JP2016000416A - Rotating body-type article manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,素材を回転させつつその端面を押圧して回転体状物品を製造する方法に関する。さらに詳細には,素材の回転軸に対する径方向への過度の拡大を防止して適切な形状が得られるようにした回転体状物品の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a rotating article by pressing an end face while rotating a material. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a rotating article that prevents an excessive expansion in the radial direction with respect to the rotation axis of the material so as to obtain an appropriate shape.
従来から,素材を回転させつつ,その端面に,素材と連れ回る円筒形状のローラを押し当てて成形するローラ鍛造が行われている。このようなローラ鍛造技術の一例として,特許文献1が挙げられる。同文献の技術では,素材の端面がローラの押し当てにより,径方向に拡げられることとなる。このことにより,押し広げられる素材の外周部には引っ張り応力が発生するので,成形限界が限定される要因となっている。そこで特許文献1の技術では,成形時に素材の外周にリング状の部材を装着することとしている。リング状部材は,素材の径方向の拡大とは逆向きの応力を素材の外周部に印加することとなる。これにより成形時の引っ張り応力を緩和し,成形限界を高めようとしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, roller forging has been performed in which a material is rotated while a cylindrical roller that rotates with the material is pressed against the end surface of the material. Patent document 1 is mentioned as an example of such a roller forging technique. In the technique of this document, the end face of the material is expanded in the radial direction by pressing the roller. As a result, tensile stress is generated at the outer peripheral portion of the material to be spread, which is a factor that limits the forming limit. Therefore, in the technique of Patent Document 1, a ring-shaped member is attached to the outer periphery of the material at the time of molding. The ring-shaped member applies a stress opposite to the radial expansion of the material to the outer peripheral portion of the material. In this way, the tensile stress during molding is relaxed and the molding limit is increased.
しかしながら前記した従来の技術には,次のような問題点があった。すなわち,ローラ押し当て側の端面における素材の拡径方向の流れが大きく,仕上がり形状が必ずしも所望通りの形状にはならないのである。また,リング状部材として弾性部材を用いているので,径の拡大を十分制御できない。このため特に,厚みのある素材を成形する場合に,ローラ押し当て側の端面がその反対側の端面に比して大きく広がってしまう場合があった。 However, the conventional techniques described above have the following problems. That is, the flow in the diameter increasing direction of the material on the end surface on the roller pressing side is large, and the finished shape does not necessarily have a desired shape. In addition, since an elastic member is used as the ring-shaped member, the expansion of the diameter cannot be controlled sufficiently. For this reason, particularly when a thick material is formed, the end surface on the roller pressing side may be larger than the end surface on the opposite side.
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,ローラ鍛造によりつつ,所望通りの外周形状を適切に得ることができる回転体状物品の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a rotating article that can appropriately obtain a desired outer peripheral shape while performing roller forging.
本発明の一態様における回転体状物品の製造方法は,リング状の部材である外周型の内周面の内部に素材を配置する配置工程と,外周型の内部に配置された素材を,外周型の軸方向回りに回転させつつ,軸方向の両端面から圧迫して回転体状物品とする成形工程とを有している。ここにおいて,外周型として素材より高強度のものを用いる。そして,成形工程では,素材の一方の端面を,素材とともに回転する回転型で圧迫し,素材のもう一方の端面と外周型とを,素材の回転軸の方向と交差する方向の回転軸を中心に回転するローラ部材の側面で圧迫しつつ,ローラ部材と回転型とを互いに近接する方向に移動させて素材を加工する。 A method of manufacturing a rotating article according to an aspect of the present invention includes an arranging step of arranging a material inside an inner peripheral surface of an outer peripheral mold that is a ring-shaped member, and a material disposed inside the outer peripheral mold, And a molding step of rotating the mold around the axial direction of the mold and pressing it from both end faces in the axial direction to form a rotating article. Here, an outer peripheral mold having a strength higher than that of the material is used. In the molding process, one end surface of the material is pressed with a rotating mold that rotates together with the material, and the other end surface of the material and the outer peripheral mold are centered on a rotation axis that intersects the direction of the rotation axis of the material. The material is processed by moving the roller member and the rotary mold in directions close to each other while pressing on the side surface of the rotating roller member.
上記態様における回転体状物品の製造方法では,成形工程において,素材が軸方向まわりに回転しつつ,一方の端面が回転型により成形され,もう一方の端面がローラ部材により成形される。このとき素材の材料の拡径方向への流れは,外周型の内側面により規制されている。これにより,成形済み製品における高い寸法精度および形状精度を,ローラ鍛造にて得ることができる。 In the method for manufacturing a rotating article according to the above aspect, in the molding step, one end surface is molded by the rotary mold while the material rotates around the axial direction, and the other end surface is molded by the roller member. At this time, the flow of the raw material in the diameter increasing direction is regulated by the inner surface of the outer peripheral mold. Thereby, high dimensional accuracy and shape accuracy in the molded product can be obtained by roller forging.
本構成によれば,ローラ鍛造によりつつ,所望通りの外周形状を適切に得ることができる回転体状物品の製造方法が提供されている。 According to this configuration, there is provided a method of manufacturing a rotating article that can appropriately obtain a desired outer peripheral shape while performing roller forging.
以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。まず,本形態で使用する回転体状物品の製造装置,すなわち鍛造成形装置について説明する。図1に示す本形態に係る製造装置は主として,回転台10と,外周型11と,ローラ12とにより構成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. First, an apparatus for manufacturing a rotating article used in this embodiment, that is, a forging apparatus will be described. The manufacturing apparatus according to the present embodiment shown in FIG. 1 is mainly composed of a
回転台10は,素材を載置する載置台としての役割と,素材を回転させる回転伝達部材としての役割と,素材を回転させつつ成形し成形後の素材における図中下側の端面の形状を規定する回転型としての役割とを有している。回転台10の上面101が,載置台および下型としての役割を果たす。回転台10は,シャフト13によりモータ等の回転駆動源16に接続されている。これにより回転台10は,図中上下方向の回転軸L1を中心に回転するようになっている。
The
外周型11はリング状の部材である。外周型11は,回転台10上に素材を配置した場合に,その素材が外周型11の内周面111の内部に位置するように配置されている。外周型11の内周面111は,成形後の素材における外周形状を規定する役割を有している。外周型11はまた,回転台10の高さ方向位置に対して,上下方向(回転軸L1と平行な方向)に移動可能である(矢印B)。さらに外周型11には,バネ14が設けられている。バネ14は,外周型11を図中上方へ向けて付勢している。図1中に示される外周型11の位置は,バネ14の付勢により上昇した位置である。外周型11は,この位置から,後述するローラ12で押し下げられることにより下降する。外周型11が押し下げられている状態では,回転台10の少なくとも一部が,内周面111の内部に位置することとなる。本形態では,外周型11が押し下げられていない状態で既に,回転台10の一部が内周面111の内部に位置することしている。ローラ12での押し下げが解除されると外周型11は,バネ14の付勢により図1中の位置に戻る。
The outer
ローラ12は,シャフト15(回転軸L2)を中心に回転可能に設けられた回転体形状の部材である。回転軸L2の方向は,回転台10の回転軸L1に対して交差する方向である。ローラ12は,その回転体としての側面により,成形後の素材における図中上側の端面の形状を規定する役割を果たす。また,ローラ12は,シャフト15ごと,図1中上下方向(回転軸L1と平行な方向)に,外部からの操作により移動可能とされている(矢印A)。図1中にはローラ12の高さ方向位置が2水準示されているが,このうちの下側の位置よりさらにローラ12を押し下げることができる。
The
ローラ12が存在する水平方向の範囲Wについて述べる。範囲Wの外端W2は,外周型11の半径方向に対し,内周面111より外側でなければならない。ローラ12を押し下げたときに外周型11の上端面112に接触する必要があるからである。また,範囲Wの内端W1は,回転台10の回転軸L1と外端W2との間に位置していなければならない。つまり,ローラ12は,回転軸L1を横切っては存在していない。
A horizontal range W where the
外周型11は,成形対象である素材の材質より高強度な材料で形成されている。素材が通常の炭素鋼である場合,外周型11としては,冷間鍛造型用の鋼種を用いたものであればよい。回転台10やローラ12も同様である。
The outer
本形態では,上記の鍛造成形装置により,回転体状物品を製造する。製造される物品の一例としては,燃料電池自動車用の高圧ガスタンクの口金が挙げられる。本形態の製造方法は基本的に,配置工程と成形工程との2段階による。 In the present embodiment, the rotating article is manufactured by the forging apparatus described above. As an example of the manufactured article, there is a base of a high pressure gas tank for a fuel cell vehicle. The manufacturing method of this embodiment basically has two stages, an arrangement process and a molding process.
(配置工程)
配置工程では,図1に示した鍛造成形装置に素材を配置する。素材を配置するときには,ローラ12を図1中に示される上段の位置まで上昇させる。このときリング状の外周型11も,その移動範囲内の最上の位置まで上昇する。バネ14の付勢のためである。図1中に示される外周型11の位置は,このときの位置である。この状態で,回転台10の上面101に素材を載置する。載置された素材は,外周型11の内周面111の内部に位置する。載置される素材の形状,すなわち鍛造前の形状は,概略,円板状である。素材を載置したらローラ12を,外周型11の上端面112に接触するまで下降させる。この状態を図2に示す。図2中におけるローラ12の位置は,図1中における下段のローラ12の位置と同じである。また,図2中における外周型11の位置は,図1中における位置と同じである。すなわちこの時点では,外周型11がバネ14の付勢に抗して押し下げられるまでには至っていない。
(Arrangement process)
In the placement step, the material is placed in the forging apparatus shown in FIG. When placing the material, the
このとき,ローラ12と上端面112とが接触していることが望ましい。すなわち,素材20の形状(鍛造前の形状)によっては,ローラ12を下降させる際に,上端面112よりも先に素材20がローラ12に接触することもあり得る。その場合には,ローラ12を下降させた時点で,ローラ12と上端面112との間に隙間があることになる。そうであると,後の成形工程で,素材20の一部がローラ12と上端面112との間に入り込んで拡径方向に流れる可能性がある。その場合にはその拡径した部位では,製品の外周形状が規定されないことになる。ローラ12を下降させた時点でローラ12と上端面112とが接触していれば,そのようなおそれはない。ただしこのことは,絶対的な必須条件ではない。ローラ12と上端面112との隙間がごくわずかで,成形開始後,素材20の一部がローラ12と上端面112との間に入り込むより前にローラ12と上端面112とが接触する程度であれば問題はない。本形態では図2に示すように,ローラ12を下降させた時点でローラ12と上端面112とが接触しているものとする。
At this time, it is desirable that the
また図2では,素材20と外周型11の内周面111とが隙間なく接触しているように描いているが,このことも必須条件ではない。鍛造前の素材20の径方向のサイズは,内周面111に対してジャストサイズであってもよいし,それより小さくてもよい。素材20の材質は,塑性加工が可能で,外周型11や回転台10,ローラ12より強度の低いものであれば特に限定はない。一般的には炭素鋼やアルミ等の金属類である。以上が配置工程の説明である。
In FIG. 2, the
(成形工程)
続いて成形工程を行う。成形工程ではまず,素材20を軸回りに回転させる。すなわち,回転台10を回転駆動源16の回転駆動力により回転させる。これにより,回転台10に載置されている素材20も,回転台10の回転に伴って回転軸L1を中心に回転する。このときに外周型11は,回転台10とともに回転することはない。外周型11は,回転方向に関しては固定されている。外周型11が回転台10の回転に伴って一緒に回転
するような装置構成も可能ではあるが,本形態ではそうしていない。以下,成形工程における引き続きの処理は,素材20の回転を続行させつつ行われる。
(Molding process)
Subsequently, a molding process is performed. In the molding process, first, the
このように素材20を回転させながら,ローラ12を,図2中に示した位置からさらに押し下げる。ここから先のローラ12の押し下げは,外周型11をも押し下げつつ,また素材20を塑性変形させつつ行うことになる。ローラ12をさらに押し下げることで,回転台10とローラ12との間隔が,図2中に示される間隔よりも狭くなっていく。
The
このため,素材20の下側端面が,回転台10の上面101により圧迫される。また,素材20の上側端面は,ローラ12の側面により圧迫される。このときローラ12は,素材20の回転に引きずられて,自身の回転軸L2を中心に回転することとなる。こうして素材20は,下側の端面が回転台10の上面101の形状に倣った形状に成形され,上側の端面のうち,図1に示したローラ12の内端W1より外側の部分がローラ12の側面形状に倣った形状に成形されることとなる。なお,素材20の上側の端面は,図2で見ると右側半分しか加工されないようにも見えるが,実際には,回転軸L1の周りの全方位にわたり加工される。素材20は回転軸L1を中心に回転しているからである。ただし回転軸L1付近の状況については別途説明する。
For this reason, the lower end surface of the
図3に,成形後の素材20の形状を示す。図3では,成形前の状態を左半分に示し,成形後の状態を右半分に示している。図3の右半分を見ると,ローラ12および外周型11か,左半分と比べて下降していることが分かる。そして,成形後の素材20には,フランジ部21とボス部22とが形成されていることが分かる。なお,成形完了後には,ローラ12の下方への押し付けを解除し,図1中における上段のローラ12の位置まで上昇させる。これにより外周型11も,バネ14の付勢により図1中の位置へ戻る。その状態で鍛造成形装置から成形後の製品(素材20)を取り出せばよい。
FIG. 3 shows the shape of the material 20 after molding. In FIG. 3, the state before molding is shown in the left half, and the state after molding is shown in the right half. Looking at the right half of FIG. 3, it can be seen that the
フランジ部21は,略円盤状の部分であり,元の素材20が全体に厚み方向に圧迫されて形成された部分である。その外径は,外周型11の内周面111により規定されている。また厚さは,ローラ12および回転台10の形状と,図3の左半分の状態から右半分の状態へのローラ12の下降のストローク量とにより規定されている。このため,フランジ部21の寸法および形状の精度は高い。ボス部22は,フランジ部21の部分の素材20のうち,上下から圧迫されて押し出された部分が,素材20の上側端面のうち中央部分に寄せ集められて形成された凸部である。ボス部22が形成されている領域は,フランジ部21の上側端面のうち,ローラ12による加工を受けない部分,すなわち内端W1よりも回転軸L1寄りの範囲内の領域である。ボス部22の径は,内端W1の位置により規定されている。また,フランジ部21とボス部22との接続部分の形状は,ローラ12の形状により規定されている。
The
このように本形態の製造方法では,素材20の材料の加工時の流れの向きは,内側向きである。拡径向きの流れが外周型11の内周面111により規制されているからである。これにより高い寸法精度および形状精度を得ている。加工後の素材20のうち,本形態での加工を強く受けた部分は,図4の断面図の素材20中に網掛けを付して示す部分である。すなわち,フランジ部21のうち上側端面の表層付近と,ボス部22の全体である。前述のようにこの網掛け部分といえども,加工時に外向きにはほとんど流れていない。
As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, the flow direction during processing of the
図5に示す参考例のように加工時に素材を大きく拡径させる場合には,加工時に材料の外向きの流れがある。図5の例では一応,加工後の最大径は下型211により規定されていると言えるが,得ようとする形状によっては必ずしもそうはならない。図6に示す参考例では,加工を強く受けた領域である網掛け領域のうち,フランジ部31の部分が,外向きの流れによって形成された領域である。このようなフランジ部31では,外径,厚みとも,精度があまりよくない。これに対し本形態では,先に説明したように高い精度が得られるのである。
When the material is greatly expanded during processing as in the reference example shown in FIG. 5, there is an outward flow of the material during processing. In the example of FIG. 5, it can be said that the maximum diameter after processing is defined by the
以上詳細に説明したように本実施の形態によれば,素材20を,素材20よりも高強度の外周型11の中に配置し,その状態で、ローラ12と外周型11とを接触させつつローラ鍛造を行うようにしている。これにより,加工時の材料の流れを主として内側向きとしつつ,成形後の外径を外周型11の内周面111により規定し,高い形状精度および寸法精度を得ている。これにより,従来の鍛造加工では得にくかった形状の製品を容易に製造できる回転体状物品の製造方法が実現されている。
As described above in detail, according to the present embodiment, the
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,図3の左半分の状態から右半分の状態への加工において,ローラ12および外周型11を下降させる代わりに,回転台10を上昇させるようにしてもよい。また,ローラ12の回転軸L2まわりの回転について,素材20による連れ回りに頼らず,独自の回転駆動源により回転駆動するようにしてもよい。また,鍛造成形装置に備えられるローラ12の個数は,2つには限られない。
Note that this embodiment is merely an example, and does not limit the present invention. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof. For example, in the processing from the left half state to the right half state in FIG. 3, instead of lowering the
10 回転台
11 外周型
12 ローラ
20 素材
111 外周型の内周面
L1 回転台の回転軸
L2 ローラの回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記外周型の内部に配置された素材を,前記外周型の軸方向回りに回転させつつ,軸方向の両端面から圧迫して回転体状物品とする成形工程とを有する,回転体状物品の製造方法において,
前記外周型として素材より高強度のものを用い,
前記成形工程では,
素材の一方の端面を,素材とともに回転する回転型で圧迫し,
素材のもう一方の端面と前記外周型とを,前記素材の回転軸の方向と交差する方向の回転軸を中心に回転するローラ部材の側面で圧迫しつつ,
前記ローラ部材と前記回転型とを互いに近接する方向に移動させて素材を加工することを特徴とする回転体状物品の製造方法。
An arrangement step of arranging the material inside the inner peripheral surface of the outer peripheral type that is a ring-shaped member;
A rotating body-like article having a molding step of rotating the material disposed inside the outer circumference mold around the axial direction of the outer circumference mold and pressing from both end faces in the axial direction to obtain a rotating body article. In the manufacturing method,
Use a material with higher strength than the material as the outer periphery type,
In the molding process,
Press one end of the material with a rotating mold that rotates with the material,
While pressing the other end surface of the material and the outer peripheral mold on the side surface of the roller member that rotates about the rotation axis in the direction intersecting the direction of the rotation axis of the material,
A method for manufacturing a rotating article, wherein the material is processed by moving the roller member and the rotating mold in directions close to each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014121285A JP2016000416A (en) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Rotating body-type article manufacturing method |
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CN116274812A (en) * | 2023-03-09 | 2023-06-23 | 江苏立一新材料科技有限公司 | Punch press for self-lubricating bearing production |
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2014
- 2014-06-12 JP JP2014121285A patent/JP2016000416A/en active Pending
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