JP2005324222A - Plane die and form rolling device provided with same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークに例えばねじ等の凹凸を転造形成するプレーンダイス及びこれを備えた転造装置に関する。 The present invention relates to a plane die for rolling irregularities such as screws on a workpiece, and a rolling apparatus provided with the same.
従来から、ねじ等の凹凸をワークに加工する方法として、切削による方法と塑性加工による転造による方法が知られている。これらの方法のうち、塑性加工による転造による方法が、加工速度が速い、高精度な転造ダイスを用いた場合はねじの精度がよい、加工硬化によりねじの強度が上昇する等の理由から主として利用されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for processing irregularities such as screws into a workpiece, a method by cutting and a method by rolling by plastic working are known. Among these methods, the method by rolling by plastic working is because the processing speed is fast, when high-precision rolling dies are used, the accuracy of the screw is good, the strength of the screw is increased by work hardening, etc. Mainly used.
転造装置は、例えば、引用文献1または引用文献2に開示されているように、一対の転造丸ダイス間にねじ加工をするワーク(素材)を挟み、転造丸ダイスを回転駆動させながら、ワークに押し当てて、ワーク表面に塑性変形を起こさせてねじを形成するものである。したがって、形成されたねじの精度は、一般的に研削仕上げされた転造丸ダイスの精度に近似する。
For example, as disclosed in
ところで、ねじ転造時のワークに作用する力を力学的に検討すると、転造丸ダイスのねじ山がワークの両側から加重を加えていることになる。これは、近似的に、等間隔で単純支持した連続梁の各スパンに集中加重が作用していると考えられる。よって、図3に示すように、特に、ワーク103のねじが奇数条の場合は、一方の転造丸ダイス101のねじの山と他方の転造丸ダイス102のねじの谷が対向し、転造丸ダイス101,102の端部でワーク103に大きな曲げモーメントが生じる。
By the way, when the force acting on the workpiece at the time of thread rolling is mechanically examined, the thread of the rolling round die applies a load from both sides of the workpiece. This is considered to be that a concentrated weight is acting on each span of a continuous beam simply supported at regular intervals. Therefore, as shown in FIG. 3, particularly when the
したがって、ワーク103の軸径が小さく軸が長い場合には、ワーク103のねじの切上がり部103aから軸部103bにかけた部分がねじ転造中に曲がってしまう。その結果、ワーク103の軸部103bをベアリング等で支持して回転させた場合に約0.2〜0.3mm程度の振れが生じ、ワーク103をウォームとする場合に、ウォームして所定の精度が発揮できない。
Therefore, when the shaft diameter of the
そこで、図4に示すように、転造丸ダイス101,102によりワーク103にねじを転造する際に、外周が真円からなる一対のプレーンダイス104,105によりワーク103の軸部103cを挟んで押圧することにより、ワーク103の曲げを抑制する転造装置が開示されている(例えば、特許文献3)。
上述した転造装置では、一方のプレーンダイス104は駆動軸106の長手方向と直角な方向に固定されており、他方のプレーンダイス105は駆動軸107の長手方向と直角な方向に可動する。可動側のプレーンダイス105が、図5(a)に示すように、ワーク103の方向へと最も前進した前進端の状態では、プレーンダイス104,105とワーク103とが接触して、ワーク103の曲げを抑制する効果は大きい。しかしながら、プレーンダイス105が前進端の状態になるまでは、図5(b)に示すように、プレーンダイス104,105とワーク103の軸部103cとの隙間が大きく、ワーク103の曲げを抑制する効果は少ない。このようにねじ転造を行ったウォーム(ワーク103)については、約0.05〜0.2mmの振れが生じてしまう。
In the rolling apparatus described above, one
したがって、この転造装置では、ワーク103にねじを転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができず、ワーク103に振れが生じてしまうという問題があった。
Therefore, in this rolling apparatus, there has been a problem that the bending of the shaft cannot be sufficiently prevented when a screw is rolled on the
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、ワークにねじ等の凹凸を転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができるプレーンダイス及びこれを備えた転造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a plain die that can sufficiently prevent bending of a shaft that occurs when rolling irregularities such as screws on a workpiece, and a rolling device including the plane die. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明の転造装置は、
複数の駆動軸にそれぞれ固定された複数の転造丸ダイス間にワークを挟んで、前記複数の駆動軸を介して前記複数の転造丸ダイスを回転駆動させながら前記複数の転造丸ダイスを前記ワークに押圧して、前記ワークの外周に凹凸を転造形成する転造装置であって、
前記複数の駆動軸にそれぞれ固定されるとともに、複数のプレーンダイスを備え、
転造形成中において、前記各プレーンダイスが前記ワークの軸部を挟み込むとともに、前記ワークの中心と前記プレーンダイスの外周面との間の距離が一定であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the rolling device of the present invention comprises:
The plurality of rolling round dies are rotated while driving the plurality of rolling round dies through the plurality of driving shafts by sandwiching a workpiece between the plurality of rolling round dies fixed to the plurality of driving shafts, respectively. A rolling device that presses against the workpiece to form irregularities on the outer periphery of the workpiece,
Each of the plurality of drive shafts is fixed and provided with a plurality of plane dies.
During the rolling forming, each of the plane dies sandwiches the shaft portion of the workpiece, and the distance between the center of the workpiece and the outer peripheral surface of the plane die is constant.
また、前記ワークの転造形成中において、前記ワークの中心と前記各プレーンダイスの外周面との間の距離が一定となるような曲面により前記各プレーンダイスの断面形状の一部を形成したことを特徴とする。 Further, during the rolling formation of the workpiece, a part of the cross-sectional shape of each plane die is formed by a curved surface in which the distance between the center of the workpiece and the outer peripheral surface of each plane die is constant. It is characterized by.
また、前記各プレーンダイスの断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする。 In addition, a part of the cross-sectional shape of each of the plane dies is a non-circular shape.
また、本発明のプレーンダイスは、
ワークを挟んで、回転駆動されながら前記ワークに押圧されることにより前記ワークの外周に凹凸を転造形成する複数の転造丸ダイスとともに回転駆動軸に固定された、複数のプレーンダイスであって、
前記ワークの転造形成中において、前記ワークの軸部を挟み込むとともに、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定であることを特徴とする。
The plane die of the present invention is
A plurality of plane dies fixed to a rotation drive shaft together with a plurality of rolling round dies that roll and form irregularities on the outer periphery of the workpiece by being pressed against the workpiece while being driven to rotate while sandwiching the workpiece. ,
During the rolling formation of the workpiece, the shaft portion of the workpiece is sandwiched, and the distance between the outer peripheral surface and the center of the workpiece is constant.
また、前記ワークの転造形成中において、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定となるような曲面により断面形状の一部が形成されたことを特徴とする。 In addition, a part of the cross-sectional shape is formed by a curved surface in which the distance between the outer peripheral surface and the center of the workpiece is constant during the rolling formation of the workpiece.
また、断面形状の一部を非真円形状にしたことを特徴とする。 In addition, a part of the cross-sectional shape is a non-circular shape.
本発明によれば、ワークにねじ等の凹凸を転造する際に生じる軸の曲がりを十分に防止することができるプレーンダイス及びこれを備えた転造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plain die that can sufficiently prevent the bending of the shaft that occurs when rolling irregularities such as screws on a workpiece, and a rolling device including the same.
本発明の実施の形態に係る転造装置について、以下図面を参照して説明する。 A rolling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
転造装置1は、図1に示すように、一対の転造丸ダイス11,12と、一対の対向して配置されたプレーンダイス13,14と、一方の転造丸ダイス11及び一方のプレーンダイス13、および、他方の転造丸ダイス12及び他方のプレーンダイス14がそれぞれ同軸上に固定された駆動軸15,16と、駆動軸15,16をそれぞれ回転自在に支持する支持フレーム17,18と、ワーク10を回転自在に保持するブッシュ19とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
また、転造装置1は、図1に示すように、駆動軸15,16をそれぞれ駆動するサーボモータ20,21と、支持フレーム18を駆動軸16の長手方向と直角な方向に移動可能にするサーボモータ22と、支持フレーム18の位置を検出する位置センサ23と、駆動軸15,16の回転角度を検出する角度センサ24,25と、図示しないNC制御装置とを備えている。NC制御装置は、サーボモータ20,21を同方向に同期して回転させる機能と、サーボモータ22を駆動して支持フレーム18を移動させて駆動軸15,16間の距離を調整する機能を有する。
Further, as shown in FIG. 1, the
ワーク10は、ウォームシャフトであって、ねじ部10aと、第1軸部10bと、第2軸部10cと、切上がり部10d,10eとからなる。なお、図1におけるワーク10は、ねじ転造後のワーク10を表しており、ねじ転造前においては、ねじ部10aは、ねじが形成されていないねじ転造成形部10aである。
The
一対の転造丸ダイス11,12は、同方向に同速度で回転駆動され、それぞれの間にワーク10のねじ転造成形部10aを挟んで加圧することにより、ワーク10を塑性変形させ、ねじ部10aを形成する。一対の転造丸ダイス11,12は、同じ形状の丸ダイスで、中央に駆動軸15,16が挿嵌される孔11d,12d(図2)が形成された円柱状の部材で構成されている。転造丸ダイス11,12の外周面には、転造するねじ山11a,12aが形成されている。転造丸ダイス11,12はキー31,32(図2)により駆動軸15,16にそれぞれ固定されている。
The pair of rolling round
一対のプレーンダイス13,14は、同方向(図2において反時計回り方向)に同速度で回転駆動され、それぞれの間にワーク10の第1軸部10bを挟んで加圧することにより、ワーク10の軸の曲がりを防止する。一対のプレーンダイス13,14は、図2に示すように、同じ形状のダイスで、中央に駆動軸15,16が挿嵌される孔13d,14dが形成された略円柱状の部材で構成されている。プレーンダイス13,14は、キー31,32により駆動軸15,16にそれぞれ固定されている。プレーンダイス13,14は、例えば、ダイス鋼製で表面に焼き入れ硬化が施されている。
The pair of plane dies 13 and 14 are rotationally driven at the same speed in the same direction (counterclockwise direction in FIG. 2), and pressurize the
プレーンダイス13,14の外周表面は駆動軸15,16の長手方向にそれぞれ平らに形成されている。プレーンダイス13,14の外周面の断面形状は、図2に示すように、それぞれ、切込み部13a,14aと、ドゥエル部13b,14bと、連結部13c,14cとから構成されている。プレーンダイス13,14がワーク10の第1軸部10bと最初に接する部分を基準(回転角0度(360度))として、プレーンダイス13,14の断面形状において、回転角が0度から135度の部分が切込み部13a,14a、回転角が135度から180度の部分がドゥエル部13b,14b、180度から360度の部分が連結部13c,14cを構成する。
The outer peripheral surfaces of the plane dies 13 and 14 are formed flat in the longitudinal direction of the
プレーンダイス13,14の回転角が0度から180度直前になるまでの間に、ワーク10のねじ転造が行われる。ワーク10のねじ転造が行われている間は、プレーンダイス13,14の切込み部13a,14aおよびドゥエル部13b,14bは、ワーク10の第1軸部10bと常に接触している。すなわち、ワーク10のねじ転造が行われている間においては、各プレーンダイス13,14の外周面とワーク10の中心との距離は一定となる。プレーンダイス13,14の回転角が180度直前になるまで回転されると、支持フレーム18を介してプレーンダイス14をワーク10から後退させる。
The thread rolling of the
切込み部13a,14aは、駆動軸15,16の間の距離の変化に対応した非真円形状(カム状)になっている。すなわち、駆動軸15,16間の距離は、転造丸ダイス11,12によるワーク10へのねじ転造が進むにしたがって、小さくなっていくので、この小さくなっていく駆動軸15,16の間の距離に対応させて、プレーンダイス13,14の切り込み部13a,14aにおける径rを回転角が大きくなるに応じて小さくなるような曲面にする。このようにすれば、各プレーンダイス13,14の外周面とワーク10の中心との距離は一定となり、切込み部13a,14aとワーク10の第1軸部10bとが接触している状態を保つことができる。
The
ドゥエル部13b,14bは、真円形状の一部からなる。プレーンダイス13,14の回転角が135度になると、支持フレーム18を介して可動なプレーンダイス14は前進端の状態となり、最もワーク10に接近した状態となり停止する。したがって、駆動軸15,16間の距離は一定となるために、ドウェル部13b,14bにおける径rが一定であっても、ドウェル部13b,14bとワーク10の第1軸部10bとが接触している状態を保つことができる。
The
連結部13c,14cは、切込み部13a,14aとドゥエル部13b,14bとを連結する曲線形状となっている。なお、連結部13c,14cは、転造には使用されない。
The connecting
次に、本実施の形態の転造装置を用いてワーク10にねじを転造する方法について説明する。
まず、ワーク10をブッシュ19に保持させる。駆動軸15,16に、転造丸ダイス11,12の孔11d,12dおよびプレーンダイス13,14の孔13d,14dを嵌合させる。駆動軸15,16に設けられたキー31,32により、駆動軸15,16に対して転造丸ダイス11,12およびプレーンダイス13,14が回転しないように取り付けられる。
Next, a method for rolling a screw on the
First, the
そして、転造装置を稼働する。転造装置のNC制御装置は、サーボモータ20,21を駆動し、駆動軸15,16を所定の回転速度で回転させる。NC制御装置は、位置センサ23から与えられる駆動軸16の位置情報を参照した数値制御により、サーボモータ22を駆動し、支持フレーム18をワーク10側に所定距離接近させる。
Then, the rolling device is operated. The NC control device of the rolling device drives the
転造装置のNC制御装置は、角度センサ24,25から与えられる駆動軸15,16の回転角度に基づき、転造丸ダイス11,12およびプレーンダイス13,14の回転角度を検出している。NC制御装置は、回転角度からプレーンダイス13の切込み部13aとプレーンダイス14の切込み部14aとが対向する状態になったことを検知したときに、サーボモータ22を駆動し、支持フレーム18をワーク10側へと更に移動させる。転造丸ダイス11,12が、ワーク10のねじ転造成形部10aを挟んで加圧してワーク10に回転を与えながらねじ転造を開始するのと同時に、プレーンダイス13,14の切込み部13a,14aが、ワーク10の第1軸部10bと接触して第1軸部10bを挟み込むことにより加圧する。
The NC control device of the rolling device detects the rotation angles of the rolling round dies 11 and 12 and the plain dies 13 and 14 based on the rotation angles of the
NC制御装置は、プレーンダイス13,14の回転角が135度になると、支持フレーム18のワーク10側への移動を停止させて、プレーンダイス13,14のドゥエル部13b,14bがワーク10の第1軸部10bと接触して挟み込んで加圧するとともに、転造丸ダイス11,12によりワーク10のねじ転造形成部10aにねじ転造の仕上げ工程等が施される。
When the rotation angle of the plane dies 13 and 14 reaches 135 degrees, the NC control device stops the movement of the
そして、NC制御装置は、プレーンダイス13,14の回転角が180度の直前になると、サーボモータ22を駆動して支持フレーム18をワーク10側とは逆側へ移動させて元の位置に戻す。これにより、転造丸ダイス11,12およびプレーンダイス13,14はワーク10から完全に離れて、ワーク10にはねじ部10aが形成され、ワーク10へのねじ転造は終了する。NC制御装置は、サーボモータ20,21を停止させるとともに、サーボモータ22を停止させる。
Then, when the rotation angle of the plane dies 13 and 14 is just before 180 degrees, the NC control device drives the
このように本実施の形態の転造装置では、ワーク10のねじ転造工程中においては、プレーンダイス13,14とワーク10の第1軸部10bとを常に接触させ、挟み込んで加圧するようにしたので、ワーク10の軸に大きな曲げモーメントが生じることがなくなり、ワーク10の軸の曲がりを十分に防止することができる。また、ウォームシャフト(ワーク10)全体の精度もより高くなり、ウォームシャフト(ワーク10)の第1軸部10b,第2軸部10cの長さの精度も向上する
As described above, in the rolling device of the present embodiment, during the thread rolling process of the
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ワーク10が、ウォームシャフトである例について説明したが、ワーク10は、転造丸ダイス11,12で押圧することにより、表面に転造丸ダイス11,12のねじ山に対応するねじの谷が転造されるものであればよく、本発明はこのような転造全般に有効である。すなわち、上記実施の形態では、ワーク10にねじを転造する例について説明したが、ワーク10に転造形成する凹凸は、ねじに限られず、例えばローレット、セレーション、フォーミング、ウォーム等の凹凸も含まれる。
While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、上記実施の形態では、2つの駆動軸15,16を備えた転造装置の例について説明したが、駆動軸の数は2つに限られず、転造丸ダイス及びプレーンダイスは任意の数の駆動軸に取り付けることができる。
Moreover, although the example of the rolling apparatus provided with the two
また、上記実施の形態では、プレーンダイス13,14の断面形状において、回転角が0度から135度の部分が切込み部13a,14a、回転角が135度から180度の部分がドゥエル部13b,14b、180度から360度の部分が連結部13c,14cとする例について説明したが、ワーク10の径の大きさや形状等に応じて、切込み部13a,14a、ドゥエル部13b,14b、および、連結部13c,14cの配分は任意に設定できる。
Further, in the above embodiment, in the cross-sectional shape of the plane dies 13 and 14, the portions where the rotation angle is 0 to 135 degrees are the
また、上記実施の形態では、一対のプレーンダイス13,14および一対の転造丸ダイス11,12を備えた例について説明したが、プレーンダイスまたは転造丸ダイスの数は3個以上であってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example provided with a pair of plane dies 13,14 and a pair of rolling round dies 11,12, the number of plane dies or rolling round dies is three or more. Also good.
また、上記実施の形態では、数値制御装置をもつ転造装置について説明したが、数値制御装置をもたない転造装置についても有効である。 In the above embodiment, the rolling device having the numerical control device has been described. However, the rolling device having no numerical control device is also effective.
また、上記実施の形態では、ワーク10をブッシュ19により保持する例について説明したが、一対のセンタによりワーク10の両端を保持するようにしてもよい。 Moreover, although the example which hold | maintains the workpiece | work 10 with the bush 19 was demonstrated in the said embodiment, you may make it hold | maintain both ends of the workpiece | work 10 with a pair of center.
1 転造装置
10 ワーク
10a ねじ部(ねじ転造成形部)
10b 第1軸部
11,12 転造丸ダイス
13,14 プレーンダイス
13a,14a 切込み部
13b,14b ドゥエル部
13c,14c 連結部
15,16 駆動軸
17,18 支持フレーム
DESCRIPTION OF
10b
Claims (6)
前記複数の駆動軸にそれぞれ固定されるとともに、複数のプレーンダイスを備え、
転造形成中において、前記各プレーンダイスが前記ワークの軸部を挟み込むとともに、前記ワークの中心と前記プレーンダイスの外周面との間の距離が一定であることを特徴とする転造装置。 The plurality of rolling round dies are rotated while driving the plurality of rolling round dies through the plurality of driving shafts by sandwiching a workpiece between the plurality of rolling round dies fixed to the plurality of driving shafts, respectively. A rolling device that presses against the workpiece to form irregularities on the outer periphery of the workpiece,
Each of the plurality of drive shafts is fixed and provided with a plurality of plane dies.
The rolling apparatus characterized in that, during rolling forming, each of the plane dies sandwiches the shaft portion of the workpiece, and the distance between the center of the workpiece and the outer peripheral surface of the plane die is constant.
前記ワークの転造形成中において、前記ワークの軸部を挟み込むとともに、外周面と前記ワークの中心との間の距離が一定であることを特徴とするプレーンダイス。 A plurality of plane dies fixed to a rotation drive shaft together with a plurality of rolling round dies that roll and form irregularities on the outer periphery of the workpiece by being pressed against the workpiece while being driven to rotate while sandwiching the workpiece. ,
A plane die characterized by sandwiching a shaft portion of the workpiece during rolling forming of the workpiece and having a constant distance between the outer peripheral surface and the center of the workpiece.
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