JPH06143128A - ローラバニシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 いわゆるムシレが発生しないようにしてバニ
シング加工面の硬度を更に上げるようにすること。 【構成】 マンドレル９にクーラント供給孔10、11を設
け、一方保持部材８の内面には上記クーラント供給孔1
0、11に連通するクーラント溝13を設けると共にこのク
ーラント溝13に開口してボール保持部を形成する。これ
により、ボール12はクーラント剤により潤滑されてその
摩耗が軽減され、また、ボール12を介してマンドレル９
と保持部材８との間の回転差により双方がずれて回転す
ることにより、クーラント供給孔10、11とクーラント溝
13との間で連通および遮断を繰り返して高圧力のクーラ
ントを断続的にクーラント溝13に供給し、このクーラン
ト剤の圧力によりボール12に衝撃力を与え、加工面をボ
ール12にて叩くようにしてバニシング加工をすることが
でき、高いピーニング効果を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるむしれが発生
しないようにしてバニシング加工面の硬度を更に上げる
ように改良したローラバニシング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】バニシング加工は図10に示すように機械
加工した製品の内面を更にバニシング加工装置により加
工してその内面を塑性変形させることにより硬度を高め
ると共に機械仕上面を更に高い精度に仕上げるために行
われる。この図は実際にバニシング加工をした試料をス
ケッチしたものであり、F₁の範囲はバニシング加工した
面でありF₂の範囲はバニシング加工をまだしていない面
を示す。そして、バニシング加工をした面（F₁の範囲）
にはいわゆるムシレ１が発生している。

【０００３】この図10に示したバニシング加工に使用さ
れたバニシング装置は図９に示すようにストレートロー
ラ２を備えたものであり、このストレートローラ２はホ
ルダ４により回転可能に支持されている。すなわち、ホ
ルダ４はマンドレル３に螺合しているナット７にベアリ
ング５を介在してキャップ６をナット７に締結して装着
されており、ストレートローラ２はこのホルダ４によ
り、図10に示す製品のテーパ孔の傾斜面に合わせて形成
されたマンドレル３の先端部に回転可能に保持されてい
る。そして、被加工孔にマンドレル３を回転しながら圧
入することによりストレートローラ２を被加工孔の内面
に押圧しバニシング加工を行うようにしている。

【０００４】このムシレの発生原因は次のように推定さ
れる。すなわち、このムシレが発生している部分はすべ
てテーパ孔の大径側（加工口側）に集中していることか
ら、高面圧でロール加工した際に発生する加工屑（切
粉）が大径側に排出される際にローラと加工面との間に
入り、これが原因で大径側に集中してムシレ（ピッチン
グなどによる表面損傷）が発生するものと考えられる。
また、もう一つの原因はテーパ孔の大径側と小径側とで
はストレートローラ２の回転速度が異なるので、大径側
においてテーパ孔の内面とストレートローラ２との間に
摩擦が生じているものと考えられる。そして、このムシ
レの発生は鋳鉄のような脆弱材になるほどその頻度が高
いことも確認されている。

【０００５】また、上記ストレートローラに代えてボー
ルを使用したバニシング装置が特開昭52ー94855号公報お
よび特開昭51ー107264 号公報に開示されている。このう
ち、特開昭52ー94855号公報に開示されているバニシング
加工工具はマンドレルに相当する部材の外周に螺旋状の
案内溝を形成し、この案内溝にボールを案内させてボー
ルを循環するようにし、マンドレルを回転しながら管内
に圧入してバニシング加工を行う時にボールの転がりを
確実にして、ボールと加工面との間のこすれをなくすよ
うにしたものであり、特開昭52ー94855号公報に開示され
たバニシング工具は筒状のリテーナーにボールを保持
し、このリテーナー内にロッドを挿入してワークの内面
とロッドの外面との間でボールを挟むようにしてボール
をワークの内面に圧接し、ロッドを引き抜くことにより
ボールに回転力を与えてスプライン形状のワーク内面を
バニシング加工するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ボールを使用した
バニシング装置はストレートローラのようにテーパ孔の
大径側と小径側との間で生じるストレートローラの回転
速度の違いに起因するいわゆるむしれは発生しないが、
なお次の点で改良すべき問題がある。すなわち、上記ボ
ールを使用した従来のバニシング装置にあっては積極的
なボールの潤滑が行われていないので、テーパ孔の内面
に押圧する力を強くするとボールの摩耗が激しくなって
ボールの転がりが円滑にならなくなり、ボールの摩耗屑
あるいはボールと加工面との間にこすれが生じていわゆ
るむしれ発生の可能性が高くなる。また、ボールの摩耗
を少なくするためにはテーパ孔の内面に押圧する力をあ
まり強くしなければよいのであるが、その反面において
塑性変形による仕上面の硬度を上げることができないと
いう問題がある。

【０００７】また、被加工物のテーパ孔の加工屑の排出
が困難であるので、この加工屑によりボールの摩耗が促
進されボールの摩耗屑と加工屑に起因するいわゆるむし
れ発生の可能性が高いという問題がある。

【０００８】ボールによるバニシング加工はストレート
ロールによるバニシング加工に比べて面圧が高いので、
ボールの方がピーニング効果が優れているが、更に従来
例にあってはマンドレルないしはロッドと加工面との間
にボールを挟むようにしてボールを加工面に押圧するの
で、この押圧力によって得られるピーニング効果以上の
高いピーニング効果が得られず、かつ、ボールの摩耗と
の関係もあって加工面の硬度を更に上げることができな
いという問題がある。

【０００９】本発明はボールを積極的に潤滑するように
してボールの摩耗を低減し、かつ、マンドレルによる押
圧力により得られるピーニング効果以上のピーニング効
果を得るようにして加工面の硬度を更に上げるように
し、加工面の機械的強度を向上するようにしたローラバ
ニシング装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係る手段は、マンドレルの外周に複数のボー
ル列を保持部材により保持してなるローラバニシング装
置において、前記マンドレルにクーラント供給孔を設
け、前記保持部材の内面に該クーラント供給孔に連通す
るクーラント溝を設けると共に該クーラント溝に開口し
てボール保持部を形成し、該ボール保持部に保持された
ボール列が前記マンドレルの軸心に対して一定の角度に
捩じれていることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明はこのように構成したので、次の通りの
作用がある。すなわち、マンドレルの外周に複数のボー
ル列を保持部材により保持してなるローラバニシング装
置のマンドレルにクーラント供給孔を設け、一方保持部
材の内面にはマンドレルに設けたクーラント供給孔に連
通するクーラント溝を設けると共にこのクーラント溝に
開口してボール保持部を形成したので、このボール保持
部に保持されるボールはクーラント供給孔から供給され
るクーラントにより潤滑されて摩耗を軽減し、加工面へ
のボールの押圧力を高くすることが可能になる。

【００１２】また、ボールを介してマンドレルと保持部
材とは相対的に回転移動することにより、マンドレルに
設けたクーラント供給孔と保持部材に設けたクーラント
溝との間で連通および遮断を繰り返し、クーラント供給
孔から供給される高圧力のクーラントを断続的にクーラ
ント溝に供給し、このクーラントの圧力によりボールに
衝撃力を与え、加工面をボールにて叩くようにしてバニ
シング加工をすることが可能になる。

【００１３】そして、加工屑はクーラントにより押し流
され、かつ、ボール保持部に保持されたボール列が前記
マンドレルの軸心に対して一定の角度に捩じれている
で、クーラントにより押し流された加工屑は上記ボール
の捩じれ配列による一種のスクリュウ効果により小径側
へと排出することが可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は要部を縦断面して示した図であ
り、マンドレル９の先端部は被加工面であるテーパ孔の
傾斜に合わせて先細りになっておりその中心にはクーラ
ント孔10が設けられ、このクーラント孔10から複数のク
ーラント分岐孔11がマンドレル９の外周面に開口するよ
うに設けられている。このクーラント分岐孔11はボール
12をホルダ８で保持しマンドレル９に装着した状態で、
最も上にあるボール12のところに開口するように設けら
れている。ホルダ８には図２に示すようにクーラント溝
13が設けられており、このクーラント溝13にはボール12
が嵌入されこのボール12が外れないようにカシメ 131が
設けられている。

【００１５】ホルダ８自体は従来と同様にマンドレル９
に螺合するナット７にスラストベアリング５を介してキ
ャップ６によりマンドレル９に装着されている。図３に
示すようにボール12の配列はマンドレル９の中心軸Ｃに
対して所定の角度αで捩じれた状態でホルダ８に支持さ
れている。なお、一例を示せばボール12の材質は超硬合
金あるいはハイス・セラミックスなどであり、ホルダ８
はほう金（Ｃｕ10％、Ａｌ４％、Ｆｅ1・5 ％、Ｍｎ1・5
％、Ｎｉ）である。

【００１６】以上のように構成した本実施例の作用につ
いて次に説明する。図１において被加工物のテーパ孔15
内に挿入されたマンドレル９は図示省略の回転駆動装置
により回転されながらテーパ孔15内に圧入されていく。
そして、ボール12がテーパ孔15の内周面に強い力で圧接
していない状態ではマンドレル９の回転力がボール12と
マンドレル９との間の摩擦力によりホルダ８に伝えら
れ、ホルダ８とマンドレル９とは一体になった状態で回
転する。

【００１７】そして更にマンドレル９をテーパ孔15内に
圧入しボール12がテーパ孔15の内周面に圧接されると、
ボール12とマンドレル９との間に滑りが生じ、マンドレ
ル９の回転速度に対してホルダ８の回転速度が遅くなり
両者間に相対的な回転速度差が生じることになる。この
ように両者間に相対的な回転速度差が生じると、マンド
レル９に設けたクーラント分岐孔11とホルダ８に設けた
クーラント溝13とが連通したり遮断されたりすることに
なる。

【００１８】そこで、マンドレル９にクーラント供給孔
10およびクーラント分岐孔11を設け、一方保持部材８の
内面にはマンドレル９に設けたクーラント供給孔10およ
びクーラント分岐孔11に連通するクーラント溝13を設け
ると共にこのクーラント溝13に開口して設けたボール保
持部にボール12を保持するようにしたので、このボール
保持部に保持されているボール12はクーラント供給孔10
から供給されるクーラントにより潤滑されてその摩耗が
軽減され、加工面へのボール12の押圧力を高くすること
が可能になる。

【００１９】また、ボール12を介してマンドレル９と保
持部材８との間に生じる相対的な回転速度差により、マ
ンドレル９に設けたクーラント分岐孔11と保持部材８に
設けたクーラント溝13との間で連通および遮断を繰り返
し、クーラント供給孔10からクーラント分岐孔11に分流
される高圧力のクーラントを断続的にクーラント溝13に
供給し、このクーラントの圧力によりボール12に衝撃力
を与え、加工面をボール12にて叩くようにしてバニシン
グ加工をすることが可能になる。

【００２０】そして、加工屑は高圧力のクーラントによ
り押し流され、かつ、ボール保持部８に保持されたボー
ル列がマンドレル９の軸心Ｃに対して一定の角度αに捩
じれているで、クーラントにより押し流された加工屑は
上記ボール12の捩じれ配列による一種のスクリュウ効果
により小径側へと排出することが可能になる。

【００２１】本実施例とストレートローラを用いたバニ
シング加工との比較をするために実験した結果を次に説
明する。この実験に使用したテストピースは図４に示す
ように、直径D1が50ｍｍテーパ孔の大径D2が21ｍｍでテ
ーパが１／６、材質はFCD400A である。図５に本実施例
を、また、図８にストレートローラ式のものを示し、横
軸にマンドレルの回転数、縦軸に加工加重を取って実験
結果をまとめたものである。なお、図中○印はむしれ無
し、×はむしれ有りを示す。この実験によれば本実施例
の場合には回転数300rpm，加工加重400kg ではむしれは
発生せず、ストレートローラ式のものでは回転数150rp
m，加工加重275kg および回転数275rpm，加工加重230kg
以内ではむしれは発生しないが、これ以外すなわち回
転数275rpm以上で加工加重230kg 以上ではむしれが発生
する。

【００２２】図６および図７はそれぞれ加工面の硬さと
残留応力を実験したものであり曲線（イ）は本実施例の
実験結果を、また、曲線（ロ）はストレートローラ式の
実験結果を示す。この実験に使用した資料は図４に示し
たものを使用し、加工条件は加工加重200kg 、マンドレ
ルの回転数は200rpmである。この実験から一般に知られ
ているようにボール式のものはストレートローラ式のも
のに比べてピーニング効果がよいことが明らかになって
いる。しかしながら、図７に示す残留応力は両者とも同
じ傾向を示しているにも拘らず、この実験では表面硬さ
の傾向が異なる点で特色がある。その理由は従来のボー
ル式のものとは異なり本実施例ではクーラントによりボ
ールに衝撃力を与えてピーニング効果を高めるようにし
た結果であると考えられる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、マン
ドレルの外周に複数のボール列を保持部材により保持し
てなるローラバニシング装置のマンドレルにクーラント
供給孔を設け、一方保持部材の内面にはマンドレルに設
けたクーラント供給孔に連通するクーラント溝を設ける
と共にこのクーラント溝に開口してボール保持部を形成
したので、このボール保持部に保持されるボールはクー
ラント供給孔から供給されるクーラントにより潤滑され
てその摩耗が軽減され、加工面へのボールの押圧力を高
くすることができる。

【００２４】また、ボールを介してマンドレルと保持部
材とは相対的に回転移動することにより、マンドレルに
設けたクーラント供給孔と保持部材に設けたクーラント
溝との間で連通および遮断を繰り返し、クーラント供給
孔から供給される高圧力のクーラントを断続的にクーラ
ント溝に供給し、このクーラントの圧力によりボールに
衝撃力を与え、加工面をボールにて叩くようにしてバニ
シング加工をすることができ、マンドレルによりボール
を加工面に押圧することにより得られるピーニング効果
以上の高いピーニング効果を得ることができる。

【００２５】そして、加工屑はクーラントにより押し流
され、かつ、ボール保持部に保持されたボール列が前記
マンドレルの軸心に対して一定の角度に捩じれている
で、クーラントにより押し流された加工屑は上記ボール
の捩じれ配列による一種のスクリュウ効果により小径側
へと排出することができる。

【００２６】このように、ボールの摩耗を軽減し、か
つ、加工屑を排出するようにし、更に高いピーニング加
工ができるので、いわゆるむしれをなくし、かつ、高い
硬度で加工面を加工することができるローラバニシング
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部縦断面図である。

【図２】図１のＸーＸ線において横断面図し拡大して示
した図である。

【図３】図１に示す実施例の正面図である。

【図４】実験に使用したテストピースの縦断面図であ
る。

【図５】本実施例のむしれに対する実験結果を示す図で
ある。

【図６】本実施例とストレートローラ式との加工面硬さ
に対する実験結果を示す図である。

【図７】本実施例とストレートローラ式との残留応力に
対する実験結果を示す図である。

【図８】ストレートローラ式のむしれに対する実験結果
を示す図である。

【図９】ストレートローラを用いたバニシング加工装置
を一部縦断面して示した図である。

【図10】ストレートローラを用いたバニシング加工のむ
しれ発生の状態を示す図である。

【符合の説明】

８ ホルダ ９ マンドレル 10 クーラント供給孔 11 クーラント分岐孔 12 ボール 13 クーラント溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マンドレルの外周に複数のボール列を保
   持部材により保持してなるローラバニシング装置におい
   て、前記マンドレルにクーラント供給孔を設け、前記保
   持部材の内面に該クーラント供給孔に連通するクーラン
   ト溝を設けると共に該クーラント溝に開口してボール保
   持部を形成し、該ボール保持部に保持されたボール列が
   前記マンドレルの軸心に対して一定の角度に捩じれてい
   ることを特徴とするローラバニシング装置。