JPH0665423B2 - 軸材の拡径成形方法、及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、軸材の一部を拡径成形する方法と、その装
置に関する。更に詳しくは、軸長の中間部分を他の部分
の軸径よりも大きい径に成形するもので、産業機械、装
置等の各種軸材、ロッド等の成形に利用される。

従来の技術 動力伝動軸等の中間部の一部分の軸径を大きい径に成形
するには、最大径の軸素材、もしくはこの最大径よりも
大きい径の軸素材を用いて、各部分を所定の軸径のもの
に切削成形するのが一般的である。

発明が解決しようとする問題点 上記のように軸素材から所定の軸径に削出して、軸長の
中間部に軸径の大きい部分を形成するのは、切削により
削取られる部分の無駄な材料が多く不経済であるととも
に、この切削加工に長時間を要するという問題点があ
る。

問題点を解決するための手段 上記軸成形状の問題点を解決するため、本発明は次のよ
うな構成を採用した。すなわち、第１の発明は、互いに
対向するとともに少なくとも一方が両者を結ぶ線が含ま
れる平面内で首振り状に回動自在な一対の回転保持体で
直線状の金属軸材を適当な間隔をおいて掴み、該金属軸
材に軸回りの回転を与えた状態で、前記回転保持体の少
なくとも一方を他方に接近する方向に移動させるととも
に、両回転保持体のいずれかを軸線と交差する方向へ徐
々に偏倚させてゆくことにより、曲げの外側においても
常に圧縮応力が作用する条件で回転中の軸材に圧縮力と
曲げ力を作用させ、両回転保持体の間隔部の軸材に拡径
方向の塑性変形を生じさせたのち、曲げの外側において
も圧縮応力が作用する条件を保ったまま前記偏倚を徐々
に復元させることにより、金属軸材の中間部に拡径部分
を形成することを特徴とする軸材の拡径成形方法を要旨
とするものである。

さらに、第２の発明は、モータによって回転駆動される
駆動回転保持体と該駆動回転保持体に対向させて設けら
れた空転自在な従動回転保持体とを備え、これら両回転
保持体には、ワークである金属軸材を掴むチャックが設
けられるとともに、少なくとも従動回転保持体は駆動回
転保持体に対し両者を結ぶ直線が含まれる平面内で首振
り状に回動自在で、且つ縦移動手段と横移動手段によ
り、駆動回転保持体に接近する方向と、これと直角な方
向に強制移動可能に設けられていることを特徴とする軸
材の拡径成形装置を要旨とするものである。

以下、具体例を挙げつつ詳細に説明する。本発明の軸材
の拡径成形方法を具体的に述べれば、まず、ワークであ
る直線状の金属軸材、例えば棒鋼を互いに対向する一対
の回転保持体で掴んで保持する。回転保持体は、例えば
旋盤のチャックのようなもので、適当な間隔で軸材を強
固に保持し回転させることができるものであればよい。
両回転保持体で掴む間隔の長さは、軸径の増大量と拡径
部の長さ等に応じて適当に選べばよく、通常は十数ミリ
メートル乃至数十ミリメートルである。

この状態で駆動側の回転保持体を一定方向に回転駆動
し、掴んでいる軸を該軸回りに回転させる。この回転速
度は、通常毎分数百回転であり、軸材の材質、寸法等に
応じて最適なものを選べばよい。回転速度が遅過ぎると
成形能率が悪く、速過ぎると、後述の塑性変形が生じた
時に軸方向の加圧を該変形に追従させるのが困難とな
り、疲労による破断が生じる恐れがある。

つぎに、回転中の軸材に軸方向の圧力をかける。この加
圧は、通常、ねじ式送り装置で従動回転保持体に駆動回
転保持体側への送り方向の力を加えることにより行われ
る。加圧力の大きさは軸径にもよるが通常数トンであ
り、例えば、９０kg/mm²である。この加圧のみでは、寸
法変化は殆ど生じない。

この加圧状態を維持したまま、軸材に曲げ方向の力を加
える。この曲げ力は、例えばねじ式の送り装置を利用し
て従動回転保持体を軸方向と交差する方向例えば直角方
向に送ることにより加えることができる。この場合、横
送りされる従動回転保持体の掴み部は、首振り状に回動
自在であるから、軸材が曲がるにつれてそのほぼ接線方
向を向くように回動させられる。この加圧により、両チ
ャック間の軸は回転しながら弓なりに湾曲させられる。
この場合の軸材の折り曲げ角度は、数度乃至十数度であ
り、この角度が小さ過ぎると所望の成形が行われず、大
き過ぎると無理な力がかかり過ぎて軸材が損傷する。

このように、軸材に軸方向の圧縮力を加えながら曲げる
と、曲がった部分の内側に強大な圧縮力が作用するの
で、この部分に塑性変形が生じ、圧縮力を逃がす方向の
変形すなわち径方向の膨らみが生じる。軸材は軸回りに
回転しているので、軸材の全周が交互に曲げの内側にく
ることになり、全周にわたって塑性変形が生じるのであ
る。この場合、曲がった部分の外側にも正の圧縮力が作
用し続けることが重要であり、もし、この外側の部分に
引っ張り力が作用することになれば、軸材に伸びと収縮
が交互に生じて、疲労により破断する。径方向の膨らみ
が生じると、その分だけチャック間の長さが短くなる
が、上記のように軸材の全周、換言すれば全断面にわた
って圧縮力が作用し続けなければならないので、長さが
短くなる分だけ従動回転保持体を駆動回転保持体側へ連
続的に送り込まなければならない。

このように軸材を回転させながら軸方向に圧縮（Ｐ）と
曲げ（Ｍ）とを働かせるため、この軸方向の圧縮力を小
さくして軸断面全体に亘る圧縮力を働かせることがで
き、軸径を回転周面及び所定の長さ（両チャックで挟ま
れた間隔部分）に亘って略々均一な膨出形態に拡径で
き、軸材（１）の大部分を切削することなく、短時間で
円滑な拡径成形を行うことができるのである。

所望の拡径が行われたら、従動回転保持体を元の位置に
復帰させて軸材を真直化する。この場合、軸方向の加圧
力を緩めないまま復帰させることが重要である。前述し
たように、軸材が曲がった状態で加圧力を緩めると、軸
材に圧縮力と引っ張り力が交互に作用することになり、
疲労による破損が生じるからである。拡径された軸材が
真直化されたら、加圧力を除去し、回転を止めて軸材を
取り外せばよい。

実施例 第１図、第２図及び第６図に示す加工装置を用いて鋼材
の拡径を行った。加工装置の構成について説明すると、
図において、機材（２）の前部には、モータ（５）によ
ってベルト伝動により回転される駆動回転保持体（３）
を支脚（７）上に軸受（８）し、この駆動回転保持体
（３）は円筒状の筒軸（９）の後端にチャック（６）を
設け、筒軸（９）内に嵌合位置させた軸材（１）をチャ
ック（６）でこの筒軸（９）の中心位置に保持するよう
になっている。機体（２）の後部には、縦送ハンドル
（１０）によって前後方向へ移動させることのできる縦
移動台（１１）を設け、更に、この縦移動台（１１）上
に、横送ハンドル（１２）によって該前後方向に対して
横方向へ移動させる横移動台（１３）を設け、更にま
た、この横移動台（１３）上には、鉛直方向の軸（１
４）回りに回転自在の軸受体（１５）を設けて従動回転
保持体４を構成している。この軸受体（１５）内には前
記筒軸（９）の軸心と同高さに筒軸（１６）を回転自在
に軸受（１７）し、この筒軸（１６）の前端にチャック
（１８）を設けて、この筒軸（１６）内に嵌合する軸材
（１）をチャック（１８）によって筒軸（１６）中心に
位置させて保持する。

軸材（１）の拡径加工を行なうときは、軸材（１）を前
後の筒軸（９），（１６）内に前端または後端から挿通
位置させて、軸径を大きくしようとする加工部分を、前
後のチャック（６）とチャック（１８）との間に位置さ
せて、この拡径部分の軸方向幅を所望に設定してチャッ
ク（６）とチャック（１８）との間隔を設定する。この
間隔は縦送ハンドル（１０）を回すことによって行な
う。この前後のチャック（６），（１８）の加工間隔部
が決まると、これらのチャック（６），（１８）を締め
付けて軸材（１）を固定する。

モータ（５）を回転させて筒軸（９）を回転させると、
チャック（６）で固定された軸材（１）が回転され、後
部のチャック（１８）及び筒軸（１６）も従動回転され
る。

この状態で、縦送ハンドル（１０）を回転操作して縦移
動台（１１）を前側の駆動回転保持体（３）側へ向けて
移動付勢すると共に、横送ハンドル（１２）を回転操作
して横移動台（１３）を軸材（１）の曲げ方向へ向けて
移動付勢すると、軸受体（１５）は軸（１４）回りに回
動自在であるからチャック（６）とチャック（１８）と
の間の軸材（１）の加工部分は、軸方向の圧縮（Ｐ）が
働くと共に、水平横方向へ折り曲げられるように曲げ
（Ｍ）が働く。

このようにして、軸材（１）の加工部分には、曲げ
（Ｍ）方向の内側には大きな圧縮（Ｐ２）が働き、反対
の外側には小さい圧縮（Ｐ１）が働きうるような縦方向
の圧縮（Ｐ）を作用させる。このときの軸材（１）の折
曲げ部分における断面部分の曲げによる曲げ内側にかか
る圧縮力と曲げ外側の引張力との関係で恰も軸材（１）
の中心線が第３図の仮想線Ｏで示したように曲げ外側方
位置に存在しようとする。即ち、軸材（１）には軸方向
に逃げない座屈のような曲げの軸方向圧縮（Ｐ）が働く
ことになる。

したがって、折曲部の内側の軸材（１）外周面は、元の
軸材（１）の径よりも大径に形成され、折曲部の外側の
軸材（１）外周面は、元の軸径よりも若干大きくなる程
度で軸径に差が生じるが、この軸材（１）は、このよう
な軸方向圧縮（Ｐ）と曲げ（Ｍ）とが作用した状態で、
軸材（１）自身が軸回りに回転させられているために、
加工部分の全周面が、該圧縮（Ｐ１）による大径に形成
される部分の一巡により、大径に形成されながら略々均
一な径に仕上がる。しかも、加工部分は両チャックの間
隔部全体に亘って形成されることになる。

これを実験結果から具体的に説明すると、ＪＩＳ規格に
よる普通の炭素鋼（ＳＳ４１Ｂ）の軸径１０ミリメート
ルの軸材（１）を１４ミリメートルの間隔でチャック
（６）とチャック（１８）で締結し折曲げ角度を７度に
設定し、この軸材（１）を１分間に３００〜５００回転
させながら略々７トンの力で該軸材を圧縮させると６秒
間で両チャックによる間隔部の軸径が１２ミリメートル
に形成された。曲げ角度は５〜１５度程度がよく、回転
数は軸材の径を大きくするに従い高速回転化するほうが
均一径に仕上がって良好になる。材料は焼き入れしてい
ない生の鋼材であれば特に選択せず自由である。なお、
上記の実験は一例に過ぎない。

上述のように、軸材（１）の径が大径に形成されると、
横送ハンドル（１２）を逆回転させて横移動台（１３）
を元の位置に戻せば、軸受体（１５）の筒軸（１６）や
チャック（１８）および筒軸（９）やチャック（６）等
が、軸心上に一致されて軸材（１）は前後方向の直線状
に戻った。

この状態で、モータ（５）の回転を止めて、チャック
（６），（１６）から軸材（１）を抜き外すと、該軸材
（１）の長さの途中部に拡径部（１９）が形成された加
工軸（２０）が得られた。第７図乃至第１１図は上記加
工工程の説明図で、第７図は直線状の軸材をチャックで
掴んだ状態、第８図は軸材を回転させつつ圧縮力と曲げ
力を作用させた状態、第９図は曲げを復元させ始める状
態、第１０図は完全に曲げを復元した状態、第１１図は
従動回転保持体を加工後のワークから外した状態をそれ
ぞれあらわす。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の一実施例を示すもので、第１図は拡径
成形装置の一部の平面断面図、第２図はその装置の正面
図、第３図及び第４図は成形途中の状態を表す軸材の一
部断面図、第５図は成形後の軸材の外観図、第６図は拡
径成形装置の加工時における平面図、第７図、第８図、
第９図、第１０図、及び第１１図は加工工程を表す掴み
部と軸材の平面図である。 図中の記号 （１）は軸材、（３）は駆動回転保持体、（４）は従動
回転保持体を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向するとともに少なくとも一方が
   両者を結ぶ線が含まれる平面内で首振り状に回動自在な
   一対の回転保持体で直線状の金属軸材を適当な間隔をお
   いて掴み、該金属軸材に軸回りの回転を与えた状態で、
   前記回転保持体の少なくとも一方を他方に接近する方向
   に移動させるとともに、両回転保持体のいずれかを軸線
   と交差する方向へ徐々に偏倚させてゆくことにより、曲
   げの外側においても常に圧縮応力が作用する条件で回転
   中の軸材に圧縮力と曲げ力を作用させ、両回転保持体の
   間隔部の軸材に拡径方向の塑性変形を生じさせたのち、
   曲げの外側においても圧縮応力が作用する条件を保った
   まま前記偏倚を徐々に復元させることにより、金属軸材
   の中間部に拡径部分を形成することを特徴とする軸材の
   拡径成形方法。
2. 【請求項２】モータ（５）によって回転駆動される駆動
   回転保持体（３）と該駆動回転保持体に対向させて設け
   られた空転自在な従動回転保持体（４）とを備え、これ
   ら両回転保持体には、ワークである金属軸材（１）を掴
   むチャック（６），（１８）が設けられるとともに、少
   なくとも従動回転保持体は駆動回転保持体に対し両者を
   結ぶ直線が含まれる平面内で首振り状に回動自在で、且
   つ縦移動手段（１１）と横移動手段（１３）により、駆
   動回転保持体に接近する方向と、これと直角な方向に強
   制移動可能に設けられていることを特徴とする軸材の拡
   径成形装置。