JP2018001232A - 拡管装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】金属管に割れや亀裂を発生させることなく、しかも、低コストで、且つ、加工時間が短い拡管装置を提供する。
【解決手段】クランプ型2は、金属管10の一端側の外周面に接触して金属管10を固定する固定部30と、固定部30に固定された金属管10の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間S1を形成する非固定部12とを有す。マイクロヒータ9でパンチ型6を約200℃に加温しながら金属管10に圧入させることにより、パンチ型6が金属管10を非固定部12に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、金属管の開口部分を拡管する拡管装置に関する。
従来より、例えば、特許文献1に開示されている拡管装置は、金属管を固定するクランプ型と、該クランプ型に固定された金属管に対してその一方の開口から圧入可能なパンチ型とを備え、該パンチ型は、外形の大きさの異なるものが複数用意されている。そして、上記各パンチ型を外形の小さなものから順に上記金属管の一方の開口から圧入して上記各パンチ型の外周面で金属管の一方側を径方向外側に次第に押し広げることにより、割れや亀裂を発生させずに金属管を所望する形状に拡管するようになっている。
特開2010−227988号公報
しかし、特許文献1の拡管装置は、複数のパンチ型を使用して金属管を拡管するため、使用するパンチ型を金属管に対する圧入開始位置まで順に移動させ、且つ、使用するパンチ型の中心軸を金属管の筒中心線に一致させる動作が必要であり、構造が複雑でコストが嵩むとともに、加工時間が長くなってしまうという問題があった。
これを回避するために、パンチ型の数を減らすことも考えられるが、単にパンチ型を減らしてしまうと、パンチ型が金属管を引き伸ばす量に対して金属管の母材の伸びが追従できなくなってしまい、割れや亀裂が頻発してしまうおそれがある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属管に割れや亀裂を発生させることなく、しかも、低コストで、且つ、加工時間が短い拡管装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明は、室温より高く再結晶温度より低い温度に加温された金属管が室温と同じ温度の場合と比べて軟化する現象を利用して拡管加工を行うようにしたことを特徴とする。
すなわち、第1の発明では、金属管の一端側の外周面に接触して当該金属管を固定する固定部及び該固定部に連続して設けられ、当該固定部に固定された金属管の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間を形成する非固定部を有するクランプ型と、該クランプ型に固定された上記金属管にその他端開口から圧入可能に設けられたパンチ型と、該パンチ型を加温可能な加温手段とを備え、該加温手段で上記パンチ型を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記金属管にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型が上記金属管の他端側を上記非固定部に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるよう構成されていることを特徴とする。
第2の発明では、第1の発明において、上記クランプ型を冷却可能な冷却手段を備えていることを特徴とする。
第3の発明では、第2の発明において、上記冷却手段は、上記クランプ型の上記固定部を除く部分に設けられた配管と、該配管に冷却媒体を循環させる循環手段とからなり、上記固定部は、セラミック材で形成されていることを特徴とする。
第1の発明では、金属管にパンチ型が圧入されると、加温状態のパンチ型によって金属管が加温され、当該金属管の温度が室温より高く再結晶温度より低い温度になる。したがって、金属管が室温と同じ温度のときに比べて軟化するようになり、パンチ型が金属管を径方向外側に押し広げても金属管の板厚が薄くなり過ぎなくなるので、金属管に割れや亀裂を発生し難くできる。また、パンチ型を多く使用しなくても金属管に割れや亀裂が発生しない拡管加工が可能となるので、金属管を拡管する際に使用するパンチ型を減らすことができる。したがって、拡管装置において、使用するパンチ型を金属管に対する圧入開始位置まで順に移動させたり、或いは、使用するパンチ型の中心軸を金属管の筒中心線に一致させるといった動作の回数が減り、装置の構造が特許文献1の如き装置の構造に比べて簡素になり、コストを低く抑えることができるとともに、加工時間を短くすることができる。
第2の発明では、拡管加工の際、金属管の他端側がパンチ型によって径方向外側に押し広げられて非固定部に接触すると、加温状態である金属管の拡管部分が冷却された非固定部によって急冷される。したがって、金属管の拡管部分における熱収縮量が少なくなってシワ等の発生が抑制され、拡管部分の加工精度を高めることができる。
第3の発明では、固定部の熱伝導率が低いので、冷却手段でクランプ型を冷却しても固定部に固定された状態の金属管が冷却され難くなる。したがって、パンチ型を金属管に圧入させる際、パンチ型の熱によって金属管の温度を短時間で所望する温度まで高めることができ、拡管加工の過程において金属管を室温より高く再結晶温度より低い温度に確実にすることができる。
本発明の実施形態に係る拡管装置の断面概略図である。 図1の状態の後、パンチ型を固定型に固定された金属管に圧入して金属管を拡管した状態を示す図である。 加工する金属管の温度別応力歪み曲線である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
図1及び図2は、本発明の実施形態に係る拡管装置1の概略断面図である。該拡管装置1は、車両に組み込まれる燃料給油管(図示せず)の製造ラインに設置され、金属管10の端部を拡管するためのものであり、当該金属管10を固定するクランプ型2を備えている。
該クランプ型2は、略直方体形状の上型3と下型4とに上下略中央の位置で分割されている。
上記上型3下部の水平方向一端から中途部に亘る部分には、セラミック材からなる固定部30が設けられ、該固定部30の下面には、筒中心線C1が水平方向に向く姿勢の金属管10の上半部分に対応する断面半円状の第1凹状面31が形成されている。
尚、クランプ型2の固定部30を除く部分は、鋼材で形成されている。
上記上型3における下面の上記固定部30を除く部分には、断面半円状の第2凹状面32が形成されている。
該第2凹状面32は、水平方向の一端が上記第1凹状面31に連続し、且つ、水平方向の他端側に行くにつれて次第に拡径するように延びる傾斜延出面32aと、該傾斜延出面32aにおける水平方向の他端に連続し、且つ、水平方向に延びる水平延出面32bとを備えている。
尚、上記下型4は、上記上型3と略同一の構造をしており、側面視で上下方向に対称となるように配置されているだけであるので、上記上型3と同一の部分は同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
上記下型4内部における上記水平延出面32b近傍には、上記下型4の温度を検出する温度センサ16が埋設されている。
そして、上記クランプ型2を型開きした状態で、筒中心線C1が水平方向に向く姿勢の金属管10を上記上型3及び上記下型4の間に挿入するとともに上記クランプ型2を型閉じすると、上記両固定部30は、上記金属管10の一端側から中途部の外周面に接触して当該金属管10を固定するようになっている。
また、上記上型3の第2凹状面32と上記下型4の第2凹状面32とで本発明の非固定部12を構成していて、該非固定部12は、上記金属管10が上記両固定部30に固定された状態において上記両固定部30に連続するとともに当該両固定部30の反対側が開口する穴形状をなしている。そして、上記非固定部12は、上記金属管10の他端側外周面と接触せずにその外周面との間に周方向に亘って隙間S1を形成するようになっている。
上記クランプ型2における非固定部12側の側方には、圧入機5が配置されている。
該圧入機5は、中心軸C2が上記クランプ型2に固定された金属管10の筒中心線C1に一致する略円柱状のパンチ型6と、該パンチ型6を上記クランプ型2に固定された金属管10に向かって進出又は後退させる流体圧シリンダ7と、該流体圧シリンダ7を駆動させるシリンダ駆動装置8とを備えている。
上記パンチ型6は、上記流体圧シリンダ7によって上記クランプ型2に固定された上記金属管10に向かって進出すると、当該金属管10にその他端開口から圧入されるようになっている。
上記パンチ型6には、小径部6a、成形面部6b及び大径部6cが上記パンチ型6の先端側から順に形成されている。
上記小径部6aの外周面は、上記金属管10の内周面に対応していて、上記パンチ型6を上記金属管10に圧入する際、上記パンチ型6を上記金属管10内に滑らかに案内するようになっている。
上記成形面部6bは、上記パンチ型6の先端寄りの位置に設けられ、その外周面は、圧入方向の反対側に行くにつれて次第に拡径している。
上記大径部6cは、上記パンチ型6の先端寄りの位置から基端にかけて設けられ、その外周面は、水平方向に真っ直ぐに延びている。
上記流体圧シリンダ7は、中心軸が上記パンチ型6の中心軸C2に一致する円柱状のシリンダ本体71を備え、該シリンダ本体71の内部には、シリンダ室70が形成されている。
上記シリンダ本体71の一端中央には、上記シリンダ室70に連通する連通孔71aが形成され、該連通孔71aには、長細い棒形状のピストンロッド72がスライド可能に嵌挿されている。
該ピストンロッド72の一端は、上記パンチ型6の基端中央に固定されていて、上記ピストンロッド72がスライドすることにより、上記パンチ型6が上記クランプ型2に固定された金属管10に向かって進出又は後退するようになっている。
一方、上記ピストンロッド72の他端には、当該ピストンロッド72と直交する方向に延びる仕切板72aが固定されている。
該仕切板72aは、上記シリンダ室70を上記パンチ型6から遠い側の第1室70aと上記パンチ型6に近い側の第2室70bとに区画するようになっている。
上記第1室70aには、当該第1室70aの圧力を検出する第1圧力センサ73aが配置される一方、上記第2室70bには、当該第2室70bの圧力を検出する第2圧力センサ73bが配置されている。
また、上記第2室70bの上記ピストンロッド72に対応する位置には、当該ピストンロッド72のスライド量を検出することにより、上記パンチ型6の進出位置を検出する進出位置検出センサ74が配置されている。
上記シリンダ駆動装置8は、流体を供給又は回収可能な駆動装置本体81と、一端が上記シリンダ室70の第1室70aに接続される一方、他端が上記駆動装置本体81に接続される第1配管82と、一端が上記シリンダ室70の第2室70bに接続される一方、他端が上記駆動装置本体81に接続される第2配管83とを備えている。
そして、上記ピストンロッド72は、上記駆動装置本体81から上記第1配管82を介して上記第1室70aに流体を供給するとともに上記第2配管83を介して上記第2室70bから上記駆動装置本体81に流体を回収すると、一方側にスライドして上記パンチ型6を進出させる一方、上記駆動装置本体81から上記第2配管83を介して上記第2室70bに流体を供給するとともに上記第1配管82を介して上記第1室70aから上記駆動装置本体81に流体を回収すると、他方側にスライドして上記パンチ型6を後退させるようになっている。
上記駆動装置本体81は、上記第1室70a及び上記第2室70bに対する流体の供給及び回収を切り替えることにより、上記ピストンロッド72のスライド方向を変更させる切替部81aを有している。
上記パンチ型6の側方には、当該パンチ型6を加温可能なマイクロヒータ9(加温手段)が配置されている。
該マイクロヒータ9は、ヒータ本体9aと、該ヒータ本体9aによって加温調節がなされる発熱線9bとを備え、該発熱線9bの一部が上記パンチ型6の内部に埋設されている。
上記ヒータ本体9aの側方には、上記クランプ型2を冷却可能な冷却水循環機15(冷却手段)が配置されている。
該冷却水循環機15は、冷却水が溜められたタンク15aと、該タンク15aに接続された冷却配管15bと、当該冷却配管15bの上記タンク15aとの接続部分近傍に設置されたポンプ15cとを備え、上記冷却配管15bの一部が上記クランプ型2の固定部30を除く部分に埋設されている。
上記タンク15a及び上記ポンプ15cは、本発明の循環手段15dを構成していて、上記ポンプ15cは、上記タンク15aに溜まる冷却水を汲み上げて上記冷却配管15bに循環させるようになっている。
上記第1圧力センサ73a、上記第2圧力センサ73b、上記進出位置検出センサ74、上記シリンダ駆動装置8、上記マイクロヒータ9、上記冷却水循環機15及び上記温度センサ16には、制御盤14(制御手段)が接続され、該制御盤14は、上記シリンダ駆動装置8、上記マイクロヒータ9及び上記冷却水循環機15に作動信号を出力するようになっている。
上記制御盤14は、上記進出位置検出センサ74による検出値に基づいて上記パンチ型6の進出位置を検出できるようになっている。
また、上記制御盤14は、進出位置検出センサ74により検出したパンチ型6の進出位置に対応する予め決められた圧入時の設定圧力値となるように上記第1圧力センサ73a及び上記第2圧力センサ73bの検出値に基づいて上記第1室70a及び上記第2室70bに対して供給又は回収する流体の量を調整しながら金属管10に対してパンチ型6により加える圧力を変更するようになっている。
さらに、上記制御盤14は、上記ヒータ本体9aに作動信号を出力して上記発熱線9bを発熱させて上記パンチ型6を所定の温度まで上昇させるようになっている。
それに加えて、上記制御盤14は、上記クランプ型2の温度が拡管加工時における予め決められた設定温度となるように上記温度センサ16により検出した検出値に基づいて上記冷却配管15bに循環させる冷却水の量が変更されるよう上記ポンプ15cに作動信号を出力するようになっている。
そして、上記制御盤14は、上記ヒータ本体9aに作動信号を出力して上記パンチ型6を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記シリンダ駆動装置8に進出開始信号を出力して上記パンチ型6を上記金属管10にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型6が上記金属管10の他端側を上記非固定部12に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるようになっている。
尚、図3は、本発明において拡管加工を施す金属管10の温度別応力歪み曲線を示しており、本発明の実施形態では、マイクロヒータ9によってパンチ型6を約200℃に加温して拡管加工を行っている。
次に、上記拡管装置1を用いた金属管10の拡管加工について詳述する。
まず、筒中心線C1が水平方向に延びる姿勢の金属管10を上記クランプ型2の上型3と下型4との間に挿入する。
次に、図1に示すように、クランプ型2を型閉じする。すると、クランプ型2の固定部30が上記金属管10の一端側から中途部の外周面に接触して当該金属管10を固定する。
このとき、金属管10の他端側外周面と上記非固定部12の内周面との間には、隙間S1が形成される。
次いで、ポンプ15cを作動させてタンク15aの冷却水を汲み上げて冷却配管15bに冷却水を循環させる。
さらに、ヒータ本体9aを作動させて発熱線9bを発熱させることにより、パンチ型6を加温して当該パンチ型6の温度を約200℃にする。
しかる後、上記パンチ型6をクランプ型2に向けて進出させる。すると、まず、パンチ型6の小径部6aが上記金属管10の他端開口に挿入される。
さらにパンチ型6を進出させると、上記金属管10の他端側が成形面部6bによって径方向外側に押し広げられ始める。このとき、パンチ型6の熱によって金属管10の温度が約200℃まで高められる。このように、金属管10にパンチ型6が圧入されると、加温状態のパンチ型6によって金属管10が加温され、当該金属管10の温度が約200℃になる。したがって、金属管10が室温と同じ温度のときに比べて軟化するようになり、パンチ型6が金属管10を径方向外側に押し広げても金属管10の板厚が薄くなり過ぎなくなるので、金属管10に割れや亀裂を発生し難くできる。
ここで、上記クランプ型2の固定部30はセラミック材で形成され、当該部分の熱伝導率が低いので、冷却水循環機15でクランプ型2を冷却しても固定部30に固定された状態の金属管10は冷却され難くなる。したがって、パンチ型6を金属管10に圧入させる際、パンチ型6の熱によって金属管10を短時間で所望する温度まで高めることができ、拡管加工の過程において金属管10の温度を約200℃に確実にすることができる。
その後、さらにパンチ型6を進出させると、当該パンチ型6の成形面部6bによって金属管10の他端側が非固定部12の内周面に沿うまで径方向外側に次第に押し広げられて拡管される。このとき、加温状態である金属管10の拡管部分が冷却水循環機15によって冷却された非固定部12に接触して急冷されるので、金属管10の拡管部分における熱収縮量が少なくなってシワ等の発生が抑制され、金属管10の拡管部分の加工精度を高めることができる。
以上より、本発明の実施形態によると、拡管加工時に金属管を加温して軟化させることで金属管10に割れや亀裂を発生し難くすることができる。
また、パンチ型6を多く使用しなくても金属管10に割れや亀裂が発生しない拡管加工が可能となるので、金属管10を拡管する際に使用するパンチ型6を減らすことができる。したがって、拡管装置1において、使用するパンチ型6を金属管10に対する圧入開始位置まで順に移動させたり、或いは、使用するパンチ型6の中心軸を金属管10の筒中心線C1に一致させるといった動作の回数が減り、拡管装置1の構造が特許文献1の如き装置の構造に比べて簡素になり、コストを低く抑えることができるとともに、加工時間を短くすることができる。
尚、本発明の実施形態では、固定部30をセラミック材で形成しているが、その他の材料で形成してもよく、熱伝導率の低い材料で形成するのが好ましい。
また、本発明の実施形態では、パンチ型6をマイクロヒータ9により加温しているが、その他の装置で加温するようにしてもよい。
また、本発明の実施形態では、冷却配管15bに冷却水を循環させているが、オイル等の流体を循環させてもよい。
本発明は、金属管の開口部分を拡管する拡管装置に適している。
1 拡管装置
2 クランプ型
6 パンチ型
9 マイクロヒータ(加温手段)
10 金属管
12 非固定部
14 制御盤(制御手段)
15 冷却水循環機(冷却手段)
15b 冷却配管
15d 循環手段
30 固定部
S1 隙間

Claims (3)

  1. 金属管の一端側の外周面に接触して当該金属管を固定する固定部及び該固定部に連続して設けられ、当該固定部に固定された金属管の他端側外周面との間に周方向に亘って隙間を形成する非固定部を有するクランプ型と、
    該クランプ型に固定された上記金属管にその他端開口から圧入可能に設けられたパンチ型と、
    該パンチ型を加温可能な加温手段とを備え、
    該加温手段で上記パンチ型を室温より高く再結晶温度より低い温度に加温しながら上記金属管にその他端開口から圧入させることにより、上記パンチ型が上記金属管の他端側を上記非固定部に沿うまで径方向外側に押し広げて拡管させるよう構成されていることを特徴とする拡管装置。
  2. 請求項1に記載の拡管装置において、
    上記クランプ型を冷却可能な冷却手段を備えていることを特徴とする拡管装置。
  3. 請求項2に記載の拡管装置において、
    上記冷却手段は、上記クランプ型の上記固定部を除く部分に設けられた冷却配管と、該冷却配管に冷却流体を循環させる循環手段とからなり、
    上記固定部は、セラミック材で形成されていることを特徴とする拡管装置。
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