JP2009160627A

JP2009160627A - 塑性加工方法及びその装置

Info

Publication number: JP2009160627A
Application number: JP2008002025A
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: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-23

Abstract

【課題】筒状の素材を、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に塑性加工する場合でも、低コストで成形品の板厚のバラツキを低減することができる塑性加工装置を提供すること。
【解決手段】主軸２の先端に配設した金型３と、金型３に取り付けた筒状の素材Ｗの周面に塑性加工を施す絞りローラＲとからなる塑性加工装置において、加工中の筒状の素材Ｗの長さを測定する測定器６と、測定器６の測定値に応じて加工条件を変更する制御機構７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、塑性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塑性加工する塑性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塑性加工する塑性加工装置として、図５に示すような塑性加工装置２０が提案されている。
この塑性加工装置２０は、主軸２の先端に配設した金型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の周面に塑性加工を施す絞りローラ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、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、絞りローラＲ’を筒状の素材Ｗの端部から当接し、複数パス（３〜５回程度）の塑性加工によって、筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８６６３４号公報

ところで、上記塑性加工装置２０によって筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工する場合の制御は、絞りローラＲ’の位置を制御するのみで、例えば、全長８０ｍｍ（実質的な加工長さは３０ｍｍ）、外径３０ｍｍ、板厚０．５ｍｍ程度の筒状の素材Ｗに対して、板厚０．１ｍｍ以下を目標に塑性加工を施す場合、例えば、板厚０．１ｍｍを目標に加工したときは成形品の板厚範囲は０．０９〜０．１１ｍｍと、±１０％程度の板厚のバラツキが発生する一方、板厚０．０５５ｍｍを目標に加工したときは成形品の板厚範囲は０．０４７〜０．０６３ｍｍと、±１５％程度の板厚のバラツキが発生し、薄肉化するほど成形品の板厚のバラツキが大きくなるという問題があった。

この問題点に対処するために、絞りローラＲ’の位置制御（図６におけるＺ方向（筒状の素材Ｗの肉厚方向）の送り量）の精度を向上させることが考えられるが、絞りローラＲ’の位置制御の精度を０．００１ｍｍレベルで行うことが必要となり、このレベルの精度を実現するためには、高剛性、高精度の塑性加工装置が必要となり、装置のコストが大幅にアップするという問題があって現実的ではない。

本発明は、上記従来の塑性加工方法及びその装置の有する問題点に鑑み、筒状の素材を、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に塑性加工する場合でも、低コストで成形品の板厚のバラツキを低減することができる塑性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、本発明の塑性加工方法は、主軸の先端に配設した金型に取り付けた筒状の素材の周面に絞りローラを当接し、筒状の素材を薄肉状に塑性加工する塑性加工方法において、加工中の筒状の素材の長さを測定し、測定値に応じて加工条件を変更しながら塑性加工を行うことを特徴とする。

この場合において、前記測定値に応じて主軸の回転数を変更しながら塑性加工を行うことができる。

また、上記方法を実施する本発明の塑性加工装置は、主軸の先端に配設した金型と、該金型に取り付けた筒状の素材の周面に塑性加工を施す絞りローラとからなる塑性加工装置において、加工中の筒状の素材の長さを測定する測定器と、該測定器の測定値に応じて加工条件を変更する制御機構とを備えるようにしている。

この場合において、前記制御機構を前記測定値に応じて主軸の回転数を変更するもので構成することができる。

本発明の塑性加工方法及びその装置は、塑性加工中の筒状の素材の長さ（伸び）と、筒状の素材の板厚とは比例関係にあることに鑑み、加工中の筒状の素材の長さを測定し、測定値に応じて加工条件を変更しながら塑性加工を行うことによって、測定値に応じた加工条件で高精度に塑性加工を施すことができる。
この場合、加工中の筒状の素材の長さの測定値に応じて加工条件を設定できるので、例えば、筒状の素材の板厚を直接測定し、これに基づいて塑性加工を行う場合と比較して、筒状の素材の板厚が薄くなったときでも測定精度が低下することがないため、筒状の素材の板厚に影響されない一定の高精度を維持することができる。
また、絞りローラの位置制御（図６におけるＺ方向（筒状の素材Ｗの肉厚方向）の送り量）の精度を必要以上に高める必要がなく、装置のコストを低廉にすることができる。

また、測定値に応じて主軸の回転数を変更しながら塑性加工を行うようにすることにより、主軸を回転駆動させる駆動装置を制御するだけで、簡単に加工条件を変更することができる。

以下、本発明の塑性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、本発明の塑性加工方法及びその装置の一実施例を示す。
この塑性加工装置１は、従来例と同様、主軸２に配設した金型３と、該金型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の周面に塑性加工を施す絞りローラＲとを備えている。
そして、この塑性加工装置１は、加工中の筒状の素材Ｗの長さを測定する測定器６と、この測定器６の測定値に応じて加工条件を変更する制御機構７とを備えるようにしている。

測定器６は、加工中の筒状の素材Ｗの長さを測定できるものであればよく、本実施例においては、張力付与機構４のＸ軸方向（主軸２の軸方向）の位置を検出する測定機器によって筒状の素材Ｗの長さを測定するようにしている。

制御機構７は、構造自体は特に限定されるものではなく、シーケンサーやマイクロコンピュータを用いて、測定器６の測定値に応じて加工条件を変更するようにしている。
この場合、制御機構７は、予め記憶されている絞りローラＲの送り速度及び送り時間をローラ駆動機構８に伝達し、絞りローラＲの移動も併せて制御するようにしている。

測定器６の測定値に応じて変更する加工条件は、具体的には、主軸２の回転数とすることができ、主軸２の回転数を、例えば、２５０ｒｐｍから５００ｒｐｍに変更することによって、加工量を約１．７倍にすることができる。
このほか、加工条件としては、主軸２の回転数のほか、絞りローラＲの送り速度とすることもできる。絞りローラＲの送り速度を、例えば、５０ｍｍ／ｍｉｎから２５ｍｍ／ｍｉｎに変更することによって、加工量を約１．７倍にすることができる。

ところで、筒状の素材Ｗは、図４に示すように、例えば、その全長が８０ｍｍの場合、押金５の係合爪５ａが係合する鍔部Ｗａ側と、加工開始点側となる筒状の素材Ｗの先端側とに、それぞれ２５ｍｍ程度の加工不可能部分ができるため、実際に加工する部分の長さ（以下、「加工可能部分Ｋ」という。）は、３０ｍｍ程度となる。

塑性加工装置１を用いて塑性加工を行う場合、従来例と同様、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、絞りローラＲを筒状の素材Ｗの端部から当接し、複数パスの塑性加工によって、筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工するようにする。
塑性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。

塑性加工を行うに際して、１回のパスでの薄肉化率とその際の絞りローラＲの送り距離、送り速度及び送り時間とは、予め所定の値が制御機構７に設定されている。
例えば、本実施例の第１パス加工では、板厚０．５ｍｍの筒状の素材Ｗを０．１ｍｍに薄肉化するようにしており、図４に示すように、筒状の素材Ｗの加工可能部分Ｋが３０ｍｍで、外径寸法が４０ｍｍの場合には、加工可能部分Ｋを３０ｍｍから１５０ｍｍまで延伸することによって、０．１ｍｍへの薄肉化が可能となる。また、設定された絞りローラＲの送り速度が５０ｍｍ／ｍｉｎであれば、送り時間は３分に設定されている。

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、絞りローラＲを、送り速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとして、筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ａから主軸２側に向かって移動させる。

ここで、例えば、絞りローラＲによる加工量が小さい場合には、そのままの加工条件で加工を続けると、３分間の送り時間の間では加工可能部分Ｋを１５０ｍｍまで延伸することができず、筒状の素材Ｗを０．１ｍｍまで薄肉化することができなくなる。
これを防止するため、測定器６によって、筒状の素材Ｗの長さを加工中に逐次測定し、絞りローラＲの位置が理論値から外れた場合、例えば、絞りローラＲによる加工量が小さく、塑性加工中の筒状の素材Ｗの長さ（伸び）が小さい場合には、制御機構７から主軸２の回転数を上げるように指令を出して加工量を大きくし、逆に、絞りローラＲによる加工量が大きく、塑性加工中の筒状の素材Ｗの長さ（伸び）が大きい場合には、制御機構７から主軸２の回転数を下げるように指令を出して加工量を小さくする、フィードバック制御を行うようにしている。

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、絞りローラＲを筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ａから主軸２側に向かって移動させる。
この際、例えば、第１パス加工で０．１ｍｍとなった板厚を０．０６５ｍｍを目標に塑性加工する場合は、図４に示すように、第１パス加工で１５０ｍｍとなった加工可能部分Ｋを２３０ｍｍまで延伸するように設定する。また、絞りローラＲの送り速度が５０ｍｍ／ｍｉｎであれば、送り時間は４．６分に設定されている。

そして、第１パス加工と同様、測定器６によって、筒状の素材Ｗの長さを加工中に逐次測定し、絞りローラＲの位置が理論値から外れた場合、制御機構７によって主軸２の回転数を変更するようにしている。

次に、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、絞りローラＲを筒状の素材Ｗの端部の加工開始点Ａ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Ｂよりも主軸２側まで移動させるとともに、絞りローラＲを最終加工点Ｂまで移動させて塑性加工を終了する。
この際、例えば、第２パス加工で０．０６５ｍｍとなった板厚を０．０５ｍｍを目標に塑性加工する場合は、図４に示すように、第２パス加工で２３０ｍｍとなった加工可能部分Ｋを３００ｍｍまで延伸するように設定する。また、絞りローラＲの送り速度が５０ｍｍ／ｍｉｎであれば、送り時間は６分に設定されている。

そして、第１パス加工及び第２パス加工と同様、測定器６によって、筒状の素材Ｗの長さを加工中に逐次測定し、絞りローラＲの位置が理論値から外れた場合、制御機構７によって主軸２の回転数を変更するようにしている。

このように、第１パス加工から第３パス加工までの間、測定器６によって、測定誤差の少ない筒状の素材Ｗの長さを加工中に逐次測定し、塑性加工中の筒状の素材Ｗの長さ（伸び）、すなわち、絞りローラＲの位置が理論値から外れた場合、制御機構７によって主軸２の回転数を変更するようにすることによって、第３パス加工が終了したときの板厚は、０．０５ｍｍ±０．００２５ｍｍと板厚の誤差範囲は±５％の範囲とすることができることを確認した。

以上、本発明の塑性加工方法及びその装置について、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。

本発明の塑性加工方法及びその装置は、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に塑性加工する場合でも、低コストで成形品の板厚のバラツキを低減することができる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塑性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、新規の塑性加工装置のほか、既設の塑性加工装置にも適用することが可能である。

本発明の塑性加工装置の一実施例を示す概略図である。同塑性加工装置を用いて行う塑性加工の説明図で、（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。同塑性加工装置を用いて行う塑性加工の説明図で、（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。同塑性加工装置で加工する筒状の素材の加工可能部分を示す説明図である。従来の塑性加工装置の概略図である。同塑性加工装置を用いて行う塑性加工の説明図で、（ａ）は加工開始直後を、（ｂ）は加工終了時を示す。

符号の説明

１塑性加工装置
２主軸
３金型
４張力付与機構
６測定器
７制御機構
Ｒ絞りローラ
Ｗ筒状の素材

Claims

主軸の先端に配設した金型に取り付けた筒状の素材の周面に絞りローラを当接し、筒状の素材を薄肉状に塑性加工する塑性加工方法において、加工中の筒状の素材の長さを測定し、測定値に応じて加工条件を変更しながら塑性加工を行うことを特徴とする塑性加工方法。
前記測定値に応じて主軸の回転数を変更しながら塑性加工を行うことを特徴とする請求項１記載の塑性加工方法。
主軸の先端に配設した金型と、該金型に取り付けた筒状の素材の周面に塑性加工を施す絞りローラとからなる塑性加工装置において、加工中の筒状の素材の長さを測定する測定器と、該測定器の測定値に応じて加工条件を変更する制御機構とを備えたことを特徴とする塑性加工装置。
前記制御機構が前記測定値に応じて主軸の回転数を変更するものであることを特徴とする請求項３記載の塑性加工装置。