JP3624480B2

JP3624480B2 - 輪体成形装置及び輪体成形方法

Info

Publication number: JP3624480B2
Application number: JP22190295A
Authority: JP
Inventors: 忠一佐藤; 弘幸沢井; 宏三星
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: US6070443A; GB2304612B; GB2304612A; US6332260B1; JPH0957383A; GB9618038D0

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受の外輪、内輪などの輪状体を、冷間圧延で加工して成形する輪体成形装置及び輪体成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の輪体成形装置及び輪体成形方法としては、例えば、特公平５−４５３３８号公報等に記載されているものがある。
この従来の輪体成形装置は、図７に示すように、定位置で軸回転するマンドレル３０と、そのマンドレル３０の回転軸に平行な軸周りに回転し且つ該マンドレル３０に接近・離隔可能に配置された成形ロール３１とを主要な構成とし、上記マンドレル３０に外挿した輪状のワークＷの外周面に回転する成形ロール３１を押しつけ、該成形ロール３１の回転及びその回転に伴うマンドレル３０の軸回転並びにマンドレル３０と成形ロール３１とによる挟圧により、ワークＷを回転しつつ圧延して拡径する。なお、図７中、３２はサポートロールであって、マンドレル３０に負荷される荷重を受けている。
【０００３】
また、ワークＷの外周面に摺接する検出レバー３３と該レバー３３の変位量を検出するセンサ３４とを備え、その検出レバー３３とセンサ３４によって、加工中のワークＷの外径を検出可能となっている。さらに、上記従来の装置では、センサ３４による検出信号をローパスフィルタ３５により逐次平滑化し、この平滑化した信号と設定した値とを比較して圧延終了時を決定することで、ワークＷの外径寸法と加工終了時のワークＷの平均径と整合させるようにしている。
【０００４】
そして、上記のような輪体成形装置を使用した従来の輪体成形方法は、図９に示すように、上記成形ロール３１を上記マンドレル３０に向けて粗圧延の圧下量指令値に応じた早い送り速度で前進させて上記マンドレル３０と成形ロール３１と相互に接近させ所定の圧延荷重で粗圧延を行うことで、ワークＷを所定の切換え径ｄｃまで拡径した後、続いて、上記成形ロール３１を、上記粗圧延の送り速度より緩やかな低速の送り速度で前進させて上記マンドレル３０と成形ロール３１と相互に接近させ上記粗圧延の圧延荷重よりも低い圧延荷重にて仕上圧延を行う。
【０００５】
さらに、従来では、上記輪体成形装置による加工の後に、図８に示すように、上記圧延加工したワークＷをサイジングダイス３６に圧入することでサイジング処理を行い、真円度の矯正や仕上がり寸法の矯正を行い所定の加工精度を確保するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記輪体成形装置による従来の圧延加工の過程を詳説すると、上記粗圧延工程では、図９及び図１０に示すように、上記成形ロール３１をマンドレル３０に向けて所定の早送り速度で前進させることで上記マンドレル３０と成形ロール３１と相互に接近させて、ワークＷは高い圧延荷重によって加工され、ワークＷの径の径成長速度が加速される。このとき、上記圧延荷重によって輪体成形装置自体が弾性変形して伸びるために、ワークＷの実圧下量は圧下量指令値から当該装置の伸びを差し引いた値となっている。そして、ワークＷの外径が切換え径ｄｃとなった時点、つまり粗圧延の終了時点で上記圧延荷重は最高値Ｐ_ＭＡＸとなる。
【０００７】
この状態から、ワークＷの一回転当たりの圧下量を小さくしワークＷの真円度を良くするために、成形ロール３１の送り速度を遅くして仕上圧延に移行する。このとき、圧延荷重は上記Ｐ_ＭＡＸから目的とする仕上圧延荷重Ｐｆには直ぐに移行しない。これは、上記粗圧延での圧延荷重Ｐ_ＭＡＸに応じた量だけ装置が伸びていたのが仕上圧延荷重Ｐｆの時の装置の伸び状態に移行するための過渡期があるためである。そして、この過渡期が終わって圧延荷重が定常状態のＰｆとなり、さらにワークＷの外径が所定寸法ｄｆに到達したことを検知したら圧延加工を終了する。
【０００８】
このように、従来の輪体成形にあっては、圧延荷重に応じた装置の伸びによる上記過渡期が存在するため、粗圧延から仕上圧延への切換えの応答に遅れがある。つまり、上記過渡期分だけ必要とする仕上圧延の時間が長くなるという問題がある。
このため、圧延加工の時間を短くすると、即ち、仕上圧延工程の時間を短くすると、上記過渡期で加工が終了するおそれがある。この場合、十分に圧下速度が低くなっていないので、ワークＷの一回転当たりの圧下量が大きいため加工品の真円度が悪く、上記のように、輪体成形処理の後にサイジング処理を行うことで加工品の寸法及び所定の真円度を確保する必要が生じるという問題がある。
【０００９】
例えば、粗圧延から仕上圧延への切換え径ｄｃと加工品の目的とする外径ｄｆとの差が小さいと、上記過渡期においてもワークＷの径成長の成長速度は直ぐには遅くならないため、この過渡期にワークＷの外径が目的とする寸法ｄｆになるおそれがある。
このように、従来の輪体成形では、加工時間を短くして生産性向上を図るということと、加工精度を向上させるということが両立しないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、上記加工時間を短くすると同時に加工精度を確保できる輪体成形装置及び輪体成形方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の輪体成形装置は、輪状のワーク外周面に当接して回転する成形ロールと、この成形ロールと相対的に接離可能に対向配置して上記ワークの内周面に当接するマンドレルと、上記成形ロールとマンドレルとを相互に接離する方向へ相対移動させる移動手段と、ワーク外周面に転接してワークの圧延姿勢を保持するガイドローラと、成形されるワークの外径を検出する外径検出手段と、を備え、上記成形ロールとマンドレルとを相対的に接近させることで上記ワークを挟圧して粗圧延及び仕上圧延を行う輪体成形装置において、上記移動手段は、粗圧延から仕上圧延に移行する時に粗圧延時の輪体成形装置の弾性変形を回復させるリトラクト手段を備えることを特徴としている。
【００１２】
次に、本発明の輪体成形方法は、輪状のワークを外挿したマンドレルと成形ロールとを相互に接近する方向へ移動手段により相対移動させることで、上記マンドレルと成形ロールとにより上記ワークを挟圧して圧延加工を行う輪体成形装置を使用し、上記マンドレルと上記成形ロールとを相互に接近する方向へ相対移動させて粗圧延を行った後に、上記粗圧延時よりも緩やかな速度で相互に接近する方向へ相対移動させて仕上圧延を行う輪体成形方法において、
上記粗圧延から上記仕上圧延に切り換えるときに、上記粗圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びと上記仕上圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びとの差に相当する距離だけ、上記移動手段を後退させることを特徴としている。
【００１３】
これらの発明の作用を説明すると、リトラクト手段等によって、粗圧延から仕上圧延に移行する際に、上記移動手段を後退させることで、粗圧延完了時の圧延荷重によって生じていた装置の弾性変形が上記後退分だけ弾性回復して、装置に生じている弾性変形は、仕上圧延の圧延荷重による装置の弾性変形量に近づき、もって、装置の弾性変形が仕上圧延荷重による弾性変形量に移行する過渡期が短くなる。
【００１４】
これによって、仕上圧延工程の時間は、加工精度を落とすことなく従来よりも短くなる。
このとき、本発明の輪体成形方法では、上記離隔する距離を、粗圧延完了時の圧延荷重による装置の弾性変形と仕上圧延荷重による弾性変形量との差に相当する量に設定しているので、上記仕上圧延開始時の圧延荷重を、目的とする仕上圧延荷重とほぼ等しい値に設定可能となり、過渡期の時間をほぼゼロにすることが可能となる。
【００１５】
また、上記過渡期をゼロ又はゼロに近づけられるということは、過渡期におけるワークの径成長をゼロ又は非常に小さくできるので、粗圧延から仕上圧延に切り換える切換え径を、目的とする加工品の外径に近づけても精度の良い成形加工を行うことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。
まず本実施の形態の輪体成形装置の構成を、図１に基づいて説明すると、ベッド１の右側に固定された右側ブロック２に成形ロール３の軸３ａが回転可能に支持されている。その成形ロール３の外周面中央部には、その周方向に沿って輪体成形部が形成されている。上記成形ロール３の回転軸３ａには、駆動モータ４が連結し、その駆動モータ４によって上記成形ロール３は回転駆動されるようになっている。
【００１７】
また、上記成形ロール３の左側には、マンドレル５が配設されている。このマンドレル５は、上記成形ロール３の回転軸３ａに平行な軸周りに回転し、且つ、成形ロール３に向けて接近・離隔する方向に移動可能となっている。また、このマンドレル５の外周面中央部にも、その周方向に沿って輪体成形部が形成されている。
【００１８】
また、上記マンドレル５の左側にはサポートロール６が当接していて、このサポートロール６を介して、マンドレル５は上記成形ロール３に向けて接近・離隔するようになっている。そのサポートロール６の回転軸６ａは、左側に配置されたサポートブロック７に回転可能に軸支され、そのサポートブロック７は、マンドレル５の移動方向にのみ移動可能にスライダ８を介してベッド１に支持されている。
【００１９】
また、上記サポートブロック７の左側には、円筒状のカムフォロア９の軸９ａが回転可能に支持され、そのカムフォロア９は左側に配置されたカム１０に当接している。上記カム１０の回転軸１０ａは、ベッド１に固定された左側ブロック１１に回転可能に支持されている。このカム１０は、図２に示すように、回転角度に一次に比例したカムリフト量を具え、回転角度に応じた量だけ、カムフォロア９を成形ロール３側に移動させるように押圧可能となっている。ここで、カムリフト量が増加する方向へのカム１０の回転を正回転と呼び、カムリフト量が減少する方向への回転を逆回転と呼んで以下説明する。
【００２０】
そのカム１０の回転軸は、サーボモータからなるカム駆動モータ１２に連結され、そのカム駆動モータ１２を介して、回転速度、回転量、及び回転方向が制御されるようになっている。そのカム駆動モータ１２は、コントローラ１３からの駆動信号に応じて駆動制御されるようになっている。
また、図１中、１４は一対のガイドローラであって、マンドレル５に外挿された輪状のワークＷ外周面に転接して、圧延中のワークＷの姿勢を正しい姿勢に保持するものである。また、１５は、右側ブロック２と左側ブロック１１とを連結して補強するためのタイロッドである。
【００２１】
また、１６は、外径検出手段を構成する外径検出レバーであって、ワークＷの外周に摺接し、ワークＷの拡径に追従して撓むようになっている。その外径検出レバー１６の撓み量はセンサ１７によって検出される。そして、その検出されたワークＷ外径に比例した上記撓み量に応じた検出信号は、コントローラ１３に供給される。
【００２２】
コントローラ１３は、図３に示す処理手順に沿って処理を行う。即ち、センサ１７からの信号によってワークＷの外径が切換え径ｄｃになったことを検知するまで、図４に示すように、粗圧延の圧下量指令値に応じた速度でカム１０を正回転させる駆動信号をカム駆動モータ１２に供給する（ステップ１）。そして、センサ１７からの信号によってワークＷの外径が切換え径ｄｃになったことを検知した時点で（ステップ２）、予め求めたリトラクト量Ｒに等しいカムリフト量に応じた回転角度だけカム１０を逆回転される駆動信号をカム駆動モータ１２に供給する（ステップ３）。その後、再び、上記粗圧延の送り速度よりも遅い、仕上圧延の圧下量指令値に応じた速度でカム１０を正回転させる駆動信号をカム駆動モータ１２に供給する（ステップ４）。そして、センサ１７からの信号によってワークＷの外径が目的とした所定寸法を検知した時点で（ステップ５）、カム１０を逆回転させる駆動信号をカム駆動モータ１２に供給するように設定されている（ステップ６）。
【００２３】
上記リトラクト量Ｒは、図６に示すように、粗圧延終了時の圧延荷重Ｐ_ＭＡＸによる装置の伸び量と、仕上圧延での圧延荷重Ｐｆによる装置の伸び量との差に相当する量に設定する。この量Ｒは、予め対応する荷重を装置に負荷して装置の伸びを実際に検出するなどして求めておく。
ここで、上記サポートロール６、サポートブロック７、カムフォロア９、カム１０、カム駆動モータ１２、及びコントローラ１３によって移動手段が構成される。また、上記ステップ３によってリトラクト手段が構成されている。
【００２４】
次に、上記輪体成形装置の動作等について説明する。
まず、輪状のワークＷをマンドレル５に外挿し、そのワークＷの内周面にマンドレル５を当接させる。また、そのワークＷの外周面には、一対のガイドローラ１４を転接させることで、ワークＷの圧延姿勢を所定の姿勢に保持させ加工精度を良くするようにしている。
【００２５】
また、上記ワークＷの外周面に外径検出レバー１６を摺接させておく。
次に、成形ロール３を回転駆動する駆動モータ４を駆動すると共に、コントローラ１３を作動させる。すると、図４及び図５に示すように、コントローラ１３は、カム駆動モータ１２を介して、粗圧延の圧下量指令値に応じた速度でカム１０を正回転させ、その回転速度に応じた送り速度でカムフォロア９を成形ロール３側に移動させる。これによって、粗圧延の圧下量指令値に応じた送り速度で、サポートブロック７、サポートロール６を介して、マンドレル５は成形ロール３側に移動する。そして、図５に示すように、マンドレル５と成形ロール３とによって、上記移動速度に応じた高い圧延荷重でワークＷは挟圧される。
【００２６】
これによって、成形ロール３の回転力がワークＷを介してマンドレル５に伝達されてマンドレル５は軸回転し、上記ワークＷは、上記成形ロール３及びマンドレル５の軸回転と挟圧作用によって回転しながら拡径するように粗圧延が行われる。
この間、成形ロール３とマンドレル５との間に発生した成形荷重Ｆは、マンドレル５を支持するサポートロール６に負荷され、さらにカムフォロア９を介してカム１０の回転軸１０ａに伝達される。そして、上記成形荷重Ｆの反力は、成形ロール３の軸３ａとカム１０の回転軸１０ａを支持する装置のフレーム（ベッド１、右側ブロック２、左側ブロック１１、タイロッド１５）によって支持されることになる。そして、上記成形荷重によって、成形ロール３，マンドレル５，サポートロール６，カムフォロア９，カム１０や上記フレームは弾性変形する。従って、実圧下量は、圧下指令値から上記弾性変形による伸びを引いたものとなっている。
【００２７】
そして、コントローラ１３は、粗圧延が進み、ワークＷの径が切換え径ｄｃまで成長したことをセンサ１７からの信号によって検知すると粗圧延が完了したと判断し、カム駆動モータ４に対して上記リトラクト量Ｒに応じた回転角度だけ逆回転する駆動信号を供給する。カム１０が逆回転すると、カムフォロア９及びサポートブロック７が図１において左側に後退し、成形ロール３，マンドレル５、サポートロール６、カムフォロア９、カム１０や装置のフレームの弾性変形量がリトラクト量Ｒだけ少なくなる。この際、マンドレル５は後退することなく成形ロール３に対しそのままの位置を保たれる。
【００２８】
上記後退によって圧延荷重が小さくなるので、弾性変形していた各部材は弾性回復して伸びが小さくなる。このとき、上記リトラクト量は、粗圧延完了時での圧延荷重での伸び量と仕上圧延荷重での伸び量との差に設定したので、上記後退によって弾性変形量は仕上圧延荷重に対応する伸び量となり、圧延荷重Ｆは、仕上圧延荷重Ｐｆに等しくなるか、又は該仕上圧延荷重Ｐｆに近づく。
【００２９】
次に、コントローラ１３は、再び、仕上圧延の送り速度に相当する回転速度でカム１０の軸１０ａを正回転する駆動信号をカム駆動モータ４に供給する。
これによって、カムフォロア９、サポートロール６を介して、マンドレル５は、粗圧延時の送り速度よりも遅い仕上圧延の送り速度で成形ロール３側に移動し、設定した仕上圧延の圧延荷重ＰｆによってワークＷを圧延する。このとき、上記後退によって、仕上圧延の最初から設定した仕上圧延荷重Ｐｆにて圧延加工が実施される。
【００３０】
そして、コントローラ１３は、仕上圧延が進み、ワークＷの径が目的とする径ｄｆまで成長したことをセンサ１７からの信号によって検知すると仕上圧延が完了したと判断して、カム駆動モータ４に逆回転する駆動信号を供給する。これによって、マンドレル５は後退して一個のワークＷの成形が完了する。
このように、本実施の形態では、粗圧延が完了したときに、カム１０が逆回転することにより移動手段をリトラクト量Ｒだけ後退させることで、装置の伸び量を仕上圧延の圧延荷重Ｐｆに相当する伸びにして、仕上圧延工程では、最初から目的とする定常状態の仕上圧延荷重Ｐｆで圧延が行われる。このため、従来のような過渡期は、なくなるか非常に短くなるので、加工時間が従来よりも短くなる。
【００３１】
さらに、仕上圧延の最初から定常状態の低い仕上圧延で加工できるため、上記のように仕上圧延時間が短くても加工後のワークＷの真円度が良く、輪体成形処理の後に従来のようなサイジング工程は必要ない。即ち、本実施の形態の輪体成形装置及び輪体成形方法では、加工時間を短くしても所望の加工精度で加工することが可能となる。
【００３２】
また、従来のような過渡期がないか非常に短いということは、切替え径ｄｃを目的とする加工品の外径ｄｆに近づけることができる。
また、本実施の形態では、カム機構を使用することで、成形ロール３に対するマンドレル５の接近離隔の移動速度の精度及び応答性が良く、上記粗圧延から仕上圧延の切換え時、カム１０が逆回転することにより移動手段の後退を非常に短い時間で、しかも確実にリトラクト量Ｒだけ後退させることができる。
【００３３】
なお、上記実施例では、マンドレル５の送りをカム機構で行う一例を示したが、公知の他の機構、例えば、ネジ送り機構や油圧送り機構により、マンドレル５と成形ロール３とを相互に接近・離隔させるように構成してもよい。
但し、カム機構を使用した方が、上記粗圧延から仕上圧延に切換える時に、移動手段を非常に短い時間で且つ確実にリトラクト量Ｒだけ後退させることができる。
【００３４】
また、上記実施例では、マンドレル５側を移動させているが、成形ロール３側をマンドレル５に向けて移動させる構成であっても構わないし、マンドレル５と成形ロール３を共に相互に接近・離隔するように移動させるように構成してもよい。
また、例えば、粗圧延や仕上圧延のためのマンドレル５と成形ロール３の接近をマンドレル５の移動によって実施し、リトラクト量Ｒだけの弾性変形量の弾性回復を成形ロール３側を後退させることで実現するように構成してもよい。
【００３５】
また、上記リトラクト量Ｒとして、粗圧延終了時の圧延荷重Ｐ_ＭＡＸによる装置の伸び量と、仕上圧延での圧延荷重Ｐｆによる装置の伸び量との差に相当する量に設定しているが、これよりも小さくても構わない。この場合には、所定の過渡期が存在するが、リトラクト量Ｒに応じた分だけ弾性変形量が小さくなって過渡期の時間が従来よりも短くなるので、従来よりも加工時間は短くなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の輪体成形装置又は輪体成形方法を使用すると、簡単な手段で、所望の加工精度を確保しつつ加工時間の短縮、つまり生産性を向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る輪体成形装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るカムの回転角とカムリフト量の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るコントローラの処理手順を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る圧下指令値の変化を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る粗圧延及び仕上圧延での、圧延荷重、実圧下量、及びワーク外径の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る圧延荷重と装置の伸びとの関係を示す図である。
【図７】従来の輪体成形装置を示す図である。
【図８】サイジング処理を示す図である。
【図９】従来の輪体成形方法における圧下指令値の変化を示す図である。
【図１０】従来の輪体成形方法における粗圧延及び仕上圧延での、圧延荷重、実圧下量、及びワーク外径の関係を示す図である。
【符号の説明】
１ベッド
２右側ブロック
３成形ロール
５マンドレル
６サポートロール
７サポートブロック
９カムフォロア
１０カム
１１左側ブロック
１２カム駆動モータ
１３コントローラ
１６外径検出レバー
１７センサ
Ｗワーク
Ｆ圧延荷重

Claims

輪状のワーク外周面に当接して回転する成形ロールと、この成形ロールと相対的に接離可能に対向配置して上記ワークの内周面に当接するマンドレルと、上記成形ロールとマンドレルとを相互に接離する方向へ相対移動させる移動手段と、ワーク外周面に転接してワークの圧延姿勢を保持するガイドローラと、成形されるワークの外径を検出する外径検出手段と、を備え、上記成形ロールとマンドレルとを相対的に接近させることで上記ワークを挟圧して粗圧延及び仕上圧延を行う輪体成形装置において、上記移動手段は、粗圧延から仕上圧延に移行する時に粗圧延時の輪体成形装置の弾性変形を回復させるリトラクト手段を備えることを特徴とする輪体成形装置。
輪状のワークを外挿したマンドレルと成形ロールとを相互に接近する方向へ移動手段により相対移動させることで、上記マンドレルと成形ロールとにより上記ワークを挟圧して圧延加工を行う輪体成形装置を使用し、上記マンドレルと上記成形ロールとを相互に接近する方向へ相対移動させて粗圧延を行った後に、上記粗圧延時よりも緩やかな速度で相互に接近する方向へ相対移動させて仕上圧延を行う輪体成形方法において、
上記粗圧延から上記仕上圧延に切り換えるときに、上記粗圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びと上記仕上圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びとの差に相当する距離だけ、上記移動手段を後退させることを特徴とする輪体成形方法。