JP2009166088A

JP2009166088A - 塑性加工方法及びその装置

Info

Publication number: JP2009166088A
Application number: JP2008006744A
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: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】ディスク面が押圧部材側に膨らんだり、アウター側のフランジ部が変形することなく塑性加工を行う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。
【解決手段】主軸３にマンドレルＭを配設し、このマンドレルＭにワークＷを外嵌し、絞りローラによってワークＷに絞り加工を施す塑性加工方法において、加工用の絞りローラＲ１による加工の際に、別のローラである絞りローラＲ２によって加工開始点を押圧支持する。
【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、絞りローラを用いて塑性加工を行う際のワークのディスク面の膨らみやアウター側のフランジの変形を防止することができるようにした塑性加工方法及びその装置に関するものである。

従来より、スピニングマシンを使用した塑性加工方法として、加工対象物によって種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
このうち、マンドレルを配設した回転する主軸に取り付けたワークに複数工程の絞り加工を施す塑性加工方法が実用化されている。
この塑性加工方法は、例えば、図７〜図８に示すように、縦型のスピニングマシン１を用いて行うようにしている。
このスピニングマシン１は、架体２上に電動機Ｅによって回転される主軸３を配設し、主軸３には加工するワークＷに応じたマンドレルＭを取り替え可能に配備し、主軸３の上方にはマンドレルＭに取り付けたワークＷを上側から押圧して固定するための心押し台１０を配設するようにしている。
心押し台１０は、ワークＷに当接する押圧部材１１と、該押圧部材１１を上下に移行せしめる油圧シリンダ等の加圧手段１２とからなり、加圧手段１２の押圧力によって押圧部材１１をマンドレルＭに付勢するようにしている。
押圧部材１１は、ワークＷに伴って回転可能となるように加圧手段１２の先端にベアリング等の回動部材を介して回転自在に取り付けられている。
架体２上には、図８に示すように、主軸３を囲むように３箇所に３基の工具台４を配設する例を示すが、その数は特に限定されるものではなく、被加工物であるワークＷの特性に応じてその数は決定される。
工具台４にはワークＷに当接せしめ、所望の形状に成形する絞りローラＲ１、Ｒ２、Ｒ３を取り付ける絞り台５をＸ軸（主軸３の軸心に対して直角方向）、Ｚ軸（主軸３の軸心に対して平行方向）方向に移動可能に配備する。

上記構成において、被加工物であるワークＷをマンドレルＭに外嵌し、心押し台１０の押圧部材１１によって押圧固定する。
そして、絞りローラＲ１から絞りローラＲ３までを回転するワークＷの側面に押し当てて、マンドレルＭに倣って塑性加工を施すようにしている。
この場合の加工手順は、例えば、図９（ａ）に示すように、絞りローラＲ１が移動軌跡Ｌ１を移動する第１工程としての荒加工を行い、次いで、絞りローラＲ２が移動軌跡Ｌ２を移動する第２工程としての本加工を行い、最後に絞りローラＲ３が移動軌跡Ｌ３を移動する第３工程としての仕上げ加工を行い、図９（ｂ）に示すように、最終製品Ｗｚを得るようにしている。

特開平０２−６０２４号公報特開２００３−１２７０３０号公報特開２００６−１３２２号公報

ところで、上記従来の塑性加工方法では、絞りローラＲによる成形方向（図例下側）に働く押圧力がマンドレルＭとワークＷとが当接するＭｃ点を基点とするモーメント力を生じさせ、ディスク面Ｄが押圧部材１１側に捻られ、図１０に示すように、ディスク面Ｄが加工前の状態よりも押圧部材１１側に寸法Ａ（１〜３ｍｍ程度）だけ膨らむことがある。
また、同様の理由から、アウター側のフランジ部Ｆａが外側に倒れるように変形して、成形前のアウター側のフランジの周囲位置の基準線Ｆよりも下がる場合や、これに加えて、前記捻れによる不具合が発生することがある。

このような問題に対処するために、図１１に示すように、押圧部材１１’を、ディスク面Ｄの略全面に当接するように、ディスク面Ｄの形状に沿った形状とする方法がある。
しかし、ワークＷの形状誤差によって、ディスク面Ｄの形状と押圧部材１１’の押圧面との形状を完全に一致させることは困難であり、ディスク面Ｄと押圧部材１１’の押圧面との間に隙間が生じることから、変形の抑制は不十分である。
また、ディスク面Ｄは、成形品がアルミホイルの場合には製品の最終形状であり、押圧部材１１’とディスク面Ｄとが当接している個所で、成形加工中のスリップ等によってディスク面Ｄに傷が付く場合があり、ディスク面Ｄに傷が付くと製品の意匠面において問題が発生し、製品価値を失うという問題が生じることとなる。
また、通常、３工程で行っている加工工程を増やすことによって絞りローラＲによる押圧力を低く抑えて対処することもできるが、加工時間が長くなり最終製品のコストアップになるという問題があった。

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、ディスク面が押圧部材側に膨らんだり、アウター側のフランジ部が変形することなく塑性加工を行う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、本第１発明の塑性加工方法は、主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルにワークを外嵌し、絞りローラによってワークに絞り加工を施す塑性加工方法において、加工用の絞りローラによる加工の際に、別のローラによってワークの加工開始点を押圧支持するようにしたこと特徴とする。

この場合において、加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点を所定量押し潰した後、加工を開始することができる。

また、同じ目的を達成するため本第２発明の塑性加工方法は、主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルにワークを外嵌し、絞りローラによってワークに絞り加工を施す塑性加工方法において、加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点をワークの厚みの１５〜３０％押し潰した後、加工を開始することを特徴とする。

また、上記第１発明の塑性加工方法に使用する本発明の塑性加工装置は、主軸に配設したマンドレルと、該マンドレルに外嵌したワークに絞り加工を施す絞りローラとを備えた塑性加工装置において、加工用の絞りローラによる加工の際に、ワークの加工開始点を押圧支持する別のローラを備えたこと特徴とする。

本第１発明の塑性加工方法及びその装置によれば、加工用の絞りローラによる加工の際に、別のローラによってワークの加工開始点を押圧支持するようにしたから、加工用の絞りローラによるワークへの成形加工力によって生じる、ディスク面及びアウター側のフランジ部の方向に働く力を塑性加工を施す加工用の絞りローラとは別のローラによって拘束することができ、ディスク面及びアウター側のフランジ部の変形を抑制し、ディスク面が押圧部材側に膨らんだり、アウター側のフランジ部が変形することを防止することができる塑性加工方法を提供することができる。

この場合において、加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点を所定量押し潰した後、加工を開始することにより、加工用の絞りローラによるワークへの成形加工力によって生じる、ディスク面及びアウター側のフランジ部の方向に働く力を加工用の絞りローラとは絞りローラによって拘束することができるとともに、加工用の絞りローラによってワークの加工開始点の素材を押し潰し、ワークとマンドレルが密着によってディスク面の方向に働く力を抑制することができる。

また、第２発明の塑性加工方法によれば、加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点をワークの厚みの１５〜３０％押し潰した後、加工を開始するようにしたから、ワークの加工開始点の素材がマンドレル側へ押し潰され塑性化することで、ワークとマンドレルとが密着し、接触部分での摩擦力が向上し、加工用の絞りローラによるワークへの成形加工力のうち、ディスク面及びアウター側のフランジ部の方向に働く力を抑制することができる。

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２に、本発明の塑性加工方法及びその装置の第１実施例を示す。
この塑性加工方法に使用するスピニングマシン１において、従来と同様の構成については、同じ符号を記すことによりその説明を省略する場合がある。

この塑性加工方法は、種々の塑性加工を行うためのスピニングマシンに適用することができるが、ここでは従来例と同様に、マンドレルＭを配設した主軸３に取り付けたワークＷに、複数工程の絞り加工を施す場合を例に説明する。

絞りローラＲ１、Ｒ２、Ｒ３は、従来例と同様に、絞りローラＲ１を用いて第１工程としての荒加工を行い、次いで、絞りローラＲ２を用いて第２工程としての本加工を行い、最後に絞りローラＲ３を用いて第３工程としての仕上げ加工を行うようにするもので、絞りローラＲ３を配備することなく、絞りローラＲ１で本加工を、絞りローラＲ２で仕上げ加工を行うように構成しても構わない。

この実施例では、ワークＷの加工開始点を押圧支持する別のローラとして、加工用の絞りローラ以外の絞りローラを使用する例を示し、図１（ａ）に示す、第１工程に使用する加工用の絞りローラが絞りローラＲ１のときには、図８に示すように、絞りローラＲ１と対向する位置にある絞りローラＲ２によってワークＷの加工開始点を押圧支持し、絞りローラＲ１が移動軌跡Ｌ１を移動する第１工程としての荒加工を行い、第１成形品Ｗａを成形するようにしている。
この場合、絞りローラＲ２による押圧個所は、絞りローラＲ１が加工を開始する個所と同一周上（図１（ａ）における周上Ｋ）であればよい。
なお、絞りローラＲ３によってワークＷの加工開始点を押圧支持するようにしたり、絞りローラＲ２及び絞りローラＲ３の両方でワークＷの加工開始点を押圧支持したり、絞りローラＲ１、Ｒ２、Ｒ３とは別のローラ（図示省略）で押圧支持することもできる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、ワークＷの加工開始点を押圧支持した状態の絞りローラＲ２を用いて、絞りローラＲ２が移動軌跡Ｌ２を移動する第２工程としての本加工を行い、第２成形品Ｗｂを成形するようにしている。
この場合、絞りローラＲ１及び／又は絞りローラＲ３でワークＷの加工開始点を押圧支持したり、絞りローラＲ１、Ｒ３とは別のローラ（図示省略）で押圧支持することもできる。

そして、最後に、図２（ａ）に示すように、第３ローラである絞りローラＲ３を用いて、絞りローラＲ３が移動軌跡Ｌ３を移動する第３工程としての仕上げ加工を行い、図２（ｂ）に示すように、最終製品Ｗｚを得るようにしている。
この場合、絞りローラＲ１及び／又は絞りローラＲ２でワークＷの加工開始点を押圧支持したり、絞りローラＲ１、Ｒ２とは別のローラ（図示省略）で押圧支持することもできる。

このように、特に、第１工程において、加工用の絞りローラである絞りローラＲ１とは別のローラ、具体的には、絞りローラＲ２及び／又は絞りローラＲ３でワークＷの加工開始点を押圧支持することによって、絞りローラＲ１によるワークＷへの成形加工力のうち、ディスク面Ｄ及びアウター側のフランジ部Ｆａの方向に働く力を絞りローラＲ１以外の絞りローラＲ２及び／又は絞りローラＲ３によって拘束することができ、ディスク面Ｄが押圧部材１１側に膨らんだり、アウター側のフランジ部Ｆａが変形することを防止することができる。

図３〜図４に、本発明の塑性加工方法及びその装置の第２実施例を示す。
この実施例の塑性加工方法に使用するスピニングマシン１の構成は、第１実施例と同様である。

この実施例の塑性加工方法及びその装置では、図３（ａ）に示すように、第１工程に使用する絞りローラＲ１によって、加工開始点のワークＷを所定量押し潰すとともに、第１工程に使用する加工用の絞りローラである絞りローラＲ１による加工の際に、別のローラによってワークＷの加工開始点を押圧支持し、絞りローラＲ１が移動軌跡Ｌ１を移動する第１工程としての荒加工を行い、第１成形品Ｗａを成形するようにしている。
この実施例では、第１実施例と同様に、ワークＷの加工開始点を押圧支持する別のローラとして、加工用の絞りローラ以外の絞りローラを使用する例を示し、第１工程に使用する加工用の絞りローラが絞りローラＲ１のときには、絞りローラＲ２を使用する例を示すが、絞りローラＲ３によってワークＷの加工開始点を押圧支持するようにしたり、絞りローラＲ２及び絞りローラＲ３の両方でワークＷの加工開始点を押圧支持したり、絞りローラＲ２、Ｒ３とは別の押圧用のローラで押圧支持することもできる。
また、第１実施例と同様、絞りローラＲ２による押圧個所は、絞りローラＲ１が加工を開始する個所と同一周上（図３（ａ）における周上Ｋ）であればよい。

絞りローラＲ１による加工開始点でのワークＷの押し潰し部分ＣＡの押し潰し量ＣＢは、後述する第３実施例の場合と同様、図５（ｂ）に示すように、素材の厚みの１５〜３０％、例えば、押し潰し部分ＣＡの素材の厚みが１０ｍｍ程度の場合は、１．５〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。
この押し潰しによって、図５（ｂ）に示す、素材の塑性域Ｐが塑性化し、従来例で説明した、マンドレルＭとワークＷとが当接するＭｃ点が、マンドレルＭとワークＷとの接触範囲Ｃとなって密着するとともに、接触範囲Ｃにおいて摩擦力が向上する。
これによって、絞りローラＲ１によるワークＷへの成形加工力が、マンドレルＭとワークＷとが当接する点を基点として発生するモーメント力とはならず、ディスク面Ｄの膨らみ及びアウター側のフランジ部Ｆａの変形を抑制することができる。

以下、第１実施例と同様に、絞りローラＲ１が移動軌跡Ｌ１を移動する第１工程としての荒加工を行い、第１成形品Ｗａを成形し（図３（ｂ）参照）、絞りローラＲ２が移動軌跡Ｌ２を移動する第２工程としての本加工を行い、第２成形品Ｗｂを成形し（図４（ａ）参照）、絞りローラＲ３が移動軌跡Ｌ３を移動する第３工程としての仕上げ加工を行い、図４（ｂ）に示すように、最終製品Ｗｚを得る。

これにより、特に、第１工程において、絞りローラＲ１によってワークＷの加工開始点の素材がマンドレルＭ側へ押し潰され塑性化することで、ワークＷとマンドレルＭとが密着し、接触部分での摩擦力が向上するとともに、絞りローラＲ１とは別のローラ、具体的には、絞りローラＲ２及び／又は絞りローラＲ３でワークＷの加工開始点を押圧支持することによって、絞りローラＲ１によるワークＷへの成形加工力のうち、ディスク面Ｄ及びアウター側のフランジ部Ｆａの方向に働く力を別の絞りローラＲ２（Ｒ３）によって拘束することができ、ディスク面Ｄが押圧部材１１側に膨らんだり、アウター側のフランジ部Ｆａが変形することを防止することができる。

図５〜図６に、本発明の塑性加工方法の第３実施例を示す。
この実施例の塑性加工方法に使用するスピニングマシン１の構成は、第１実施例と同様である。

この実施例の塑性加工方法では、図５（ａ）に示すように、第１工程に使用する絞りローラＲ１によって、ワークＷの加工開始点をワークＷの厚みの１５〜３０％押し潰した後、加工を開始するようにしている。

絞りローラＲ１による加工開始点でのワークＷの押し潰し部分ＣＡの押し潰し量ＣＢは、図５（ｂ）に示すように、素材の厚みの１５〜３０％、例えば、押し潰し部分ＣＡの素材の厚みが１０ｍｍ程度の場合は、１．５〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。
この押し潰しによって、図５（ｂ）に示す、素材の塑性域Ｐが塑性化し、従来例で説明した、マンドレルＭとワークＷとが当接するＭｃ点が、マンドレルＭとワークＷとの接触範囲Ｃとなって密着するとともに、接触範囲Ｃにおいて摩擦力が向上する。
これによって、絞りローラＲ１によるワークＷへの成形加工力が、マンドレルＭとワークＷとが当接する点を基点として発生するモーメント力とはならず、ディスク面Ｄの膨らみ及びアウター側のフランジ部Ｆａの変形を抑制することができる。

以下、図６（ａ）に示すように、絞りローラＲ１が移動軌跡Ｌ１を移動する第１工程としての荒加工を行い、第１成形品Ｗａを成形し、絞りローラＲ２が移動軌跡Ｌ２を移動する第２工程としての本加工を行い、第２成形品Ｗｂを成形し、絞りローラＲ３が移動軌跡Ｌ３を移動する第３工程としての仕上げ加工を行い、図６（ｂ）に示すように、最終製品Ｗｚを得る。

これにより、特に、第１工程において、絞りローラＲ１によってワークＷの加工開始点の素材がマンドレルＭ側へ押し潰され塑性化することで、ワークＷとマンドレルＭとが密着し、接触部分での摩擦力が向上し、第１工程の絞りローラＲ１によるワークＷへの成形加工力のうち、ディスク面及びアウター側のフランジ部Ｆａの方向に働く力を抑制することができる。

以上、本発明の塑性加工方法及びその装置について、複数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、特に縦型のスピニングマシンの塑性加工方法に限定することなく、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、ディスク面が押圧部材側に膨らんだり、アウター側のフランジ部が変形することがないという特性を有していることから、ディスク面の意匠性が高いワークを塑性加工する塑性加工方法及びその装置に好適に用いることができる。

本第１発明の塑性加工方法（第１実施例）を説明するための概略図で、（ａ）は第１工程の加工開始点におけるローラの位置を、（ｂ）は第２工程の加工要領を示す。図１（ｂ）に続く、加工方法を説明するための概略図で、（ａ）は第３工程の加工要領を（ｂ）は第３工程が終了した加工状態を示す。本第１発明の塑性加工方法の第２実施例を説明するための概略図で、（ａ）は第１工程の加工開始点におけるローラの位置を、（ｂ）は第１工程の加工要領を示す。図３（ｂ）に続く、加工方法を説明するための概略図で、（ａ）は第２工程の加工要領を、（ｂ）は第３工程の加工要領を示す。本第２発明の塑性加工方法（第３実施例）を説明するための概略図で、（ａ）は加工開始前の絞りローラによるワークの押し潰しの状態を、（ｂ）は押し潰し状態を説明する一部切り欠きの拡大説明図である。図５（ａ）に続く、加工方法を説明するための概略図で、（ａ）は第１工程〜第３工程までの加工要領を、（ｂ）は加工完了の状態を示す。塑性加工に用いるスピニングマシンの一部断面の正面図である。塑性加工に用いるスピニングマシンの一部切り欠きの平面図である。従来の塑性加工方法を説明するための概略図で、（ａ）は第１工程〜第３工程までの加工要領を、（ｂ）は第３工程が終了した加工状態を示す。従来のワークの変形を説明する概略図で、（ａ）はディスク面が押圧部材側に膨らんだ状態を、（ｂ）はアウター側のフランジ部が変形した状態を示す。押圧部材の形状を、ディスク面の形状に沿った形状とした例を示す。

符号の説明

１スピニングマシン
３主軸
Ｍマンドレル
Ｗワーク
Ｒ１絞りローラ
Ｒ２絞りローラ
Ｒ３絞りローラ

Claims

主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルにワークを外嵌し、絞りローラによってワークに絞り加工を施す塑性加工方法において、加工用の絞りローラによる加工の際に、別のローラによってワークの加工開始点を押圧支持するようにしたこと特徴とする塑性加工方法。
加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点を所定量押し潰した後、加工を開始するようにしたことを特徴とする請求項１記載の塑性加工方法。
主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルにワークを外嵌し、絞りローラによってワークに絞り加工を施す塑性加工方法において、加工用の絞りローラによって、ワークの加工開始点をワークの厚みの１５〜３０％押し潰した後、加工を開始することを特徴とする塑性加工方法。
主軸に配設したマンドレルと、該マンドレルに外嵌したワークに絞り加工を施す絞りローラとを備えた塑性加工装置において、加工用の絞りローラによる加工の際に、ワークの加工開始点を押圧支持する別のローラを備えたこと特徴とする塑性加工装置。