JP2009119470A

JP2009119470A - 筒状の素材のしごき加工方法及びその装置

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Publication number: JP2009119470A
Application number: JP2007293059A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iio; 良夫飯尾; Shigeo Murata; 重雄村田
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-06-04

Abstract

【課題】筒状の素材が破断することなく、例えば、肉厚が０．１ｍｍ以下の薄肉状にしごき加工することができる筒状の素材のしごき加工方法を提供すること。
【解決手段】回転駆動される主軸２の先端に配設した金型３と、金型３に外嵌した筒状の素材Ｗの外表面に外周面を当接させた状態で、金型３に沿って平行に移動しながら素材Ｗにしごき加工を施す成形ローラＲとを備えたしごき加工装置１を用いた筒状の素材のしごき加工方法において、筒状の素材Ｗの外表面との当接面が、金型３に対して平行に位置する複数の突条状の外周部Ｔを並設した形状に形成されてなる成形ローラＲを、金型３に沿って平行に移動させることにより、素材Ｗにしごき加工を施す。
【選択図】図１

Description

本発明は、筒状の素材のしごき加工方法及びその装置に関し、特に、筒状の素材を薄肉状にしごき加工する筒状の素材のしごき加工方法及びその装置に関するものである。

従来、筒状の素材を薄肉状にしごき加工する筒状の素材のしごき加工装置として、図５に示すような筒状の素材のしごき加工装置２０が提案されている。
この筒状の素材のしごき加工装置２０は、回転駆動される主軸２の先端に配設した金型３と、金型３に外嵌した筒状の素材Ｗに対して張力を付与する張力付与機構４と、筒状の素材Ｗの外表面にしごき加工を施す成形ローラＲ’とを備えている。
筒状の素材Ｗは、開口端に鍔部Ｗａを有する形状をし、主軸２の先端に配設した所定長の金型３に取り付け、鍔部Ｗａに押金５の係合爪５ａを係合させるようにしている。
押金５は、ベアリングケース５ｂと、ベアリングケース５ｂ内のベアリングに嵌合され、筒状の素材Ｗの回転に伴って回転する係合爪５ａとを備え、ベアリングケース５ｂは、張力付与機構４と連結棒４ａを介して連結され、張力付与機構４の移動に伴って、図５において左側に移動し、鍔部Ｗａを介して筒状の素材Ｗに張力を付与するようにしている。

そして、この筒状の素材のしごき加工装置２０を使用したしごき加工方法は、図６に示すように、主軸２を電動機等の駆動手段（図示省略）によって回転させながら、押金５を主軸２側に移動させることによって筒状の素材Ｗに張力を付与しつつ、押金５の移動に同調させるように成形ローラＲ’を筒状の素材Ｗの端部から当接させ、金型３に沿って平行に移動しながら素材Ｗに複数パス（３〜５回程度）のしごき加工を施すことによって、筒状の素材Ｗを薄肉状に成形するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、比較的小さい管径の金属管体を加工対象として、その端部を緩勾配の長い先細テーパ状に絞り加工を施す絞り加工装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２８６６３４号公報特開２０００−３０１２４６号公報

ところで、上記筒状の素材のしごき加工装置２０によって筒状の素材Ｗを薄肉状にしごき加工する場合、例えば、全長８０ｍｍ、外径３０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ程度の筒状の素材Ｗに対して、肉厚０．１ｍｍ以下を目標にしごき加工を施す場合では、成形ローラＲ’が筒状の素材Ｗの外表面と当接する箇所となる円弧部分Ｃ’の円弧径（図６、図７に示すように、成形ローラＲ’を側面視した場合の素材の外表面と当接する円弧部分の円弧径をいう。以下同じ。）は、筒状の素材Ｗを薄くしごき加工を施すことを目的としては、可能な範囲で小さい方が好ましい。
一方、しごき加工が進み、筒状の素材Ｗの肉厚が薄くなっていくのに伴って、筒状の素材Ｗの耐剪断力が低下するため、小さい加工力でも薄肉状になった筒状の素材Ｗが破断しやすくなる。
特に、従来の成形ローラＲ’は、筒状の素材Ｗの外表面の１箇所に当接にするように形成されているため、加工力が筒状の素材Ｗの外表面の１箇所に集中することによって、図７に示すように、筒状の素材Ｗの成形ローラＲ’が当接する箇所に亀裂Ｋが生じたり、しごき加工を施されたすぐ後にその部分の素材が金型から離間して筒状の素材Ｗが破断してしまうという問題があった。

また、端部を緩勾配の長い先細テーパ状に絞り加工を施す絞り加工装置では、管体の外径及び内径を共に縮管するもので、筒状の素材を薄肉状に成形することができないという問題があった。

本発明は、上記従来の筒状の素材のしごき加工方法及び装置の有する問題点に鑑み、筒状の素材が破断することなく、例えば、肉厚が０．１ｍｍ以下の薄肉状にしごき加工することができる筒状の素材のしごき加工方法及びその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の筒状の素材のしごき加工方法は、回転駆動される主軸の先端に配設した金型と、該金型に外嵌した筒状の素材の外表面に外周面を当接させた状態で、前記主軸に沿って平行に移動しながら前記素材にしごき加工を施す成形ローラとを備えたしごき加工装置を用いた筒状の素材のしごき加工方法において、前記筒状の素材の外表面との当接面が、前記主軸に対して平行に位置する複数の突条状の外周部を並設した形状に形成されてなる成形ローラを、前記主軸に沿って平行に移動させることにより、前記素材にしごき加工を施すことを特徴とする。

また、上記方法に使用する本発明の筒状の素材のしごき加工装置は、回転駆動される主軸の先端に配設した金型と、該金型に外嵌した筒状の素材の外表面に外周面を当接させた状態で、前記主軸に沿って平行に移動しながら前記素材にしごき加工を施す成形ローラとを備えたしごき加工装置において、前記成形ローラの前記筒状の素材の外表面との当接面が、前記主軸に対して平行に位置する複数の突条状の外周部を並設した形状に形成されてなることを特徴とする。

また、前記複数の突条状の外周部が、同一の外径を有するように構成することができる。

本発明の筒状の素材のしごき加工方法及びその装置によれば、成形ローラの前記筒状の素材の外表面との当接面が、前記主軸に対して平行に位置する複数の突条状の外周部を並設した形状に形成されていることにより、成形ローラが筒状の素材に当接する部分が複数箇所に分散される。これによって、筒状の素材を薄肉状に加工する際、筒状の素材の外表面と当接する成形ローラの円弧部分が１箇所にしかない場合に生じやすい、加工力の１点集中による筒状の素材の破断が発生しにくくなり、筒状の素材を肉厚が０．１ｍｍ以下（例えば０．０５ｍｍ）の薄肉状にしごき加工することができる。
また、複数の突条状の外周部を並設することによって、成形ローラの進行方向に対して先頭側の突条状の外周部が素材の外表面に適切な押圧力で当接し、素材を薄肉化するとともに、しごき加工がなされた素材の外表面に対して、連続して後続の突条状の外周部が当接することとなるため、複数の突条状の外周部が一体として機能して素材の主軸の軸心方向への延伸を補助しつつ、素材が金型から離間して破断することを防止することができ、併せて、加工精度を向上することができる。

また、前記複数の突条状の外周部が、同一の外径を有するように構成することにより、成形ローラを簡易に製作することができる。
この場合、１つの突条状の外周部を１つのリング形状の部材で構成し、これを組み合わせて成形ローラとして使用するときは、部品点数の低減を図ることもできる。

以下、本発明の筒状の素材のしごき加工方法及びその装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図４に、本発明の筒状の素材のしごき加工装置の一実施例を示す。
この筒状の素材のしごき加工装置１は、従来例と同様、主軸２に配設した金型３と、金型３に取り付けた筒状の素材Ｗに対して張力を付与する張力付与機構４と、筒状の素材Ｗの外表面にしごき加工を施す成形ローラＲとを備えている。
そして、この筒状の素材Ｗのしごき加工装置１は、前記成形ローラＲの前記筒状の素材Ｗの外表面との当接面が、前記金型３に対して平行に位置する複数の突条状の外周部Ｔを並設した形状に形成されている。

成形ローラＲは、筒状の素材Ｗの外表面との当接面が、前記金型３に対して平行に位置する複数の突条状の外周部Ｔを有する形状であれば、その構造は特に限定されず、削り出し加工による一体構造のほか、外周面を突条状の外周部Ｔに形成した複数のリング状の部材を組み合わせた構造とすることもできる。
また、複数の突条状の外周部Ｔは、それぞれが独立した構造とするほか、螺旋状に連続した構造とすることにより、実質的に複数の突条状の外周部Ｔを形成することもできる。
また、各突条状の外周部Ｔの円弧部分Ｃの円弧径は、筒状の素材Ｗを薄くしごき加工することができるように小さい方が好ましいが、以下の理由から、通常、１〜５ｍｍ程度に設定するようにする。すなわち、１ｍｍ未満の場合には、筒状の素材Ｗの材質等によっては、亀裂や破断が生じるおそれがあり、また、５ｍｍより大きい場合には、筒状の素材Ｗの材質等によっては、フローフォーミングを良好に行うことができず、薄肉状にしごき加工を施すことができないおそれがある。

各突条状の外周部Ｔは、所定のピッチで並設された形状とすることができる。
このピッチは、特に限定されるものではないが、例えば、２〜２０ｍｍ程度、好ましくは、５〜１５ｍｍ程度に設定することができ、筒状の素材Ｗの超薄肉化とその際の破断防止との目的で、例えば、筒状の素材Ｗの材質や外径、成形ローラＲの押圧力及び送り速度、張力付与機構４による張力等に基づいて、適切な範囲で設定することができる。

この筒状の素材のしごき加工装置１を用いてしごき加工を行う場合、従来と同様、主軸２を電動機等の駆動手段（図示省略）によって回転させながら、押金５を主軸２側に移動させることによって筒状の素材Ｗに張力を付与しつつ、押金５の移動に同調させるように成形ローラＲを筒状の素材Ｗの端部から当接し、金型３に沿って平行に移動しながら素材Ｗに複数パス（３〜５回程度）のしごき加工を施すことによって、筒状の素材Ｗを薄肉状に成形するようにしている。
しごき加工を施すパスの回数は、使用する筒状の素材Ｗの形状、材質、薄肉化率によって任意に設定することができるが、ここでは、パスの回数を３回に設定した場合の例を説明する。

まず、第１パス加工では、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、主軸２を回転させながら、押金５を主軸２側に移動させ、その移動に同調させるように、成形ローラＲを筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ｘから主軸２側に向かって移動させる。
この際、成形ローラＲと金型３とのクリアランスは、最終成形品の肉厚の目標値の２倍〜４倍程度（最終成形品の肉厚を０．０５ｍｍとするときは０．１〜０．２ｍｍ程度）に設定することが好ましい。

第２パス加工は、図２（ｃ）に示すように、第１パス加工と同様に、主軸２を回転させながら、押金５を主軸２側に移動させ、その移動に同調させるように、成形ローラＲを筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ｘから主軸２側に向かって移動させる。
この際、成形ローラＲと金型３とのクリアランスは、最終成形品の肉厚の目標値の１．５倍程度（最終成形品の肉厚を０．０５ｍｍとするときは０．０７５ｍｍ程度）に設定することが好ましい。

第３パス加工は、図３（ａ）に示すように、第１パス加工及び第２パス加工と同様に、主軸２を回転させながら、押金５を主軸２側に移動させ、その移動に同調させるように、成形ローラＲを筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ｘから主軸２側に向かって移動させる。
そして、図３（ｂ）に示すように、押金５を主軸２近傍の最終加工点Ｚよりも主軸２側まで移動させるとともに、成形ローラＲを最終加工点Ｚまで移動させてしごき加工を終了する。

このように、成形ローラＲの筒状の素材Ｗとの当接面を、複数の突条状の外周部Ｔを並設した形状に形成することにより、第１パス加工から第３パス加工までの間、成形ローラＲが筒状の素材Ｗに当接する部分が複数箇所に分散される。
これによって、筒状の素材Ｗを薄肉状に加工する際、筒状の素材Ｗの外表面と当接する成形ローラＲの当接箇所が１箇所にしかない場合に生じやすい、加工力の１点集中による筒状の素材Ｗの破断が発生しにくくなる。
また、複数の突条状の外周部Ｔを並設しているから、成形ローラＲの進行方向に対して先頭側の突条状の外周部Ｔが素材Ｗの外表面に適切な押圧力で当接し、素材Ｗを薄肉化するとともに、先頭側の突条状の外周部Ｔ以外の突条状の外周部Ｔが、薄肉化された素材Ｗの外表面に適切に当接して素材Ｗの主軸２の軸心方向への延伸を補助しつつ、素材Ｗが金型３から離間して破断することを有効に防止することができ、筒状の素材Ｗを肉厚が０．１ｍｍ以下（例えば０．０５ｍｍ）の薄肉状にしごき加工することができる。

以上、本発明の筒状の素材のしごき加工装置について、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、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るものである。

本発明の筒状の素材のしごき加工方法及びその装置は、筒状素材を、肉厚が０．１ｍｍ以下の薄肉状にしごき加工するときでも、筒状の素材が破断することがないという特性を有していることから、筒状の素材を薄肉状にしごき加工する場合に好適に適用することができ、また、適用対象も、新規の筒状の素材のしごき加工装置のほか、既設の筒状の素材のしごき加工装置の成形ローラを交換することによって適用することが可能となる。

本発明の筒状の素材のしごき加工装置の概略図である。同筒状の素材のしごき加工装置を用いて行うしごき加工の説明図で、（ａ）は第１パス加工の加工開始直後を、（ｂ）は第１パス加工の加工終了時、（ｃ）は第２パス加工の加工を示す。同筒状の素材のしごき加工装置を用いて行うしごき加工の説明図で、（ａ）は第３パス加工の加工開始から加工途中を、（ｂ）は第３パス加工の加工終了時を示す。同筒状の素材のしごき加工装置に使用する成形ローラ及び筒状の素材の加工状態を示す一部断面の拡大説明図である。従来の筒状の素材のしごき加工装置の概略図である。同筒状の素材のしごき加工装置を用いて行うしごき加工の説明図で、（ａ）は加工開始直後を、（ｂ）は加工終了時を示す。同筒状の素材のしごき加工装置に使用する成形ローラ及び筒状の素材の加工状態を示す一部断面の拡大説明図である。

符号の説明

１筒状の素材のしごき加工装置
２主軸
３金型
４張力付与機構
Ｒ成形ローラ
Ｔ突条状の外周部
Ｃ円弧部分
Ｗ筒状の素材

Claims

回転駆動される主軸の先端に配設した金型と、該金型に外嵌した筒状の素材の外表面に外周面を当接させた状態で、前記金型に沿って平行に移動しながら前記素材にしごき加工を施す成形ローラとを備えたしごき加工装置を用いた筒状の素材のしごき加工方法において、前記筒状の素材の外表面との当接面が、前記金型に対して平行に位置する複数の突条状の外周部を並設した形状に形成されてなる成形ローラを、前記金型に沿って平行に移動させることにより、前記素材にしごき加工を施すことを特徴とする筒状の素材のしごき加工方法。
回転駆動される主軸の先端に配設した金型と、該金型に外嵌した筒状の素材の外表面に外周面を当接させた状態で、前記金型に沿って平行に移動しながら前記素材にしごき加工を施す成形ローラとを備えたしごき加工装置において、前記成形ローラの前記筒状の素材の外表面との当接面が、前記金型に対して平行に位置する複数の突条状の外周部を並設した形状に形成されてなることを特徴とする筒状の素材のしごき加工装置。
前記複数の突条状の外周部が、同一の外径を有することを特徴とする請求項２記載の筒状の素材のしごき加工装置。