JP4748582B2 - マンドレル可動式スウェージングマシン - Google Patents

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本発明はパイプ形ワークの軸穴内面側をスウェージング加工する際に使用するマンドレルが軸方向へ移動することが出来るように構成したスウェージングマシンに関するものである。
丸棒材の外径を細くする加工手段としてスウェージング加工が使用される場合が多い。丸棒に限らず丸パイプの場合も同じであるが、スウェージング加工はワークを外方向からダイスによって打圧しながら軸方向に送られ、そこで該ワークは逐次加工されて所定の外径となる。ワークが丸パイプであれば、穴には芯金(マンドレル)嵌めて潰れないように加工される。
ところで、スウェージング加工の対象となるワークは色々あるが、基本的には外周断面が円形であり、その材質は比較的柔らかいものから硬いものまで様々である。本発明はスウェージング加工にてパイプ内面を成形する装置であるが、従来のスウェージングマシンではワーク外周面を打圧するダイスが所定の位置に取付けられ、ダイスの動きに追従してワークが軸方に前進移動するように構成している。そして、ワークに挿入させる上記マンドレルは定位置に固定された状態となって支持されている。
図5はパイプ形ワーク(イ)の内面(ニ)をスウェージング加工する概略図であり、ワーク(イ)内にはマンドレル(ロ)が挿入され、複数ダイス(ハ)、(ハ)・・にてワーク(イ)の外周は打圧される。すなわち、ダイス(ハ)、(ハ)・・はワーク(イ)の外周に配置されて中心に向いて内側へ移動することで該ワーク(イ)の外周を打圧し、その結果、内面(ニ)は潰れてマンドレル(ロ)の外周面形状に成形される。
ダイス(ハ)、(ハ)・・は断続的に打圧する為に、ワーク(イ)から離れた際に軸左方向へ逐次移動する。ワーク(イ)はその移動に伴って一定ピッチづつ加工されるが、上記マンドレル(ロ)は移動しない。その為にワーク(イ)の移動に伴って、ワーク内面(ニ)はマンドレル(ロ)と擦れて摩擦が発生し、該マンドレル(ロ)には軸方向に大きな負荷が作用する。
マンドレル(ロ)の基部は掴まれているが、先端部(ホ)に作用する軸方向の負荷に耐えることが出来ず、該マンドレル(ロ)は座屈する。特に、ワーク(イ)が細い場合、又スウェージングされるワーク(イ)の内径が小さい場合には、必然的にマンドレル(ロ)の外径も小さくなり、そのことが座屈現象を一段と助長する。
従って、座屈によってマンドレル(ロ)が破損してしまい、破損しなくても湾曲することでワーク(イ)の送りに支障を来たすと共に、ワーク内面の加工精度が低下する。一方、マンドレル(ロ)の外周面はワーク(イ)の送りに際して常に擦られることで摩耗してしまう。勿論、摩耗を抑えるために表面処理が施されたり硬い材質が使用されるが、表面の摩耗を完全に防止することは出来ず、このマンドレル表面の摩耗が加工精度に影響する。摩耗を抑制する為に硬い材質を使用するならば、脆く成って座屈による破損を助長することになり、座屈防止と摩耗防止の両立が容易でない。
スウェージング装置に関する公知文献も色々あるが、特開平11−741号に係る「塑性加工装置」は、加工工具の摩耗量、加工製品に生じるクラックなどの欠陥や製品特性のバラツキの少ない高品質の加工製品を安定して量産することが可能なスウェージング装置である。しかし、マンドレル(ロ)の座屈による破損防止や摩耗防止に関する内容の文献は存在していない。
特開平11−741号に係る「塑性加工装置」
このように、パイプ形ワークの内面をスウェージング加工する場合には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、ワークを軸方向に送る際に擦れに基づく摩擦によってマンドレルが破損したり、摩耗することのないマンドレル可動式スウェージングマシンを提供する。
スウェージング装置としての基本構造は従来のものと共通している。すなわち、円環状の外輪の内周側に複数のスウェージングローラを介してスピンドルヘッドを回転自在に保持し、スピンドルヘッドに設けたガイド溝にはハンマーを有している。そして、ハンマーの内側(中心側)にはダイスが配置され、ハンマーはスピンドルヘッドと共に回転することでスウェージングローラに当たって移動し、同時にダイスを中心側へ押圧する。従って、複数のダイスに挟まれたワークは該ダイスによって打圧されて所定形状に加工される。
上記ワークは中心軸に位置するように保持するチャックを有し、しかもチャックは軸方向へ移動可能となっている。そして、ワークの基部を保持・固定するチャックとは反対方向からマンドレルが延び、該マンドレルは上記ワークの軸穴に挿入される。本発明では、マンドレルの基部を保持するマンドレル把持部はワークの送りに追従して後退移動することが出来るマンドレル駆動機構を備えている。すなわち、マンドレル把持部は定位置に静止することなく移動する。
一方、ワークの基部を保持・固定するチャックと同じ方向からマンドレルが延び、該マンドレルは上記ワークの軸穴に挿入される。本発明では、マンドレルの基部を保持するマンドレル把持部はワークの送りに追従して前進移動することが出来るマンドレル駆動機構を備えている。すなわち、チャックに対するマンドレルの位置は限定しない。
本発明に係るスウェージングマシンは、そのマンドレルの基部を固定しているマンドレル把持部がワークの送りに追従して後退、又は前進することが出来る。従って、ワークの送りに際してマンドレル外周面とワーク内面との間に擦れはなく、従来のような擦れに基づく摩擦によって発生する軸方向負荷はなく、その為にマンドレルの座屈現象は発生しない。そして、擦れがない為にマンドレル外周面の摩耗も生じない。このことは、マンドレルの寿命を長くするだけでなく、ワークのスウェージング加工精度の向上にも結び付く。
図1、図2は本発明に係るマンドレル可動式スウェージングマシンを表している実施例であり、正面図と側面図を示している。同図の1はダイス、2はハンマー、3はスピンドルヘッド、4はスウェージングローラ、5はハンマーローラ、6は外輪をそれぞれ表している。円環状の外輪6の内周面7には上記スウェージングローラ4,4・・が等間隔で配列され、これらスウェージングローラ4,4・・の内側にはスピンドルヘッド3が保持されている。
スピンドルヘッド3はスウェージングローラ4,4・・を介して回転することが出来、このスピンドルヘッド3に設けている溝にハンマー2,2・・が嵌り、該ハンマー2の内側(中心側)にダイス1,1・・が配置している。ハンマー2,2・・の外側にはハンマーローラ5,5・・が回転可能に取付けられ、ハンマー外側8より僅かに突出している。
従って、上記スピンドルヘッド3が回転するならば、ハンマーローラ5,5・・はスウェージングローラ4,4・・に断続的に当り、その都度ハンマー2,2・・は内側へ押され、同時にハンマー2,2・・に連接しているダイス1,1・・も内側へ押圧される。ダイス1,1・・の内側は入口側のテーパー面10,10・・に連続して円弧面9,9・・をなし、円弧面9,9・・がワーク外周に当って打圧することでワークAは細く加工される。4個のダイス1,1・・は1セットとして同時に稼働してワークAを打圧するように成っている。
各ダイス1,1・・の間には隙間11,11・・が残されているが、コイルバネ12,12・・が介在することで、隣合うダイス1,1・・を引き離すバネ力を常に付勢している。従って、ハンマーローラ5,5・・がスウェージングローラ4,4・・から離れるならば、コイルバネ12,12・・のバネ力にて、ダイス1,1・・及びハンマー2,2・・は外方向へ戻される。勿論、スピンドルヘッド3が高速回転するならば、ダイス1,1・・及びハンマー2,2・・は遠心力を受けて外方向へ移動し、スウェージングローラ4,4・・にハンマーローラ5,5・・が当ることで内側へ移動する。
ところで、主軸13にはフライホイール14が取付けられ、該フライホイール14に組付けされているプーリー15と共に主軸13は回転する。プーリー15はモーターとベルトを介して連動しており、上記主軸13と連結しているスピンドルヘッド3は主軸13と共に回転する。主軸13はパイプであって、内部にはスライダーロッド16を有している。
スライダーロッド16の先端にはスライダー17が取着され、そしてスライダー17からはクサビ18がダイス側へ延びている。該クサビ18,18・・は4本あり、ダイス1,1・・とハンマー2,2・・の間に挿入されている。そこで、クサビ18,18・・がスライダーロッド16に押されてダイス側へ移動するならば、ダイス1,1・・は内側へ移動する。従って、スウェージング加工される線材の太さがクサビ18,18・・の出し入れによりコントロールすることが出来る。

ところで、上記スライダーロッド16はダイス1,1・・、ハンマー2,2・・、及びスピンドルヘッド3と共に回転し、回転しながら軸方向へスライドすることが出来る構造となっている。ギア19がサーボモータ(図示なし)により回転するならば、該ギア19と連結しているネジ20が回転し、該ネジ20と螺合しているボールネジ21は回転しないようにガイドされている為に、主軸方向にスライドすることが出来る。
主軸方向へスライド可能とするボールネジ21は、連結軸受け22と連結し、上記スライダーロッド16と連結軸受け22はスラストベアリング23を介して連結している。従って、スライダーロッド16はスピンドルヘッド3と共に回転しながらボールネジ21と共にスライドすることが出来る。ギア19はサーボモータにて回転が制御され、ワークAをスウェージング加工しながら該ワークAの断面減少率をコントロールして所定形状に加工できる。
上記スライダーロッド16及びボールネジ21は中空パイプであって、内部空間にはマンドレル把持シャフト26が挿入されている。該マンドレル把持シャフト26は長く延びていて、その先端にてマンドレル24を把持・固定している。マンドレル24はパイプ形ワークAの穴に挿入され、ワークAがダイス1,1・・にて外方向から打圧されることで潰れて、該ワーク内面はマンドレル24の外周になじんだ形状に成形される。
そして、ワークAは回転しながら一定長さ分づつ軸方向(左方向)へ送られ、送り長さ分づつ加工される。本発明ではパイプ形ワークの穴にマンドレル24を所定の長さだけ前以て挿入してしまい、ワークAの送り移動と共にマンドレル24が後退するようにマンドレル駆動機構25を備えている。図1に示すマンドレル駆動機構25は油圧式駆動機構が採用され、油圧シリンダー28にて駆動されるように構成している。
図3はマンドレル駆動機構25を示す実施例であり、マンドレル把持シャフト26はマンドレル機構25のピストン27の軸穴を貫通して延びている。該ピストン27は油圧シリンダー28に収容されてその先端一部は油圧シリンダー28から突出して先端には頭部29か取着されている。そして、該頭部29内には軸受け30a,30bが備わってマンドレル把持シャフト26の先端を回転自在に支持している。
斜線で表したピストン27の先端には頭部29が取着され、この頭部29にマンドレル把持シャフト26の先端がネジ止めされて連結している。従って、マンドレル把持シャフト26はピストン27の移動に追従して軸方向へ移動することが出来ると共に、軸受け30a,30bを介して支持されているために、該マンドレル把持シャフト26は回転することが許容されている。
油圧シリンダー28には2個の給油口31a,31bを有し、一方の給油口31aから作動油が供給されるならば、ピストン27は左方向へ移動し、逆に他方の給油口31bから作動油が供給されるならば、ピストン27は右方向へ移動することが出来る。図3はピストン27が左端まで移動した場合であり、マンドレル把持シャフト26の右端のチャック部32に固定しているマンドレル24も後退した位置にある。
ワークAはパワーチャック33にて掴まれ、そして軸方向へダイス1,1・・の動きと同調して移動することが出来る。ワークAの軸穴に挿入したマンドレル24は、該ワークAの前進移動に追従して後退することが出来るように、給油口31aに作動油が供給される。該作動油の供給はワークAの前進移動と同調するように制御される。
ところで、上記図3に示すマンドレル駆動機構25は油圧シリンダーを備えた油圧機構であるが、NCモータにてマンドレル把持シャフト26の移動を制御することも可能である。すなわち、NCモータを使用して、ワークAの前進移動と同調してマンドレル把持シャフト26を後退移動するように制御することが出来る。
図4は本発明に係る別の実施例であり、マンドレル24がワークAをクランプしているパワーチャック33の側から延びている場合である。基本的な構造は図1と同じであり、ロッド34は中空パイプであって、内部空間にはマンドレル把持シャフト26が挿入されている。該マンドレル把持シャフト26は長く延びていて、その先端にて上記マンドレル24を把持・固定している。マンドレル24はパイプ形ワークAの穴に挿入され、ワークAがダイス1,1・・にて外方向から打圧されることで潰れて、該ワーク内面はマンドレル24の外周になじんだ形状に成形される。
そして、ワークAは回転しながら一定長さ分づつ軸方向(左方向)へ送られ、送り長さ分づつ加工される。本発明ではパイプ形ワークの穴にマンドレル24を所定の長さだけ前以て挿入してしまい、ワークAの送り移動と共にマンドレル24も前進するようにマンドレル駆動機構25を備えている。ここで、ワークAをクランプしているチャック爪35はチャック爪開閉用油圧シリンダー36にて作動し、チャック爪35はチャック回転用ギア37にて回転駆動されるが、これらの駆動機構は従来のスウェージングマシンと同じである。
本発明に係るスウェージング装置の正面図。 本発明に係るスウェージング装置の側面図。 マンドレル駆動機構を示す具体例。 本発明に係るスウェージング装置に取付けた別のマンドレル駆動機構。 パイプ形ワークの軸穴にマンドレルを挿入したスウェージング加工。
符号の説明
1 ダイス
2 ハンマー
3 スピンドルヘッド
4 スウェージングローラ
5 ハンマーローラ
6 外輪
7 内周面
8 外側
9 円弧面
10 テーパー面
11 隙間
12 コイルバネ
13 主軸
14 フライホイール
15 プーリー
16 スライダーロッド
17 スライダー
18 クサビ
19 ギア
20 ネジ
21 ボールネジ
22 連結軸受け
23 スラストベアリング
24 マンドレル
25 マンドレル駆動機構
26 マンドレル把持シャフト
27 ピストン
28 油圧シリンダー
29 頭部
30 軸受け
31 給油口
32 チャック部
33 パワーチャック
34 ロッド
35 チャック爪
36 チャック爪開閉用油圧シリンダー
37 チャック回転用ギア



















Claims (3)

  1. フライホイールを取付けた主軸の回転と共に回転するスピンドルヘッドは外輪の内周面に配列したスウェージングローラを介して保持され、そしてスピンドルヘッドには外側にスウェージングローラに当るハンマーローラを取付けた複数のハンマーと該ハンマーにて押圧されるダイスを有し、中心軸にはパイプ形ワークの穴に嵌るマンドレルを有し、そしてワーク外周面を上記複数ダイスにて打圧することでワーク内面をマンドレル外周面形状になじませて成形するスウェージング装置において、上記ダンス間にはコイルバネを介在して隣合うダイスを引き離すバネ力を付勢し、また、上記主軸はパイプであって内部にはスライダーロッドを有し、該スライダーロッドの先端にはスライダーが取着され、該スライダーからはクサビが延びてダイスとハンマーの間に挿入し、スライダーロッドは、サーボモータにて回転するギアと連結しているネジと螺合して回転することなく主軸方向にスライドするボールネジと連結軸受けを介して連結し、そして、上記マンドレルを掴むマンドレル把持シャフトをワークの回転と同調して回転させると共にワークの前進移動に同調して後退することが出来るように制御するマンドレル駆動機構を備え、上記マンドレル駆動機構は、マンドレルを掴む上記マンドレル把持シャフトを上記主軸の内部に嵌っているスライダーロッドの軸穴に挿通し、該マンドレル把持シャフトの先端には油圧シリンダーにてスライドするピストンの先端に連結すると共に回転を許容する軸受けを設けたことを特徴とするマンドレル可動式スウェージングマシン。
  2. フライホイールを取付けた主軸の回転と共に回転するスピンドルヘッドは外輪の内周面に配列したスウェージングローラを介して保持され、そしてスピンドルヘッドには外側にスウェージングローラに当るハンマーローラを取付けた複数のハンマーと該ハンマーにて押圧されるダイスを有し、中心軸にはパイプ形ワークの穴に嵌るマンドレルを有し、そしてワーク外周面を上記複数ダイスにて打圧することでワーク内面をマンドレル外周面形状になじませて成形するスウェージング装置において、上記ダンス間にはコイルバネを介在して隣合うダイスを引き離すバネ力を付勢し、また、上記主軸はパイプであって内部にはスライダーロッドを有し、該スライダーロッドの先端にはスライダーが取着され、該スライダーからはクサビが延びてダイスとハンマーの間に挿入し、スライダーロッドは、サーボモータにて回転するギアと連結しているネジと螺合して回転することなく主軸方向にスライドするボールネジと連結軸受けを介して連結し、そして、上記マンドレルを掴むマンドレル把持シャフトをワークの回転と同調して回転させると共にワークの前進移動に同調して前進することが出来るように制御するマンドレル駆動機構を備え、上記マンドレル駆動機構は、マンドレルを掴む上記マンドレル把持シャフトを上記主軸の内部に嵌っているスライダーロッドの軸穴に挿通し、該マンドレル把持シャフトの先端には油圧シリンダーにてスライドするピストンの先端に連結すると共に回転を許容する軸受けを設けたことを特徴とするマンドレル可動式スウェージングマシン。
  3. 上記油圧シリンダーには2個の給油口を設け、ワークの前進移動と同調するように供給する作動油を制御した請求項1、又は請求項2記載のマンドレル可動式スウェージングマシン。
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