JP4763018B2 - Metal cylinder tube expansion apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、金属円筒を拡管して円錐形状にするための、金属円筒の拡管装置及び拡管方法に関するものである。 The present invention relates to a metal cylinder tube expansion device and a tube expansion method for expanding a metal cylinder into a conical shape.
金属製の缶、例えばペール缶については、金属板を円筒状に巻いて継目部を溶接することによって側面部を形成し、さらに側面部と底部を接合することによって缶を形成する。金属製の缶には、側面部が軸方向において底部に向かうほど先細りになるテーパータイプと、側面部が円筒形のままのストレートタイプとがある。 As for a metal can, for example, a pail can, a side plate is formed by winding a metal plate in a cylindrical shape and welding a seam, and a can is formed by joining the side plate and the bottom. There are two types of metal cans: a taper type in which the side surface portion tapers toward the bottom in the axial direction, and a straight type in which the side surface portion remains cylindrical.
テーパータイプについては、まず金属板を円筒状にまき継目部を溶接して金属円筒を形成した上で、この金属円筒を拡管することにより、形状をテーパー形状とする。 As for the taper type, first, a metal plate is rolled into a cylindrical shape, and a seam portion is welded to form a metal cylinder, and then the metal cylinder is expanded to have a tapered shape.
金属円筒を拡管する方法として、エキスパンド方式あるいはパスカル方式が用いられている。 As a method for expanding the metal cylinder, an expanding method or a Pascal method is used.
パスカル方式は、金属円筒の内部にゴム体などの弾性体で形成された拡管部材を挿入し、弾性体の内部に充填した気体又は液体によって加圧することにより、拡管部材を膨らませて金属円筒の拡管を行う。この場合、拡管後の形状を定めるためには金属円筒の外側に型を配置することが必須であり、かつ、金属円筒の軸方向端部の一方が拡径するような拡管パターンにおいては採用が困難である。従って、テーパータイプのペール缶に用いるような拡管について、パスカル方式を採用することはできない。 In the Pascal system, a tube expansion member formed of an elastic body such as a rubber body is inserted into a metal cylinder, and the tube expansion member is inflated by pressurizing with a gas or liquid filled in the elastic body to expand the tube of the metal cylinder. I do. In this case, in order to determine the shape after the tube expansion, it is essential to dispose the mold on the outside of the metal cylinder, and it is adopted in the tube expansion pattern in which one of the end portions in the axial direction of the metal cylinder expands. Have difficulty. Therefore, the Pascal method cannot be adopted for the pipe expansion used in the tapered pail can.
エキスパンド方式については、拡管前の金属円筒の内側にエキスパンド型を配置して、エキスパンド型にて金属円筒を内側から外側に向けて押圧することにより、金属円筒が拡管され、最終形状に成形される。テーパータイプについて、エキスパンド方式で拡管成形することができる。 For the expand system, the expandable mold is placed inside the metal cylinder before tube expansion, and the metal cylinder is expanded from the inside to the outside by the expandable mold, so that the metal cylinder is expanded and formed into the final shape. . About the taper type, it can be expanded and formed by an expanding method.
テーパータイプに用いるエキスパンド型は、全体形状が円錐台状であり、周方向に沿って分割された円弧面を有する複数のセグメントを有する。各セグメントをエキスパンド型の半径方向に移動して円弧面を外方に広げることが可能であり、この移動によってエキスパンド型の径が大きくなり、金属円筒を内側から押し広げて拡管することができる。 The expand type used for the taper type has a truncated cone shape as a whole, and has a plurality of segments having arcuate surfaces divided along the circumferential direction. Each segment can be moved in the radial direction of the expanding mold to widen the arc surface outward. This movement increases the diameter of the expanding mold, and the metal cylinder can be expanded from the inside to expand the tube.
通常、エキスパンド型の各セグメントの円弧面の曲率半径は、拡管後の円筒の曲率半径に等しく成形されている。そのため拡管前においては、図10(a)に示すように、セグメント40の円弧面41はセグメントコーナーにおいて金属円筒と接触している。これに対し特許文献1においては、各セグメントの円弧面の曲率半径を、拡管前の円筒の曲率半径に等しく成形したものが記載されている。特許文献1に記載のものはこれにより、各セグメントの円弧面の両縁部と金属円筒の内面との摩擦により金属円筒の内面に擦り傷が生じるという現象が低減するとしている。
Usually, the radius of curvature of the arc surface of each expanded mold segment is formed to be equal to the radius of curvature of the expanded cylinder. Therefore, before the pipe expansion, as shown in FIG. 10A, the arc surface 41 of the
エキスパンド方式において、セグメント40の円弧面41における曲率半径が拡管後の円筒の曲率半径に等しい従来のエキスパンド型を用いる場合、図10(a)に示すように、拡管中において金属円筒10とセグメント40とが強く接している部分は、セグメント円弧面の両縁部付近のセグメントコーナー接触部42である。そして、各セグメントが放射状に広がるように移動して拡管を行うに際し、ひとつのセグメントの両縁部の間隔は一定に保持され、隣り合うセグメントの縁部同士の間隔は広がる。このため、金属円筒が拡管されるに際し、金属円筒のうち、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分44は周方向に広げる方向での拘束を受けず、一方隣り合うセグメントの縁部の間の部分45は周方向に広げる方向の拘束を受ける。その結果、拡管後の金属円筒において、金属円筒10のうち、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分44は周方向の伸びが少なく、逆に隣り合うセグメントの縁部の間の部分45は周方向の伸びが多い。
In the expanding method, when using a conventional expanding type in which the radius of curvature of the arc surface 41 of the
以上のような拡管の結果として、隣り合うセグメントの縁部の間の部分45の伸びは、拡管による金属円筒の周方向平均伸びよりも大きな値となる。拡管の限界は、拡管時の最大伸びの限界によって決まるので、金属円筒の周方向平均伸びが限界伸びに到達する前に、隣り合うセグメントの縁部の間の部分45の伸びが限界伸びに到達し、それ以上の拡管は困難となっていた。
As a result of the pipe expansion as described above, the elongation of the
また拡管に際し、ひとつのセグメントの両縁部の間の部分44については、平均伸びよりは少ないものの金属円筒10が伸びる。金属円筒が伸びる際にセグメントコーナー接触部42が金属円筒の内面をこするので、金属円筒10の内面に擦り傷が発生する。
When expanding the tube, the
一方、特許文献1に記載のものは、各セグメントの円弧面の曲率半径を、拡管前の円筒の曲率半径に等しく成形されている。図10(b)に示すように、円弧面41の曲率半径が拡管後の金属円筒の目標曲率半径よりも小さいので、拡管後において、金属円筒の断面形状は円形とならず、金属円筒のセグメント中央接触部43を頂点としてセグメントの数に等しい多角形形状となってしまう。
On the other hand, the thing of
本発明は、金属円筒を拡管して円錐形状にするための、金属円筒の拡管について、金属円筒の円周方向各部で均一な伸びを得ることによって拡管限界を広げ、拡管後の金属円筒の断面形状を目標とする円形に成形し、金属円筒の内面に擦り傷が発生することのない、金属円筒の拡管装置及び拡管方法を提供することを目的とする。 The present invention expands the expansion limit by obtaining uniform elongation at each part in the circumferential direction of the metal cylinder for expanding the metal cylinder into a conical shape, and the cross section of the metal cylinder after the expansion It is an object of the present invention to provide a metal cylinder tube expansion device and a tube expansion method which are formed into a circular shape having a target shape and do not cause scratches on the inner surface of the metal cylinder.
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
(1)金属円筒10を拡管する拡管装置は拡管治具1を有し、拡管治具1は、センターコーン2とその外周に配置された遊星ロール群5とを有し、センターコーン2は、外径がセンターコーンの軸方向に変化する円錐状であり、センターコーン2は軸方向に一体又は複数に分割され、センターコーン2の外径が小さい側の端部を先端20と称し、遊星ロール群5は、センターコーン8の外周を取り巻くように複数配置された遊星ロール4を有し、各遊星ロール4がセンターコーン2周りに回転するに際しては連動して回転し、各遊星ロール4の外周が金属円筒10の内周及びセンターコーン2の外周と接触するように配置され、遊星ロール群5が金属円筒10と接する面は、その外径が軸方向に変化する円錐状であり、金属円筒10とセンターコーン2との間に、センターコーン中心軸まわりの回転速度の差を設けつつ金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させ、移動方向はセンターコーンの先端20を先頭として前進させる方向であることを特徴とする、拡管装置。
(2)金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化しないことを特徴とする上記(1)に記載の拡管装置。
(3)金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化し、各遊星ロール4はセンターコーン中心軸から半径方向に移動可能であることを特徴とする上記(1)に記載の拡管装置。
(4)さらに金属円筒を保持する保持具7を有することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の拡管装置。
(5)金属円筒10が遊星ロール4に接した後は、保持具7による金属円筒10の保持を解除できることを特徴とする上記(4)に記載の拡管装置。
(6)拡管治具1を用い、金属円筒10を拡管する拡管方法であって、拡管治具1は、センターコーン2とその外周に配置された遊星ロール群5とを有し、センターコーン2は、外径が軸方向に変化する円錐状であり、センターコーン2は軸方向に一体又は複数に分割され、センターコーン2の外径が小さい側の端部を先端10と称し、遊星ロール群5は、センターコーン2の外周を取り巻くように複数配置された遊星ロール4を有し、各遊星ロール4がセンターコーン2と同芯に回転するに際しては連動して回転し、各遊星ロール4の外周がセンターコーン2の外周と接触するように配置され、遊星ロール群5が金属円筒10と接する面は、その外径が軸方向に変化する円錐状であり、金属円筒10の内周を遊星ロール4の外周に接触させ、金属円筒10とセンターコーン2との間に回転速度の差を設けつつ金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させ、移動方向はセンターコーン2の先端10を先頭として前進させる方向であることを特徴とする、拡管方法。
(7)金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化しないことを特徴とする上記(6)に記載の拡管方法。
(8)金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化し、各遊星ロール4はセンターコーン中心軸から半径方向に移動可能であることを特徴とする上記(6)に記載の拡管方法。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) The tube expansion device for expanding the
(2) When the
(3) When the
(4) The tube expansion device according to any one of (1) to (3), further including a
(5) After the
(6) A tube expansion method for expanding the
(7) When the
(8) When the
本発明は、金属円筒を拡管して円錐形状にするに際し、遊星ロール群が金属円筒の内周に接して相対回転しつつ拡管を行うので、金属円筒の円周方向各部で均一な伸びを得ることによって拡管限界が広がり、拡管後の金属円筒の断面形状を目標とする円形に成形することができ、金属円筒の内面に擦り傷が発生することのない拡管を行うことができる。 In the present invention, when expanding the metal cylinder into a conical shape, the planetary roll group expands the tube while rotating relative to the inner periphery of the metal cylinder, so that uniform elongation is obtained at each part in the circumferential direction of the metal cylinder. As a result, the expansion limit is widened, the cross-sectional shape of the expanded metal cylinder can be formed into a target circular shape, and the expansion without causing scratches on the inner surface of the metal cylinder can be performed.
本発明の金属円筒の拡管装置及び拡管方法は、拡管後の金属形状が円錐状であるテーパータイプの拡管を行うことが可能である。 The tube expansion apparatus and the tube expansion method of the metal cylinder of the present invention can perform taper type tube expansion in which the metal shape after the tube expansion is conical.
まず、図1〜3に示す実施の形態に基づいて本発明の説明を行う。以下に記載する本発明の一般的な要件については、図1〜3に示す形態のみならず、図1〜図7のいずれの形態についても成立する。 First, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. The general requirements of the present invention described below are applicable not only to the embodiments shown in FIGS. 1 to 3 but also to any embodiment of FIGS.
本発明の拡管装置は、拡管治具1と必要に応じて金属円筒を保持する保持具7とを有し、拡管治具1は、センターコーン2とその外周に配置された遊星ロール群5とを有する。金属円筒10はセンターコーン中心軸周りに回転しあるいは回転しないように配置される。センターコーン2は、外径がセンターコーン軸方向に変化する円錐状である。センターコーン2はその中心軸周りに回転しあるいは回転しないように配置される。実施の形態によっては保持具7を要しない。
The tube expansion device of the present invention includes a
遊星ロール群5は、センターコーン2の外周を取り巻くように複数配置された遊星ロール4を有する。各遊星ロール4の外周は、金属円筒10の内周及びセンターコーン2の外周と接触するように配置される。遊星ロール群5は、センターコーン周りに回転(公転)するように配置しあるいは回転しないように配置する。遊星ロール群5をセンターコーン周りに回転するように配置する場合には、各遊星ロール4がセンターコーン中心軸周りに回転するに際しては遊星ロール相互に連動して回転するように配置する。各遊星ロール4は、遊星ロール4自身の中心軸の周りに自由回転(自転)するように配置される。遊星ロール群5の遊星ロール軸方向の一方の端又は両端に遊星ロール支持板6を設け、2つの遊星ロール支持板6によって各遊星ロール4が支持される。2つの遊星ロール支持板6は相互に連結することができる。2つの遊星ロール支持板6を相互に連結するために、遊星ロール相互の間に支持柱8を配設することができる。
The
遊星ロール4の数は、8〜15とすると好ましい。遊星ロール4の数が多いほど、拡管時の金属円筒10の変形が均一化するが、遊星ロール4の数が多くなるほど遊星ロール4の直径を小さくすることが必要となる。また、遊星ロール4の数が多くかつ細くなるほど、遊星ロール支持板6の支持柱8として細いものを多数配設することが必要となる。遊星ロール4の数が上記好適な範囲であれば、これらの問題が発生することがない。遊星ロール4の数は、12〜15とするとさらに好ましい。
The number of
金属円筒10、センターコーン2、遊星ロール群5の3者うち、ひとつはセンターコーン中心軸周りに自由に回転し得るように設けられる。残りふたつについては、拡管に際し、一方を回転駆動で他方を非回転(固定)、あるいは両方を回転駆動する。残りふたつの両方を回転駆動する場合、両者の回転速度を異ならせる。
Of the three members of the
例えば、金属円筒10を非回転、センターコーン2を回転駆動、遊星ロール群5を自由回転とすることができる(図2(b))。あるいは、金属円筒10を非回転、センターコーン2を自由回転、遊星ロール群5を回転駆動とすることができる。また、金属円筒10を回転駆動、センターコーン2を非回転、遊星ロール群5を自由回転とすることができる(図2(c))。また、金属円筒10を自由回転、センターコーン2を回転駆動、遊星ロール群5を非回転とすることができる。また、金属円筒10を自由回転、センターコーン2を非回転、遊星ロール群5を回転駆動とすることができる。また、金属円筒10を自由回転、センターコーン2と遊星ロール群5の両方を回転駆動とし、両者の回転速度を異ならせることができる。その他、あらゆる組み合わせが可能である。
For example, the
拡管の途中において、センターコーン中心軸の軸方向一定の位置において、センターコーン2の半径をRc、金属円筒10内面の半径をRmであるとする。各遊星ロール4の外周が金属円筒10の内周及びセンターコーン2の外周と接触するように配置されており、遊星ロール4と金属円筒10、遊星ロール4とセンターコーン2の間はスリップせずに接触しているので、金属円筒10の回転速度をVm、センターコーン2の回転速度をVc、遊星ロール群5の回転(公転)速度をVpとしたとき、以下の関係が成り立つ。
Rm×Vm+Rc×Vc=(Rm+Rc)×Vp (1)
例えば図1の例では、金属円筒10を非回転とし、遊星ロール群5を自由回転とし、センターコーン2を回転速度Vcで回転するように回転駆動している。
In the middle of tube expansion, it is assumed that the radius of the
Rm × Vm + Rc × Vc = (Rm + Rc) × Vp (1)
For example, in the example of FIG. 1, the
金属円筒10、センターコーン2、遊星ロール群5の3者の間に以上のような関係を持たせることにより、金属円筒10とセンターコーン2との間に、センターコーン中心軸まわりの回転速度の差が生じることになる。なぜなら、3者のうち自由回転するものを除く一方を回転駆動で他方を非回転(固定)し、あるいは両方を回転駆動する場合には両者の回転速度を異ならせるからである。
By having the above relationship among the three members of the
センターコーン2は、軸方向に一体又は複数に分割されている。図1に示すようにセンターコーン2が軸方向に一体で形成されているとき、遊星ロール4とセンターコーン2とが接触しつつ回転がなされるに際し、軸方向いずれの場所でも遊星ロール4とセンターコーン2との間にスリップが存在しない方が好ましい。図2に示すように、軸方向にA、Bの2箇所を選定し、それぞれの箇所でのセンターコーン2の半径と遊星ロール4の半径をRcA、RcB、RpA、RpBとしたとき、
RcA/RcB=RpA/RpB (2)
となるようにセンターコーン2と遊星ロール4のテーパー形状を選択すれば、軸方向いずれの場所でも、センターコーン2と遊星ロール4とはスリップせずに接触して回転することができる。この場合、遊星ロール群5が金属円筒10と接する面は円錐形状となり、その円錐形状の半径RmはA、Bの各箇所において
RmA=RcA+2×RpA (3−A)
RmB=RcB+2×RpB (3−B)
で表される。
The
Rc A / Rc B = Rp A / Rp B (2)
If the tapered shapes of the
Rm B = Rc B + 2 × Rp B (3-B)
It is represented by
AとBの間の距離がLであると、拡管後の金属円筒10のテーパー角度θ、センターコーン2のテーパー角度ψc、遊星ロール4のテーパー角度ψpは以下のようになる。
tan(θ/2)=(RmB−RmA)/L (4−1)
tan(ψc/2)=(RcB−RcA)/L (4−2)
tan(ψp/2)=(RpB−RpA)/L (4−3)
When the distance between A and B is L, the taper angle θ of the expanded
tan (θ / 2) = (Rm B −Rm A ) / L (4-1)
tan (ψc / 2) = (Rc B −Rc A ) / L (4-2)
tan (ψp / 2) = (Rp B −Rp A ) / L (4-3)
拡管に際し、金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させる。図1、3に示す例では、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に一体で動くように設けられ、金属円筒10は、拡管に際して軸方向に固定するとともに軸周りにも回転しない。遊星ロール群5が自由回転状態であり、センターコーン2が回転駆動される。
In expanding the tube, the
拡管前に、図3(a)に示すように、センターコーン2と遊星ロール群5からなる拡管治具1は金属円筒10の軸方向一方の端部側に位置し、センターコーン2をセンターコーン回転方向21に回転しつつ、移動方向22に移動を開始して金属円筒内に挿入する。これにより、金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動することとなる。移動方向はセンターコーンの先端20を先頭として前進させる方向である。金属円筒10は、拡管治具1が存在するのと反対側の軸方向端部で保持具7に保持されている。センターコーン2を回転駆動しつつ、拡管治具1を金属円筒内に挿入すると、外形が円錐形状となっている拡管治具1に金属円筒10が押し広げられ、図3(b)に示すように、順次拡管が進行する。このとき、金属円筒は図9(b)のような形状に拡管されている。
Before the pipe expansion, as shown in FIG. 3A, the
図3(c)に示すように、拡管治具1の軸方向の移動が完了すると、拡管治具1による金属円筒10の拡管が完了し、拡管治具1のテーパー形状にそったテーパーを有する拡管後製品を得ることができる。このとき、金属円筒は図9(c)のような形状に拡管されている。
As shown in FIG. 3C, when the axial movement of the
拡管に際し、金属円筒10とセンターコーン2との間に、センターコーン中心軸まわりの回転速度の差を設けている結果として、金属円筒10と遊星ロール群5それぞれの回転速度にも差が生じる。従って、拡管に際し、金属円筒10と各遊星ロール4が接している位置については、金属円筒10の一定の箇所に固定されるのではなく、常に位置が変化することになる。そのため、金属円筒10は、周方向に伸びの量が不均一になることがなく、周方向いずれの部位も同じように伸びていく。その結果、金属円筒10の周方向平均伸びがその材料の伸び限界にいたるまで拡管を継続することができるので、従来のエキスパンド方式に比較し、拡管限界を拡大することが可能となる。
When the pipe is expanded, a difference in rotational speed around the central axis of the center cone is provided between the
また、金属円筒10と遊星ロール4とは周方向にスリップを生じないように接触しているので、金属円筒10の内面に擦り傷が発生することはない。
Further, since the
さらに、遊星ロール4が金属円筒10に接する位置については、周方向に常に変動しているので、金属円筒10が多角形形状に変形されることがない。
Further, the position where the
ところで、センターコーン2の先端10を先頭として前進させる方向への移動が完了し、拡管が完了した後、センターコーン2の位置を拡管完了時の位置のままで、回転駆動を停止すると、金属円筒10を遊星ロール4が拡管する応力がかかったままで、金属円筒10と遊星ロール4の相互間の周方向位置移動が停止することがある。この場合、停止中に金属円筒10は遊星ロール4による張力で変形し、遊星ロール4の存在位置を頂点とする多角形形状に変形する可能性がある。そこで本発明においては、センターコーン2の先端10を先頭として前進させる方向への移動が完了した後、センターコーン2を逆方向に移動させ、そこで回転駆動を停止すると好ましい。これにより、金属円筒10と遊星ロール4間の張力が解除された後に回転が停止するので、金属円筒10が多角形になることを防止することができる。
By the way, after the movement in the direction of advancing with the
図3に示す例では、金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、金属円筒10を軸方向に固定し、センターコーン2を軸方向に移動させた。これに対し、センターコーン2を軸方向に固定し、金属円筒10を軸方向に移動させることとしてもよい。
In the example shown in FIG. 3, when the
図1、3に示す例では、金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、センターコーン2と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化しない形態であった。そのため、拡管進行時に金属円筒10に対してセンターコーン2が移動するのに伴い、遊星ロール4も金属円筒10により深く挿入する方向で移動する。この移動の際、遊星ロール4は金属円筒10に対し、遊星ロール4の進行方向に向く圧縮応力を付与することになる。この応力が強すぎると、拡管の途中で金属円筒10が軸方向につぶれる座屈を生じることになる。本発明においては、金属円筒10と遊星ロール4との間の相対回転速度が大きいほど、金属円筒10にかかる軸方向の圧縮応力が小さくなり、座屈の発生を防止することができる。
In the example shown in FIGS. 1 and 3, when the
ところで、金属円筒10は金属板をまるめて継ぎ目部を溶接することによって製造される。そのため、金属円筒10には、図9(d)に示すように、円周方向に1箇所、軸方向に向かう溶接部11を有している。通常、溶接にはマッシュルーム溶接が用いられ、溶接部11の厚さが金属板母材部の厚さとできるかぎり異ならない厚さとなるように形成されるが、それでも溶接部11の厚さは母材部の厚さよりも厚くなっている。そして、拡管中において金属円筒10と遊星ロール4とが相対回転速度を持って運動するに際し、遊星ロール4が繰り返し溶接部11を通過するので、遊星ロール通過回数が多すぎると、溶接部11が疲労破壊して溶接部11に亀裂が発生することになる。本発明においては、金属円筒10と遊星ロール4との間の相対回転速度を過度に大きくしないことによって、溶接部11の疲労破壊を防止することができる。金属円筒10と遊星ロール4との間の相対回転速度が25rpm以下であれば、溶接部の疲労破壊を少なくして拡管を行うことができる。なお、金属円筒10を固定し、センターコーン2を回転させた場合、金属円筒10と遊星ロール4との間の相対回転速度が255pmのとき、センターコーン2の回転速度は50rpmとなる。金属円筒10と遊星ロール4との間の好ましい相対回転速度は10rpm程度である。
By the way, the
本発明において、図4に示すように、遊星ロール群5に対してセンターコーン2が軸方向に移動する形態を採用することができる。遊星ロール群5に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるので、遊星ロール群5とセンターコーン2の間は軸方向の位置変化が発生する。センターコーン2は外形が軸方向に変化する円錐状であり、各遊星ロール4の外周がセンターコーン2の外周と接触するように配置されているので、遊星ロール群5とセンターコーン2の間の軸方向位置変化に伴い、各遊星ロール4はセンターコーン中心軸から半径方向に移動可能であることが必要である。図4に示す例では、遊星ロール4はその両端に配置した遊星ロール支持板6の軸受9によって支持される。そして、遊星ロール4の軸受9は、遊星ロール支持板6に移動可能に支持されており、移動方向はセンターコーン中心軸から放射状の方向である。図4に示す例では、遊星ロールの両端に配置された2つの遊星ロール支持板は、相互に支持柱8によって結合されている。支持柱を設けず、先端側(図4の左側)の遊星ロール支持板9を遊星ロールの軸受9及びセンターコーン軸3によってのみ支持するタイプとしても良い。図4(a)はセンターコーン2が拡管開始前の位置に配置され、遊星ロール4は最も軸芯に近い位置に配置されている。図4(b)はセンターコーン2が拡管終了時の位置に配置され、遊星ロール4は軸芯から最も遠い位置に配置されている。
In the present invention, as shown in FIG. 4, a configuration in which the
また図4に示す構造の応用形として、図5に示すように、先端側の遊星ロール支持板を用いない形状とすることもできる。図5に示す例では、先端20側において、遊星ロールの軸受9を束ねるように弾性リング15を設けている。遊星ロール支持板6を有する側についても、遊星ロールの軸受9を束ねるように弾性リング15を設けた。これにより、遊星ロール4はセンターコーン2に押し付けられるようにして位置を維持することができる。図5に示す構造の場合、支持柱8を必要としないので、支持柱を有する場合に比較して遊星ロールの数を増大させることが可能となる。
Further, as an application form of the structure shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, it is possible to adopt a shape that does not use the planetary roll support plate on the front end side. In the example shown in FIG. 5, an
上記の装置及びこれを用いた方法においては、金属円筒10に対してセンターコーン2を軸方向に移動させるに際し、金属円筒10と遊星ロール群5が軸方向に相互に位置変化しない形態とすることができる。金属円筒10、遊星ロール群5、センターコーン2の3者の軸方向の相対運動について、金属円筒10と遊星ロール群5は相互に位置が変化せず、センターコーン2が、金属円筒10と遊星ロール群5に対して軸方向に相対移動するのである。金属円筒10と遊星ロール群5が相互に位置変化しないので、テーパー形状に拡管するに際し、金属円筒10に軸方向の圧縮応力がかからず、従って圧縮応力に伴う座屈の発生を防止することができる。
In the above apparatus and the method using the same, when the
拡管開始時において、図6(a)に示すように、金属円筒10が遊星ロール群5の外側に配置され、センターコーン2はその大部分あるいは全部が金属円筒10の一方の端部の外側に配置されている。遊星ロール4の外周がセンターコーン2の外周に接し、遊星ロール群5における遊星ロール4の半径方向配置位置は最も中心軸に近い位置となっている。拡管を開始すると、センターコーン2はセンターコーン回転方向21に回転し、センターコーン2が徐々に金属円筒10の内部に挿入するように移動方向22に移動し、それに伴って遊星ロール4の半径方向配置位置は中心軸から半径方向に外方に広がっていく。金属円筒10は、拡管開始時には一方の端部のみで遊星ロール4に接しており、拡管の進行に伴って遊星ロール4が外方に広がるに従い、拡管される。図6(b)に示すように、センターコーン2が金属円筒10の内部に最も深く挿入されたところで拡管が終了する。図6(b)においては、拡管開始時のセンターコーン2aと遊星ロール4aを2点鎖線で示し、拡管終了時のセンターコーン2bと遊星ロール4bを実線で示している。
At the start of tube expansion, as shown in FIG. 6A, the
本実施の形態においても、センターコーン2の先端を先頭として前進させる方向への移動が完了した後、センターコーン2を逆方向に移動させ、そこで回転駆動を停止すると好ましい。これにより、金属円筒10と遊星ロール4間の張力が解除された後に回転が停止するので、金属円筒10が多角形になることを防止することができる。
Also in the present embodiment, it is preferable to move the
前述の図3に示す実施の形態では、金属円筒10と遊星ロール群5との間の相対的回転速度が遅すぎると、拡管中に金属円筒が座屈する恐れがあった。それに対し図6に示す実施の形態では、金属円筒10と遊星ロール群5とは軸方向の相対速度を持たないので、拡管中に金属円筒10が座屈する恐れがない。従って、図3に示す実施の形態と比較し、金属円筒10と遊星ロール群5との間の相対的回転速度をより一層低減することができる。
In the embodiment shown in FIG. 3 described above, if the relative rotational speed between the
図4〜6に示す例では、保持具7に保持された金属円筒10が非回転(固定)、遊星ロール群5が自由回転、センターコーン2が回転駆動となっている。いずれを非回転、自由回転、回転駆動とするかについては、必要に応じて選択することができる。
In the example shown in FIGS. 4 to 6, the
図7に示す例では、金属円筒10を自由回転、遊星ロール群5を非回転、センターコーン2を回転駆動としている。遊星ロール群5を固定しておく。センターコーン2をセンターコーン回転方向21に回転させつつ移動方向22に移動を開始すると、保持具7に保持された金属円筒10が金属円筒回転方向23に回転しつつ拡管される。金属円筒10は自由回転なので、金属円筒10を保持する保持具7はなくてもよい。
In the example shown in FIG. 7, the
図1、4、5に示す例はいずれも、センターコーン2を一体型として形成していた。それに対し、図8に示すように、センターコーン2を軸方向に複数に分割して形成することもできる。この場合、複数に分割したセンターコーンをセンターコーン軸に取り付け、いずれか1個のセンターコーンのみをセンターコーン軸3に回転方向に拘束させて拘束センターコーン2aと呼び、残りのセンターコーンについてはセンターコーン軸3に対して回転自由に配置して非拘束センターコーン2bとすると好ましい。例えば、金属円筒10を非回転(固定)、遊星ロール群5を自由回転、センターコーン2を回転駆動としたとき、センターコーン軸3を回転駆動するとそれに伴って拘束センターコーン2aのみが回転駆動される。遊星ロール5は拘束センターコーン2aの回転に伴い、前記(1)式を満たすようにセンターコーン中心軸周りに回転する。このとき、拘束センターコーン2a以外の非拘束センターコーン2bはセンターコーン軸3に拘束されていないので、非拘束センターコーン2bの回転速度は拘束センターコーン2aの回転速度と異なってもよい。その結果、前記(2)式を満たす必要がなくなるので、遊星ロール4の直径は、前記(3)式を満たす必要がなくなる。即ち、遊星ロール4の軸方向半径変化の形態については、自由に選択できることとなる。図8に示すように、遊星ロール4の半径を軸方向で変化させず、円筒形の遊星ロールとすることも可能となる。各センターコーンの金属円筒と接する面については、円錐形状としてもよいが、軸方向に湾曲した形状としてもよい。
In all of the examples shown in FIGS. 1, 4, and 5, the
(実施例1)
拡管前の金属円筒10の直径が80mm、長さが80mmであり、この金属円筒10を拡管してテーパー角度が15.5°の円錐形状とするに際し、本発明を適用した。
Example 1
The diameter of the
拡管治具1として図1に示すものを用いた。遊星ロール4の数は15、センターコーン2として一体のものを用い、センターコーン2のテーパー角度ψcが12.33°、遊星ロール4のテーパー角度が1.6°である。センターコーン2、遊星ロール4の長さは約70mmである。拡管に際しては保持具7で金属円筒10を保持し、保持具7で保持した金属円筒10が非回転、遊星ロール群5が自由回転、センターコーン2を回転駆動とした。センターコーン軸3が回転駆動装置30に接続されている。遊星ロール群5の外周側外径(直径)は、図2に示すセンターコーン先端側の部位Aで80mm、部位Aから70mm離れた部位Bで99.1mmである。
The
金属円筒10として、材質を表1に示すように5種類選択した。それぞれの材質で板厚を0.18mmから0.27mmまで10種類準備した。これらの金属板を丸めて継目部をマッシュルーム溶接して溶接部11とし、直径が80mm、長さが80mmの金属円筒とした(図9(d))。
As the
拡管前の金属円筒10を保持具7に保持し、図1に示す拡管治具1を用いて拡管を行った。センターコーン2の回転速度を20rpmとし、保持具7を固定してセンターコーン2を送り速度4〜5mm/secで金属円筒内に挿入し、拡管を行った。金属円筒10(非回転)に対する遊星ロール群5の相対回転速度は10rpmとなる。拡管中、溶接部11に亀裂が発生したらそこで拡管を終了した。拡管治具1を挿入した側の管端において、破断が発生するまでの金属円筒の直径拡大率を最大拡管率とし、%で表示した。材質別、板厚別の最大拡管率(%)を表2に示す。
The
次に、表1に示す材質のうちでT−2・1/2を用い、板厚を0.2mmとし、センターコーン2の回転速度を20〜417rpmの範囲で変化させ、保持具7を固定してセンターコーン2を送り速度10〜15mm/secで金属円筒内に挿入し、拡管を行った。これ以外の条件は上記表2の場合と同様である。結果を表3に示す。センターコーンの回転速度20〜102rpmの範囲において、最大拡管率20%以上の良好な拡管結果を得ることができた。
Next, among the materials shown in Table 1, T-2 · 1/2 is used, the plate thickness is 0.2 mm, the rotational speed of the
いずれの材質、板厚についても、金属円筒が座屈することはなかった。拡管後の品質は、断面形状が多角形ではなく真円であり、内面に擦り傷は発生していなかった。 For any material and plate thickness, the metal cylinder did not buckle. As for the quality after the tube expansion, the cross-sectional shape was not a polygon but a perfect circle, and no scratches were generated on the inner surface.
図10(a)に示す従来のエキスパンド方式を用いた場合、材質T−2・1/2について上記実施例と同様の加工を行おうとすると、板厚板厚0.2mm程度において最大拡管率はせいぜい7%程度である。それに対し、本発明の加工可能範囲が広がっていることが明らかである。 When the conventional expanding method shown in FIG. 10A is used, if the same processing as in the above embodiment is performed on the material T-2 · 1/2, the maximum tube expansion ratio is about 0.2 mm in plate thickness. At most, it is about 7%. On the other hand, it is clear that the processable range of the present invention is widened.
(実施例2)
実施例1と同様に金属円筒を拡管するに際し、拡管治具1として図5に示すものを用いた。遊星ロール4は数が15であり、その長さが約140mmと長い。拡管に際し、センターコーン2は軸方向に移動するが、遊星ロール群5は軸方向に移動しない。それ以外の諸元については、上記実施例1と同様である。
(Example 2)
When expanding the metal cylinder in the same manner as in Example 1, the
金属円筒10として、材質が実施例1におけるT−2・1/2であり、板厚0.2mmのものを用いた。センターコーン2の回転速度を10rpm、遊星ロール群5に対するセンターコーン2の送り速度を100mm/秒として拡管を行った。その結果、最大拡管率は23%であった。拡管後の品質は、断面形状が多角形ではなく真円であり、内面に擦り傷は発生していなかった。
As the
1 拡管治具
2 センターコーン
3 センターコーン軸
4 遊星ロール
5 遊星ロール群
6 遊星ロール支持板
7 保持具
8 支持柱
9 軸受
10 金属円筒
11 溶接部
15 弾性リング
20 先端
21 センターコーン回転方向
22 移動方向
23 金属円筒回転方向
30 回転駆動装置
40 セグメント
41 円弧面
42 セグメントコーナー接触部
43 セグメント中央接触部
44 ひとつのセグメントの両縁部の間の部分
45 隣り合うセグメントの縁部の間の部分
DESCRIPTION OF
Claims (8)
拡管治具は、センターコーンとその外周に配置された遊星ロール群とを有し、
センターコーンは、外径がセンターコーンの軸方向に変化する円錐状であり、センターコーンは軸方向に一体又は複数に分割され、センターコーンの外径が小さい側の端部を先端と称し、
遊星ロール群は、センターコーンの外周を取り巻くように8〜15個の範囲で配置された遊星ロールを有し、各遊星ロールはテーパー形状であり、軸方向の任意の2箇所A、Bでのセンターコーンの半径をRcA、RcB、遊星ロールの半径をRpA、RpBとしたときに下記(2)式の関係を有し、各遊星ロールがセンターコーン周りに回転するに際しては連動して回転し、各遊星ロールの外周であって前記テーパー形状の部分が金属円筒の内周及びセンターコーンの外周と接触するように配置され、遊星ロール群が金属円筒と接する面は、その外径が軸方向に変化する円錐状であり、
金属円筒とセンターコーンとの間に、センターコーン中心軸まわりの回転速度の差を設けつつ金属円筒に対してセンターコーンを軸方向に移動させ、移動方向はセンターコーンの先端を先頭として前進させる方向であることを特徴とする、拡管装置。
RcA/RcB=RpA/RpB (2) A tube expansion device for expanding a metal cylinder having a wall thickness / diameter ratio of 0.0034 or less, which is a side surface portion of a metal can, which is formed by welding a seam portion of a metal plate. Has a tube expansion tool,
The tube expansion jig has a center cone and a planetary roll group disposed on the outer periphery thereof,
The center cone has a conical shape whose outer diameter changes in the axial direction of the center cone, the center cone is integrated or divided into a plurality of parts in the axial direction, and the end portion on the side where the outer diameter of the center cone is small is referred to as a tip.
The planetary roll group has planetary rolls arranged in a range of 8 to 15 so as to surround the outer periphery of the center cone, and each planetary roll has a tapered shape at two arbitrary positions A and B in the axial direction. When the radius of the center cone is Rc A and Rc B and the radius of the planetary roll is Rp A and Rp B , the relationship of the following equation (2) is established, and each planetary roll is interlocked when rotating around the center cone. The surface of each planetary roll that is in contact with the inner circumference of the metal cylinder and the outer circumference of the center cone is arranged on the outer diameter of each planetary roll. Is a conical shape that changes in the axial direction,
The center cone is moved in the axial direction with respect to the metal cylinder while providing a difference in rotational speed around the center cone center axis between the metal cylinder and the center cone, and the moving direction is the direction in which the tip of the center cone is advanced. A tube expansion device characterized by being.
Rc A / Rc B = Rp A / Rp B (2)
拡管治具は、センターコーンとその外周に配置された遊星ロール群とを有し、
センターコーンは、外径が軸方向に変化する円錐状であり、センターコーンは軸方向に一体又は複数に分割され、センターコーンの外径が小さい側の端部を先端と称し、
遊星ロール群は、センターコーンの外周を取り巻くように8〜15個の範囲で配置された遊星ロールを有し、各遊星ロールはテーパー形状であり、軸方向の任意の2箇所A、Bでのセンターコーンの半径をRcA、RcB、遊星ロールの半径をRpA、RpBとしたときに下記(2)式の関係を有し、各遊星ロールがセンターコーンと同芯に回転するに際しては連動して回転し、各遊星ロールの外周がセンターコーンの外周と接触するように配置され、遊星ロール群が金属円筒と接する面は、その外径が軸方向に変化する円錐状であり、
金属円筒の内周を遊星ロールの外周であって前記テーパー形状の部分に接触させ、金属円筒とセンターコーンとの間に回転速度の差を設けつつ金属円筒に対してセンターコーンを軸方向に移動させ、移動方向はセンターコーンの先端を先頭として前進させる方向であることを特徴とする、拡管方法。
RcA/RcB=RpA/RpB (2) A tube expansion method for expanding a metal cylinder having a thickness / diameter ratio of 0.0034 or less using a tube expansion jig, which is a side surface portion of a metal can, which is formed by welding a metal plate and welding a seam portion. Because
The tube expansion jig has a center cone and a planetary roll group disposed on the outer periphery thereof,
The center cone has a conical shape in which the outer diameter changes in the axial direction, the center cone is integrated or divided into a plurality of parts in the axial direction, and the end portion on the side where the outer diameter of the center cone is small is referred to as a tip.
The planetary roll group has planetary rolls arranged in a range of 8 to 15 so as to surround the outer periphery of the center cone, and each planetary roll has a tapered shape at two arbitrary positions A and B in the axial direction. When the radius of the center cone is Rc A and Rc B and the radius of the planetary roll is Rp A and Rp B , the relationship of the following formula (2) is established. When each planetary roll rotates concentrically with the center cone, Rotating together, arranged so that the outer circumference of each planetary roll is in contact with the outer circumference of the center cone, the surface of the planetary roll group in contact with the metal cylinder is a conical shape whose outer diameter changes in the axial direction,
The inner periphery of the metal cylinder is the outer periphery of the planetary roll and is brought into contact with the tapered portion , and the center cone is moved in the axial direction with respect to the metal cylinder while providing a difference in rotational speed between the metal cylinder and the center cone. The tube expansion method is characterized in that the moving direction is a direction of advancing with the tip of the center cone as the head.
Rc A / Rc B = Rp A / Rp B (2)
8. The tube expansion method according to claim 6, wherein the metal cylinder is in contact with only the planetary roll among the members constituting the tube expansion jig during the tube expansion.
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