JP5099955B2 - 中空加工部材を変形する成形機及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも1つの開放端部を有する変形される中空加工部材を締め付けるクランプ装置、加工部材を加工する間、加工部材の外側表面に接触するように配置され、加工部材を変形できる第一成形工具、加工部材とその工具を互いに第一の軸の周りを回転させる手段、加工部材を加工するために、加工部材に対して工具が1つ以上の所望の経路をたどることができるように、加工部材と工具を互いに移動する手段を少なくとも有する成形機に関する。更に本発明は、特許請求に範囲請求項10の前提部分に記載した方法に関し、その方法によって少なくとも1つの開放端部を有する中空加工部材を変形することができる。
【0002】
【従来の技術】
そのような装置及び方法は、例えば、欧州特許出願番号EP0916428で知られている。その刊行物は、円筒状金属要素の一端の直径を減少し、且つ、更に、ある角度まで曲げることができる、複数のロールを備えた成形ヘッドを有する成形機を開示している。
【0003】
このため、金属円筒は締め付けられ、成形ヘッドが回転させられ、そこで、金属円筒の外側表面に対して、半径方向にロールを押圧し、そして、ロールを外側表面に沿って数サイクル繰り返し移動して、その端部が変形され、これにより、各サイクルで、ロールと回転軸との間の半径方向距離が減少する。回転軸は金属円筒の非変形部分の中心軸と或る角度を形成しているので、円筒の端部は、ロールの半径方向の移動によって減少されるだけではなく、更に、その端部は或る角度で位置付けされる。前述のサイクルを行って、加工部材は漸次、最終製品の形状になる。
【0004】
欧州特許EP0916426には、同様な成形機及び方法が開示されているが、それでは、回転軸が金属円筒の中心軸から偏心されている。従って、変形された部分の中心軸が、金属円筒の非変形部分の中心軸から同じようにずれた製品が得られる。
【0005】
ここで説明している装置及び方法は、例えば、乗用車のような車輌の排気装置の部分を形成する触媒コンバーターのハウジングの製造に使用することができる。そのような触媒コンバーターは、排気装置の部分を形成する管の直径よりも大きな直径を有し、それらは、好ましくは、エンジンが始動された後、できるだけ早く動作温度に達し、かつ、できるだけその温度を維持するために、エンジン部分の近くに配置する。そのため、まず、触媒コンバーターのハウジングの両側での継手の直径は、排気装置の他の部分と適切に結合するために小さくしなければならず、更に、エンジン部分に対して最適な位置にできるために、多くの場合、複雑な形状をとる必要がある。
【0006】
前述した触媒コンバーターのハウジングのような少なくとも1つの変形端部を有する加工部材を製造する前述した装置では、加工部材を固定して、その間、成形ヘッドを回転させる。既に前述したように、ますます複雑な形状が要求されつつあるので、万能で、時には、より大きな成形ヘッドが要求されている。その上、単一の成形ヘッドにあり、且つ、そのヘッドによって制御されるロールの数は(かなり)増えるかもしれない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最初に述べた種類の成形機の改良したものを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明による成形機は、クランプ装置を第一の軸の周りに回転し、且つ、その第一の軸に対して移動できることを特徴としている。本発明による方法は、クランプ装置が、その第一の軸に対して回転させられ、且つ、移動させられることを特徴としている。
【0009】
意外にも、それは、成形機の構成を比較的簡単にでき、その上、更に、比較的多数のロールを有する成形ヘッドを使用するとしても、高い(相対的)回転速度を用いることができることが明らかになった。
【0010】
【実施の態様】
本発明による方法及び装置の幾つかの実施例を示す図面を参照して、次に本発明をより詳細に説明する。
種々の実施例において、互いに同じであるか、ほぼ同じ機能を有する部分である限り、全ての図で、その部分は同じ符号で示す。
【0011】
【実施例1】
図1は、成形ヘッド2、及び加工部材、例えば、図示のように既に変形した金属円筒5を締め付けるチャック4を有するクランプ・アセンブリ3を有する成形機1を示す。成形ヘッド2は、その上に2つの案内レール7が装着される床板6を有している。ガイド8(図示せず)が案内レール7の上に延在し、そのガイドの上に第二組の案内レール(図示せず)が装着され、その案内レールは、一つ以上の成形ロール10とその成形ロール10を移動する手段を装着したアセンブリ9を支持する。
【0012】
各々の成形ロール10はロッド11の一端に回転可能に装着され、ロッド11は、次に、楔形構成要素12の上に装着されるか、又は、楔形構成要素12の部分を構成し、楔形構成要素12は成形ロール10の方向に拡大している。成形ロール10とそれらのそれぞれのロッド11及び楔形構成要素12は、それぞれアセンブリ9の回転軸13に対して半径方向内方向及び外方向に移動させることができる。そのため、楔形構成要素12の各々は、楔形案内マンドレル14の上に装着され、マンドレル14が外方向に(図で右に向かって)移動すると、楔形構成要素12と、従って、ロッド11及びロール10は、回転軸13に向かって半径方向に動かされるように、そのマンドレルが内方向に(図で左に向かって)移動すると、回転軸13から半径方向に離れて動かされるように、その楔形案内マンドレルの厚さは成形ロール10の方向に線形に減少している。
【0013】
アセンブリ9は、更に、成形ロール15(以後、内側ロール15と云う)を有し、その内側ロール15は成形ロール10とほぼ同様にアセンブリ9内に装着され、即ち、ロッド16の一端に回転可能に装着され、ロッド16は、次に、楔形構成要素17の上に装着されるか、又は、楔形構成要素17の一部を形成し、楔形構成要素17は成形内側ロール15の方向に拡大している。マンドレル18が外方向に移動すると半径方向に軸13に向かって、そのマンドレルが内方向に移動すると半径方向に軸13から離れるように、楔形構成要素17と、従って、ロッド16及び内側ロール15とが動かされるように、楔形構成要素17は楔形案内マンドレル18に装着される。
【0014】
図1では、内側ロール15が加工部材5の内部に移動され、加工部材5の内側壁と接触するように配置されている。加工部材5の壁を、内側ロール15によって、外方向に、即ち、加工部材5によって画定される中空5から離れる半径方向に変形することができる。好ましくは成形ロール10及び内側ロール15は同一平面内にあり、この実施例では、その平面は軸13に垂直に延在して、変形する位置で壁がロール10、15間に拘束される。
【0015】
アセンブリ9は、更に、油圧シリンダー19を有し、その油圧シリンダーはマンドレル15を軸方向に、従って、ピストン20、ピストンロッド21、及び圧力板22によって成形ロール10を半径方向に移動することができる。ここの記載の範囲で、成形ロール10の半径方向の移動はZ方向として示される。
【0016】
マンドレル18、従って、内側ロール15を油圧シリンダー23及びピストンロッド21を囲む中空ピストンロッド24によって半径方向に移動することができ、その間、アセンブリ9を2つの油圧シリンダー25、26によって、その全体を前記案内に沿って移動させることができる。ここの記載の範囲で、内側ロール15の半径方向の移動はW方向として示される。軸13に平行で、その軸13に垂直なハウジング9及びチャック4(まだ、これから詳細に説明される)の移動は、それぞれX方向及びY方向で表示される。
【0017】
チャック4はハウジング28内の案内スロット27に装着される。ハウジング28はフレーム(図示せず)内に回転可能に装着され、更に、チャック4の半径方向調節用の油圧シリンダー29、30、チャック4の半径方向移動を測定する計器(図示せず)、チャック4と加工部材5の枢軸31の周りの旋回を測定する計器(図示せず)、及び全体の平衡をとる釣り合い錘32を有している。ハウジング28はその後ろ側に円形円筒形状狭窄部28Aを有し、それには、例えば、電動機の駆動シャフトの一端に装着されたピニオンと噛み合う外歯車(図示せず)を備える。従って、ハウジング28と、それと共にチャック4は電動機によって回転させることができる。
【0018】
図4及び図5は、25の工程で、図1乃至3による成形機1の成形ヘッド2によって、金属円筒5の開放端部を変形できる態様を模式的に示している。工程1は、加工部材5がチャック4内で締め付けられる開始位置を示す。既に機械加工を受けているその端部は、円筒5の他の部分より小さい直径を有していて、次に(工程2)チャック4を回転し、成形ロール10、15をそれぞれ円筒5の外側表面及び内側表面に接触するように配置し、同時に、チャック4を枢軸31の周りを角度βまで成形ヘッドを旋回させることによってその端部は変形される。そのため、成形ロール10、15(Z方向及びW方向へ)、アセンブリ9(X方向へ)、及びチャック4(Y方向へ角度βまで)の流れるような合成の動きが得られるように、各種の駆動手段が制御され、その結果、仮想枢軸34の回りを角度βまで湾曲される部分33が形成される。
【0019】
チャック4を角度βまで旋回した後で、アセンブリ9のX軸方向の移動が続けられ(工程3)、その結果、(工程1の期間のものよりも)小さい半径の円筒状部分35は残っていて、円筒5の他の部分に対して角度βで延在している。
【0020】
次いで(工程4)、成形ロール10、15はそれぞれ半径方向外側及び半径方向内側に移動させられ、成形ロール10、15と円筒5の壁の外側表面と内側表面とのそれぞれの接触が外れる。アセンブリ9は、湾曲部分33と円筒状部分35との変移点まで、X方向へ円筒状部分35に沿って戻される。
【0021】
成形ロール10、15は湾曲部分33に戻すことができ、ここで、チャック4は角度βの(通常、僅かな)一部まで、且つ、反対方向(−β)に旋回される。
【0022】
上述のサイクルは、引き続き、チャック4を角度βまで旋回させ、アセンブリ9を並進し且つ調節し(工程5、これは工程2と実質的に同じ)、そして、アセンブリ9をX方向へ並進させ(工程6、これは実質的に工程3と同じ)を繰り返し、これにより、円筒状部分35の直径は更に減少させられる。次いで、ロール10、15と円筒状部分41の接触を外し、アセンブリは湾曲部分33と円筒状部分35との変移領域まで戻される(工程7、これは工程4と実質的に同じ)。
【0023】
毎回、前述したように成形ロール10、15を湾曲部分33に戻し、次の機械加工工程(この場合、工程4及び7)を開始するときに、先行する機械加工工程の一部(工程2及び5、それぞれ)を続けるならば、(各種の工程での)加工された部分の間の不均一はかなり避けることができ、且つ、非常に滑らかな内側及び外側壁を有する製品が得られる。滑らかな内側壁は例えば触媒コンバーター用のハウジングでは非常に重要であり、そこでは、ガス流を乱すことはできるだけ避けなければならない。
【0024】
加工部材の壁厚、機械的強度及び剛性、並びに弾性伸びのような特性によって、直径の所望の減縮及び所望の角度(例えば、90度)が得られるまで、工程2乃至4が繰り返される。もしも、加工部材の性質から、例えば、1サイクル当たり15度又は8度より角度βが大きくできないならば、それぞれ合計で6及び12サイクルが、加工部材5の変形に必要とされるであろう。
【0025】
図4に示す機械加工工程の後で、図5に示す開始位置(工程13)から同様な機械加工工程が、加工部材の反対側に位置する仮想枢軸36の周りで行われる。図4の機械加工工程(工程2乃至12)が繰り返され(工程14乃至25)、ここで、円筒5の端部でS湾曲を得るために、角度βの方向は、しかし、反対向きである。
【0026】
成形機1のチャック・アセンブリ3は、更に、成形ヘッド2に対して、例えば、軸の周りをY方向に旋回することができるならば、加工部材5の曲げ加工は、1つ且つ同じ仮想平面内に曲げることに限定される必要はない。複数の機械加工工程間、又は、機械加工工程中に、成形ヘッド2を軸の周りをY方向に旋回することは、加工部材5の変形部分の中心軸に3次元の形状を与えることを可能にする。
【0027】
【実施例2】
図6乃至及び図9は、図1乃至図3による成形機1の第一の別の形態で変形作業を行う4つの工程を示すが、ここでは、既存の構成要素を都合よく利用することができる。成形ロール10及び内側ロール15はホルダー37内に回転可能に軸受支持される。公知の方法でアセンブリ38によって支持されたホルダー37は可動Y滑動体(又は、上側滑動体)39を有し、このY滑動体は可動X滑動体(又は、下側滑動体)40の上にある。下側滑動体40はアセンブリ38の機械台盤41に並進可能に接続されている。前記ホルダー37と、成形ロール10及び15をY方向(Y1、Y2)へ独立に移動できる、それぞれの成形ロール10及び15が装着されるホルダー37の部分の別の制御及び駆動装置以外は、既存の成形機の既存のアセンブリを使用することが原理的に可能である。
【0028】
【実施例3】
既存の装置を少しでも、或いは全く変更したくないならば、図1乃至図3による成形機1の第二の別の形態を使用することができ、その第二の別の形態を図10乃至図12に示すが、それには各々がそれぞれ成形ロール10、15を支持する2つの個別のアセンブリ42、43がある。原理的に、そのような構成を用いるには、制御ソフトウエアを改良すれば十分である。適切な既存のアセンブリは、例えば、本出願人のオランダ特許出願番号1000851及び欧州特許番号0125720に開示されている。
【0029】
前述した実施例に使用する変形用ヘッドは、全ての場合で回転的には静止しているが、勿論、その変形用ヘッドを回転する駆動手段を設けることは可能である。変形用ヘッドが、チャックの回転方向と逆の方向に回転されるならば、相対的な回転速度を減少させることなく、チャックの回転数を減らすことができる。そのような構成は、機械加工作業に使用することもでき、そこでは、非常に高い相対回転速度が所望される場合である。その場合、チャックの回転数は減少させないか、又は、僅かに減少させる。
【0030】
勿論、本発明の成形機は人によって、又、制御装置によっても操作することができる。そのような制御装置は、例えば、加工部材を所望の製品或いは中間製品に変形するため、1つ以上の所望の経路を成形ロールが従うように、記憶装置に記憶された制御プログラムに従ってロールをX方向、Y方向、及び半径方向に移動させる手段を制御するように設定される。
【0031】
本発明を、前述では、円筒状金属加工部材を基に説明したが、例えば、長円形状のような非円形状断面、略三角形状又は多円弧断面の加工部材に対しても本発明を実施することができる。
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、いろいろなやり方で変えることができる。
【0032】
【図面の簡単な説明】
【図1】 回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図2】 回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図3】 回転可能なチャック及び固定成形ヘッドを有する、本発明による成形機の一部断面の略図的な平面図である。
【図4】 図1の成形機で実施される本発明による方法の幾つかの段階を模式的に示す。
【図5】 図1の成形機で実施される本発明による方法の幾つかの段階を模式的に示す。
【図6】 チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第2の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図7】 チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第2の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図8】 チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第2の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図9】 チャックの回転軸に直交して配置された成形ヘッドを有する、本発明による成形機の第2の実施例の一部断面の略図的な平面図である。
【図10】 図6及び図9による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。
【図11】 図6及び図9による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。
【図12】 図6及び図9による成形機の別の形態の一部断面の略図的平面図である。
Claims (13)
- 少なくとも1つの開放端部を有する変形させる中空加工部材(5)を締め付けるクランプ装置(4)、前記加工部材(5)を加工する間、前記加工部材(5)の外側表面に接触するように配置することができ、前記加工部材(5)を変形できる第一成形工具(10)、第一の軸(13)の周りを前記加工部材(5)と前記工具(10)を互いに回転させる駆動手段(28A)、及び、前記加工部材(5)を加工するために、前記加工部材(5)に対して前記工具(10)が1つ以上の所望の経路をたどることができるように、前記加工部材(5)と前記工具(10)を互いに移動させる手段(19、30)を少なくとも有する成形機(1)であって、前記加工部材(5)の加工の間、前記クランプ装置(4)を前記第一の軸(13)の周りを回転させ、且つ、前記第一の軸(13)に対して移動させることができることを特徴とする成形機(1)。
- 前記加工部材を締め付けることができる前記クランプ装置、又は、少なくともそのクランプ装置の一部が、第二の軸(31)の周りを旋回できる請求項1に記載の成形機(1)。
- 前記第二の軸(31)と前記第1の軸(13)は略直角に交差する請求項2に記載の成形機(1)。
- 前記クランプ装置(4)は、回転中に移動、及び/又は、旋回できる請求項1乃至3のいずれかに記載の成形機(1)。
- 前記クランプ装置(4)は、前記第一の軸(13)の周りを前記駆動手段(28A)によって回転させることができるハウジング(28)内に装着され、前記ハウジングは、前記クランプ装置(4)が前記第一の軸(13)に沿って並進することができる、その第一の軸(13)と略垂直に延在するガイド(27)を有する請求項4に記載の成形機(1)。
- 釣り合い重り(32)が前記ハウジング(28)内に装着され、その釣り合い重り(32)は前記クランプ装置(4)と略直径上方向反対位置に配置される請求項5に記載の成形機(1)。
- 前記成形機(1)は、加工部材(5)内に導入され、前記加工部材(5)の内側壁を外方に変形できるように、前記加工部材(5)の内側壁に接触するように配置することができる少なくとも1つの第二成形工具(15)を有する請求項1乃至6のいずれかに記載の成形機(1)。
- 前記成形工具又は複数の成形工具(10、15)は、前記第一の軸(13)の傍らに配置された、少なくとも1つのホルダー(37)に装着されている請求項1乃至7のいずれかに記載の成形機(1)。
- 前記第一及び第二工具(10、15)は、同一のホルダー(37)に装着されている請求項8に記載の成形機(1)。
- 少なくとも1つの開放端部を有する中空加工部材(5)を変形する方法において、前記加工部材(5)はクランプ装置(4)内で締め付けられ、第一成形工具(10)が前記加工部材(5)の外側表面に接触するように配置され、前記加工部材(5)と前記工具(10)は第一の軸(13)の周りを互いに回転させられ、前記加工部材(5)は前記第一成形工具(10)によって変形される方法であって、前記加工部材(5)の加工の間、前記クランプ装置(4)は前記第一の軸(13)に対して回転され、且つ、移動されることを特徴とする方法。
- 前記加工部材を締め付けることができる前記クランプ装置(4)、又は、少なくともそのクランプ装置(4)の一部が、第二の軸(31)の周りを旋回できる請求項10に記載の方法。
- 前記第二の軸(31)と前記第1の軸(13)は略直角に交差する請求項11に記載の方法。
- 第二成形工具(15)を前記加工部材(5)によって画定される中空内に配置し、前記中空加工部材(5)の内側表面に接触させ、前記加工部材(5)は前記第2工具(15)によって変形される請求項10乃至12のいずれかに記載の方法。
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