JP2005103563A - フローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置 - Google Patents

フローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 1成形工程で割れやしわの発生が抑制されて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材が塑性加工できるフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置を提供する。
【解決手段】 被加工物50を外周に内歯成形部12を有する円柱状の第1型11と第2型15とにより挟持して回転させながら、被回転物50にフォーミングローラ20を押し当てて円筒部63の内周に内歯62を有する円筒状部材60を塑性成形するにあたり、成形中に円筒部63の開放端面部63aに背圧付与ローラ22を押し当てて円筒部63の開放端面部63aを半拘束状態とすることによって、厚肉部分と薄肉部分における材料の流れ速度の差を抑制し、割れやしわの発生を抑制する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、フローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置に関し、より詳しくは円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性加工するフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置に関する。
円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材、例えば、自動車用自動変速機の変速機構においてクラッチプレートが嵌合するクラッチドラムの成形方法として、最近、円筒部の内周にスプライン歯である内歯を高精度で成形できるフローフォーミング成形方法が知られている。
ところで、上記クラッチドラムのような円筒部の内周に内歯を有する円筒部材をフローフォーミング成形する場合には、図9(a)に概略構成を示すように、外周に軸方向に延在する複数の内歯成形部102を有して回転駆動される円柱状の第1型101と、第1型101に対してその回転軸a方向に移動可能な第2型103とによって被加工物105を挟持し、第1型101を回転駆動しながら、被加工物105の円板状部106にフォーミングローラ103を押し当てて回転軸a方向に移動させることにより図9(b)に示すように、円板状部106が変形して第1型101の内歯成形部102に押し付けられて流れ込む塑性変形によって内歯108及び円筒部109が形成される。
また、図10(a)に概略構成を示すように、外周に回転軸a方向に延在する内歯成形部112を有して回転駆動される円柱状の第1型111と、この第1型111に対してその回転軸a方向に移動可能な第2型113とによって被加工物115を挟持し、第1型111を回転駆動しながら、図10(b)に示すように、被加工物115の円筒部形成部116にフォーミングローラ113を押し当てて回転軸a方向に移動させることにより円筒部形成部116が第1型111の内歯成形部112に流れ込むと共に第1型111の外周に沿って延伸する塑性変形によって内歯118及び円筒部119が形成される。
更に、図11(a)に概略構成を示すように、円柱状の円筒形成部122を有して回転駆動される第1型121と、第1型121に対してその回転軸a方向に移動可能な第2型123とによって被加工物125を挟持し、第1型121を回転駆動しながら、図11(b)に示すように、被加工物125の円筒部形成部126にフォーミングローラ124を押し当てて回転軸a方向に移動させることにより円筒部形成部126が第1型121の円筒形成部122に沿って延伸する塑性変形によって円筒部分127が形成される。しかる後、図11(c)に示すように、外周に軸方向に延在する内歯成形部132を有して回転駆動される円柱状の第1型131の内歯成形部132に円筒部分127を嵌合させ、かつ第1型131と第2型133とによって被加工物125を挟持し、被加工物125を挟持した状態で第1型131を回転駆動しながら、被加工物125の円筒部分127にフォーミングローラ134を押し当てて回転軸a方向に移動させることにより円筒部分127が変形して第1型131の内歯成形部132に流れ込む塑性変形によって内歯128及び円筒部129が形成される。
この種の第1型と第2型により被加工物を挟持し、フォーミングローラを回転する被加工物に押し当てて被加工物を第1型の内歯成形部に流し込むフローフォーミング成形方法によると、プレス成形のような弾性変形領域でのスプリングバックがなくて内歯を高精度で成形でき、かつ金属組織の結晶が滑りや微細化する等のファイバーフロー現象が生じ、高強度となることが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、第1型と第2型により被加工物を挟持し、フォーミングローラを被加工物に押し当てて回転する被加工物を回転軸方向に移動させて内周に内歯を形成するフローフォーミング成形方法において、第1型の内歯成形部に沿って移動方向に材料が過剰に流れるオーバフロー分を後加工にて切断処理することが知られている(例えば、特許文献2参照)。
特開平7−51781号公報 特許第3310607号公報
上記図9に示すフローフォーミング成形方法にあっては被加工物105の円板状部106にフォーミングローラ103を押し当てて円板状部106を変形させて第1型101の内歯成形部102に押し付けて流し込む塑性変形によって内周に内歯108が形成された円筒部109を1成形工程で得ることができる。しかし、このように内周に内歯108が形成される円筒部109は、フォーミングローラ103を押し当ててフローフォーミング成形する際に材料が円筒部109の開放端面部側へ流れるが、その要部断面を図12に示すように内歯108が形成される部分の肉厚tに対し歯底となる部分の肉厚tが小さいことから、内歯108が形成された厚肉部分Aに対し歯底となる薄肉部分Bの材料の流れが速く、この材料の流れ速度の差に起因して厚肉部分Aと薄肉部分Bの連続部分に割れやしわが発生して所期の形状が確保できないおそれがある。この対策として例えばSC10材のように加工性に優れた低炭素鋼材を使用する等使用材料が制限される。
上記図10に示すフローフォーミング成形方法にあっても、フォーミングローラ113を押し当ててフローフォーミング成形する際の材料の流れは、上記同様に内歯118が形成される部分の厚肉部分に対し歯底となる薄肉部分が速く、この材料の流れ速度の差に起因して割れやしわが発生して所期の形状が確保できないことが懸念される。
上記図11に示すフローフォーミング成形方法にあっては、予めフローフォーミング成形によって、被加工物125に円筒部分127を形成し、この円筒部分127を第1型131の内歯成形部132に嵌合させ、円筒部分127にフォーミングローラ134を押し当てて内歯128及び円筒部129を成形することによって厚肉部分と薄肉部分における材料の流れ速度の差が抑えられて割れやしわの発生が抑制できる。しかし、被加工物125に円筒部分127を形成する成形型と円筒部分127に内歯128及び円筒部129を形成する異なった2種の成形型を備えたフローフォーミング成形装置を要し、かつその成形に2成形工程を要することから設備コスト及び製造コストの増大が懸念される。
また、特許文献1及び特許文献2に開示されるようなフローフォーミング成形方法においても同様に内歯が形成される厚肉部分に対し歯底となる薄肉部分の材料流れが速く、この材料の流れ速度の差に起因して割れやしわが発生して所期の形状が確保できないことが懸念される。
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、1成形工程で割れやしわの発生が抑制されて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材が塑性加工できるフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置を提供することにある。
上記目的を達成する特許請求の範囲の請求項1に記載のフローフォーミング成形方法の発明は、外周に内歯成形部を有する円柱状の第1型と、第2型とにより被加工物を挟持して回転させながら、上記被加工物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形するフローフォーミング成形方法において、上記被加工物に内歯及び円筒部を成形する成形中に、上記円筒部の開放端面部に背圧を付与することを特徴とする。
請求項2に記載のフローフォーミング成形装置の発明は、外周に内歯成形部を有する円柱状の第1型と、第2型とにより被加工物を挟持して回転させながら、上記被回転物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形するフローフォーミング成形装置において、上記第1型の外周側に回転軸方向に移動可能に設けた当接部材を有する背圧機構を備え、上記被加工物に内歯及び円筒部を成形する成形中に、上記円筒部の開放端面部に上記当接部材を押し当てて背圧を付与することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項2のフローフォーミング成形装置において、上記当接部材は、上記回転軸方向に移動可能でかつ上記円筒部の開放端面部に押し当てられる背圧付与ローラであることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3のフローフォーミング成形装置において、上記背圧付与ローラは、上記回転軸方向に移動するフォーミングローラに連動して回転軸方向に移動することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項2のフローフォーミング成形装置において、上記当接部材は、上記第1型の外周側に回転軸方向に移動可能に設けた可動スリーブで、該可動スリーブを弾性部材により上記円筒部の開放端面部に押し当てることを特徴とする。
上記請求項1に記載の発明によると、被加工物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形する成形中に、円筒部の開放端面部に背圧が付与されて半拘束状態となる。従って、内歯が形成される厚肉部分に対し歯底となる内歯を有しない薄肉部分の材料が速く流れて回転軸方向に局部的に延伸する従来の塑性変形が抑えられ、厚肉部分と薄肉部分における材料の流れ速度の差が抑制されて割れやしわの発生のない高品質の円筒状部材が得られる。
請求項2に記載の発明によると、被加工物を第1型と第2型によって挟持して第1型と共に回転する被加工物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形する成形中に、円筒部の開放端面部に当接部材によって背圧が付与されて半拘束状態となり、内歯が形成される厚肉部分に対し歯底となる薄肉部分の材料が速く流れて円筒形成部に沿って回転軸方向に局部的に延伸する従来の塑性変形が抑えられ、厚肉部分と薄肉部分における材料の流れ速度の差が抑制されて割れやしわの発生のない高品質の円筒状部材が得られる。
請求項3に記載の発明によると、円筒部の開放端面部に押し当てられる背圧付与ローラによる簡単な構成で円筒部の開放端面部に背圧を付与する当接部材を構成することができる。
請求項4に記載の発明によると、内歯及び円筒部の成形に伴い回転軸方向に移動するフォーミングローラに連動して背圧付与ローラを回転軸方向に移動させることによって有効に円筒部の開放端面部に背圧を付与することができる。この背圧付与ローラの回転軸方向への移動は予め実験やシミュレーションに基づいて設定することが好ましい。
請求項5に記載の発明によると、可動スリーブが、弾性部材により円筒部の開放端面部に弾性的に押し当てられるので、開放端面部に安定して背圧を付与することができる。
本発明によるフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置の実施の形態を、円筒状部材の一例として多板式クラッチのクラッチドラムを成形する場合を例に説明する。
(第1実施の形態)
図1乃至図5を参照しては本発明によるフローフォーミング成形装置の第1実施の形態を説明する。
フローフォーミング成形装置の説明に先だって、本実施の形態における成形前の被加工物及び成形後の成形品の概要を説明する。被加工物50は、図6(a)に斜視図を示すように円筒状の軸部51及び軸部51の一端に円板状に拡径された基部52を有し、基部52の外周に沿って環状の円筒部形成部53が一体に形成されている。一方、フローフォーミング成形された成形品60は、図6(b)に斜視図を示すように被加工物50の円筒部形成部53を内周に等間隔で軸方向に延在するスプライン状の内歯62が並設された円筒部63に塑性変形によって成形された多板式クラッチのクラッチドラムである。この成形品60の円筒部63は図6(c)に要部拡大断面図を示すように内歯62が形成される部分の厚肉部分Aと歯底が形成される薄肉部分Bが周方向に交互に連続形成されている。
図1はフローフォーミング成形装置1の概略図、図2は図1のI矢視図、図3は図1のII部拡大図、図4は図2のIII部拡大図、図5は被加工物をセットした状態の概略を示す図である。フローフォーミング成形装置1は、回転軸aを中心に回転駆動される第1型11と、第1型11に対して回転軸a方向に移動可能な第2型15とが上下方向に垂直配置されている。
第1型11は回転軸a方向に沿って同軸上に延在する円柱状で、その外周に大径部12aと小径部12bが交互に連続するスプライン歯形状の内歯成形部12が形成されている。第1型11の先端は被加工物50の軸部51と円筒部形成部53との間において基部52の内面52aに当接可能な平坦な先端面13を有すると共に先端面13に回転軸aと同軸上で被加工物50に形成された軸部51の外周51aが嵌合可能な円筒状のセンタリング凹部14が凹設されている。
一方、第2型15は、第1型11の先端面13と対向すると共に被加工物50の基部52の外面52bに当接可能な平坦なクランプ面16と、このクランク面16に回転軸aと同軸上で突設されて軸部51の内周51bに嵌入可能な円柱状のセンタリング凸部17とを有している。
このように形成した第1型11及び第2型15において、図5に示すように第1型11のセンタリング凹部14に被加工物50の軸部51を挿入すると共に、第2型15のセンタリング凸部17を軸部51に挿入して被加工物50をセンタリングし、かつ第1型11の先端面13と第2型15のクランプ面16によって基部52を挟持して被加工物50をクランプする。被加工物50をセンタリング及びクランプして状態で第1型11を回転駆動することにより、第1型11と共に被加工物50及び第2型15を一体に回転させながら、図1に示すように円筒部形成部53の外周面53aに周方向から加工治具であるフォーミングローラ20を押し当てて、フォーミングローラ20を回転軸aに沿って第1型11側方向、即ち図示上方に移動することによって被加工物50の円筒部形成部53が第1型11の内歯成形部12に押し付けられて内歯成形部12に沿って上方に流れると共に内歯成形部12に流れ込む塑性変形によってスプライン歯形形状の内歯62及び円筒部63が形成される。
かかる構成において、本実施の形態では、第1型11の外周側に円筒部63の開放端面部63aに当接して背圧を付与して材料の流れを制御する背圧機構21を設ける。背圧機構21は、回転軸aと平行な回転中心軸bを中心に回転自在に支持された当接部材となる円板状の背圧付与ローラ22を有し、背圧付与ローラ22は、その外周23が第1型11の内歯形成部12の大径部12aに近接すると共に、成形に伴うフォーミングローラ20の回転軸a方向への移動に連動して回転中心軸bに沿って移動制御される。
背圧付与ローラ22の当接面となる下方の側面24の外周23に沿った周縁部分24aが、円筒部63の成形開始から常時或いは成形の途中から開放端面部63aに当接する。更に、内歯62及び円筒部63の塑性成形中は、第1型11の回転に伴って回転し、かつその側面24の周縁部分24aが円筒部63の開放端面部63aに当接した状態を維持しながら回転中心軸b方向に移動し、開放端面部63aに背圧が付与されて開放端面部63aは半拘束状態となる。
従って、第1型11及び第2型15によって被加工物50をクランプし、回転する被加工物50の円筒部形成部53にフォーミングローラ20を押し当てて内歯62及び円筒部63を塑性成形する際、円筒部63の開放端面部63aに背圧付与ローラ22の当接による簡単な構成で背圧が付与され、内歯62が形成される厚肉部分Aに対し歯底となる内歯62を有しない薄肉部分Bの材料が速く流れて円筒形成部53に沿って回転軸a方向に局部的に延伸する塑性変形が抑えられ、厚肉部分Aと薄肉部分Bにおける材料の流れ速度の差が抑制されて厚肉部分Aと薄肉部分Bの連続部分に発生する割れやしわがなくなり、所期の形状の成形品60が得られる。
なお、背圧付与ローラ22の回転中心軸b方向の移動制御は、被加工物50の円筒部形成部53にフォーミングローラ20を押し当てて内歯62及び円筒部63を塑性成形する際に、延伸する円筒部63の開放端面部63aから背圧付与ローラ22の側面24に作用する押圧力、即ち背圧付与ローラ22が略一定になるように背圧付与ローラ22を回転中心軸b方向に移動する。或いはフォーミングローラ20を押し当てて内歯62及び円筒部63を塑性成形する際に円筒部63の延伸速度がフォーミングローラ20の移動と同一にするように予め実験或いはシミュレーション等によって確認して設定することが好ましい。
また、上記実施の形態では、第1型11と共に被加工物50及び第2型15を一体に回転させながら円筒部形成部53の外周面53aにフォーミングローラ20を押し当て、かつフォーミングローラ20を回転軸aに沿って第1型11側方向に移動することによって内歯62及び円筒部63が形成したが、図7(a)に示すように第1型11と第2型15によって被加工物50をクランプし、第1型11と共に被加工物50及び第2型15を一体に回転させながら、円筒部形成部53の側面53bにフォーミングローラ20を押し当てて、図7(b)に示すようにフォーミングローラ20を回転軸aに沿って第1型11側方向に移動することによって、被加工物50の円筒部形成部53が第1型11の内歯成形部12に押し付けられて内歯成形部12に流れ込む塑性変形によりスプライン歯形形状の内歯62及び円筒部63を形成することもできる。
かかる構成において、第1型11側に円筒部63の開放端面部63aに当接して背圧を付与して材料の流れを制御する背圧機構21を設ける。背圧機構21は、回転軸aと平行な回転中心軸bを中心に回転自在に支持された円板状の背圧付与ローラ22を有し、背圧付与ローラ22は、その外周23が第1型11の内歯形成部12の大径部12aに近接すると共に、回転中心軸b方向に移動制御される。
背圧付与ローラ22の下方の側面24を円筒部63の開放端面部63aに当接した状態を維持しながら開放端面部63aに背圧が付与されて開放端面部63aは半拘束状態に保持される。これにより、円筒部63の開放端面部63aに背圧付与ローラ22の当接による背圧が付与されて、内歯62が形成される厚肉部分Aに対し歯底となる内歯62を有しない薄肉部分Bの材料が速く流れて円筒形成部53に沿って回転軸a方向に局部的に延伸する塑性変形が抑えられ、厚肉部分Aと薄肉部分Bにおける材料の流れ速度の差が抑制されて厚肉部分Aと薄肉部分Bの連続部分に発生する割れやしわがなくなり、所期の形状の成形品60が得られる。
(第2実施の形態)
図8は本発明におけるフローフォーミング成形装置の第2実施の形態を示す概略構成図である。なお、図8の図1乃至図7と対応する部分に同一符号を付している。
図8に示すフローフォーミング成形装置は、第1型11側に円筒部63の開放端面部63aに背圧機構31を設けてある。背圧機構31には、第1型11の内歯成形部12の外周側に回転軸a方向に移動可能でかつ一体に回転可能に内歯成形部12に係合する当接部材となる円筒状の可動スリーブ32を設け、この可動スリーブ32を第1型11に設けたスリーブ受け33に回転軸a方向に摺動可能に支持し、かつ弾性部材34により第2型15方向に付勢する。
なお、可動スリーブ32は、その下端の当接面32aが内歯62及び円筒部63の成形開始から常時或いは成形途中から開放端面部63aに当接するように設ける。また、弾性部材34は、例えばコイルバネ、ゴム、ウレタン等の弾性体を設けて構成する。
本実施の形態によると、内歯62及び円筒部63の塑性成形中に、その円筒部63の開放端面部63aが可動スリーブ32の当接面32aに当接して、可動スリーブ32をその自重及び弾性部材34の付勢力に抗して延伸することになるので、換言すれば可動スリーブ32の当接面32aを弾性部材34により開放端面部63aに弾性的に押し当てることになるので、開放端面部63aには安定した背圧が付与されて、開放端面部63aは半拘束状態となる。
従って、内歯62が形成される厚肉部分Aに対し歯底となる内歯62を有しない薄肉部分Bの材料が速く流れて円筒形成部53に沿って回転軸a方向に局部的に延伸する塑性変形が抑えられ、厚肉部分Aと薄肉部分Bにおける材料の流れ速度の差が抑制されて厚肉部分Aと薄肉部分Bの連続部分に発生する割れやしわがなくなり、所期の形状の成形品60が得られる。
なお、本発明は上記第1実施の形態及び第2実施の形態に限定されることなく、発明を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば上記第1実施の形態において背圧付与ローラ22を回転軸aと平行な回転中心軸bを中心に回転自在に支持したが、背圧付与ローラ22を回転軸aと交差する回転中心軸bを中心に回転自在に支持し、背圧付与ローラ22の外周23を円筒部63の開放端面部63aに押し付けて開放端面部63aに背圧を付与することもできる。また、背圧機構21の背圧付与ローラ22は1つに限定されることなく複数配置することも可能である。また、上記各実施の形態では成形品としてクラッチドラムを塑性成形する場合を例に説明したが、他の円筒部の内周に内歯を有する種々の塑性成形に適用することができる。
本発明によるフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置の第1実施の形態の概略を示す図である。 図1のI矢視図である。 図1のII部拡大図である 図2のIII部拡大図である。 被加工物をセットした状態の概略を示す図である。 被加工物及び成形品の概要説明図であり、(a)は被加工物の概要を示す斜視図、(b)は成形品の斜視図、(c)は(b)の要部拡大断面図である。 第1実施の形態における他のフローフォーミング成形方法の概略を示す図である。 本発明によるフローフォーミング成形方法及びフローフォーミング成形装置の第2実施の形態の概略を示す図である。 従来のフローフォーミング成形方法の概略を示す図である。 従来のフローフォーミング成形方法の概略を示す図である。 従来のフローフォーミング成形方法の概略を示す図である。 被加工物の要部断面図である。
符号の説明
11 第1型
12 内歯成形部
15 第2型
20 フォーミングローラ
21 背圧機構
22 背圧付与ローラ(当接部材)
31 背圧機構
32 可動スリーブ(当接部材)
33 スリーブ受け
34 弾性部材
50 被加工物
53 円筒部形成部
60 成形品(円筒状部材)
62 内歯
63 円筒部
63a 開放端面部
A 厚肉部分
B 薄肉部分
a 回転軸

Claims (5)

  1. 外周に内歯成形部を有する円柱状の第1型と、第2型とにより被加工物を挟持して回転させながら、上記被加工物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形するフローフォーミング成形方法において、
    上記被加工物に内歯及び円筒部を成形する成形中に、上記円筒部の開放端面部に背圧を付与することを特徴とするフローフォーミング成形方法。
  2. 外周に内歯成形部を有する円柱状の第1型と、第2型とにより被加工物を挟持して回転させながら、上記被回転物にフォーミングローラを押し当てて円筒部の内周に内歯を有する円筒状部材を塑性成形するフローフォーミング成形装置において、
    上記第1型の外周側に回転軸方向に移動可能に設けた当接部材を有する背圧機構を備え、
    上記被加工物に内歯及び円筒部を成形する成形中に、上記円筒部の開放端面部に上記当接部材を押し当てて背圧を付与することを特徴とするフローフォーミング成形装置。
  3. 上記当接部材は、上記回転軸方向に移動可能でかつ上記円筒部の開放端面部に押し当てられる背圧付与ローラであることを特徴とする請求項2に記載のフローフォーミング成形装置。
  4. 上記背圧付与ローラは、上記回転軸方向に移動するフォーミングローラに連動して回転軸方向に移動することを特徴とする請求項3に記載のフローフォーミング成形装置。
  5. 上記当接部材は、上記第1型の外周側に回転軸方向に移動可能に設けた可動スリーブで、該可動スリーブを弾性部材により上記円筒部の開放端面部に押し当てることを特徴とする請求項2に記載のフローフォーミング成形装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104507597A (zh) * 2012-07-04 2015-04-08 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 生产用于传递旋转运动的连接件的方法
KR101525515B1 (ko) * 2014-02-05 2015-06-03 경창산업주식회사 절구형 동력전달부품의 성형 방법

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