JP2002239657A - 管のスピニング加工方法 - Google Patents

管のスピニング加工方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 楕円断面の金属管における縮径工程を、座屈
や変形を生じることなく行う。 【解決手段】 略円断面の金属管からなるワ−ク1に、
スピニング加工による縮径工程と、クランプ9、10に
よる圧潰工程を交互に複数回繰り返して行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスピニング加工方法
に関するものであり、円筒状のワ−クに、テ−パ状の端
部と楕円断面の胴部を成形するスピニング加工方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】略円断面の金属管からなるワ−クの端部
に、縮径部を一体的に成形する方法としてスピニング加
工による方法があり、従来、図14に示すように、ワ−
ク100の胴部101を回転支持手段102のチャック
103で支持して、そのワ−ク100の軸芯104を中
心として回転させるとともに、縮径すべき側に配置した
1つまたは複数の加工用ロ−ル105を、上記軸芯10
4を中心として放射方向に縮径移動させてスピニング加
工によりテ−パ部106及び首部107からなる縮径部
108を成形するようにしたものが知られており、例え
ば、特開平3−226327号公報に開示されている。
【0003】そして、その縮径部の縮径率を大きくする
ために、縮径工程を複数回繰り返してスピニング加工
(多数回パス)を施すことも行なわれており、例えば、
特許第2957153号、特許第2957154号公報
に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図14
に示すような胴部101の断面が略円断面である金属管
とは別に、図12に示すような胴部110の断面が楕円
断面である金属管や容器の需要がある。
【0005】例えば、自動車の消音器の外筒として適用
するとその車両搭載性が向上し、また、排気ガス浄化装
置の容器として適用するとその車両搭載性が向上して、
容器をエンジン側へ接近させて触媒が活性化する温度ま
での上昇時間を短縮できる。
【0006】しかし、上記図14に示す従来のスピニン
グ加工では、楕円断面である金属管からなるワ−クの端
部にテ−パ状の縮径部を成形する場合、スピニングロー
ル(以下ロール)の公転円軌道と楕円断面であるワ−ク
の被加工部とは形状が一致せず、ロールは断続的に被加
工部に接触/離反しながら加工することになる。これを
図13にて具体的に説明すると、スピニング加工初期に
おいて、公転軌道(2点鎖線)が円であるロールによっ
て楕円断面αであるワークの被加工部をスピニング加工
する場合、ロールは楕円断面αの長径側の端点であるa
点とb点においてのみワークに接触して縮径する。a点
とb点以外の軌道上ではロールはワークに接触せず、空
走するだけである。すなわち、ロールはワークに断続的
に接触して縮径することになる。
【0007】ある程度、縮径工程が進んだ状態において
は、ワ−クの外周c〜d間およびe〜f間でロールが接
触するので空走区間は短くなり、ワ−クに与える衝撃も
当初よりは少なくなる。
【0008】さらに縮径工程が進み、縮径部βが円形断
面に達すると、ワ−クの全周においてロールはワーク外
周と接触するので、空走区間、断続的な接触がなくな
る。
【0009】このように、ロ−ルの断続的接触による
と、ワークへ断続的な衝撃が与えられ、座屈や予定外の
変形を招いてしまうので、縮径工程上は断続的な接触お
よび空走区間を最小限にしたい。特に縮径工程初期はロ
−ルの公転円軌道のほとんどが空走区間であり、作業効
率も悪く、断続的な接触による騒音発生も作業性を悪化
させる。したがって、空走区間を減らすことと断続的な
接触による衝撃を減らすことが、楕円断面を有する金属
管におけるスピニング加工には重要となる。
【0010】しかし、ロールの公転軌道を楕円に維持し
つつ軌道を縮小化していくような制御は非常に困難であ
るとともに、複雑な制御装置とプログラムが必要であ
り、現実的ではない。したがって、従来の設備を多少改
造する程度で、ロ−ルの空走区間ならびに断続的な接触
による衝撃を最少にできるようなスピニング加工方法が
要求されている。
【0011】そこで本発明は、このような要求を満たす
管のスピニング加工方法を提供することを目的とするも
のである。
【0012】
【問題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の第1の発明は、略円断面の金属管
からなるワークの端部外周に、円軌道を描くスピニング
ローラを押し当てつつワークと相対的に公転させて、ス
ピニング加工によりワークの端部にテ−パ状の縮径部を
形成するスピニング加工方法であって、スピニング加工
による縮径工程と、ワ−クを押圧し楕円断面化させる圧
潰工程を組み合わせて、楕円断面の胴部とテ−パ状の縮
径部を得ることを特徴とする管のスピニング加工方法で
ある。
【0013】本発明においては、縮径工程の間に楕円断
面化させる圧潰工程を行うことにより、ロ−ルの空走区
間ならびにワ−クへの断続的な接触による衝撃を最少に
できるので、楕円断面に対する縮径工程を、円滑・低コ
スト・少作業量で実現できる。
【0014】請求項2記載の第2の発明は、前記縮径工
程と前記圧潰工程を交互に複数回繰り返すことを特徴と
する請求項1記載の管のスピニング加工方法である。
【0015】本発明においても、上記第1の発明と同様
に楕円断面に対する縮径工程を、円滑・低コスト・少作
業量で実現できる。更に本発明においては、縮径工程と
圧潰工程を交互に複数回繰り返すことにより、ワ−クが
少しづつ塑性変形されるため加工限界が向上し、縮径部
の縮径率を大きくすることができ、加工限界形状の自由
度が向上する。
【0016】請求項3記載の第3の発明は、前記圧潰工
程は、ワークを把持するクランプ手段をワ−クの軸芯の
近接方向へ動かすことによって行われることを特徴とす
る請求項1又は2記載の管のスピニング加工方法であ
る。
【0017】本発明においては、スピニング加工におけ
るワ−クを把持するクランプ手段が、ワ−クを圧潰する
ので、別体の圧潰装置を設けなくてよく、設備を簡素化
・低コスト化できるとともに、縮径工程および圧潰工程
の各工程毎にクランプからワークを離脱/セットする手
間と時間を省略でき、作業効率が良い。
【0018】
【発明の実施の形態】図1及至図11に示す実施例に基
づいて本発明の実施の形態について説明する。
【0019】図1において、1はワ−ク、2は縮径部、
3は胴部、4はクランプ装置、5はスピニング加工装
置、6はロ−ルホルダ、7はロ−ルである。ワ−ク1は
略円断面の金属管からなり、本実施例は同軸スピニング
加工であるため、ワーク1の軸芯8とロール7の公転軸
(=ロールホルダ5の回転軸)とが一致するように、ワ
−ク1の胴部3をクランプ装置4にて把持する。
【0020】そして、ワ−ク1の両側に対向配置したス
ピニング加工装置5によって、ワ−ク1の端部にスピニ
ング加工による縮径工程を行い、縮径部2を成形する。
なお、このスピニング加工は、例えば複数個のロ−ル7
を、それ自体自由に回転するように支持してワ−ク1の
軸芯8の周りに公転させるとともにワ−ク1の中心側
(求心側)とワ−ク1の軸芯方向へ移動して縮径するな
ど、周知のスピニング加工方法を採用する。
【0021】クランプ装置4は、図2に示すように、ワ
−ク1の軸芯8から上下に2分割し、上側クランプ9と
下側クランプ10とから構成され、上側クランプ9と下
側クランプ10各々の上下動を任意に制御できるように
設定されている。図2(b)に示すように、上側クラン
プ9と下側クランプ10は相互に移動量が同じに設定さ
れ、常にワ−クの軸心8との距離が一定に保たれる。上
側クランプ9と下側クランプ10の上下動、すなわち、
ワ−ク1の軸芯8への近接/離反動によって、ワ−ク1
を押圧して楕円断面化させる。
【0022】また、クランプ装置4は、押圧機能の他
に、通常のクランピング機能も有する。上側クランプ9
と下側クランプ10は、油圧、電動などの既存の技術、
装置を用いて任意にクランプ位置や移動速度や押圧力を
制御できるようになっている。具体的な構成は任意であ
る。
【0023】次に、上記の装置により、縮径工程と圧潰
工程について説明する。
【0024】先ず、図3に示すように、素材径Xである
ワーク1の胴部3を上側クランプ9と下側クランプ10
とにより把持し、複数個のロ−ル7を軸芯8の周りに公
転させるとともに、ワ−ク1の中心側(求心側)および
軸芯8の方向へ移動して、ワ−ク1の端部にスピニング
加工による縮径工程を行い、円断面径Zの縮径部2a
を成形する。
【0025】次で、図4に示すように、上側クランプ9
と下側クランプ10を軸芯8の近接方向へ動かし、胴部
3に上下方向の押圧力をかけて圧潰工程を行い、ワ−ク
1を短径Xかつ長径Yの楕円断面に変形させる。
【0026】次で、図5に示すように、2回目の縮径工
程を行い、円断面径Zの縮径部2bを成形する。この
とき、上記楕円断面に対するスピニング加工であるの
で、若干のロール空走および断続的な衝撃は発生するも
のの、最初から楕円断面に対してスピニング加工するよ
りも遥かに少ないため、製造上・作業上はほとんど問題
にならない。
【0027】次で、図6に示すように、2回目の圧潰工
程を前記図4の工程と同様に行い、ワーク1を短径X
かつ長径Yの楕円断面に変形させる。
【0028】次で、図7に示すように、3回目の縮径工
程を行い、円断面径Zの縮径部2cを成形する。この
ときも前記図5の工程と同様に、問題とならない程度の
若干のロール空走および断続衝撃が発生するだけであ
る。
【0029】次で、図8に示すように、3回目の圧潰工
程を前記図4の工程と同様に行い、ワーク1を短径X
かつ長径Yの楕円断面に変形させる。
【0030】最後に図9に示すように、縮径工程を行
い、所望の円断面径Zの縮径部2dを成形して、一連
の工程が終了する。
【0031】本実施例によれば、縮径工程と圧潰工程と
を逐次繰り返すことにより、ロール空走および断続衝撃
を最小限に留められるため、座屈や変形を招かず円滑な
スピニング加工が実現する。
【0032】本加工方法は、図1に示すように、ワーク
1の両側に対向配置したスピニング加工装置5によっ
て、ワーク1の両端を同時に、ロール7を相対的に反対
方向へ公転させつつスピニング加工を施すと効率が良
い。
【0033】特に、図3、図5に示すように、ワーク1
の胴部3と上側クランプ9および下側クランプ10の内
面9a、10bとが一致していない段階では、クランプ
力を強くしなければならないが、反対方向への公転によ
りワーク1にかかる反力が相殺され、クランプ力が少な
くても安定する。
【0034】また、上記の実施例のように、ワーク1の
軸芯8とロール7の公転軸とを一致させた同軸スピニン
グ加工の他に、互いの軸を偏芯させた偏芯スピニング加
工や、互いの軸を傾斜させた傾斜スピニング加工を組合
せて、楕円断面の胴部3に対して偏芯あるいは傾斜した
縮径部2を成形することも可能である。
【0035】これは、本加工方法における圧潰工程の前
後、あるいは工程中に、ワーク1の軸芯8とロ−ル7の
公転軸とを相対的に偏芯あるいは傾斜すればよい。具体
的な実施要領は、特許第2957153号、特許第29
57154号に準ずる。
【0036】なお、スピニング装置も特許第29571
53号、特許第2957154号のような構造で良い
が、この他の構造でも構わないし、ワ−ク1を軸芯8の
まわりに回転するようにしても構わない。
【0037】さらに、圧潰工程は、クランプではなくて
その他の装置で行って構わない。しかし、工程毎に脱着
の作業が必要となり、煩わしい。また片側クランプだけ
を動かしても良いし、クランプに押圧手段を組込む構成
としても良い。
【0038】本発明を自動車の消音器の外筒として適用
した実施例を図10、図11に示す。
【0039】図10は、製造される消音器の構成素材を
示すもので、11は外筒となる略円断面の金属管で、そ
の内部に多数の小孔12を形成したインナパイプ13が
挿入され、更にインナパイプ13と外筒11との間に吸
音材14が介在されている。
【0040】図11は、本発明により、図10に示した
外筒11にテ−パ状の縮径部16と楕円断面の胴部15
を成形した自動車の消音器である。
【0041】
【発明の効果】以上のようであるから、請求項1記載の
発明によれば、縮径工程の間に楕円断面化させる圧潰工
程を行うことにより、ロ−ルの空走区間ならびにワ−ク
への断続的な接触による衝撃を最少にできるので、楕円
断面に対するスピニング加工による縮径工程を、円滑・
低コスト・少作業量で実現できる。
【0039】請求項2記載の発明によれば、本発明にお
いても、上記第1の発明と同様に楕円断面に対する縮径
工程を、円滑・低コスト・少作業量で実現できる。更に
本発明においては、縮径工程と圧潰工程を交互に複数回
繰り返すことにより、ワ−クが少しづつ塑性変形される
ため加工限界が向上し、縮径部の縮径率を大きくするこ
とができ、加工限界形状の自由度が向上する。
【0040】請求項3記載の発明によれば、本発明にお
いては、スピニング加工におけるワ−クを把持するクラ
ンプ手段が、ワ−クを圧潰するので、別体の圧潰装置を
設けなくてよく、設備を簡素化・低コスト化できるとと
もに、縮径工程および圧潰工程の各工程毎にクランプか
らワークを離脱/セットする手間と時間を省略でき作業
効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す一部破断した側面図。
【図2】図1における一部破断したワ−クとクランプ装
置の正断面図であり、(a)はクランプがワ−クを押圧
および把持した図、(b)はクランプとワ−クが離間し
た図。
【図3】本発明における縮径工程の実施例を示すもの
で、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)は側断
面図。
【図4】本発明における圧潰工程の実施例を示すもの
で、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)は側断
面図。
【図5】本発明における2回目の縮径工程の実施例を示
すもので、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)
は側断面図。
【図6】本発明における2回目の圧潰工程の実施例を示
すもので、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)
は側断面図。
【図7】本発明における3回目の縮径工程の実施例を示
すもので、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)
は側断面図。
【図8】本発明における3回目の圧潰工程の実施例を示
すもので、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)
は側断面図。
【図9】本発明における最終の縮径工程の実施例を示す
もので、(a)はワ−クとクランプの端面図、(b)は
側断面図。
【図10】本発明を自動車の消音器の外筒に適用した実
施例であり、本発明による加工前の状態を示すもので、
(a)は正断面図、(b)は側断面図。
【図11】図10にたいして、本発明による加工後の状
態を示すもので、(a)は正断面図、(b)は側断面
図。
【図12】本発明により加工された製品を示すもので、
(a)は側面図、(b)は平面図、(c)は正面図、
(d)は斜視図。
【図13】従来の楕円断面を有するワ−クにスピニング
加工を施す場合、ロ−ルの軌道とワ−クの被加工部とを
示す図。
【図14】従来の管端成形装置を示す側断面図。
【符号の説明】
1 ワ−ク 2,2a,2b,2c,2d 縮径部 3 胴部 4 クランプ装置 5 スピニング加工装置 7 ロール 8 軸芯 X,X,X 短径 Y,Y,Y 長径 Z,Z,Z,Z 円断面径

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 略円断面の金属管からなるワークの端部
    外周に、円軌道を描くスピニングローラを押し当てつつ
    ワークと相対的に公転させて、スピニング加工によりワ
    ークの端部にテ−パ状の縮径部を形成するスピニング加
    工方法であって、スピニング加工による縮径工程と、ワ
    −クを押圧し楕円断面化させる圧潰工程を組み合わせ
    て、楕円断面の胴部とテ−パ状の縮径部を得ることを特
    徴とする管のスピニング加工方法。
  2. 【請求項2】 前記縮径工程と前記圧潰工程を交互に複
    数回繰り返すことを特徴とする請求項1記載の管のスピ
    ニング加工方法。
  3. 【請求項3】 前記圧潰工程は、ワークを把持するクラ
    ンプ手段をワ−クの軸芯の近接方向へ動かすことによっ
    て行われることを特徴とする請求項1又は2記載の管の
    スピニング加工方法。
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