JP6445779B2 - 予備成形体および軸対称部品の製造方法 - Google Patents

予備成形体および軸対称部品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、軸対称部品用の予備成形体の製造方法、およびその予備成形体からの軸対称部品の製造方法に関する。
従来から、種々の機械で、図10に示すような、中心軸101回りに対称な形状の軸対称部品100が用いられている。軸対称部品100の中には、テーパー部110と、テーパー部110の大径部から内向きに突出するフランジ部120を有するものがある。このような軸対称部品100には、例えば、航空機部品もある。一例としては、特許文献1の図2,3に開示された、航空機のガスタービンエンジンに用いられる、後方環状内側流路壁(符号72の部品)が挙げられる(特許文献2については、後述にて言及する)。
特開平7−166960号公報 国際公開第2014/024384号
図10に示すような内向きフランジ部120を有する軸対称部品100は、軸対称部品100の軸方向の両側から覆われた中空部が存在するため、プレス成形では製造することができない。そこで、軸対称部品100を製造する方法として、例えば、軸対称部品100を包含する大きさのブロック150を鍛造により作製し、そのブロック150から軸対称部品100を削り出すことが考えられる。
しかしながら、ブロック150の作製には、軸対称部品100の体積よりも遥かに多くの量の素材が必要になる。このため、製造コストが高くなる。製造コストを安くするという観点からは、素材の使用量を減らすことが望まれる。特に、航空機部品では、軽量化の観点から素材としてチタン合金が用いられることがあるため、高価なチタン合金の使用量を減らしたいという要望が強い。そこで、軸対称部品100を削り出し可能な、軸対称部品100と類似の形状の予備成形体を製造することが望まれる。
例えば、特許文献2に開示されているようなスピニング成形を用いれば、板材からテーパー状の予備成形体を製造することは可能である。しかしながら、図10に示すような内向きフランジ部120を有する軸対称部品100用の予備成形体をスピニング成形で作製するには、予備成形体のテーパー部の厚さを、軸対称部品100のテーパー部110からフランジ部120の先端までの厚さよりも厚くする必要がある。このような肉厚のテーパー部をスピニング成形で成形することは困難である。
そこで、本発明は、内向きフランジ部を有する軸対称部品用の予備成形体を板材から製造することができる予備成形体の製造方法を提供すること、およびその予備成形体から軸対称部品を製造する方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の予備成形体の製造方法は、テーパー部および前記テーパー部の大径部から内向きに突出するフランジ部を有する軸対称部品用の予備成形体を製造する方法であって、板材を回転しながら、前記板材における変形対象部位を局所的に加熱するとともに、前記変形対象部位に加工具を押圧して、前記板材の所定範囲をテーパー状に成形するしごき加工工程と、前記板材を回転しながら、前記板材における前記テーパー状の末端である周縁部を局所的に加熱するとともに、前記周縁部を当該周縁部の厚み方向と直交する方向に押し込むように前記周縁部に成形ローラを押圧して、前記周縁部を内向きに膨らませる増肉加工工程と、を含む、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、しごき加工工程によって予備成形体における軸対称部品のテーパー部を包含する部分を成形できるとともに、増肉加工工程によって予備成形体における軸対称部品の内向きフランジ部を包含する部分を成形できる。従って、内向きフランジ部を有する軸対称部品用の予備成形体を板材から製造することができる。
前記所定範囲は、前記板材の特定位置から周縁部までであってもよい。この構成によれば、素材の使用量を最小限に抑えることができる。
あるいは、前記所定範囲は、前記板材の特定位置から周縁部の近傍までであってもよい。この場合、上記の予備成形体の製造方法は、前記しごき加工工程と前記増肉加工工程の間に、前記板材における前記所定範囲の外側部分をカットするカット工程を含んでもよい。この構成によれば、しごき加工工程で板材の周縁部が残されるため、しごき加工(加工具の押圧によるテーパー状の成形)を容易に行うことができる。
例えば、前記しごき加工工程では、前記板材の変形対象部位を誘導加熱により加熱し、前記増肉加工工程では、前記板材の周縁部を誘導加熱により加熱してもよい。
前記しごき加工工程では、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器と、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器を用いて、前記変形対象部位を加熱してもよい。この構成によれば、例えば板材が肉厚の場合でもしごき加工工程において板材を良好に加工することができる。
前記表側加熱器および前記裏側加熱器のそれぞれは、前記板材の回転方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を含んでもよい。この構成によれば、板材の変形対象部位の局所的な加熱を板材の回転方向に連続的に行うことができる。これにより、良好な成形性を得ることができる。
前記増肉加工工程では、前記裏側加熱器または前記表側加熱器を用いて前記板材の周縁部を加熱してもよい。この構成によれば、増肉加工工程で別途に加熱器を準備する必要がない。
前記成形ローラは、当該成形ローラの回転軸方向に延びる円筒状の押圧面と、前記押圧面の一方の端部から径方向外向きに広がるリング状のガイド面と、を有してもよい。この構成によれば、押圧面で板材の周縁部を押し込みながら、ガイド面により、押し込みによる周縁部の膨らみを一方向のみに規制することができる。
前記板材は、チタン合金からなってもよい。鋼やアルミニウム合金などは、温度が上昇するにつれて耐力(塑性変形を開始する応力)が徐々に低下するが、チタン合金では、ある温度域で耐力が大きく低下する。従って、その温度域よりも高い温度で板材を加熱すれば、しごき加工工程および増肉加工工程のそれぞれにおいて、加熱された部分を含む狭い範囲のみを変形させることができる。
例えば、前記軸対称部品は、航空機部品であってもよい。
上記の予備成形体の製造方法は、前記しごき加工工程と前記増肉加工工程の間に、前記板材を熱処理して残留応力を除去する工程を含んでもよい。この構成によれば、増肉加工工程における板材の変形や割れのリスクを低減することができる。
また、本発明の軸対称部品の製造方法は、上記の予備成形体の製造方法により得られた予備成形体を熱処理して残留応力を除去した後、機械加工により前記予備成形体から軸対称部品を削り出す、ことを特徴とする。この構成によれば、軸対称部品を安価に製造することができる。
本発明によれば、内向きフランジ部を有する軸対称部品用の予備成形体を板材から製造することができる。
(a)〜(c)は、本発明の第1実施形態に係る予備成形体の製造方法を説明するための図である。 しごき加工工程で用いられる予備成形体製造装置の概略構成図である。 裏側加熱器および表側加熱器の断面図である。 (a)は裏側加熱器の平面図、(b)は表側加熱器の下面図である。 増肉加工工程で用いられる予備成形体製造装置の概略構成図である。 (a)および(b)は成形ローラの部分的な断面図であり、(a)は増肉加工前の状態を示し、(b)は増肉加工後の状態を示す。 チタン合金であるTi−6Al−4Vの温度と耐力の関係を示すグラフである。 (a)〜(c)は、本発明の第2実施形態に係る予備成形体の製造方法を説明するための図である。 (a)および(b)は、その他の実施形態に係る予備成形体の製造方法を説明するための図である。 内向きフランジ部を有する軸対称部品の断面図である。
(第1実施形態)
第1実施形態では、図1(a)に示す板材9から、図1(c)に示す予備成形体98を製造する。予備成形体98は、軸対称部品8用のものであり、軸対称部品8を削り出し可能な、軸対称部品8と類似の形状を有している。
具体的に、第1実施形態に係る予備成形体98の製造方法は、図1(b)に示すしごき加工工程と、図1(c)に示す増肉加工工程を含む。以下、軸対称部品8について説明した後に、各工程を詳細に説明する。
(1)軸対称部品
軸対称部品8は、中心軸80回りに対称な形状を有している。より詳しくは、軸対称部品8は、テーパー部81と、テーパー部81の大径部から内向きに突出するフランジ部82を有する。軸対称部品8は、例えば、航空機部品である。このような航空機部品としては、例えば、航空機のガスタービンエンジンに用いられる流路壁が挙げられる。
テーパー部81の角度は、特に限定されるものではない。また、テーパー部81の断面形状は、必ずしも直線状である必要はなく、曲線状であってもよいし、階段状であってもよい。フランジ部82とテーパー部81との間の角度は、特に限定されるものではなく、鋭角、直角、鈍角のいずれであってもよい。また、フランジ部82の断面形状も、必ずしも直線状である必要はなく、曲線状であってもよいし、階段状であってもよい。
(2)しごき加工工程
しごき加工工程では、図2に示すような予備成形体製造装置1Aを用いて、板材9を回転しながら、板材9の所定範囲A(図1(b)参照)をテーパー状95に成形する。所定範囲Aのテーパー状95への成形は、図2に示すように、板材9における変形対象部位92を局所的に加熱するとともに、変形対象部位92に加工具10を押圧することにより行われる。
本実施形態では、変形対象部位92の局所的な加熱は、裏側加熱器4および表側加熱器5を用いた誘導加熱により行われる。裏側加熱器4は、板材9を挟んで加工具10と反対側に配置されており、表側加熱器5は、板材9に対して加工具10と同じ側に配置されている。ただし、変形対象部位92の局所的な加熱は、裏側加熱器4と表側加熱器5のどちらか一方のみによって行われてもよい。すなわち、予備成形体製造装置1Aは、裏側加熱器4と表側加熱器5のどちらか一方のみを有していてもよい。また、変形対象部位92の局所的な加熱は、例えばガスバーナーなどを用いて行われてもよい。
予備成形体製造装置1Aは、板材9を回転させる回転シャフト21と、回転シャフト21に取り付けられて板材9の中心部91を支持する受け治具22と、受け治具22と共に板材9を挟持する固定治具31を含む。上述した変形対象部位92とは、回転シャフト21の軸心20から所定距離Rだけ離れた所定幅のリング状の部位のことである(図3参照)。なお、図1(a)〜(c)に示すように、回転シャフト21の軸心20は、板材9の中心軸90および軸対称部品8の中心軸80と一致する。
図2に示すように、回転シャフト21の軸方向(軸心20が延びる方向)は、本実施形態では鉛直方向である。ただし、回転シャフト21の軸方向は、水平方向や斜め方向であってもよい。回転シャフト21の下部は基台11に支持されており、回転シャフト21は図略のモータによって回転させられる。
板材9は、例えば、フラットな円形状の板である。本実施形態では、図1(a)に示すように、板材9の中心に円形状の開口94が設けられている。開口94は、例えば、受け治具22に対する位置決めに利用される。ただし、板材9には必ずしも開口94が設けられている必要はない。
また、本実施形態では、板材9がチタン合金からなる。チタン合金には、耐食合金(例えば、Ti−0.15Pd)、α合金(例えば、Ti−5Al−2.5Sn)、α+β合金(例えば、Ti−6Al−4V)、β合金(Ti−15V−3Cr−3Sn−3Al)などがある。ただし、板材9の素材は、チタン合金に限られるものではなく、例えば、ステンレス、鋼、アルミニウム合金などであってもよい。
受け治具22は、板材9における成形開始位置によって規定される円に収まるサイズを有している。すなわち、板材9は、受け治具22の径方向外向きの側面に押し付けられて変形されることはない。ただし、予備成形体製造装置1Aが表側加熱器5のみを有する場合は、受け治具22に代えて、側面が板材に対する成形面であるマンドレルが用いられてもよい。
ところで、板材9が厚板である場合(例えば、板材9の板厚が20mm以上の場合)は、板材9の表側または裏側からのみの加熱では、しごき加工(加工具10の押圧によるテーパー状95の成形)が可能となる程度に板材9の変形対象部位92を加熱することが困難な場合がある。このような観点からは、板材9が肉厚の場合は、予備成形体製造装置1Aは、裏側加熱器4と表側加熱器5の双方を有することが望ましい。また、裏側加熱器4の配置を可能とするために、予備成形体製造装置1Aは、マンドレルではなく、受け治具22を有することが望ましい。これにより、肉厚の板材9を良好に加工することができる。
上述した固定治具31は、加圧ロッド32に取り付けられており、加圧ロッド32は、支持部33によって回転可能に支持されている。支持部33は、駆動部34によって上下方向に駆動される。駆動部34は、回転シャフト21の上方に配置されたフレーム12に取り付けられている。ただし、固定治具31を省略し、例えばボルトによって板材9を受け治具22に直接的に固定してもよい。
板材9の変形対象部位92を押圧する加工具10は、板材9の上方に配置されており、板材9は、受け治具22を収容するように下向きに開口する形状に成形される。ただし、加工具10が板材9の下方に配置され、板材9が固定治具31を収容するように上向きに開口する形状に成形されてもよい。
加工具10は、径方向移動機構14により回転シャフト21の径方向に移動させられるとともに、軸方向移動機構13により径方向移動機構14を介して回転シャフト21の軸方向に移動させられる。軸方向移動機構13は、上述した基台11とフレーム12を橋架するように延びている。本実施形態では、加工具10として、板材9の回転に追従して回転するローラが用いられている。ただし、加工具10は、ローラに限定されず、例えばヘラであってもよい。また、複数の加工具10を用いることも可能である。
本実施形態では、加工具10が、軸方向移動機構13により板材9に対して下向きに押圧されながら、径方向移動機構14により板材9の特定位置から周縁部93まで移動させられる。すなわち、テーパー状95に成形される所定範囲Aは、板材9の特定位置から周縁部93までである。
所定範囲Aの内側端である上記の「特定位置」は、当該特定位置の真下に裏側加熱器4が配置できるように、受け治具22の周縁部から径方向外側に離間した位置であることが望ましい。ただし、裏側加熱器4を特定位置の真下から径方向外側にずれた位置に配置しても特定位置での加熱を十分に行うことができる場合には、特定位置は受け治具22の周縁部と一致していてもよい。また、マンドレルを用いる場合には、特定位置は、マンドレルの側面である成形面と板材9を受ける支持面との間のコーナー部と一致する。
裏側加熱器4および表側加熱器5は、径方向移動機構16により回転シャフト21の径方向に移動させられるとともに、軸方向移動機構15により径方向移動機構16を介して回転シャフト21の軸方向に移動させられる。軸方向移動機構15は、上述した基台11とフレーム12を橋架するように延びている。
例えば、裏側加熱器4および表側加熱器5の少なくとも一方には、板材9の変形対象部位92までの距離を計測する変位計(図示せず)が取り付けられる。裏側加熱器4および表側加熱器5は、その変位計の計測値が一定となるように、回転シャフト21の軸方向および径方向に移動させられる。
裏側加熱器4および表側加熱器5と加工具10との相対位置は、それらが回転シャフト21の軸心20を中心とするほぼ同一円周上に位置している限り、特に限定されるものではない。例えば、裏側加熱器4および表側加熱器5は、回転シャフト21の周方向に加工具10から180度離れていてもよい。
図3および図4(a)に示すように、裏側加熱器4は、コイル部42を有する電通管41と、コイル部42の周囲に発生する磁束を集約するためのコア45を含む。電通管41内には、冷却液が流れる。コイル部42は、板材9の回転方向に延びる、板材9に沿った二重円弧状をなしている。コイル部42の開き角度(両端部間の角度)は、例えば60〜120度である。コア45は、コイル部42の内側円弧部43を板材9と反対側から覆う1つの内周側ピース46と、コイル部42の外側円弧部44を板材9と反対側から覆う2つの外周側ピース47とで構成されている。
同様に、図3および図4(b)に示すように、表側加熱器5は、コイル部52を有する電通管51と、コイル部52の周囲に発生する磁束を集約するためのコア55を含む。電通管51内には、冷却液が流れる。コイル部52は、板材9の回転方向に延びる、板材9に沿った二重円弧状をなしている。コイル部52の開き角度(両端部間の角度)は、例えば60〜120度である。コア55は、コイル部52の内側円弧部53を板材9と反対側から覆う1つの内周側ピース56と、コイル部52の外側円弧部54を板材9と反対側から覆う2つの外周側ピース57とで構成されている。
上述したように、裏側加熱器4および表側加熱器5のそれぞれは板材9の回転方向に延びるコイル部(42または52)を含んでいるので、板材9の変形対象部位92の局所的な加熱を板材9の回転方向に連続的に行うことができる。これにより、良好な成形性を得ることができる。
裏側加熱器4および表側加熱器5の電通管41,51には、交流電圧が印加される。交流電圧の周波数は、特に限定されるものではないが、5k〜400kHzの高周波数であることが望ましい。すなわち、裏側加熱器4および表側加熱器5による誘導加熱は、高周波誘導加熱であることが望ましい。
(3)増肉加工工程
増肉加工工程では、図5に示すような予備成形体製造装置1Bを用いて、板材9を回転しながら、板材9におけるテーパー状95の末端である周縁部93を内向きに膨らませる(図1(c)参照)。周縁部93の内向きへの膨らませは、図5に示すように、板材9の周縁部93を局所的に加熱するとともに、周縁部93を当該周縁部93の厚み方向と直交する方向に押し込むように周縁部93に成形ローラ6を押圧することにより行われる。なお、複数の成形ローラ6を用いることも可能である。
図5に示す予備成形体製造装置1Bは、図2に示す予備成形体製造装置1Aの加工具10を成形ローラ6に取り換えるとともに、表側加熱器5を取り外したものである。すなわち、周縁部93の局所的な加熱は、裏側加熱器4を用いた誘導加熱により行われる。それ故に、増肉加工工程で別途に加熱器を準備する必要がない。例えば、板材9の周縁部93の温度が計測され、この計測温度が目標温度となるように、裏側加熱器4の電通管41に印加される交流電圧が制御される。ただし、周縁部93の局所的な加熱は、表側加熱器5を用いた誘導加熱により行われてもよい。あるいは、周縁部93の局所的な加熱は、例えばガスバーナーなどを用いて行われてもよい。
成形ローラ6は、ブラケット7を介して径方向移動機構14に取り付けられている。具体的に、成形ローラ6は、図6(a)に示すように、中心に貫通穴を有し、その貫通穴にシャフト65が挿通されている。シャフト65と貫通穴の間には、成形ローラ6を回転可能に支持する一対の軸受が配置される。なお、図6(a)では、図面の簡略化のために、成形ローラ6をシャフト65に嵌合するように描き、軸受の作図を省略している。シャフト65の両端部は、上述したブラケット7に支持されている。
より詳しくは、成形ローラ6は、当該成形ローラ6の回転軸方向Xに延びる円筒状の押圧面61と、押圧面61の一方の端部から径方向外向きに広がるガイド面62と、を有している。本実施形態では、ガイド面62が押圧面61と鈍角をなしているが、ガイド面62は押圧面61と垂直であってもよいし、押圧面61と鋭角をなしていてもよい。
例えば、成形ローラ6は、ガイド面62が斜め下方を向くように回転軸方向Xが板材9の周縁部93の厚み方向と平行にされた状態で、周縁部93に押圧される。このとき、成形ローラ6は、径方向移動機構14および軸方向移動機構13により、例えば、周縁部93の厚み方向と直交する方向に対して僅かに水平に近い方向に沿って移動させられる。これにより、図6(b)に示すように、周縁部93を内向きに膨らませることができる。すなわち、成形ローラ6の押圧面61で板材9の周縁部93を押し込みながら、ガイド面62により、押し込みによる周縁部93の膨らみを一方向のみに規制することができる。
以上説明したしごき加工工程および増肉加工工程により、図1(c)に示すような予備成形体98が得られる。この予備成形体98から軸対称部品8を製造するには、予備成形体98を熱処理して残留応力を除去した後に、機械加工により予備成形体98から軸対称部品8を削り出せばよい。これにより、軸対称部品8を安価に製造することができる。
なお、しごき加工工程と増肉加工工程の間にも、板材9を熱処理して残留応力を除去する工程があってもよい。この構成によれば、増肉加工工程における板材9の変形や割れのリスクを低減することができる。
以上説明したように、本実施形態の予備成形体の製造方法では、しごき加工工程によって予備成形体98における軸対称部品8のテーパー部81を包含する部分を成形できるとともに、増肉加工工程によって予備成形体98における軸対称部品8の内向きフランジ部82を包含する部分を成形できる。従って、内向きフランジ部82を有する軸対称部品8用の予備成形体98を板材9から製造することができる。
ところで、鋼やアルミニウム合金などは、温度が上昇するにつれて耐力(塑性変形を開始する応力)が徐々に低下するが、チタン合金では、例えば図7に示すように、ある温度域(約320℃〜400℃)で耐力が大きく低下する。従って、その温度域よりも高い温度で板材9を加熱すれば、しごき加工工程および増肉加工工程のそれぞれにおいて、加熱された部分を含む狭い範囲のみを変形させることができる。
<変形例>
しごき加工工程では、板材9の変形対象部位92よりも外側部分を支持する補助具を用いてもよい。補助具は、板材9の変形対象部位92よりも外側部分の下方への変形を防止するように板材9の裏側に配置されていてもよいし、板材9の変形対象部位よりも外側部分の上方への変形を防止するように板材9の表側に配置されていてもよい。あるいは、補助具は、板材9の変形対象部位92よりも外側部分を挟み込むように、板材9の裏側および表側の双方に配置されていてもよい。補助具としては、例えばローラを用いることができる。
増肉加工工程では、成形ローラ6の押圧によって板材9の周縁部93が外向きに膨らむことが抑制されるように、補助ローラを板材9の表側から周縁部93に補助的に押圧してもよい。例えば、補助ローラの回転軸方向は、補助ローラの外周面が周縁部93に当接するように周縁部93の厚さ方向と直交していてもよいし、補助ローラの両端面の一方が周縁部93に当接するように周縁部93の厚さ方向と平行であってもよい。
(第2実施形態)
第2実施形態では、図8(a)に示す板材9から、図1(c)に示す予備成形体98を製造する。具体的に、第2実施形態に係る予備成形体98の製造方法は、図8(b)に示すしごき加工工程と図1(c)に示す増肉加工工程との間に、図8(c)に示すカット工程を含む。
本実施形態では、カット工程があるために、板材9の形状は、円形状に限られない。例えば、板材9の形状は、三角形や台形状などを含む多角形状であってもよいし、長方形状や楕円状などの長尺状であってもよい。
本実施形態のしごき加工工程は、第1実施形態のしごき加工工程と、板材9におけるテーパー状95に成形される所定範囲Aが異なるだけである。具体的に、本実施形態では、図2に示すように、加工具10が、軸方向移動機構13により板材9に対して下向きに押圧されながら、径方向移動機構14により板材9の特定位置から周縁部93の近傍まで移動させられる。すなわち、テーパー状95に成形される所定範囲Aは、板材9の特定位置から周縁部93の近傍までである。ここで、「周縁部93の近傍」とは、例えば、板材9の端面から、板材9の半径の1/20〜1/4内側に寄った位置である。
カット工程では、板材9における所定範囲Aの外側部分をカットする。このカットの方向は、図8(c)に示すように水平方向であってもよいし、鉛直方向であってもよい。あるいは、カットの方向は、斜め方向(例えば、テーパー状95の厚み方向)であってもよい。カット工程によって、テーパー状95の末端95aが、板材9の周縁部となる。なお、板材9における所定範囲Aの外側部分をカットした後に、板材9の周縁部に面取り加工や角丸め加工を施してもよい。
本実施形態の増肉加工工程は、第1実施形態の増肉加工工程と同様であり、図5ならびに図6(a)および(b)中の板材9の周縁部の符号が63から65aに変更になるだけである。
本実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の予備成形体98の製造方法では、しごき加工工程で板材9の周縁部93が残されるため、しごき加工を容易に行うことができる。ただし、第1実施形態のように、所定範囲Aが板材9の特定位置から周縁部93までであれば、板材9の直径を小さくすることができる。その結果、素材の使用量を最小限に抑えることができる。
(その他の実施形態)
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、図9(a)に示すように、軸対称部品8がテーパー部81の小径部側にテーパー部81と対向する環状突起83を有する場合は、以下のような方法で予備成形体98を製造してもよい。まず、板材9を裏面が上方を向くようにひっくり返した状態で、板材9の裏面に加工具10を押圧しながらしごき加工を行うことによって、環状突起83に対応する位置に段差96を形成する。その後、板材9を裏面が下方を向く正規の状態(図9(a)に示す状態)に戻し、図9(b)に示すように板材9の表面に加工具10を押圧しながらしごき加工を行う。
また、増肉加工工程において、成形ローラ6を回転シャフト21の軸心20を通る鉛直面上でスイングさせながらテーパー状の末端である周縁部(93または95a)に押圧すれば、周縁部を、図1(c)に示すような周縁部の厚さ方向だけでなく、任意の方向に膨らませることが可能である。
また、裏側加熱器4および表側加熱器5のそれぞれは、必ずしも二重円弧状のコイル部(42または52)を有する必要はない。例えば、裏側加熱器4および/または表側加熱器5は、円弧状に並べられた複数の円形のコイル部を有していてもよいし、1つの円形のコイル部のみを有していてもよい。
本発明は、種々の機械に用いられる軸対称部品用の予備成形体を製造する際に有用であるが、特に軸対称部品が航空機部品である場合に極めて有用である。
10 加工具
4 裏側加熱器
42 コイル部
5 表側加熱器
52 コイル部
6 成形ローラ
61 押圧面
62 ガイド面
8 軸対称部品
81 テーパー部
82 フランジ部
9 板材
92 変形対象部非
93 周縁部
95 テーパー状
95a 周縁部

Claims (12)

  1. テーパー部および前記テーパー部の大径部から内向きに突出するフランジ部を有する軸対称部品用の予備成形体を製造する方法であって、
    板材を回転しながら、前記板材における変形対象部位を局所的に加熱するとともに、前記変形対象部位に加工具を押圧して、前記板材の所定範囲をテーパー状に成形するしごき加工工程と、
    前記板材を回転しながら、前記板材における前記テーパー状の末端である周縁部を局所的に加熱するとともに、前記周縁部を当該周縁部の厚み方向と直交する方向に押し込むように前記周縁部に成形ローラを押圧して、前記周縁部を内向きに膨らませる増肉加工工程と、
    を含む、予備成形体の製造方法。
  2. 前記所定範囲は、前記板材の特定位置から周縁部までである、請求項1に記載の予備成形体の製造方法。
  3. 前記所定範囲は、前記板材の特定位置から周縁部の近傍までであり、
    前記しごき加工工程と前記増肉加工工程の間に、前記板材における前記所定範囲の外側部分をカットするカット工程を含む、請求項1に記載の予備成形体の製造方法。
  4. 前記しごき加工工程では、前記板材の変形対象部位を誘導加熱により加熱し、
    前記増肉加工工程では、前記板材の周縁部を誘導加熱により加熱する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  5. 前記しごき加工工程では、前記板材を挟んで前記加工具と反対側に配置された裏側加熱器と、前記板材に対して前記加工具と同じ側に配置された表側加熱器を用いて、前記変形対象部位を加熱する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  6. 前記表側加熱器および前記裏側加熱器のそれぞれは、前記板材の回転方向に延びる、前記板材に沿った二重円弧状のコイル部を含む、請求項5に記載の予備成形体の製造方法。
  7. 前記増肉加工工程では、前記裏側加熱器または前記表側加熱器を用いて前記板材の周縁部を加熱する、請求項5または6に記載の予備成形体の製造方法。
  8. 前記成形ローラは、当該成形ローラの回転軸方向に延びる円筒状の押圧面と、前記押圧面の一方の端部から径方向外向きに広がるリング状のガイド面と、を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  9. 前記板材は、チタン合金からなる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  10. 前記軸対称部品は、航空機部品である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  11. 前記しごき加工工程と前記増肉加工工程の間に、前記板材を熱処理して残留応力を除去する工程を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の予備成形体の製造方法により得られた予備成形体を熱処理して残留応力を除去した後、機械加工により前記予備成形体から軸対称部品を削り出す、軸対称部品の製造方法。
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KR1020167023524A KR102164419B1 (ko) 2014-04-21 2015-04-07 예비 성형체 및 축대칭 부품의 제조 방법
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201117480D0 (en) 2011-10-10 2011-11-23 Palikaras George Filter
JP6705711B2 (ja) * 2016-07-13 2020-06-03 川崎重工業株式会社 スピニング成形方法
CN111881517B (zh) * 2020-07-21 2023-07-18 沈阳航空航天大学 基于仿形旋轮的管件局部圆弧形豁口的非对称旋压方法
CN112404227B (zh) * 2020-11-26 2023-10-27 首都航天机械有限公司 一种带叉形环结构封头的旋压成形方法

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US438406A (en) 1890-10-14 dewey
US2767466A (en) * 1945-10-08 1956-10-23 Rca Corp Method of making metal cones for cathode ray tubes
US3050830A (en) * 1957-11-12 1962-08-28 Crucible Steel Co America Method of spinning agricultural discs
US3282078A (en) * 1963-12-23 1966-11-01 Cincinnati Milling Machine Co Method of making grooved hollow article
GB1344066A (en) * 1970-08-04 1974-01-16 Secr Defence Metal working
DE2148519A1 (de) 1971-09-29 1973-04-05 Ottensener Eisenwerk Gmbh Verfahren und vorrichtung zum erwaermen und boerdeln von ronden
DE2204343C3 (de) * 1972-01-31 1975-04-17 Ottensener Eisenwerk Gmbh, 2000 Hamburg Vorrichtung zur Randzonenerwärmung einer um die zentrische Normalachse umlaufenden Ronde
JPS58205623A (ja) * 1982-05-25 1983-11-30 Matsushita Electric Works Ltd スピニング加工方法
US4606206A (en) 1985-01-30 1986-08-19 Motor Wheel Corporation Method and apparatus for edge preparation of spinning blanks
JP3390838B2 (ja) 1992-12-18 2003-03-31 株式会社アローエンタープライズ 自動車用ホイールの成形方法
US5388964A (en) * 1993-09-14 1995-02-14 General Electric Company Hybrid rotor blade
DE4341097C2 (de) * 1993-12-02 1995-09-21 Leifeld Gmbh & Co Drückmaschine für die Herstellung von durch radiale Umformung erzeugbaren rotationssymmetrischen Metallblech-Werkstücken
JP3364811B2 (ja) 1994-04-22 2003-01-08 株式会社久保田鉄工所 歯車の製造装置
KR100235823B1 (ko) 1995-01-27 2000-03-02 가네미쓰 유키우 환상주벽을 가지는 판금체 및 그 환상주벽의 비대화방법
JPH0966330A (ja) 1995-08-31 1997-03-11 Fuji Kiko Co Ltd 円板外周部の増肉方法及び外周に伝導部を有する円板部材の成形方法
DE19602298C2 (de) * 1996-01-23 1999-11-11 Leifeld Gmbh & Co Verfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen Teiles
DE19605645C2 (de) 1996-02-15 1998-09-24 Leifeld Gmbh & Co Verfahren zur Herstellung eines Maschinenelementes mit Außenverzahnung
DE19617826C2 (de) 1996-05-03 2001-02-01 Leifeld Gmbh & Co Verfahren und Drückeinrichtung zum Herstellen eines Maschinenelementes mit Außenverzahnung
JPH105912A (ja) 1996-06-14 1998-01-13 Nissan Motor Co Ltd 裂開加工用ローラ
US6199419B1 (en) * 1998-04-27 2001-03-13 Emmanuil Shrayer Method for manufacturing a dome from an undersized blank
JP4434332B2 (ja) * 1998-05-29 2010-03-17 アイシン機工株式会社 円板における環状周壁部の成形方法
DE19915027A1 (de) * 1999-04-01 2000-01-20 Leico Werkzeugmaschb Gmbh & Co Getriebeteil und Verfahren zum Formen eines Getriebeteils
JP3040100B1 (ja) * 1998-12-25 2000-05-08 アイシン機工株式会社 円板状素材の外周部増肉方法
JP4246310B2 (ja) * 1999-01-12 2009-04-02 Ntn株式会社 ころ軸受用保持器の製造方法
DE19916280A1 (de) 1999-02-16 2000-08-24 Wf Maschinenbau Blechformtech Vorrichtung zur Herstellung einer Nabe
JP2001129635A (ja) * 1999-11-02 2001-05-15 Nsk Warner Kk 異形リングの製造方法
DE19960582A1 (de) * 1999-12-15 2000-08-03 Leico Werkzeugmaschb Gmbh & Co Verfahren und Vorrichtung zum Drückwalzen
US20030200781A1 (en) * 2002-04-25 2003-10-30 Yahya Hodjat Method of tensile flow forming
US20040134249A1 (en) 2003-01-09 2004-07-15 Utiashev Farid Zaynullaevich Method and device for making intricately-shaped axisymmetric parts from hardly deformable polyphase alloys
JP4418168B2 (ja) 2003-05-14 2010-02-17 本田技研工業株式会社 楕円形環体の製造方法
JP2005028422A (ja) * 2003-07-09 2005-02-03 Yokohama Seiki Kk 逐次成形方法及び該方法で成形された成形品
WO2010009751A1 (de) 2008-07-24 2010-01-28 Welser Profile Ag Verfahren zur herstellung eines profils mit mindestens einer verdickten profilkante
CN201316781Y (zh) * 2008-12-22 2009-09-30 中机十院国际工程有限公司 冷辗环机新型支承轮
CN101898223A (zh) * 2010-05-07 2010-12-01 陆锦才 对数滚子毛坯的滚压成型装置
CN101823111B (zh) * 2010-05-28 2012-01-25 二重集团(德阳)重型装备股份有限公司 超大型辗环机
GB201016611D0 (en) * 2010-10-01 2010-11-17 Cambridge Entpr Ltd Spin forming and apparatus for manufacturing articles by spin forming
CN202070632U (zh) 2011-02-15 2011-12-14 北京超代成科技有限公司 一种加工金属圆钣料边缘增厚的旋压装置
JP2012192414A (ja) 2011-03-15 2012-10-11 Society Of Japanese Aerospace Co 成形方法および成形装置
JP5269943B2 (ja) 2011-04-28 2013-08-21 島田理化工業株式会社 誘導加熱装置
ES2532217T3 (es) 2012-04-20 2015-03-25 Leifeld Metal Spinning Ag Procedimiento y dispositivo para la conformación de una pieza de trabajo
KR101508108B1 (ko) 2012-08-10 2015-04-07 카와사키 주코교 카부시키 카이샤 스피닝 성형 장치 및 성형 방법
WO2014073258A1 (ja) * 2012-11-12 2014-05-15 日本スピンドル製造株式会社 塑性加工方法及びそれに用いるスピニングマシン

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