JP4592191B2

JP4592191B2 - Upsetter and flange forming method with upsetter

Info

Publication number: JP4592191B2
Application number: JP2001009511A
Authority: JP
Inventors: 英明長坂; 好洋中田; 秀樹高森
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-01-17
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2021-01-17
Also published as: JP2002210535A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アプセッター（据え込み鍛造機）及びアプセッターによるフランジ成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
舶用の推進軸、中間軸等の大型軸の端部にフランジを形成する技術として、例えば、特公昭５６−１２３３３号公報に記載のものが公知である。
この従来の技術は、軸の一端部のフランジ付根をクランプせずにガイド用金型でガイドし、該軸の一端部に付与される成形軸力を該軸の他端部で支承して、該軸の一端部にフランジを成形するものであった。
前記ガイド用金型は、ガイドしている軸部が軸方向に圧縮されること、若しくは、座屈することを防止するために設けられており、前記軸部を径方向からクランプするための機能は有していないものであった。
【０００３】
なお、前記公報には、「アプセッターによる製法」として、「これは軸径をつかみ、突出部の据え込み鍛造（熱間）を行ってフランジを成形するものであるが、つかみ力が非常に大きいので、現有のアプセッターでは、小径のものだけ採用されているのが現状である。」と記載されている。即ち、従来のアプセッターによるフランジ成形技術は、金型による軸のクランプ部において滑りが生じないように軸径を完全に掴むと言うものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の反成形側軸端部を支承するようにした従来のアプセッターでは、この支承部の移動装置、位置検出装置、固定装置等が必要となり、設備が長大になり、設備費が高くつくと言う問題があった。そして、このような設備では、フランジ成形するに際して、前記支承部を、加工する軸の長さに合わせて位置決め固定する必要があり、その都度、段取り替えを要し、生産性を低下させ、多品種の生産に不向きであるという問題があった。
【０００５】
一方、反成形側軸端部を支承せず、フランジ付根を金型により滑りを生じないように完全にクランプする従来のアプセッターでは、大型軸端部のフランジを成形する場合、非常に大きなクランプ力と大きなクランプ金型が必要となり、設備費が高くつくという問題があった。
そこで、本発明は、前記問題を解決するものであり、設備費の安い装置を用いて、生産性を低下させることなく、大型軸端部のフランジ成形を可能とした、アプセッター及びそのフランジ成形方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明のフランジ成形方法の特徴とするところは、両端部を有する軸の一端部を自由状態にし、他端部を突出状態として金型によりクランプし、該突出軸端部を熱間アプセットしてフランジを形成する方法において、前記突出軸端部をアプセットするとき、前記軸の自由端の軸方向伸びを所定量だけ許容するように、クランプ力又は／及び圧下速度を初期設定し、アプセット中に、前記軸の自由端の伸びを実測すると共に、クランプ力又は／及び圧下速度を実測し、前記軸の自由端の伸びの実測値が予測誤差範囲を逸脱する場合、前記クランプ力又は／及び圧下速度を変更する点にある。
【０００７】
前記変更する条件は、圧下速度であることが好ましい。
また、本発明の装置としての特徴は、両端部を有する軸の一端部を自由状態にし、他端部を突出状態として金型によりクランプし、該突出軸端部を熱間アプセットしてフランジを形成するアプセッターにおいて、前記突出軸端部をアプセットするとき、前記軸の自由端の軸方向伸びを所定量だけ許容するように、クランプ力又は／及び圧下速度を初期設定する初期値設定手段と、アプセット中に、前記軸の自由端の伸びを実測すると共に、クランプ力又は／及び圧下速度を実測する実測手段と、
前記軸の自由端の伸びの実測値が予測誤差範囲を逸脱する場合、前記クランプ力又は／及び圧下速度を変更する変更手段とを具備した点にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１，２に示すものは、本発明方法に用いるアプセッター１であり、該アプセッターは、熱間据え込み鍛造（アプセット）により、軸２の端部にフランジ３を形成するものである。
このアプセッター１は、水平方向に所定間隔を有して対向配置されたシリンダーフレーム４とベースフレーム５とを有し、両フレーム４，５は、タイロッド６で連結されている。前記シリンダフレーム４には油圧力等により水平方向に伸長するメインシリンダ７が設けられ、該メインシリンダ７に押盤８が設けられている。前記ベースフレーム５には、前記押盤８に対向してクランプ金型９が設けられている。
【０００９】
前記クランプ金型９は、上下に分割され、その中央部に前記軸２をクランプするための孔が形成されている。そして、上下の金型を互いに接近させて、前記孔内の軸２をクランプするためのクランプ装置１０が設けられている。このクランプ装置１０は、油圧シリンダ等から構成されている。
前記軸２の自由端部１１を載置支持する支持台１２が、軸方向移動自在に設けられている。
前記軸２の自由端１１の先方には、自由端の伸びを測定する実測手段１３が設けられている。この実測手段１３は、例えば、レーザー距離計などから構成され、自由端１１迄の距離Ｘを測定するものである。この実測手段１３は、制御装置１４に接続されている。
【００１０】
前記制御装置１４は、前記アプセッター１を制御するものであり、前記突出軸端部をアプセットするとき、前記軸２の自由端１１の軸方向伸びを所定量だけ許容するように、アプセット条件を初期設定する初期値設定手段１５と、前記実測手段１３からの実測値が予測誤差範囲を逸脱する場合、前記アプセット条件を変更する変更手段１６とを具備している。
前記クランプ金型９によりクランプされる軸２は、その一端部１１が、自由状態とされ、他端部が前記金型から突出して、該突出軸端部が前記押盤８により軸方向に押圧されて、所定の外径で所定の厚みを有するフランジ３に形成されるのであるが、該軸２は、このアプセッター１にセットされる前に、突出軸端部及び金型９によりクランプされる所定長さのクランプ部１７が、８００℃以上に加熱されている。この実施の形態では、１２００℃に加熱され、その加熱部の温度分布はほぼ一定とされている。
【００１１】
本発明においては、前記突出軸端部をアプセットするとき、前記軸の自由端１１の軸方向伸びを所定量だけ許容するよう、アプセット条件を設定している。
即ち、アプセット条件としては、成形力（押盤８による推力）、クランプ力（クランプ金型９によるつかみ力）、金型長さ、フランジ厚、フランジ径、クランプ部１７の軸径、加熱状況、アプセット速度（押盤の移動速度）等があり、これらのアプセット条件を適宜設定することにより、軸２の自由端１１の軸方向伸びを所定量だけ許容するのである。
【００１２】
図３〜６に示すグラフは、クランプ金型９のクランプ力と、該クランプ力による軸２の軸方向抵抗力と、押盤８の推力との関係を、軸径をパラメータとして示したものであり、クランプ金型９にクランプされている軸２の滑り（自由端１１の伸び）の限界を示すものである。
図３において滑りの限界を説明すれば、変形抵抗値が２．００ｋｇ／ｍｍ²で、摩擦抵抗がμ＝０．３０の材料を、金型長４００ｍｍ、最大クランプ力２，１１１トンの装置においてアプセットするとき、軸径が４８０ｍｍのとき、推力と抵抗力が交差しているので、４８０ｍｍ以下の軸径のものでは滑りが生じず、それ以上の径の軸２では滑りが生じることを示している。
【００１３】
表１にクランプ力の大きさによる滑りの抑制限界を示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
前記表中の「クランプ力」とは、各金型長において軸方向の抵抗力を最大限発生させるクランプ力のことである。但し、前提条件としてクランプ部軸径の最大値を８００ｍｍとしている。金型長４００ｍｍの時、伸び無し最大軸径は、４８０ｍｍであるが、このときに必要なクランプ力は、図３より約１２００トンとなり、それ以上のクランプ力は、上下の金型９により相殺される。
前記表１から明らかなように、直径８００ｍｍまでの軸径を有するフランジ付き軸材のフランジ成形をアプセット法で実施する場合、従来のように、クランプ部１７の滑りを許容せずに設備設計を行うと、金型長８００ｍｍ、クランプ力３，５００トン超の大型設備が必要となる。
【００１６】
本発明では、クランプ力を小さく設定し、発生する伸びを許容し、かつ、予測し、適正形状にフランジ成形するのである。
即ち、本発明の実施の形態では、図３に代えて図７に示すように、金型長４００ｍｍで、最大クランプ力を１，０００トンとしている。
尚、前記図３〜７及び表１における「滑り」とは、軸２が金型９との摩擦力に抗して相対移動することを意味するが、以下において用いる「滑り」とは、軸２が金型９との摩擦力に抗して相対移動することのみを意味するのではなく、材料流動も含めて軸２の自由端１１が軸方向に伸びることを意味する。従って、「滑り量」とは、軸端１１の「移動量」をいう。以下、これらを「伸び」と称する。
【００１７】
本発明では、伸びを完全に抑制するために金型長、クランプ力を大きくせずに、伸びを許容することにより、目標形状の成形を実現する製造方法である。そのため、伸びを許容した場合の精度を予測する必要がある。
図８に伸び予測誤差と取代の関係を示す。
図９は、伸び予測に対し誤差が０ｍｍの場合の取代を示している。
予測伸びに対し伸び量が大きくなった場合、フランジ厚みの外取代が増大し、内取代及び径取代が減少する（図１０参照）。また、予測伸びに対し、伸び量が小さくなった場合、外取代が減少し、内取代と径取代が増大する（図１１参照）。この関係を示したのが前記図８である。
【００１８】
前記図８〜１１から判るように、伸び予測を誤ると、機械加工仕上げ形状に対し、マイナス値が発生し、寸法不良となるので、本発明においては、伸び予測を正確に行わなければならないことが判る。
そこで、本発明では、伸び予測誤差が生じないようにするため、伸び予測誤差発生要因を分析した。即ち、伸び量の変化は、成形力、フランジ厚、フランジ径、軸径、加熱状況、アプセット速度等によって変化する。これらのパラメータを確実に予測し、また、一定化することにより、伸び量の正確な予測が可能になる。
【００１９】
そこで、本発明では、先ず、アプセット速度の変化がどのように伸び量に影響を与えているかを調べた。
図１２は、金型長４００ｍｍ、クランプ力１，０００トン、軸径４８０ｍｍ、突出軸端部とクランプ部の２／３の範囲を均一加熱状態として、アプセット速度（押盤の移動速度）を変化させたときの、軸端部１１の伸び（滑り量）を測定した結果を示すグラフである。
この図より、アプセット速度の増加により伸び量が増加する傾向にあり、更に変化量の傾きも大きくなるため、アプセット速度は、低速域かつ一定である必要があることが判る。
【００２０】
尚、アプセット速度と押盤８の押圧力とは、相関関係にあり、速度が速いと押圧力は大きくなる。
次に、加熱状態と伸び量の関係を調べた。即ち、クランプ部軸径５４０ｍｍ、アプセット速度１０ｍｍ／ｓｅｃを一定として、突出軸端部を加熱すると共にクランプ部１１の加熱範囲を変化させた場合の伸び量のばらつきを測定した。その測定結果を図１３に示す。尚、クランプ部加熱状況の１００％とは、クランプ金型長９の全長に渡って、軸突出端部と同じ温度に加熱したと言う意味である。
【００２１】
加熱の理想状態は、フランジ成形部（突出軸端部）が高温かつ均一に加熱されており、クランプ部１７が低温であることであるが、フランジ成形部とクランプ部１７は連続した部位であるので、フランジ部３を十分に且つクランプ部１７を低温に保つことは困難である。フランジ形成部を高温にすると、クランプ部１７も高温になり成形力に対する抵抗力が減少するため、伸び量が増加し、クランプ部１７を低温にすると、フランジ成形部も低温になるため、成形時の変形抵抗が増大し、成形力が増加、成形不可能になる。若しくは、成形されたフランジ形状が不適切なものになる。これらのことから、伸び量を予測する上で、クランプ部１７の加熱状況による伸び量の変化を把握する必要がある。
【００２２】
前記図１３によれば、クランプ部１７の約２／３（６０％）までを突出軸端部と同じ温度に均一加熱したとき、伸び量が最も少なくなっていることが判る。
その他の種々の実験により、伸び量は、クランプ部１７の軸径によって変化することが判った。
そこで、精度の良い伸び予測を行うために、クランプ部軸径をパラメータとして、アプセット速度、加熱状況による伸び量の変化を定量化した。そして、伸び量が最小になるアプセット速度及びクランプ部加熱状況を常に再現させ、その条件下でのクランプ部軸径と伸び量の関係を示すテーブルを基に実操業を行った。図１４に前記テーブルの一例を示す。
【００２３】
即ち、加工する軸２の直径をパラメータとして、所定のアプセット条件の下で、該軸２の自由端１１の軸方向伸びを予め求めて、図１４に示すようなテーブルを作成し、そして、このテーブルを基に、実操業のアプセット条件を設定するのである。
例えば、図１５に示す両端にフランジ３を有する製品（軸径５００ｍｍ、フランジ間距離８，０００ｍｍ）をアプセットにより成形する場合、その素材形状寸法をいくらに設計すれば良いか、及び、どの位置を金型９でクランプすれば良いかを、前記図１４のテーブルにより求めるのである。
【００２４】
即ち、図１４に示すテーブルによれば、軸径５００ｍｍの場合、予測伸び量は２０ｍｍである。従って、一端部のアプセットにより、軸端は２０ｍｍ伸びるので、両端アプセットすれば、合計４０ｍｍ伸びることになる。
よって、素材形状は、フランジ成形部（突出軸端部）１８の長さをａ、ｂとすると、素材の全長は、ａ＋ｂ＋（８，０００−４０）＝（ａ＋ｂ＋７，９６０）ｍｍとなる。そして図１６（Ａ）に示すように、最初の一端部をアプセットするとき金型９で７，９６０ｍｍの位置でクランプし、図１４に示すアプセット条件でアプセットする。そして、他端部をアプセットするときは、図１６（Ｂ）に示すように、７，９８０ｍｍの位置でクランプすれば、図１５に示すフランジ間距離８，０００ｍｍの両端フランジの軸が高精度に成形できる。実操業では、これらに加えて加熱による熱膨張を加味する。
ところで、前記アプセット法において、以下に示す３つの問題点があり、これを解決する手段が必要である。
【００２５】
即ち、（１）素材の加熱時に被成形材の温度が不均一であること、及び、被成形素材の表面状態（凹凸）など操業条件のバラツキにより、最終圧下時の伸び量が当初の予測誤差範囲を超え、寸法不良となる場合がある。
（２）予測精度のみで寸法が決まってしまい、操業中での制御が困難である。
（３）寸法不良を防止するには、取代すなわち予測誤差範囲を増加させるのが簡単な対策であるが、製品歩留の悪化、後工程である機械加工時間の増加を招き、製造コストがアップする。
【００２６】
そこで、本発明では、操業条件にバラツキが生じた場合であっても、伸び量を予測範囲内に抑え、寸法不良を無くするため、さらに、次の手段を講じた。
即ち、一旦滑り（伸び）が発生すると、成形条件が変化しない限り伸び量は圧下量と比例して大きくなるため、成形途中の伸び量が分かれば、外挿法により最終圧下位置での伸び量の予測が可能である。
そこで、自由端１１側の遠方に固定され、自由端１１までの距離を測定する実測手段１３を用いて、自由端１１の伸び量を実測し、その実測値を制御装置１４に送る。制御装置１４では、前記実測値が予測誤差範囲を逸脱しているか否かを判断し、逸脱している場合は、変更手段１６によりアプセット条件を変更し、伸び量を予測誤差範囲内に抑えるようにした。
【００２７】
即ち、図１並びに図１７及び図１８に示すように、初期値設定手段１５により、成形力、クランプ力、金型長さ、フランジ厚、フランジ径、クランプ部の軸径、加熱状況、アプセット速度などのアプセット条件を設定する。このアプセット条件に基づき、制御装置１４に内蔵する図１４に示す如きテーブルにより、軸２の自由端１１の伸び量が予測可能となる。
圧下開始により、成形前の実測手段１３から被成形材２の自由端１１までの距離Ｘ0 、成形中の実測手段１３から被成形材２の自由端１１までの距離Ｘが測定され、制御装置１４に送られる。制御装置１４において、自由端１１の伸び量Ｌが、Ｌ＝Ｘ−Ｘ0 と計算される。
【００２８】
押盤８での圧下が、例えば、目標圧下量の１／２まで達した時点で、Ｘの経時変化から成形完了時の伸び量（Ｌ＝Ｘ−Ｘ0 ）の値を外挿法により求める（図１７参照）。
前記外挿法により求めた最終伸び量Ｌが、予測誤差範囲±ａを逸脱しているか否かを判断する。
ａ＞｜Ｘ−Ｘ0 ｜となることが予測される場合に、アラームを発すると同時に、以下に示す優先順位で少なくとも一つの処理を変更手段１６により行う。
（１）−ａ＞Ｘ−Ｘ0 と予測された場合
▲１▼ アプセット速度を早くする。
▲２▼ クランプ力を低下させる。
▲３▼ フランジ径は所定寸法を確保できるので、｜ａ｜＞｜Ｘ−Ｘ0 ｜分だけ手前で圧下を完了する。
（２）ａ＞Ｘ−Ｘ0 と予測された場合
▲１▼ アプセット速度を遅くする。
▲２▼ クランプ力を大きくする。
▲３▼ 最終圧下目標量以下で成形を中断し、クランプし直した後、再び成形する。
【００２９】
ただし、アプセット速度、クランプ力の変更量の算出は、図３〜６，図１２，１３に示されように予測時に用いたグラフに基ずく。
これらの処置を成形完了まで繰り返し実施することにより、より精度の高い成形を実現することができる。
さらに前記制御装置１４に、学習機能を付加することにより、実績データを基に予測計算モデル式及びテーブルを修正することも可能である。
なお、前記実施の形態は、制御装置１４内で自動処理可能としたものであるが、手動により処理するようにしてもよい。
【００３０】
また、前記アプセット速度（圧下速度）の制御は、押盤８を駆動するシリンダーへの油流量（吐出量）を変化させることで制御できる。
尚、前記実施の形態では、実測手段１３として、軸２の自由端１１の伸び量を検出してフィードバック制御を行ったが、アプセット条件の内、圧下速度や圧下量を検出して、フィードバック制御するものであってもよい。
即ち、例えば、被成形材の温度が設定温度よりも高く加熱された場合、材料の変形抵抗が小さくなるため、圧下反力が小さくなり、圧下速度は速くなる。従って、圧下速度を実測手段で測定して、その圧下速度が設定値になるようにフィードバック制御を行うことにより、自由端の伸びを所定範囲内に抑えることができる。
【００３１】
また、実測手段１３としてレーザ距離計を例示したが、支持台１２の移動を監視するものであってもよい。
なお、本発明は、前記実施の形態に示すものに限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、低コストで、高生産性のフランジ付き軸材の生産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明方法に使用するアプセッターの概略構成図である。
【図２】図２は、図１の金型の断面図である。
【図３】図３は、金型長４００ｍｍのときのアプセッターのクランプ力と推力と抵抗力の関係を、クランプ部軸径をパラメータとして示したグラフである。
【図４】図４は、金型長５００ｍｍのときのアプセッターのクランプ力と推力と抵抗力の関係を、クランプ部軸径をパラメータとして示したグラフである。
【図５】図５は、金型長６００ｍｍのときのアプセッターのクランプ力と推力と抵抗力の関係を、クランプ部軸径をパラメータとして示したグラフである。
【図６】図６は、金型長７００ｍｍのときのアプセッターのクランプ力と推力と抵抗力の関係を、クランプ部軸径をパラメータとして示したグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に用いたアプセッターのクランプ力と推力と抵抗力の関係を、クランプ部軸径をパラメータとして示したグラフである。
【図８】図８は、伸び予測誤差と取代の関係を示すグラフである。
【図９】図９は、伸び予測誤差が０の場合の取代の関係を示す図面である。
【図１０】図１０は、伸び予測誤差が＋の場合の取代の関係を示す図面である。
【図１１】図１１は、伸び予測誤差が−の場合の取代の関係を示す図面である。
【図１２】図１２は、アプセット速度と伸び量の関係を示すグラフである。
【図１３】図１３は、クランプ部加熱状態と伸び量の関係を示すグラフである。
【図１４】図１４は、クランプ部軸径と伸び量のテーブルである。
【図１５】図１５は、本発明方法により成形する両端フランジの軸材をしめす正面図である。
【図１６】図１６は、本発明方法を示す説明図である。
【図１７】図１７は、外挿法による伸びの予測の説明用グラフである。
【図１８】図１８は、本発明方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１アプセッター
２軸
３フランジ
９金型
１１自由端
１３実測手段
１５初期値設定手段
１６変更手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an upsetter (upset forging machine) and a flange forming method using the upsetter.
[0002]
[Prior art]
As a technique for forming a flange at the end of a large shaft such as a marine propulsion shaft or an intermediate shaft, for example, one described in Japanese Patent Publication No. 56-12333 is known.
In this conventional technique, a flange root at one end of a shaft is guided by a guide mold without clamping, and a forming axial force applied to one end of the shaft is supported at the other end of the shaft, A flange was formed at one end of the shaft.
The guide mold is provided to prevent the shaft portion being guided from being compressed or buckled in the axial direction, and the function for clamping the shaft portion from the radial direction is provided. It did not have.
[0003]
In addition, in the above-mentioned publication, as “a manufacturing method using an upsetter”, “this is to grasp the shaft diameter and perform upset forging (hot) of the protruding portion to form the flange, but the gripping force is very large. Therefore, in the current upsetter, only the small diameter is used at present. " That is, the conventional flange forming technique using an upsetter is to completely grip the shaft diameter so that no slip occurs in the clamp portion of the shaft by the mold.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional upsetter configured to support the above-mentioned anti-molding side shaft end portion, a moving device, a position detecting device, a fixing device, etc. of this support portion are required, and the equipment becomes long and the equipment cost is high. There was a problem. In such equipment, when the flange is formed, it is necessary to position and fix the support portion in accordance with the length of the shaft to be processed. There was a problem that it was not suitable for production of varieties.
[0005]
On the other hand, with the conventional upsetter that does not support the shaft end on the anti-molding side and completely clamps the flange root so as not to slip by the mold, when molding the flange on the large shaft end, a very large clamping force However, there is a problem that a large clamping die is required and the equipment cost is high.
Therefore, the present invention solves the above-described problem, and an upsetter and a flange forming method thereof capable of forming a flange of a large shaft end without reducing productivity by using an apparatus having a low equipment cost. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has taken the following measures. In other words, the flange molding method of the present invention is characterized in that one end of a shaft having both ends is made free, the other end is projected and clamped by a mold, and the projecting shaft end is hot upset. Then, in the method of forming the flange, when the projecting shaft end is upset, a clamping force or / and a reduction speed are initially set so as to allow a predetermined amount of axial extension of the free end of the shaft. When measuring the elongation of the free end of the shaft and measuring the clamping force or / and the rolling speed , and the measured value of the elongation of the free end of the shaft deviates from the prediction error range, the clamping force or / In addition, the reduction speed is changed.
[0007]
Conditions for the change is preferably a pressure rate.
In addition, as a feature of the apparatus of the present invention, one end of a shaft having both ends is set in a free state, the other end is protruded and clamped by a mold, the protruding shaft end is hot upset, and a flange is formed. In the upsetter to be formed, when the projecting shaft end is upset, an initial value setting means for initially setting a clamping force or / and a reduction speed so as to allow a predetermined amount of axial extension of the free end of the shaft; An actual measurement means for measuring the elongation of the free end of the shaft during the upset, and measuring the clamping force or / and the rolling speed ;
And changing means for changing the clamping force or / and the reduction speed when the measured value of the extension of the free end of the shaft deviates from the prediction error range.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
1 and 2 show an upsetter 1 used in the method of the present invention, and the upsetter forms a flange 3 at the end of the shaft 2 by hot upset forging (upset).
The upsetter 1 has a cylinder frame 4 and a base frame 5 which are arranged to face each other at a predetermined interval in the horizontal direction, and both the

frames

4 and 5 are connected by a tie rod 6. The cylinder frame 4 is provided with a main cylinder 7 that extends in the horizontal direction due to oil pressure or the like, and the main cylinder 7 is provided with a push plate 8. A clamp die 9 is provided on the base frame 5 so as to face the push plate 8.
[0009]
The clamp mold 9 is divided into upper and lower portions, and a hole for clamping the shaft 2 is formed at the center thereof. A clamping device 10 for clamping the shaft 2 in the hole by bringing the upper and lower molds closer to each other is provided. The clamp device 10 is composed of a hydraulic cylinder or the like.
A support base 12 for placing and supporting the free end portion 11 of the shaft 2 is provided so as to be movable in the axial direction.
An actual measuring means 13 for measuring the elongation of the free end is provided at the tip of the free end 11 of the shaft 2. The actual measurement means 13 is composed of, for example, a laser distance meter and measures the distance X to the free end 11. The actual measurement means 13 is connected to the control device 14.
[0010]
The controller 14 controls the upsetter 1, and when upsetting the projecting shaft end, the upset condition is initially set so as to allow the axial extension of the free end 11 of the shaft 2 by a predetermined amount. Initial value setting means 15 for setting and changing means 16 for changing the upset condition when the actual measurement value from the actual measurement means 13 deviates from the prediction error range.
One end 11 of the shaft 2 clamped by the clamp mold 9 is in a free state, the other end projects from the mold, and the projecting shaft end is pressed in the axial direction by the press 8. Thus, the flange 2 having a predetermined outer diameter and a predetermined thickness is formed. The shaft 2 is clamped by the protruding shaft end and the mold 9 before being set on the upsetter 1. The clamp portion 17 having a predetermined length is heated to 800 ° C. or higher. In this embodiment, it is heated to 1200 ° C., and the temperature distribution of the heating part is substantially constant.
[0011]
In the present invention, when the projecting shaft end is upset, the upset condition is set so as to allow a predetermined amount of axial extension of the free end 11 of the shaft.
That is, the upset conditions include molding force (thrust by the press plate 8), clamping force (holding force by the clamp die 9), mold length, flange thickness, flange diameter, shaft diameter of the clamp portion 17, heating condition, There is an upset speed (moving speed of the press plate) and the like. By appropriately setting these upset conditions, the axial extension of the free end 11 of the shaft 2 is allowed by a predetermined amount.
[0012]
The graphs shown in FIGS. 3 to 6 show the relationship between the clamping force of the clamping die 9, the axial resistance force of the shaft 2 due to the clamping force, and the thrust force of the press 8 with the shaft diameter as a parameter. Yes, it shows the limit of the sliding of the shaft 2 clamped by the clamp mold 9 (extension of the free end 11).
In FIG. 3, the slip limit is explained. A material having a deformation resistance value of 2.00 kg / mm ² and a friction resistance of μ = 0.30 is used in an apparatus having a mold length of 400 mm and a maximum clamping force of 2,111 tons. When upsetting, when the shaft diameter is 480 mm, the thrust and the resistance force intersect, so that the shaft with a shaft diameter of 480 mm or less does not slip, and the shaft 2 with a larger diameter shows slipping. Yes.
[0013]
Table 1 shows the slip suppression limit depending on the magnitude of the clamping force.
[0014]
[Table 1]

[0015]
The “clamping force” in the table is a clamping force that generates a maximum axial resistance force in each mold length. However, as a precondition, the maximum value of the clamp portion shaft diameter is set to 800 mm. When the mold length is 400 mm, the maximum shaft diameter without elongation is 480 mm. The clamping force required at this time is about 1200 tons from FIG. 3, and the clamping force beyond that is offset by the upper and lower molds 9. Is done.
As is apparent from Table 1, when the flange forming of the flanged shaft member having a shaft diameter of up to 800 mm is carried out by the upset method, the equipment design can be performed without allowing the clamp portion 17 to slide as in the prior art. If done, a large facility with a mold length of 800 mm and a clamping force of over 3,500 tons is required.
[0016]
In the present invention, the clamping force is set small, and the generated elongation is allowed and predicted, and the flange is formed into an appropriate shape.
That is, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7 instead of FIG. 3, the mold length is 400 mm and the maximum clamping force is 1,000 tons.
The “slip” in FIGS. 3 to 7 and Table 1 means that the shaft 2 relatively moves against the frictional force with the mold 9. It does not mean that 2 moves relative to the frictional force with the mold 9 but also means that the free end 11 of the shaft 2 extends in the axial direction including the material flow. Therefore, the “slip amount” refers to the “movement amount” of the shaft end 11. Hereinafter, these are referred to as “elongation”.
[0017]
The present invention is a manufacturing method that realizes forming of a target shape by allowing elongation without increasing the mold length and clamping force in order to completely suppress elongation. Therefore, it is necessary to predict the accuracy when the elongation is allowed.
FIG. 8 shows the relationship between the elongation prediction error and the machining allowance.
FIG. 9 shows a machining allowance when the error is 0 mm for the elongation prediction.
When the amount of elongation becomes larger than the predicted elongation, the outer allowance for the flange thickness increases and the inner allowance and the diameter allowance decrease (see FIG. 10). Further, when the amount of elongation becomes smaller than the predicted elongation, the outer allowance decreases and the inner allowance and the diameter allowance increase (see FIG. 11). FIG. 8 shows this relationship.
[0018]
As can be seen from FIGS. 8 to 11, if the elongation prediction is wrong, a negative value is generated for the machined finish shape, resulting in a dimensional defect. In the present invention, the elongation prediction must be performed accurately. I understand.
Therefore, in the present invention, in order to prevent an elongation prediction error from occurring, the cause of the elongation prediction error was analyzed. That is, the change in elongation varies depending on the forming force, flange thickness, flange diameter, shaft diameter, heating status, upset speed, and the like. By predicting these parameters reliably and making them constant, it is possible to accurately predict the amount of elongation.
[0019]
Therefore, in the present invention, first, it was examined how the change in upset speed affects the amount of elongation.
Fig. 12 shows a mold length of 400mm, a clamping force of 1,000 tons, a shaft diameter of 480mm, and a range of 2/3 between the protruding shaft end and the clamped portion is in a uniform heating state, and the upset speed (moving speed of the press) is changed It is a graph which shows the result of having measured the elongation (slip amount) of the shaft end part 11 when it was made to do.
From this figure, it can be seen that the amount of elongation tends to increase as the upset speed increases, and the slope of the amount of change also increases, so that the upset speed needs to be low and constant.
[0020]
Note that the upset speed and the pressing force of the press board 8 have a correlation, and the pressing force increases as the speed increases.
Next, the relationship between the heating state and the amount of elongation was examined. That is, the variation in elongation was measured when the end of the protruding shaft was heated and the heating range of the clamp 11 was changed while the clamp portion shaft diameter was 540 mm and the upset speed was 10 mm / sec. The measurement results are shown in FIG. In addition, 100% of the clamp portion heating state means that the clamp die is heated to the same temperature as the shaft protruding end portion over the entire length of the clamp die 9.
[0021]
The ideal state of heating is that the flange forming part (projection shaft end) is heated uniformly at high temperature and the clamp part 17 is at a low temperature, but the flange forming part and the clamp part 17 are continuous parts. Therefore, it is difficult to keep the flange portion 3 sufficiently and the clamp portion 17 at a low temperature. When the flange forming part is heated to a high temperature, the clamping part 17 is also heated and the resistance to the forming force is reduced, so that the amount of elongation increases, and when the clamp part 17 is cooled to a low temperature, the flange forming part is also cold. Deformation resistance increases, the molding force increases, and molding becomes impossible. Or, the molded flange shape becomes inappropriate. For these reasons, it is necessary to grasp the change in the elongation amount due to the heating state of the clamp portion 17 in predicting the elongation amount.
[0022]
According to FIG. 13, it can be seen that when about 2/3 (60%) of the clamp portion 17 is uniformly heated to the same temperature as the protruding shaft end portion, the amount of elongation is the smallest.
From various other experiments, it was found that the amount of elongation changes depending on the shaft diameter of the clamp portion 17.
Therefore, in order to perform accurate elongation prediction, the change in elongation due to the upset speed and heating condition was quantified using the clamp shaft diameter as a parameter. Then, the upset speed at which the amount of elongation becomes the minimum and the heating condition of the clamp portion were always reproduced, and the actual operation was performed based on a table showing the relationship between the shaft diameter of the clamp portion and the amount of elongation under the conditions. FIG. 14 shows an example of the table.
[0023]
That is, using the diameter of the shaft 2 to be processed as a parameter, the axial extension of the free end 11 of the shaft 2 is obtained in advance under a predetermined upset condition, and a table as shown in FIG. 14 is created. Based on the table, upset conditions for actual operation are set.
For example, when a product having a flange 3 at both ends shown in FIG. 15 (shaft diameter 500 mm, distance between flanges 8,000 mm) is formed by upsetting, how much should the material shape dimensions be designed and what position? Whether or not the mold 9 should be clamped is obtained from the table shown in FIG.
[0024]
That is, according to the table shown in FIG. 14, when the shaft diameter is 500 mm, the predicted elongation is 20 mm. Therefore, the shaft end extends by 20 mm due to the upset at one end, and if the both ends are upset, the shaft extends by a total of 40 mm.
Therefore, as for the material shape, if the length of the flange forming portion (projection shaft end portion) 18 is a and b, the total length of the material is a + b + (8,000−40) = (a + b + 7,960) mm. Then, as shown in FIG. 16A, when the first end is upset, the mold 9 is clamped at a position of 7,960 mm and upset under the upset conditions shown in FIG. When the other end is upset, as shown in FIG. 16 (B), if clamped at a position of 7,980 mm, the shafts of both end flanges with a flange distance of 8,000 mm shown in FIG. Can be molded. In actual operation, in addition to these, thermal expansion due to heating is taken into account.
By the way, the upset method has the following three problems, and means for solving these problems is required.
[0025]
That is, (1) The amount of elongation at the time of final reduction is the initial prediction error due to uneven temperature of the material during heating of the material and variations in operating conditions such as the surface condition (unevenness) of the material to be molded. It may exceed the range and cause dimensional defects.
(2) The dimensions are determined only by the prediction accuracy, and control during operation is difficult.
(3) In order to prevent dimensional defects, it is a simple measure to increase the machining allowance, that is, the prediction error range, but this leads to a deterioration in product yield and an increase in machining time as a subsequent process, resulting in an increase in manufacturing cost. To do.
[0026]
Therefore, in the present invention, the following measures are further taken in order to keep the elongation amount within the predicted range and eliminate dimensional defects even when the operating conditions vary.
In other words, once slipping (elongation) occurs, the elongation amount increases in proportion to the reduction amount unless the molding conditions change. Therefore, if the elongation amount during molding is known, the extension amount at the final reduction position by extrapolation. Can be predicted.
Therefore, the amount of elongation of the free end 11 is measured using the actual measuring means 13 that is fixed at a distance on the free end 11 side and measures the distance to the free end 11, and the measured value is sent to the control device 14. The control device 14 determines whether or not the actual measurement value deviates from the prediction error range. If the actual measurement value deviates, the upset condition is changed by the changing means 16 so that the elongation amount is kept within the prediction error range. I made it.
[0027]
That is, as shown in FIG. 1, FIG. 17 and FIG. 18, the initial value setting means 15 allows the forming force, clamping force, mold length, flange thickness, flange diameter, clamp shaft diameter, heating status, upset speed. Set upset conditions such as Based on this upset condition, the extension amount of the free end 11 of the shaft 2 can be predicted by a table as shown in FIG.
By starting the reduction, the distance X0 from the actual measurement means 13 before molding to the free end 11 of the molding material 2 and the distance X from the actual measurement means 13 during molding to the free end 11 of the molding material 2 are measured. Sent to. In the control device 14, the extension amount L of the free end 11 is calculated as L = X-X0.
[0028]
For example, when the pressing by the press platen 8 reaches 1/2 of the target rolling reduction, the value of elongation at the time of completion of molding (L = X−X0) is obtained from the change with time of X by extrapolation ( FIG. 17).
It is determined whether or not the final elongation L obtained by the extrapolation method deviates from the prediction error range ± a.
When it is predicted that a> | X−X0 |, an alarm is issued and at the same time, at least one process is performed by the changing means 16 in the following priority order.
(1) When it is predicted that -a> X-X0 (1) Increase the upset speed.
(2) Decrease the clamping force.
{Circle around (3)} Since the flange diameter can secure a predetermined dimension, the reduction is completed by the amount of | a |> | X−X0 |.
(2) When it is predicted that a> X−X0 (1) Decrease the upset speed.
(2) Increase the clamping force.
(3) Stop molding below the final reduction target amount, re-clamp, and then mold again.
[0029]
However, the calculation of the amount of change in the upset speed and the clamping force is based on the graph used at the time of prediction as shown in FIGS.
By repeatedly performing these treatments until the molding is completed, molding with higher accuracy can be realized.
Further, by adding a learning function to the control device 14, it is also possible to correct the prediction calculation model formula and the table based on the actual data.
In the above-described embodiment, the automatic processing can be performed in the control device 14, but the processing may be performed manually.
[0030]
The upset speed (the reduction speed) can be controlled by changing the oil flow rate (discharge amount) to the cylinder that drives the press platen 8.
In the above embodiment, the feedback control is performed by detecting the extension amount of the free end 11 of the shaft 2 as the actual measurement means 13, but the feedback control is performed by detecting the rolling speed and the rolling amount among the upset conditions. You may do.
That is, for example, when the temperature of the material to be molded is heated higher than the set temperature, the deformation resistance of the material is reduced, so the reduction reaction force is reduced and the reduction speed is increased. Accordingly, by measuring the rolling speed with the actual measurement means and performing feedback control so that the rolling speed becomes a set value, the elongation of the free end can be suppressed within a predetermined range.
[0031]
Further, although the laser distance meter is exemplified as the actual measurement means 13, the movement of the support base 12 may be monitored.
In addition, this invention is not limited to what is shown to the said embodiment.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to produce a shaft member with a flange with high productivity at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an upsetter used in a method of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the mold shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the clamping force, thrust and resistance force of the upsetter when the mold length is 400 mm, using the shaft diameter of the clamp portion as a parameter.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the clamping force, thrust force, and resistance force of the upsetter when the mold length is 500 mm, using the shaft diameter of the clamp portion as a parameter.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the clamping force, thrust, and resistance force of the upsetter when the mold length is 600 mm, using the shaft diameter of the clamp portion as a parameter.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the clamping force, thrust, and resistance force of the upsetter when the mold length is 700 mm, with the clamp shaft diameter as a parameter.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the clamping force, thrust force, and resistance force of the upsetter used in the embodiment of the present invention, with the clamp portion shaft diameter as a parameter.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between an elongation prediction error and a machining allowance.
FIG. 9 is a drawing showing the relationship of machining allowance when the elongation prediction error is zero.
FIG. 10 is a diagram illustrating a trade-off relationship when an elongation prediction error is +.
FIG. 11 is a drawing showing the relationship of machining allowance when the elongation prediction error is −;
FIG. 12 is a graph showing the relationship between upset speed and elongation.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a clamp portion heating state and an elongation amount;
FIG. 14 is a table of clamp part shaft diameters and elongation amounts;
FIG. 15 is a front view showing a shaft material of both end flanges formed by the method of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing the method of the present invention.
FIG. 17 is a graph for explaining prediction of elongation by extrapolation.
FIG. 18 is a flowchart showing the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upsetter 2 Shaft 3 Flange 9 Mold 11 Free end 13 Actual measurement means 15 Initial value setting means 16 Change means

Claims

In a method in which one end of a shaft having both ends is in a free state, the other end is in a protruding state and clamped by a mold, and the protruding shaft end is hot upset to form a flange.
When upsetting the protruding shaft end, the clamping force or / and the reduction speed are initially set to allow a predetermined amount of axial extension of the free end of the shaft,
During upset, the elongation of the free end of the shaft is measured, and the clamping force or / and the rolling speed are measured,
A flange forming method in an upsetter, wherein the clamp force or / and the reduction speed are changed when the measured value of the extension of the free end of the shaft deviates from a prediction error range.

The flange forming method for an upsetter according to claim 1, wherein the condition to be changed is a reduction speed.

In an upsetter that makes one end of a shaft having both ends free, clamps the other end in a protruding state with a mold, and upsets the protruding shaft end hot to form a flange.
Initial value setting means for initially setting a clamping force or / and a reduction speed so as to allow a predetermined amount of axial extension of the free end of the shaft when upsetting the protruding shaft end;
An actual measurement means for measuring the elongation of the free end of the shaft during the upset, and measuring the clamping force or / and the rolling speed ;
An upsetter comprising: changing means for changing the clamping force or / and the reduction speed when the measured value of the extension of the free end of the shaft deviates from the prediction error range.