JP2010036206A

JP2010036206A - 塑性加工方法及びその装置

Info

Publication number: JP2010036206A
Application number: JP2008200633A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kojima; 宏小島
Original assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】有底筒状の素材を、例えば、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に破断することなく塑性加工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。
【解決手段】絞りローラＲに対して相対的に回転する主軸２にマンドレル３を配設し、該マンドレル３に取り付けた有底筒状の素材Ｗに対して張力を付与しつつ、絞りローラＲを有底筒状の素材Ｗの周面に当接し、有底筒状の素材Ｗを薄肉状に成形する塑性加工方法において、主軸２に配設した固定手段６によって有底筒状の素材Ｗの開口端部を主軸２に固定するとともに、マンドレル３を主軸２の軸心方向に主軸２に対して相対的に伸長させてマンドレル３で有底筒状の素材Ｗの底面を押圧することによって有底筒状の素材Ｗに対して張力を付与しながら、絞りローラＲをマンドレル３の先端側から基端側に向けて移動させて有底筒状の素材Ｗを薄肉状に成形する。
【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、有底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、有底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が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
この塑性加工装置２０は、主軸２１に配設したマンドレル２２と、マンドレル２２に取り付けた有底筒状の素材Ｗに対して張力を付与する張力付与機構２３と、有底筒状の素材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。
有底筒状の素材Ｗは、開口端に鍔部Ｗａを有する形状をし、主軸２１の先端に配設した所定長のマンドレル２２に取り付け、鍔部Ｗａに押金２４の係合爪２４ａを係合させるようにしている。
押金２４は、固定ケース２４ｂと、固定ケース２４ｂ内のベアリング等の回動部材に嵌合され、有底筒状の素材Ｗの回転に伴って回転する係合爪２４ａとを備え、固定ケース２４ｂは、張力付与機構２３に連結棒２３ａを介して連結され、張力付与機構２３の移動に伴って、図５において左側に移動し、鍔部Ｗａを介して有底筒状の素材Ｗに張力を付与するようにしている。

そして、この塑性加工装置２０は、図６に示すように、主軸２１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２４を主軸２１側に移動させることによって有底筒状の素材Ｗに張力を付与しつつ、絞りローラＲ’を有底筒状の素材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、有底筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工するようにしている。

特開平１０−２８６６３４号公報

ところで、上記塑性加工装置２０によって有底筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工する場合、主軸２１からの回転トルクは、押金２４を主軸２１側に移動させることによって、有底筒状の素材Ｗの底面と当接するマンドレル２２の先端（加工開始側）から有底筒状の素材Ｗに伝わることとなる。
このため、絞りローラＲ’が有底筒状の素材Ｗに当接する際、この回転トルクによって、有底筒状の素材Ｗにはその先端と絞りローラＲ’の当接箇所との間にねじりモーメント（本明細書において、「ロール力」という。）が付加されることとなる。
このロール力は、絞りローラＲ’が塑性加工を施すことによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化された部分に作用し、例えば、外径３０ｍｍ、板厚０．５ｍｍ程度の有底筒状の素材Ｗに対して、板厚０．１ｍｍ以下を目標に塑性加工を施す場合、その０．１ｍｍ以下に加工された周面Ｗｂがロール力によって破断しやすく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、有底筒状の素材を、例えば、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に破断することなく塑性加工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、絞りローラに対して相対的に回転する主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルに取り付けた有底筒状の素材に対して張力を付与しつつ、絞りローラを有底筒状の素材の周面に当接し、有底筒状の素材を薄肉状に成形する塑性加工方法において、主軸に配設した固定手段によって有底筒状の素材の開口端部を主軸に固定するとともに、マンドレルを主軸の軸心方向に主軸に対して相対的に伸長させてマンドレルで有底筒状の素材の底面を押圧することによって有底筒状の素材に対して張力を付与しながら、絞りローラをマンドレルの先端側（有底筒状の素材の底部側）から基端側（有底筒状の素材の開口端部側）に向けて移動させて有底筒状の素材を薄肉状に成形するようにしたことを特徴とする。

また、上記方法を実施する本発明の塑性加工装置は、絞りローラに対して相対的に回転する主軸に配設したマンドレルと、該マンドレルに取り付けた有底筒状の素材に対して張力を付与する張力付与機構と、有底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、張力付与機構を、マンドレルを主軸の軸心方向に主軸に対して相対的に伸長させてマンドレルによって有底筒状の素材の底面を押圧する押圧手段と、有底筒状の素材の開口端部を主軸に固定する固定手段とから構成したことを特徴とする。

この場合において、押圧手段を、マンドレルを主軸の軸心方向に押圧するシリンダ機構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、主軸に配設した固定手段によって有底筒状の素材の開口端部を主軸に固定するとともに、マンドレルを主軸の軸心方向に主軸に対して相対的に伸長させてマンドレルで有底筒状の素材の底面を押圧することによって有底筒状の素材に対して張力を付与しながら、絞りローラをマンドレルの先端側（有底筒状の素材の底部側）から基端側（有底筒状の素材の開口端部側）に向けて移動させて有底筒状の素材を薄肉状に成形するようにすることにより、主軸の回転トルクが固定手段を介して素材の開口端部から素材に伝わるので、主軸の回転トルクによって有底筒状の素材の周面に付加されるロール力が、絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化される前の比較的肉厚の厚い部分に主に作用し、絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化された部分（塑性加工を施すパスの回数が複数回に亘る場合には、塑性加工中のパスにより絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化された部分）にはほとんど作用することがないため、有底筒状の素材の破断を有効に防止することができる。

また、押圧手段を、マンドレルを主軸の軸心方向に押圧するシリンダ機構で構成することにより、押圧手段を小型化することができるとともに、安定、かつ、確実に素材に対して張力を付与することができ、有底筒状の素材の薄肉化された部分の破断を一層有効に防止することができる。

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３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、絞りローラＲに対して相対的に回転する主軸２に配設したマンドレル３と、該マンドレル３に取り付けた有底筒状の素材Ｗに対して張力を付与する張力付与機構４と、有底筒状の素材Ｗの周面に塑性加工を施す絞りローラＲとからなり、張力付与機構４を、マンドレル３を主軸２の軸心方向に主軸２に対して相対的に伸長させてマンドレル３によって有底筒状の素材Ｗの底面を押圧する押圧手段５と、有底筒状の素材Ｗの開口端部を主軸２に固定する固定手段６とから構成する。
なお、本実施例においては、従来例と同様、主軸２を電動機等の駆動手段（図示省略）によって回転させる例で説明する。

ここで、有底筒状の素材Ｗの底部は、マンドレル３によって張力を付与することができる底部を有するものであれば、その底部の一部が開放されているものでもよい。
また、本実施例においては、有底筒状の素材Ｗとして、開口端部に鍔部Ｗａを形成したものを例に説明するが、開口端部の形状は特に限定されるものではない。

マンドレル３は、主軸２の軸心とマンドレル３の軸心とが一致し、軸心方向に移動することができるようにオイレスブッシュ、ベアリング等の軸受機構３１を介して主軸２に嵌挿さるとともに、伝達部材５ａ等を介して、押圧手段５と連結するようにしている。
この場合において、伝達部材５ａは、主軸２と同回転するようにボールスプライン等の軸心方向の相対移動を許容する部材（図示省略）を介して主軸２内に配設するようにし、伝達部材５ａを介して伝達部材５ａと同回転するように連結したマンドレル３を主軸２と共に回転するようにしている。
伝達部材５ａと押圧手段５は、ベアリング等の回動部材（図示省略）を介して連結し、伝達部材５ａ及びマンドレル３の回転が押圧手段５に伝達されることがないようにする。
なお、マンドレル３を長尺部材で構成し、主軸２と同回転するようにボールスプライン等の軸心方向の相対移動を許容する部材（図示省略）を介して配設することによって、伝達部材５ａを省略するとともに、マンドレル３と押圧手段５をベアリング等の回動部材（図示省略）を介して連結することもできる。

押圧手段５は、マンドレル３を主軸２の軸心方向に主軸２に対して相対的に伸長させることができる機構であれば、特に限定されず、本実施例においては、中空構造とした主軸２に嵌挿したマンドレル３に連結する伝達部材５ａと、伝達部材５ａを押圧（押し引き）するシリンダ等のアクチュエータとから構成するようにしている。
押圧手段５を、マンドレル３を主軸２の軸心方向に押圧するシリンダ機構で構成することによって、押圧手段を小型化することができるとともに、安定、かつ、確実に素材に対して張力を付与することができ、有底筒状の素材Ｗの薄肉化された部分の破断を有効に防止することができる。
なお、本実施例においては、押圧手段５を、マンドレル３を主軸２の軸心方向に伸長させる機構で構成したが、主軸２側を主軸２の軸心方向に移動する機構で構成することもできる。

固定手段６は、押圧片６ａと、主軸２の先端に固定した受部６ｂとで構成され、有底筒状の素材Ｗの鍔部Ｗａを押圧片６ａと受部６ｂとで挟み込み、押圧片６ａをボルト等の締結手段で受部６ｂに固定するようにしている。

また、固定手段６は、図４に示すように、固定ケース６ｃと、固定ケース６ｃ内にベアリング等の回動部材を介して取り付けた押圧片６ａと、主軸２の先端に固定した受部６ｂとで構成し、固定ケース６ｃを、主軸２と対向する位置で、主軸２の軸心方向に移動可能に配設した押圧機構７と連結棒７ａを介して連結し、押圧機構７を主軸２側に押圧移動させることによって、有底筒状の素材Ｗの鍔部Ｗａを押圧片６ａと受部６ｂとで挟み込むようにすることもできる。
この場合、押圧機構７を元の位置に戻すことにより、有底筒状の素材Ｗの取り付け及び成形後の取り外しを簡便、かつ、短時間に行うことができる。

この塑性加工装置１を用いて塑性加工を行う場合、図１に示すように、まず主軸２に配設したマンドレル３に有底筒状の素材Ｗを取り付け、固定手段６によって有底筒状の素材Ｗの開口端部を主軸２に固定する。
次に、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、押圧手段５によりマンドレル３を主軸２の軸心方向に主軸２に対して相対的に伸長させてマンドレル３で有底筒状の素材Ｗの底面を押圧することによって有底筒状の素材Ｗに対して張力が付与される。そして、詳細については後述するが、絞りローラＲをマンドレル３の先端側（有底筒状の素材Ｗの底部側）から基端側（有底筒状の素材Ｗの開口端部側）に向けて移動させて有底筒状の素材Ｗを薄肉状に塑性加工する。
塑性加工を施すパスの回数は、使用する有底筒状の素材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４回に設定した場合の塑性加工方法の例を説明する。

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に設定されている（図示省略）。
例えば、本実施例の第１パスでは、板厚０．５ｍｍの有底筒状の素材Ｗを０．１ｍｍに薄肉化するようにしている。

まず、第１パスでは、図２（ａ）〜（ｂ）に示すように、主軸２を回転させながら、押圧手段５により伝達部材５ａを介してマンドレル３を主軸２から突き出す方向（図例右側）に押圧し、絞りローラＲを、所定の送り速度で、マンドレル３の先端側（有底筒状の素材Ｗの底部側）の加工開始点Ａ１から基端側（有底筒状の素材Ｗの開口端部側）に向けて移動させる。

この場合、主軸２の回転トルクは、固定手段６によって主軸２に固定された鍔部Ｗａを介して有底筒状の素材Ｗに伝わるが、主軸２の回転トルクによって有底筒状の素材Ｗの基端側と絞りローラＲの当接部との間にロール力が付加されるため、主軸２の回転トルクによって有底筒状の素材Ｗの周面に付加されるロール力が、絞りローラＲによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化される前の比較的肉厚の厚い部分に主に作用し、絞りローラＲによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化された部分（塑性加工を施すパスの回数が複数回に亘る場合には、塑性加工中のパスにより絞りローラＲによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化された部分）にはほとんど作用することがない。なお、これは、以降のパスにおいても同様である。

第２パスは、図２（ｃ）に示すように、第１パスと同様に、主軸２を回転させながら、マンドレル３を主軸２から突き出す方向（図例右側）に押圧し、絞りローラＲを、所定の送り速度で、マンドレル３の先端側（有底筒状の素材Ｗの底部側）の加工開始点Ａ２から基端側（有底筒状の素材Ｗの開口端部側）に向けて移動させる。
ここで、加工開始点Ａ２は、絞りローラＲによって薄肉化されることにより、素材Ｗの伸びに応じてマンドレル３が主軸２から突き出す方向に伸長するために、加工開始点Ａ１より主軸２から離れた位置となる。また、加工開始点Ａ２は、有底筒状の素材Ｗの第１パスを行った箇所に設定することが好ましい。なお、これらは、以降のパスにおいても同様である。

次に、第３パスは、図３（ａ）に示すように、第１パス及び第２パスと同様に、主軸２を回転させながら、マンドレル３を主軸２からさらに突き出す方向（図例右側）にさらに押圧し、絞りローラＲを、所定の送り速度で、マンドレル３の先端側（有底筒状の素材Ｗの底部側）の加工開始点Ａ３から基端側（有底筒状の素材Ｗの開口端部側）に向けて移動させる。

最後に第４パスは、図３（ｂ）に示すように、マンドレル３を、第３パス終了時のマンドレル３の位置よりも所定の距離だけ主軸２から突き出す方向にさらに押圧するとともに、絞りローラＲを、所定の送り速度で、マンドレル３の先端側（有底筒状の素材Ｗの底部側）の加工開始点Ａ４から基端側（有底筒状の素材Ｗの開口端部側）に向けて最終加工点Ｂまで移動させて塑性加工を終了する。

この際、例えば、第４パスで０．０５ｍｍを目標に塑性加工する場合、有底筒状の素材Ｗの周面の強度は低くなるものの、第１パス〜第３パスと同様、主軸２の回転トルクは、固定手段６によって主軸２に固定された鍔部Ｗａを介して有底筒状の素材Ｗに伝わり、主軸２の回転トルクによって有底筒状の素材Ｗの基端側と絞りローラＲの当接部との間にロール力が付加されるため、主軸２の回転トルクによって有底筒状の素材Ｗの周面に付加されるロール力が、当該第４パスで絞りローラＲによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化される前の比較的肉厚の厚い部分に主に作用し、絞りローラＲによって有底筒状の素材Ｗの薄肉化された部分にはほとんど作用することがないため、薄肉状に成形された有底筒状の素材Ｗの周面が破断することを有効に防止することができる。

ところで、上記の実施例では、主軸２を絞りローラＲに対して相対的に回転させる方法として、主軸２を回転駆動するようにした例で説明したが、主軸２を固定し、絞りローラＲを主軸２の軸心を公転軸として公転させるようにすることもできる。
また、上記実施例では、主軸２及びマンドレル３を回転駆動させることによって、自転自在に配設した絞りローラＲを主軸２及びマンドレル３の回転に従動して自転するように構成した例で説明したが、絞りローラＲを駆動手段によって自転させて、回転自在に配設した主軸２及びマンドレル３を絞りローラＲの自転に従動させて回転するようにすることもできる。

以上、本発明の塑性加工方法及びその装置について、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。

本発明の塑性加工方法及びその装置は、主軸の回転トルクによって有底筒状の素材の周面に付加されるロール力が、絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化される前の比較的肉厚の厚い部分に主に作用し、絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化された部分（塑性加工を施すパスの回数が複数回に亘る場合には、塑性加工中のパスにより絞りローラによって有底筒状の素材の薄肉化された部分）にはほとんど作用することがないことから、有底筒状の素材を、例えば、板厚０．１ｍｍ以下の薄肉状に塑性加工する用途に好適に適用することができる。

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パスの加工開始直後を、（ｂ）は第１パスの加工終了時、（ｃ）は第２パスの加工を示す。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パスを、（ｂ）は第４パスの加工終了時を示す。同塑性加工装置の固定手段の別の形態を説明するための概略図である。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マンドレル
４張力付与機構
５押圧手段
６固定手段
Ｒ絞りローラ
Ｗ有底筒状の素材

Claims

絞りローラに対して相対的に回転する主軸にマンドレルを配設し、該マンドレルに取り付けた有底筒状の素材に対して張力を付与しつつ、絞りローラを有底筒状の素材の周面に当接し、有底筒状の素材を薄肉状に成形する塑性加工方法において、主軸に配設した固定手段によって有底筒状の素材の開口端部を主軸に固定するとともに、マンドレルを主軸の軸心方向に主軸に対して相対的に伸長させてマンドレルで有底筒状の素材の底面を押圧することによって有底筒状の素材に対して張力を付与しながら、絞りローラをマンドレルの先端側から基端側に向けて移動させて有底筒状の素材を薄肉状に成形するようにしたことを特徴とする塑性加工方法。
絞りローラに対して相対的に回転する主軸に配設したマンドレルと、該マンドレルに取り付けた有底筒状の素材に対して張力を付与する張力付与機構と、有底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、張力付与機構を、マンドレルを主軸の軸心方向に主軸に対して相対的に伸長させてマンドレルによって有底筒状の素材の底面を押圧する押圧手段と、有底筒状の素材の開口端部を主軸に固定する固定手段とから構成したことを特徴とする塑性加工装置。
押圧手段を、マンドレルを主軸の軸心方向に押圧するシリンダ機構で構成したことを特徴とする請求項２記載の塑性加工装置。