JP6560880B2 - 肥大加工用の金型及び肥大加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、肥大加工の際にワークの端部側を支持するための肥大加工用の金型に関する。

従来、ワークの両端部側を一対のホルダユニットにより支持し、軸線方向に圧力を加えつつ軸線と交差する方向にエネルギーを繰り返し加えることで、ホルダユニット間のワークに肥大部を形成する軸肥大加工装置が知られている（例えば下記特許文献１参照）。
このような軸肥大加工装置では、ワークの端部側を嵌合して支持するために、各ホルダユニットには貫通孔を備えたスリーブや有底穴を備えたホルダなどの肥大加工用の金型が配設されている。

特開２０１１−１５６５６８号公報

しかしながら肥大加工では、ワークの両端部側を金型に嵌合した状態で、軸方向に圧力を加えつつ交差方向のエネルギーを加えることを繰り返し行うことでワークを塑性変形させるため、加工中又は加工後に焼付きが生じ易い。

焼付きが生じると、ワークの端部側表面に転写されて荒れ、傷、変形等を生じ製品品質が悪化したり、金型が破損したりする。焼付きが生じた金型は磨いてそのまま使用することはできないため、交換が必要となる。ワークや金型によっては、焼付きが比較的短期間で起こることも多く、金型寿命が短いという問題点があった。

そこで本発明では、製品品質の悪化や金型の破損などを容易に長期間防止でき、金型寿命を延長し易い肥大加工用の金型を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の肥大加工用の金型は、ワークの両端部側を一対のホルダユニットにより支持し、軸線方向に圧力を加えつつ軸線と交差する方向にエネルギーを加えることで、ホルダユニット間のワークに肥大部を形成する肥大加工の際、ワークの端部側を嵌合支持するためにホルダユニットに配設される肥大加工用の金型であって、ワークの端部側が嵌合される第１嵌合部を有する第１部分金型と、ワークが貫通して嵌合される第２嵌合部を有して第１部分金型の肥大部側に配置された第２部分金型と、第１嵌合部と第２嵌合部とを同軸に当接させて第１部分金型と第２部分金型とを固定する同軸固定部と、を備えてなり、同軸固定部は、ホルダユニットの嵌合凹部内に第１及び第２部分金型を収容し、第１及び第２部分金型の外周面を嵌合凹部の内周面に嵌合させ、且つ、嵌合凹部内に設けられた連結部により第１部分金型と第２部分金型とを軸方向に連結して固定するものとなっている。

この肥大加工用の金型の第２嵌合部は、肥大部側に曲面状に拡開するＲ部を有し、このＲ部は互いに異なる曲率半径の曲面を複合してなるものであってもよい。
この肥大加工用の金型では、第２部分金型は、ワークの端部側が嵌合されて加工完了時に肥大部が接するニブと、ニブの外周に焼きばめにより一体化されたケースと、を備え、肥大部側の端面におけるニブの外周縁が、肥大部が接する部位から所定間隔を空けた外周側となるように形成されているものであってもよい。

その場合、本発明の肥大加工用の金型は、ワークの両端部側を一対のホルダユニットにより支持し、軸線方向に圧力を加えつつ軸線と交差する方向にエネルギーを加えることでホルダユニット間のワークに肥大部を形成する肥大加工の際、ワークの端部側を嵌合支持するためにホルダユニットに配設され、加工完了時に肥大部が端面に接して形成される肥大加工用の金型であって、ワークの端部側が嵌合されて肥大部が接するニブと、ニブの外周に焼きばめにより一体化されたケースと、を備え、端面におけるニブの外周縁が、肥大部が接する部位から所定間隔を空けた外周側となるように形成されているものとしてもよい。

本発明の肥大加工用の金型によれば、第１部分金型と第２部分金型とを同軸固定部により固定した分割構造であるため、肥大加工で金型に物理的劣化が生じた際、第２部分金型だけを分離して補修できる。そのため、物理的劣化に起因する焼付きを防いでワークの端部側表面の荒れ、傷、変形のような製品品質の悪化や、金型の破損などを容易に長期間防止でき、金型寿命を延長することが可能になる。

本発明の実施形態に係る肥大加工用の金型が配設された一対のホルダユニットを示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る肥大加工用の金型を用いた肥大加工後の状態を示す一方の金型の概略断面図である。 実施形態の変形例に係る肥大加工用の金型が配置された一対のホルダユニットを示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。ここでは断面円形を有する金属製の軸状ワークの中間部に肥大部を形成する軸肥大加工装置に用いる金型の例を説明する。
軸肥大加工装置は、図１及び図２に示すように、ワークＷの両端部側を支持して軸線Ｌ方向に圧力を加えつつ軸線Ｌと交差する方向にエネルギーを繰り返し加えるための一対のホルダユニット１０を備えている。

各ホルダユニット１０，１０には、ワークＷの端部側を嵌合して支持するための肥大加工用の金型２０が配設されている。各金型２０，２０は、ワークＷの端部側が嵌合される第１部分金型２１と、第１部分金型２１の肥大部Ｗｆ側となる位置に配置されてワークＷが貫通して嵌合される第２部分金型２２と、第１部分金型２１と第２部分金型２２とを同軸に当接させて固定する同軸固定部２３と、を備えている。

第１部分金型２１は、筒状のニブ２５ａと、ニブ２５ａの外周に焼きばめにより一体化されたケース２６ａとで構成されていて、ホルダユニット１０の嵌合凹部１１に収容可能な断面円形の外形を有し、内側に有底穴形状の第１嵌合部２７ａが設けられている。第１嵌合部２７ａは断面円形を有してワークＷの端部側の外周面を嵌合可能である。
この第１部分金型２１には、ワークＷの端面が当接可能な底部が設けられているが、底部がない貫通したものでもよく、加工後にワークを取り出すための構造を有していてもよい。

第２部分金型２２は、筒状乃至リング状のニブ２５ｂとニブ２５ｂの外周に焼きばめにより一体化されたケース２６ｂとで構成されていて、ホルダユニット１０の嵌合凹部１１に収容可能な断面円形の外形を有し、貫通孔形状の第２嵌合部２７ｂが設けられている。
第２嵌合部２７ｂは断面円形で第１嵌合部２７ａの直径以上の直径を有しており、ワークＷが貫通した状態で嵌合可能である。

第２部分金型２２の第２嵌合部２７ｂにおいて、肥大部Ｗｆ側となる位置には第２嵌合部２７ｂが軸方向に曲面状に拡開するようにＲ部２８が設けられている。肥大加工では、ワークＷが第２部分金型２２の端面側に接して肥大部Ｗｆが形成されるため、Ｒ部２８は摩耗等の物理的劣化が生じ易い。
Ｒ部２８の曲率半径は一定であってもよいが、肥大加工時にワークＷに応力が集中し易い部位の曲率半径を、他の部位より大きく設定することで、互いに異なる曲率半径の曲面が滑らかに複合された複合Ｒ部とするのがよい。複合Ｒ部とすることで応力を分散でき、肥大加工時にワークＷにクラックが生じることを防止できる。
特に限定されるものではないが、曲率半径を大きく設定した部位が曲率半径を小さく設定した部位に挟まれるように設けることができる。曲率半径を他の部位と異ならせる位置や大きさは、例えば予め試作等によりクラック等が生じた部位とすることも可能である。

これらの第１部分金型２１及び第２部分金型２２は、ニブ２５ａ，２５ｂとケース２６ａ，２６ｂとが焼きばめにより一体化されている。ここではニブ２５ａ，２５ｂの外径及びケース２６ａ，２６ｂの内径を第１部分金型２１と第２部分金型２２とで同等にしている。これらの外径及び内径は締め代を設けて設定されており、材料の引張強度、弾性率、焼きばめ温度、熱膨張率等を用いて肥大加工時に負荷される応力を許容できる強度で接合されており、少なくともプレス金型とした場合の強度を確保できる外径及び内径とされている。

ところがこの実施形態における肥大加工用の金型の場合、プレス金型のように安定した圧力が負荷されるものとは異なり、金型各部に負荷される圧力が加工期間中に大きく増減変動する。そのため、プレス金型とした場合の強度を確保することに加え、肥大加工時に大きく増減変動して局部的に負荷される圧力に対する強度をも確保することが必要である。特に、第２部分金型２２では、図２に示すように、肥大部Ｗｆがニブ２５ｂの端面に接して形成される。そのため、肥大部Ｗｆ側の端面におけるニブ２５ｂの外周縁２５ｅが、肥大部Ｗｆが接する部位から所定間隔を空けた外周側となるように設定することが望ましい。
即ち、第２部分金型２２の場合、肥大加工中に肥大化する肥大部Ｗｆからニブ２５ｂに反力が負荷される。これが端面におけるニブ２５ｂの外周縁２５ｅに繰り返し負荷されると、外周縁２５ｅに割れなどの破損が生じる。
そのため、焼きばめの接合強度を確保しつつ、ニブ２５ｂの外周縁２５ｅを、加工完了時に形成される肥大部Ｗｆが接する部位から外側に離間させることで、破損を防止することが可能となる。
離間させる距離は、ニブ２５ｂの外周縁２５ｅに破損が生じない範囲であれば特に限定されないが、例えば加工完了時に形成される肥大部Ｗｆより１０ｍｍ以上外側に離間させてもよい。

またこれらの第１及び第２部分金型２１，２２では、第１嵌合部２７ａ及び第２嵌合部２７ｂは、加工前にワークＷを挿脱自在であり、加工中には軸方向、径方向及び周方向の何れにも移動不能に嵌合し、加工後には取外し可能であることが必要である。そのため、第１及び第２嵌合部２７ａ，２７ｂの内面及び肥大部Ｗｆ側の端面には、摺動性を向上するための表面処理が施されているのがよい。

同軸固定部２３は、第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとを同軸に当接させて第１部分金型２１と第２部分金型２２とを固定し、加工時の圧力を支持するものである。
この実施形態の同軸固定部２３では、ホルダユニット１０のホルダ本体１０ａに嵌合凹部１１が設けられており、嵌合凹部１１内に第１及び第２部分金型２１，２２を収容し、嵌合凹部１１の内周面に第１部分金型２１及び第２部分金型２２の外周面を嵌合させることで、第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとが精度よく同軸に配置され、径方向の位置ずれが阻止される。さらに嵌合凹部１１内に設けられた連結部としての締結具２９により、第２部分金型２２と第１部分金型２１とホルダ本体１０ａとをこの順で軸方向に連結して固定することで、軸方向及び周方向の位置ずれが阻止される。

このように同軸固定部２３に第１部分金型２１と第２部分金型２２とを固定した状態では、第２嵌合部２７ｂの直径が厳密に第１嵌合部２７ａの直径以上の直径で形成されているのがよく、これにより金型２０の内部に断面形状が拡大する部位が形成されない。
また第１部分金型２１と第２部分金型２２とを固定した状態では、第１嵌合部２７ａの内周面と第２嵌合部２７ｂの内周面との間に間隙が形成されないことが望ましく、これにより金型２０の内部で突出したバリが形成されない。

以上のような金型２０を用いてワークＷの肥大加工を行うには、例えば次のようにしてもよい。
図１に示すように、一対のホルダユニット１０にそれぞれ第１及び第２部分金型２１，２２を固定し、ワークＷの両端部側を各金型２０，２０に支持させる。そして一対のホルダユニット１０を軸線Ｌに沿って相対加圧した状態で、回転駆動させながらホルダユニット１０同士を傾斜駆動させる。これにより、図２に示すように、ホルダユニット１０間のワークＷに肥大部Ｗｆを形成することができる。

以上のような肥大加工用の金型２０によれば、同軸固定部２３により第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとを同軸に当接させて、第１部分金型２１と第２部分金型２２とを固定しているので、肥大加工の際には、第１及び第２嵌合部２７ａ，２７ｂが連続した状態でワークＷの端部側を支持できる。
第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとが同軸であるため、第１部分金型２１と第２部分金型２２とのズレに起因した加工不良、例えばワークＷの端部側に偏芯等の変形や筋等の傷が生じたり、金型２０の破損が生じたり、加工後に金型２０からワークＷが外せなくなるようなことを防止できる。そのため金型２０が分割構造であっても、ワークＷに所定の肥大加工を施すことが可能である。

そして、この金型２０によれば、第１部分金型２１と第２部分金型２２とを同軸固定部２３により固定した分割構造のため、肥大加工で物理的劣化が生じた際、第２部分金型２２だけを分離して補修できる。そのため、物理的劣化に起因する焼付きを防いでワークＷの端部側表面の荒れ、傷、変形のような製品品質の悪化や、金型２０の破損などを防止でき、金型２０の寿命を延長し易い。

即ち、肥大加工の場合、ワークＷを軸方向に加圧しつつ交差方向のエネルギーを繰り返し加えることでワークＷを大きく塑性変形させる。そのため金型２０の肥大部Ｗｆ側では、ワークＷが高圧で接触した状態で繰り返し荷重が作用して変位する。これにより金型２０の肥大部Ｗｆ側の部位では物理劣化が生じ易く、この劣化に起因して焼付きが生じ易くなっていた。そこで、この金型２０では、第２部分金型２２だけを分離して補修することを可能にすることで、そのような焼付きを効果的に防止し、容易に金型２０寿命を延長している。

また、この肥大加工用の金型２０によれば、同軸固定部２３が第１部分金型２１及び第２部分金型２２をホルダユニット１０の嵌合凹部１１内に収容し、嵌合凹部１１内で締結具２９により第１部分金型２１と第２部分金型２２とホルダユニット１０とを軸方向に連結して固定するので、第２部分金型２２をホルダ本体１０ａの外側に配置する必要がなく、全体のコンパクト化を図ることができる。
しかも同軸固定部２３が、第１部分金型２１及び第２部分金型２２の外周面をホルダユニット１０の嵌合凹部１１の内周面に嵌合して固定するので、肥大加工時にワークＷの肥大化に伴う高圧を簡素な構成で支持でき、各部分金型２１，２２間の径方向の位置ズレを防止できる。これにより、第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとの位置ズレによる加工不良、例えばワークＷの端部側に偏芯等の変形や筋等の傷が生じたり、金型２０の破損が生じたりするようなことを防止できる。

さらに、この肥大加工用の金型２０によれば、金型２０の端面におけるニブ２５ｂの外周縁２５ｅが、肥大部Ｗｆが接する部位から所定間隔を空けた外側となるように形成された分割構造のため、肥大加工の際、肥大部Ｗｆからニブ２５ｂが受ける力が外周縁２５ｅに直接伝わり、ニブ２５ｂの外周縁２５ｅやケース２６ｂの内周縁に割れが生じるようなことを防止できる。

なお上記実施形態は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば上記実施形態では、一対のホルダユニット１０に装着された各金型２０，２０を分割した構造を採用したが、特に限定されるものではなく、一方だけであってもよい。
また上記実施形態では、第１及び第２部分金型２１，２２に分割し、各部分金型２０，２０がニブ２５ａ，２５ｂ及びケース２６ａ，２６ｂからなるものを例示した、例えば図３に示すように、第１及び第２部分金型２１，２２を合わせた形状を有する金型２０を上記と同様の外周縁２５ｅを有するニブ２５とケース２６とにより構成することも可能である。

さらに上記実施形態では、第１嵌合部２７ａと第２嵌合部２７ｂとのずれを防止する手段を設けてもよく、第１嵌合部２７ａを貫通孔にしてもよい。また第１部分金型２１とは別にワークＷの端部の加圧部位を設けてもよい。

Ｗ ワーク
Ｗｆ 肥大部
Ｌ 軸線
１０ ホルダユニット
１０ａ ホルダ本体
１１ 嵌合凹部
２０ 金型
２１ 第１部分金型
２２ 第２部分金型
２３ 同軸固定部
２４ 肥大抑制部
２５，２５ａ，２５ｂ ニブ
２５ｅ 外周縁
２６，２６ａ，２６ｂ ケース
２７ 嵌合部
２７ａ 第１嵌合部
２７ｂ 第２嵌合部
２８ Ｒ部
２９ 締結具

Claims (2)

1. ワークの両端部側を一対のホルダユニットにより支持し、軸線方向に圧力を加えつつ該軸線と交差する方向にエネルギーを加えることで、前記ホルダユニット間の前記ワークに肥大部を形成する肥大加工の際、前記ワークの端部側を嵌合支持するために前記ホルダユニットに配設される肥大加工用の金型であって、
   前記ワークの端部側が嵌合される第１嵌合部を有する第１部分金型と、
   前記ワークが貫通して嵌合される第２嵌合部を有して前記第１部分金型の前記肥大部側に配置された第２部分金型と、
   前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを同軸に当接させて前記第１部分金型と前記第２部分金型とを固定する同軸固定部と、を備え、
   前記同軸固定部は、前記ホルダユニットの嵌合凹部内に前記第１及び第２部分金型を収容し、該第１及び第２部分金型の外周面を前記嵌合凹部の内周面に嵌合させ、且つ、前記嵌合凹部内に設けられた連結部により前記第１部分金型と前記第２部分金型とを軸方向に連結して固定するものであり、
   前記第２嵌合部は、前記肥大部側に曲面状に拡開するＲ部を有し、該Ｒ部は互いに異なる曲率半径の曲面を複合してなる、肥大加工用の金型。
2. ワークの両端部側を一対のホルダユニットにより支持し、軸線方向に圧力を加えつつ該軸線と交差する方向にエネルギーを加えることで、前記ホルダユニット間の前記ワークに肥大部を形成する肥大加工方法であって、
   前記ホルダユニットに配設される肥大加工用の金型によって前記ワークの端部側を嵌合支持し、
   前記金型は、前記ワークの端部側が嵌合される第１嵌合部を有する第１部分金型と、前記ワークが貫通して嵌合される第２嵌合部を有して前記第１部分金型の前記肥大部側に配置された第２部分金型と、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とを同軸に当接させて前記第１部分金型と前記第２部分金型とを固定する同軸固定部と、を備え、
   前記同軸固定部は、前記ホルダユニットの嵌合凹部内に前記第１及び第２部分金型を収容し、該第１及び第２部分金型の外周面を前記嵌合凹部の内周面に嵌合させ、且つ、前記嵌合凹部内に設けられた連結部により前記第１部分金型と前記第２部分金型とを軸方向に連結して固定するものであり、
   前記第２部分金型は、前記ワークの端部側が嵌合されて加工完了時に前記肥大部が端面に接するニブと、該ニブの外周に焼きばめにより一体化されたケースと、を備えるものであり、
   前記ニブの外周縁が、前記肥大部が接する部位から所定間隔を空けた外周側となるように、前記肥大部を形成する、肥大加工方法。

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