JP3416662B2 - 金属軸材の軸肥大加工方法 - Google Patents
金属軸材の軸肥大加工方法Info
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Description
金属管の任意の位置に該金属軸材あるいは金属管の径よ
りも大径の肥大部を成形する方法に関するものである。
設ける方法としては、まず第一に大径の軸材から切削し
て、削り出す方法があった。第二にあらかじめ用意した
カラーを止着する方法もあった。しかしながら、第一の
場合には削り捨てる材料の無駄、切削に要する加工時間
が長く必要であること、長尺物の加工に適していないこ
となどの問題点があった。また、第二の場合、例えばカ
ラー等をネジ止めする場合にはネジ加工など追加の加工
が必要となること、溶接の場合には溶接熱の影響を考慮
しなければならないことなどの問題点があった。
局部的に軸材の直径よりも大径となる肥大部を形成する
方法として、金属軸材に回転と圧縮圧力及び曲げを作用
させる方法を発明し、特許(日本国特許第199395
6号)を取得している。この技術によれば、金属軸材の
中間部に容易に肥大部を形成することができるので、従
来のような切削加工、あるいは溶接する必要がなくなる
ものであった。
げと回転及び圧縮圧力を作用させる条件として、金属軸
材の曲げ部外側に発生する引張による変形を防ぐために
それ以上の圧縮圧力を作用させながら曲げと回転を加え
るものであった。そのため、金属軸材の軸径が大きくな
ればなるほど大きな圧縮圧力を必要とし、結果として、
金属軸材を保持する回転保持体の保持力を大きくする必
要があるとともに、該圧縮圧力、すなわちスラスト荷重
に耐える装置としなければならず、大掛かりなものが必
要になるなど実用に供しないものであった。
しようとする課題は、上記従来技術の有する問題点に鑑
みなされたもので、金属軸材に回転と曲げ及び圧縮圧力
を加え、金属軸材の所望の位置に軸材の直径よりも大径
の肥大部を成形する軸肥大加工方法において、所望の肥
大部を得るために作用させる圧縮圧力を可能な限り小さ
くすることを課題としている点である。
る一対の回転保持体でワークWである直線状の金属軸材
あるいは金属管を適当な間隔(初期掴み間隔)D0をお
いて保持し、該ワークWに軸周りの回転と、前記回転保
持体の少なくとも一方を他方の回転保持体の軸心に対し
て傾斜する方向へ偏倚させることによってワークWに耐
力以上の応力が作用する曲げを加え、前記両回転保持体
間のワークWに曲げと曲げ戻しを繰り返し作用させ、ワ
ークWの降伏応力を低下させる降伏応力低下工程を行
い、然る後、ワークWに前記回転と曲げ、さらに前記回
転保持体の一方を他方に接近させることによって圧縮圧
力を作用させる圧縮成形工程により、両回転保持体間の
ワークWの曲げ部内側に形成される凸部をワークWの全
周に累積させ所望の肥大部を成形し、次に両回転保持体
の軸心を直線状に配置することによるワークWの真直化
工程を行った後、圧縮圧力及び回転を停止させることに
よってワークWの中間部任意の位置に所望の肥大部を成
形することを最も主要な特徴としている。また、互いに
対向する一対の回転保持体でワークWである直線状の金
属軸材あるいは金属管を適当な間隔(初期掴み間隔)D
0をおいて保持し、請求項1記載の降伏応力低下工程と
圧縮成形工程を繰り返し行った後、ワークWの真直化工
程を行い所望の肥大部を成形することを特徴としてい
る。さらに、互いに対向する一対の回転保持体でワーク
Wである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間隔
(初期掴み間隔)D0をおいて保持し、上記降伏応力低
下工程と圧縮成形工程を行った後、肥大部の成形に伴っ
て狭くなった両回転保持体間の間隔D1を間隔D2(D
1<D2)として両回転保持体により再保持し、更に上
記降伏応力低下工程と圧縮成形工程を行い、これらの各
工程を繰り返すことにより所望の肥大部を成形すること
を特徴としている。
0をおいて両回転保持体で保持されたワークWに圧縮圧
力を作用させない状態で、ワークWの耐力以上の応力が
作用する曲げと回転を加えることによって、ワークWに
曲げと曲げ戻しを繰り返し作用させる状態となって、バ
ウシンガー効果により降伏応力を低下させることができ
る。つまり、ワークWの降伏応力の低下に伴い、圧縮成
形工程で作用させる圧縮圧力を極めて小さくすることが
できる。そのため、加工機自体の両回転保持体の保持力
と耐スラスト荷重も小さくすることができる。なお、こ
の発明において得られる肥大部を備えた金属軸材は曲げ
と回転及び圧縮圧力により成形されているので肥大部は
加工硬化し、ワークW自体の強度はほとんど低下しない
ものが得られる。請求項2の発明によれば、降伏応力低
下工程によりワークWの降伏応力を低下させた後、圧縮
成形工程を行い、さらに圧縮圧力を作用させない状態で
曲げと回転を加え、ワークWの初期軸径から若干拡径し
た肥大部の降伏応力を低下させる。そして、圧縮成形工
程を行い肥大部を膨出させるものである。そのために、
通常ワークWの軸径の膨出に伴い作用させる圧縮圧力を
増大させなければならないが、これを抑えることができ
軸径が大きくなっても小さな圧縮圧力で大きな肥大部を
得ることができる。請求項3の発明によれば、降伏応力
低下工程後、圧縮成形工程を行い、然る後、圧縮成形工
程によって狭くなった両保持部の間隔D1を再度両回転
保持体により間隔D2で保持した状態で、降伏応力低下
工程と圧縮成形工程を行うので、小さな圧縮圧力で大径
かつ幅広の肥大部を成形することができる。
施の形態を例示しつつ、本発明をより具体的に説明す
る。まず、本発明の軸肥大加工方法を用いて肥大部を成
形する拡軸加工機1は、図4乃至図6に示すように床上
に載置されるベースフレーム2上に設けられた駆動回転
保持体3と該駆動回転保持体3を回転させる駆動手段4
と、前記駆動回転保持体3を水平位置から上方へ偏倚さ
せる偏倚手段5と、前記駆動回転保持体3に対向して設
けられる従動回転保持体6と、該従動回転部6を前記駆
動回転部3に相対的に接近あるいは離反させワークWに
圧縮圧力を作用させる加圧手段7とから主に構成されて
いる。
する。拡軸加工機1のベースフレーム2は、前後方向の
補強部材8前後端に固着した設置部材9,9上に前側支
柱10,10及び後側支柱11,11を立設し、後側支
柱11,11上部に平面視において後方側が開口した略
々コ字状のリンク支持部材12と、該リンク支持部材1
2と前記前側支柱10,10に固着された支持部材13
とからなる。そして、この支持部材13の前方部には回
動支持部材14,14が固着されている。
5の両側部に支持プレート16,16が固着され、上記
回動支持部材14,14に回動支軸17,17により、
回動自在に軸着されている。そして支持筒体15には保
持筒18が軸回りに回転自在にベアリング19,20を
介して支承されている。該保持筒18内部前端部には雌
ネジ部を、後端部にはテーパ部が設けられている。さら
に、該保持筒18の内部には、軸材Wを保持する保持部
としてチャック部材21,21,21を嵌め込んでい
る。該チャック部材21,21,21は中空の筒体の端
部外周部に前記保持筒18後端部のテーパ部に相対する
テーパ角のテーパ部を設け、さらに該筒体を複数に分割
したものである。そして、該チャック部材21,21,
21前部に保持子22を嵌め込み、これを中空のボルト
部材23によって、後方へ押し込みできる構成に成って
いる。すなわち、ボルト部材23を締め付けることによ
って、チャック部材21,21,21を後方へ押し出
し、チャック部材21,21,21と保持筒18のテー
パ部の作用によりチャック部材21,21,21の空孔
部が縮小し、ワークWを挟持できる構成となっている。
さらに、前記駆動回転保持体3の支持筒体15下部には
プレート24が固着されており、該プレート24に駆動
源となるモータ25の取付部材26が固着されている。
て従動歯車27を取付けている。28は該従動歯車を固
定するナット部材である。そして、駆動源となるモータ
25が前記取付部材26に固定され、この出力軸に取付
けた駆動歯車29が上記従動歯車27と噛合している。
すなわち、駆動回転保持部3はモータ25の回転が駆動
歯車29から従動歯車27へ伝達され、保持筒18が回
転する構成となっている。
段5について説明する。上記前側支柱10,10前方部
に駆動源となるモータ30を取付部材31に取付け、上
下に回動自在に軸着し、該モータ30の出力軸にカラー
32を介して取付けられたネジ33と、該ネジ33に螺
着されるナット34と、該ナット34を前記駆動回転保
持体3から下方に固着したアーム35,35に回動自在
にピン36により枢支したものである。このように構成
した偏倚手段5はモータ30の正逆転によってナット3
4が前後に移動する。それに伴い前記回動支軸17,1
7を回動中心として駆動回転保持体3が上下に回動する
構成である。
えば、回動支軸を軸心として駆動回転保持体が回動自在
となるよう構成し、リンク式加圧手段あるいは流体シリ
ンダ等の加圧手段等で軸材Wの軸心と交差する方向の力
を作用させて傾斜させるものであってもよい。また、偏
倚手段5は駆動回転部を上下回動する構成であるが、水
平回動するものであっても何ら問題はない。
対向するように従動回転保持体6が設けられている。該
従動回転保持体6は支持部材13,13上面に止着され
たプレート37に固着された摺動保持筒38に前後に摺
動可能に挿通されている。この従動回転保持体6は、中
空の支持筒体39に保持筒40がベアリング41,42
軸回りに回転自在に支承されている。該保持筒40内部
には空孔部が設けられ、この空孔部前端部はネジ部とな
っており、外周部にネジ部を設けたスリーブ43を螺着
している。そして該スリーブ43後端部には保持子44
を嵌め込んでいる。なお、前記保持筒40後部外周部に
もネジ部が形成されており、保持子44の抜け止めキャ
ップ45が螺着されている。さらに、支持筒体39後部
には押圧キャップ46が螺着されている。
設けられている。この加圧手段7は、前記従動回転保持
体6を駆動回転保持体3に向かって押圧するもので、ベ
ースフレーム2の前部に一端部が止着された流体シリン
ダである油圧シリンダ47の伸縮によって作動する。こ
の油圧シリンダ47の他端部はリンク支持部材12に回
動自在に枢着された反転リンク48の下端部に軸着され
ている。そして、該反転リンク48上部及び上記押圧キ
ャップ45に接続アーム49を取付けている。すなわ
ち、油圧シリンダ47の伸縮によって反転リンク48が
前後に回動し、それを接続アーム49を介して従動回転
保持体6が摺動保持筒38内を前後に摺動する構成であ
る。
油圧シリンダ47の制御装置は図示していないが、各モ
ータの回転数あるいは加圧時の圧力は任意に設定できる
ものであると共に、偏倚手段5については角度を任意に
設定できるものである。
転保持体3,6内の保持子22,44を軸材で構成し、
ワークWが短い場合の加工に適したものを示している。
しかし、長尺軸の中間部に肥大部を設ける場合には、前
記保持子22,44を中空とし、駆動回転保持体3と同
様にワークWを挟持できる構成とすればよい。
一の発明に係る軸肥大加工方法による拡軸加工を行う手
順を図1を用いて説明する。まず従動回転保持体6のス
リーブ43と駆動回転保持体3のチャック部材21の軸
心が同一直線状に配置されるようにセットする。そし
て、前記スリーブ43にワークWを挿通し、油圧シリン
ダ47を伸長させる。油圧シリンダ47が伸長すると反
転リンク48が反時計回り(図5の状態から図6の状
態)に回動し、接続アーム49を介して、従動回転保持
体6を駆動回転保持体3側に移動する。さらに、油圧シ
リンダ47の伸長を続けるとワークWを駆動回転保持体
3のチャック部材21に挿通される。ワークWが駆動回
転部3のチャック部材21に挿通された後、チャック部
材21とスリーブ43間に初期掴み間隔D0をとり、油
圧シリンダ47を停止させる。然る後、ボルト部材23
を捩じ込むことによってチャック部材21でワークWを
挟持する。
させ、ワークWを軸周りに回転させる。そして、偏倚手
段5の駆動源であるモータ30を作動させ、回動支軸1
7を中心として駆動回転保持体3を上方へ回動させる。
このときの曲げ角度は、初期掴み間隔D0内のワークW
に耐力を超える曲げ応力が加わる程度とする。この状態
においてワークWには曲げ曲げ戻しが繰り返し作用する
こととなり、ワークWの降伏応力をバウシンガー効果に
より非常に低くすることができる。ワークWの降伏応力
を低下させると初期の状態と比較して非常に小さな負荷
によって塑性変形を行うことができるので、本軸肥大加
工方法においてワークWに作用させる圧縮圧力も小さく
することが可能となった。上記降伏応力低下工程を終了
させた後、加圧手段7である油圧シリンダ47を伸長さ
せ、従動回転保持体6を駆動回転保持体3側に接近させ
ることによって、ワークWに圧縮圧力を作用させる。こ
のように、ワークWに回転と曲げ、さらに圧縮圧力を作
用させることによって、曲げ内側に生じた凸部をワーク
W全周にわたって累積させ所望の肥大部を成形すること
ができる。このときワークWに作用させる圧縮圧力は降
伏応力低下工程によって低下した降伏応力を超える程度
の圧縮圧力でよく、降伏応力低下工程をしなかった場合
の圧縮圧力と比較しても非常に小さなものでよい。そし
て、所望の肥大部が成形されれば、次に偏倚手段5の駆
動源であるモータ30を作動させ、駆動回転保持体3の
チャック部材21と従動回転保持体6のスリーブ43の
軸心が同一直線状になるよう両回転保持体3,6を配置
し、この状態で数回転させワークWの真直化を行う。然
る後、圧縮圧力と回転を停止後、従動回転保持体6を後
方へ移動させ、ボルト部材23を緩めてワークWを抜き
取ればよい。なお、この方法により成形される肥大部を
備えた軸材は、降伏応力低下工程によって加工軟化した
状態となるが、圧縮圧力を加えた状態での圧縮成形工程
によって加工硬化するので、ワークWの初期の強度をほ
とんど低下させることなく成形することができる。
する肥大部の大きさによって両回転保持体間の間隔と曲
げ角度、さらに圧縮圧力、回転数は適宜最適なもので行
えばよい。
いて図2を用いて説明する。この第二の発明は第一の発
明における圧縮成形工程の後、再度降伏応力低下工程を
行い、成形された肥大部の降伏応力を低下させる。然る
後、圧縮成形工程を行うものである。この降伏応力低下
工程と圧縮成形工程を数回繰り返し、所望の肥大部を得
る方法である。この発明によれば、所望の肥大部を得る
ために、通常はワークWの軸径の膨出に伴い作用させる
圧縮圧力を増大させなければならないが、これを抑える
ことができ軸径が大きくなっても小さな圧縮圧力で大き
な肥大部を得ることができる。
について図3を用いて説明する。これは第二の発明と同
様に降伏応力低下工程と圧縮成形工程を数回繰り返すも
のであるが、圧縮成形工程後、両回転保持体3,6間に
間隔D2をとり、両回転保持体3,6によってワークW
を保持する。然る後、降伏応力低下工程と圧縮成形工程
を行うものである。成形する肥大部の大きさによっては
これを数回繰り返す。この方法によれば、第一あるいは
第二の発明によって成形される肥大部よりも幅広かつ大
径の肥大部を極めて小さい圧縮圧力で成形することがで
きる。
方法は、ワークに曲げと回転及び圧縮圧力を作用させ、
ワークの任意の位置に肥大部を形成する方法であり、か
つ圧縮圧力を作用させる前に、ワークに回転と曲げを加
えることによって、曲げ・曲げ戻しがワーク全周に作用
するためにバウシンガー効果による降伏応力の低下が起
きる。これによってワークが小さな圧縮圧力で塑性変形
する状態となるので従来の方法よりも小さな圧縮圧力を
作用させることで所望の肥大部を得ることが可能となっ
た。そのため、加工機にかかるストレスが小さくて済
み、加工機の構成をコンパクトにすることが可能となっ
た。
説明図 (a)図はワークWの装填状態を示す説明図 (b)図はワークWに回転と曲げを加えた状態(降伏応
力低下工程)を示す説明図 (c)図はワークWに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (d)図は(c)図の状態からさらに圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (e)図は(d)図の状態からさらに圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (f)図は曲げを戻し、ワークWを真直化する状態(真
直化工程)を示す説明図
説明図 (a)図はワークWの装填状態を示す説明図 (b)図はワークWに回転と曲げを加えた状態(降伏応
力低下工程)を示す説明図 (c)図はワークWに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (d)図は圧縮圧力を停止し、回転と曲げを加えた状態
(降伏応力低下工程)を示す説明図 (e)図はワークWに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (f)図は曲げを戻し、ワークWを真直化する状態(真
直化工程)を示す説明図
図 (a)図はワークWの装填状態を示す説明図 (b)図はワークWに回転と曲げを加えた状態(降伏応
力低下工程)を示す説明図 (c)図はワークWに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (d)図は掴み間隔D2として両回転保持部で再度保持
した状態を示す説明図 (e)図はワークWに回転と曲げを加えた状態(降伏応
力低下工程)を示す説明図 (f)図はワークWに回転と曲げ及び圧縮圧力を作用さ
せた状態(圧縮成形工程)を示す説明図 (g)図は曲げを戻し、ワークWを真直化する状態(真
直化工程)を示す説明図
工装置の一実施例を示す全体斜視図
体側断面図
Claims (3)
- 【請求項1】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
クWである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
隔(初期掴み間隔)D0をおいて保持し、該ワークWに
軸周りの回転と、前記回転保持体の少なくとも一方を他
方の回転保持体の軸心に対して傾斜する方向へ偏倚させ
ることによってワークWに耐力以上の応力が作用する曲
げを加え、前記両回転保持体間のワークWに曲げと曲げ
戻しを繰り返し作用させ、ワークWの降伏応力を低下さ
せる降伏応力低下工程を行い、然る後、ワークWに前記
回転と曲げ、さらに前記回転保持体の一方を他方に接近
させることによって圧縮圧力を作用させる圧縮成形工程
により、両回転保持体間のワークWの曲げ部内側に形成
される凸部をワークWの全周に累積させ所望の肥大部を
成形し、次に両回転保持体の軸心を直線状に配置するこ
とによるワークWの真直化工程を行った後、圧縮圧力及
び回転を停止させることによってワークWの中間部任意
の位置に所望の肥大部を成形することを特徴とした金属
軸材の軸肥大加工方法。 - 【請求項2】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
クWである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
隔(初期掴み間隔)D0をおいて保持し、請求項1記載
の降伏応力低下工程と圧縮成形工程を繰り返し行った
後、ワークWの真直化工程を行い所望の肥大部を成形す
ることを特徴とした金属軸材の軸肥大加工方法。 - 【請求項3】 互いに対向する一対の回転保持体でワー
クWである直線状の金属軸材あるいは金属管を適当な間
隔(初期掴み間隔)D0をおいて保持し、上記降伏応力
低下工程と圧縮成形工程を行った後、肥大部の成形に伴
って狭くなった両回転保持体間の間隔D1を間隔D
2(D1<D2)として両回転保持体により再保持し、
更に上記降伏応力低下工程と圧縮成形工程を行い、これ
らの各工程を繰り返すことにより所望の肥大部を成形す
ることを特徴とした請求項2記載の金属軸材の軸肥大加
工方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001158016A JP3416662B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 金属軸材の軸肥大加工方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001158016A JP3416662B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 金属軸材の軸肥大加工方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002346684A JP2002346684A (ja) | 2002-12-03 |
JP3416662B2 true JP3416662B2 (ja) | 2003-06-16 |
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ID=19001793
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2001158016A Expired - Lifetime JP3416662B2 (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | 金属軸材の軸肥大加工方法 |
Country Status (1)
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JP5302592B2 (ja) * | 2008-07-31 | 2013-10-02 | 高周波熱錬株式会社 | ワークピースの肥大加工方法 |
JP5608495B2 (ja) * | 2010-09-17 | 2014-10-15 | 本田技研工業株式会社 | 軸の肥大部形成方法および製造装置 |
JP6076301B2 (ja) * | 2014-09-05 | 2017-02-08 | ジヤトコ株式会社 | 軸肥大成形装置および軸肥大成形方法 |
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-
2001
- 2001-05-28 JP JP2001158016A patent/JP3416662B2/ja not_active Expired - Lifetime
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