JP2007098420A - スピニング加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スピニング加工により管材の管端に縮径部を形成する際、加工ローラを、被加工管の端部を越えて軸方向に往復させるのではなく、管端の直前までの往復にとどめ、管端が受ける縮径加工量を管端以外の加工部よりも小さくし、加工端にいわゆるラッパ状の突起部を形成することにより、母材部の加工端、あるいは溶接部の加工端を起点とした破断や、加工中のしわの発生を防ぐ。
【選択図】図2
Description
図1は、このようなケース1が、素材である大径の管の部分(1c)、前後の部材と接続するために設けられるテーパ部(1b)及びテーパ部に連続した小径の直管部(1a)から構成されている例を示す。そして、その成形方法としては、スピニング加工方法が用いられる場合が多くなっている。
例えば、特許文献1には、被加工管の外周に加工ローラを押し当ててスピニング加工することによりコンバーターケースを製造することが記載されている。
しかしながら、プレス成形方法と比較して、スピニング加工法では加工ローラを被加工管の軸方向へ繰返し往復動させて成形を進めるため、塑性変形により材料が管端方向に移動しやすく、特にテーパ部の板厚が被加工管の素材板厚よりも局所的に減少する傾向がある。また、縮径された母材部の加工端、あるいは被加工管が電縫管の場合には管端の溶接部の加工端を起点とする破断が起こりやすい。さらに、加工速度を高速度化した場合には、スピニング加工中に加工部にしわが発生し、所定の加工部形状が得られない、といった成形不良が発生しやすくなる。
本発明は、このような問題を解消するために案出されたものであり、管端に加工ローラを当接して縮径部を形成する際に、母材部の加工端、あるいは溶接部の加工端を起点とした破断が生じたり、スピニング加工中にしわが発生したりすることのないスピニング加工方法を提供することを目的とする。
その結果、加工ローラを、被加工管の端部を越えて軸方向に往復させるのではなく、管端の直前までの往復にとどめ、管端が受ける縮径加工量を管端以外の加工部よりも小さくし、加工端にいわゆるラッパ状の突起部を形成するように加工する(図2参照)ことが有効であることを見出した。
以下にその詳細を説明する。
すなわち、スピニング加工により被加工管の端部に縮径部を形成する際に、被加工部は塑性変形により加工硬化して徐々に変形し難くなる。さらに縮径加工を続けると、加工硬化の歪みにより変形の限界に達し、縮径加工部破断が発生する。その際、材料拘束が小さく局所変形による歪みが集中しやすい母材部の加工端や、母材部に比べて変形抵抗が大きく局所変形による歪みが集中しやすい溶接部の加工端を起点として破断が発生する。また、破断に至らない場合でも、縮径加工により管の周長が変化する際に、材料拘束が小さい管端部では材料余りや不均一変形となりやすく、管端部でしわが発生する。
管端の先端部分での塑性変形量を小さくするため、あるいは周方向への材料拘束を増加するためには、加工ローラを、被加工管の端部を越えて往復させるのではなく、管端の縁までの往復にとどめ、管端が受ける縮径加工量を、最も縮径加工が激しいテーパ部終端あるいはそれに連続する小径の直管部よりも小さくし、加工端にいわゆるラッパ状の突起部を形成するように加工することが有効であることを見出したものである。
なお、スピニング加工が終わった後に、形成されたラッパ状の突起部を切断・除去することにより所望形状の縮径部が得られる。
降伏強さ251MPa,引張強さ428MPa,伸び36%の機械的特性を有する板厚1.2mmのフェライト系ステンレス鋼板を素材として用い、プラズマ溶接により直径120mmとなるように造管した素管を被加工管とした。
図3に示すように、同軸型スピニング加工の目標形状は、テーパ角θ=60度とし、縮径した直管部の直径d0=36〜84mm(縮径率30〜70%),縮径した直管部の長さL0=20〜50mmとした。
なお、スピニング加工条件として、加工パス数を7パス,軸方向の送り速度を4500mm/分で一定とした。
図中、○は破断もしわも発生していない縮径率,直管部長さの加工条件、×は溶接部の加工端で破断が発生した加工条件、◆は加工端でしわが発生した加工条件を示す。
加工端のラッパ状突起部の有無によらず、縮径率が高いほど、また直管部長さが長いほど、溶接部の加工端を起点とする破断及び加工端でのしわが発生しやすくなる。図5の(a)にみられるように、加工端にラッパ状の突起部を形成させることにより、図5の(b)の突起部を形成しない場合と比較して、破断及びしわの発生が抑制され、成形可能範囲が拡大することがわかる。
降伏強さ239MPa,引張強さ426MPa,伸び36%の機械的特性を有する板厚1.0mmのフェライト系ステンレス鋼板を素材として用い、プラズマ溶接により直径120mmとなるように造管した素管を被加工管とした。
図3に示すように、同軸型スピニング加工の目標形状は、テーパ角θ=60度とし、縮径した直管部の直径d0=36〜84mm(縮径率30〜70%),縮径した直管部の長さL0=20〜50mmとした。
なお、この実施例では、スピニング加工条件として、加工パス数を5パス,軸方向の送り速度を8000mm/分で一定とした。
図中、○は破断もしわも発生していない縮径率,直管部長さの加工条件、▲は母材部の加工端で破断が発生した加工条件、×は溶接部の加工端で破断が発生した加工条件、◆は加工端でしわが発生した加工条件を示す。
実施例1と比べると1パス当り及び単位時間当たりの加工量が大きくなっているために、成形可能範囲が狭くなっている。
実施例1と同様、加工端のラッパ状突起部の有無によらず、縮径率が高いほど、また直管部長さが長いほど、母材部の加工端あるいは溶接部の加工端を起点とする破断及び加工端でのしわが発生しやすくなる。図6の(a)にみられるように、加工端にラッパ状の突起部を形成させることにより、図6の(b)の突起部を形成しない場合と比較して、破断及びしわの発生が抑制され、成形可能範囲が拡大することがわかる。
これにより、スピニング加工により製造した部品の品質を改善できる。さらに、成形可能範囲が拡がることから、所定形状の部品を得るためのスピニング加工条件の設定が容易となり、開発期間の短縮,開発コストの低減が可能となる。
Claims (1)
- 被加工管と、当該被加工管の外周に配置されてその周りを相対的に公転する加工ローラを用い、前記加工ローラを前記被加工管の半径方向へ移動させつつ軸方向に往復動させることにより被加工管の端部に向けて次第に縮径するテーパ部と、必要に応じてそれに連続する小径の直管部を形成する際、前記加工ローラの軸方向の往復動において管端に達する直前で折り返させて被加工管の管端に突起部を形成した加工を行うことを特徴とするスピニング加工方法。
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JP2009195942A (ja) * | 2008-02-21 | 2009-09-03 | Nisshin Steel Co Ltd | スピニング加工方法 |
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JP2003342694A (ja) * | 2002-05-23 | 2003-12-03 | Jfe Steel Kk | スピニング加工性に優れた排気系膨径部材用のフェライト系ステンレス鋼 |
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