼管の硬化を可能にする
ため、次に説明する方法が実際に一般に行われた。

【０００８】原材料として０．３５％の炭素含有量を持
つ鋼管が用いられる。これらの鋼管は、切削加工又は非
切削変形により工作物素材となるように加工される。続
いてこれらの工作物素材が硬化部門へもたらされ、そこ
で高い温度で炭素含有雰囲気中において少なくとも０．
５％の炭素含有量に浸炭される。

【０００９】浸炭は、工作物素材が高いプロセス温度で
特定の滞在時間炭素含有雰囲気中に留まり、従って炭素
が少なくとも鋼管の表面へ侵入できることを意味する。
こうして処理される鋼又は少なくともその表面は、今や
硬化されることができ、そのためプロセス温度から直ち
に冷却される。

【００１０】一般に表面硬化として知られているこの方
法は、０．４％より大きい炭素含有量を持つ鋼の硬化を
可能にするのみならず、表面層の硬化のみによって既知
の別の利点を持っている。

【００１１】工作物素材の仕上げ加工のため、これらの
工作物素材を製造ラインへ戻して、そこで引続き加工せ
ねばならない。その際硬化された素材の加工のために、
研削、ラップ仕上げのような仕上げ方法が考えれられ
る。仕上げ加工のこの段階後、所望の組立て準備のでき
た工作物が得られる。

【００１２】上述した方法は高い費用を生じる。なぜな
らば、工作物素材の浸炭及び硬化は、方法に制約されて
別個の硬化部門で行わねばならないからである。この欠
点のほかに、この方法はプロセス自体によって生じる更
に２つの別な欠点を持っている。プロセス熱から直ちに
素材を冷却することによって、強すぎる硬化歪みが生じ
る。なぜならば、完全な素材がプロセス温度から急激に
低い温度例えば周囲温度に冷却され、それにより硬化さ
れるからである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従って鋼管を最小の費
用で少なくとも一部硬化される中空軸に加工するするこ
とができる、最初にあげた種類の方法を提供すること
が、本発明の基礎になっている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、請求項１の特徴によって解決される。

【００１５】課題の本発明による解決に適した鋼管は、
独立請求項６の特徴部分に記載されている。

【００１６】本発明による方法では、原材料即ち鋼管の
浸炭がその製造にすぐ続いて行われる。その際特に有利
なように、鋼管の製造者は、いずれにせよ必要な焼きな
らしを、少し変わった処理パラメータ及び浸炭雰囲気で
利用することができる。

【００１７】浸炭されたがまだ軟らかい原材料を切削加
工又は非切削変形により、軸の工作物素材となるように
機械加工することは、製造ラインにおいて行われる。工
作物素材の続く硬化は、特に誘導硬化の場合、この製造
ラインへまとめることができる。なぜならば、誘導硬化
は、機械及び必要な下部構造のように、切削又は非切削
加工の製造ラインへ容易にまとめられるからである。

【００１８】表面硬化される工作物の要求される表面品
質が工作物の再加工を必要とする場合、この再加工も同
様に製造ラインにまとめることができる。

【００１９】特に有利な誘導加熱では、工作物の局部個
所のみを加熱して硬化することができる。それにより工
作物を、実際にも望まれる個所例えば軸受面、歯面又は
カムの側面で局部的にのみ硬化することができる。更に
部分的にのみ加えられる熱により、通常の硬化に比較し
て、硬化による歪みは非常に僅かな程度でしか生じな
い。従って大抵の場合スケールを除去すべきであるか又
は例えば密封面のように高い表面品質又は同心性が望ま
れる時にしか、再加工は必要でない。従って硬化後にお
ける部材の再加工を、製造される工作物の一部及び個々
の再加工すべき工作物の局部範囲に限定することができ
る。

【００２０】本発明による方法は、溶接鋼管において利
点を持つだけでなく、例えば０．５％の炭素含有量で製
造可能な継目なし鋼管から成る中空軸も、表面効果によ
り多額の費用なしに質的に改良するのを可能にする。そ
のため０．３５％より小さい炭素含有量を改良するする
のを可能にする。そのため０．３５％より小さい炭素含
有量を持つ継目なし管を製造し、本発明による方法に従
って加工しさえすればよい。

【００２１】図面に基づいて本発明による製造方法の原
理を以下に説明する。

【００２２】

【従来技術】図１に示すように高荷重をかけられる中空
軸の従来技術による製造方法では、管製造者の所で管材
料１（鋼板）の提供が行われる。そこで管が溶接され、
所望の寸法まで引抜かれるか又は圧延される。この管製
造２に、一般に焼ならしのような熱処理２ａが続く。そ
れにより引抜かれるか圧延された管は再び均質な組織構
造を得る。それから中空軸の本来の製造者への管の輸送
３が行われる。製造者の所で管は、中空軸を製造する適
当な製造ライン４へ達する。

【００２３】多数の製造段階５において、鋼管から中空
軸素材が製造される。その際非切削又は切削成形のすべ
ての公知の方法を使用することができる。

【００２４】方法の引続く過程において、硬化部門への
中空軸素材の輸送６が行われ、その際中空軸素材は本来
の製造ライン４から離れねばならない。硬化部門におい
て中空管素材は高いプロセス温度へもたらされ、炭素７
を供給されながら中空軸素材の浸炭８が行われる、硬化
９のため、中空軸素材は浸炭８の高いプロセス温度から
直ちに冷却される。中空軸素材はそれによりその全表面
を硬化され、甚だしい温度低下により中空軸素材全体に
生じる硬化歪みを実際上常に持つ。炭素含有雰囲気中に
おける高いプロセス温度での浸炭８は、長い保持時間を
必要とするので、硬化歪みの発生の原因はこの方法では
回避されない。

【００２５】引続く過程において製造ライン４へ戻る輸
送が行われ、中空軸素材の硬化歪みのためいずれにせよ
必要な仕上げ加工１１が行われる。それから後初めて組
立て準備のできた中空軸が製造ライン４から離れる。

【００２６】

【実施例】高荷重を受ける中空軸の本発明による新しい
製造方法は、図２に示すように、今までの方法とは若干
の重要な点で相違している。

【００２７】この方法でも、管製造者の所で管材料１
（鋼板）の提供が行われる。管製造者の所で管が溶接さ
れ、所望の寸法に引抜かれるか圧延される。しかしこの
管製造２には、今や若干変更された熱処理２ｂが続く。
ここで焼ならしによる金属組織の均質化のほかに、炭素
８の供給により同時に管の浸炭が行われる。熱処理２ｂ
のパラメータは、今まで普通の熱処理２ａに比べて、そ
のために少し変更しさえすればよい。それにより、鋼管
の製造者の所で（炭素供給８）のため僅かな超過支出が
生じるだけである。管の除々の冷却が熱処理２ｂの終了
をなし、それにより管はその硬さを増大せず、軟らかい
ままである。

【００２８】浸炭されたけれどもまだ軟らかい管は、そ
れから中空軸の本来の製造者へ輸送３され、管はそこで
適当な製造ライン４へ達する。

【００２９】ここでも従来技術におけるように、多数の
製造段階５において、管から中空軸素材が製造される。

【００３０】しかし方法の引続く過程において、製造ラ
イン４内でのみ誘導硬化１３への輸送６′が行われる。
誘導硬化１３の所で中空軸素材が、例えば高荷重を受け
る軸受面又はカムの側面のような限られた範囲で硬化さ
れる。この適切な局部硬化１３は、従来技術におけるほ
ど、中空軸素材へ熱をそれほど持ち込まない。それによ
りこの方法では、僅かな硬化歪みしか生じず、従って製
造された中空軸の少なくとも一部が、誘導加熱１３後既
に準備のできた中空軸として製造ライン４を離れること
ができる（１２′）。

【００３１】一般に高い表面品質又は非常に精確な公差
を要求される中空軸の他の部分に対して、ここでも仕上
げ加工が必要である。この仕上げ加工は、従来技術とし
て説明した方法と同じように、中空軸を仕上げ加工１
１′へ更に輸送１０′することによって行われるが、こ
の輸送１１′は製造ライン４内でのみ行われる。これら
の部材も、組立て準備のできた中空軸として矢印１２に
従って製造ラインを離れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による中空軸の製造方法の概略図であ
る。

【図２】中空軸の本発明による製造方法の概略図であ
る。

【符号の説明】

２ 管製造 ２ｂ 熱処理 ８ 浸炭 １１′ 仕上げ加工 １３ 誘導硬化

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接されるか又は継目なしに製造される
   原材料としての鋼管から中空軸を製造する方法であっ
   て、原材料が０．３５％の最大炭素含有量を持っている
   ものにおいて、 第１の段階において、原材料を０．５％より大きい炭素
   含有量に浸炭し、 第２の段階において、浸炭のプロセス温度から始まっ
   て、原材料が硬度の増大を受けないように、原材料の緩
   慢な冷却を行い、 第３の段階において、浸炭された原材料を切削加工又は
   削り屑なし変形により工作物素材となるように更に加工
   し、 第４の段階において、工作物素材を局部加熱及び急激な
   冷却により所望の個所で硬化することを特徴とする、中
   空軸の製造方法。
2. 【請求項２】 工作物素材の少なくとも局部範囲を、硬
   化後適当な加工方法で仕上げ加工することを特徴とす
   る、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 工作物素材の硬化を誘導硬化又は伝導硬
   化により行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載
   の方法。
4. 【請求項４】 鋼管の製造の際、第１の段階を焼ならし
   又は再結晶焼なましと一緒に行うことを特徴とする、請
   求項１〜３の１つに記載の方法。
5. 【請求項５】 必要な加工段階及び工作物素材の硬化を
   製造ラインで行うことを特徴とする、請求項１〜４の１
   つに記載の方法。
6. 【請求項６】 中空軸製造用の半製品としての溶接又は
   継目なし鋼管が、少なくとも０．４％の炭素含有量及び
   加工のため軟らかい状態を持っていることを特徴とす
   る、鋼管。
7. 【請求項７】 炭素含有量が０．５〜０．８％であるこ
   とを特徴とする請求項６に記載の鋼管。