JP5545957B2 - 管材のつば出し成形加工機の座屈防止構造 - Google Patents
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Description
本発明は、金属製管材の端部につば出し成形するのに用いるつば出し成形加工機にあって、管材の内側に座屈が発生するのを防止する座屈防止構造に関する。
公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の１次ローラにて管材の端部を６０°以下の低角度に拡開及び折り曲げ、次に公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の２次ローラにて約９０°に折り曲げる管材のつば出し成形加工機においては、つば部と管本体とのつなぎ部内側に座屈不具合が発生しやすかった。
これまでは、座屈が生じるのは２次ローラにする約９０°曲げ工程であると考えられ、本出願人は特許文献１に示す技術を提案している。
しかし、つば出し成形時に管材が内側に座屈する真の原因を詳細に調査及び研究したところ、座屈の起因は１次ローラによる低角度拡開折り曲げ工程にあることが明らかになった。
その内容を図１０にて説明する。
管材１をクランプし、端部１ａを１次ローラ２３０にて約４０°に拡開及び折り曲げる際に円盤状の芯金１５０を挿入したが、１次ローラ２３０の先端２３０ａと芯金１５０との間に小さな隙間ｄが生じることから、この隙間に入り込むように座屈起点１ｂが発生しその結果として２次ローラによる約９０°曲げ成形工程にて大きな座屈となることが明らかになった。
これは、１次ローラ２３０が公転と自転により管材の端部を拡開及び外側に折り曲げるには１次ローラ２３０の先端が管材の内側に入り込む必要があるが、その際に芯金が干渉するのをさけるために、隙間ｄが必要であったためである。
また、１次ローラ先端との干渉を避けるために、芯金がＳ方向に退避するように芯金の先端側にスプリングを配設する場合もあるが、その場合にも芯金がスプリングに対抗してズレが生じると隙間ｄとなるのが原因であった。
これまでは、座屈が生じるのは２次ローラにする約９０°曲げ工程であると考えられ、本出願人は特許文献１に示す技術を提案している。
しかし、つば出し成形時に管材が内側に座屈する真の原因を詳細に調査及び研究したところ、座屈の起因は１次ローラによる低角度拡開折り曲げ工程にあることが明らかになった。
その内容を図１０にて説明する。
管材１をクランプし、端部１ａを１次ローラ２３０にて約４０°に拡開及び折り曲げる際に円盤状の芯金１５０を挿入したが、１次ローラ２３０の先端２３０ａと芯金１５０との間に小さな隙間ｄが生じることから、この隙間に入り込むように座屈起点１ｂが発生しその結果として２次ローラによる約９０°曲げ成形工程にて大きな座屈となることが明らかになった。
これは、１次ローラ２３０が公転と自転により管材の端部を拡開及び外側に折り曲げるには１次ローラ２３０の先端が管材の内側に入り込む必要があるが、その際に芯金が干渉するのをさけるために、隙間ｄが必要であったためである。
また、１次ローラ先端との干渉を避けるために、芯金がＳ方向に退避するように芯金の先端側にスプリングを配設する場合もあるが、その場合にも芯金がスプリングに対抗してズレが生じると隙間ｄとなるのが原因であった。
本発明は、管材のつば出し成形時に管材が内側に座屈するのを防止する座屈防止構造の提供を目的とする。
本発明に係る座屈防止構造は、公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の１次ローラにて管材の端部を６０°以下の低角度に拡開及び折り曲げ、次に公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の２次ローラにて約９０°に折り曲げる管材のつば出し成形加工機において、１次ローラは、先端側が縮径の円錐台形状の１次ローラ本体部と、当該本体部の先端に取り付けた、逆円錐部を有する座屈防止ローラとを有し、前記１次ローラは、当該１次ローラを支持する支柱に対して回転自在に取り付けてあるとともに当該１次ローラの自転軸中心が、公転する支柱中心の公転軌道に対して内側に偏心自在に取り付けてあることを特徴とする。
ここで、１次ローラ及び２次ローラが公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有することから、１次ローラ及び２次ローラは公転中心軸を回転中心にして公転しながら自転することになる。
このような構造にすると、１次ローラを管材の内側に前進させると１次ローラが支柱に対して回転自在であるとともに、１次ローラの取付自転軸が公転する支柱の中心から内外方向に偏心しているので、この１次ローラは管材の内壁に押され、自転軸が最も内側になるように偏心した状態を維持しながら公転することになる。
従って、１次ローラの自転軸を支柱中心に取り付ける場合に対応できる管径より径の小さい管材のつば出しに対応できる。
ここで、１次ローラ及び２次ローラが公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有することから、１次ローラ及び２次ローラは公転中心軸を回転中心にして公転しながら自転することになる。
このような構造にすると、１次ローラを管材の内側に前進させると１次ローラが支柱に対して回転自在であるとともに、１次ローラの取付自転軸が公転する支柱の中心から内外方向に偏心しているので、この１次ローラは管材の内壁に押され、自転軸が最も内側になるように偏心した状態を維持しながら公転することになる。
従って、１次ローラの自転軸を支柱中心に取り付ける場合に対応できる管径より径の小さい管材のつば出しに対応できる。
本発明において座屈防止構造は、公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の１次ローラにて管材の端部を６０°以下の低角度に拡開及び折り曲げ、次に公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の２次ローラにて約９０°に折り曲げる管材のつば出し成形加工機において、管材の内側に挿入する座屈防止治具を有し、座屈防止治具は管材の内側に挿入する円盤状プレートを有し、当該円盤状プレートは１次ローラの先端部を呑み込む逃げ溝部を有するようにしてもよい。
本発明においては、１次ローラの先端に逆円錐状の座屈防止ローラを設けるか、あるいは、管材の内側に挿入する円盤状プレートに１次ローラの先端が入り込む逃げ溝部を形成することにより１次ローラによる低角度曲げ工程にて座屈起点が生じるのを防止でき、その後の２次ローラによる約９０°曲げ時に管材が内側に座屈するのを防止する。
また、従来の座屈防止治具を用いた場合における管材が内側に食い込み、治具が管材の内側から抜けなくなる不具合も防止できる。
さらには、１次ローラの自転軸中心が１次ローラの支柱中心の公転軌道に対して内側に偏心するように回転自在に取り付けると、この１次ローラを管材の内側に挿入する際に、自転軸が最も内側になるように自動偏心するので従来以上に径の小さい管材のつば出しができる。
また、従来の座屈防止治具を用いた場合における管材が内側に食い込み、治具が管材の内側から抜けなくなる不具合も防止できる。
さらには、１次ローラの自転軸中心が１次ローラの支柱中心の公転軌道に対して内側に偏心するように回転自在に取り付けると、この１次ローラを管材の内側に挿入する際に、自転軸が最も内側になるように自動偏心するので従来以上に径の小さい管材のつば出しができる。
つば出し成形加工機１０の構造例を以下、図面に基づいて説明する。
図１は側面図、図２は平面図を示し、図３（ａ）が１次ローラ３０にて管材の端部を約４０°に拡開及び外側に折り曲げ加工している状態を示し、図３（ｂ）が２次ローラ４０にてさらに約約９０°までフランジ状に曲げ加工している状態を示す。
図１及び図２に示すように、加工機の一端（図１では右側）に被加工物である管材１の端部１ａを所定の長さ内側に突出するように上クランプ５１と下クランプ５２にてクランプ保持し、このクランプ手段と対向するようにベースプレート１１を配設し、このベースプレート１１とクランプ手段との間に４本のガイドロッド１４を有している。
４本のガイドロッド１４に沿って前進及び後退する、ベースプレート側の第１プレート１２とクランプ手段側の第２プレート１３を有している。
第１プレート１２はベースプレート１１に支持された１次シリンダー１６の１次シリンダーロッド１６ａにより前進・後退制御されている。
第２プレート１３は第１プレートに支持された２次シリンダー１７のシリンダーロッド１７ａにより前進・後退する。
第１プレート１２には回転ギアプレート２３が回転可能に取り付けられていて、この回転ギアプレート２３は主軸モーター２０の駆動による主軸ギア２１により中間ギア２２を介してギア伝達される。
回転ギアプレート２３はクランプ手段側に向けて支柱３１を介して１次ローラ３０を有している。
支柱３１は従動プレート１５を貫通して取り付けられていて、この従動プレート１５は第２プレート１３に回転自在に取り付けられている。
従動プレート１５は支持台４１を介して２次ローラ４０が取り付けられている。
図１は側面図、図２は平面図を示し、図３（ａ）が１次ローラ３０にて管材の端部を約４０°に拡開及び外側に折り曲げ加工している状態を示し、図３（ｂ）が２次ローラ４０にてさらに約約９０°までフランジ状に曲げ加工している状態を示す。
図１及び図２に示すように、加工機の一端（図１では右側）に被加工物である管材１の端部１ａを所定の長さ内側に突出するように上クランプ５１と下クランプ５２にてクランプ保持し、このクランプ手段と対向するようにベースプレート１１を配設し、このベースプレート１１とクランプ手段との間に４本のガイドロッド１４を有している。
４本のガイドロッド１４に沿って前進及び後退する、ベースプレート側の第１プレート１２とクランプ手段側の第２プレート１３を有している。
第１プレート１２はベースプレート１１に支持された１次シリンダー１６の１次シリンダーロッド１６ａにより前進・後退制御されている。
第２プレート１３は第１プレートに支持された２次シリンダー１７のシリンダーロッド１７ａにより前進・後退する。
第１プレート１２には回転ギアプレート２３が回転可能に取り付けられていて、この回転ギアプレート２３は主軸モーター２０の駆動による主軸ギア２１により中間ギア２２を介してギア伝達される。
回転ギアプレート２３はクランプ手段側に向けて支柱３１を介して１次ローラ３０を有している。
支柱３１は従動プレート１５を貫通して取り付けられていて、この従動プレート１５は第２プレート１３に回転自在に取り付けられている。
従動プレート１５は支持台４１を介して２次ローラ４０が取り付けられている。
１次ローラ３０及び２次ローラ４０は回転ギアプレート２３の軸心に対して垂直方向に偏心し、軸心中心に向けて傾斜した状態で取り付けられているので、回転ギアプレート２３の回転により公転し、一次ローラ３０及び二次ローラ３１はローラ軸心回りに自転可能になっている。
従動プレート１５はガイドロッド１４及びサブガイドロッド１８に沿って摺動し、二次シリンダー１７のシリンダーロッド１７ａの前進及び後退により、一次ローラ３０と二次ローラ３１との軸心方向の相対位置が制御されている。
従動プレート１５はガイドロッド１４及びサブガイドロッド１８に沿って摺動し、二次シリンダー１７のシリンダーロッド１７ａの前進及び後退により、一次ローラ３０と二次ローラ３１との軸心方向の相対位置が制御されている。
次に、つば出し成形の流れを図３に基づいて説明する。
図３（ａ）は１次ローラ３０にてつば部２を外側に約４０°に拡開及び折り曲げる工程を示し、その拡大図を図４（ａ）に示す。
１次ローラ３０は略円錐形状になっていて、円錐の側面が管材１の端部１ａの内側から外側に向けて押し広げるように公転及び自転する。
この際に１次ローラ３０の前進量及び摺接圧を調整することでつば部と管本管のつなぎ部の曲げＲの大きさを大きくすることも小さくすることも可能である。
従って、伸びの小さい材料、割れやすい材料、肉厚等に合わせて、曲げＲを設定することが可能になり、つば出し加工の汎用性が高い。
図３（ａ）は１次ローラ３０にてつば部２を外側に約４０°に拡開及び折り曲げる工程を示し、その拡大図を図４（ａ）に示す。
１次ローラ３０は略円錐形状になっていて、円錐の側面が管材１の端部１ａの内側から外側に向けて押し広げるように公転及び自転する。
この際に１次ローラ３０の前進量及び摺接圧を調整することでつば部と管本管のつなぎ部の曲げＲの大きさを大きくすることも小さくすることも可能である。
従って、伸びの小さい材料、割れやすい材料、肉厚等に合わせて、曲げＲを設定することが可能になり、つば出し加工の汎用性が高い。
１次ローラ３０にて６０°以下の低角度まで管材の端部１ａを外側に拡開し、折り曲げた次の工程として、２次シリンダー１７により第２プレート１３を前進させる。
第２プレート１３が前進すると、２次ローラの側面部が管材の端部に当接し、公転と自転によりつば部が約約９０°に折れ曲がりつば部２が完成する。
第２プレート１３が前進すると、２次ローラの側面部が管材の端部に当接し、公転と自転によりつば部が約約９０°に折れ曲がりつば部２が完成する。
図５は、本発明に係る座屈防止治具５を用いてつば出し成形する例である。
座屈防止治具５は、図５（ｃ）に示すように円盤状の円盤プレート５ａにシャフト５ｃを連結し、シャフト５ｃの先端には雄めじ部５ｅを形成し１次ローラ３０の支柱３１に設けた取付部３２に螺着可能になっている。
円盤プレート５ａの１次ローラ３０側の側面外周部には、拡大図を図５（ｂ）に示すように１次ローラ３０の先端部３０ａが入り込む逃げ溝部５ｂを形成してある。
逃げ溝部５ｂは、リング状の凹部形状になっている。
また、円盤プレート５ａの管材内側にはスプリング配設部５ｄを設けてＳ方向に退避可能にすることで、１次ローラや２次ローラの先端と干渉するのを防止できるようにしてもよい。
なお、図５において符号５３はクランプ側に設けたアタッチメントである。
２次ローラにて約９０°に曲げる場合にアタッチメント５３に押圧するように曲げ加工する。
成形の流れを図６に示す。
座屈防止治具５は、１次ローラ３０の支柱３１に取り付けてあるので図６（ａ）に示すように、１次ローラ３０を前進させると座屈防止治具５が管材１の内側に挿入される。
次に、図６（ｂ）に示すように約４０°の低角度曲げを実施し、次に２次ローラ４０にて約９０°まで曲げ、つば部２を形成する。
座屈防止治具５は、図５（ｃ）に示すように円盤状の円盤プレート５ａにシャフト５ｃを連結し、シャフト５ｃの先端には雄めじ部５ｅを形成し１次ローラ３０の支柱３１に設けた取付部３２に螺着可能になっている。
円盤プレート５ａの１次ローラ３０側の側面外周部には、拡大図を図５（ｂ）に示すように１次ローラ３０の先端部３０ａが入り込む逃げ溝部５ｂを形成してある。
逃げ溝部５ｂは、リング状の凹部形状になっている。
また、円盤プレート５ａの管材内側にはスプリング配設部５ｄを設けてＳ方向に退避可能にすることで、１次ローラや２次ローラの先端と干渉するのを防止できるようにしてもよい。
なお、図５において符号５３はクランプ側に設けたアタッチメントである。
２次ローラにて約９０°に曲げる場合にアタッチメント５３に押圧するように曲げ加工する。
成形の流れを図６に示す。
座屈防止治具５は、１次ローラ３０の支柱３１に取り付けてあるので図６（ａ）に示すように、１次ローラ３０を前進させると座屈防止治具５が管材１の内側に挿入される。
次に、図６（ｂ）に示すように約４０°の低角度曲げを実施し、次に２次ローラ４０にて約９０°まで曲げ、つば部２を形成する。
図７は、本発明に係る座屈防止ローラ１３１を用いて、つば出し成形する例である。
座屈防止ローラ１３１は、１次ローラ１３０の先が縮径した円錐台形状の本体部１３０ａの先端に１次ローラ１３０の軸心に合致して自転可能に取り付けたものである。
座屈防止ローラ１３１は、管材１の内側を拘束する、先が拡径した逆円錐部１３１ａを有し、この逆円錐部１３１ａと１次ローラ本体部１３０ａの円錐側面１３０ｂとで低角度曲げの曲げ角度を形成する。
また、座屈防止ローラ１３１と１次ローラ本体とは相互に自由回転可能に取り付けてあり、管材の内側に位置する座屈防止ローラ１３１の周速とつば部に接する１次ローラの周速とに差が生じても座屈防止ローラ１３１と１次ローラ１３０とがそれぞれ追随回転する。
これにより、管材表面にこすれキズが発生するのを防止する。
このような座屈防止ローラ１３１を取り付けた１次ローラ１３０を用いて成形する流れを図８に示す。
図８（ｂ）に示すように１次ローラ１３０にて約４０°の低角度に拡開及び折り曲げをし、図８（ｃ）に示すように２次ローラ４０にて約９０°に曲げ加工し、つば部２を形成する。
１次ローラにて、座屈起点が発生するのを防止したので２次ローラ４０による加工時にも内側への座屈発生が無くなった。
座屈防止ローラ１３１は、１次ローラ１３０の先が縮径した円錐台形状の本体部１３０ａの先端に１次ローラ１３０の軸心に合致して自転可能に取り付けたものである。
座屈防止ローラ１３１は、管材１の内側を拘束する、先が拡径した逆円錐部１３１ａを有し、この逆円錐部１３１ａと１次ローラ本体部１３０ａの円錐側面１３０ｂとで低角度曲げの曲げ角度を形成する。
また、座屈防止ローラ１３１と１次ローラ本体とは相互に自由回転可能に取り付けてあり、管材の内側に位置する座屈防止ローラ１３１の周速とつば部に接する１次ローラの周速とに差が生じても座屈防止ローラ１３１と１次ローラ１３０とがそれぞれ追随回転する。
これにより、管材表面にこすれキズが発生するのを防止する。
このような座屈防止ローラ１３１を取り付けた１次ローラ１３０を用いて成形する流れを図８に示す。
図８（ｂ）に示すように１次ローラ１３０にて約４０°の低角度に拡開及び折り曲げをし、図８（ｃ）に示すように２次ローラ４０にて約９０°に曲げ加工し、つば部２を形成する。
１次ローラにて、座屈起点が発生するのを防止したので２次ローラ４０による加工時にも内側への座屈発生が無くなった。
次に１次ローラを支柱に対して回転自在に取り付けるとともに、この１次ローラの自転軸中心を支柱中心に対して内側に自動偏心可能にさせた例を図９に基づいて説明する。
１次ローラの支柱３１に対して取付プレート１３２をベアリング１３２ａ等を介して回転自在に取り付ける。
取付プレート１３２には高さ調整治具１３３を介して、ベアリング１３３ａにより自転自在に１次ローラ本体部１３０ａを取り付ける。
１次ローラ本体部１３０ａの側面は先端側が縮径する円錐台形状になっていて、その先端部に、つなぎ部Ｒを境界にして先端側が拡径する逆円錐側面１３１ａを有する座屈防止ローラ１３１が形成されている。
この座屈防止ローラ１３１の先端部側は先が縮径した円錐状部１３１ｂとなっている。
管材１の内側に１次ローラの先端側の円錐状部１３１ｂを挿入すると、取付プレート１３２が支柱３１に対して回転自在になっているので、この円錐状部１３１ｂが管材に押され、１次ローラ本体部１３０ａが最も内側に位置するように自動偏心する。
従って、１次ローラの支柱３１の中心０１が公転する公転軌道の軌跡に対して、１次ローラはその自転軸中心０２が最も内側に偏心した状態を維持しながら公転する。
この構造を採用すると、先の図７に示した実施例（１次ローラの自転軸を支柱中心に合わせた例）で対応できる管材の径よりも小さい径の管材に対応できる。
１次ローラの支柱３１に対して取付プレート１３２をベアリング１３２ａ等を介して回転自在に取り付ける。
取付プレート１３２には高さ調整治具１３３を介して、ベアリング１３３ａにより自転自在に１次ローラ本体部１３０ａを取り付ける。
１次ローラ本体部１３０ａの側面は先端側が縮径する円錐台形状になっていて、その先端部に、つなぎ部Ｒを境界にして先端側が拡径する逆円錐側面１３１ａを有する座屈防止ローラ１３１が形成されている。
この座屈防止ローラ１３１の先端部側は先が縮径した円錐状部１３１ｂとなっている。
管材１の内側に１次ローラの先端側の円錐状部１３１ｂを挿入すると、取付プレート１３２が支柱３１に対して回転自在になっているので、この円錐状部１３１ｂが管材に押され、１次ローラ本体部１３０ａが最も内側に位置するように自動偏心する。
従って、１次ローラの支柱３１の中心０１が公転する公転軌道の軌跡に対して、１次ローラはその自転軸中心０２が最も内側に偏心した状態を維持しながら公転する。
この構造を採用すると、先の図７に示した実施例（１次ローラの自転軸を支柱中心に合わせた例）で対応できる管材の径よりも小さい径の管材に対応できる。
１ 管材
１ａ 端部
２ つば部
５ 座屈防止治具
５ａ 円盤プレート
５ｂ 逃げ溝部
５ｃ シャフト
１０ つば出し成形加工機
１１ ベースプレート
１２ 第１プレート
１３ 第２プレート
１４ ガイドロッド
１５ 従動プレート
１６ １次シリンダー
１７ ２次シリンダー
１８ サブガイドロッド
２０ 主軸モーター
２１ 主軸ギア
２３ 回転ギアプレート
３０ １次ローラ
３１ 支柱
３２ 取付部
４０ ２次ローラ
４１ 支持台
５１ 上クランプ
５２ 下クランプ
１３０ １次ローラ
１３１ 座屈防止ローラ
１ａ 端部
２ つば部
５ 座屈防止治具
５ａ 円盤プレート
５ｂ 逃げ溝部
５ｃ シャフト
１０ つば出し成形加工機
１１ ベースプレート
１２ 第１プレート
１３ 第２プレート
１４ ガイドロッド
１５ 従動プレート
１６ １次シリンダー
１７ ２次シリンダー
１８ サブガイドロッド
２０ 主軸モーター
２１ 主軸ギア
２３ 回転ギアプレート
３０ １次ローラ
３１ 支柱
３２ 取付部
４０ ２次ローラ
４１ 支持台
５１ 上クランプ
５２ 下クランプ
１３０ １次ローラ
１３１ 座屈防止ローラ
Claims (1)
- 公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の１次ローラにて管材の端部を６０°以下の低角度に拡開及び折り曲げ、次に公転中心軸に向かって傾斜した自転軸を有する円錐形状の２次ローラにて約９０°に折り曲げる管材のつば出し成形加工機において、１次ローラは、先端側が縮径の円錐台形状の１次ローラ本体部と、当該本体部の先端に取り付けた、逆円錐部を有する座屈防止ローラとを有し、
前記１次ローラは、当該１次ローラを支持する支柱に対して回転自在に取り付けてあるとともに当該１次ローラの自転軸中心が、公転する支柱中心の公転軌道に対して内側に偏心自在に取り付けてあることを特徴とする座屈防止構造。
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| JP2009000813 | 2009-01-06 | ||
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| CN108580623A (zh) * | 2018-07-13 | 2018-09-28 | 刘子琪 | 圆形端口的折边机构及对圆形端口进行折边的方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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