TWI511810B - 旋壓成型加工方法 - Google Patents

Description

旋壓成型加工方法

本發明係關於使用在汽車之轉換器外殼或消音器之鋼管等金屬製管體之管端等縮徑部之成形方法。

裝備於汽車之排氣系統之排氣淨化用觸媒(轉換器)之外殼或消音器(muffler)之外殼，由於大容量化之需要性而使用大口徑之管做為素材。此外，於該外殼構件端部為與前後之構件連接而具備錐部、甚至視需要具備連續於錐部之小徑之直管部。

圖1係顯示此種外殼1由為素材之大徑之管之部分(1c)、為與前後之構件連接而設之錐部(1b)、連續於錐部之小徑之直管部(1a)構成之例。

其成形方法多係使用如於圖2可見之旋壓成形加工方法。

此外，以加工時之皺紋抑制、加工部之板厚調整、或加工內外面之尺寸精度之提升為目的，亦有使用例如見於圖3之金屬芯材。

然而，以多程(multipass)加工時，金屬芯材有效發揮作用者僅最終程，在途中步驟幾乎無作用。此外，由於需要金屬芯材之保持用治具等原因，對管端縮徑加工時之金屬芯材利用技術未必符合現實。

因此，對管端施加以縮徑為目的之旋壓成形加工方法時，不使用金屬芯材，將滾輪壓接於中空狀態之管體進行成形之法逐漸增加。

不使用金屬芯材實施旋壓成形加工時，為正常進行加工，有抵抗滾輪產生之加工力以保持管體本來形狀之必要。

然而，此種管體加工品為求輕量化等之目的，被要求管壁之薄壁化。與管體之直徑相比若管壁變薄，管體之剛性便不足。其結果，管體加工品之形狀精度降低。此外，於使旋壓成形加工進行時若被加工管體彈性撓屈或起伏，因滾輪撞擊該變形部位，故於進行旋壓成形加工之部位產生皺紋或變形而無法續行旋壓成形加工。即，成為見於圖4之不良品。

此種形狀精度之降低或加工無法續行之現象係被加工管體之壁厚越薄或越使加工速度增加越容易發生。

針對此問題，在專利文獻1提案為抑制被加工管體之剛性不足導致之彈性變形、防止防止皺紋或裂痕之產生、使形狀精度與加工速度提升，在進行於旋轉之金屬製之管體之外周按壓加工滾輪並以無成形模具將前述管體縮徑之旋壓成形加工時，使由發泡樹脂構成之填充材位於前述管體之內側，以前述加工滾輪將前述管體與前述填充材一起縮徑加工。

[專利文獻1]日本特開2006-346695號公報

以上述專利文獻1提案之方法可獲得抑制起因於被加工管體之剛性不足之彈性變形、防止成形中之振動之產生或皺紋或龜裂等成形之失敗、可圖形狀精度或加工速度之提升之一定程度之效果。

然而，於被加工管體之內側填充之發泡樹脂在壓力作用時，內部之氣泡破壞而變形。因此，對外力之反作用力降低，不足以彌補被加工管體之剛性。即，填充之發泡樹脂在變形量少時追隨被加工管體之變形而發揮一定程度之效果，但變形量變多時無法期待相應於變形量之反作用力之出現。

此外，填充於被加工管體之內側之發泡樹脂隨管徑之縮徑加工而成為其形狀變形為沿管端形狀填充之形態。因此，從管端開口部分之發泡樹脂之取出不易，生產性變差。且做為填充材使用之發泡樹脂之再利用完全不可能。因此，在專利文獻1提案之發泡樹脂利用技術結果為成本提高。

本發明係為解決此種問題而提出，以提供於金屬製管體之管端等形成縮徑部時，抑制被加工管體之剛性不足導致之彈性變形、防止皺紋或龜裂之產生、圖形狀精度與加工速度之提高而生產性良好地進行旋壓成形加工之方法為目的。

本發明之旋壓成形加工方法為達成其目的，係使用配置於被加工管體之外周並在其周圍相對公轉之加工滾輪，藉由使前述加工滾輪於前述被加工管體之半徑方向移動並使於軸方向往復動將前述被加工管體縮徑，其特徵在於：在於前述被加工管體之縮徑加工部之管內側將由具有彈性之板狀材構成之捲繞體做為金屬芯材插入之狀態下以前述加工滾輪縮徑加工。

以做為具有彈性之板狀材使用彈簧鋼板之捲繞體做為金屬芯材使用較理想。

在本發明之旋壓成形加工方法係使用配置於被加工管體之外周並在其周圍相對公轉之加工滾輪，藉由使前述加工滾輪於前述被加工管體之半徑方向移動並使於軸方向往復動對前述被加工管體施加縮徑加工時，做為金屬芯材插入由具有彈性之板狀材構成之捲繞體。由於由彈簧鋼板等構成之捲繞體成為半徑可變之金屬芯材，故在以多程施加縮徑加工時，於全階段做為金屬芯材有效發揮機能。且即使被加工管體為薄壁材亦可抑制起因於被加工管體之剛性不足之彈性變形。此外，可防止成形中之振動之產生或皺紋或龜裂等成形之失敗、可圖形狀精度或加工速度之提升。甚至，不僅加工後之金屬芯材之除去容易，由於可做為金屬芯材再利用捲繞體，故可生產性良好地進行旋壓成形加工。

本發明者等再檢討於管端施加縮徑加工時使用發泡樹脂做為金屬芯材之專利文獻1之技術之問題，針對在半徑變細之時點亦可對外表現強反作用力並可再利用之金屬芯材重複檢討。

在其過程發現由彈簧鋼板等具有彈性之板狀材構成之筒狀捲繞體可做為金屬芯材使用。

以下以做為金屬芯材使用由彈簧鋼板構成之捲繞體之態樣說明其詳細。

在本發明之旋壓成形加工方法做為金屬芯材使用之彈簧鋼板之捲繞體系如圖5所示之將通常之薄板彈簧鋼板捲為一至數圈之筒狀。至少內側之板端重疊於外側之板之內壁為必要。為使隨半徑變細易沿外側之板內壁滑動，如見於圖5內側之板端往內側彎折較理想。

彈簧鋼板之捲繞體係捲數越多縮徑時之反作用力越大。此與線圈彈簧相同。由於係抵抗縮徑加工結束後之增大後之反作用力取出捲繞體，故不需要過大之捲數之捲繞體。雖亦隨彈簧鋼板之特性而變，但一或二次捲繞即足。

使捲繞體之筒之長度稍微超過欲施加之縮徑部之長度即足。

其次，針對使用如上述之彈簧鋼板之捲繞體進行旋壓成形加工之方法詳細說明。

圖6係以本發明之旋壓成形加工方法對管端施加縮徑加工時之示意圖。首先，如圖6(a)所示，於被加工管端插入彈簧鋼板之捲繞體。此時，捲繞體在以抵抗往其外方之反作用力之力半徑變細之狀態插入。除去抵抗反作用力之力後，彈簧鋼板之捲繞體之半徑變粗至符合被加工管體之內徑而以從被加工管體之內側往外方按壓該被加工管體之內壁之形態保持於被加工管體之內側。

在此狀態下，與見於圖2、圖3同樣，以加工滾輪對管端施加縮徑加工(參照圖6之(b))。此時，如前述，彈簧鋼板之捲繞體由於以藉由其反作用力按壓於管端內壁之形態保持，故不必另行保持、支持該彈簧鋼板之捲繞體。隨管端之縮徑加工而捲繞體之半徑縮徑，其反作用力隨加工而增大。

另外，進行旋壓成形加工時，圖2、圖3係顯示固定被加工管體，使加工滾輪公轉之態樣，但為使被加工管體旋轉之態樣亦可。

由彈簧鋼板之捲繞體構成之金屬芯材之往外方之按壓力雖係彌補被加工管體之剛性，但由於此按壓力隨縮徑加工進行而增大，故即使被加工管體之壁厚為薄，亦可抑制起因於被加工管體之剛性不足之彈性變形。

對管端施加縮徑加工時，於被加工部位若無材料拘束便易產生裂痕，但若接觸金屬芯材，尤其是如本發明給予按壓力接觸金屬芯材，被加工部位之材料拘束之效果更變大，不僅可防止加工時之裂痕產生，亦可圖形狀精度或加工速度之提升。

加工結束後，取出做為金屬芯材之彈簧鋼板之捲繞體。

彈簧鋼板之捲繞體之半徑隨加工而變細，對外方之反作用力變更大。因此，欲使捲繞體之半徑更細以將捲繞體從被加工管體拔取，必須對捲繞體附加增大後之反作用力以上之力。除以增大後之反作用力以上之力為必要以外，於拔取無困難點。

由於拔取後之彈簧鋼板之捲繞體復原為最初之形狀，故可再於管體之縮徑加工做為金屬芯材使用。因此可將生產成本壓低。

通常，對管端施加之旋壓成形加工多為將管端部保持真圓形狀縮徑加工。本發明方法雖係採用於此種通常之真圓縮徑加工，但亦可適用於往形成於管端之縮徑部非真圓形狀而是具有稍微不同之長徑與短徑之橢圓形狀之縮徑加工。

即，由於之彈簧鋼板之捲繞體係沿成形之管體之內部壁形狀變形，故只要剖面形狀非角形狀便沿管端加工形狀變形。因此，於往具有不同之長徑與短徑之橢圓形狀之縮徑加工亦可無問題適用。

另外，在上述說明雖係說明對被加工管體之管端進行縮徑加工之態樣，但於管端以外之部位(例如被加工管體長度方向之中央部等)亦可適用本發明

實施例

做為測試材，使用外徑150mm之肥粒鐵系不鏽鋼鋼電縫管。此時，使用素材板厚為0.8mm、1.05mm、1.2mm之3種鋼管。

做為金屬芯材，使用以板厚0.5mm之彈簧用冷軋鋼板(JISG4802、S55C-CSPB)為素材之直徑150mm、寬100mm之捲一圈之捲繞體。

將前述彈簧鋼板之捲繞體插入前述3種被加工鋼管，將加工滾輪以轉速600rpm並接觸被加工鋼管，以推進速度6000mm/分、程數11、縮徑率60%縮徑加工至管端外徑成為90mm。

素材鋼管之板厚為0.8mm時，使用金屬芯材或不使用金屬芯材皆在縮徑至縮徑率60%以前產生皺紋而無法繼續加工，但如圖7所示，未使用金屬芯材時在加工初期產生皺紋，而使用金屬芯材時在加工後期產生皺紋。

又，素材鋼管之板厚為1.2mm時，使用金屬芯材或不使用金屬芯材皆可縮徑加工至縮徑率60%。

相對於此，素材鋼管之板厚為1.05mm時，若依本發明以彈簧鋼板之捲繞體為金屬芯材可縮徑加工至縮徑率60%，若不使用彈簧鋼板之捲繞體則60%之縮徑率之縮徑加工無法達成(參照圖7)。

整理此結果則如表1所示。可理解做為金屬芯材之彈簧鋼板之捲繞體之有用性。

另外，關於成為金屬芯材之由具有彈性之板狀材構成之捲繞體，只要是能在旋壓成形加工時抑制起因於被加工管體之剛性不足之彈性變形者，彈簧鋼板以外者亦可適用。

1‧‧‧外殼

1a‧‧‧小徑之直管部

1b‧‧‧錐部

1c‧‧‧大徑之管部分

圖1係說明排氣淨化用觸媒(轉換器)之外殼之形狀之概略圖。

圖2係說明旋壓成形加工方法之示意圖。

圖3係說明使用金屬芯材之旋壓成形加工方法之圖。

圖4係說明於旋壓成形加工時易發生之問題之圖。

圖5係說明在本發明使用之做為可變半徑金屬芯材之彈簧鋼板捲繞體之圖。

圖6係說明本發明之旋壓成形加工方法之示意圖。

圖7係統整實施例之結果之圖。

Claims (2)

1. 一種旋壓成形加工方法，使用配置於被加工管體之外周並在其周圍相對公轉之加工滾輪，一邊使前述加工滾輪於前述被加工管體之半徑方向移動、一邊於被加工管體之軸方向柱復動，據以將前述被加工管體縮徑，其特徵在於：在前述被加工管體之縮徑加工部之管內側將由具有彈性之板狀材構成之捲繞體做為金屬芯材插入之狀態下，以前述加工滾輪進行縮徑加工。
2. 如申請專利範圍第1項之旋壓成形加工方法，其中，前述捲繞體係由彈簧鋼板構成。