JP2004506518A - 中空加工部材を変形する成形機及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材（５）を締め付けるクランプ装置（４）、及び、加工部材（５）の外側表面に接触するように配置できる第一成形工具（１０）を少なくとも備えて、それによって加工部材（５）変形できる成形機（１）である。クランプ装置（４）を第一の軸（１３）の周りを回転させ、且つ、第一の軸（１３）に対して移動することができる。従って、成形機（１）は、比較的簡単な設計で、比較的多くのロールを備えた工具ヘッドを使用しても高い回転速度で動作することができる。更に、本発明は、クランプ装置（チャック４）を第一の軸（１３）に対して移動できる方法である。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも１つの開放端部を有する変形される中空加工部材を締め付けるクランプ装置、加工部材を加工する間、加工部材の外側表面に接触するように配置され、加工部材を変形できる第一成形工具、加工部材とその工具を互いに第一の軸の周りを回転させる手段、加工部材を加工するために、加工部材に対して工具が１つ以上の所望の経路をたどることができるように、加工部材と工具を互いに移動する手段を少なくとも有する成形機に関する。更に本発明は、特許請求に範囲請求項１０の前提部分に記載した方法に関し、その方法によって少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材を変形することができる。
【０００２】
【従来の技術】
そのような装置及び方法は、例えば、欧州特許出願番号ＥＰ０９１６４２８で知られている。その刊行物は、円筒状金属要素の一端の直径を減少し、且つ、更に、ある角度まで曲げることができる、複数のロールを備えた成形ヘッドを有する成形機を開示している。
【０００３】
このため、金属円筒は締め付けられ、成形ヘッドが回転させられ、そこで、金属円筒の外側表面に対して、半径方向にロールを押圧し、そして、ロールを外側表面に沿って数サイクル繰り返し移動して、その端部が変形され、これにより、各サイクルで、ロールと回転軸との間の半径方向距離が減少する。回転軸は金属円筒の非変形部分の中心軸と或る角度を形成しているので、円筒の端部は、ロールの半径方向の移動によって減少されるだけではなく、更に、その端部は或る角度で位置付けされる。前述のサイクルを行って、加工部材は漸次、最終製品の形状になる。
【０００４】
欧州特許ＥＰ０９１６４２６には、同様な成形機及び方法が開示されているが、それでは、回転軸が金属円筒の中心軸から偏心されている。従って、変形された部分の中心軸が、金属円筒の非変形部分の中心軸から同じようにずれた製品が得られる。
【０００５】
ここで説明している装置及び方法は、例えば、乗用車のような車輌の排気装置の部分を形成する触媒コンバーターのハウジングの製造に使用することができる。そのような触媒コンバーターは、排気装置の部分を形成する管の直径よりも大きな直径を有し、それらは、好ましくは、エンジンが始動された後、できるだけ早く動作温度に達し、かつ、できるだけその温度を維持するために、エンジン部分の近くに配置する。そのため、まず、触媒コンバーターのハウジングの両側での継手の直径は、排気装置の他の部分と適切に結合するために小さくしなければならず、更に、エンジン部分に対して最適な位置にできるために、多くの場合、複雑な形状をとる必要がある。
【０００６】
前述した触媒コンバーターのハウジングのような少なくとも１つの変形端部を有する加工部材を製造する前述した装置では、加工部材を固定して、その間、成形ヘッドを回転させる。既に前述したように、ますます複雑な形状が要求されつつあるので、万能で、時には、より大きな成形ヘッドが要求されている。その上、単一の成形ヘッドにあり、且つ、そのヘッドによって制御されるロールの数は（かなり）増えるかもしれない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最初に述べた種類の成形機の改良したものを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明による成形機は、クランプ装置を第一の軸の周りに回転し、且つ、その第一の軸に対して移動できることを特徴としている。本発明による方法は、クランプ装置が、その第一の軸に対して回転させられ、且つ、移動させられることを特徴としている。
【０００９】
意外にも、それは、成形機の構成を比較的簡単にでき、その上、更に、比較的多数のロールを有する成形ヘッドを使用するとしても、高い（相対的）回転速度を用いることができることが明らかになった。
【００１０】
【実施の態様】
本発明による方法及び装置の幾つかの実施例を示す図面を参照して、次に本発明をより詳細に説明する。
種々の実施例において、互いに同じであるか、ほぼ同じ機能を有する部分である限り、全ての図で、その部分は同じ符号で示す。
【００１１】
【実施例１】
図１は、成形ヘッド２、及び加工部材、例えば、図示のように既に変形した金属円筒５を締め付けるチャック４を有するクランプ・アセンブリ３を有する成形機１を示す。成形ヘッド２は、その上に２つの案内レール７が装着される床板６を有している。ガイド８（図示せず）が案内レール７の上に延在し、そのガイドの上に第二組の案内レール（図示せず）が装着され、その案内レールは、一つ以上の成形ロール１０とその成形ロール１０を移動する手段を装着したアセンブリ９を支持する。
【００１２】
各々の成形ロール１０はロッド１１の一端に回転可能に装着され、ロッド１１は、次に、楔形構成要素１２の上に装着されるか、又は、楔形構成要素１２の部分を構成し、楔形構成要素１２は成形ロール１０の方向に拡大している。成形ロール１０とそれらのそれぞれのロッド１１及び楔形構成要素１２は、それぞれアセンブリ９の回転軸１３に対して半径方向内方向及び外方向に移動させることができる。そのため、楔形構成要素１２の各々は、楔形案内マンドレル１４の上に装着され、マンドレル１４が外方向に（図で右に向かって）移動すると、楔形構成要素１２と、従って、ロッド１１及びロール１０は、回転軸１３に向かって半径方向に動かされるように、そのマンドレルが内方向に（図で左に向かって）移動すると、回転軸１３から半径方向に離れて動かされるように、その楔形案内マンドレルの厚さは成形ロール１０の方向に線形に減少している。
【００１３】
アセンブリ９は、更に、成形ロール１５（以後、内側ロール１５と云う）を有し、その内側ロール１５は成形ロール１０とほぼ同様にアセンブリ９内に装着され、即ち、ロッド１６の一端に回転可能に装着され、ロッド１６は、次に、楔形構成要素１７の上に装着されるか、又は、楔形構成要素１７の一部を形成し、楔形構成要素１７は成形内側ロール１５の方向に拡大している。マンドレル１８が外方向に移動すると半径方向に軸１３に向かって、そのマンドレルが内方向に移動すると半径方向に軸１３から離れるように、楔形構成要素１７と、従って、ロッド１６及び内側ロール１５とが動かされるように、楔形構成要素１７は楔形案内マンドレル１８に装着される。
【００１４】
図１では、内側ロール１５が加工部材５の内部に移動され、加工部材５の内側壁と接触するように配置されている。加工部材５の壁を、内側ロール１５によって、外方向に、即ち、加工部材５によって画定される中空５から離れる半径方向に変形することができる。好ましくは成形ロール１０及び内側ロール１５は同一平面内にあり、この実施例では、その平面は軸１３に垂直に延在して、変形する位置で壁がロール１０、１５間に拘束される。
【００１５】
アセンブリ９は、更に、油圧シリンダー１９を有し、その油圧シリンダーはマンドレル１５を軸方向に、従って、ピストン２０、ピストンロッド２１、及び圧力板２２によって成形ロール１０を半径方向に移動することができる。ここの記載の範囲で、成形ロール１０の半径方向の移動はＺ方向として示される。
【００１６】
マンドレル１８、従って、内側ロール１５を油圧シリンダー２３及びピストンロッド２１を囲む中空ピストンロッド２４によって半径方向に移動することができ、その間、アセンブリ９を２つの油圧シリンダー２５、２６によって、その全体を前記案内に沿って移動させることができる。ここの記載の範囲で、内側ロール１５の半径方向の移動はＷ方向として示される。軸１３に平行で、その軸１３に垂直なハウジング９及びチャック４（まだ、これから詳細に説明される）の移動は、それぞれＸ方向及びＹ方向で表示される。
【００１７】
チャック４はハウジング２８内の案内スロット２７に装着される。ハウジング２８はフレーム（図示せず）内に回転可能に装着され、更に、チャック４の半径方向調節用の油圧シリンダー２９、３０、チャック４の半径方向移動を測定する計器（図示せず）、チャック４と加工部材５の枢軸３１の周りの旋回を測定する計器（図示せず）、及び全体の平衡をとる釣り合い錘３２を有している。ハウジング２８はその後ろ側に円形円筒形状狭窄部２８Ａを有し、それには、例えば、電動機の駆動シャフトの一端に装着されたピニオンと噛み合う外歯車（図示せず）を備える。従って、ハウジング２８と、それと共にチャック４は電動機によって回転させることができる。
【００１８】
図４及び図５は、２５の工程で、図１乃至３による成形機１の成形ヘッド２によって、金属円筒５の開放端部を変形できる態様を模式的に示している。工程１は、加工部材５がチャック４内で締め付けられる開始位置を示す。既に機械加工を受けているその端部は、円筒５の他の部分より小さい直径を有していて、次に（工程２）チャック４を回転し、成形ロール１０、１５をそれぞれ円筒５の外側表面及び内側表面に接触するように配置し、同時に、チャック４を枢軸３１の周りを角度βまで成形ヘッドを旋回させることによってその端部は変形される。そのため、成形ロール１０、１５（Ｚ方向及びＷ方向へ）、アセンブリ９（Ｘ方向へ）、及びチャック４（Ｙ方向へ角度βまで）の流れるような合成の動きが得られるように、各種の駆動手段が制御され、その結果、仮想枢軸３４の回りを角度βまで湾曲される部分３３が形成される。
【００１９】
チャック４を角度βまで旋回した後で、アセンブリ９のＸ軸方向の移動が続けられ（工程３）、その結果、（工程１の期間のものよりも）小さい半径の円筒状部分３５は残っていて、円筒５の他の部分に対して角度βで延在している。
【００２０】
次いで（工程４）、成形ロール１０、１５はそれぞれ半径方向外側及び半径方向内側に移動させられ、成形ロール１０、１５と円筒５の壁の外側表面と内側表面とのそれぞれの接触が外れる。アセンブリ９は、湾曲部分３３と円筒状部分３５との変移点まで、Ｘ方向へ円筒状部分３５に沿って戻される。
【００２１】
成形ロール１０、１５は湾曲部分３３に戻すことができ、ここで、チャック４は角度βの（通常、僅かな）一部まで、且つ、反対方向（−β）に旋回される。
【００２２】
上述のサイクルは、引き続き、チャック４を角度βまで旋回させ、アセンブリ９を並進し且つ調節し（工程５、これは工程２と実質的に同じ）、そして、アセンブリ９をＸ方向へ並進させ（工程６、これは実質的に工程３と同じ）を繰り返し、これにより、円筒状部分３５の直径は更に減少させられる。次いで、ロール１０、１５と円筒状部分４１の接触を外し、アセンブリは湾曲部分３３と円筒状部分３５との変移領域まで戻される（工程７、これは工程４と実質的に同じ）。
【００２３】
毎回、前述したように成形ロール１０、１５を湾曲部分３３に戻し、次の機械加工工程（この場合、工程４及び７）を開始するときに、先行する機械加工工程の一部（工程２及び５、それぞれ）を続けるならば、（各種の工程での）加工された部分の間の不均一はかなり避けることができ、且つ、非常に滑らかな内側及び外側壁を有する製品が得られる。滑らかな内側壁は例えば触媒コンバーター用のハウジングでは非常に重要であり、そこでは、ガス流を乱すことはできるだけ避けなければならない。
【００２４】
加工部材の壁厚、機械的強度及び剛性、並びに弾性伸びのような特性によって、直径の所望の減縮及び所望の角度（例えば、９０度）が得られるまで、工程２乃至４が繰り返される。もしも、加工部材の性質から、例えば、１サイクル当たり１５度又は８度より角度βが大きくできないならば、それぞれ合計で６及び１２サイクルが、加工部材５の変形に必要とされるであろう。
【００２５】
図４に示す機械加工工程の後で、図５に示す開始位置（工程１３）から同様な機械加工工程が、加工部材の反対側に位置する仮想枢軸３６の周りで行われる。図４の機械加工工程（工程２乃至１２）が繰り返され（工程１４乃至２５）、ここで、円筒５の端部でＳ湾曲を得るために、角度βの方向は、しかし、反対向きである。
【００２６】
成形機１のチャック・アセンブリ３は、更に、成形ヘッド２に対して、例えば、軸の周りをＹ方向に旋回することができるならば、加工部材５の曲げ加工は、１つ且つ同じ仮想平面内に曲げることに限定される必要はない。複数の機械加工工程間、又は、機械加工工程中に、成形ヘッド２を軸の周りをＹ方向に旋回することは、加工部材５の変形部分の中心軸に３次元の形状を与えることを可能にする。
【００２７】
【実施例２】
図６乃至及び図９は、図１乃至図３による成形機１の第一の別の形態で変形作業を行う４つの工程を示すが、ここでは、既存の構成要素を都合よく利用することができる。成形ロール１０及び内側ロール１５はホルダー３７内に回転可能に軸受支持される。公知の方法でアセンブリ３８によって支持されたホルダー３７は可動Ｙ滑動体（又は、上側滑動体）３９を有し、このＹ滑動体は可動Ｘ滑動体（又は、下側滑動体）４０の上にある。下側滑動体４０はアセンブリ３８の機械台盤４１に並進可能に接続されている。前記ホルダー３７と、成形ロール１０及び１５をＹ方向（Ｙ１、Ｙ２）へ独立に移動できる、それぞれの成形ロール１０及び１５が装着されるホルダー３７の部分の別の制御及び駆動装置以外は、既存の成形機の既存のアセンブリを使用することが原理的に可能である。
【００２８】
【実施例３】
既存の装置を少しでも、或いは全く変更したくないならば、図１乃至図３による成形機１の第二の別の形態を使用することができ、その第二の別の形態を図１０乃至図１２に示すが、それには各々がそれぞれ成形ロール１０、１５を支持する２つの個別のアセンブリ４２、４３がある。原理的に、そのような構成を用いるには、制御ソフトウエアを改良すれば十分である。適切な既存のアセンブリは、例えば、本出願人のオランダ特許出願番号１０００８５１及び欧州特許番号０１２５７２０に開示されている。
【００２９】
前述した実施例に使用する変形用ヘッドは、全ての場合で回転的には静止しているが、勿論、その変形用ヘッドを回転する駆動手段を設けることは可能である。変形用ヘッドが、チャックの回転方向と逆の方向に回転されるならば、相対的な回転速度を減少させることなく、チャックの回転数を減らすことができる。そのような構成は、機械加工作業に使用することもでき、そこでは、非常に高い相対回転速度が所望される場合である。その場合、チャックの回転数は減少させないか、又は、僅かに減少させる。
【００３０】
勿論、本発明の成形機は人によって、又、制御装置によっても操作することができる。そのような制御装置は、例えば、加工部材を所望の製品或いは中間製品に変形するため、１つ以上の所望の経路を成形ロールが従うように、記憶装置に記憶された制御プログラムに従ってロールをＸ方向、Ｙ方向、及び半径方向に移動させる手段を制御するように設定される。
【００３１】
本発明を、前述では、円筒状金属加工部材を基に説明したが、例えば、長円形状のような非円形状断面、略三角形状又は多円弧断面の加工部材に対しても本発明を実施することができる。
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、いろいろなやり方で変えることができる。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図２】回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図３】回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図４】図１の成形機で実施される本発明による方法の幾つかの段階を模式的に示す。
【図５】図１の成形機で実施される本発明による方法の幾つかの段階を模式的に示す。
【図６】チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第２の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図７】チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第２の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図８】チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第２の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図９】チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第２の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図１０】図６及び図９による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。
【図１１】図６及び図９による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。
【図１２】図６及び図９による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。

Claims (13)

1. 少なくとも１つの開放端部を有する変形させる中空加工部材（５）を締め付けるクランプ装置（４）、前記加工部材（５）を加工する間、前記加工部材（５）の外側表面に接触するように配置することができ、前記加工部材（５）を変形できる第一成形工具（１０）、第一の軸（１３）の周りを前記加工部材（５）と前記工具（１０）を互いに回転させる駆動手段（２８Ａ）、及び、前記加工部材（５）を加工するために、前記加工部材（５）に対して前記工具（１０）が１つ以上の所望の経路をたどることができるように、前記加工部材（５）と前記工具（１０）を互いに移動させる手段（１９、３０）を少なくとも有する成形機（１）であって、前記クランプ装置（４）を前記第一の軸（１３）の周りを回転させ、且つ、前記第一の軸（１３）に対して移動させることができることを特徴とする成形機（１）。
2. 前記加工部材を締め付けることができる前記クランプ装置、又は、少なくともそのクランプ装置の一部が、第二の軸（３１）の周りを旋回できる請求項１に記載の成形機（１）。
3. 前記第二の軸（３１）と前記第１の軸（１３）は略直角に交差する請求項２に記載の成形機（１）。
4. 前記クランプ装置（４）は、回転中に移動、及び／又は、旋回できる請求項１乃至３のいずれかに記載の成形機（１）。
5. 前記クランプ装置（４）は、前記第一の軸（１３）の周りを前記駆動手段（２８Ａ）によって回転させることができるハウジング（２８）内に装着され、前記ハウジングは、前記クランプ装置（４）が前記第一の軸（１３）に沿って並進することができる、その第一の軸（１３）と略垂直に延在するガイド（２７）を有する請求項４に記載の成形機（１）。
6. 釣り合い重り（３２）が前記ハウジング（２８）内に装着され、その釣り合い重り（３２）は前記クランプ装置（４）と略直径上方向反対位置に配置される請求項５に記載の成形機（１）。
7. 前記成形機（１）は、加工部材（５）内に導入され、前記加工部材（５）の内側壁を外方に変形できるように、前記加工部材（５）の内側壁に接触するように配置することができる少なくとも１つの第二成形工具（１５）を有する請求項１乃至６のいずれかに記載の成形機（１）。
8. 前記成形工具又は複数の成形工具（１０、１５）は、前記第一の軸（１３）の傍らに配置された、少なくとも１つのホルダー（３７）に装着されている請求項１乃至７のいずれかに記載の成形機（１）。
9. 前記第一及び第二工具（１０、１５）は、同一のホルダー（３７）に装着されている請求項８に記載の成形機（１）。
10. 少なくとも１つの開放端部を有する中空加工部材（５）を変形する方法において、前記加工部材（５）はクランプ装置（４）内で締め付けられ、第一成形工具（１０）が前記加工部材（５）の外側表面に接触するように配置され、前記加工部材（５）と前記工具（１０）は第一の軸（１３）の周りを互いに回転させられ、前記加工部材（５）は前記第一成形工具（１０）によって変形される方法であって、前記クランプ装置（４）は前記第一の軸（１３）に対して回転され、且つ、移動されることを特徴とする方法。
11. 前記加工部材を締め付けることができる前記クランプ装置（４）、又は、少なくともそのクランプ装置（４）の一部が、第二の軸（３１）の周りを旋回できる請求項１０に記載の方法。
12. 前記第二の軸（３１）と前記第１の軸（１３）は略直角に交差する請求項１１に記載の方法。
13. 第二成形工具（１５）を前記加工部材（５）によって画定される中空内に配置し、前記中空加工部材（５）の内側表面に接触させ、前記加工部材（５）は前記第２工具（１５）によって変形される請求項１０乃至１２のいずれかに記載の方法。