JPS5832016B2 - アツシユクリヨクトクリカエシネジリリヨク ニヨル フクゴウタンゾウカコウホウオヨビソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮力とくり返しねじり力の複合力により円柱
形のすえ込み鍛造用素材を無騒音でかつ消費エネルギー
を大幅に節減して加工し得る複合鍛造加工法および装置
に関するものである。

一般に円柱形素材のすえ込み加工に用いられる鍛造加工
は、その圧下方向に加えられるくり返し衝撃的荷重によ
って行なわれ、その衝撃力により著るしい振動、騒音を
発し、労働環境、生活環境の悪化を来しているのが現状
である。

本発明による圧縮力とくり返りねじり力による複合鍛造
法は、圧下方向には静圧締力を加え、その状態において
円柱形素材に一方向のくり返しねじりトルクを加え１両
者の複合効果を利用して軸方向の塑性変形を行なわしめ
るものであって、加工中において素材とこれを挟持する
ポンチ間は常に接触していて空隙を生ずることがなく、
従って騒音等を発することもなく、静しゆくな環境の中
で短時間に大きな軸変形を生ぜＬめることができ、然も
素材強度を著るしく増大せしめることができる。

然るにその間の消費エネルギーはこれまでの方法により
同程度の変形を得る場合と比較して約７０φ以下で十分
加工を行ない得ると共に素材には側らの潤滑油の供給の
心安もな〈実施しうるなと幾多の特徴を有し、工業的利
用価値の極めて高いものである。

以下、図に基づき本発明を説明する。

第１図乃至第４図は本発明の複合鍛造法を実施するため
の装置を示すもので、第１図はこの複合鍛造装置の正面
図、第２図はそのＡ−Ａ線上の断面図、第３図は第２図
に示す部分の右側面図、第４図は駆動トルクヘッドの形
状を示す図である。

この装置は強大なるねじりトルクをうけるが、これに耐
える十分なるねじり剛性をもつ必要性から横型とし、水
平に置かれたベッド８は適切な高さ、幅、長さによりね
じり剛性大なる様に製作されたコンクリートブロック１
１上に設置され、これと十分なる強度と適正本数のアン
カーボルト１２により確実に締結されている。

又、この装置は円柱形素材に対して、大なる軸力と所要
のねじりトルクを負荷する必要性から、両者の複合力を
うける機構部分並びに補強ベッド１０は十分なる強度を
もち、合成負荷力に十分に耐えうる様に作られている。

円柱形素材に軸力を加える３個の油圧ラム装置４は素材
の大きさによりその取付は位置を移動しうる可動耐圧板
１３に補助リング１４を介して取付けられており、それ
らに属するピストンは、軸力負荷の直前の状態において
、素材９の端面に接する被動トルクヘッド１５をそのね
じりトルク負荷時における中心軸に支持するトルクロー
ドセル３の内側に密接して嵌合されている圧縮架体１６
の後部端面に、補助リング１４を微調整することにより
、接触し保持される様になっている。

この被動トルクヘッド１５は固定耐圧板１７に嵌合せら
れた大容量のスラストベアリング１８に支えられた鰍動
軸１９の端部に設けられたキーミゾ２０にはめ合わされ
ている固定キ一部を有する駆動トルクヘッド２を介して
円柱形素材９に加えられる圧縮力と重畳されたねじりモ
ーメントを受けるのであるが、軸力の一部は被動トルク
ヘッド１５と圧縮架体１６の間に置かれた中間リング２
１によって受けられ、その残部は被動トルクヘッド１５
が受けるねじりモーメントをトルクロードセル３に伝達
するために設けられたトルク伝達ピン２２を介してトル
クロードセル３に伝わる。

又、被動トルクヘッド１５をその一端に保持しているト
ルクロードセル３はその他端において圧縮架体１６に嵌
合されているのであるが、それらの組立て構成部分は軸
圧縮力により、あるいはこれと重畳されたねじりモーメ
ントの負荷による円柱形素材の臣縮変形により、軸上を
移動する盛装から、その一本はトルクロードセル３と圧
縮架体１６の嵌合部に、他の一本は、圧縮架体１６の後
部に設置された２本のローラー軸２３に嵌合されたロー
ラーフォロワー２４が補強ベッド上に設けられたトルク
受は台２５とトルク受は台２６（第２図参照）に支持さ
れ、軸方向に移動しうる様に構成されている。

ここで、円柱形素材に加えられる軸圧縮力は固定耐圧板
１７と可動耐圧板１３との間に受けられるように構成さ
れており、この可動耐圧板１３は補強ベッド１０上に固
定耐圧板１７に相対して設置され、それぞれ１個のピン
２７にてその間に挿入された可動耐圧板１３の下部位置
をきめる様に設けられた２個の支持台２８により支持さ
れており、またこの可動耐圧板はその荷重耐圧面を平行
に保持した状態で位置ぎめするようになっているが、こ
れは支持棒３０の端部の雄ねじ部に螺合する丸ナツト２
９により行なうようになっている。

又、所定の軸匝縮力負荷後に加えられるくり返しねじり
モーメントの負荷方向は矢印３１の一定方向であるから
、トルク受は台２６（第２図）には、門型上部受は台３
２が固定されており、かような複合力をうけるトルクロ
ードセル３．圧縮架体１６を含む組立て構成部が容易に
、なめらかに軸方向に移動しうる様に、トルク受は台２
５の上側並びに門型上部受は台３２の下側にはそれぞれ
表面が十分に研削された、硬質材料からなるスラストプ
レート３３がそれぞれ一枚づつ挿入され、固定されてい
る。

この様に構成された機構の中において駆動トルクヘッド
２と被動トルクヘッド１５の間に同層に保持された円柱
形素材に加えられるねじりトルクは交流電動機３４によ
り発生する。

交流電動機に発生した回転力は第５図に示される回路か
らなる低置波発振器により制御される電磁クラッチ３５
に伝わり、更に減速機３６により減速され、従って回転
トルクは増加する。

この増大された回転力は、メカニカルカップリング１を
経て駆動トルクヘッド２に伝達される様になっている。

この回転力発生部、即ち電動機３４は補助架台３７を介
して、又、減速機３６はそれ自体所定の取付ボルトによ
りベッド８に強固に固定されている。

又１円柱形素材に接する駆動トルクヘッド並びに被動ト
ルクヘッドの素材に接する端面には第４図に示す様に多
数の、深さ１朋の■みぞが放射状に加工されており、複
合加工の初期において加えられる軸圧縮力により、その
際素材に生ずる平均圧縮応力は十分に塑性応力に達して
いるから、素材の両端面には放射状に延びる稜線状の突
起がモ印、成型され、駆動トルクヘッド２及び被動トル
クヘッド１５の■みぞと噛合って円柱形素材にねじりモ
ーメントｔ）Ｓ加えられる様になっている。

この複合加工に用いられる円柱形素材はその両端面の中
央部にあらかじめ直径２０朋φ、深さｌ關の凹部が設け
られており、これと駆動及び被動トルクヘッド端面の中
央部に設けられている直径’；Ｈ）ｍｖｔφ、深さ１３
ｎｍの凹部の間に直径２０ＴｔｗＬφ、長さ１４ｍ７１
Ｌの芯出しプラグを挿入し、素材と駆動及び被動トルク
ヘッドの相対する面を接触させることにより、伝達軸１
９．駆動トルクヘッド２゜素材９、被動トルクヘッド１
５．１−ルクロードセル３．Ｅ縮架体１６を同層に置く
ことができる。

次にこの複合加工装置に属する電磁クラッチ３５のオン
オフを制御する、第５図に示す低置波発振器の回路につ
いて、その作動機構を説明する。

この回路は通常フリップフロップ回路と称されているも
のの一つである。

即ち、その主役部は切換スイッチＳ１により選択されて
接続する固定抵抗回路と、切換スイッチＳ３により選択
されて接続する電解コンデンサと１個の継電器が並列回
路を構成し、これらが直列に結合された状態の同様の２
組の回路からなるものである。

この回路においてＲｙＡ、ＲｙＢは同種の小型継電器で
あり、ａ、 、 Ｒ２はＲＹＡに、又すはＲｙＢに属す
る補助接点である。

ここで、固定抵抗器Ｒ１からＲ６並びにＲ７からＲ１２
までがそれぞれ一群をなしており。

ＲｏからＲ６並びにＲ７からＲ１２の各グループのそれ
ぞれの抵抗値は異なる数値のものが選ばれており、また
電解コンデンサＣ、Ｃ並びにＣ３，Ｃ４はそ１
２ れぞれ異なる電気容量をもつ様に選択されている。

この様に構成された回路の電源スィッチＳ。

をオンにすると、直流定電圧装置により人力の商用交流
ｔｏｏｖは、所定の直流電圧に変換されて出力側に現わ
れ、電解コンデンサＣ６を充電し始める。

この充電電圧が継電器（以下リレーと記す）ＲｙＡの最
低感動電圧に達するとリレーＲｙＡが動作し、メーク接
点ａｌ 、 Ｒ２は閉じ、次に切換スイッチＳ２により
選択された抵抗器Ｒ９を通って切換スイッチＳ４により
選択された電解コンデンサＣ３を充電し始める。

この充電電圧がリレーＲｙＢの最低感動電圧に達すると
、リレーＲＹＡの場合と同様にリレーＲｙＢ６！動作す
る。

リレーＲｙＢに属する補助接点すはブレーク接点であり
、この時すはリレーＲｙＡの回路を切るからＣ１は放電
し始め、その電圧６ｉ １ＪレーＲｙＡの開放電圧に達
するとリレーＲＶＡは復旧する。

リレーＲｙＡＱ３復旧するとリレーＲｙＡの場合と同様
にリレーＲｙＢり３復旧し、最初の状態に戻りこれをく
り返す。

この間、リレーＲｙＡが作動し、接点ａ１＋ａ２がメー
ク状態にある時間だけクラッチ電源用直流定電圧装置に
商用ＡＣ１００ＶｆＪ′３人力し、電磁クラッチ３５は
結合状態になる。

繰返し速度即ち発振周波数を変化させることは、切換ス
イッチＳ１．Ｓ２により抵抗値を適切に組合せ、切換ス
イッチＳ３．Ｓ４によりそれぞれコンデンサＣ１又はＣ
２およびＣ３又はＣ４を選択し、これら両者を組合せる
ことにより行なうことができる。

即ち補助接点ａ２における周波数とメークしている間の
時間を所定の値に選択することができる。

以下に、上述した複合加工装置と、素材として工業用純
アルミニウム材（素材寸法；直径７０φ×高さ７Ｑｍｍ
、焼鈍条件；３５０℃−５時間保持後炉冷）を用いて行
なった試験経過並びに結果について説明する。

複合加工試験においては、まず円柱形素材の両端面をあ
らかじめそれぞれ芯合せプラグを挿入された駆動トルク
ヘッド２、被動トルクヘッド１５の間に同層に保持する
。

そして３台の油圧ラム４に属するピストンの先端が圧縮
架体１６の後部端面に接する様に補助リング１４を調節
する。

その後、交流電動機を回転させた後、あらかじめ準備せ
られた高圧油圧ポンプより高圧油を油圧ラム４に供給し
、所定の軸荷重値まで試験片を圧縮し、その後直ちに第
４図に示す低置波発振回路における電源スィッチＳ。

を投入し、試験片にくり返しねじりトルクを重畳する。

この際素材に加えられる軸モ縮力は別途に設けた油圧ロ
ードセルにより測定され、換算して軸圧縮力とされる。

この軸圧縮力は使用する素材の圧縮公称応力−公称ひず
み曲線における塑性変形領域の初期的状態にある静軸圧
縮応力に相当する大きさとすればよい。

軸圧縮力と共に重畳されるねじりトルクはトルクロード
セル３の外因面上に４枚のストレーンゲージを接着し、
それらをブリッジ結合して測定する。

この様にすると、このトルクロードセルにねじりトルク
と共に加わる軸圧縮力の影響を０とした形でねじりトル
クのみを検出することができる。

又この時の駆動トルクヘッド２の回転角はその外円面に
取付けたロータリーポテンショメーター７と支持架体３
８とにより測定される。

この様な複合力をうける素材に発生する圧縮方向の変形
量は支持棒３０に取付けられた直線型ポテンショメータ
ー６と圧縮架体１６に取付けられたＬ型金具３９との相
対的移動により測定される。

これら４つのデーターは電磁クラッチ３５に与えられる
クラッチ電流の有効作動時間率（クラッチ通電時間のそ
の同期に対する時間的割合、φで示す）とくり返し同波
数により異なる変形挙動を示すが、その時間的変化の傾
向を第６図に示しである。

この図において横軸は時間軸である。

又、トルク曲線の上部に記入されている数字はくり返し
回数を示すものである。

又、この図においては測定対象の名称をその各々の変化
曲線の左側にまとめて記入し、各曲線は便宜上、軸力は
下方向を＋、クラッチ電流は上方向を＋、トルクは下方
向を＋、ねじり角は上方向を＋、軸変形は上方向を十と
して作成している。

次にこの図を用いて複合加工の際の現象を説明する。

図中Ａは油圧Ｏ即ち軸圧縮力Ｏの位置である。

複合加工の初期に円柱形素材に軸力（この図の場合には
３０トン、油圧でいえば７００に９／ｃｒｔＤを加える
がこの時の記録位置はＢで示される。

この初期軸圧縮力により円柱形素材はその初期高さを短
縮するがその関係は図中のＣ，Ｄで示され、Ｃ点は初期
高さを又、Ｄ点は短縮した後の高さを示す。

この場合ＣＤ間の長さは初期変形量５咎を示している。

この様な状態になった時、直ちに電磁クラッチに間けつ
電流（ＲｙＡの補助接点ａ２より制御されるので電磁ク
ラッチに流れる電流は矩形波的になる）が流れ、オンオ
フされるがその電流波形はＥ曲線により示されている。

この様にして素材を介してトルクロードセルに伝わり検
出されるトルクの変化は１曲線により示される。

この時の駆動トルクヘッドの初期位置からのねじり角は
０曲線により示される。

素材にくり返しねじり力が加えられると軸圧縮力は若干
、低くなる方向（図において上方向）へ変動してその傾
向はくり返し数の増加と共に少くなる。

この変化はＨ曲線により示されている。

さて、この第６図を注意深く観察すると次の様なことが
解る。

即ち、クラッチ電流が流れ始めると若干時間おくれでね
じりトルクが加わり始め。

ａ秒後には駆動トルクヘッドが急激に回転し始めねじり
トルクは急増し、その上昇時間中だけ軸変形は増加しＤ
からＤｌのレベルに変化する。

又、軸圧縮力は同様にその時間中だけ急激に低下する。

くり返しねじり回数の増加と共にねじりトルクは増加す
るが次第に飽和状態を示す増加傾向である。

又、軸変形量はねじりトルクと同様な増加傾向を示すが
、繰返し数１２回後の軸ひずみは実に２２．５％に達し
ている。

この間１駆動トルクヘッドの回転角は一様な増加率で増
加している。

この様な複合加工をうけた素材の外形形状はバレリング
をほとんど生じていないことも、この加工方式の特色の
一つである。

さて、くり返しねじりの同波数と、クラッチ電流の有効
作動時間率を変化させた場合の試験結果を整理した図を
第７図ａ、ｂ、ｃに示す。

これらの図において、■は１駆動トルクヘツドの回転角
〔°〕、εは軸ひずみ［知、σは軸応力（ｋｇ／ｍｙＦ
］ ＋τは素材の初期外形における外周せん断応力（ｋ
ｇ／／Ｉｌａ：］ 、 Ｎはくり返しねじり回数である
。

いづれの図においてもて、εはＮの増加と共に急激に増
加しているがＩＯ回程度でほぼ同様の飽和値に達してい
る。

これは素材の強度と両トルクヘッド端面に加工されてい
る■みぞの形状に関係してきまることが多くの試験から
確認されている。

次に第８図は数多くの第７図ａ、ｂ、ｃの如き実験結果
の図からねじりトルクのくり返し数Ｎと軸ひずめεの関
係だけをまとめ、その典型的な４例を図示したものであ
る。

この図によれば同波数１、０６ Ｈｚ、有効作動時間率
８２．８咎の場合をこはねじりトルクのくり返し数が８
回、すなわち加工時間にて約８．５秒で軸ひずみ２２．
７優に達していることが解る。

これらの値は多くの試験結果からみて、この様なアルミ
ニウム材料のこの様な焼鈍条件と両トルクヘッドの端面
の■みぞ形状の組合せの場合の最適加工条件の一つであ
ることが解っている。

第９図は、主としてこの様な複合加工をうけて変形した
後の試験片Φ圧縮応カーひすみ曲線を示したものである
。

以下に各曲線の実験条件を示す。曲線番号、■ ＝試験
片形状５Ｑ７５７ｆｆｉφｘ５０７１２１１（直径×高
さ）、焼鈍３５０ ℃−５ｈ（時間）、潤滑剤に ローコルペーストを用いた平 面ポンチによる標準的圧縮試 験結果。

曲線番号 ２ ：試験片形状５０朋φｘ５０ｍｍ、焼鈍
３５０℃−５ｈ、無潤滑、 両トルクヘッドを用いて圧縮 した試験結果。

曲線番号３〜６：試験片形状７０關φ×７０ｍｒＩＬの
状態で３５０℃−５ｈ焼鈍、 下記の条件で複合加工を受は 変形した後の試験片の中央部 から５Ｑｍ７Ｗφ×５０關の試験 片を機械加工により削り出し。

潤滑ｉＮ１にローコルペーストラ 用い平面ポンチにより行った モ縮試験結果。

但し曲線番号６の試験片煤複合加工の際に 両ポンチと試験片端面の間に ローコルペーストを塗布した。

〔複合加工の条件〕

同波数 有効作動時間率 くり返し数 １線番号 〔Ｈ２〕〔係〕 〔回〕３ １
．１５ ４８．Ｌ Ｌ７４ １
．３５ ７４．６ ８５
１．００ ８５．９
７６ １．４５ ７１．４
１１第９図によれば、この様な複合加工をうけた材
料の圧縮強度（０，２％耐力）は容易に２倍以上に達し
、複合加工の際に潤滑剤を用いたために顕著な軸ひずみ
の増加を生じなかった試験片の場合でさえも２倍近くの
強度（ｏ、ｚ’ｂ耐力）を示していることが解る。

以上の試験仄況及び結果の説明はアルミニウム材料の場
合について述べたが、他の金属材料についても加工可能
であり、特に延性材料に属する灰態に処理すればアルミ
ニウム材料とほとんど向様に犬なる変形を行なわしめる
ことが可能である。

以上説明した様に本発明法によれば、円柱形素材にその
軸方向に若干塑性領域に入る静モ縮力を加え、これと重
畳する形で素材に応じて適切な大きさのくり返し片振り
塑性ねじりを加えることにより短時間に容易に軸力が初
期モ縮力より増加することなしに犬なる軸変形を得るこ
とが可能である。

又、この複合加工法はその変形加工中に伺らの騒音、振
動を発生せずに行ないうる点もその大きな特色であり、
本発明の有用性は極めて犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合鍛造法を実施する装置の一部
を断面で示す正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線上でと
った断面図、第３図は第２図に示す装置部分の側面図、
第４図は駆動トルクヘッドの形状を示す図、第５図はこ
の複合鍛造装置に使用する電磁クラッチにくり返し間け
つ電流を与えるために使用する低周波発振器の回路図、
第６図はこの鍛造装置による複合鍛造時における電磁ク
ラッチのくり返しオンオフ動作による円柱形素材に加わ
る軸力及びねじりトルクとそれによるトルクヘッドのね
じり角及び軸変形の変化の傾向を示す線図、第７図はこ
の複合鍛造時において、初期軸力を３０トン（軸応力に
換算して７．８ ｋｇ／ｍＡ’）を加え、これにくり返
しねじりトルク負荷を重畳した場合のそのくり返し数（
Ｎ回）の増加による軸ひずみ（６幅）、素材の外周にお
けるせん断応力（τｋｇ／／Ｉｌｊ ） 、軸応力（σ
に９７ｍわ、トルクヘッドのねじり角（■°）等の変化
をそりくり返し数の同波数及び有効作動時間率（同期に
対するクラッチ通電時間の割合、咎で示す）を変化させ
た場合の３例について示す線図、第８図は種々の周波数
、クラッチの有効作動時間率の組合せにより行なった試
験結果からえたねじりトルク負荷めくり返し数の増加に
よる軸ひずみの増加の傾向と終息伏況を示す線図、第９
図は既に種々の組合せ条件下で軸圧縮力とくり返しねじ
り負荷も重畳され変形した素材の中央部より機械加工に
より削り出された５９ｍｍφ×５０ｍｒＩＬ（直径×高
さ）の圧縮用試験片と、これと同型の未複合加工試験片
の静圧線試験による変形の傾向を示す線図である。 ２・・・・・−駆動トルクヘッド、３・・・・・・トル
クロードセル、４・・−・・・油圧ラム装置、７・・・
・・・ロータリーポテンショメーター ８・・・・・・
ベッド、９・・・・・・素材。 １０・・・・・・補強ベッド、１１・・・・・・コンク
リートブロツク、１２・・・・・・アンカーボルト、１
３・・・・・・可動耐圧板、１４・・・・・・補助リン
グ、１５・・・・・・被動トルクヘッド、１６・・・・
・・圧縮架体、１７・・−・・固定耐圧板、１Ｂ・・・
・・・スラストベアリング、１９・・・・・・伝動軸、
２０・・・・・・キーミゾ、２１・・・・・・中間リン
グ、２２・・−・・・トルク伝達ピン、２３・・・・・
・ローラ軸、２４・・・・・・ローラーフォロワー ２
５．２６・・・・・・トルク受台、２７・・・・・・ピ
ン、２８・−・・・・支持台、２９・・・・・・丸ナツ
ト、３０・・・・・・支持棒、３２・・・・・・門型上
部管は台、３３・・・・・・スラストプレート、３４・
・・・・・交流電動機、３５・・・・・・電磁クラッチ
、３６・・・・・・減速機、３７・・・・・・補助架台
、３８・・・・・・支持架体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ すえ込み鍛造用円柱形素材に対してその素材のモ縮
   公称応カー公称ひずみ曲線における塑性変形領域の初期
   的状態にある静軸圧縮応力に相当する軸圧縮力を素材端
   面に接する夫々のポンチ端面に素材に適した断面形状と
   深さを有する多数の放射状配列の■みぞを有するｌ対の
   ポンチを介して加えた後、その圧縮状態を保持したまま
   これらのポンチ間にくり返し片振りねじりトルクを負荷
   し、かくして加工初期に加えた上記静的軸圧縮力をこえ
   ることなく顕著な軸変形を生せしめることを特徴とする
   圧縮力とくり返しねじり力による複合鍛造加工法。 ２ 基台上に固定した固定耐圧板と、基台上に固定耐圧
   板に相対してかつ取付は位置を調節自在に固定した可動
   耐圧板と、可動耐圧板上に配設した油圧ラム装置と、被
   動トルクヘッドを固定しかつ油圧ラム装置に連結した軸
   方向に可動の圧縮架体と、圧縮架体をそれが受けるトル
   クに抗してかつ軸方向に可動に支持する装置と、被動ト
   ルクヘッド上に着脱自在に取付けた素材挟持用ポンチと
   、固定耐圧板にスラストベアリングを介して回転自在に
   支持した鰍動軸上に取付けた駆動トルクヘッドと、駆動
   トルクヘッド上に着脱自在に取付けた素材挟持用ポンチ
   と、伝動軸とトルク発生装置間に配置した電磁クラッチ
   と、電磁クラッチを同期的に作動させてトルクを周期的
   に伝動軸に伝達させる制御装置とから戊ることを特徴と
   する圧縮力とくり返しねじり力による複合鍛造加工法置
   。