JP4635256B2

JP4635256B2 - 異形管の製造方法

Info

Publication number: JP4635256B2
Application number: JP2006039350A
Authority: JP
Inventors: 裕彦荒井
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2007216258A

Description

本発明は、スピニング加工による管の成形方法に関し、特に断面が円形の金属素管から楕円形や多角形等の異形断面の金属管を製造する方法に関するものである。

異形断面の金属管の製造方法としては、型を用いた押出・引抜やロール成形が代表的であるが、多様な異形管を小ロットで製造する場合には、断面が円形の金属素管をスウェージング加工やスピニング加工で異形断面に成形する方法が有用である（特許文献１、２参照）。

従来、スピニング加工により断面が楕円形や多角形等の異形管を成形する方法が知られている（非特許文献１参照）。そして、この方法は主として金属管の端部を楕円形や多角形等の異形断面に縮径するためのものであるが、成形される異形断面部分を長く取れば、異形管の製造方法としても利用可能である。
特開昭４８−６６０６６号公報特開平９−５２１１３号公報第５６回塑性加工連合講演会講演論文集６８７〜６８８頁（２００５年）

しかしながら上記の方法では金属管を中空のままスピニング加工しており、管の壁厚が薄く剛性が不十分な場合は、ローラからの加工力により管に弾性変形が生じる。そのため所望の異形断面の通りに正確な成形が行われない恐れがあり、また軸長が長い管を成形することも困難である。

この発明は、断面が円形の金属管を素材として、成形型を用いたスピニング加工を行うことにより、所望の異形断面形状まで短時間で正確に縮径する異形管の製造方法を提供することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、断面が円形の金属素管から楕円形や多角形等の異形断面の金属管を製造する方法であって、前記素管の内面とほぼ同じ断面形状を有する柱体と、前記異形管の内面とほぼ同じ断面形状を有する柱体と、断面形状が連続的に変化して前記２つの柱体の間を接続する錘台からなる形状の成形型を前記素管に挿入し、前記成形型と前記素管をともに軸周りに回転させつつ、前記素管の外周より加工ローラを半径方向に押し付けながら前記加工ローラを軸方向に移動して前記素管の内面を前記成形型に密着させる第一の工程と、前記成形型に対して前記素管を軸方向に相対的に移動して前記成形型と前記素管の間に空隙を設ける第二の工程を順次繰り返し、前記素管を所望の異形断面形状まで縮径することを特徴とする異形管の製造方法を提供する。

前記成形型と前記素管の回転角および前記加工ローラの前記成形型に対する軸方向変位の数値に基づいて、前記加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させるように、前記加工ローラの半径方向変位を決定してもよい。

前記加工ローラの前記素管に対する押し付け力を制御することによって、前記加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させてもよい。

この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
（イ）素管及び成形済みの異形管は成形型の柱体部分によって常に内面を拘束され、管の塑性変形は主に成形型中間の錘台形状部分の近辺で行われるから、薄肉の管を加工する場合でも、加工力による管の弾性変形の影響を最小限にとどめることができる。そのため所望の異形断面形状通りに正確な縮径が可能である。またローラの押し込み量を大きく取ることが可能となるため、短時間で成形することができる。

（ロ）成形型と素管の回転角および前記加工ローラの前記成形型に対する軸方向変位の数値に基づいて、加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させるように、前記加工ローラの半径方向変位を決定するので、加工ローラは常に管を成形型に押し付けることができ、所望の異形断面形状通りに正確な縮径が可能である。

（ハ）加工ローラの前記素管に対する押し付け力を制御することによって、加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させるので、異形管の断面形状データや縮径部形状の三次元データを用いることなく、簡便な制御方法で異形管への縮径が可能である。

本発明に係る異形管の製造方法の実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。

図１は、本発明に係る異形管の製造方法における成形プロセスの一例を示す図である。図１（１）において、成形型１は、金属管のワーク２（素管）に挿入されており、ともに軸周りに回転している。成形型１は、後述するが、図２に示すように、断面が円形の素管の内面とほぼ同じ断面形状ａを有する柱体部分Ａと、所望する異形管の内面とほぼ同じ断面形状ｃを有する柱体部分Ｃと、断面形状ｂ１、ｂ２が連続的に変化してＡ−Ｃの間を接続する錘台部分Ｂからなる。

ワーク２は、図１（１）では成形途中の形状を表し、図中左側の素管のままの部分、右側の異形断面に成形済みの部分、及びそれらの中間の部分からなる。

加工ローラ３をワーク２の外周から半径方向に押し付けながら、軸方向に図１（１）〜（３）にそれぞれ示すように、図１中で左方向に移動し、成形型１とワーク２の間の空隙４を潰してワーク２の内面を成形型１に密着させる。

次いで図１（４）に示すように、加工ローラ３をワーク２から離し、成形型１に対してワーク２をΔＸだけ軸方向に相対的に移動し、成形型１とワーク２の間に再び空隙４’を設ける。ここで図（１）に示す状態に戻って再度、図１（１）〜（４）に示す過程を繰り返せば、異形断面に成形済みの部分の長さがΔＸずつ増加し、ワーク２を成形型１のＣの部分に沿うような異形断面形状に成形できる。

なお、ここでは加工ローラ３をＣからＡに向かって送りながら成形を行ったが、逆にＡからＣに向かって送りながら成形を行っても良いし、また加工ローラ３を両方向に往復させて成形を行っても良い。

また図１では、加工ローラ３を１個だけしか図示していないが、複数の加工ローラを用いて成形を行った方がワークが安定し、加工時間も短縮できる。さらに図１（４）では成形型１を軸方向に関して固定し、ワーク２を軸方向に移動しているが、逆にワーク２を固定して成形型１を移動することによってそれらの間に空隙を設けても構わない。

図２は、楕円断面管を製造するための成形型１の形状を例示する。成形型１の柱体部分Ａは、素管の内面とほぼ同じ円形の断面形状ａを有する。また柱体部分Ｃは、所望する異形管の内面とほぼ同じ楕円形の断面形状ｃを有する。途中の錘台部分Ｂでは、断面形状は円形ａから、例えばｂ１、ｂ２のような中間の形状を経て、楕円形ｃまで連続的に変化する。

図３は、ワーク２と加工ローラ３の接触状態を示す図である。ワーク２の素管部分Ａの断面形状は円形２ａであり、成形済み部分Ｃの断面形状は楕円形２ｃである。ワーク２と加工ローラ３の接触点における断面２ｂにおいて、加工ローラ３がワーク２の内面を成形型（図示せず）に密着させるようにワーク２を加圧するには、加工ローラ３の半径方向変位Ｙをワーク２及び成形型の回転角θに同期して変化させればよい。

また、接触点における断面形状２ｂは加工ローラ３の軸方向変位Ｘによって決定されるから、結局、加工ローラ３の半径方向変位Ｙは、ワーク２及び成形型の回転角θ及び加工ローラ３の軸方向変位Ｘの関数Ｙ（θ，Ｘ）として表される。具体的にはＹ（θ，Ｘ）を制御を行う計算機上で数値の表として記憶しておき、θ及びＸの数値に基づいて補間計算などによりＹを求めればよい。

また、図４は加工ローラ３の力制御による成形を示す。加工ローラ３の半径方向送りの駆動にリニアモータや油圧シリンダなどのアクチュエータ（図示せず）を用いれば、加工ローラ３の押し付け力Ｆを制御し、例えば押し付け力Ｆを一定値に保つことができる。

そうすれば、成形型１とワーク２の回転にしたがって、成形型１の断面形状に加工ローラ３が倣って半径方向に前進または後退し、ワーク２の内面を成形型１に密着させることができる。この場合は加工ローラ３の半径方向変位のデータを計算機に与える必要がなくなり、簡便な制御方法で成形が可能である。

図５は、本発明の方法により異形管を製造するための装置の構成例を示す概略平面図である。成形型１はチャック５に把持され、主軸モータ６によって金属管のワーク２とともに軸周りに回転する。加工ローラ３は直動テーブル７によってワーク２を半径方向に加圧しながら、直動テーブル８によって軸方向に移動して、所望する異形管断面形状への縮径を行う。

ワーク２の端部は、チャック９で軸受１０に固定され、加工ローラ３による部分成形が完了する毎に、直動テーブル１１により成形型１に対してワーク２を軸方向に相対的に移動して、成形型１とワーク２の間に新たに縮径すべき空隙を設ける。

以上、本発明に係る異形管の製造方法を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は、このような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明は、以上のような構成であるから、機械部品、化学プラント、その他各種の工業分野の異形管の製造に適用できる。

本発明に係る異形管の成形プロセスの一例を示す説明図である。楕円断面管を製造するための成形型の形状を例示する説明図である。金属管のワークと加工ローラの接触状態を示す説明図である加工ローラの力制御による成形を示す説明図である。本発明の方法により異形管を製造するための装置の構成例を示す概略平面図である。

符号の説明

１成形型
２ワーク
３加工ローラ
４、４’ 空隙
５チャック
６主軸モータ
７、８、１１直動テーブル
９チャック
１０軸受
１１直動テーブル

Claims

断面が円形の金属素管から楕円形や多角形等の異形断面の金属管を製造する方法であって、
前記素管の内面とほぼ同じ断面形状を有する柱体と、前記異形管の内面とほぼ同じ断面形状を有する柱体と、断面形状が連続的に変化して前記２つの柱体の間を接続する錘台からなる形状の成形型を前記素管に挿入し、
前記成形型と前記素管をともに軸周りに回転させつつ、前記素管の外周より加工ローラを半径方向に押し付けながら前記加工ローラを軸方向に移動して前記素管の内面を前記成形型に密着させる第一の工程と、
前記成形型に対して前記素管を軸方向に相対的に移動して前記成形型と前記素管の間に空隙を設ける第二の工程を順次繰り返し、
前記素管を所望の異形断面形状まで縮径することを特徴とする異形管の製造方法。
前記成形型と前記素管の回転角および前記加工ローラの前記成形型に対する軸方向変位の数値に基づいて、前記加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させるように、前記加工ローラの半径方向変位を決定することを特徴とする請求項１に記載の異形管の製造方法。
前記加工ローラの前記素管に対する押し付け力を制御することによって、前記加工ローラが前記素管の内面を前記成形型に密着させることを特徴とする請求項１に記載の異形管の製造方法。