CN104755188B - 塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置 - Google Patents

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Abstract

为了提供即使有底筒状材料的长度尺寸或板厚尺寸存在偏差也能够确保对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品的精确度的旋压装置，本发明的旋压装置(1)具备：主轴(3)，配设有夹持有底筒状材料(W)的外周面的卡盘(4)及与材料(W)的外侧底面相抵的限制部件(11)；心轴(5)，从材料(W)的开口侧端部插入于内部，且前端与材料(W)的内侧底面相抵而与限制部件(11)一起夹持材料(W)的底部；及按压辊(6)，按压材料(W)的开口侧端部，所述旋压装置通过主轴的旋转驱动而使材料(W)绕该主轴(3)的轴心旋转，并且向靠近心轴(5)的方向推压按压辊(6)，由此以使材料(W)的开口侧端部的内径小于材料(W)的主体部的内径的方式在该开口侧端部形成圆周状的槽部，其中，将心轴(5)中的至少插入到材料(W)内部的部分形成为在该部分与材料(W)的开口侧端部的塑性变形后的内周面之间设置有间隙(S)。

Description

塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置
技术领域
本发明涉及一种对有底筒状材料的开口侧端部实施塑性加工的塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置，尤其涉及一种能够加工出材料的开口侧端部的内径小于主体部的内径的产品的塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置。
背景技术
以往，作为旋压装置，提出有通过塑性加工能够得到在有底筒状材料的开口侧端部的外周面形成有槽部，并且材料的开口侧端部的内径小于主体部的内径的产品(例如盘式制动器用的制动活塞)的旋压装置(例如，参考专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4602060号公报
如图3(a)所示，上述专利文献1所涉及的旋压装置100具备配设于省略图示的主轴并夹持底筒状材料W的外周面的卡盘101。
配置于与主轴相同的轴心上的心轴102从材料W的开口侧端部插入到被卡盘101夹持的材料W的内部。
具有与产品的槽部相对应的突起的按压辊103配设成沿与主轴的轴心垂直的方向(图3(a)中符号Y10的箭头方向)移动自如，并且与材料W的开口侧端面接触并转动的限制辊104配设成沿主轴的轴心方向(图3中符号X20的箭头方向)和与主轴的轴心垂直的方向(图3中符号Y20箭头方向)移动自如。
在该旋压装置100中，如图3(a)～图3(b)所示，在材料W通过主轴的旋转驱动而绕该主轴的轴心旋转的状态下，材料W的开口侧端部被按压辊103按压而与心轴102接触。此时，基于按压辊103的材料W的开口侧端部的轴向伸展被限制辊104限制。
如此，实施在材料W的开口侧端部的外周面形成槽部，并且使材料W的开口侧端部的内径小于材料的主体部的内径的塑性加工。
然而，通过上述旋压装置100实施塑性加工的有底筒状材料W例如是通过锻造等加工法而得到的，其实际长度尺寸或板厚尺寸相对于所需的长度尺寸或板厚尺寸的偏差比较大。
并且，在用上述旋压装置100进行塑性加工时，如图3(b)所示，材料W的开口侧端部的外周面被按压辊103按压，内周面被心轴102按压，且端面被限制辊104按压。
因此，在基于上述旋压装置100的塑性加工中，当材料W的实际长度尺寸长于所需尺寸或者材料W的实际板厚尺寸厚于所需尺寸时，即使材料W的过剩壁厚欲向材料W的内周面侧移动也会被心轴102阻挡，并且，欲向材料W的端面侧移动也会被限制辊104阻挡，因此若消除过剩壁厚的移动空间，则无法确保重要的槽部的成型精确度。
另一方面，例如若要通过改善按压辊103的形状来解决过剩壁厚的移动空间，则过剩壁厚会从贴紧状态比较松的材料W的开口侧端部边缘与按压辊103之间向径向外侧移动，在对外周侧的形状尺寸要求较高精确度的产品中可能会存在该开口侧端部边缘超出设计尺寸的容许值而如图3(c)中的符号P的箭头所示那样向径向外侧伸出的问题。
发明内容
发明要解决的技术课题
本发明是鉴于上述现有的旋压装置所具有的问题而作出的，其目的在于提供一种即使有底筒状材料的长度尺寸或板厚尺寸存在偏差，也能够确保对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品的精确度的塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的基于旋压装置的塑性加工方法中，通过在将有底筒状材料保持于主轴的状态下旋转驱动主轴而使材料绕该主轴的轴心旋转，并且向靠近主轴的旋转中心的方向推压按压辊，由此以使材料的开口侧端部的内径小于材料的主体部的内径的方式在该开口侧端部形成圆周状的槽部，其中，以非约束状态进行成型，以使材料的开口侧端部的内周侧能够自由变形。
此时，通过具有能够同时与材料的开口侧端部的外周面和端面接触的辊面的精加工辊，能够进行对材料的开口侧端部的外周面及端面的成型。
并且，用于上述塑性加工方法的本发明的旋压装置具备：主轴，配设有夹持有底筒状材料的外周面的卡盘及与材料的外侧底面相抵的限制部件；心轴，从材料的开口侧端部插入于材料的内部，且前端与材料的内侧底面相抵而与限制部件一起夹持材料的底部；及按压辊，按压材料的开口侧端部，所述旋压装置通过主轴的旋转驱动而使材料绕该主轴的轴心旋转，并且向靠近心轴的方向推压按压辊，由此以使材料的开口侧端部的内径小于材料的主体部的内径的方式在该开口侧端部形成圆周状的槽部，其中，将所述心轴中的至少插入到材料内部的部分形成为在该部分与材料的开口侧端部的塑性变形后的内周面之间设置有间隙。
此时，所述旋压装置可以设置有具有能够同时与材料的开口侧端部的外周面和端面接触的辊面的精加工辊。
发明效果
根据本发明的塑性加工方法，在进行将材料的开口侧端部的内径形成为小于材料的主体部的内径的成型时，以非约束状态进行成型，以使材料的开口侧端部的内周侧能够自由变形。
并且，在本发明的旋压装置中，在塑性变形后的材料的开口侧端部的内周面与心轴之间设置有间隙。
由此，即使材料的实际长度尺寸长于所需尺寸或者材料的实际板厚尺寸厚于所需尺寸，材料的过剩壁厚也会向该间隙侧移动，在对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品中，能够使材料的过剩壁厚转移到不要求较高精确度的径向内侧。
因此，即使有底筒状材料的长度尺寸或板厚尺寸存在偏差，也能够确保对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品的精确度。
并且，尤其是心轴的前端与材料的内侧底面相抵而与限制部件一起夹持材料的底部，由此塑性加工时的材料的振动通过心轴可靠地得到抑制，因此能够将因材料的振动或与此相伴的传递至材料的转矩不足而从按压辊或卡盘以及精加工辊施加于材料的伤痕的产生防患于未然，能够稳定地确保产品的质量。
并且，通过设置具有能够同时与材料的开口侧端部的外周面和端面接触的辊面的精加工辊，进行对材料的开口侧端部的外周面及端面的成型，由此能够以更高的精确度对产品的开口侧端部进行精加工。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式所涉及的旋压装置的局部剖切截面的主视图。
图2是基于本实施方式的旋压装置的塑性加工动作的说明图，其中，(a)是安装有材料的状态图，(b)是完成加工的状态图，(c)是图2(b)的A部的放大图。
图3是基于以往的旋压装置的塑性加工动作的说明图，其中，(a)是安装有材料的状态图，(b)是完成加工的状态图，(c)是(b)的B部的放大图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置的实施方式进行说明。
＜旋压装置的概略说明＞
图1所示的旋压装置1具备配设于与旋转机构2连结的主轴3的前端部并夹持底筒状材料W的外周面的卡盘4。
在被卡盘4夹持的材料W的内部的与卡盘4对置的位置，从材料W的开口侧端部插入有配置于与主轴3相同的轴心上的心轴5。
并且，在心轴5的附近分别配置有按压辊6及精加工辊7，这些辊6、7分别旋转自如地安装在保持架8、9上。
＜卡盘的说明＞
卡盘4形成为圆筒形状，在其内部配设有与材料W的外径相对应的夹持部件10，并且配设有与待安装的材料W的长度相对应的限制部件11，从而构成为能够在图1所示的位置固定材料W。
并且，卡盘4构成为能够与夹持部件10及限制部件11一同从主轴3卸下，并且更换与产品形状(材料W)相对应的卡盘4。
＜心轴的说明＞
心轴5由圆棒状部件构成，如图2(a)所示，具有与材料W的内侧底面相抵而与限制部件11一起夹持材料W的底部的前端面5a，遍及其总长，其直径小于材料W的开口侧端部的塑性变形后的内径。如此，如图2(b)所示，在材料W的开口侧端部的塑性变形后的内周面与心轴5之间设置有规定的间隙S。
因此，心轴5的直径D设定成小于材料W的开口侧端部的塑性变形后的材料W的开口侧端部的突出量最大的位置(通常是材料W的开口侧端部边缘)的突出尺寸，以便能够可靠地维持间隙S。
另外，若为了能够可靠地维持间隙S而将心轴5的直径D设定成极其小，则材料W的底部或心轴5会发生变形或者难以得到通过心轴5和限制部件11夹持后述的材料W的作用效果，因此将心轴5的直径D设定成材料W的内径d2的至少40％以上，优选为50％以上，更优选为70％以上。
如图1所示，为了能够根据从材料W的开口侧端面至内侧底面为止的距离或塑性加工后的材料W的开口侧端部的内径等而更换成最合适的心轴5，心轴5可装卸地安装于配设在能够沿主轴3的轴心方向移动的从动机构12的前端部的安装部件13。
另外，心轴5只要其前端能够与材料W的内侧底面相抵(优选为面接触)且能够在与材料W的开口侧端部的塑性变形后的内周面之间设置有规定的间隙S(参考图2(b))，则其形状等没有特别限定，可以采用在外周面沿着轴心方向带有锥度的心轴或者中空状的心轴、横截面为多边形形状等任意形状的心轴。
＜按压辊的说明＞
如图2(b)所示，按压辊6具有用于对材料W的开口侧端部的外周面实施所希望的凹凸形状(对材料W的开口侧端部实施圆周状槽部G)的塑性加工的凹凸状辊面6a。
将该按压辊6支承为旋转自如的保持架8(参考图1)根据来自控制设备(省略图示)的控制信号，沿与主轴3的轴心垂直的方向(图2(b)中符号Y1的箭头方向)移动。
＜精加工辊的说明＞
如图2(b)所示，精加工辊7具有能够同时与材料W的开口侧端部的外周面和端面接触的辊面7a。
将该精加工辊7支承为旋转自如的保持架9(参考图1)根据来自控制设备(省略图示)的控制信号，沿主轴3的轴心方向(图2(b)中符号X2的箭头方向)和与主轴3的轴心垂直的方向(图2(b)中符号Y2的箭头方向)移动。
＜塑性加工动作的说明＞
如上叙述那样构成的旋压装置1对材料W如下进行塑性加工。
首先，如图2(a)所示，针对被卡盘4夹持的材料W，从其开口端部朝向内部插入心轴5，直至心轴5的前端面5a与材料W的内侧底面相抵。由此，材料W通过基于心轴5和限制部件11的夹持及基于夹持部件10的夹持而被稳定地得到保持，以免在塑性加工时发生振动(发生微振动)。
接着，通过主轴3的基于旋转机构2(参考图1)的旋转驱动，一边使材料W绕主轴3的轴心旋转，一边如图2(a)及图2(b)所示那样使按压辊6沿图中符号Y1的箭头方向与材料W的开口侧端部接触。由此，实施使材料W的开口侧端部的内径d1小于材料W的主体部的内径d2(d1＜d2)的塑性加工，并且在材料W的开口侧端部的外周面塑型加工与按压辊6的辊面6a相仿的凹凸形状。此时，如图2(c)所示，关于槽部G及其附近的壁厚N，通过将材料W的开口侧端部的内径d1设为小于材料W的主体部的内径d2，能够确保足够的壁厚。
基于该按压辊6进行塑性加工的同时，使精加工辊7沿图2(b)中符号X2的箭头方向及符号Y2的箭头方向与材料W的开口侧端部的外周面和端面的相交的角部接触。由此，能够以更高的精确度修整所得到的产品的开口侧端部的角部的形状。
此时，优选设定按压辊6及精加工辊7的形状，以便能够通过精加工辊7对材料W的开口侧端部的外周面进行精加工成型而不是通过按压辊6对材料W的开口侧端部的外周面进行精加工成型。
另外，本实施例中，同时进行按压辊6沿符号Y1的箭头方向的移动和精加工辊7沿符号X2及符号Y2的箭头方向的移动，但也可以以任意顺序进行按压辊6及精加工辊7的移动。
＜作用效果的说明＞
本实施方式的旋压装置1中，如图2(c)所示，在塑性变形后的材料W的开口侧端部的内周面与心轴5之间设置有间隙S，因此在将材料W的开口侧端部的内径d1形成为小于材料W的主体部的内径d2(d1＜d2)的成型期间，以非约束状态进行成型，以使材料W的开口侧端部的内周侧能够自由变形。
由此，即使材料W的实际长度尺寸长于所需尺寸或者材料W的实际板厚尺寸厚于所需尺寸，材料W的过剩壁厚也会向该间隙S侧移动，在对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品中，如图2(c)中符号Q的箭头所示，能够使材料的过剩壁厚转移到不要求较高精确度的径向内侧。因此，具有如下效果：即使有底筒状材料的长度尺寸或板厚尺寸存在偏差，也能够确保对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品的精确度。
另外，由于材料W的开口侧端部的端面受到精加工辊7的约束，因此能够防止材料W随着按压辊6的成型而薄壁化，尤其能够防止材料W的最厚壁厚部t的薄壁化，从而能够确保产品的强度。
并且，通过与材料W的内侧底面相抵的心轴5可靠地抑制塑性加工时的材料W的振动，因此能够将因材料W的振动或与此相伴的传递至材料W的转矩不足而从卡盘4的夹持部件10或按压辊6以及精加工辊7施加于材料W的伤痕的产生防患于未然，能够稳定地确保产品的质量。
另外，通过精加工辊7修整材料W的开口侧端部的外周面及端面的形状(例如直角角度)及表面，因此能够以更高的精确度对产品的开口侧端部进行精加工。
以上，根据一种实施方式对本发明的旋压装置进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式所记载的结构，在不脱离其宗旨的范围内可以适当地改变其结构。
产业上的可利用性
本发明的塑性加工方法及用于该塑性加工方法的旋压装置具有即使有底筒状材料的长度尺寸或厚尺寸存在偏差，也能够使材料的过剩壁厚向内周面侧移动的特性，因此能够适用于对外周面侧的形状尺寸要求较高精确度的产品的加工中。
符号说明
1-旋压装置，3-主轴，4-卡盘，5-心轴，6-按压辊，7-精加工辊，11-限制部件，S-间隙，W-材料，G-槽部。

Claims (3)

1.一种基于旋压装置的塑性加工方法，其通过在将有底筒状材料保持于主轴的状态下旋转驱动主轴而使材料绕该主轴的轴心旋转，并且向靠近主轴的旋转中心的方向推压按压辊，由此以使材料的开口侧端部的内径小于材料的主体部的内径的方式在该开口侧端部形成圆周状的槽部，所述塑性加工方法的特征在于，
通过能够同时与材料的开口侧端部的外周面和端面接触的精加工辊对材料的开口侧端部的外周面及端面进行精加工成型，从而以非约束状态进行成型，以使材料的开口侧端部的内周侧能够自由变形，其中，所述精加工辊具有能够重复按压辊与外周面的接触而与外周面接触的第1辊面及能够与端面接触且直径大于第1辊面直径的第2辊面。
2.根据权利要求1所述的基于旋压装置的塑性加工方法，其特征在于，
同时进行基于所述按压辊的成型与基于所述精加工辊的成型。
3.一种旋压装置，其具备：主轴，配设有夹持有底筒状材料的外周面的卡盘及与材料的外侧底面相抵的限制部件；心轴，从材料的开口侧端部插入于材料的内部，且前端与材料的内侧底面相抵而与限制部件一起夹持材料的底部；及按压辊，按压材料的开口侧端部，所述旋压装置通过主轴的旋转驱动而使材料绕该主轴的轴心旋转，并且向靠近心轴的方向推压按压辊，由此以使材料的开口侧端部的内径小于材料的主体部的内径的方式在该开口侧端部形成圆周状的槽部，所述旋压装置的特征在于，
设置有精加工辊，所述精加工辊能够同时与材料的开口侧端部的外周面和端面接触而对材料的开口侧端部的外周面及端面进行精加工成型，所述精加工辊具有能够重复按压辊与外周面的接触而与外周面接触的第1辊面及能够与端面接触且直径大于第1辊面直径的第2辊面，
将所述心轴中的至少插入到材料内部的部分形成为在该部分与材料的开口侧端部的塑性变形后的内周面之间设置有间隙。
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