CN112004619A - 压缩扭转成型装置 - Google Patents

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Abstract

通过对置的上模(11)及下模(12)对加工材料(O)进行加工的压缩扭转成型装置(1)具有：作为滑动部的柱塞(52)，具有第1液压室(R1)，根据第1液压室(R1)的内压的变化而滑动，并使上模(11)向轴线(A)方向移动；旋转工作台(7)，设置有下模(12)；工作台支承部(8)，沿着轴线(A)方向，隔着旋转工作台(7)设置在与下模(12)相反的一侧；作为旋转轴承的止推轴承(70)，相对于工作台支承部(8)能够旋转地支承旋转工作台(7)，并且受到作用于旋转工作台(7)上的从下模(12)朝向旋转工作台(7)的方向的力；及第2液压室(R2)，设置于旋转工作台(7)与工作台支承部(8)之间，并与第1液压室(R1)连通。

Description

压缩扭转成型装置
技术领域
本发明涉及一种压缩扭转成型装置。
背景技术
作为将金属等加工材料进行分切/细粒化并提高材料特性的方法，已知有一种高压扭转法(High Pressure Torsion)。该高压扭转法是一边对加工材料赋予压缩应力，一边赋予剪切变形的方法。进行这种加工的装置通常具有夹持加工材料的一对模具，从一个模具侧赋予压力，并且另一个模具侧能够旋转。旋转侧模具被安装成经由旋转轴承相对于框架能够旋转(例如，专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-247734号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在具有上述结构的装置中，旋转轴承受到来自加压侧模具的加压力。然而，旋转轴承由于在结构上无法承受大的加压力，因此难以使加压力上升。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够增大对加工材料的加压力的压缩扭转成型装置。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明的一方式所涉及的压缩扭转成型装置，其通过对置的第1模具及第2模具对加工材料进行加工，所述压缩扭转成型装置具有：滑动部，具有第1液压室，根据该第1液压室的内压的变化而滑动，并使所述第1模具向轴线方向移动；旋转工作台，设置有所述第2模具；工作台支承部，沿着所述轴线方向，隔着所述旋转工作台设置在与所述第2模具相反的一侧；旋转轴承，相对于所述工作台支承部能够旋转地支承所述旋转工作台，并且受到作用于所述旋转工作台上的从所述第2模具朝向所述旋转工作台的方向的力；及第2液压室，设置于所述旋转工作台与所述工作台支承部之间，并与所述第1液压室连通。
根据上述压缩扭转成型装置，构成为如下：与第1液压室连通的第2液压室承担因滑动部的滑动而产生且以往施加到旋转轴承上的推力荷载的一部分，其余荷载由旋转轴承承担，因此能够减小旋转轴承所承担的推力荷载。从而，即使增大对加工材料的加压力，也能够使旋转轴承受到的推力荷载相对于加压力减小，因此能够进行比现有的压缩扭转成型装置增大了加压力的加工。
在此，所述旋转轴承能够设为如下方式：设置于所述第2液压室的内部。
通过设为上述结构，能够减小用于配置旋转轴承的空间，并且能够由第2液压室内的压力油来提高旋转轴承的润滑性。
并且，能够设为如下方式：还具有旋转机构，该旋转机构对所述旋转工作台的旋转进行控制。
如上所述，由于具备对旋转工作台的旋转进行控制的旋转机构，因此能够一边增大施加于加工材料的加压力，一边进行加压压缩变形及扭转变形。
并且，所述旋转机构能够设为如下方式：包括外圈安装于所述旋转工作台上的带外齿的回转轴承。
如上所述，由于带外齿的回转轴承安装于旋转工作台，因此带外齿的回转轴承能够承受反推力荷载方向的荷载，并能够防止在反推力荷载方向上产生荷载。
发明效果
根据本发明，提供一种能够增大对加工材料的加压力的压缩扭转成型装置。
附图说明
图1是示意性地示出在实施方式所涉及的压缩扭转成型装置的概略结构中涉及液压系统的部分。
图2是压缩扭转成型装置的主要部分的主视图。
图3是对旋转工作台及加压缸附近的结构进行说明的俯视图。
图4是对旋转工作台的动作机构进行说明的局部剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图，对用于实施本发明的方式详细地进行说明。另外，在附图说明中，对相同的要件标注相同的符号，并省略重复说明。
图1是示意性地示出在本发明的一实施方式所涉及的压缩扭转成型装置的概略结构中涉及液压系统的部分。并且，图2～图4表示压缩扭转成型装置的机械结构，图2是压缩扭转成型装置的主要部分的主视图，图3是对旋转工作台及加压缸附近的结构进行说明的俯视图，图4是对旋转工作台的动作机构进行说明的局部剖视图。
本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1在利用一对模具即上模11(第1模具)和下模12(第2模具)夹持加工材料O的状态下，由上模11和下模12来施加加压及旋转。上模11对加工材料O进行加压，由此对加工材料O赋予压缩应力。另一方面，下模12通过进行旋转而对加工材料O赋予剪切应力。
压缩扭转成型装置1具有上部框架2、下部框架3、在垂直方向上延伸且连接并支承上部框架2和下部框架3的4个支柱4(参考图2、图3)，在这些部件的内部具备用于对加工材料施加压缩及扭曲的机构。
在上部框架2中设置柱塞式加压缸5。加压缸5具备管51和在管51内能够滑动的柱塞52(滑动部)。管51的内部是第1液压室R1。在第1液压室R1上连接有加压油路L1，该加压油路L1供给用于对加压缸5中的加压力进行控制的压力油(工作油)。加压油路L1连接于能够供给压力油的工作油供给源(未图示)。随着从工作油供给源供给压力油，第1液压室R1的内压发生变化，柱塞52根据第1液压室R1的内压的变化而移动。
上模11经由滑动件6固定于柱塞52。在滑动件6上设置有连结于上部框架2的回程缸61。在使加压缸5收缩时使用回程缸61。另外，上模11可以直接固定于柱塞52。
工作台支承部8安装于下部框架3，在工作台支承部8上以轴线A为中心能够旋转地设置有旋转工作台7。在旋转工作台7上固定下模12。并且，在旋转工作台7的周围设置用于使旋转工作台7以轴线A为中心旋转的旋转机构9(参考图2～图4)。轴线A是朝向沿着柱塞52移动的方向的轴，是与柱塞52的中心一致的轴。
如图3及图4等所示，旋转工作台7呈以轴线A为中心的圆盘状，在下表面(与下模12固定的一侧相反的一侧的表面)的中央部，设置以轴线A为中心的圆环状突出部71。工作台支承部8具有与旋转工作台7的突出部71的形状对应的圆环状容纳部81，旋转工作台7的突出部71以进入到工作台支承部8的容纳部81内的状态被安装。并且，在旋转工作台7的下表面，在比突出部71更靠外周侧，工作台支承部8和旋转工作台7分开，在成为其间隙的圆环状区域安装构成旋转机构9的一部分的带外齿的回转轴承91。
旋转机构9构成为包括带外齿的回转轴承91、齿条轴92及使齿条轴92移动的液压缸93。带外齿的回转轴承91具有内圈91a、外圈91b及外齿91c。内圈91a固定于工作台支承部8，外圈91b固定于旋转工作台7。外齿91c设置于外圈91b的外周侧。外齿91c作为旋转工作台7旋转时的齿轮而发挥功能。
在带外齿的回转轴承91的外齿91c的外侧，设置具有与外齿91c嵌合的齿条齿92a的齿条轴92。在图4中仅示出1个齿条轴92，但是如图3所示，以轴线A为中心成为点对称的方式设置2个齿条轴92。2个齿条轴92在与轴线A正交的轴线B方向上延伸。并且，2个齿条轴92分别与在轴线B方向上延伸的液压缸93连结，随着固定于支柱4的液压缸93的伸长和收缩而在轴线B方向上进行往返。
返回到图4，在旋转工作台7上的圆环状突出部71上，设置以轴线A为中心的圆环状凹部72。凹部72从突出部71的下表面朝向上侧呈凹陷的形状。并且，在工作台支承部8上，也设置有与凹部72对置并以轴线A为中心的圆环状凹部82。凹部82从工作台支承部8的上表面朝向下侧呈凹陷的形状。在由凹部72和凹部82形成的空间中设置止推轴承70(旋转轴承)。止推轴承70具有受到因上模11进行加压而下模12承受并作用于旋转工作台7的、从下模12朝向旋转工作台7的方向的力(推力荷载)的功能。
并且，在旋转工作台7上的圆环状突出部71的内周侧端部和外周侧端部上分别设置有转子密封件(旋转密封件)73、74，由转子密封件73、74堵住旋转工作台7和与旋转工作台7对置的工作台支承部8之间。由此，在旋转工作台7的下方形成有第2液压室R2，该第2液压室R2的内周端及外周端通过转子密封件73、74而被定界，顶面(上表面)是旋转工作台7的突出部71，底面通过工作台支承部8的容纳部81而形成的作为圆环状密闭空间。如图4所示，由于在第2液压室R2中包括由凹部72和凹部82所形成的空间，因此在第2液压室R2内设置止推轴承70。
另外，在图2～图4中虽然省略图示，但是如图1所示，在压缩扭转成型装置1中设置有连接(连通)第1液压室R1和第2液压室R2的导压用油路L2。如图4所示，在工作台支承部8中设置有与第2液压室R2连通的配管85。该配管85是导压用油路L2的一部分。来自第1液压室R1的压力油经由设置于工作台支承部8中的配管85供给到第2液压室R2。第1液压室R1和第2液压室R2通过导压用油路L2而连通，由此第1液压室R1和第2液压室R2以内压始终相等的状态被保持。
在上述压缩扭转成型装置1中，当对加工材料O进行加工时，将压力油经由加压油路L1供给到加压缸5。由此，柱塞52朝下方被推入，因此经由滑动件6固定于柱塞52的上模11朝下方按压加工材料O，由此压缩扭转成型装置1对加工材料O赋予压缩应力。即，压缩扭转成型装置1使加工材料O压缩变形。
并且，通过液压缸93的动作，2个齿条轴92向彼此对置的方向移动。由此，在带外齿的回转轴承91中，设置有与齿条齿92a嵌合的外齿91c的外圈91b向预定方向进行旋转。其结果，固定有外圈91b的旋转工作台7也与外圈91b一同进行旋转，因此安装于旋转工作台7上的下模12进行旋转，压缩扭转成型装置1对加工材料O赋予剪切应力。即，压缩扭转成型装置1使加工材料O剪切变形。
在此，在现有的压缩扭转成型装置中，因上模进行的加压而由下模承受的推力荷载全部施加到止推轴承。从而，若上模施加的加压力变大，则与其对应地施加于止推轴承的推力荷载变大。通常，止推轴承不仅在承受高荷载的状态下难以以低转矩进行旋转，而且若承受高荷载，则有可能破损。从而，需要将由上模施加的加压力限制在止推轴承不破损的范围内。
相对于此，在本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1中，将因上模11施加的加压而由下模12承受的推力荷载不仅能够分散于止推轴承70，而且也能够分散于第2液压室R2内的压力油。即，第2液压室R2作为针对旋转工作台7的流体轴承而发挥功能。这是因为，如上所述，第1液压室R1和第2液压室R2通过导压用油路L2以内压相等的状态被保持。即，若对第1液压室R1供给压力油以增大第1液压室R1的内压，并且增大对柱塞52的加压力，则同时第2液压室R2的内压也变大，因此第2液压室R2内的压力油能够代替止推轴承70而承受由柱塞52产生的荷载的一部分。
第2液压室R2中的受压能力，即，基于第2液压室R2的流体轴承能够承受的荷载基于第1液压室R1的有效受压面积S1与第2液压室R2的有效受压面积S2的关系。如图1所示，有效受压面积是指与推力荷载施加的方向(在本实施方式中为轴线A方向)垂直的表面的面积。第2液压室R2的有效受压面积S2相对于第1液压室R1的有效受压面积S1的比例S2/S1是基于第2液压室R2的流体轴承能够承受的荷载相对于加压力的比例。
在压缩扭转成型装置1中，如图4所示，第2液压室R2的有效受压面积S2是指通过转子密封件73、74被定界的圆环状第2液压室R2中的与轴线A垂直的表面的面积。在压缩扭转成型装置1中，S2/S1为0.9。其结果，基于第2液压室R2的流体轴承能够承受由柱塞52施加的加压力中的90％。从而，只有其余10％荷载成为对止推轴承70的负载。若增大S2/S1，则能够减小止推轴承所承担的荷载的比例，但是S2/S1需要设计成1以下。
如此，在本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1中，与第1液压室R1连通的第2液压室R2作为流体轴承而承担推力荷载的一部分，止推轴承70承担其余荷载，因此能够减小止推轴承70承担的推力荷载。即，即使增大对加工材料O的加压力，也能够使对止推轴承70施加的推力荷载相对于加压力减小，因此在比现有的压缩扭转成型装置增大加压力的状态下，能够进行赋予剪切变形的加工。
并且，在本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1中，止推轴承70设置在第2液压室R2的内部。止推轴承70也能够设置在与第2液压室R2独立的位置。然而，如上所述，通过设为利用第2液压室R2的空间来设置止推轴承70的结构，无需另外确保用于设置止推轴承70的空间，能够有效地应用空间。并且，在设为上述结构的情况下，能够由第2液压室R2内的压力油来提高止推轴承70的润滑性。从而，能够防止对止推轴承70施加与推力荷载不同的摩擦力等。
并且，在本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1中，具备使用齿条轴92及液压缸93来控制旋转工作台7的旋转的结构。由此，与第1液压室R1连通的第2液压室R2作为流体轴承而承担推力荷载的一部分，由此在减小了由止推轴承70产生的滚动阻力的状态下，能够进行旋转工作台7的旋转控制。如此通过具备对旋转工作台7的旋转进行控制的旋转机构9，能够在增大了对加工材料O赋予的加压力的状态下，进行赋予剪切变形的加工。
并且，在本实施方式所涉及的压缩扭转成型装置1中，作为安装有下模12的旋转工作台7的旋转机构9，通过使用带外齿的回转轴承91而能够抑制反推力荷载方向(本实施方式中为上方)所涉及的力。作为旋转工作台7的旋转机构9，例如也能够采用在旋转工作台7本身设置齿轮的结构，在该情况下，通过设置第2液压室R2也能够获得减小止推轴承70所承担的推力荷载的效果。但是，在因使第1液压室R1的内压降低的速度大而在第2液压室R2的内压降低中产生延迟的情况下，有可能在反推力荷载方向(从下模12朝向上模11的方向)上产生荷载。在反推力荷载方向上产生荷载的情况下，也可以考虑加压缸5的破损等的产生。
相对于此，通过带外齿的回转轴承91安装于旋转工作台7，带外齿的回转轴承91能够承受反推力荷载方向的荷载，并能够防止在反推力荷载方向上产生荷载。
以上，对本发明所涉及的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，而能够追加各种变更。
例如，在上述实施方式中说明的压缩扭转成型装置1中说明的各部分的形状及配置等能够适当地进行变更。并且，在上述实施方式中，对加压缸5是柱塞式的情况进行了说明，但是也可以是活塞式。在使用活塞式加压缸的情况下，可以不具备回程缸61。并且，可以变更第1液压室R1及第2液压室R2的形状，也能够变更止推轴承70的配置等。
并且，旋转机构9可以与如上述实施方式中所说明的使用齿轮的机构不同。此外，即使在不具备对旋转工作台7的旋转进行控制的旋转机构9的情况下，通过设置承受施加于旋转工作台7的推力荷载的第2液压室R2，也可以获得能够减小止推轴承70所承担的推力荷载的效果。
并且，在上述实施方式中，对于上模11(第1模具)对加工材料O进行加压而赋予压缩应力，并且下模12(第2模具)通过以轴线A为中心进行旋转而对加工材料O赋予剪切变形的情况进行了说明，但是也可以使上模11和下模12的功能相反。即，也可以如下构成：下模12对加工材料O进行加压而赋予压缩应力，上模11通过以轴线A为中心进行旋转而对加工材料O赋予剪切变形。并且，配置一对模具的方向及轴线A延伸的方向能够适当进行变更。
符号说明
1-压缩扭转成型装置，2-上部框架，3-下部框架，5-加压缸，7-旋转工作台，8-工作台支承部，9-旋转机构，11-上模，12-下模，70-止推轴承，91-带外齿的回转轴承，92-齿条轴，93-液压缸。

Claims (4)

1.一种压缩扭转成型装置，通过对置的第1模具及第2模具对加工材料进行加工，所述压缩扭转成型装置具有：
滑动部，具有第1液压室，根据该第1液压室的内压的变化而滑动，并使所述第1模具向轴线方向移动；
旋转工作台，设置有所述第2模具；
工作台支承部，沿着所述轴线方向，隔着所述旋转工作台设置在与所述第2模具相反的一侧；
旋转轴承，相对于所述工作台支承部能够旋转地支承所述旋转工作台，并且受到作用于所述旋转工作台上的从所述第2模具朝向所述旋转工作台的方向的力；及
第2液压室，设置于所述旋转工作台与所述工作台支承部之间，并与所述第1液压室连通。
2.根据权利要求1所述的压缩扭转成型装置，其中，
所述旋转轴承设置于所述第2液压室的内部。
3.根据权利要求1或2所述的压缩扭转成型装置，其中，
还具有旋转机构，该旋转机构对所述旋转工作台的旋转进行控制。
4.根据权利要求3所述的压缩扭转成型装置，其中，
所述旋转机构包括外圈安装于所述旋转工作台上的带外齿的回转轴承。
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