JP2002102943A

JP2002102943A - 溝の成形方法及び流動成形装置

Info

Publication number: JP2002102943A
Application number: JP2001241795A
Authority: JP
Inventors: Bernhard Rolf; ロルフベルンハルト
Original assignee: Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
Current assignee: Leico GmbH and Co Werkzeugmaschinenbau
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2002-04-09
Also published as: DE10039706B4; EP1184100A2; US20040065129A1; US20020020203A1; EP1184100A3; DE10039706A1

Abstract

(57)【要約】【課題】円筒形状ワークの表面に高精度の溝を成形す
る。【解決手段】円筒形ワーク４０が軸方向に固定される
とともに、少なくとも１個のスピニングローラー１２に
関し回転し、凸状輪郭１４と、その側部に隣接した支持
領域１６とを有するスピニングローラー１２が、溝４２
の成形のために、ワーク４０の加工領域に半径方向に送
り込まれ、スピニングローラー１２の半径方向の送り込
みと軸方向への据え込みにより、ワーク４０に溝４２
が、スピニングローラー１２の凸状輪郭１４と支持領域
１６とに対応して幾何学的に高精度に成形されるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はワークの薄い壁内に
溝を成形するための流動成形方法に関し、また特にこの
成形方法を実現するための流動成形装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】関連技
術としての成形方法及び装置は、例えばＪＰ−Ａ−１１
２７７１５３に見ることができる。また、スピニン
グ成形による溝の成形の方法に関しては、ＤＥ−Ｃ−２
７５０００やＧＢ−Ａ−２２１３７４９が知られ
ている。しかしながらこれらの方法はグルーブの非切削
成形を許容するものであり、幾何学的な精度に制限があ
る。

【０００３】精度の高いフランクやエッジ部分を有する
ピストン溝上にパッキンリングを形成するためには従
来、切削を用いることが必要であった。この切削工程は
複雑でコストがかかり、さらに材料ロスや構造内の材料
組織が破壊されるという問題点があった。

【０００４】さらに円筒形状の中空本体上に外側溝ある
いは内側溝を形成するための方法あるいはその手段とし
てＤＥ３６０５４４０Ｃ２が知られている。こ
の技術には溝の成形及びインサートを可能にするような
スエージング装置が開示されている。この種のスエージ
ング装置による溝の成形は、高い精度の溝を要求される
場合には大変複雑となる。

【０００５】ドイツ特許１２２１５９９から知られ
ているスピニング方法において、円筒形鋼板は２つのス
ピニングローラーの間に支持され、凸状輪郭の要素によ
ってどちらかのローラーが鋼板の壁部分に溝を成形する
ようになっている。前記凸状輪郭に相当し、インサート
されるべき溝の深さの作用として壁厚の変動が生じてし
まい、これは特に半径方向における溝の側方部に不定の
壁厚の変動がもたらされる可能性がある。このようにし
て形成された溝は、たとえばパッキンリングが高精度の
側方フランクが要求されるような溝内に収容されるべき
ときに問題となる。

【０００６】本発明の目的は効率的な方法でインサート
が実現でき、又特に幾何学的に高精度の溝を鋼板に形成
することができるような成形方法及び成形装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明のク
レーム１の特徴部分によって達成でき、またクレーム１
１の特徴部分からなる流動成形装置によって達成でき
る。発明の好ましい実施例は従属クレームによって示さ
れる。

【０００８】本発明による方法は、凸状輪郭とその側部
に隣接した支持領域とを有するスピニングローラーが送
り込まれ、コーナー部を有する溝が、スピニングローラ
ーの凸状輪郭とその側部に隣接した支持領域によって、
幾何学的に高精度良く成形されることを特徴とする。本
発明の基本的な考え方は、溝の半径方向の成形と同時
に、明りょうに規定された軸方向の据え込み動作が、溝
の近傍にかけて材料が規定された方法で送られることを
通じて実現する点にある。スピニングローラーの独特な
形状によって明りょうに規定された材料の移動と正確な
溝のコーナー部分或いはエッジを含むような正確な成形
が保証される。これは溝の近傍における好ましくない壁
厚の変化を緩和する。本発明によれば溝の近傍において
正確な形状と壁厚とを得ることが可能となる。材料は特
にスピニングローラーの両側から成形領域、すなわち加
工領域まで流動する。この結果、この流動成形方法によ
れば、簡単な部品ばかりでなく高精度の部品、例えば自
動車車体のブレーキピストン等の製造も可能になる。本
発明によるスピニングローラーは、軸方向の据え込み動
作にもかかわらず、円錐形状のワーク上にも溝のインサ
ートを可能にする。

【０００９】本発明の第１の実施例によれば、スピニン
グローラーはワークの外側に位置し、外側溝のインサー
トのために、ワークに対して半径方向内方に向かって送
り込まれる。これと反対にワークの内側にスピニングロ
ーラーを位置させ、内側溝のインサートのためにワーク
に対して半径方向外方に向けて送り出されるようにする
ことも可能である。この両方の方法の変形例の結果とし
て、また両方を組み合わせることも可能であり、多数の
異なった溝を成形することが可能となる。

【００１０】この成形方法の迅速で効果的な実現は、パ
ンチ成形において２つの取り外し可能なスピニング要素
の間に軸方向で固定され、また据え込み動作の間は軸方
向に両者が移動できるようなワークによって達成され
る。パンチとして組み立てられたスピンドル要素は、そ
れぞれの場合に半径方向を向いた第１の停止面を有し、
この面がワークの軸方向端面に当接する。この２つのス
ピンドル要素の動作は反対方向向きに同量であることが
好ましい。

【００１１】また、これに代えてワークは移動可能なス
ピンドル要素と静止させたスピンドル要素との間に軸方
向に固定させることもでき、この場合軸方向に移動可能
なスピンドル要素が静止している間にスピニングローラ
ーが固定されたスピンドル要素に対して軸方向に移動す
る。そして移動可能なスピンドル要素を軸方向にスピニ
ングローラーより早い速度で移動させることができる。
特にスピンドル要素の軸方向速度はほぼスピニングロー
ラーの２倍の速さとなっている。

【００１２】型に対して軸方向に静止して当接している
スピンドル要素は、受け座面に相当する部位を有してお
り、これにより双方向に明りょうに規定された据え込み
力を作用させ、あるいは伝達することができる。

【００１３】さらなる方法の効率性の向上は、ワークが
軸方向に固定される際に中心位置出しされるという本発
明によって達成される。この目的のために、スピンドル
要素の少なくとも一方が中心位置出し用の収容部を有す
る。この収容部はワークの外径に相当する中心位置出し
穴でも良いし、またはワークの内径に相当するような中
心位置出しマンドレルでもよい。

【００１４】特に高精度の溝の成形のためにワークの軸
方向の据え込みの間にパンチが明りょうに規定された成
形方法により移動し、かつ溝の近傍においてワークの壁
厚が十分に保たれあるいは所定の割合で増えるようにす
ることが好ましい。

【００１５】壁厚の変化は、パンチの動作が所定の制御
プログラムに従ってスピニングローラーの半径方向の送
り込みの作用として実現することによってさらに発展さ
せることが好ましい。この制御プログラムは１個又は複
数個のスピニングローラーが少なくとも１つのパンチに
対して軸方向に作用する間に同時に制御されるサーボメ
カニズムを有する公知のＣＮＣ制御において提起されて
いる。従来のスピニングローラーの送り込みが直線状に
行われるのに対して、本発明によれば明りょうに規定さ
れたプログラムシーケンスに応じて実現され、それが連
続動作でない場合も含め、軸方向の据え込み動作のため
に好ましいものとなっている。溝を正確に成形するため
に、成形されるべき溝の近傍内への増加された軸方向の
材料の移動は、成形動作の当初および／または最終段階
に実現されるようにすることが好ましい。

【００１６】特に正確な溝の成形は、溝がスピニングロ
ーラーのある側と他の側の反対側ローラーとの間に成形
されるような本発明によって達成され得る。外側からの
スピニングローラーの半径方向の送り込みによって外側
溝の成形が行われる間に、偏心した反対側ローラーがス
ピンドル要素上に設けられ、またスピンドル軸に対して
偏心して取り付けられる。比較的小さな偏心ローラーを
偏心させて設けることにより、溝の成形後に、ワークを
スピンドル要素から難なく取り外すことができる。

【００１７】特に溝の好ましい成形は、溝の成形の間
に、ワークが外側周辺及び又は内側周辺上の軸方向の全
長に沿って支持されるという本発明により保証される。
この支持作用は軸方向の据え込みの間に成形されるべき
溝以外の他のいかなる部分にも不用意な曲げが生じない
ことを保証する。

【００１８】特に溝のコーナー部の好ましい成形は、ス
ピニングローラーの半径方向の送り込みの終了段階にお
ける所定の軸方向の据え込みが実施されるという本発明
によって達成される。最終位置においてスピニングロー
ラーの輪郭はワークの周辺に完全に接触し、この保持位
置で校正が行われる。最終据え込みの結果、材料がさら
に加工領域、すなわち成形領域内に押しやられ、これに
よりローラー輪郭通りに連続した溝の成形が行われる。

【００１９】上述の成形装置に関し、本発明はスピニン
グローラーが凸状輪郭とその側部に隣接する支持領域を
有すが、これらは加工されるべき溝及びコーナー部の形
状通りに形成されている。この種の流動成形装置によっ
て上述したような方法が実現でき又その結果好ましい効
果を得ることができる。

【００２０】本発明による流動成形装置のさらなる好ま
しい発展形によれば、パンチの形状をなした両方のスピ
ンドル要素がその周辺方向を向く停止面を有している。
この停止面によって材料の確実な据え込みばかりでな
く、据え込み工程における材料の中心位置の保持と良好
な支持とが果たされる。

【００２１】ワークは例えば底部を有するパイプ状、テ
ーパー状あるいはカップ状のような構成を取りうる。例
えばブレーキピストンのような底部を有するワークの場
合、ワークの迅速な取り出しを行えるように、少なくと
も一方のスピンドル要素上に圧縮空気あるいは通気用の
装置を設けることが好ましい。

【００２２】本発明の他の好ましい実施例によれば、両
方のスピンドル要素は移動自在に設けられ、またそれぞ
れの場合に独立した駆動部を有することが好ましい。こ
れにより、軸方向に固定されたスピニングローラーにお
いて、規定された方法により材料が溝の加工領域内の双
方向に導かれる。非対称形状に形成された溝に関し、２
つのスピンドル要素の移動動作は、非対称な材料の送り
込みに対応するように非定常状態で実現できる。

【００２３】本発明の他の変形例において、１個のスピ
ンドル要素は取り外し可能に取り付けられ、駆動される
一方、他のスピンドル要素は固定され、スピニングロー
ラーは軸方向に移動可能に設けられる。またスピンドル
ローラーに対し、固定されたスピンドル要素の相対的な
移動を生じさせるために、可動スピニング要素は所定の
方法によってスピニングローラーの速度よりも速く軸方
向に移動することができるようになっている。

【００２４】特に溝の周辺における幾何学的な高い正確
性と僅かな壁厚の誤差とは、スピニングローラーの半径
方向及び／または軸方向の送り込みが同時かつパンチ動
作の作用として制御されるという本発明によって達成さ
れる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の溝の成形方法及び
流動成形装置の一実施の形態について、添付図面を参照
して説明する。

【００２６】図１は、本発明による流動成形装置１０を
示し、特に上半図には溝を成形する前の状態が、下半図
には溝の成形が完了した状態が示されている。

【００２７】本発明による成形方法を実施するために、
まず底部４４を有するカップ形状の円筒形ワーク４０が
流動成形装置１０内に、図示しない供給装置によって挿
入される。回転方向に駆動可能な２個のスピンドル要素
２０，２２は、ワーク４０の両側においてスピンドル軸
１７に関して軸方向に送り込まれるようになっている。
第１のスピンドル要素２０と第２のスピンドル要素２２
とはほぼ同一の構造からなり、このためスピンドル要素
２０，２２の構造については、第１のスピンドル要素２
０に関して専らその説明を行う。

【００２８】円筒形状のワーク４０は軸方向に固定され
ている間に、同時に中心位置出しが行えるように、第１
のスピンドル要素２０は収容穴３０を備えている。その
直径はワーク４０の外径に一致するように形成されてい
る。収容穴３０の入口部分には角面取り３１が設けられ
ており、これにより収容穴３０へのワーク４０の挿入を
容易にしている。収容穴３０はスリーブ状のスピンドル
要素２０内において所定の深さまで形成されており、こ
れにより肩部３２が形成される。この肩部３２はイジェ
クタラム３４のカバープレート３５の停止面としての役
割を果たす。円筒形状のイジェクタラム３４よりも大き
な直径を有するカバープレート３５はその上端にワーク
４０を停止させる面を有する。

【００２９】ワーク４０は２つのスピンドル要素２０，
２２のカバープレート３５の二つの停止面の間で軸方向
に把持されており、両方のスピンドル要素２０，２２に
対して回転不能の関係にある。スピンドル要素は図示し
ない回転駆動装置によって回転され、その後部分的に示
されたスピニングローラーの凸状輪郭と、この凸状輪郭
の側部に隣接する支持領域１６とが半径方向に送り込ま
れるようになっている。この凸状輪郭１４は、溝４２の
成形のために、すなわちワーク４０における外側溝４６
の成形のために用いられる。支持領域１６の輪郭は溝４
２に隣接する加工領域に相当している。凸状輪郭１４と
支持領域１６との間には明りょうな輪郭を有する遷移部
１５が成形されており、この部分は丸め又はエッジ状と
することができる。

【００３０】油圧シリンダーや循環式ボールネジのよう
な図示しない軸方向駆動装置によってワーク４０の外側
面にスピニングローラー１２の凸状輪郭１４が最初に接
触するのと同時に、付加的な軸方向圧力がワーク４０に
作用し、これにより溝４２が形成されるのに伴って材料
が加工領域内に軸方向に送られ、これにより幾何学的に
高精度な溝４２の形成が可能となる。

【００３１】作業領域内における、好ましくないかある
いは制御できないような壁厚の減少を避けるために、２
つのスピンドル要素２０，２２の一方あるいはその両方
の間における、制御された軸方向の変位の結果として、
材料は所定の制御プログラム通りに正確に送り込まれ
る。このスピニングローラー１２による溝の半径方向の
成形と、パンチとして作用するスピンドル要素２０，２
２による材料の軸方向の送り込みとの組み合わせによっ
て、流動成形と折り畳み工程との組み合わせが得られ、
溝４２すなわち成形されるべき外側溝４６に関し、幾何
学的に高精度の溝を得ることができる。特にスピニング
ローラー１２の遷移部１５によって、コーナー部４３は
明りょうな輪郭で規定され、また溝４２と回転対称形状
のワーク４０の隣接領域との間に延在する。

【００３２】溝４２の成形後、スピニングローラー１２
は半径方向にリセットされ、２つのスピンドル要素２
０，２２は軸方向にワークから離隔し、ワーク４０は、
イジェクタラム３４を囲むスリーブ状のスピンドル要素
２０，２２に対してのイジェクタラム３４の変位を通じ
て同時に取り出すことができる。

【００３３】図２は円筒形状で底部が開放されたワーク
４０'を加工中である図１の流動成形装置１０を示して
いる。溝の成形のための成形工程に関しても図１に述べ
た場合と同様に行うことができる。

【００３４】本発明による流動成形装置１０'の他の変
形例を図３から知ることができる。第１のスピンドル要
素２０は既に述べたような流動成形装置におけるものと
同様に構成されているが、第２のスピンドル要素２２'
にはワーク４０'上に溝４２'を精度良く成形するための
反対側ローラー２８が設けられている。スピニングロー
ラー１２'の凸状輪郭１４'によって成形されるべき溝４
２'の輪郭に従って、反対側ローラー２８の外側面は支
持領域２５に隣接した凹状輪郭２９を有する。これによ
りコーナー部４３'は十分に高精度に内面側に形成され
る。

【００３５】反対側ローラー２８の外径は中空の円筒形
状ワーク４０'の内径よりも小さく、この反対方向ロー
ラー２８は偏心軸２７回りに偏心して回転できるよう
に、スピンドル軸１７に関して取り付けられている。

【００３６】反対ローラー２８に加えて第２のスピンド
ル要素２２'は半径方向に向く受座面２１'を有し、この
ワーク４０'はまずこの受座面２１'に当接し、さらに第
１のスピンドル要素２０のカバープレート３５に当接す
る。

【００３７】溝４２'の成形後、第１のスピンドル要素
２０はスピンドル軸１７に関してその中心方向に支持さ
れた状態でワーク４０'から軸方向に離れるように移動
される。この結果ワーク４０'は反対側ローラー２８か
ら自由になり、またスピニングローラー１２'の対応し
たリセット動作へと引き継がれる。

【００３８】本発明による成形方法による汎用性は、さ
らに図４及び図５の実施例によって知ることができる。
図４によれば、複雑で多工程からなるワーク４０”が加
工されている。スピニングローラー１２の円筒形状支持
領域１６は加工領域内への確実な材料流れとコーナー部
４３”を有する溝４２”の成形の実現を確実にしてい
る。

【００３９】図５によれば、傾斜して設けられたスピニ
ングローラー１２の送り込みにより、円筒形でないワー
ク、特にワーク４０'''のような円錐形状のワークの加
工が可能になる。スピニングローラー１２の支持領域１
６はワーク４０'''における好ましくない曲げ変形を阻
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カップ形状のワークに溝を形成する間の成形装
置の部分断面図。

【図２】筒状のワークに溝を形成する間の成形装置の図
１に相当する部分断面図。

【図３】反対側ローラーを用いて溝を形成する間の成形
装置の部分断面図。

【図４】複雑な回転対称形状ワークに溝を形成する間の
成形装置の部分断面図。

【図５】円錐部を有するワークに溝を形成する間の成形
装置の部分断面図。

【符号の説明】

１０，１０’ 流動成形装置１２，１２’ スピニングローラー１４凸状輪郭１５遷移部１６，２５支持領域１７スピンドル軸２０，２０’ 第１のスピンドル要素２２，２２’ 第２のスピンドル要素２８反対側ローラー２９凹状輪郭３０収容穴３４イジェクタラム３５カバープレート４０，４０’，４０”，４０''' ワーク４２，４２' 溝４３，４３’，４３” コーナー部４６外側溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの薄壁に溝を成形する方法であっ
て、該ワークが軸方向に固定されるとともに、少なくと
も１個のスピニングローラーに関し回転し、該スピニン
グローラーが、溝の成形のために、前記ワークの加工領
域に半径方向に送り込まれ、前記スピニングローラーの
半径方向の送り込みと前記溝の成形とにより、前記ワー
クが軸方向に据え込まれるような溝の成形方法におい
て、凸状輪郭と、その側部に隣接した支持領域とを有するス
ピニングローラーが送り込まれ、コーナー部を有する溝
が、前記スピニングローラーの凸状輪郭と、その側部に
隣接した支持領域に対応して幾何学的に高精度に成形さ
れるようにしたことを特徴とする溝の成形方法。
【請求項２】前記スピニングローラーは、前記ワークの
外側に位置し、外側溝の成形のために前記ワークに対し
て半径方向内方に向けて送り込まれることを特徴とする
請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項３】前記スピニングローラーは、前記ワークの
内部に位置し、内側溝の成形のために前記ワークに対し
て半径方向外方に向けて送り込まれることを特徴とする
請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項４】前記ワークは、パンチとしての２個の可動
スピンドル要素間に軸方向に固定され、前記いずれのス
ピンドル要素も据え込み動作の間に軸方向に移動するこ
とを特徴とする請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項５】前記ワークは、可動スピンドル要素と静止
スピンドル要素との間に軸方向に固定され、前記可動ス
ピンドル要素の軸方向への据え込みの間に、前記スピニ
ングローラーが前記静止スピンドル要素に対して軸方向
に移動し、その際前記可動スピンドル要素は前記スピニ
ングローラーの軸方向速度より早い速度で移動すること
を特徴とする請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項６】前記ワークの軸方向の据え込み動作の間
に、前記パンチは明りょうに規定された方法により移動
し、前記溝の近傍において前記ワークの壁厚がほぼ一定
あるいは所定の方法で増加するように設定されたことを
特徴とする請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項７】前記パンチの移動は、所定の制御プログラ
ムによる前記スピニングローラーの半径方向への送り込
みの作用として達成されることを特徴とする請求項１に
記載の溝の成形方法。
【請求項８】前記溝は、一方の側のスピニングローラー
と、他の側の反対側ローラーとの間で成形されることを
特徴とする請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項９】前記溝の成形の間に、前記ワークは外周辺
および／または内周辺上の軸方向長さに沿って支持され
ることを特徴とする請求項１に記載の溝の成形方法。
【請求項１０】前記コーナー部を成形するための前記ス
ピニングローラーの半径方向の送り込みの終了段階に、
所定の軸方向据え込みが行われることを特徴とする請求
項１に記載の溝の成形方法。
【請求項１１】前記請求項１乃至請求項１０のいずれか
１項の成形方法を実現するための成形装置であって、ワ
ークを固定可能な２個のスピンドル要素と、少なくとも
１個の半径方向に調整可能なスピニングローラーと、該
スピニングローラーに関して前記ワークを回転するため
の回転駆動装置と、据え込み動作のために少なくとも１
個のスピンドル要素を軸方向移動させる少なくとも１個
の軸方向駆動装置と、溝の明りょうに規定された成形の
ために、少なくとも１個のスピンドル要素が軸方向と相
対的に前記スピニングローラーに向けて移動する成形装
置において、前記スピニングローラーは、その成形にお
いて前記溝によってコーナー部が成形されるような凸状
輪郭と、その側部に隣接した支持領域とを有することを
特徴とする流動成形装置。
【請求項１２】パンチとしての両方のスピンドル要素は
半径方向停止面と周辺方向を向いた停止面とを有するこ
とを特徴とする請求項１１に記載の流動成形装置。
【請求項１３】少なくとも１個のスピンドル要素に把持
装置および／またはイジェクタが設けられたことを特徴
とする請求項１１に記載の流動成形装置。
【請求項１４】両方のスピンドル要素は、取り外し可能
に装着され、それぞれの場合に独立した駆動装置を有す
ることを特徴とする請求項１１に記載の流動成形装置。
【請求項１５】１個のスピンドル要素が取り外し可能に
装着されて駆動されるのに対し、他のスピンドル要素は
静止され、前記スピニングローラーが軸方向に移動可能
であることを特徴とする請求項１１に記載の流動成形装
置。
【請求項１６】前記スピニングローラーの半径方向およ
び／または軸方向の送り込みは、パンチ動作の作用とし
て制御されることを特徴とする請求項１１に記載の流動
成形装置。