JP2008126236A

JP2008126236A - 塑性加工方法

Info

Publication number: JP2008126236A
Application number: JP2006310363A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iio; 良夫飯尾; Junji Kishino; 純治岸野
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】中空円筒状のワークの端部を半球状等に絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工を、高精度に、かつ、作業効率よく行うことができる塑性加工方法を提供すること。
【解決手段】主軸２に中空円筒状のワークＷを取り付け、ワークＷの端部を絞り成形する所定形状の段部を備えた段付ローラＲを主軸２の軸心のまわりに配設し、ワークＷを回転させながら段付ローラＲの段部をワークＷの端部に押し当て、ワークＷの端部を絞り成形する塑性加工方法において、ワークＷの先端面Ｗ１と、段付ローラＲの段部の角部同士を結んだ面Ｌｏとの間に所定の隙間Ｃを設けた状態で、段付ローラＲの段部をワークＷの端部に押し当て、ワークＷの端部を絞り成形するとともに、成形したワークＷの絞り成形部の頂部に孔部Ａが形成されるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、中空円筒状のワークの塑性加工方法に関し、特に、中空円筒状のワークの端部を半球状等に絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工方法に関するものである。

従来、中空円筒状のワークの端部を半球状に絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工方法として、回転する主軸に取り付けた凹入球面のダイに、中空円筒状のワークを押し込んで、ワークの端部を半球状に成形するとともに、このとき、ダイの凹入球面の奥部から中子を突出させることにより、ワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする回転ダイス方式のもの（特許文献１参照）や、凹入球面が形成された成形型に、事前に肉厚調整したワークを端部から押し込んで、成形したワークの成形部の頂部に孔部が形成されるようにするプレス方式のもの（特許文献２及び３参照）が知られている。
さらに、中空円筒状のワークに塑性加工を施し、その端部を半球状に成形する塑性加工方法として、ワークを回転する主軸に固定し、主軸の軸心を挟んで対向して配設した絞りローラによってワークの端部を半球状に塑性加工する方法も提案されている（例えば、特許文献４参照）。

ところで、特許文献１に記載のものは、固定されているワーク（素管）の表面が回転ダイスで擦られることから、成形後のワークの表面が肌荒れし（表面性状が損なわれ）、肌荒れしたワークでは商品とならないのでワークの表面を再研磨する必要があり、生産性が悪いという問題があった。また、ワークを凹入球面のダイに押し付けることから、ワークの肉厚が薄い場合には、座屈変形を生じる不都合もある。

また、特許文献２及び３に記載のものは、ワークの端部の所定長に亘って事前に肉厚調整加工を施しておく必要があることから、生産性が悪いという問題があった。

また、特許文献４に記載のものは、ワークの端部を半球状に成形することはできるものの、成形したワークの成形部の頂部に所定径の孔部を形成するものではない。
特開昭５８−１７６０２９号公報特公昭５５−９２５５号公報特公昭５１−２３３９２号公報実用新案登録第３０７８０５５号公報

本発明は、上記従来の塑性加工方法の有する問題点に鑑み、中空円筒状のワークの端部を半球状等に絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工を、高精度に、かつ、作業効率よく行うことができる塑性加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の塑性加工方法は、主軸に中空円筒状のワークを取り付け、ワークの端部を絞り成形する所定形状の段部を備えた段付ローラを主軸の軸心のまわりに配設し、ワークを回転させながら段付ローラの段部をワークの端部に押し当て、ワークの端部を絞り成形する塑性加工方法において、ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に所定の隙間を設けた状態で、段付ローラの段部をワークの端部に押し当て、ワークの端部を絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにしたことを特徴とする。

この場合において、ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に設ける隙間の寸法を、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径に基づいて設定することができる。

また、ワークの内側に、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径を規定するマンドレルを配設して、ワークの端部を絞り成形することができる。

本発明の塑性加工方法によれば、ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に所定の隙間を設けた状態で、段付ローラの段部をワークの端部に押し当て、ワークの端部を絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにすることにより、中空円筒状のワークの端部を絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工を、高精度に、かつ、作業効率よく行うことができる。

また、ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に設ける隙間の寸法を、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径に基づいて設定するようにしたり、ワークの内側に、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径を規定するマンドレルを配設して、ワークの端部を絞り成形することにより、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部を、高い寸法精度で形成することができる。

以下、本発明の塑性加工方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の塑性加工方法の第１実施例を示す。

この塑性加工方法に使用する塑性加工装置１は、回転する主軸２に配設したチャック３と、ワークＷの半径ｒと同一寸法の円弧状の段部を備えた２個の段付ローラＲとを備え、この段付ローラＲを主軸２の軸心を挟んで対向して配設するようにしている。

この塑性加工装置１は、主軸２に中空円筒状のワークＷを取り付け、ワークＷの半径ｒと同一寸法の円弧状の段部を備えた段付ローラＲを主軸２の軸心を挟んで対向して配設し、ワークＷを回転させながら、段付ローラＲの円弧状の段部をワークＷの端部に押し当て、ワークＷの端部を半球状等の所定の形状（本実施例においては、半球状）に絞り成形するもので、より具体的には、ワークＷの先端面Ｗ１と、対向する段付ローラＲの円弧状の段部の角部Ｒ１同士を結んだ面Ｌｏとの間に所定の隙間Ｃを設けた状態で、段付ローラＲの円弧状の段部をワークＷの端部に押し当て、ワークＷの端部を半球状に成形するとともに、成形したワークＷの半球状の絞り成形部の頂部に孔部Ａが形成されるようにしている。

この場合において、ワークＷの先端面Ｗ１と、対向する段付ローラＲの円弧状の段部の角部Ｒ１同士を結んだ面Ｌｏとの間に設ける隙間Ｃの寸法を、ワークＷの半球状の絞り成形部の頂部に形成する孔部Ａの内径ｄに基づいて設定することにより、ワークＷの半球状の絞り成形部の頂部に形成する孔部Ａを、高い寸法精度で形成することができる。

すなわち、ワークＷの半径ｒの半球状部の表面積Ｓ１は、
Ｓ１＝２×π×ｒ^２
で表される。
また、ワークＷの先端面Ｗ１と、対向する段付ローラＲの円弧状の段部の角部Ｒ１同士を結んだ面Ｌｏとの間に設ける隙間Ｃと、塑性加工されるワークＷの側面の表面積Ｓ２とは、
Ｓ２＝２×π×ｒ×Ｌ＝２×π×ｒ×（ｒ−Ｃ）
ここで、Ｌ：塑性加工されるワークＷの側面の長さ
の関係にある。
孔部Ａの面積Ｓｏは、
Ｓｏ＝Ｓ１−Ｓ２＝２×π×ｒ×Ｃ
となる。
ここで、孔部Ａの面積Ｓｏと、孔部Ａの内径ｄとは、
Ｓｏ＝π×ｄ^２／４
の関係にある。
したがって、隙間Ｃを孔部Ａの内径ｄで表すと、
Ｃ＝ｄ^２／（８×ｒ）
となる。
なお、実際には、ワークＷの内面側の肉が孔部Ａを小径にする方向に流れるから、
Ｃ＝ｄ^２／（８×ｒ）＋Ｋ
ここで、Ｋ：ワークＷの厚みによって定まる定数
となる。

以下、上記塑性加工装置１を用いて、ワークＷの端部を半球状に成形するとともに、成形したワークＷの半球状の絞り成形部の頂部に孔部Ａが形成されるようにする塑性加工方法について説明する。

まず、ワークＷをチャック３で把持、固定する（図１及び図２参照）。
この際、ワークＷの先端面Ｗ１と、対向する段付ローラＲの円弧状の段部の角部Ｒ１同士を結んだ面Ｌｏとの間に所定の隙間Ｃを設けるようにする。
ここで、隙間Ｃが、上記計算式：Ｃ＝ｄ^２／（８×ｒ）＋Ｋによって導出される値となるように、段付ローラＲの主軸２の軸心方向（Ｚ軸方向）の位置を決定する。
なお、隙間Ｃの設定は、段付ローラＲ側で行うほか、これに代えて、チャック３でワークＷを把持、固定する際にワークＷの先端位置を調節することにより行うようにしてもよい。

そして、段付ローラＲを主軸２の軸心に対して直角方向（Ｘ軸方向）に移動させることにより、ワークＷを回転させながら、段付ローラＲの円弧状の段部をワークＷの端部に押し当て、ワークＷの端部を半球状になるように成形する（図３参照）。

その後、さらに、段付ローラＲを主軸２の軸心に対して直角方向（Ｘ軸方向）に移動させることにより、ワークＷの端部を半球状に成形するとともに、成形したワークＷの半球状の絞り成形部の頂部に孔部Ａが形成されるようにする（図４参照）。
この場合、対向して配設した段付ローラＲ同士が接触することのないように、段付ローラＲの主軸２の軸心に対して直角方向（Ｘ軸方向）への移動距離を制限する規制手段（図示省略）を設けることが好ましい。

図５に、本発明の塑性加工方法の第２実施例を示す。
この塑性加工方法に使用する塑性加工装置は、上記第１実施例の塑性加工方法に使用する塑性加工装置において、ワークＷの内側に、さらに、ワークＷの絞り成形部の頂部に形成する孔部Ａの内径を規定する円柱状の突起Ｍａを備えたマンドレルＭを配設して、ワークＷの端部を絞り成形するようにしたものである。
このようなマンドレルＭを用いて絞り成形を行うことにより、上記第１実施例の塑性加工方法における定数Ｋを設定することなく、ワークＷの絞り成形部の頂部に形成する孔部Ａを、高い寸法精度で形成することができる。
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例と同様である。

以上、本発明の塑性加工方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、２個の段付ローラＲを主軸２の軸心を挟んで対向して配設することに代えて、図６に示すように、３個の段付ローラＲを主軸２を中心にして１２０°の角度間隔で配設するようにする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができ、また、ワークの端部を絞り成形する形状も、実施例で例示した半球状のほか、砲弾頭（流線）形状、裁頭円錐形状等に成形することもでき、これを排除するものでない。

本発明の塑性加工方法は、中空円筒状のワークの端部を半球状等に絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにする塑性加工を、高精度に、かつ、作業効率よく行うことができることから、新規の塑性加工装置のほか、既設の塑性加工装置においても、好適に用いることができる。

本発明の塑性加工方法を実施するための塑性加工装置の概略平面図である。本発明の塑性加工方法の第１実施例を示す塑性加工前の状態の説明図である。同塑性加工開始後の状態の説明図である。同塑性加工終了時の状態の説明図である。本発明の塑性加工方法の第２実施例を示す説明図である。段付ローラの配設位置を示し、（ａ）は２個の段付ローラの場合、（ｂ）は３個の段付ローラの場合を示す。

符号の説明

１塑性加工装置
２主軸
３チャック
Ａ孔部
Ｃ隙間
Ｌｏ段付ローラの円弧状の段部の角部同士を結んだ面
Ｍマンドレル
Ｍａ突起
Ｒ段付ローラ
Ｒ１段付ローラの円弧状の段部の角部
Ｗワーク
Ｗ１ワークの先端面

Claims

主軸に中空円筒状のワークを取り付け、ワークの端部を絞り成形する所定形状の段部を備えた段付ローラを主軸の軸心のまわりに配設し、ワークを回転させながら段付ローラの段部をワークの端部に押し当て、ワークの端部を絞り成形する塑性加工方法において、ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に所定の隙間を設けた状態で、段付ローラの段部をワークの端部に押し当て、ワークの端部を絞り成形するとともに、成形したワークの絞り成形部の頂部に孔部が形成されるようにしたことを特徴とする塑性加工方法。
ワークの先端面と、段付ローラの段部の角部同士を結んだ面との間に設ける隙間の寸法を、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径に基づいて設定することを特徴とする請求項１記載の塑性加工方法。
ワークの内側に、ワークの絞り成形部の頂部に形成する孔部の内径を規定するマンドレルを配設して、ワークの端部を絞り成形することを特徴とする請求項１記載の塑性加工方法。