JP3883504B2 - 任意の断面形状を有する金属曲管及び金属曲棒の製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は任意の断面形状を有する金属曲管及び金属曲棒の製造装置に関し、より詳しくは、任意の断面形状を有し所定の角度で曲がった中空の曲管や曲棒、及び内外面に多数のフィンをもつ種々の形状の曲管や曲棒を、押出曲げ型を備えた装置により非常に簡単に製造し得る任意の断面形状を有する金属曲管及び金属曲棒の製造装置に関する。
背景技術
従来、金属の曲管や曲棒の製造に当たっては、先ずは金属素材で直線状の管体や棒体を成形し、その後曲げ工程を通して曲管や曲棒を製造するため、曲げ工程で素材変形が生じ、かかる素材変形に因り一定形状の断面は得られず、精密で規格に合う製品を成形することができなかった。特に、上記の曲げ工程では、図１５の下方に示すような内外面に多数の突出フィンをもつ曲管や、又は管や棒の形でない他の形の製品は製作されない等、曲線状の製品の成形が容易でないという問題点があった。
発明の開示
本発明は上記のような問題点を解決するために案出されたものであって、その目的は、１本以上の金属の丸棒素材をコンテナに圧入し、押出曲げ型における出入口の偏心量、コンテナの孔における直径サイズ、及びパンチの加圧速度を相対的に調節して、型内素材の移動速度の差を誘導することにより、所定の断面形状を有する曲管や曲棒をただ一回の押出曲げ加工にて製造し、従来の問題点を解消することにある。
【０００２】
上記の目的を達成するために、本発明による装置は２つのタイプに大別される。即ち、本発明による第１タイプの装置は、図１に示すように、加熱された１本以上の金属塊、即ち、丸棒を挿入する１つ以上の孔、及び傾斜している偏心プラグを設けた多孔のコンテナと、該コンテナに上記丸棒を挿入して圧縮する押出パンチと、傾斜形の中空部を有し任意の断面形状で出入口が偏心している押出曲げ型とからなり、一回の押出曲げ工程で所望する任意の断面形状の曲管を製造し得る曲管の製造装置である。また、本発明による第２タイプの装置は、図１０に示すように、１つ以上の孔を設けたコンテナと、丸棒素材を圧縮する押出パンチと、上記コンテナに型合され、傾斜形の中空部を有し任意の断面形状で出入口が偏心している押出曲げ型とからなり、一回の押出曲げ工程で所望する任意の断面形状の曲棒を製造し得る曲棒の製造装置である。
【０００３】
以下、添付の図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
図１は四角断面を有する曲管１００の製造装置を一部切開した分解斜視図である。本発明による曲管１００の製造装置は、１つ以上のパンチ１を有する押出パンチＡ；１本以上の加熱された丸棒素材Ｂ；該丸棒素材Ｂを挿入する１つ以上の孔を有し、上部は円筒形で下部には押出される任意の断面形状をしているプラグ３を一体に形成した多孔のコンテナＣ；及び上記プラグ３を挿入する傾斜形の中空部４を有し、入口の中空断面の中心と出口の中空断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄ；からなっている。
【０００４】
上記押出パンチＡは、１つ以上の円筒形パンチ１を取り付けた多脚型で、上記コンテナＣの各孔２に嵌挿するようになっており、１つ以上のパンチ１を同じ速度で同時に押す一体型、又は１つ以上のパンチ１をそれぞれ異なる速度で押す分離型で構成されている。
上記丸棒素材Ｂは、熱間押出用の加工温度で加熱した金属の素材である。
【０００５】
上記多孔のコンテナＣは、上部に上記丸棒素材Ｂを挿入する１つ以上の孔２を有するが、ここで、該孔２の直径サイズを相対的に調整して流入する素材の量を異にすることで、出口側で素材の移動速度に差異を誘導させ、素材の曲率を調節することが出来る。
【０００６】
また、上記コンテナ３の下部には、１つ以上の孔２に連通する１つの環状溝５、及び該環状溝５の内周面に一体に形成され、出口側に向かって傾斜しながら延出している任意の断面形状の偏心プラグ３が形成されている。このプラグ３は、環状溝５の内周面と押出曲げ型Ｄの出口断面（本発明では四角断面）とを等角で連結した線によって形成される表面形状を有する。上記の任意の断面形状には、例えば四角のような多角形、円形、半円形は勿論、表面に突出フィン６をもつ円形や多角形、Ｈ形など様々な形状が含まれる。また、ここで偏心とは、プラグ３において、環状溝５の円形断面の中心と出口側の断面（本発明では四角）の中心とが同じ一直線上に存在しないことを意味する。
【０００７】
上記押出曲げ型Ｄは、傾斜形の中空部を有する型であって、入口の中空断面の中心と出口の中空断面の中心とが偏心している。この型Ｄにおいて中空面の構造は、入口の円形断面と出口の四角など任意の多角形断面とを等角で連結した線でなされる曲面構造であり、ここで言う偏心ｃは、図１３に示すように上記入口の円形断面の中心ａと出口の任意の多角形断面の中心ｂとが、同じ一直線上に存在しないことを意味する。
【０００８】
図１０は曲棒２００の製造装置を示す。本発明による曲棒２００の製造装置は、１つ以上のパンチ１を有する押出パンチＡ；１本以上の熱間金属素材Ｂ；１本以上の丸棒Ｂを挿入する１つ以上の孔２を貫通形成したコンテナＣ；傾斜形の中空部４を有し、入口の中空断面の中心と出口の中空断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄ；で構成される。
図１４に示すように、傾斜形の中空部４の偏心ｃは、押出曲げ型Ｄにおいて、入口における任意の形状の中空断面の中心ａと、出口における任意の形状の中空断面の中心ｂとが同じ一直線上に存在しないことを意味する。
発明を実施するための最良の形態
このように本発明は、一般の熱間押出機に装着して曲管１００や曲棒２００を製造するが、以下では四角断面を有する金属曲管１００の製造工程を添付の図１乃至図５に示す実施例を通して詳しく説明する。
【０００９】
本実施例では、４本のパンチ１を有する押出パンチＡ、４つの熱間金属素材Ｂ、４つの孔を設けた多孔のコンテナＣ、及び四角断面の中空部４を有する傾斜形の押出曲げ型Ｄからなる曲管の製造装置を挙げて説明する。
先ず、熱間押出用の加工温度で加熱した４つの金属丸棒素材ＢをコンテナＣの４つの孔２に挿入し、押出パンチＡに取り付けた４つのパンチ１を上記コンテナＣの４つの孔２へと平行に挿入した後、押出パンチＡに圧縮荷重を加えると、４本の丸棒素材は圧縮されながら移動して、４つの孔２に連通しコンテナＣの終端面に形成された環状溝５において１つの直管に接合される。こうして、円形断面を有する直管が押出される。
【００１０】
このように１本の円形断面を有する直管に押出された素材は、傾斜形の中空部４を有し偏心している押出曲げ型Ｄと偏心プラグ３との間を継続して通過するが、この時、上記押出曲げ型Ｄの出入口における偏心に因ってその移動速度に差異が生じ、押出パンチＡを継続して加圧すると、素材は押し出されながら上記移動速度の差異のため、押出製品は図５に示すように押出曲げ型Ｄの出口断面で偏心した反対方向に曲がって押し出される。この時、図６乃至図８に示すように、押出曲げ型Ｄにおいて、入口の円形断面の中心と出口の四角断面の中心とのズレ量（図１３参照）、即ち偏心量でもって四角断面を有する曲管１００の曲がり程度、即ち曲率を調節することができ、また、コンテナＣにおいて、対向する２つの孔２の直径サイズを相対的に調整することで、押出曲げ型Ｄ内素材の移動速度の差を誘導し、曲率を調節することができる。更に、４つの孔２に挿入する対向する２つのパンチ１において、その加圧速度を相対的に調節することで押出過程中に曲率を変化させることができるため、各製品の長さごとに異なる曲率の曲管１００の製造が可能になる。
ここで、素材の曲げ原理を次のように要約する。
【００１１】
図５乃至図８に示すように、４本の丸棒素材Ｂが１本の円形断面を有する直管に接合され、偏心プラグ３の表面と出入口の偏心している傾斜形の中空部４との間を通過するとき、素材の移動通路となる出入口が偏心しているため、図面のように直線部の通路では早く押し出される反面、傾斜部ではより遅く押し出され、上記早く押出された素材は遅く押出された素材の方向に曲がるようになる。結局、このような移動速度の差により曲管１００を自動に成形することができるのである。この時、曲率の方向及び程度は、プラグ及び押出曲げ型における偏心量、コンテナの孔の直径サイズ、 又はパンチの加圧速度を相対的に調整することで制御し得る。
【００１２】
以上では、四角断面を有する曲管１００を挙げて説明したが、コンテナＣのプラグ３及び押出曲げ型Ｄの形状によって、図１５のように円形断面を始め内外面に突出フィン６をもつ肉薄な曲管など、様々な形の曲管１００を非常に簡単に製造することができる。また、コンテナＣの孔の直径サイズやパンチ１の加圧速度をそれぞれ変化させ、多様な曲率の曲管１００を精密に製作し得るようになる。
【００１３】
一方、曲棒２００の製造に際しては、図１０乃至図１２に示すように１つ以上の孔２を設けたコンテナＣに１本以上の丸棒素材Ｂを挿入し押出パンチＡで圧縮すると、素材は、コンテナＣに型合した押出曲げ型Ｄの出入口におけるの偏心量（図１４参照）、コンテナＣの孔２の相対的な直径サイズ、又は押出パンチ１の相対的な加圧速度に基づく素材の移動速度の差異により曲棒２００に製造される。この時には、曲管１００の製造装置とは違って、コンテナＣの下部にプラグ３を取り付けず、これにより中実の曲棒２００の製造が可能になる。
【００１４】
以上は、最も望ましい例として押出パンチＡのパンチ１、丸棒素材Ｂ及びコンテナＣの孔２がいずれも２つ又は４つである場合を挙げて説明したが、かかる部材がそれぞれ１つ以上であるならば、本発明で成し遂げようとする技術的課題を達成し得るのは勿論である。
例えば、図８に示す装置では、荷重を加えた１つの押出パンチＡで１本の素材１をコンテナＣの上部孔に挿入して圧縮し、その圧縮された１本の素材１は、上記上部孔に連通するコンテナＣ内の複数の小さい下部孔２で複数の素材に分かれてから環状溝５で接合され、任意の曲率をもった１つの製品として押し出される。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は一回の押出曲げ加工を通して曲管１００又は曲棒２００を製造することができるため、生産原価の大幅なコストダウンは勿論のこと、金属塑性加工法の一種である押出加工と曲げ加工とを同時に施すことができるため、生産性の向上に貢献するところが至大である。特に、断面形状に変化がなく表面に皺のない精密性を求められる曲管１００の製造が可能であり、様々な断面形状は言うまでもなく、内外面に突出フィン６を設けた曲管１００までもただ一回の押出曲げ加工により一様な断面の精密製品に加工することができるなど、多大な効果を奏する画期的な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例で四角断面の曲管を押し出すための装置を一部切開した分解斜視図である。
【図２】 ４本の丸棒から四角断面の曲管素材への押出フローを示す図面である。
【図３】 丸棒素材を多孔のコンテナに挿入する例示図である。
【図４】 コンテナに押出パンチを挿入する前の例示図である。
【図５】 丸棒素材を同じ加圧速度の押出パンチで圧縮して曲管を押し出す状態の断面図である。
【図６】 丸棒素材を互いに異なる加圧速度の押出パンチで圧縮して曲管を押し出す状態の断面図である。
【図７】 丸棒素材を押出パンチで多孔のコンテナのそれぞれ異なるサイズの孔に挿入し圧縮して曲管を押し出す状態の断面図である。
【図８】 １本の丸棒素材を１つの押出パンチで多孔のコンテナ中に挿入し圧縮して曲管を押し出す状態の断面図である。
【図１０】 ２本の丸棒素材を使用する例であって、四角断面の曲棒を押し出すための装置を一部切開した分解斜視図である。
【図１１】 丸棒素材を同じ加圧速度の押出パンチで多孔のコンテナのそれぞれ異なるサイズの孔に挿入し圧縮して曲棒を押し出す状態の断面図である。
【図１２】 丸棒素材を互いに異なる加圧速度の押出パンチで挿入し圧縮して曲棒を押し出す状態の断面図である。
【図１３】 曲管を押し出す場合、円形の中空部の中心と四角の中空部の中心とが一致せず、偏心している状態を示す参考図である。
【図１４】 曲棒を押し出す場合、円形の中空部の中心とＨ形の中空部の中心とが一致せず、偏心している状態を示す参考図である。
【図１５】 本発明で製造され得る曲管及び曲棒の例示図である。
図示された符号の説明
１：パンチ ２：孔 ３：円錐型プラグ ４：中空部
５：環状溝 ６：突出フィン ７：空洞
Ａ：押出パンチ Ｂ：丸棒素材 Ｃ：コンテナ
Ｄ：押出曲げ金型
ａ：金型入口における中空部の中心
ｂ：金型出口における中空部の中心 ｃ：偏心
１００：曲管 ２００：曲棒

Claims (6)

1. それぞれ独立的に作動する１つ以上のパンチ１を有する押出パンチＡ；
   それぞれ異なるサイズの２本以上の加熱された丸棒素材Ｂ；
   上記丸棒素材Ｂを挿入するそれぞれ異なるサイズの２つ以上の孔２を有し、その下部には、上記２つ以上の孔２に連通する１つの環状溝５、及び該環状溝５の内周面に一体に形成され、円形など任意の形状の上部断面と、押出形状となる下部断面とを等角で連結した線によってなされる表面形状を有し、上部断面から下部断面に行くほど断面積が小さくなるよう傾斜し、上部断面の中心と下部断面の中心とが偏心しているプラグ３を形成したコンテナＣ；及び
   上記傾斜しているプラグ３が挿入され、円形など任意の形状の入口断面と任意の形状の出口断面とを等角で連結した線によってなされる表面形状を有し、入口断面から出口断面に行くほど断面積が小さくなって、これら入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している傾斜形の中空部４を有する押出曲げ型Ｄ；からなることを特徴とする任意の断面形状を有する金属曲管の製造装置。
2. それぞれ独立的に作動する１つ以上のパンチ１を有する押出パンチＡ；
   それぞれ異なるサイズの２本以上の加熱された丸棒素材Ｂ；
   上記丸棒素材Ｂを挿入するそれぞれ異なるサイズの２つ以上の孔２を貫通形成したコンテナＣ；及び
   円形など任意の形状の入口断面と、押出形状となる出口断面とを等角で連結した線によってなされる表面形状を有し、入口断面から出口断面に行くほど断面積が小さくなって、これら入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している傾斜形の中空部４を有する押出曲げ型Ｄ；からなることを特徴とする任意の断面形状を有する金属曲棒の製造装置。
3. 所定の荷重を加えた１つのパンチ１で１本の熱間丸棒素材ＢをコンテナＣの上部孔に挿入し圧縮する段階；
   圧縮された１本の丸棒素材Ｂが、コンテナＣの上記上部孔に連通するコンテナＣ内の複数の小さい下部孔２で複数の丸棒素材Ｂに分かれる段階；
   これら分かれた複数の丸棒素材Ｂが上記下部孔２に連通する環状溝５で接合する段階；及び
   接合した丸棒素材Ｂが、上記コンテナＣから出口側に向かって傾斜しながら延出している偏心プラグ３の表面と、入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄの中空部４との間を通過しながら、一定の曲率及び方向で曲がって押し出される段階；を含み、
   更に、上記曲率は、上記傾斜しているプラグ３及び押出曲げ型Ｄの偏心量又は多孔のコンテナＣにおける複数の孔２の相対的な直径サイズによって制御可能であることを特徴とする、円形や多角形又は内外面に突出フィン６を有する円形や多角形など任意の断面形状を有する曲管の製造方法。
4. 複数のパンチ１で複数の熱間丸棒素材Ｂを多孔のコンテナＣにおける複数の孔に挿入し圧縮する段階；
   圧縮された丸棒素材Ｂが上記孔２に連通する環状溝５で接合する段階；及び
   接合した丸棒素材Ｂが、上記コンテナＣから出口側に向かって傾斜しながら延出している偏心プラグ３の表面と、入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄの中空部４との間を通過しながら、一定の曲率及び方向で曲がって押し出される段階；を含み、
   更に、上記曲率は、上記傾斜しているプラグ３及び押出曲げ型Ｄの偏心量、多孔のコンテナＣにおける複数の孔２の相対的な直径サイズ、又は複数のパンチ１の相対的な加圧速度によって制御可能であることを特徴とする、円形や多角形又は内外面に突出フィン６を有する円形や多角形など任意の断面形状を有する曲管の製造方法。
5. １つの非対称部を有する１本の熱間丸棒素材Ｂが、所定の荷重を加えた１つのパンチ１により圧縮され、押出曲げ型Ｄの出口から一定の曲率及び方向で曲がって押し出される曲棒２００において、
   上記曲棒２００の曲率は、上記押出曲げ型Ｄの中空部の入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄの偏心量又は上記熱間丸棒素材Ｂの断面積の中心と押出製品の断面の中心とが偏心している偏心量により制御可能であることを特徴とする、多角形やＨ形又は外面に突出フィン６を有する円形や多角形など任意の断面形状を有する曲棒の製造方法。
6. 複数のパンチ１で複数の熱間丸棒素材Ｂを多孔のコンテナＣにおける複数の孔２に挿入し圧縮する段階；
   圧縮された丸棒素材Ｂが上記孔２に連通する押出曲げ型Ｄの中空部４で接合される段階；
   接合した丸棒素材Ｂが、入口断面の中心と出口断面の中心とが偏心している押出曲げ型Ｄの中空部４を通して一定の曲率及び方向で曲がって押し出される段階；を含み、
   更に、上記曲率は、上記押出曲げ型Ｄの偏心量、多孔のコンテナＣにおける孔２の相対的な直径サイズ、又は複数のパンチ１の相対的な加圧速度により制御可能であることを特徴とする、多角形やＨ形又は外面に突出フィン６を有する円形や多角形など任意の断面形状を有する曲棒の製造方法。

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