JP2010137265A - 塑性加工装置、及び、塑性加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、円盤状素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該円盤状素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、回転駆動部により回転される前記円盤状素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該円盤状素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工とを順に実行する塑性加工方法、その塑性加工方法を実行するための塑性加工装置に関する。
【解決手段】バーリングパンチ１０の基端側に、バーリングパンチ１０をバーリング孔２１に挿入した状態で、ダイ２０の端面２２との間で素材１を挟持可能な挟持部１１を備え、回転駆動部２５が、ダイ２０の端面２２と挟持部１１とを、素材１を挟持した状態で回転させるように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工とを順に実行する塑性加工方法、その塑性加工方法を実行するための塑性加工装置に関する。

従来、円盤状の素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、同素材の外周部に増肉部（ブランク部）を形成するスピニング加工とを順に実行し、後に適宜切削加工等が施されて歯車等の回転部品となる半製品を製造する塑性加工方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
従来の塑性加工方法においては、上記バーリング加工と上記スピニング加工との夫々は別の専用装置で実行されるので、夫々の加工工程間には素材を一旦取り外してセットし直す所謂段取り替えが必要となる。

具体的に、上記従来の塑性加工方法において、バーリング加工では、バーリング加工専用の装置を用いて、円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成する（特許文献１の図５等参照）。
上記バーリング加工が終了すると、その素材を、上記バーリング加工専用の装置から取り外して、別のスピニング加工専用の装置にセットし直す段取り替えを行って、次のスピニング加工を開始する。

次のスピニング加工では、スピニング加工専用の装置を用いて、そのボス部が形成された円盤状の素材を、一対の成形金型により挟持した状態で回転駆動部により回転させ、その外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、その外周部に増肉部を形成する（特許文献１の図９等参照）。
そして、このように円盤状の素材から塑性加工方法によりボス部や増肉部が形成されて製作された半製品は、適宜、ボス部や増肉部等が所望の形状になるように切削加工等が施されて、プーリや歯車等の回転部品となる。また、このような塑性加工により成形された半製品は、鋳造や溶接によるものと比較して、完成品に近い形状とすることができるので歩留まりを向上することができ、さらに、接合不良や鋳造不良等の欠陥の問題がないので品質を向上することができる。

特開平１０−２８６６４６号公報

しかしながら、従来の特許文献１に記載の塑性加工方法では、上述したようにバーリング加工とスピニング加工との間で段取り替えを行う必要があり、設備及び作業が煩雑になるという問題があった。
また、上記段取り替えにおいて、ボス部が形成された円盤状の素材をスピニング加工専用の一対の金型で挟持するにあたり、当該素材を成形金型に正確に位置決めする必要があり、そのため従来の方法では、バーリング加工の後にボス部を増肉して内面を整え、そのボス部内面を基準に位置決めピンにより成形金型にセットするという煩雑な設備及び作業が必要であった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、円盤状の素材に対し、中心孔縁部にボス部をバーリング加工により形成すると共に、外周部に増肉部をスピニング加工により形成するにあたり、設備及び作業を合理化すると共に、歩留まり及び品質に優れた回転部品の半製品を製作する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る塑性加工装置は、
円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工機構と、
回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工機構とを備えた塑性加工装置であって、
その特徴構成は、
前記バーリングパンチの基端側に、前記バーリングパンチを前記バーリング孔に挿入した状態で、前記ダイの端面との間で前記素材を挟持可能な挟持部を備え、
前記回転駆動部が、前記ダイの端面と前記挟持部とを、前記素材を挟持した状態で回転させるように構成されている、点にある。

また、上記目的を達成するための本発明に係る塑性加工方法は、上記本発明に係る塑性加工装置により好適に実行可能、且つ、
円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、
回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工とを順に実行する塑性加工方法であって、
その特徴構成は、
前記バーリング加工後に、前記バーリングパンチを前記バーリング孔に挿入した状態で、前記ダイの端面と前記バーリングパンチの基端側に設けられた挟持部との間で前記素材を挟持し、
前記回転駆動部により、前記ダイの端面と前記挟持部とを、前記素材を挟持した状態で回転させて、前記スピニング加工を実行する、点にある。

上記本発明に係る塑性加工装置及び塑性加工方法の特徴構成によれば、バーリングパンチの基端側に上記のような挟持部を設けることで、バーリング加工機構によりバーリング加工を施してボス部を形成した円盤状の素材を、そのままバーリングパンチをバーリング孔に挿入した状態で、ダイの端面とバーリングパンチの挟持部との間で素材を挟持することができ、さらに、回転駆動部により、その素材を挟持するダイ及びバーリングパンチを回転させて、当該素材を次のスピニング加工のために回転させることができる。
従って、上記バーリング加工が終了した後に、上記バーリング加工機構を有する同じ装置に設けられたスピニング加工機構により、回転駆動部により回転される素材の外周部を、成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工を施すことができる。
その結果、本発明により、円盤状の素材に対し、中心孔縁部にボス部をバーリング加工により形成すると共に、外周部に増肉部をスピニング加工により形成するにあたり、煩雑な設備及び作業を必要とすることがない合理的な塑性加工技術を確立し、歩留まり及び品質に優れた回転部品の半製品を製作することができた。

本発明に係る塑性加工装置の更なる特徴構成は、上述した特徴構成に加え、
前記バーリングパンチの先端側に、前記素材の中心孔に嵌合して前記素材を保持する突出保持部を備えた、点にある。

上記本発明に係る塑性加工装置の更なる特徴構成によれば、上記突出保持部を備えることで、それを円盤状の素材の中心孔に嵌合させて、バーリング加工前の素材を良好に保持しておくことができ、別途専用の保持手段を備える必要がなくなる。

本発明に係る塑性加工装置の更なる特徴構成は、上述した特徴構成に加え、
前記成形ローラの外周部が、前記素材の外周部に押し付けられて前記増肉部を形成した状態で前記増肉部に対応する凹部と、当該凹部の両側部において前記ダイ及び前記挟持部の外周面の夫々に当接する当接縁部とを有する、点にある。

上記本発明に係る塑性加工装置の更なる特徴構成によれば、上述したスピニング加工で増肉部を形成するための成形ローラについては、当該増肉部に対応する凹部の両側部の夫々に上記当接縁部を設けることで、スピニング加工中において凹部内で増肉する素材が上記当接縁部よりも外側に流出することを抑制することができるので、増肉部の断面形状を凹部の断面形状に合った適切なものとすることができる。

以下、本発明に係る塑性加工装置１００（以下、本加工装置という）及び本塑性加工装置１００により実行される塑性加工方法（以下、本加工方法という）の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本加工装置１００及び本加工方法に使用される素材１の斜視図、図２は、本加工装置に素材１を取り付けた状態を示す状態図、図３は、本加工装置１００で実行されるバーリング加工の初期状態を示す状態図、図４は、本加工装置１００で実行されるバーリング加工の完了状態及びそれに続くスピニング加工の初期状態を示す状態図、図５は、本加工装置１００で実行されるスピニング加工の途中状態を示す状態図、図６は、本加工装置１００で実行されるスピニング加工の完了状態を示す状態図、図７は、本加工装置１００で製作された製品６の斜視図である。

本加工装置１００は、図１に示すように、中心部にプレスなどにより形成された中心孔２を有する円盤状の鉄板等の素材１（図１参照）に対して、所定の塑性加工を施して、中心部にボス部４を有すると共に外周部３に増肉部５を有する円盤状の製品６（図７参照）を製作するものである。
ここで、上記素材１の厚さは、製品６で必要となるボス部４と増肉部５との間の円盤部の厚さやボス部４の厚さに合わせて設定し、また、素材１の直径は、増肉部５での体積に合わせて設定する。
また、上記製品６は、歯車やプーリなどの回転部品の半製品とされ、ボス部４や増肉部５等が回転部品における所望の形状になるように適宜切削加工等が施される。

次に、本加工装置１００の詳細構成及び加工手順について説明を加える。
本加工装置１００は、図２〜図４に示すように、バーリング加工機構Ａを備えており、当該バーリング加工機構Ａは、円盤状の素材１の中心孔２縁部をバーリングパンチ１０によりバーリング孔２１に向けて押し付けて、当該素材１の中心孔２縁部にボス部４を形成する所謂バーリング加工を実行するように構成されている。

即ち、当該バーリング加工機構Ａは、略円錐状に形成されたバーリングパンチ１０と、内部にバーリングパンチ１０が挿入可能なバーリング孔２１を有する筒状のダイ２０と、及び、バーリングパンチ１０をバーリング孔２１に抜き差しするように当該バーリングパンチ１０を往復駆動可能な油圧アクチュエータ１５等を有して構成されている。
そして、図２に示すように、バーリング孔２１から離間されたバーリングパンチ１０の先端側に素材１が取り付けられた状態で、図３に示すように、上記油圧アクチュエータ１５によりバーリングパンチ１０がバーリング孔２１側に移動されて、素材１がダイ２０の端面２２に当接する。
さらに、図４に示すように、バーリングパンチ１０が一層バーリングパンチ孔２１側に移動されることで、素材１の中心孔２縁部がバーリングパンチ１０によりバーリング孔２１に向けて押し付けられて、バーリングパンチ１０とバーリング孔２１との隙間に沿って拡径及び屈曲することで、当該素材１の中心孔２縁部がボス部４として形成されるのである。

また、上記バーリングパンチ１０の先端側には、素材１の中心孔２に嵌合して素材１を良好に保持する円柱状の突出保持部１２が設けられている。尚、本実施形態では、素材１を上記突出保持部１２のみで保持する形態を示すが、別に、上記突出保持部１２を省略して別のチャックなどの保持手段のみで、又は、上記突出保持部１２と別の保持手段と共同で、素材１を保持するように構成しても構わない。

次に、本加工装置１００は、上記バーリング加工機構Ａに加えて、図４〜図６に示すように、スピニング加工機構Ｂを備えており、当該スピニング加工機構Ｂは、上記バーリング加工の後に、回転駆動部２５により回転される素材１の外周部３を成形ローラ３０により内径方向に向けて押し付けて、当該素材１の外周部３に増肉部５を形成する所謂スピニング加工を実行するように構成されている。

即ち、当該スピニング加工機構Ｂは、円盤状の素材１を軸心周りに回転駆動可能なモータ等の回転駆動部２５と、軸受部３５により上記回転軸心と平行の中心軸周りに回転自在に設けられた成形ローラ３０と、当該成形ローラ３０の軸受部３５を上記回転軸心に対して近接離間する方向に往復駆動可能な油圧アクチュエータ（図示省略）等で構成されている。尚、本実施形態では、一対の成形ローラ３０を、上記回転軸心を挟んで対称に配置している。

さらに、上記バーリングパンチ１０の基端側には、バーリングパンチ１０をバーリング孔２１に挿入した状態で、ダイ２０の端面２２との間で素材１を挟持可能な挟持部１１が設けられており、具体的には、バーリングパンチ１０の基端側から径外方向に延出する回転軸に垂直な平面として挟持部１１が形成されている。尚、かかる挟持部１１は平面に限らず、例えば上記素材側に突出する楔状などを有する面などとして構成しても構わない。
また、上記回転駆動部２５は、バーリングパンチ１０及びダイ２０を軸心周りに回転自在に設けると共に、バーリングパンチ１０をバーリング孔２１に挿入して、ダイ２０の端面２２とバーリングパンチ１０の挟持部１１とで素材１を挟持した状態で、当該ダイ２０側を回転駆動させるように構成されている。尚、本実施形態では、回転駆動部２５によりダイ２０側を回転駆動するように構成したが、別に、バーリングパンチ１０側を回転駆動させるように構成しても構わない。

そして、図４に示すように、上述したバーリング加工が完了してバーリングパンチ１０がバーリング孔２１に挿入されてボス部４が形成され、ダイ２０の端面２２とバーリングパンチ１０の挟持部１１とで素材１が挟持された状態で、回転駆動部２５によりダイ２０を介して素材１が回転駆動される。
さらに、図５及び図６に示すように、成形ローラ３０が内径方向に移動されることで、素材１の外周部３が、成形ローラ３０の外周部により内径方向に押しつぶされて増肉化し、所望の増肉部５として形成されるのである。

また、成形ローラ３０の外周部には、素材１の外周部３に押し付けられて増肉部５を形成した状態で増肉部５の断面形状に対応した形状を有する凹部３１と、当該凹部３１の両側部においてダイ２０及び挟持部１１の外周面の夫々に当接する当接縁部３２とが形成されている。
そして、図５に示すように、スピニング加工途中においては、凹部３１内で増肉する素材１が上記当接縁部３２よりも外側に流出することが抑制され、さらに、図６に示すように、上記当接縁部３２がダイ２０及び挟持部１１の外表面の夫々に当接してスピニング加工が完了したときには、増肉部５の断面形状が凹部３１の断面形状に合った適切なものとなる。

以上のように、本加工装置１００は、円盤状の素材１に対して、中心孔２縁部にボス部４をバーリング加工により形成すると共に、外周部３に増肉部５をスピニング加工により形成することができ、夫々専用の加工装置でバーリング加工及びスピニング加工を実行する場合と比較して、煩雑な設備及び作業を必要とすることがない塑性加工といえる。

本発明は、円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工とを順に実行する塑性加工方法、その塑性加工方法を実行するための塑性加工装置において、設備及び作業を合理化すると共に、歩留まり及び品質に優れた回転部品の半製品を製作する技術として利用可能である。

本発明に使用される素材の斜視図 本発明に係る塑性加工装置に素材を取り付けた状態を示す状態図 バーリング加工の初期状態を示す状態図 バーリング加工の完了状態及びそれに続くスピニング加工の初期状態を示す状態図 スピニング加工の途中状態を示す状態図 スピニング加工の完了状態を示す状態図 本発明に係る塑性加工装置及び塑性加工方法により製作される製品の斜視図

符号の説明

１：素材
２：中心孔
３：外周部
４：ボス部
５：増肉部
１０：バーリングパンチ
１１：挟持部
１２：突出保持部
２０：ダイ
２１：バーリング孔
２２：端面
２５：回転駆動部
３０：成形ローラ
３１：凹部
３２：当接縁部
１００：塑性加工装置（本加工装置）
Ａ：バーリング加工機構
Ｂ：スピニング加工機構

Claims (4)

1. 円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工機構と、
   回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工機構とを備えた塑性加工装置であって、
   前記バーリングパンチの基端側に、前記バーリングパンチを前記バーリング孔に挿入した状態で、前記ダイの端面との間で前記素材を挟持可能な挟持部を備え、
   前記回転駆動部が、前記ダイの端面と前記挟持部とを、前記素材を挟持した状態で回転させるように構成されている塑性加工装置。
2. 前記バーリングパンチの先端側に、前記素材の中心孔に嵌合して前記素材を保持する突出保持部を備えた請求項１に記載の塑性加工装置。
3. 前記成形ローラの外周部が、前記素材の外周部に押し付けられて前記増肉部を形成した状態で前記増肉部に対応する凹部と、当該凹部の両側部において前記ダイ及び前記挟持部の外周面の夫々に当接する当接縁部とを有する請求項１又は２に記載の塑性加工装置。
4. 円盤状の素材の中心孔縁部をバーリングパンチによりダイに形成されたバーリング孔に向けて押し付けて、当該素材の中心孔縁部にボス部を形成するバーリング加工と、
   回転駆動部により回転される前記素材の外周部を成形ローラにより内径方向に向けて押し付けて、当該素材の外周部に増肉部を形成するスピニング加工とを順に実行する塑性加工方法であって、
   前記バーリング加工後に、前記バーリングパンチを前記バーリング孔に挿入した状態で、前記ダイの端面と前記バーリングパンチの基端側に設けられた挟持部との間で前記素材を挟持し、
   前記回転駆動部により、前記ダイの端面と前記挟持部とを、前記素材を挟持した状態で回転させて、前記スピニング加工を実行する塑性加工方法。

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