JPH0957383A

JPH0957383A - 輪体成形装置及び輪体成形方法

Info

Publication number: JPH0957383A
Application number: JP7221902A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Sato; 忠一佐藤; Hiroyuki Sawai; 弘幸沢井; Hiroshi Mitsuboshi; 宏三星
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1995-08-30
Publication date: 1997-03-04
Anticipated expiration: 2015-08-30
Also published as: GB9618038D0; US6332260B1; US6070443A; GB2304612B; GB2304612A; JP3624480B2

Abstract

(57)【要約】【課題】加工時間を短くすると同時に所定の加工精度を
確保できる輪体成形装置及び輪体成形方法を提供するこ
とを課題としている。【解決手段】成形ロール３の左側にマンドレル５が配設
されている。このマンドレル５は、上記成形ロール３の
回転軸３ａに平行な軸周りに回転し、且つ、成形ロール
３に向けて接近・離隔する方向に移動可能となってい
る。また、このマンドレル５は、サポートロール６，カ
ムフォロア７を介してカム１０の作動によって移動する
ようになっている。そして、粗圧延が完了すると、カム
１０が逆回転し、移動手段はリトラクト量Ｒに相当する
分だけ後退する。その後、仕上圧延工程に移行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸受の外輪、内輪
などの輪状体を、冷間圧延で加工して成形する輪体成形
装置及び輪体成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の輪体成形装置及び輪体成形方法と
しては、例えば、特公平５−４５３３８号公報等に記載
されているものがある。この従来の輪体成形装置は、図
７に示すように、定位置で軸回転するマンドレル３０
と、そのマンドレル３０の回転軸に平行な軸周りに回転
し且つ該マンドレル３０に接近・離隔可能に配置された
成形ロール３１とを主要な構成とし、上記マンドレル３
０に外挿した輪状のワークＷの外周面に回転する成形ロ
ール３１を押しつけ、該成形ロール３１の回転及びその
回転に伴うマンドレル３０の軸回転並びにマンドレル３
０と成形ロール３１とによる挟圧により、ワークＷを回
転しつつ圧延して拡径する。なお、図７中、３２はサポ
ートロールであって、マンドレル３０に負荷される荷重
を受けている。

【０００３】また、ワークＷの外周面に摺接する検出レ
バー３３と該レバー３３の変位量を検出するセンサ３４
とを備え、その検出レバー３３とセンサ３４によって、
加工中のワークＷの外径を検出可能となっている。さら
に、上記従来の装置では、センサ３４による検出信号を
ローパスフィルタ３５により逐次平滑化し、この平滑化
した信号と設定した値とを比較して圧延終了時を決定す
ることで、ワークＷの外径寸法と加工終了時のワークＷ
の平均径と整合させるようにしている。

【０００４】そして、上記のような輪体成形装置を使用
した従来の輪体成形方法は、図９に示すように、上記成
形ロール３１を上記マンドレル３０に向けて粗圧延の圧
下量指令値に応じた早い送り速度で前進させて上記マン
ドレル３０と成形ロール３１と相互に接近させ所定の圧
延荷重で粗圧延を行うことで、ワークＷを所定の切換え
径ｄｃまで拡径した後、続いて、上記成形ロール３１
を、上記粗圧延の送り速度より緩やかな低速の送り速度
で前進させて上記マンドレル３０と成形ロール３１と相
互に接近させ上記粗圧延の圧延荷重よりも低い圧延荷重
にて仕上圧延を行う。

【０００５】さらに、従来では、上記輪体成形装置によ
る加工の後に、図８に示すように、上記圧延加工したワ
ークＷをサイジングダイス３６に圧入することでサイジ
ング処理を行い、真円度の矯正や仕上がり寸法の矯正を
行い所定の加工精度を確保するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記輪体成形装置によ
る従来の圧延加工の過程を詳説すると、上記粗圧延工程
では、図９及び図１０に示すように、上記成形ロール３
１をマンドレル３０に向けて所定の早送り速度で前進さ
せることで上記マンドレル３０と成形ロール３１と相互
に接近させて、ワークＷは高い圧延荷重によって加工さ
れ、ワークＷの径の径成長速度が加速される。このと
き、上記圧延荷重によって輪体成形装置自体が弾性変形
して伸びるために、ワークＷの実圧下量は圧下量指令値
から当該装置の伸びを差し引いた値となっている。そし
て、ワークＷの外径が切換え径ｄｃとなった時点、つま
り粗圧延の終了時点で上記圧延荷重は最高値Ｐ_MAXとな
る。

【０００７】この状態から、ワークＷの一回転当たりの
圧下量を小さくしワークＷの真円度を良くするために、
成形ロール３１の送り速度を遅くして仕上圧延に移行す
る。このとき、圧延荷重は上記Ｐ_MAXから目的とする仕
上圧延荷重Ｐｆには直ぐに移行しない。これは、上記粗
圧延での圧延荷重Ｐ_MAXに応じた量だけ装置が伸びてい
たのが仕上圧延荷重Ｐｆの時の装置の伸び状態に移行す
るための過渡期があるためである。そして、この過渡期
が終わって圧延荷重が定常状態のＰｆとなり、さらにワ
ークＷの外径が所定寸法ｄｆに到達したことを検知した
ら圧延加工を終了する。

【０００８】このように、従来の輪体成形にあっては、
圧延荷重に応じた装置の伸びによる上記過渡期が存在す
るため、粗圧延から仕上圧延への切換えの応答に遅れが
ある。つまり、上記過渡期分だけ必要とする仕上圧延の
時間が長くなるという問題がある。このため、圧延加工
の時間を短くすると、即ち、仕上圧延工程の時間を短く
すると、上記過渡期で加工が終了するおそれがある。こ
の場合、十分に圧下速度が低くなっていないので、ワー
クＷの一回転当たりの圧下量が大きいため加工品の真円
度が悪く、上記のように、輪体成形処理の後にサイジン
グ処理を行うことで加工品の寸法及び所定の真円度を確
保する必要が生じるという問題がある。

【０００９】例えば、粗圧延から仕上圧延への切換え径
ｄｃと加工品の目的とする外径ｄｆとの差が小さいと、
上記過渡期においてもワークＷの径成長の成長速度は直
ぐには遅くならないため、この過渡期にワークＷの外径
が目的とする寸法ｄｆになるおそれがある。このよう
に、従来の輪体成形では、加工時間を短くして生産性向
上を図るということと、加工精度を向上させるというこ
とが両立しないという問題がある。

【００１０】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、上記加工時間を短くすると同時に加工
精度を確保できる輪体成形装置及び輪体成形方法を提供
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の輪体成形装置は、輪状のワーク外周面に当
接して回転する成形ロールと、この成形ロールと相対的
に接離可能に対向配置して上記ワークの内周面に当接す
るマンドレルと、上記成形ロールとマンドレルとを相互
に接離する方向へ相対移動させる移動手段と、ワーク外
周面に転接してワークの圧延姿勢を保持するガイドロー
ラと、成形されるワークの外径を検出する外径検出手段
と、を備え、上記成形ロールとマンドレルとを相対的に
接近させることで上記ワークを挟圧して粗圧延及び仕上
圧延を行う輪体成形装置において、上記移動手段は、粗
圧延から仕上圧延に移行する時に粗圧延時の輪体成形装
置の弾性変形を回復させるリトラクト手段を備えること
を特徴としている。

【００１２】次に、本発明の輪体成形方法は、輪状のワ
ークを外挿したマンドレルと成形ロールとを相互に接近
する方向へ移動手段により相対移動させることで、上記
マンドレルと成形ロールとにより上記ワークを挟圧して
圧延加工を行う輪体成形装置を使用し、上記マンドレル
と上記成形ロールとを相互に接近する方向へ相対移動さ
せて粗圧延を行った後に、上記粗圧延時よりも緩やかな
速度で相互に接近する方向へ相対移動させて仕上圧延を
行う輪体成形方法において、上記粗圧延から上記仕上圧
延に切り換えるときに、上記粗圧延での圧延荷重による
輪体成形装置の伸びと上記仕上圧延での圧延荷重による
輪体成形装置の伸びとの差に相当する距離だけ、上記移
動手段を後退させることを特徴としている。

【００１３】これらの発明の作用を説明すると、リトラ
クト手段等によって、粗圧延から仕上圧延に移行する際
に、上記移動手段を後退させることで、粗圧延完了時の
圧延荷重によって生じていた装置の弾性変形が上記後退
分だけ弾性回復して、装置に生じている弾性変形は、仕
上圧延の圧延荷重による装置の弾性変形量に近づき、も
って、装置の弾性変形が仕上圧延荷重による弾性変形量
に移行する過渡期が短くなる。

【００１４】これによって、仕上圧延工程の時間は、加
工精度を落とすことなく従来よりも短くなる。このと
き、本発明の輪体成形方法では、上記離隔する距離を、
粗圧延完了時の圧延荷重による装置の弾性変形と仕上圧
延荷重による弾性変形量との差に相当する量に設定して
いるので、上記仕上圧延開始時の圧延荷重を、目的とす
る仕上圧延荷重とほぼ等しい値に設定可能となり、過渡
期の時間をほぼゼロにすることが可能となる。

【００１５】また、上記過渡期をゼロ又はゼロに近づけ
られるということは、過渡期におけるワークの径成長を
ゼロ又は非常に小さくできるので、粗圧延から仕上圧延
に切り換える切換え径を、目的とする加工品の外径に近
づけても精度の良い成形加工を行うことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。まず本実施の形態の輪体成形装置の構成を、図１
に基づいて説明すると、ベッド１の右側に固定された右
側ブロック２に成形ロール３の軸３ａが回転可能に支持
されている。その成形ロール３の外周面中央部には、そ
の周方向に沿って輪体成形部が形成されている。上記成
形ロール３の回転軸３ａには、駆動モータ４が連結し、
その駆動モータ４によって上記成形ロール３は回転駆動
されるようになっている。

【００１７】また、上記成形ロール３の左側には、マン
ドレル５が配設されている。このマンドレル５は、上記
成形ロール３の回転軸３ａに平行な軸周りに回転し、且
つ、成形ロール３に向けて接近・離隔する方向に移動可
能となっている。また、このマンドレル５の外周面中央
部にも、その周方向に沿って輪体成形部が形成されてい
る。

【００１８】また、上記マンドレル５の左側にはサポー
トロール６が当接していて、このサポートロール６を介
して、マンドレル５は上記成形ロール３に向けて接近・
離隔するようになっている。そのサポートロール６の回
転軸６ａは、左側に配置されたサポートブロック７に回
転可能に軸支され、そのサポートブロック７は、マンド
レル５の移動方向にのみ移動可能にスライダ８を介して
ベッド１に支持されている。

【００１９】また、上記サポートブロック７の左側に
は、円筒状のカムフォロア９の軸９ａが回転可能に支持
され、そのカムフォロア９は左側に配置されたカム１０
に当接している。上記カム１０の回転軸１０ａは、ベッ
ド１に固定された左側ブロック１１に回転可能に支持さ
れている。このカム１０は、図２に示すように、回転角
度に一次に比例したカムリフト量を具え、回転角度に応
じた量だけ、カムフォロア９を成形ロール３側に移動さ
せるように押圧可能となっている。ここで、カムリフト
量が増加する方向へのカム１０の回転を正回転と呼び、
カムリフト量が減少する方向への回転を逆回転と呼んで
以下説明する。

【００２０】そのカム１０の回転軸は、サーボモータか
らなるカム駆動モータ１２に連結され、そのカム駆動モ
ータ１２を介して、回転速度、回転量、及び回転方向が
制御されるようになっている。そのカム駆動モータ１２
は、コントローラ１３からの駆動信号に応じて駆動制御
されるようになっている。また、図１中、１４は一対の
ガイドローラであって、マンドレル５に外挿された輪状
のワークＷ外周面に転接して、圧延中のワークＷの姿勢
を正しい姿勢に保持するものである。また、１５は、右
側ブロック２と左側ブロック１１とを連結して補強する
ためのタイロッドである。

【００２１】また、１６は、外径検出手段を構成する外
径検出レバーであって、ワークＷの外周に摺接し、ワー
クＷの拡径に追従して撓むようになっている。その外径
検出レバー１６の撓み量はセンサ１７によって検出され
る。そして、その検出されたワークＷ外径に比例した上
記撓み量に応じた検出信号は、コントローラ１３に供給
される。

【００２２】コントローラ１３は、図３に示す処理手順
に沿って処理を行う。即ち、センサ１７からの信号によ
ってワークＷの外径が切換え径ｄｃになったことを検知
するまで、図４に示すように、粗圧延の圧下量指令値に
応じた速度でカム１０を正回転させる駆動信号をカム駆
動モータ１２に供給する（ステップ１）。そして、セン
サ１７からの信号によってワークＷの外径が切換え径ｄ
ｃになったことを検知した時点で（ステップ２）、予め
求めたリトラクト量Ｒに等しいカムリフト量に応じた回
転角度だけカム１０を逆回転される駆動信号をカム駆動
モータ１２に供給する（ステップ３）。その後、再び、
上記粗圧延の送り速度よりも遅い、仕上圧延の圧下量指
令値に応じた速度でカム１０を正回転させる駆動信号を
カム駆動モータ１２に供給する（ステップ４）。そし
て、センサ１７からの信号によってワークＷの外径が目
的とした所定寸法を検知した時点で（ステップ５）、カ
ム１０を逆回転させる駆動信号をカム駆動モータ１２に
供給するように設定されている（ステップ６）。

【００２３】上記リトラクト量Ｒは、図６に示すよう
に、粗圧延終了時の圧延荷重Ｐ_MAXによる装置の伸び量
と、仕上圧延での圧延荷重Ｐｆによる装置の伸び量との
差に相当する量に設定する。この量Ｒは、予め対応する
荷重を装置に負荷して装置の伸びを実際に検出するなど
して求めておく。ここで、上記サポートロール６、サポ
ートブロック７、カムフォロア９、カム１０、カム駆動
モータ１２、及びコントローラ１３によって移動手段が
構成される。また、上記ステップ３によってリトラクト
手段が構成されている。

【００２４】次に、上記輪体成形装置の動作等について
説明する。まず、輪状のワークＷをマンドレル５に外挿
し、そのワークＷの内周面にマンドレル５を当接させ
る。また、そのワークＷの外周面には、一対のガイドロ
ーラ１４を転接させることで、ワークＷの圧延姿勢を所
定の姿勢に保持させ加工精度を良くするようにしてい
る。

【００２５】また、上記ワークＷの外周面に外径検出レ
バー１６を摺接させておく。次に、成形ロール３を回転
駆動する駆動モータ４を駆動すると共に、コントローラ
１３を作動させる。すると、図４及び図５に示すよう
に、コントローラ１３は、カム駆動モータ１２を介し
て、粗圧延の圧下量指令値に応じた速度でカム１０を正
回転させ、その回転速度に応じた送り速度でカムフォロ
ア９を成形ロール３側に移動させる。これによって、粗
圧延の圧下量指令値に応じた送り速度で、サポートブロ
ック７、サポートロール６を介して、マンドレル５は成
形ロール３側に移動する。そして、図５に示すように、
マンドレル５と成形ロール３とによって、上記移動速度
に応じた高い圧延荷重でワークＷは挟圧される。

【００２６】これによって、成形ロール３の回転力がワ
ークＷを介してマンドレル５に伝達されてマンドレル５
は軸回転し、上記ワークＷは、上記成形ロール３及びマ
ンドレル５の軸回転と挟圧作用によって回転しながら拡
径するように粗圧延が行われる。この間、成形ロール３
とマンドレル５との間に発生した成形荷重Ｆは、マンド
レル５を支持するサポートロール６に負荷され、さらに
カムフォロア９を介してカム１０の回転軸１０ａに伝達
される。そして、上記成形荷重Ｆの反力は、成形ロール
３の軸３ａとカム１０の回転軸１０ａを支持する装置の
フレーム（ベッド１、右側ブロック２、左側ブロック１
１、タイロッド１５）によって支持されることになる。
そして、上記成形荷重によって、成形ロール３，マンド
レル５，サポートロール６，カムフォロア９，カム１０
や上記フレームは弾性変形する。従って、実圧下量は、
圧下指令値から上記弾性変形による伸びを引いたものと
なっている。

【００２７】そして、コントローラ１３は、粗圧延が進
み、ワークＷの径が切換え径ｄｃまで成長したことをセ
ンサ１７からの信号によって検知すると粗圧延が完了し
たと判断し、カム駆動モータ４に対して上記リトラクト
量Ｒに応じた回転角度だけ逆回転する駆動信号を供給す
る。カム１０が逆回転すると、カムフォロア９及びサポ
ートブロック７が図１において左側に後退し、成形ロー
ル３，マンドレル５、サポートロール６、カムフォロア
９、カム１０や装置のフレームの弾性変形量がリトラク
ト量Ｒだけ少なくなる。この際、マンドレル５は後退す
ることなく成形ロール３に対しそのままの位置を保たれ
る。

【００２８】上記後退によって圧延荷重が小さくなるの
で、弾性変形していた各部材は弾性回復して伸びが小さ
くなる。このとき、上記リトラクト量は、粗圧延完了時
での圧延荷重での伸び量と仕上圧延荷重での伸び量との
差に設定したので、上記後退によって弾性変形量は仕上
圧延荷重に対応する伸び量となり、圧延荷重Ｆは、仕上
圧延荷重Ｐｆに等しくなるか、又は該仕上圧延荷重Ｐｆ
に近づく。

【００２９】次に、コントローラ１３は、再び、仕上圧
延の送り速度に相当する回転速度でカム１０の軸１０ａ
を正回転する駆動信号をカム駆動モータ４に供給する。
これによって、カムフォロア９、サポートロール６を介
して、マンドレル５は、粗圧延時の送り速度よりも遅い
仕上圧延の送り速度で成形ロール３側に移動し、設定し
た仕上圧延の圧延荷重ＰｆによってワークＷを圧延す
る。このとき、上記後退によって、仕上圧延の最初から
設定した仕上圧延荷重Ｐｆにて圧延加工が実施される。

【００３０】そして、コントローラ１３は、仕上圧延が
進み、ワークＷの径が目的とする径ｄｆまで成長したこ
とをセンサ１７からの信号によって検知すると仕上圧延
が完了したと判断して、カム駆動モータ４に逆回転する
駆動信号を供給する。これによって、マンドレル５は後
退して一個のワークＷの成形が完了する。このように、
本実施の形態では、粗圧延が完了したときに、カム１０
が逆回転することにより移動手段をリトラクト量Ｒだけ
後退させることで、装置の伸び量を仕上圧延の圧延荷重
Ｐｆに相当する伸びにして、仕上圧延工程では、最初か
ら目的とする定常状態の仕上圧延荷重Ｐｆで圧延が行わ
れる。このため、従来のような過渡期は、なくなるか非
常に短くなるので、加工時間が従来よりも短くなる。

【００３１】さらに、仕上圧延の最初から定常状態の低
い仕上圧延で加工できるため、上記のように仕上圧延時
間が短くても加工後のワークＷの真円度が良く、輪体成
形処理の後に従来のようなサイジング工程は必要ない。
即ち、本実施の形態の輪体成形装置及び輪体成形方法で
は、加工時間を短くしても所望の加工精度で加工するこ
とが可能となる。

【００３２】また、従来のような過渡期がないか非常に
短いということは、切替え径ｄｃを目的とする加工品の
外径ｄｆに近づけることができる。また、本実施の形態
では、カム機構を使用することで、成形ロール３に対す
るマンドレル５の接近離隔の移動速度の精度及び応答性
が良く、上記粗圧延から仕上圧延の切換え時、カム１０
が逆回転することにより移動手段の後退を非常に短い時
間で、しかも確実にリトラクト量Ｒだけ後退させること
ができる。

【００３３】なお、上記実施例では、マンドレル５の送
りをカム機構で行う一例を示したが、公知の他の機構、
例えば、ネジ送り機構や油圧送り機構により、マンドレ
ル５と成形ロール３とを相互に接近・離隔させるように
構成してもよい。但し、カム機構を使用した方が、上記
粗圧延から仕上圧延に切換える時に、移動手段を非常に
短い時間で且つ確実にリトラクト量Ｒだけ後退させるこ
とができる。

【００３４】また、上記実施例では、マンドレル５側を
移動させているが、成形ロール３側をマンドレル５に向
けて移動させる構成であっても構わないし、マンドレル
５と成形ロール３を共に相互に接近・離隔するように移
動させるように構成してもよい。また、例えば、粗圧延
や仕上圧延のためのマンドレル５と成形ロール３の接近
をマンドレル５の移動によって実施し、リトラクト量Ｒ
だけの弾性変形量の弾性回復を成形ロール３側を後退さ
せることで実現するように構成してもよい。

【００３５】また、上記リトラクト量Ｒとして、粗圧延
終了時の圧延荷重Ｐ_MAXによる装置の伸び量と、仕上圧
延での圧延荷重Ｐｆによる装置の伸び量との差に相当す
る量に設定しているが、これよりも小さくても構わな
い。この場合には、所定の過渡期が存在するが、リトラ
クト量Ｒに応じた分だけ弾性変形量が小さくなって過渡
期の時間が従来よりも短くなるので、従来よりも加工時
間は短くなる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の輪体
成形装置又は輪体成形方法を使用すると、簡単な手段
で、所望の加工精度を確保しつつ加工時間の短縮、つま
り生産性を向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る輪体成形装置を示す
図である。

【図２】本発明の実施の形態に係るカムの回転角とカム
リフト量の関係を示す図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るコントローラの処理
手順を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る圧下指令値の変化を
示す図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る粗圧延及び仕上圧延
での、圧延荷重、実圧下量、及びワーク外径の関係を示
す図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る圧延荷重と装置の伸
びとの関係を示す図である。

【図７】従来の輪体成形装置を示す図である。

【図８】サイジング処理を示す図である。

【図９】従来の輪体成形方法における圧下指令値の変化
を示す図である。

【図１０】従来の輪体成形方法における粗圧延及び仕上
圧延での、圧延荷重、実圧下量、及びワーク外径の関係
を示す図である。

【符号の説明】１ベッド２右側ブロック３成形ロール５マンドレル６サポートロール７サポートブロック９カムフォロア１０カム１１左側ブロック１２カム駆動モータ１３コントローラ１６外径検出レバー１７センサＷワークＦ圧延荷重

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輪状のワーク外周面に当接して回転する
成形ロールと、この成形ロールと相対的に接離可能に対
向配置して上記ワークの内周面に当接するマンドレル
と、上記成形ロールとマンドレルとを相互に接離する方
向へ相対移動させる移動手段と、ワーク外周面に転接し
てワークの圧延姿勢を保持するガイドローラと、成形さ
れるワークの外径を検出する外径検出手段と、を備え、
上記成形ロールとマンドレルとを相対的に接近させるこ
とで上記ワークを挟圧して粗圧延及び仕上圧延を行う輪
体成形装置において、上記移動手段は、粗圧延から仕上
圧延に移行する時に粗圧延時の輪体成形装置の弾性変形
を回復させるリトラクト手段を備えることを特徴とする
輪体成形装置。
【請求項２】輪状のワークを外挿したマンドレルと成
形ロールとを相互に接近する方向へ移動手段により相対
移動させることで、上記マンドレルと成形ロールとによ
り上記ワークを挟圧して圧延加工を行う輪体成形装置を
使用し、上記マンドレルと上記成形ロールとを相互に接
近する方向へ相対移動させて粗圧延を行った後に、上記
粗圧延時よりも緩やかな速度で相互に接近する方向へ相
対移動させて仕上圧延を行う輪体成形方法において、上記粗圧延から上記仕上圧延に切り換えるときに、上記
粗圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びと上記仕
上圧延での圧延荷重による輪体成形装置の伸びとの差に
相当する距離だけ、上記移動手段を後退させることを特
徴とする輪体成形方法。