JPS6312690B2 - - Google Patents

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JPS6312690B2
JPS6312690B2 JP55086273A JP8627380A JPS6312690B2 JP S6312690 B2 JPS6312690 B2 JP S6312690B2 JP 55086273 A JP55086273 A JP 55086273A JP 8627380 A JP8627380 A JP 8627380A JP S6312690 B2 JPS6312690 B2 JP S6312690B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heating
coil
metal material
tapered
diameter
Prior art date
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Expired
Application number
JP55086273A
Other languages
English (en)
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JPS5711722A (en
Inventor
Makoto Saito
Hiroyasu Nagasaka
Masashi Mizuno
Toshihisa Endo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP8627380A priority Critical patent/JPS5711722A/ja
Priority to FR8105035A priority patent/FR2477914A1/fr
Priority to DE19813110043 priority patent/DE3110043A1/de
Publication of JPS5711722A publication Critical patent/JPS5711722A/ja
Publication of JPS6312690B2 publication Critical patent/JPS6312690B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は断面が丸形若しくは角形などのロツド
状またはパイプ状のテーパー材の製造装置に係
り、特に軸方向に直径の変化するテーパー材を、
所定の金属素材から材料のロスを少なくし且つ極
めて高能率に、生産性高く製造し得る装置を提供
するものである。
近年、自動車や鉄道車両などの乗心地改善のた
めに、従来の線径が一定なコイルバネに代つて、
軸方向に直径の変化するテーパーロツド(テーパ
ー材)を使用したテーパーコイルバネが普及して
きた。このテーパーコイルバネは、荷重に対し
て、従来のコイルバネの一定割合の高さ変化に比
し、非線型的な高さ変化を行なうバネ特性を有し
ており、これが上記乗心地の改善に大きく寄与し
ているのである。
ところで、このような優れた特性を示すテーパ
ーコイルバネ等に用いられるテーパー材は、従来
より、主として切削加工手法にて所定の線材ある
いは棒材などの金属素材を所望のテーパー形状に
切削することによつて製造されているが、あくま
でも金属素材を切削するものであるが故に、材料
のロスが大となることは避けられず、またその切
削加工作業に長時間を要してその生産性を著しく
悪化せしめている。
また、その他、スウエージングマシンを使用し
たロータリースウエージング方式と称される熱間
鍜造手法による製造方法も一部では採用されてい
るが、この方法でも、材料のロスが少なくなる利
点がある反面、依然としてテーパー加工に長時間
を要するという問題は解決されていなかつたので
ある。
このように、従来のテーパー材の製造手法はい
ずれも生産性の低いものであつたのであり、また
当然のことながらかかる問題を解決し得るに有効
な装置も開発されてはいなかつたのである。
このため、本願出願人は、先に特願昭55−
34345号(特開昭56−131035)として従来とは全
く異なる観点に立つ新しいテーパー材の製造手法
を提案した。この新しい製造手法は、所定の金属
素材に対してその軸方向に温度勾配を付与し、そ
してかかる温度勾配のある素材に引張力を加える
ことにより、かかる温度勾配に応じて該素材の軸
方向に直径の変化したテーパー部分を形成せしめ
るようにしたものであり、これによつて従来から
問題とされていた材料ロスの解消は勿論のこと、
テーパー部分の一挙の形成による加工時間の著し
い短縮が可能となり、その作業能率、ひいては生
産性が著しく高められ得ることとなつたのであ
る。
本発明者らは、かかる事実に鑑み、上記新しい
テーパー材の製造手法を実施するに好適な装置に
ついて更に検討を進めた結果、ここに本発明装置
を確立するに至つたのである。すなわち、本発明
は、線状の金属素材をその軸方向の二点でチヤツ
クし、該二点間の長さが長くなる方向に引張せし
める引張機構と、該金属素材のチヤツクされた二
点間に配列され、所定の温度勾配が形成されるよ
うに該金属素材をそれぞれ加熱せしめる多段の加
熱手段とを含み、該多段の加熱手段を、多数個の
コイルを金属素材の軸方向に配置して、それらに
独立して所定の電流がそれぞれ流されるようにさ
れた高周波誘導加熱手段にて構成して、該コイル
のそれぞれに流される電流量を変化せしめること
により、前記金属素材の各部分に流される電流密
度を変えて所定の温度勾配が形成されるようにす
ると共に、かかる加熱手段によつて所定の温度勾
配が付与された金属素材を前記引張機構にて引張
せしめることにより、該金属素材の軸方向に直径
の変化したテーパー部分を形成せしめるようにし
たことを特徴とする装置を提供するものであり、
これによつて材料歩留りを向上し且つ加工時間を
短縮し得る実用的な装置と為し得たのである。
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を更
に詳細に説明することとする。
第1図において、1は丸棒鋼材であり、その両
端部がチヤツク2,2にてそれぞれ掴まり、油圧
シリンダなどの適当な手段(図示せず)によつて
それらチヤツク2,2の間隔が離隔される方向、
換言すれば該丸棒1の長さが長くなる方向(矢印
Aで示す)に引張せしめられるようになつてい
る。また、これらチヤツク2,2間の丸棒1に対
して、コイル巻数の密度が同一のn個の高周波誘
導加熱用コイルC1〜Coがその軸方向に配列、設
置され、それぞれ該丸棒1の軸方向の各部位に対
する加熱ゾーンを形成している。そして、各コイ
ルC1〜Coには、制御装置3からそれぞれ独立し
て所定の制御された高周波電流が流され、且つ各
コイルC1〜Coに流される電流量を異ならしめる
ことによつて各コイルに対応する丸棒1の各部位
に流れる(誘導電流の)電流密度を変え、以て該
丸棒1に対する加熱量を変化せしめることにより
その軸方向に所定の温度勾配が形成されるように
なつている。また、各コイルC1〜Coによつて形
成される各加熱ゾーンにおける丸棒1の実際の加
熱温度を測定するために、各加熱ゾーンに対応し
て適当な測温器T1〜To、例えば輻射温度計が設
けられており、これら測温器T1〜Toにて測定さ
れた実際の温度に基づいて、各加熱ゾーンにおけ
る目標とする加熱温度に調節すべく、前記コイル
C1〜Coへそれぞれ流される電流量が制御装置3
において独立して制御されるようになつている。
従つて、かかる構成において、所定の丸棒1の
両端をチヤツク2,2にてそれぞれチヤツクせし
め、ついで所定の軸方向の温度勾配を与えるべく
制御された高周波電流が各コイルC1〜Coに流さ
れて高周波誘導加熱された後、該チヤツク2,2
をそれぞれ矢印A方向に移動せしめて該丸棒1を
伸長する方向に引張せしめることによつて、該丸
棒1に対して同一の張力をかけても各部位毎の伸
びが異なるために、そこにテーパーが形成される
こととなるのである。すなわち、同一太さの素材
1に軸方向の温度勾配を与えて張力を加えると、
その温度の高い部分では伸びが大きく、その温度
の低い部分では伸びが小さいのであり、そのため
伸びが大きい部分の直径は小さく、また伸びが小
さい部分においては直径はそれほど減少せず、比
較的大きな直径のままとなるのである。従つて、
例えば第2図に示す如き温度分布を素材に与えて
張力をかければ、該素材の各部の伸びが異なるた
めに、結果的に第3図に示すようなテーパー部1
aのついたテーパー材1′が得られることとなる
のである。それ故、かかる構成に従えば、切削な
どによつて材料を捨てることがないので材料歩留
りがよくなることは勿論、多段のコイルC1〜Co
によつて一挙に所望の温度パターン(勾配)に加
熱され、そして一段の引張操作によつて一挙にテ
ーパー部分が形成せしめられるので加工時間も著
しく短縮され得、以てテーパー材の製造コストが
効果的に低下せしめられ得たのである。
また、かかる構成の装置にあつては、多段のコ
イルC1〜Coへ流される電流がそれぞれ独立して
制御されるものであり、また各コイルC1〜Co
よつて形成される各加熱ゾーンの実際の温度が測
定され、それに基づいてまた各コイルC1〜Co
よる加熱量が目標値に制御されるため、温度分布
が任意に制御できてテーパーも種々の形状に加工
され得る利点がある他、加熱温度、ひいてはテー
パー形状の正確な制御が可能となつたのである。
因みに、材質:SUP−7の棒鋼素材(12.2mmφ
×1500mml)を用いて、上述の如き装置にて、テ
ーパー加工操作を、次のような条件下において行
なつた。
すなわち、誘導加熱コイルとしては10段のもの
を用い、そして各段のコイルのコイル巻数を10
巻、コイル直径を18mmφ、コイル幅を約150mmと
すると共に、素材軸方向の中央部に位置する2段
のコイルに、それぞれ750℃の加熱温度とすべく
27KWの加熱電力を印加する一方、この中央のコ
イルから左右に離れるに従つて順次各コイルに印
加される加熱電力を26.6KW、26.3KW、
25.4KW、23.4KWと低下させて素材加熱温度が
それぞれ740℃、730℃、705℃、650℃となるよう
にした。なお、素材に流れた誘導電流の電流密度
は、各コイル部位において、中央のコイルから端
部のコイル方向に順次43.8A/mm2、43.5A/mm2
43.2A/mm2、42.6A/mm2、40.8A/mm2となつた。素
材の加熱時間は5秒とし、また素材の加熱領域は
1454mmであつた。そして、このような加熱を行な
つた後、通電を停止して、2秒間の熱平均化を行
なつた。
この結果、棒鋼素材に対して、その1454mmの長
さに亘つて第4図に示される如き温度パターン
(分布)が付与され、その後3秒間を要して、該
素材の軸方向に引張作用を付与した。
そして、これにより、第5図に示されるよう
に、中央部に直径が9.8mmφの極小(細径)領域
を約520mmの長さにおいて有し、この細径領域よ
り、両端側の直径が12.2mmφの未変化領域にそれ
ぞれ至る、漸次直径の増大する約615mmの長さの
テーパー領域を有するテーパー材を得ることが出
来た。なお、加工長さは1890mm、減面率は35.5%
であつた。
なお、本発明は、上記具体例のみに限定される
ものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱しない
限りにおいて当業者の知識に基づいて種々なる変
更、改良等を加え得るものである。
例えば、本発明で用いられる各誘導加熱コイル
のコイル巻数やそのコイル幅、コイル直径など
は、被加工素材の種類、直径、目的とするテーパ
ー形状等によつて適宜に決定されることとなる
が、一般に、各コイルのコイル巻数は6〜11巻程
度、コイル幅としては100〜150mm程度、更にコイ
ル径としては15〜20mm程度が採用されることとな
るが、勿論、この範囲外においても実施され得る
ものであることは言うまでもないところである。
また、各コイルに流される電流密度にあつても、
素材とコイルとの間の距離によつて素材に流れる
誘導電流の電流密度が異なり、従つて加熱量も異
なるものとなるところから、目的とするテーパー
形状などによつて適宜に決定されることとなる。
そしてまた、本発明に従う装置におけるテーパー
加工操作は、一般に、3〜6秒間程度の加熱、次
いで2秒間程度の熱平均化、更にその後の2〜3
秒間程度を要しての引張操作をもつて実施される
こととなるが、またこのようなテーパー加工操作
は被加工素材の種類などによつて適宜に選定され
ることとなる。
また、本発明に従う装置では、加熱手段として
高周波誘導加熱による機構を採用しているが、こ
れに代えてバーナ等の適当な加熱手段を多段に配
置することも考えられなくはない。しかしなが
ら、加熱の迅速性、制御性、正確性や加熱操作の
容易性などの点を考慮して、本発明では、誘導加
熱方式による加熱手段が採用されているのであ
る。
さらに、本発明装置によつてテーパー化される
線状の金属素材は一般に線材乃至は棒材、或は中
空状のパイプ材の形態を為し、また丸材の他、角
材などであつてもよく、更に材質としては通常鋼
材からなるものであるが、他の非鉄金属系の材料
からなるものであつても何等差支えない。そして
このような金属素材に対して本発明装置により付
与される温度パターンは該素材の材質、寸法、加
熱温度、引張条件などや、目的とするテーパー形
状によつて適宜決定されることとなる。
また、本発明に係る装置は、上述の如く所定長
さの金属素材をチヤツクにセツトし、加熱、引張
せしめる方式の他、コイルなどの長尺の連続した
金属素材を順次所定長さだけ前進せしめ、そして
本発明に従う装置にてテーパー成形加工するよう
にすれば、所定の間隔をおいてテーパー部分が形
成された製品が連続的に得られ、それ故かかる製
品を必要に応じて適当な部分で切断するようにす
れば、定長のテーパー材が有利に得られることと
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る装置の一実施例を示す系
統図、第2図は加熱温度パターンの一例を示すグ
ラフ、第3図は金属素材に引張力を加えた後の状
態の一例を示す正面図である。また、第4図は実
際の加熱温度パターンの一例を示すグラフであ
り、第5図は得られたテーパー材の加工形状(プ
ロフアイル)を示すグラフである。 1:丸棒鋼材、2:チヤツク、3:制御装置、
1a:テーパー部、C1,C2,……Co:高周波誘
導加熱コイル、T1,T2,……To:測温器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 線状の金属素材をその軸方向の二点でチヤツ
    クし、該二点間の長さが長くなる方向に引張せし
    める引張機構と、該金属素材のチヤツクされた二
    点間に配列され、所定の温度勾配が形成されるよ
    うに該金属素材をそれぞれ加熱せしめる多段の加
    熱手段とを含み、且つ該多段の加熱手段を、多数
    個のコイルを金属素材の軸方向に配置して、それ
    らに独立して所定の電流がそれぞれ流されるよう
    にされた高周波誘導加熱手段にて構成して、該コ
    イルのそれぞれに流される電流量を変化せしめる
    ことにより、前記金属素材の各部分に流される電
    流密度を変えて所定の温度勾配が形成されるよう
    にすると共に、かかる加熱手段によつて所定の温
    度勾配が付与された金属素材を前記引張機構にて
    引張せしめることにより、該金属素材の軸方向に
    直径の変化したテーパー部分を形成せしめること
    を特徴とするテーパー材の製造装置。
JP8627380A 1980-03-17 1980-06-25 Manufacturing apparatus for taper material Granted JPS5711722A (en)

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JP8627380A JPS5711722A (en) 1980-06-25 1980-06-25 Manufacturing apparatus for taper material
FR8105035A FR2477914A1 (fr) 1980-03-17 1981-03-13 Procede et appareil pour la fabrication de tiges coniques
DE19813110043 DE3110043A1 (de) 1980-03-17 1981-03-16 Verfahren und vorrichtung zur herstellung konischer staebe

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