JP5198396B2 - スピニング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピニング加工方法に関する。より詳しくは、円筒状部材を縮管し所定の形状に成形するスピニング加工方法に関する。

従来、自動車のホイールリムは、円筒状のワークの略中央を縮径し、外周面を凹状の断面形状にすることで形成される。円筒状のワークからこのようなホイールリムを形成する方法の１つとして、いわゆるスピニング加工方法が知られている。このスピニング加工方法では、円筒状のワークを回転させながら、このワークに外周面から内側へ向かってローラを押し当てることにより、このワークを縮径加工する（特許文献１参照）。

特開２００４−３１４１１７号公報

ここで、円筒状のワークを縮径した場合における、ワークの板厚の変化について説明する。
図８は、加工前のワークＷｕと加工後のワークＷｐの構成を示す断面図である。より具体的には、図８は、円筒状のワークＷｕに対して、従来のスピニング加工を施すことにより、凹状の断面形状を有する製品Ｗｐを成形した例を示す図である。スピニング加工では、軸方向と平行な軸を中心として回転するワークＷｕに対し、径方向に沿ってワークＷｕにローラＲを押し当てながら、このローラＲを軸方向に沿って移動することにより、製品Ｗｐを成形する。

以上のようなスピニング加工をワークに施すと、ワークの各要素は、軸方向に沿って延びるとともに、径方向に沿って縮む。基本的には、ワークが軸方向に沿って延びるとワークの板厚は減少するが、ワークが径方向に縮むと周長が短くなるためワークの板厚は増加する。

このように、円筒状のワークを縮径すると、ワークが径方向に縮むことで材料が余り結果として板厚が増加する部分と、ワークが軸方向に沿って延びることで材料が不足し結果として板厚が減少する部分とが、断面の形状に応じて発生してしまう。
例えば、図８に示すような、狭く深い断面形状の凹部をワークに形成した場合、図８中、破線で示す最も縮径した部分における板厚が薄くなる傾向がある。また、この中でも一点鎖線で示す曲率の大きな部分では、板厚が特に薄くなる傾向がある。

以上のように、製品に薄肉部が生じると、製品全体の強度が低下してしまう。このため製品に十分な強度を確保するには、従来のスピニング加工方法では、板厚が薄くなることを見越して厚いワークを用いる必要があるため、製品の軽量化が困難であった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、薄肉部の無い製品を成形できるスピニング加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、回転する円筒状部材（例えば、後述のワークＷ）にへら（例えば、後述のローラＲ）を当てることで当該円筒状部材を縮管し所定の形状に成形するスピニング加工方法であって、前記へらを前記円筒状部材に中心軸（例えば、後述の軸線Ｏ）側へ押し当てながら、当該へらを軸方向に沿って他端側へ移動する第１工程と、前記へらが前記円筒状部材の特定箇所（例えば、後述の特定箇所Ｐ）にさしかかったときに、前記へらの移動を停止するとともに当該へらを前記円筒状部材から離間し、前記円筒状部材の特定箇所に径方向外側へ隆起する隆起部（例えば、後述の隆起部９７）を形成する第２工程と、前記へらを前記円筒状部材に中心軸側へ押し当てながら、当該へらを軸方向に沿って移動し、前記隆起部を圧縮することにより、前記円筒状部材の特定箇所を肉厚にする第３工程と、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、へらを円筒状部材の中心軸側へ押し当てながら軸方向に沿って他端側へ移動し、このへらが円筒状部材の特定箇所にさしかかったときに、へらの移動を停止するとともに円筒状部材から離間する。これにより円筒状部材の特定箇所に、径方向外側へ隆起する隆起部を形成することができる。そして、へらを円筒状部材に中心軸側へ押し当てながら軸方向に沿って移動し、隆起部を圧縮する。このように、特定箇所の周長が長くなるように隆起部を形成しこの特定箇所を拡径した後、再びこの周長が短くなるように圧縮しこの特定箇所を縮径することにより、周長を一旦延ばした分に応じて特定箇所を肉厚にすることができる。
ここで、製品に薄肉部が生じる場合、すなわち、円筒状部材にスピニング加工を施すと板厚が薄くなる部分が生じる場合、円筒状部材のうち薄肉部となる部分を特定箇所として、この特定箇所を上記手順により肉厚にする。成形の結果、板厚が薄くなることを見越して円筒状部材を製品形状に成形する前の成形初期の段階で、このような肉厚化加工を円筒状部材に施しておくことにより、製品の板厚を均一にすることができる。また、製品に薄肉部が発生しないので、必要な強度を確保しながら、従来と比較して板厚の薄い円筒状部材を用いることができる。

この場合、前記第１、第２、第３工程において、前記へらを軸方向に沿って移動する際には、当該円筒状部材を軸方向に沿って圧縮することが好ましい。

この発明によれば、第１、第２工程では、円筒状部材を圧縮しながらへらを軸方向に沿って移動することにより、へらの移動先、すなわち円筒状部材の特定箇所に隆起部を形成し易くすることができる。また、第３工程では、円筒状部材を軸方向に沿って圧縮することにより隆起部を構成する材料を特定箇所内に束縛することができるので、隆起部を中心軸側へ圧縮し縮管させた際に、この特定箇所をより確実に肉厚にすることができる。

本発明のスピニング加工方法が適用されたスピニング加工システムの構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るスピニング加工システムにより製造されたホイールリムの軸線Ｏに沿った断面図である。 上記実施形態に係るスピニング加工方法の各工程におけるワークおよび分割型の状態を示す断面図である。 上記実施形態に係るスピニング加工方法の各工程におけるワークおよび分割型の状態を示す断面図である。 上記実施形態に係るスピニング加工方法の各工程におけるワークおよび分割型の状態を示す断面図である。 上記実施形態に係るスピニング加工方法の各工程におけるワークおよび分割型の状態を示す断面図である。 図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。 加工前のワークと加工後のワークの構成を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のスピニング加工方法が適用されたスピニング加工システム１の構成を示す模式図である。

スピニング加工システム１は、円筒状のワークＷを保持する第１分割型２１および第２分割型２２と、ワークＷを回転駆動する回転装置３と、ワークＷを圧縮する圧縮装置４と、ローラＲを移動するローラ移動装置６と、システム全体を制御する制御盤（図示せず）と、を含んで構成される。

以下、詳細に説明するように、このスピニング加工システム１は、軸線Ｏを中心軸として回転するワークＷに対し外周面からローラＲを当てることで、このワークＷを縮管し分割型２１，２２の外周面に沿った形状に成形するものである。このスピニング加工システム１により縮管加工することで製造された円筒体は、例えば、自動車のホイールリムに用いられる。

第１分割型２１および第２分割型２２は、同一の軸線Ｏ上に沿って、それぞれ図１中左側および図１中右側に設けられている。第１分割型２１の外周面は、ホイールリムの左側の形状をかたどった形状に形成され、第２分割型２２の外周面は、ホイールリムの右側の形状をかたどった形状に形成されている。したがって、これら分割型２１，２２を突き合わせることにより、ホイールリムの形状をかたどった一の金型が形成される。

第１分割型２１は、支柱２３を介して回転装置３に連結され、第２分割型２２は、支柱２４を介して圧縮装置４に連結されている。第１分割型２１の左端側および第２分割型２２の右端側には、ワークＷの左端および右端が突き当たる左端フランジ部２５および右端フランジ部２６がそれぞれ形成されており、ワークＷは、その両端を両フランジ部２５，２６に突き当てた状態で固定される。なお、第１分割型２１および第２分割回転２２には、それぞれ、ワークＷの両端を固定するクランプを設けてもよい。

図２は、スピニング加工システム１により製造されたホイールリム９の軸線Ｏに沿った断面図である。
図２に示すように、ホイールリム９は、互いに突き当てた状態の分割型２１，２２の外周面に沿ってワークを成形することにより形成される。このホイールリム９の略中央には、凹状の縮径部９１が形成されている。より具体的には、この縮径部９１は、軸Ｏ方向に沿った断面視で、図２中左側から右側へ向って順に、第１テーパ部９２と、第１テーパ部９２よりも大きなテーパ角で縮径する第２テーパ部９３と、軸方向と平行に延びる直線部９６と、第３テーパ部９４と、第３テーパ部９４よりも小さなテーパ角で拡径する第４テーパ部９５とにより構成される。これらテーパ部９２〜９５のうち、第２テーパ部９３のテーパ角が最も大きくなっている。このため、第２テーパ部９３と直線部９６との間には、ホイールリム９のうち最も鋭い鋭角が形成される。

図１に戻って、回転装置３は、軸線Ｏを中心軸として第１分割型２１を、ワークＷおよび第２分割型２２とともに回転駆動する。
ローラ移動装置６は、軸線Ｏと略平行な軸を中心軸として、円盤状のローラＲを回転可能に保持するとともに、このローラＲを３次元空間内で移動する。
圧縮装置４は、軸線Ｏ方向に沿って所定の推力で第２分割型２２を第１分割型２１側へ押圧する。これにより、ワークＷを分割型２１，２２にセットした状態では、ワークＷには軸線Ｏ方向に沿った圧縮力が作用する。

次に、以上のようなスピニング加工システム１によるスピニング加工方法の具体的な手順について説明する。
図３から図６は、それぞれ、各工程におけるワークＷおよび分割型２１，２２の状態を示す断面図である。

先ず、図３に示すように、ワークＷを分割型２１，２２にセットする。より具体的には、ワークＷの左端側を第１分割型２１のフランジ部２５に突き当てて固定し、さらにワークＷの右端側を第２分割型２２のフランジ部２６に突き当ててクランプで固定する。
次に、所定の推力で第２分割型２２を第１分割型２１側へ軸線Ｏに沿って駆動することにより、ワークＷに対し両端側から所定の大きさの圧縮力を付与する。そして、軸線Ｏを中心軸として第１分割型２１を回転駆動することにより、ワークＷに圧縮力を付与しながらこれを回転する。

以降、回転するワークＷの外周面に対し、ローラＲを外周面から中心軸Ｏ側へ、図４から図６に示す手順で押し当ててゆきながら、第２分割型２２を第１分割型２１に接近させる。これにより、上述の図２に示すように、ワークＷを縮径し、分割型２１，２２の外周面の形状に応じた製品形状に成形する。
ところで、上述したように、円筒状のワークＷを縮径すると、ワークＷが径方向に縮むことで材料が余り結果として板厚が増加する部分と、ワークが中心軸Ｏ方向に沿って延びることで材料が不足し結果として板厚が減少する部分とが、製品の形状に応じて発生してしまう。特に本実施形態の例では、製品のうち第２テーパ部９３と直線部９６との間に、薄肉部が生じやすい（上述の図２参照）。

そこで本実施形態のスピニング加工方法では、製品のうち薄肉部が生じる箇所を見込んでおき、成形が完了する前のワークのうち、成形の結果、薄肉部となる特定箇所を肉厚にする肉厚化加工を、成形初期の段階で行う。以下では、この肉厚化加工の具体的な手順について説明する。

肉厚化加工は、第１工程、第２工程、および第３工程の、主に３つの工程に分けられる。
先ず、第１工程では、図４に示すように、ローラＲをワークＷの中心軸Ｏ側へ外周面から押し当てながら、このローラＲを軸Ｏ方向に沿って第２分割型２２側から第１分割型２１側へ向かって移動する。
次に、第２工程では、ローラＲがワークＷの特定箇所にさしかかったときに、ローラＲの移動を停止するとともにこのローラＲをワークＷから離間する。これにより、成形初期のワークＷのうち特定箇所Ｐに径方向外側へ隆起する隆起部９７が形成される。

ここで、成形初期の段階で上述のような加工を行うことにより、特定箇所Ｐに隆起部９７が形成される理由について説明する。
図７は、図４の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図である。

図７に示すように、回転するワークＷにローラＲを押し付けると、ローラＲはワークＷの外周面に沿って回転し、ワークＷは順次縮管されてゆく。ワークＷの径方向への変形が浅い段階では、ワークＷが軸方向に沿って延びることによる材料の減少よりも、ワークＷの縮径による材料の増加の方が大きい。また、上述のように、ワークＷは第１分割型および第２分割型により軸方向に沿って圧縮されているので、軸方向に沿った延びが制限される。このため、ローラＲにより縮管された部分Ｗ２の板厚は、ローラＲにより縮管されていない部分Ｗ１の板厚よりも大きくなる。

しかしながら、所定の深さよりも深く縮管すると、このような板厚の増加だけでは縮管による体積変化に追従できなくなるため、ワークＷに周長差が生じてしまう。このとき、ワークＷは軸方向に沿って圧縮されており、またローラＲの進行方向前方は加工後硬化が生じていないため、図４に示すように、特定箇所Ｐに隆起部９７が形成される。

次に、第３工程では、図５に示すように、ローラＲをワークＷに中心軸Ｏ側へ押し当てながら、このローラＲを軸Ｏ方向に沿って隆起部９７よりも第１分割型２１側から第２分割型２２側へ移動し、図６に示すように、ローラＲで隆起部９７を中心軸Ｏ側へ圧縮する。上述のようにワークＷには軸Ｏ方向に沿った圧縮力が付与されており、材料の軸Ｏ方向に沿った延びが制限されているため、隆起部９７を圧縮すると周長が短くなった分だけ、特定箇所Ｐが肉厚になる。

以上のように、本実施形態の肉厚化加工では、特定箇所Ｐの周長が長くなるように隆起部９７を形成しこの特定箇所Ｐを拡径した後、再びこの周長が短くなるように圧縮しこの特定箇所Ｐを縮径することにより、周長を延ばした分に応じて特定箇所Ｐを肉厚にすることができる。

以上のような肉厚化加工を行いワークＷの特定箇所Ｐを肉厚にした後は、ローラＲをワークＷの中心軸Ｏ側へ所定の手順で押し当ててゆき、分割型２１，２２の外周面に沿った形状に成形する。ここで、肉厚にした特定箇所Ｐは、分割型２１，２２の形状に成形する過程で薄くなるものの、他の部分よりも肉厚にしておくことにより、結果としてホイールリムの板厚を均一にすることができる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）ローラＲをワークＷの中心軸Ｏ側へ押し当てながら軸Ｏ方向に沿って第１分割型２１側へ移動し、このローラＲがワークＷの特定箇所Ｐにさしかかったときに、ローラＲの移動を停止するとともにワークＷから離間する。これにより特定箇所Ｐに、径方向外側へ隆起する隆起部９７を形成することができる。そして、ローラＲをワークＷに中心軸Ｏ側へ押し当てながら軸Ｏ方向に沿って隆起部９７よりも第１分割型２１側から第２分割型９２側へ移動し、隆起部９７を圧縮する。このように、特定箇所Ｐの周長が長くなるように隆起部９７を形成しこの特定箇所Ｐを拡径した後、再びこの周長が短くなるように圧縮しこの特定箇所Ｐを縮径することにより、周長を一旦延ばした分に応じて特定箇所Ｐを肉厚にすることができる。
ここで、成形の結果、板厚が薄くなることを見越してワークＷを製品形状に成形する前の成形初期の段階で、このような肉厚化加工をワークＷに施しておくことにより、製品の板厚を均一にすることができる。また、製品に薄肉部が発生しないので、必要な強度を確保しながら、従来と比較して板厚の薄いワークを用いることができる。

（２）第１、第２工程では、ワークＷを圧縮しながらローラＲを軸Ｏ方向に沿って移動することにより、ローラの移動先、すなわちワークＷの特定箇所Ｐに隆起部９７を形成し易くすることができる。また、第３工程では、ワークＷを軸Ｏ方向に沿って圧縮することにより隆起部９７を構成する材料を特定箇所Ｐ内に束縛することができるので、隆起部９７を中心軸Ｏ側へ圧縮し縮管させた際に、この特定箇所Ｐをより確実に肉厚にすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…スピニング加工システム
２１…第１分割型
２２…第２分割型
９…ホイールリム
９７…隆起部
Ｒ…ローラ（へら）
Ｐ…特定箇所

Claims (2)

1. 回転する円筒状部材にへらを当てることで当該円筒状部材を縮管し所定の形状に成形するスピニング加工方法であって、
   前記へらを前記円筒状部材に中心軸側へ押し当てながら、当該へらを軸方向に沿って他端側へ移動する第１工程と、
   前記へらが前記円筒状部材の特定箇所にさしかかったときに、前記へらの移動を停止するとともに当該へらを前記円筒状部材から離間し、前記円筒状部材の特定箇所に径方向外側へ隆起する隆起部を形成する第２工程と、
   前記へらを前記円筒状部材に中心軸側へ押し当てながら、当該へらを軸方向に沿って移動し、前記隆起部を圧縮することにより、前記円筒状部材の特定箇所を肉厚にする第３工程と、を含むことを特徴とするスピニング加工方法。
2. 前記第１、第２工程において、前記へらを軸方向に沿って移動する際には、当該円筒状部材を軸方向に沿って圧縮することを特徴とするスピニング加工方法。

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