JP6076301B2 - 軸肥大成形装置および軸肥大成形方法 - Google Patents
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しかし、この方法では、金属軸部材の削り代が多く、切削に要する加工時間が長くなってしまう。
中心軸回りの位相角毎の肥大部の外径を測定する外径測定手段と、
回転速度と、圧縮応力と、曲げ応力とを制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、回転速度と、圧縮応力と、曲げ応力とのうちの少なくとも1つを調整することを特徴とする軸肥大成形装置とした。
図1は、軸肥大成形方法を実施する軸肥大成形装置1の主要部の構成を説明する図であり、(a)は、ワークWをホルダ10に保持させた状態を示し、(b)は、ワークWに中心軸X1回りの回転と、中心軸X1の軸方向の圧縮応力σaと、中心軸X1の径方向の曲げ応力σbとを作用させた状態を示す図である。
なお、図1では、説明の便宜上、ホルダ10のみ断面で示している。
保持穴11a、12aの内径の内周面と、ワークWの外径Daの外周面とは、締り嵌め状態で嵌合するように設定されている。
そのため、保持穴11a、12aに、ワークWの両側側を各々挿入すると、ワークWの外径Daの外周面と保持穴11a、12aの内周面とが嵌合し、ワークWの両側側が、回転ホルダ11と曲げホルダ12によって保持される。
よって、ワークWと、回転ホルダ11および曲げホルダ12との相対回転が防止される。
以下、このワークWにおける曲げ応力σbの作用する部分を、曲げ応力σbの作用部Kという。
図2は、軸肥大成形方法の流れを説明するフローチャートである。
図3は、軸肥大成形方法によるワークWの加工工程を説明する図であり、(a)は、軸肥大成形加工前のワークWをホルダ10にセットした状態であり、(b)は、ワークWを回転させた状態であり、(c)は、ワークWに圧縮応力σaを作用させた状態であり、(d)は、ワークWに曲げ応力σbを作用させた状態であり、(e)は、ワークWの曲げ応力σbを除去した(曲げ戻し)状態であり、(f)は、軸肥大成形加工後のワークWの要部を示す図である。
図5は、肥大部Waの外径Daの肥大量の調整方法を説明する図であり、(a)は、ワークWの回転回数が3回転目である時に測定したワークWの外径を説明する図であり、(b)は、ワークWの回転回数が3回転目である時にワークWに作用させる圧縮応力を位相角毎に示すと共に、ワークWの回転回数が3回転目である時のワークの目標とする外径Da1と実際に測定したワークWの外径Daとの差(外径差Δd)を位相角毎に示した図である。
(c)は、ワークWの回転回数が4回転目である時に測定したワークWの外径を説明する図であり、(d)は、ワークWの回転回数が4回転目である時にワークWに作用させる圧縮応力を位相角毎に示すと共に、ワークWの回転回数が4回転目である時のワークの目標とする外径Da1と実際に測定したワークWの外径Daとの差(外径差Δd)を位相角毎に示した図である。
なお、図5の(a)、(c)では、ワークWの目標とする外径Da1を破線で示すと共に、実際に測定したワークWの外径Daを実線で示している。
この工程では、圧縮応力σaおよび曲げ応力σbを作用させながら回転させているワークWのn回目の回転の際に、形成途中の肥大部Waの外径Daを測定し、測定した肥大部Waの外径Daのバラツキに応じて、n+1回転目のワークWに作用させる圧縮応力σaを調整して、肥大部Waの外径Daのバラツキを抑えるようになっている。
そして、n+2回転目以降は、直前の回転の際に測定した肥大部Waの外径Daのバラツキに応じて、ワークWに作用させる圧縮応力σaを調整して、最終的に得られる肥大部Waの外径Daが、目標の外径Da1となるようにしている。
肥大部Waの形成に用いるワークWには、中心軸回りの周方向で剛性強度にバラツキがあるため、形成途中の肥大部Waの外径にバラツキが生じるからである。
なお、以下の説明では、便宜上、求めた外径差Δdが所定の閾値dを越える位相角を、「調整が必要な外径の位相角」と表記し、求めた外径差Δdが所定の閾値dを越えない位相角を、「調整が必要ない外径の位相角」と表記する。
実施の形態で用いるワークWは、断面が円形を成す軸形状部材である。このワークWは、断面が角形を成す金属製の軸形状部材(原料素材)に対して、複数のローラを用いた圧延加工を繰り返し施して外形を整えることで、断面が円形を成す軸形状部材としている。
そのため、最終的に得られる断面が円形を成す軸形状部材では、原料素材の角部に位置していた肉が押し込まれた部分の剛性が、他の部分の剛性よりも高くなる傾向がある。これは、肉が押し込まれた部分の金属密度が高くなるからである。
このようなワークWに対して、一定の加工条件(回転速度N、圧縮応力σa、曲げ応力σb)で軸肥大成形加工を行うと、ワークWでは、剛性強度の高い部分が、剛性強度の低い部分よりも肥大化し難いので、ワークWに形成される肥大部Waの外径Daにバラツキが生じてしまう(図5の(a)参照)。
なお、調整が必要ない外径の位相角で作用させる圧縮応力σaを、調整が必要な外径の位相角で作用させる圧縮応力σaよりも大きくして、次のn+1回転目の肥大部Waの形成時に、当該回転の間、肥大部Waの調整が必要ない外径の位相角での外径の肥大量を大きくする方向に調整しても良い。
よって、調整が必要な外径の位相角で作用する圧縮応力σaが、調整が必要ない外径の位相角で作用させる圧縮応力よりも小さくなるので、次のn+1回転目の肥大部Waの形成時に、当該回転の間、肥大部Waの調整が必要な外径の位相角での外径Daの肥大量が抑えられることになる。
なお、この図5の(a)の場合には、位相角0°と180°におけるワークWの外径Daは、3回転目であるときの肥大部Waの目標の外径Da1(図中の破線参照)と概ね一致しており、位相角0°と180°が、調整が必要ない外径の位相角となっている。
なお、同図の破線で示すように、n回転目において目標とする肥大部Wa1の外径Da1の断面形状は真円となる。
そして、図5の(b)に示すように、ワークWが3回転目の時の所定の位相角(例えば、位相角90°と270°)における外径差Δdは所定の閾値d(例えば、2mm)を越えており、当該所定の位相角は調整が必要な外径の位相角である。そして、他の位相角(例えば、位相角0°と180°)における外径差Δdは所定の閾値d(例えば、2mm)を越えていないので、当該他の位相角は調整が必要ない外径の位相角である。
制御装置20は、ワークWがn回転目である時に測定した肥大部Waの外径Daにおける所定の位相角(例えば、位相角90°と270°)での外径が、ワークWがn回転目である時に測定した肥大部Waの外径Daにおける他の位相角(例えば、位相角0°と180°)での外径よりも大きい場合は、所定の位相角での径方向の肥大量を、他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、次のn+1回転目にワークWに作用させる圧縮応力σaと、曲げ応力σbと。ワークWの回転数と、のうちの少なくとも1つを調整する構成とした。
特に、ワークWの肥大部Waの真円度が悪い場合には、肥大部Waが大径となるほど削り代が多くなるので、切削に要する加工時間が長くなると共に、切削により多くの材料が無駄に捨てられてしまう。
上記ように構成すると、ワークWの肥大部Waが大径になっても、軸肥大成形加工後の肥大部Waの真円度を高めることができるので、その後の切削に要する加工時間を短くすることができると共に、切削により無駄に捨てる材料を少なくすることができる。
このように構成すると、調整が必要な外径の位相角でのみ、ワークWに作用させる圧縮応力σaを一時的に小さくし、調整が必要ない外径の位相角では、圧縮応力σaは小さくしないので、短時間で所定の外径の肥大部が形成される。
このように構成すると、調整が必要な位相角でのみ、ワークWに作用させる曲げ応力σbを一時的に小さくし、他の位相角では、曲げ応力σbは小さくしないので、短時間で所定の外径の肥大部が形成される。
このように構成すると、調整が必要な位相角でのみ、回転速度Nを一時的に早くして肥大部Waの肥大量を抑えると共に、調整が必要ない位相角では、回転速度Nは遅くし肥大部Waの肥大量を多くなるので、短時間で所定の外径Da1の肥大部Wa1を形成することができる。
このように構成しても、上記と同様の作用効果を奏し得る。
このように構成しても、上記と同様の作用効果を奏し得ると共に、外径差Δdが僅かであっても、全ての位相角毎で肥大部Waの肥大量を調整するので、最終的に得られるワークWの肥大部Waの真円度をより高めることができる。
よって、制御装置20に、ワークWの回転回数と肥大部Waの肥大量とを関連付けて記憶した加工条件テーブルに、その回転回数の時の回転速度N、圧縮応力σa、曲げ応力σbとをさらに関連付けて記憶しておき、ワークWの所定の回転回数(例えば、n+1回転目)の時に加工条件テーブルから対応する回転速度Nと、圧縮応力σaと、曲げ応力σbとのうち、少なくとも1つを取得して、加工条件を変更することでワークWaの肥大量を調整するようにしてもよい。また、回転回数Nと、圧縮応力σaと、曲げ応力σbは、回転回数によらない一定の値であってもよく、回転回数ごとに異なる値であってもよい。
このように構成しても、記と同様の作用効果を奏し得る。
このように構成しても、記と同様の作用効果を奏し得る。
このように構成すると、半回転毎に肥大量を調整することができるため、最終的に得られるワークWの肥大部Waの真円度をより高めることができる。
10 ホルダ
11 回転ホルダ
12 曲げホルダ
20 制御装置
30 外径測定装置
W ワーク
Wa 肥大部
Da 外径
σa 圧縮応力
σb 曲げ応力
N 回転速度
Claims (9)
- 金属軸部材を当該金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、前記金属軸部材に、前記中心軸方向の圧縮応力と前記中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、前記金属軸部材の前記曲げ応力の作用部周りを前記中心軸の径方向に肥大化させて、前記金属軸部材よりも大径の肥大部を形成する軸肥大成形装置であって、
前記中心軸回りの位相角毎の前記肥大部の外径を測定する外径測定手段と、
前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも1つを調整することを特徴とする軸肥大成形装置。 - 前記制御手段は、前記金属軸部材の1回転毎に、その時点での目標の外径との差が所定の閾値以上である調整の必要な外径の有無を確認し、
調整の必要な外径がある場合には、前記金属軸部材の次の1回転の間、前記調整の必要な外径の位相角での前記肥大部の肥大量が、他の位相角での肥大部の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも1つを調整することを特徴とする請求項1に記載の軸肥大成形装置。 - 前記制御装置は、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記圧縮応力を、他の位相角での圧縮応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の軸肥大成形装置。 - 前記制御装置は、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記曲げ応力を、他の位相角での曲げ応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項1から請求項3のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形装置。 - 前記制御装置は、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記回転速度を、他の位相角での回転速度よりも速くすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形装置。 - 金属軸部材を当該金属軸部材の中心軸回りに回転させながら、前記金属軸部材に、前記中心軸方向に圧縮応力と前記中心軸の径方向の曲げ応力とを作用させて、前記金属軸部材の前記曲げ応力の作用部周りを前記中心軸の径方向に肥大化させて、前記金属軸部材よりも大径の肥大部を形成する軸肥大形成方法であって、
前記中心軸回りの位相角毎の前記肥大部の外径を測定する外径測定ステップと、
前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とを制御する制御ステップと、を備え、
前記制御ステップは、所定の位相角での外径が他の位相角での外径よりも大きい場合は、前記所定の位相角での径方向の肥大量を他の位相角での径方向の肥大量よりも小さくなるように、前記回転速度と、前記圧縮応力と、前記曲げ応力とのうちの少なくとも1つを調整することを特徴とする軸肥大成形方法。 - 前記制御ステップは、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記圧縮応力を、他の位相角での圧縮応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項6に記載の軸肥大成形方法。 - 前記制御ステップは、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記曲げ応力を、他の位相角での曲げ応力よりも小さくすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の軸肥大成形方法。 - 前記制御ステップは、
前記他の位相角での外径よりも外径が大きい前記所定の位相角での前記回転速度を、他の位相角での回転速度よりも速くすることで、前記調整が必要な位相角での前記径方向の肥大量を抑えることを特徴とする請求項6から請求項8のうちの何れか一項に記載の軸肥大成形方法。
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