JP2010162564A

JP2010162564A - スピニング加工方法及びスピニング加工装置

Info

Publication number: JP2010162564A
Application number: JP2009005517A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Arai; 裕彦荒井; Shozo Fujimura; 昭造藤村
Original assignee: DAITO SPINNING KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: DAITO SPINNING KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2009-01-14
Filing date: 2009-01-14
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】側面の肉厚を薄くすることなく深い角筒形状を一体成形できるスピニング加工方法を提供すること。
【解決手段】多角形の底面を有する角筒形状の金属容器を成形加工するスピニング加工方法であって、素材の金属板を多サイクルの絞りスピニング加工により前記金属容器の底面形状に外接する円形の底面を有する円筒形状の中間成形品を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された中間成形品を角筒形状の断面形状に沿って加工ローラを駆動するスピニング加工によって、角筒形状の金属容器を成形する第２工程とを備えたので、側面の肉厚が薄くなることなく深い角筒形状を一体成形することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は金属の塑性加工の分野に関し、特に多角形状の底面を有する製品をスピニング加工によって製造するスピニング加工方法及びスピニング加工装置に関する。

従来、スピニング加工は回転する成形型に板状のワーク（金属素材）をセットし、ワークを回転させながらへらまたはロールを押し付けながら成形型と同じ形状を作る加工法であり、回転軸を中心に円形の断面形状のものが殆どであった。したがって、多角形状の底面を有する金属加工製品は、従来ではスピニング加工法では、製造することが出来ず、板金加工、溶接、プレス加工などの方法によって製作するのが一般的であった。

また、スピニング加工により異形断面形状の製品を成形するための手段が以下の特許文献等に提案されている。

特開２００３−１８１５５５号公報登録実用新案第３１３６８６６号公報

例えば、特開２００３−１８１５５５では、成形型及び板材ワークの回転角度に同期して加工ローラを半径方向に前後させ、異形断面形状の製品が成形可能なスピニング加工法を提案している。また、登録実用新案３１３６８６６では、加工ローラをリニアモータで駆動し、加工ローラがワークに加える押し付け力を制御することによってワークを異形断面形状の成形型に密着させるスピニング加工装置が提案されている。

しかし、従来の板金加工、溶接、プレス加工などによって製作した場合、板金加工や溶接作業には工数がかかる上に、流体を収納する容器などでは一枚の金属板からの一体成形が求められる場合がある。また、一体成形はプレス加工による深絞り加工でも対応可能であるが、金型費用がかかるため多品種少量生産ではコスト高になると云う欠点が存在した。
また、上記した２つの特許文献によれば、スピニング加工により板材から多角形断面の形状が成形可能である。しかし、加工ローラを目標形状の側面に沿って主軸方向に送り、板材から１パスで目標形状の成形を行う場合、成形品の側面の回転軸に対する傾きをαとすると、側面の肉厚は元の板材の厚さのｓｉｎｅα倍となる。したがって、角筒形状においてはα＝０となるため、１パスの成形では側面の肉厚がきわめて薄くなり破断が生ずる虞れが存在した。

この発明は上記に鑑み提案されたもので、板材から直接に角筒形状を成形するのではなく、回転軸と平行な（α＝０）側面を有するカップ状の中間成形品を板材から作り、それを異形断面が成形可能なスピニング加工法によって、角筒形状に仕上げることのできるスピニング加工方法及びスピニング加工装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、多角形の底面を有する角筒形状の金属容器を成形加工するものであって、素材の金属板を多サイクルの絞りスピニング加工により前記金属容器の底面形状に外接する円形の底面を有する円筒形状の中間成形品を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された中間成形品を角筒形状の断面形状に沿って加工ローラを駆動するスピニング加工によって、角筒形状の金属容器を成形する第２工程とを備えたスピニング加工方法を提供する。

以上の構成による本発明によれば次のような効果が生じる。
先ず、本願発明のスピニング加工方法によれば、回転軸と平行な側面を有する中間成形品を経て成形を行うため、側面の肉厚が薄くなることなく深い角筒形状を一体成形することができる。また、中間成形品も同一のスピニング加工機で製造できるため、一つの加工機を使用して原料の板材から製品までを一貫して製作可能である。更に、必要とされる成形型がオス型のみのため金型のコストが低く多品種少量生産に有利である。

図１は、本発明の成形法を行うスピニング加工装置の一例を示す概略平面図である。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の成形法におけるワークである金属素材の形状の変化を示したものである。図３は、中間成形品を多サイクルの絞りスピニングで成形する様子を示したものである。図４は、加工ローラの力制御により中間成形品から角筒形状を成形する様子を示したものである。図５は、金属素材の回転に同期して加工ローラを動かすことにより中間成形品から角筒形状を成形する他の実施の形態を示す模式図である。

素材の金属板を多サイクルの絞りスピニング加工により前記金属容器の底面形状に外接する円形の底面を有する円筒形状の中間成形品を形成する第１工程と、前記第１工程で形成された中間成形品を角筒形状の断面形状に沿って加工ローラを駆動するスピニング加工によって、角筒形状の金属容器を成形する第２工程とを備えたので、側面の肉厚が薄くなることなく深い角筒形状を一体成形することが出来る。

以下、本発明における金属容器のスピニング加工方法の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係わる加工を行うスピニング加工装置の一例を示す概略平面図である。ここで、スピニング加工装置１０は、金属素材１１を成形型１２と心押棒１３の間に挟んで固定し、回転角度θを検出するエンコーダなどの角度検出手段を備えたモータ１４によって成形型１２と一体的に回転させ、送り量を検出する変位検出手段を備えた直動テーブル１５、１６によって成形型１２の回転軸線Ｌ方向及び半径方向ｒに変位する加工ローラ１７を金属素材１１に押し付けて角筒形状を形成するものである。

金属素材１１は、成形型１２と心押棒１３に挟まれてセンタリングされるとともに固定され、モータ１４によって成形型１２とともに回転する。成形型１２は、モータ１４で回転駆動される回転軸１８に着脱可能であり、モータ１４は回転角度θを検出するエンコーダ・レゾルバなどの角度センサを備えるものとする。加工ローラ１７は、ボールねじや油圧シリンダなどで駆動される直動テーブル１５によって半径方向ｒに前進あるいは後退する。また、加工ローラ１７は、直動テーブル１５に固定され、真直に延設された腕部材２１に対して回動可能であり、且つ所定の角度で取り付けられている。したがって、加工ローラ１７は、回転軸１８の軸線に対しても傾斜して取り付けられている。また直動テーブル１５自体は直動テーブル１６によって回転軸１８の軸線Ｌと平行方向に前進あるいは後退する。各直動テーブル１５、１６は送り量を検出するエンコーダなどの変位センサを備えるものとする。

次に、以上のように構成されたスピニング加工装置を用いた成形の方法について説明する。図２（ａ）〜（ｃ）は、ワークである金属素材の形状の変化を順次示したものである。図２（ａ）に示した円板状の金属素材１１を最終的には図２（ｃ）に示す角筒形状の製品１９に成形する。
先ず、第１工程において、金属素材１１の外縁をサイクルの絞りスピニング加工するべく、加工ローラ１７で円筒形状に曲げ、角筒形状である製品１９の底面に外接する円形の底面を有する図２（ｂ）に示す中間成形品２０に成形する。
次に、第２工程において、第１工程で形成された中間成形品２０の側面を加工ローラ１７を駆動制御するスピニング加工によって、断面を多角形とした目標の角筒形状の金属容器１９に成形する。

図３は、中間成形品２０を多サイクルの絞りスピニング加工で成形する様子を示したものである。加工ローラ１７をＩ〜ＶＩの破線のような経路に沿って順次移動し、金属素材１１を段階的に変形させれば、側面の肉厚が薄くなりすぎないよう保てるので、破断を生ずることなく円筒形状の中間成形品２０を成形することができる。

中間成形品２０から製品である容器１９の角筒形状を成形するには二つの方法がある。図４は加工ローラ１７の力制御を用いる方法を示す。この場合は容器の内面の形状に等しい成形型１２を用いる。加工ローラ１７を直動テーブル１５により押し付け力Ｆで金属素材１１を介して成形型１２に押し付ける。一方、加工ローラ１７を直動テーブル１６により一定の送り速度Ｖで回転軸線方向に送り制御する。金属素材１１と成形型１２が回転するにしたがって加工ローラ１７は成形型１２の断面形状に倣って半径方向に動き、金属素材を成形型１２に押し付けるので、中間成形品２０を角筒形状の製品１９に成形することができる。

また、図５は本発明の他の実施の形態による角筒形状の製品の成形方法を示す模式図である。この場合、主軸駆動用のモータ１４にはサーボモータを用い、金属素材１１の回転角θを制御可能とする。加工ローラ１７を金属素材１１の回転角θに同期して直動テーブル１５により半径方向に前進または後退させ、加工ローラ１７と金属素材１１との接触点が、目標とする断面形状の軌道Ｐに接するように制御する。軌道Ｐの形状を中間成形品２０の断面形状から滑らかに変化させ、最終的には金属素材１１が角筒形状の金属容器１９となるように成形する。

本実施の形態によれば、側面の肉厚が薄くなることなく深い多角筒形状を一体成形できるとともに、成形型を使用することなく、製品の加工が可能である。

本発明に係る金属容器のスピニング加工方法は、以上のような構成であるから、従来の板金加工、溶接、プレス加工による製作の代替法として、電気及び機械製品のカバーおよび収納箱、液体等の容器の製作をはじめとする広い用途に用いることができる。

１０スピニング加工装置
１１金属素材
１２成形型
１３心押棒
１４モータ
１５、１６直動テーブル
１７加工ローラ
１８回転軸
１９製品（金属容器）
２０中間成形品
２１腕部材

Claims

多角形の底面を有する角筒形状の金属容器を成形加工するスピニング加工方法であって、
素材の金属板を多サイクルの絞りスピニング加工により前記金属容器の底面形状に外接する円形の底面を有する円筒形状の中間成形品を形成する第１工程と、
前記第１工程で形成された中間成形品を角筒形状の断面形状に沿って加工ローラを駆動するスピニング加工によって、角筒形状の金属容器を成形する第２工程とを備えたことを特徴とするスピニング加工方法。
金属素材を成形型に固定し、角度検出手段を備えたモータによって成形型と一体的に回転させ、送り量を検出する変位検出手段を備えた直動テーブルによって前記成形型の回転軸線方向及び半径方向に変位する加工ローラを前記金属素材に押し付けて角筒形状を形成するスピニング加工装置であって、
先ず、多サイクルの絞りスピニング加工により前記製品の底面形状に外接する円形の底面を有する円筒形状の中間成形品を形成し、
次に、前記中間成形品を角筒形状の断面形状に沿って加工ローラを駆動し、角筒形状の金属容器を成形することを特徴とするスピニング加工装置。