JP6340293B2 - 中空品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中空品の製造方法に関する。

従来、軸方向に複数の縮径部を有する中空品の製造方法として、ロータリースウェージング加工が知られている。このロータリースウェージング加工とは、被加工物（素材）である金属製のパイプの周りに複数のスウェージングダイスとその外部に設けたスウェージングハンマーを、被加工物を中心として放射状に配設し、スウェージングハンマーの外周を公転するスウェージングローラを複数設け、スウェージングローラによるスウェージングハンマーへの打撃力によりスウェージングダイスを間欠的に求心方向へ移動させて被加工物の外周に当接させて、このスウェージングダイスの打撃により被加工物を塑性変形させる加工方法である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−６２６３５号公報

従来のロータリースウェージング加工により成形された縮径部は、縮径前の被加工物の肉厚に比べて増肉するが、同時に、余肉が被加工物の軸方向へも塑性流動するために、軸方向の長さが伸びて、増肉量が弱まり中空品が希望の肉厚になりにくいという問題がある。

そのため、端部に形成した縮径部の強度を増すために、その部分の肉厚が大きな製品（中空品）を製造するには、肉厚の大きな被加工物を使用する必要があるが、材料費が増してしまうとともに、肉厚が大きくなくてもよい部分の肉厚も増してしまうために、中空品の重量が増してしまうことや、ロータリースウェージングの加工装置にかかる負荷も大きくなってしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、ロータリースウェージング加工後の縮径部の肉厚を従来よりも厚くすることができる中空品の製造方法を提案することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明は、中空部を有する被加工物の外周に複数のスウェージングダイスを放射状に配設し、該スウェージングダイスを間欠的に求心方向へ移動させてロータリースウェージング加工により、前記被加工物に縮径部を形成する中空品の製造方法において、
前記スウェージングダイスの加工面の少なくとも一部の表面を、その十点平均粗さが、前記スウェージングダイスの一般加工面における表面の十点平均粗さよりも大きくしたことを特徴とするものである。

また、前記スウェージングダイスのうち表面における十点平均粗さが大きな部分の加工面により、前記被加工物の端部に縮径部を形成するようにしてもよい。

本発明の中空品の製造方法によれば、スウェージングダイスの加工面の少なくとも一部を、その表面における十点平均粗さが、前記スウェージングダイスの一般加工面の表面における十点平均表面の粗さよりも大きくしたことにより、表面を粗くした部分の摩擦抵抗が、一般加工面の摩擦抵抗よりも大きくなり、表面を粗くした部分の加工面で縮径する際に生じる余肉が、一般加工面で縮径される部分と比較して、被加工物の両端部方向（軸方向）よりも、被加工物の径方向に移動しやすくなることにより、その部分の増肉率を積極的に高めることができる。

これにより、加工前の被加工物の肉厚を前記従来技術と比較して薄くできるため材料費を低減できるとともに、製品である中空品の重量を軽減し、ロータリースウェージング加工装置にかかる負荷も低減できる。

本発明の実施例１に用いるスウェージング加工装置の縦断面図。 図１の状態から被加工物挿入穴を拡径した状態の要部拡大図。 本発明の実施例１に用いるダイスの加工面側から見た図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例１に係る中空品の製造方法を示す図。 ダイスと中空品との関係を示す図。

図に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

［実施例１］
図１は本発明の中空品の製造方法に用いるスウェージング加工装置１を示す。

スウェージング加工装置１には、図１に示すようにスピンドル２が備えられており、スピンドル２は、その軸芯Ｘを中心とする周方向に回転可能に備えられている。そして、スピンドル２は、図示しない回転駆動手段により周方向に回転したり、所望の位置に停止したりすることができるようになっている。

また、スピンドル２には案内部３が被加工物（ワーク）の挿入部（後述するスウェージングローラ１３の公転中心）を中心として放射状に４箇所形成されている。

各案内部３には夫々前記の中心Ｘ側に位置して４つのスウェージングダイス４が放射方向に移動可能に配置され、各スウェージングダイス４の外側に位置して楔５が配置され、更に、該楔５の外側にスウェージングハンマー６が放射方向に移動可能に配置されている。これら、スウェージングダイス４、楔５、スウェージングハンマー６は、スピンドル２の回転により軸芯Ｘを中心として周方向に回転したり、スピンドル２を所定位置に 停止（静止）することにより、所定位置に停止（静止）するように備えられている。

各スウェージングダイス４の前記中心Ｘ側の両側は、隣接するスウェージングダイス４に対してテーパ面７で接離するように先細状に形成されている。また前記４個のスウェージングダイス４の内周側には、図２に示すように、加工面８が、その周方向の形状が、外側に凹となる曲面状に形成されている。

そして、各スウェージングダイス４の加工面８により被加工物挿入孔９を形成するようになっている。また、各スウェージングダイス４が求心方向に移動すると被加工物挿入孔９が縮径し、外側へ移動すると被加工物挿入穴９が拡径するようになっている。

更に、テーパ面７部には、スウェージングダイス４の相互間を押し広げるように、すなわち各スウェージングダイス４を放射方向の外側へ付勢する付勢手段、例えばスプリング１０が介在されており、この付勢手段１０によって各スウェージングダイス４を外方へ押し移動できるようになっている。各楔５は、図示しないサーボモータや油圧シリンダなどの進退駆動手段によりスピンドル２の軸芯Ｘ方向（図５の左右方向）に進退移動することができるようになっている。

スピンドル２の外周部にはローラカーゴ１２が、スピンドル２の軸芯Ｘを中心として回転可能に配置され、これに多数のスウェージングローラ１３が備えられており、ハウジング（外輪）１４を回転してローラカーゴ１２を一方向、例えば図１の矢印Ｚ方向に回動することにより、各スウェージングローラ１３が公転して各スウェージングハンマー６の上面を通過し、各スウェージングローラ１３が各スウェージングハンマー６を求心方向へ間欠的に打撃するようになっている。ハウジング１４は図示しないモータ等の回転駆動手段により回転される。

次に加工面８について詳述する。

加工面８は、図３，図５に示すように、その軸芯方向の一方の端部から順に第１縮径加工面８ａ、第１テーパ面８ｂ、第２縮径加工面８ｃ、第２テーパ面８ｄが連続して一体的に形成されている。また、図５に示すように、第１縮径加工面８ａは、軸芯方向に同一の所定の内径で形成され、第１テーパ面８ｂは、第１縮径加工面８ａから他端側に向かうほど縮径し、第２縮径加工面８ｃは、軸芯方向に同一の内径で、かつ、第１縮径加工面８ａより小径の内径で形成され、第２テーパ面８ｄは、第２縮径加工面８ｃから他端側に向かうほど拡径するように形成されている。

第１縮径加工面８ａの表面の粗さは、他の一般加工面、すなわち、第１テーパ面８ｂ、第２縮径加工面８ｃ、第２テーパ面８ｄの表面の粗さよりも相対的に大きく設定されている。本実施例では、第１縮径加工面８ａの表面の粗さを、十点平均粗さ（Ｒｚ）で１２．５〜５０μｍとし、一般加工面８ｂ〜８ｄの表面の粗さを、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．４〜６．３μｍとした。

第１縮径加工面８ａの表面の粗さを、一般加工面８ｂ〜８ｄの表面の粗さより大きくする方法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、第１縮径加工面８ａと一般加工面８ｂ〜８ｄを形成した後に、第１縮径加工面８ａのみに対して、溶射、ショットブラスト、放電加工、削り加工、液体ホーニング等を施すことで行うことができる。なお、第１縮径加工面８ａと一般加工面８ｂ〜８ｄを、共にその表面が略同一の粗さとなるように形成した後に、一般加工面８ｂ〜８ｄの表面を研磨する等により、その表面８ｂ〜８ｄの粗さを第１縮径加工面８ａよりも相対的に小さくするようにしてもよい。

次に、被加工物２１について説明する。

被加工物２１は、図４（ａ）に示すように、両端が開口する中空部２１ａを中心部に有する中空材である。被加工物２１は、任意の材質を用いることができ、例えば、ＳＡＥ１５Ｂ３７Ｈ等の中炭素低合金鋼や、ＳＴＫＭ等の機械構造用炭素鋼を用いることができる。また、被加工物２１の寸法や肉厚は任意に設定する。本実施例では、被加工物２１として、横断面円形で、中炭素低合金鋼ＳＡＥ１５Ｂ３７Ｈからなる、直径３６．８ｍｍ、肉厚７．２ｍｍの金属パイプを用いた。

次に、スウェージング加工装置１により、被加工物２１の加工方法について説明する。

先ず、楔５を後退（図５の左側方向へ移動）させて、各スウェージングダイス４を付勢手段であるスプリング１０により外側へ移動させ、被加工物挿入穴９の穴径を、図２に示すように、加工前の被加工物（素材）２１の直径よりも拡径させ、この状態で被加工物２１の一端部を、図示しない被加工物移動手段により被加工物挿入穴９へ挿入する。

次で、被加工物２１を、図示しない被加工物保持手段により回転しないように保持し、ハウジング１４を回転させて各スウェージングローラ１３を公転させるとともに楔５を前進（図５の右側方向）移動させる。

楔５の前進により各スウェージングダイス４が被加工物２１の外周面に接近し、この状態でスウェージングローラ１３がスウェージングハンマー６に当接すると、楔５を介してスウェージングダイス４が求心方向に移動し、スウェージングダイス４の加工面８が被加工物２１の外周面を打撃する。また、スウェージングローラ１３がスウェージングハンマー６に当接しないときは、付勢手段であるスプリング１０によりスウェージングダイス４は外側へ押し戻される。したがって、被加工物２１の外周面はスウェージングダイス４の加工面８により間欠的に打撃される。

この間欠的な打撃により、第１縮径加工面８ａ、第１テーパ面８ｂ、第２縮径加工面８ｃ、第２テーパ面８ｄによって、図４（ｂ）、図５に示すように、一端部から順に、第１縮径部２２ａ、第１テーパ部２２ｂ、第２縮径部２２ｃ、第２テーパ部２２ｄが形成される。また、第１縮径加工面８ａの表面の粗さを、他の一般加工面８ｂ〜８ｄの表面の粗さよりも大きく設定したことにより、第１縮径加工面８ａの摩擦抵抗が、一般加工面８ｂ〜８ｄの摩擦抵抗よりも大きくなり、被加工物２１が、第１縮径加工面８ａにより縮径する際に生じる余肉が、一般加工面で縮径される部分と比較して、被加工物２１の両端部方向（軸方向）よりも、被加工物２１の径方向に移動しやすくなる。また、一般加工面での縮径により生じる余肉が、被加工物２１の端部側に位置する第１縮径部２２ａへ移動することと相まって、軸方向への伸びが抑制されるとともに、第１縮径部２２ａの管の増肉率（加工後の肉厚÷被加工物２１の肉厚）を積極的に高めることができる。

本実施例では、第１縮径加工面８ａの表面の粗さを、十点平均粗さ（Ｒｚ）で１２．５〜５０μｍとし、一般加工面８ｂ〜８ｄの表面の粗さを、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．４〜６．３μｍとしたところ、第１縮径部２２ａの増肉率が１０〜２０％となった。また、すべての加工面８ａ〜８ｄの表面の粗さを十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．４〜６．３μｍとした場合と比較して、第１縮径部２２ａの増肉率は２〜５％向上した。

次に、加工した被加工物２１を取り出したのちに、その左右を反転して、他端部を図示しない被加工物移動手段により被加工物挿入穴９へ挿入して、前記と同様のスウェージング加工を行い、図４（ｃ）に示すように、他端部から順に、第１縮径部２２ａ、第１テーパ部２２ｂ、第２縮径部２２ｃ、第２テーパ部２２ｄを形成する。

これにより、図４（ｃ）に示す製品である中空品２５を得ることができる。この中空品２５は、任意の用途に用いることができるが、例えば、端部に形成した縮径部の強度、肉厚化が要求される自動車用中空ドライブシャフトや、中空ステアリングに用いることができる。

また、使用する被加工物２１の肉厚を前記従来技術と比較して薄くし、材料費を低減でき、更に、製品である中空品２５の重量を軽減できるとともに、ロータリースウェージングの加工装置１にかかる負荷も低減できる。

［その他の実施例］
前記実施例１では、加工面８に２つの縮径加工面８ａ，８ｃを設けたが、この数は任意に設定することができ、１つでも３つ以上でもよい。

また、前記実施例１では、第１縮径加工面８ａの表面の粗さを、他の一般加工面８ｂ〜８ｄの表面の粗さよりも大きくしたが、加工面８のうち、少なくとも一部が、一般加工面の表面の粗さよりも大きく設定されていればよく、例えば、第２縮径加工面８ｃの表面の粗さを、他の一般加工面８ａ、８ｂ、８ｄの表面の粗さよりも大きくして、第２縮径部２２ｃを積極的に増肉させるようにしてもよい。また、加工面８のうち、複数の部分を一般加工面の表面の粗さよりも大きくするようにしてもよい。

また、前記実施例１では、縮径加工面８ａ（８ｃ）の粗さは、その１つの面の中でほぼ同一に設定したが、その１つの加工面の中における表面の粗さを、粗い部分と、それよりも粗くない部分を形成するようにしてもよい。

また、前記実施例１では、被加工物２１の断面形状を円形状としたが、被加工物２１は、その両端が開口する中空部を有するものであれば、その断面形状は任意のものを用いることができ、例えば、楕円形等の円形状や、多角形状、異形断面形状等のものを用いることができる。

１ 中空部
２１ 被加工物
４ スウェージングダイス
２２ａ，２２ｃ 縮径部
２５ 中空品
８ 加工面

Claims (2)

1. 中空部を有する被加工物の外周に複数のスウェージングダイスを放射状に配設し、該スウェージングダイスを間欠的に求心方向へ移動させてロータリースウェージング加工により、前記被加工物に縮径部を形成する中空品の製造方法において、
   前記スウェージングダイスの加工面の少なくとも一部の表面を、その十点平均粗さが、前記スウェージングダイスの一般加工面における表面の十点平均粗さよりも大きくしたことを特徴とする中空品の製造方法。
2. 前記スウェージングダイスのうち表面における十点平均粗さが大きな部分の加工面により、前記被加工物の端部に縮径部を形成することを特徴とする請求項１記載の中空品の製造方法。

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