CN105307791A - 旋压方法和旋压设备 - Google Patents

Abstract

一种旋压方法，包括：由工件支承部(6)对筒形工件(4)的受支承部(4a)进行支承；在使旋压头(7)的辊子(12)公转的同时，使辊子(12)压靠工件(4)的加工部(4b)的外周表面；以及在使插入工件(4)的加工部(4b)中的芯杆(13)接触加工部(4b)的内周表面的同时，执行下述成形过程：通过使加工部(4b)相对于工件支承部(6)移动或使工件支承部(6)相对于加工部(4b)移动，而使工件(4)的加工部(4b)的管轴线(CT1)指向给定方向。

Description

旋压方法和旋压设备

本发明的背景技术

1.技术领域

本发明涉及适于在例如由筒形工件一体地形成诸如车辆的排气管的具有三维复杂筒形形状的构件时应用的旋压方法和旋压设备。

2.相关技术的说明

例如，日本专利申请公报No.2001-25826(JP2001-25826A)描述了这样的一种旋压方法，该旋压方法在筒形工件由卡盘或夹持装置支承时，通过在使辊子公转的同时使大约两个至四个辊子压靠工件的加工部的外周表面而减小筒形工件的加工部的直径。

然而，通过这种类型的旋压方法，加工是通过将辊子从工件的外侧朝向工件的内侧(即，朝向工件的轴线)推压来执行的。因此，通常，不能在工件上执行超出工件的外部形状(即，加工以使工件的轴线沿给定方向形成，而不限于工件的外部形状(筒形形状)内的区域)的成形，即，不能在工件上执行偏移过程。

发明内容

因而本发明提供了一种旋压方法，该旋压方法能够执行超出工件的外部形状的成形。本发明还提供了一种适于实施这种旋压方法的旋压设备。

本发明的第一方面涉及旋压方法。该旋压方法包括：由工件支承部对筒形工件的受支承部进行支承；在使旋压头的辊子公转的同时，使辊子压靠工件的加工部的外周表面；以及在使插入工件的加工部中的芯杆接触加工部的内周表面的同时，执行下述成形过程：通过使加工部相对于工件支承部移动或使工件支承部相对于加工部移动而使工件的加工部的管轴线指向给定方向。

根据这方面，在筒形工件上执行的旋压过程中，执行使工件的加工部的管轴线指向给定方向的成形过程。因此，能够在筒形工件上执行超出筒形工件的外部形状的成形。

此外，在上述方面中，旋压方法还可以包括执行偏移过程，在所述偏移过程中，通过使工件支承部移动或使加工部移动来使工件的加工部相对于工件支承部移动，而使工件的加工部的管轴线自工件的受支承部的管轴线偏移。

根据这方面，执行使工件的加工部的管轴线自工件的受支承部的管轴线偏移的偏移过程。因此，能够在筒形工件上执行超出筒形工件的外部形状的成形。

此外，在上述方面中，成形过程可以包括：通过在工件的受支承部由工件支承部支承的同时适当地摆动工件支承部，而使工件的加工部的管轴线相对于工件的受支承部的管轴线倾斜。

根据这方面，当在筒形工件上执行成形过程时，工件的加工部的管轴线相对于工件的受支承部的管轴线倾斜。因此，能够在筒形工件上执行超出筒形工件的外部形状的成形。

此外，在上述方面中，芯杆可以成形为呈配装在工件的加工部的内部的形状。

根据这方面，芯杆成形为呈配装在工件的加工部的内部的形状。因此，通过插入工件的加工部内部的芯杆，工件可以成形，同时保持工件的加工部的截面形状。

此外，在上述方面中，芯杆和辊子的公转面在辊子的公转轴线上的相对位置能够被移动。

根据这方面，辊子的公转轴线上的相对位置能够被移动。因此，能够在工件上连续地执行各种成形，因而提高了生产率。

此外，在上述方面中，旋压方法还可以包括随着成形过程，通过适当地减小辊子的公转直径，而减小工件的加工部的直径。

根据这方面，随着筒形工件上的成形过程，能够减小工件的加工部的直径。因此，在工件上的成形过程和直径减小过程被同时执行，因而提高了生产率。

本发明的第二方面涉及旋压设备。该旋压设备包括：工件支承部，工件支承部对筒形工件的受支承部进行支承；旋压头的多个辊子，多个辊子在公转的同时压靠工件的加工部的外周表面；以及芯杆，芯杆设置在由辊子围绕的位置中并能够沿旋压头的转轴的旋转轴线方向前进和后退。多个辊子以大致等角度间隔设置在以转轴的旋转轴线为中心的圆的圆周上。芯杆插入工件的加工部中并且接触加工部的内周表面。在芯杆接触加工部的内周表面的同时，芯杆相对于工件支承部移动或工件支承部相对于芯杆移动。

根据这方面，能够获得与通过本发明的第一方面获得的效果相似的效果。

此外，在上述方面中，工件支承部可以构造成使得通过使工件的工件支承部或芯杆移动来执行偏移过程，在偏移过程中，通过使工件的加工部相对于工件支承部移动，而使工件的加工部的管轴线自工件的受支承部的管轴线偏移。

根据这方面，能够获得与通过本发明的第一方面以及伴随第一方面的各个方面获得的效果相似的效果。

此外，在上述方面中，工件支承部可以摆动成使得工件的加工部的管轴线相对于工件的受支承部的管轴线倾斜。

根据这方面，能够获得与通过本发明的第一方面以及伴随第一方面的各个方面获得的效果相似的效果。

此外，在上述方面中，芯杆成形为呈配装至工件的加工部中的形状。

根据这方面，能够获得与通过本发明的第一方面以及伴随第一方面的各个方面获得的效果相似的效果。

附图说明

本发明的示例实施方式的特征、优点、技术和工业意义将在下面参照附图进行描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件，并且其中：

图1A是旋压设备的正视图，并且示出了根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的从工件准备过程至辊子接触过程的过程；

图1B是旋压头的右侧视图，并且示出了根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的从工件准备过程至辊子接触过程的过程；

图1C是工件在加工之前的立体图，并且示出了根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的从工件准备过程至辊子接触过程的过程；

图2A是旋压设备的正视图，并且示出了根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的偏移过程；

图2B是工件在根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的偏移过程中的目标形状的立体图，并且示出了该偏移过程；

图3A是旋压设备的正视图，并且示出了根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的直径减小过程；

图3B是工件在根据本发明的第一示例实施方式的旋压方法的直径减小过程中的目标形状的立体图，并且示出了该直径减小过程；

图4是根据本发明的第一示例实施方式的旋压设备的旋压头的具体结构的正视截面图；

图5是根据本发明的第二示例实施方式的旋压设备的旋压头的具体结构的正视截面图；

图6A是根据本发明的第三示例实施方式的旋压设备的芯杆的修改示例的正视图；

图6B是根据本发明的第三示例实施方式的旋压设备的芯杆的修改示例的正视图；

图6C是根据本发明的第三示例实施方式的旋压设备的芯杆的修改示例。

具体实施方式

在下文中，将描述本发明的示例实施方式。

【本发明的第一示例实施方式】

图1A至图4是本发明的第一示例实施方式的视图。图1A是辊子等的沿图1B中的线IA-IA截取的截面图。根据第一示例实施方式的旋压设备1包括水平布置的工作台2，如图1A所示。用作工件支承部的工件支承基部3以下述方式附接至工作台2上：所述方式使得在支承筒形工件4的同时，能够沿三个轴线方向(即，X方向、Y方向和Z方向)移动，并且能够绕沿X方向的轴线(即，沿RX方向)摆动，绕沿Y方向的轴线(即，沿RY方向)摆动，以及绕沿Z方向的轴线(即，沿RZ方向)摆动。该工件支承基部3由基部5和卡盘6形成。即，基部5被支承为能够在工作台2上沿三个轴向方向(即，X方向、Y方向和Z方向)移动。能够抓持工件4的卡盘6安装在基部5上，以便能够绕沿X方向的轴线(即，RX方向)、绕沿Y方向的轴线(即，RY方向)以及绕沿Z方向的轴线(即，RZ方向)摆动。

此外，靠近工件支承基部3(图1A中的右侧)布置有旋压头7。旋压头7由未示出的转轴基部、转轴10、三个支承轴11以及三个辊子12等形成(参见图1B)。

即，未示出的转轴基部直立地设置在工作台2上。环形转轴10以使得能够通过未示出的驱动装置在面向卡盘6的位置中绕旋转轴线CT1旋转的方式支承在转轴基部的侧表面上，如图1A中所示。与转轴10一起，三个支承轴11以等角度间隔(即，120°间隔)布置在以旋转轴线CT1为中心的圆C1的圆周上，如图1B所示。三个支承轴11构造成能够沿转轴10的径向方向移动。辊子12以使得能够绕支承轴11的轴线CT2旋转的方式支承于支承轴11上。

此外，大体笔状的芯杆(芯轴)13以能够沿转轴10的旋转轴线CT1的方向(即，图1A中的左右方向)前进和后退的方式附接至转轴10，其中，大体笔状的芯杆13的轴线CT4定位在转轴10的旋转轴线CT1上，即，定位在辊子12的公转轴线上。该芯杆13具有圆柱状芯杆主体13a以及连续地连接至该芯杆主体13a的一端的稍端部13b。芯杆主体13a的直径形成为与工件4的内直径大致相同的尺寸。因此，芯杆主体13a成形为使得其配装在工件4的加工部4b的内部。

更具体地，旋压头7使得转轴10由壳体16和面板17形成，并且支承轴11由滑动件18和辊子保持架20形成，如图4中所示。

即，该旋压头7具有被水平地支承的主轴15，如图4中所示。壳体16以使得能够绕主轴15的轴线CT7旋转的方式附接至主轴15。环形面板17固定至壳体16，使得面板17的表面与主轴15的轴线CT7垂直，并且面板17的中心与轴线CT7对准。三个滑动件18在面板17上以等角度间隔(即，120°间隔)布置在以面板17的中心、即主轴15的轴线CT7为中心的圆的圆周上。滑动件18中的每个滑动件构造成能够通过借助于未示出的驱动装置使回旋镖形状的滑动环19枢转而沿面板17的径向方向移动，如图4中的实线和交替的一长两短的虚线所指示的。即，滑动环19中的每个滑动环以使得能够绕预定旋转轴线CT8旋转的方式被支承。滑动件18连接至滑动环19的一端19a，并且驱动装置连接至滑动环19的另一端19b。于是通过使用驱动装置使滑动环19的另一端19b沿水平方向移动而能够使滑动件18沿面板17的径向方向移动。此外，每个滑动件18固定有一个辊子保持架20。由每个辊子保持架20以可旋转的方式支承一个辊子12。另外，芯杆13以使得能够沿主轴15的轴线CT7的方向(即，图4中的左右方向)前进和后退的方式附接至主轴15。

旋压设备1以如上所述方式构造，因此用于通过使用该旋压设备1在如图1C中所示的筒形的工件4上执行旋压的工序描述如下。

首先，在工件准备过程中，工件4的受支承部4a由工件支承基部3的卡盘6抓持，如图1A中所示，而三个支承轴11在转轴10的径向方向上距离转轴10的旋转轴线CT1最远，并且芯杆13后退至旋压头7侧。因此，工件4处于水平支承的状态，其轴线CT3与转轴10的旋转轴线CT1对准。

接下来，执行芯杆插入过程。在该过程中，芯杆13相对于工件4朝向工件支承基部3侧前进。相应地，芯杆13插入工件4的加工部4b的内部中。因此，芯杆13配装至工件4的加工部4b中，正如上文所述的，因此芯杆主体13a的外周表面接触工件4的加工部4b的整个内周表面。

然后执行辊子接触过程。在该过程中，三个支承轴11沿转轴10的径向方向朝向转轴10的旋转轴线CT1移动。因此，三个辊子12接触工件4的外周表面。此时，三个支承轴11以等角度间隔布置在以转轴10的旋转轴线CT1为中心的圆C1的圆周上，正如上文所述。因此，三个辊子12也绕工件4以等角度间隔布置。

接下来，执行偏移过程。在该过程中，转轴10绕旋转轴线CT1旋转。因此，三个辊子12以旋转轴线CT1作为旋转中心以预定旋转速率公转，并且芯杆13以旋转轴线CT1作为旋转中心以相同的旋转速率同步地自转。因此，辊子12在绕工件4公转的同时相对于工件4的加工部4b的外周表面转动。此外，芯杆13在接触工件4的加工部4b的内周表面时自转。

在这种状态下，工件支承基部3沿Z方向向上移动，如图2A中所示。因此，工件4的受支承部4a上升(即，向上移动)，而工件4的加工部4b保持在原先位置。因此，执行了受支承部4a的管轴线CT5从加工部4b的管轴线CT6向上偏移的偏移过程。因此，能够执行超出工件4的外部形状的成形，如图2B中所示。

此时，芯杆13的芯杆主体13a的外周表面接触工件4的加工部4b的整个内周表面，正如上文所述。因此，能够形成工件，同时保持工件4的加工部4b的截面形状(圆形形状)。

最终，执行直径减小过程。在该过程中，三个辊子12沿转轴10的径向方向朝向中心移动，并且工件支承基部3沿X方向移动离开旋压头7，如图3A中所示。因此，工件4的加工部4b由辊子12减小了直径，如图3B中所示。此时，随着工件支承基部3移动，芯杆13从工件4的加工部4b退出。因此，能够平稳地执行减小工件4的加工部4b的直径的过程。

由此，在工件4上执行的旋压过程结束。

以这种方式，在筒形工件4上的旋压过程中，通过使插入工件4的加工部4b中的芯杆13移动并且执行偏移过程，而进行超出工件4的外部形状的成形。

此外，芯杆13和辊子12的公转面在辊子12的公转轴线上的相对位置能够被移动。因此，当在工件4上执行旋压过程时，能够在工件4上连续执行各种成形，因此提高了生产率。

此外，工件支承基部3能够绕沿X方向的轴线(即，RX方向)、绕沿Y方向的轴线(即，RY方向)以及绕沿Z方向的轴线(即，RZ方向)摆动，正如上文所述。当对工件4进行旋压时，在工件4的支承部4a由工件支承基部3支承的同时，根据工件4的加工部4b的加工形状而使工件支承基部3适当地摆动。因此，工件4的加工部4b的管轴线CT6也能够相对于工件4的受支承部4a的管轴线CT5倾斜。因此，能够沿三维方向适当地使工件4弯曲。

【本发明的第二示例实施方式】

图5是本发明的第二示例实施方式的视图。根据第二示例实施方式的旋压设备1的旋压头7具有与上述第一示例实施方式中的旋压头相似的结构，除了支承轴11中的每个支承轴(即，辊子保持架20)上安装有两个辊子12之外，如图5中所示。第二示例实施方式中的与第一示例实施方式中的构件相同的构件将由相同的附图标记来指示，并且将省略这些构件的描述。此外，工件4的旋压方法的工序也与上述第一示例实施方式中的工件4的旋压方法的工序相同。

因此，该第二示例实施方式展示了与由上述第一示例实施方式展示的操作和效果相似的操作和效果。此外，在工件4上的旋压过程中(即，在偏移过程和直径减小过程中)，辊子12与工件4之间的接触区域基于辊子12的数量的增加而增加。因此，能够快速且高度准确地执行工件4上的旋压过程。

【本发明的第三示例实施方式】

图6是本发明的第三示例实施方式的视图。在上述第一示例实施方式和第二示例实施方式中，描述了设置有芯杆13的旋压设备1。芯杆13的形状可以是适于通过旋压而使工件4成形的任何形状。

例如，可以替代性地使用标准型芯杆13，在该标准型芯杆13中，半球形稍端部13b连续地连接至圆柱形芯杆主体13a的一端，如图6A中所示。该标准型芯杆13适于在工件4的弯曲点比较近时使用。

此外，可以替代性地使用长型芯杆13，在该长型芯杆13中，稍端部13b成形为类似椭球体(长椭球体)的一半，稍端部13b连续连接至圆柱形芯杆主体13a的一端，如图6B中所示。使用这种长型芯杆13能够在直径减小过程之后的工件4的内直径小并且在内直径逐步改变的区域大时获得外周表面具有极少不规则性的美观工件4。

另外，在阶梯型芯杆13中，小直径圆柱形的小直径对应部13c附接至标准型芯杆13的稍端部13b的顶部，如图6C中所示。在工件4的成形端部处需要高直径尺寸精确度时(例如，当配合部件要与该成形端部配装时)，使用这种阶梯型芯杆13能够使芯杆13的小直径对应部13c与工件4的内周表面接触，并且因而在对工件4进行旋压时提供相对于由辊子12作用于工件4的外周表面上的力的反作用力。因此，能够提高工件4的加工精度。

【本发明的其他示例实施方式】

在上述第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了构造成使得壳体16以可旋转的方式附接至主轴15的旋压头7。然而，还可以采用主轴15与壳体16一起旋转的结构。在这种情况下，在主轴15与芯杆13之间提供未示出的锁定-解锁切换机构使得能够根据工件4的加工类型而适当地在使芯杆13跟随主轴15的旋转(当锁定时)与使芯杆13不跟随主轴15的旋转(当解锁时)之间选择。这会使得能够处理工件4的各种类型的加工。此外，在上述第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了在工件4的旋压过程(即，偏移过程)中通过使工件支承基部3沿Z方向向上移动而在工件4上执行偏移过程的情况。然而，也可以通过在芯杆13插入工件4的加工部4b中时使旋压头7下降并且使工件4的加工部4b向下移动，而在工件4上执行偏移过程，而非使工件支承基部3沿Z方向向上移动。即，工件4的加工部4b仅需要相对于工件支承基部3沿竖向方向移动。替代性地，工件4的加工部4b可以相对于工件支承基部3侧沿左右方向移动。

此外，在上述的第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了三个支承轴11以等角度间隔(120°间隔)布置的旋压头7。然而，支承轴11的数量不限于三个。此外，当存在多个支承轴11时，并非绝对需要使多个支承轴11以等角度间隔布置。

另外，在上述的第一示例实施方式中，描述了每个支承轴11上安装有一个辊子12的旋压头7，并且在上述的第二示例实施方式中，描述了每个支承轴11上安装有两个辊子12的旋压头7。然而，每个支承轴11上安装的辊子12的数量不限于一个或两个。即，每个支承轴11上也可以安装三个或更多个辊子12。

此外，在上述的第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了如下旋压头7：该旋压头7构造成使得辊子12由支承轴11以可旋转的方式支承，并且这些辊子12在对工件4进行旋压时抵靠工件4的外周表面转动。然而，该结构也可以使得辊子12固定至支承轴11，并且辊子12在对工件4进行旋压时抵靠工件4的外周表面滑动。

另外，在上述的第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了当对工件4进行旋压时在工件4上执行偏移过程的情况。然而，本发明不限于这种类型的偏移过程。即，也可以执行使工件4的加工部4b的管轴线CT6指向给定方向的成形过程。这使得具有复杂筒形形状的各种构件能够由筒形工件4一体地形成。

此外，也可以随着使工件4的加工部4b的管轴线CT6指向给定方向的成形过程，通过适当地减小辊子12的公转直径来减小工件4的加工部4b的直径。在这种情况下，同时执行使工件4的加工部4b的管轴线CT6指向给定方向的成形过程以及直径减小过程。因此，能够提高生产率。

此外，在上述的第一示例实施方式至第三示例实施方式中，描述了设置有一个芯杆13的旋压设备1，该芯杆13具有使得其能够配装至工件4的加工部4b中的形状。然而，只要工件4的加工部4b能够相对于工件支承基部3侧移动，则芯杆13的形状和数量不受特别限制。例如，各自的直径为工件4的内直径的大约1/3的多个(两个或更多个)芯杆13可以附接至转轴10，使得芯杆13中的每个芯杆的轴线自转轴10的旋转轴线CT1偏移相等的距离。此时，执行控制以保持芯杆13总是在工件4中面向辊子12的内侧(即，辊子12的公转轴线所在的一侧)的位置关系，这使得芯杆13能够与工件4的内周表面接触，并且因而当辊子12在工件4上的旋压过程中公转时，提供相对于由辊子12作用于工件4的外周表面上的力的反作用力。因此，能够提高工件4的加工精度。

本发明在由筒形材料通过旋压而一体地形成具有三维复杂筒形结构的构件时是极其有用的，并且更具体地，这些构件为稳压罐、涡轮增压器的分离罐、用于两轮车辆的消声器、催化转化器、柴油机排气处理装置(即，柴油机颗粒滤清器)以及各种压力容器等。

Claims (12)

1.一种旋压方法，包括：

由工件支承部对筒形工件的受支承部进行支承；

在使旋压头的辊子公转的同时，使所述辊子压靠所述工件的加工部的外周表面；以及

执行下述成形过程：在使插入所述工件的所述加工部中的芯杆接触所述加工部的内周表面的同时，通过使所述加工部相对于所述工件支承部移动或使所述工件支承部相对于所述加工部移动，而使所述工件的所述加工部的管轴线指向给定方向。

2.根据权利要求1所述的旋压方法，还包括：

执行偏移过程，在所述偏移过程中，通过使所述工件支承部移动或使所述加工部移动来使所述工件的所述加工部相对于所述工件支承部移动，而使所述工件的所述加工部的所述管轴线自所述工件的所述受支承部的管轴线偏移。

3.根据权利要求2所述的旋压方法，其中，

所述成形过程包括：通过在所述工件的所述受支承部由所述工件支承部支承的同时使所述工件支承部适当地摆动，而使所述工件的所述加工部的所述管轴线相对于所述工件的所述受支承部的所述管轴线倾斜。

4.根据权利要求1所述的旋压方法，其中，

所述成形过程包括：通过在所述工件的所述受支承部由所述工件支承部支承的同时使所述工件支承部适当地摆动，而使所述工件的所述加工部的所述管轴线相对于所述工件的所述受支承部的管轴线倾斜。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋压方法，其中，

所述芯杆成形为呈配装在所述工件的所述加工部的内部的形状。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的旋压方法，其中，

所述芯杆和所述辊子的公转面在所述辊子的公转轴线上的相对位置能够被移动。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的旋压方法，还包括：

随着所述成形过程，通过适当地减小所述辊子的公转直径，而减小所述工件的所述加工部的直径。

8.一种旋压设备，包括：

工件支承部，所述工件支承部对筒形工件的受支承部进行支承；

旋压头的多个辊子，所述多个辊子在公转时压靠所述工件的加工部的外周表面；以及

芯杆，所述芯杆设置在由所述辊子围绕的位置中并能够沿所述旋压头的转轴的旋转轴线方向前进和后退，其中，

所述多个辊子以大致等角度间隔设置在以所述转轴的旋转轴线为中心的圆的圆周上；

所述芯杆插入所述工件的所述加工部中并且接触所述加工部的内周表面；以及

在所述芯杆接触所述加工部的所述内周表面的同时，所述芯杆相对于所述工件支承部移动或所述工件支承部相对于所述芯杆移动。

9.根据权利要求8所述的旋压设备，其中，

所述工件支承部构造成使得通过使所述工件支承部或所述芯杆移动来执行偏移过程，在所述偏移过程中，通过使所述工件的所述加工部相对于所述工件支承部移动，而使所述工件的所述加工部的管轴线自所述工件的所述受支承部的管轴线偏移。

10.根据权利要求9所述的旋压设备，其中，

所述工件支承部摆动成使得所述工件的所述加工部的所述管轴线相对于所述工件的所述受支承部的所述管轴线倾斜。

11.根据权利要求8所述的旋压设备，其中，

所述工件支承部摆动成使得所述工件的所述加工部的管轴线相对于所述工件的所述受支承部的管轴线倾斜。

12.根据权利要求8至11中的任一项所述的旋压设备，其中，

所述芯杆成形为呈配装至所述工件的所述加工部中的形状。