JP4748582B2

JP4748582B2 - マンドレル可動式スウェージングマシン

Info

Publication number: JP4748582B2
Application number: JP2005371665A
Authority: JP
Inventors: 清則武澤; 陽平坪田
Original assignee: Jaroc Holdings Co Ltd
Current assignee: Jaroc Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007167925A

Description

本発明はパイプ形ワークの軸穴内面側をスウェージング加工する際に使用するマンドレルが軸方向へ移動することが出来るように構成したスウェージングマシンに関するものである。

丸棒材の外径を細くする加工手段としてスウェージング加工が使用される場合が多い。丸棒に限らず丸パイプの場合も同じであるが、スウェージング加工はワークを外方向からダイスによって打圧しながら軸方向に送られ、そこで該ワークは逐次加工されて所定の外径となる。ワークが丸パイプであれば、穴には芯金（マンドレル）嵌めて潰れないように加工される。

ところで、スウェージング加工の対象となるワークは色々あるが、基本的には外周断面が円形であり、その材質は比較的柔らかいものから硬いものまで様々である。本発明はスウェージング加工にてパイプ内面を成形する装置であるが、従来のスウェージングマシンではワーク外周面を打圧するダイスが所定の位置に取付けられ、ダイスの動きに追従してワークが軸方に前進移動するように構成している。そして、ワークに挿入させる上記マンドレルは定位置に固定された状態となって支持されている。

図５はパイプ形ワーク(イ)の内面(ニ)をスウェージング加工する概略図であり、ワーク(イ)内にはマンドレル(ロ)が挿入され、複数ダイス(ハ)、(ハ)・・にてワーク(イ)の外周は打圧される。すなわち、ダイス(ハ)、(ハ)・・はワーク(イ)の外周に配置されて中心に向いて内側へ移動することで該ワーク(イ)の外周を打圧し、その結果、内面(ニ)は潰れてマンドレル(ロ)の外周面形状に成形される。

ダイス(ハ)、(ハ)・・は断続的に打圧する為に、ワーク(イ)から離れた際に軸左方向へ逐次移動する。ワーク(イ)はその移動に伴って一定ピッチづつ加工されるが、上記マンドレル(ロ)は移動しない。その為にワーク(イ)の移動に伴って、ワーク内面(ニ)はマンドレル(ロ)と擦れて摩擦が発生し、該マンドレル(ロ)には軸方向に大きな負荷が作用する。

マンドレル(ロ)の基部は掴まれているが、先端部(ホ)に作用する軸方向の負荷に耐えることが出来ず、該マンドレル(ロ)は座屈する。特に、ワーク(イ)が細い場合、又スウェージングされるワーク(イ)の内径が小さい場合には、必然的にマンドレル(ロ)の外径も小さくなり、そのことが座屈現象を一段と助長する。

従って、座屈によってマンドレル(ロ)が破損してしまい、破損しなくても湾曲することでワーク(イ)の送りに支障を来たすと共に、ワーク内面の加工精度が低下する。一方、マンドレル(ロ)の外周面はワーク(イ)の送りに際して常に擦られることで摩耗してしまう。勿論、摩耗を抑えるために表面処理が施されたり硬い材質が使用されるが、表面の摩耗を完全に防止することは出来ず、このマンドレル表面の摩耗が加工精度に影響する。摩耗を抑制する為に硬い材質を使用するならば、脆く成って座屈による破損を助長することになり、座屈防止と摩耗防止の両立が容易でない。

スウェージング装置に関する公知文献も色々あるが、特開平１１−７４１号に係る「塑性加工装置」は、加工工具の摩耗量、加工製品に生じるクラックなどの欠陥や製品特性のバラツキの少ない高品質の加工製品を安定して量産することが可能なスウェージング装置である。しかし、マンドレル(ロ)の座屈による破損防止や摩耗防止に関する内容の文献は存在していない。
特開平１１−７４１号に係る「塑性加工装置」

このように、パイプ形ワークの内面をスウェージング加工する場合には上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であり、ワークを軸方向に送る際に擦れに基づく摩擦によってマンドレルが破損したり、摩耗することのないマンドレル可動式スウェージングマシンを提供する。

スウェージング装置としての基本構造は従来のものと共通している。すなわち、円環状の外輪の内周側に複数のスウェージングローラを介してスピンドルヘッドを回転自在に保持し、スピンドルヘッドに設けたガイド溝にはハンマーを有している。そして、ハンマーの内側(中心側)にはダイスが配置され、ハンマーはスピンドルヘッドと共に回転することでスウェージングローラに当たって移動し、同時にダイスを中心側へ押圧する。従って、複数のダイスに挟まれたワークは該ダイスによって打圧されて所定形状に加工される。

上記ワークは中心軸に位置するように保持するチャックを有し、しかもチャックは軸方向へ移動可能となっている。そして、ワークの基部を保持・固定するチャックとは反対方向からマンドレルが延び、該マンドレルは上記ワークの軸穴に挿入される。本発明では、マンドレルの基部を保持するマンドレル把持部はワークの送りに追従して後退移動することが出来るマンドレル駆動機構を備えている。すなわち、マンドレル把持部は定位置に静止することなく移動する。

一方、ワークの基部を保持・固定するチャックと同じ方向からマンドレルが延び、該マンドレルは上記ワークの軸穴に挿入される。本発明では、マンドレルの基部を保持するマンドレル把持部はワークの送りに追従して前進移動することが出来るマンドレル駆動機構を備えている。すなわち、チャックに対するマンドレルの位置は限定しない。

本発明に係るスウェージングマシンは、そのマンドレルの基部を固定しているマンドレル把持部がワークの送りに追従して後退、又は前進することが出来る。従って、ワークの送りに際してマンドレル外周面とワーク内面との間に擦れはなく、従来のような擦れに基づく摩擦によって発生する軸方向負荷はなく、その為にマンドレルの座屈現象は発生しない。そして、擦れがない為にマンドレル外周面の摩耗も生じない。このことは、マンドレルの寿命を長くするだけでなく、ワークのスウェージング加工精度の向上にも結び付く。

図１、図２は本発明に係るマンドレル可動式スウェージングマシンを表している実施例であり、正面図と側面図を示している。同図の１はダイス、２はハンマー、３はスピンドルヘッド、４はスウェージングローラ、５はハンマーローラ、６は外輪をそれぞれ表している。円環状の外輪６の内周面７には上記スウェージングローラ４，４・・が等間隔で配列され、これらスウェージングローラ４，４・・の内側にはスピンドルヘッド３が保持されている。

スピンドルヘッド３はスウェージングローラ４，４・・を介して回転することが出来、このスピンドルヘッド３に設けている溝にハンマー２，２・・が嵌り、該ハンマー２の内側(中心側)にダイス１，１・・が配置している。ハンマー２，２・・の外側にはハンマーローラ５，５・・が回転可能に取付けられ、ハンマー外側８より僅かに突出している。

従って、上記スピンドルヘッド３が回転するならば、ハンマーローラ５，５・・はスウェージングローラ４，４・・に断続的に当り、その都度ハンマー２，２・・は内側へ押され、同時にハンマー２，２・・に連接しているダイス１，１・・も内側へ押圧される。ダイス１，１・・の内側は入口側のテーパー面１０，１０・・に連続して円弧面９，９・・をなし、円弧面９，９・・がワーク外周に当って打圧することでワークＡは細く加工される。４個のダイス１，１・・は１セットとして同時に稼働してワークＡを打圧するように成っている。

各ダイス１，１・・の間には隙間１１，１１・・が残されているが、コイルバネ１２，１２・・が介在することで、隣合うダイス１，１・・を引き離すバネ力を常に付勢している。従って、ハンマーローラ５，５・・がスウェージングローラ４，４・・から離れるならば、コイルバネ１２，１２・・のバネ力にて、ダイス１，１・・及びハンマー２，２・・は外方向へ戻される。勿論、スピンドルヘッド３が高速回転するならば、ダイス１，１・・及びハンマー２，２・・は遠心力を受けて外方向へ移動し、スウェージングローラ４，４・・にハンマーローラ５，５・・が当ることで内側へ移動する。

ところで、主軸１３にはフライホイール１４が取付けられ、該フライホイール１４に組付けされているプーリー１５と共に主軸１３は回転する。プーリー１５はモーターとベルトを介して連動しており、上記主軸１３と連結しているスピンドルヘッド３は主軸１３と共に回転する。主軸１３はパイプであって、内部にはスライダーロッド１６を有している。

スライダーロッド１６の先端にはスライダー１７が取着され、そしてスライダー１７からはクサビ１８がダイス側へ延びている。該クサビ１８，１８・・は４本あり、ダイス１，１・・とハンマー２，２・・の間に挿入されている。そこで、クサビ１８，１８・・がスライダーロッド１６に押されてダイス側へ移動するならば、ダイス１，１・・は内側へ移動する。従って、スウェージング加工される線材の太さがクサビ１８，１８・・の出し入れによりコントロールすることが出来る。

ところで、上記スライダーロッド１６はダイス１，１・・、ハンマー２，２・・、及びスピンドルヘッド３と共に回転し、回転しながら軸方向へスライドすることが出来る構造となっている。ギア１９がサーボモータ(図示なし)により回転するならば、該ギア１９と連結しているネジ２０が回転し、該ネジ２０と螺合しているボールネジ２１は回転しないようにガイドされている為に、主軸方向にスライドすることが出来る。

主軸方向へスライド可能とするボールネジ２１は、連結軸受け２２と連結し、上記スライダーロッド１６と連結軸受け２２はスラストベアリング２３を介して連結している。従って、スライダーロッド１６はスピンドルヘッド３と共に回転しながらボールネジ２１と共にスライドすることが出来る。ギア１９はサーボモータにて回転が制御され、ワークＡをスウェージング加工しながら該ワークＡの断面減少率をコントロールして所定形状に加工できる。

上記スライダーロッド１６及びボールネジ２１は中空パイプであって、内部空間にはマンドレル把持シャフト２６が挿入されている。該マンドレル把持シャフト２６は長く延びていて、その先端にてマンドレル２４を把持・固定している。マンドレル２４はパイプ形ワークＡの穴に挿入され、ワークＡがダイス１，１・・にて外方向から打圧されることで潰れて、該ワーク内面はマンドレル２４の外周になじんだ形状に成形される。

そして、ワークＡは回転しながら一定長さ分づつ軸方向(左方向)へ送られ、送り長さ分づつ加工される。本発明ではパイプ形ワークの穴にマンドレル２４を所定の長さだけ前以て挿入してしまい、ワークＡの送り移動と共にマンドレル２４が後退するようにマンドレル駆動機構２５を備えている。図１に示すマンドレル駆動機構２５は油圧式駆動機構が採用され、油圧シリンダー２８にて駆動されるように構成している。

図３はマンドレル駆動機構２５を示す実施例であり、マンドレル把持シャフト２６はマンドレル機構２５のピストン２７の軸穴を貫通して延びている。該ピストン２７は油圧シリンダー２８に収容されてその先端一部は油圧シリンダー２８から突出して先端には頭部２９か取着されている。そして、該頭部２９内には軸受け３０ａ，３０ｂが備わってマンドレル把持シャフト２６の先端を回転自在に支持している。

斜線で表したピストン２７の先端には頭部２９が取着され、この頭部２９にマンドレル把持シャフト２６の先端がネジ止めされて連結している。従って、マンドレル把持シャフト２６はピストン２７の移動に追従して軸方向へ移動することが出来ると共に、軸受け３０ａ，３０ｂを介して支持されているために、該マンドレル把持シャフト２６は回転することが許容されている。

油圧シリンダー２８には２個の給油口３１ａ，３１ｂを有し、一方の給油口３１ａから作動油が供給されるならば、ピストン２７は左方向へ移動し、逆に他方の給油口３１ｂから作動油が供給されるならば、ピストン２７は右方向へ移動することが出来る。図３はピストン２７が左端まで移動した場合であり、マンドレル把持シャフト２６の右端のチャック部３２に固定しているマンドレル２４も後退した位置にある。

ワークＡはパワーチャック３３にて掴まれ、そして軸方向へダイス１，１・・の動きと同調して移動することが出来る。ワークＡの軸穴に挿入したマンドレル２４は、該ワークＡの前進移動に追従して後退することが出来るように、給油口３１ａに作動油が供給される。該作動油の供給はワークＡの前進移動と同調するように制御される。

ところで、上記図３に示すマンドレル駆動機構２５は油圧シリンダーを備えた油圧機構であるが、ＮＣモータにてマンドレル把持シャフト２６の移動を制御することも可能である。すなわち、ＮＣモータを使用して、ワークＡの前進移動と同調してマンドレル把持シャフト２６を後退移動するように制御することが出来る。

図４は本発明に係る別の実施例であり、マンドレル２４がワークＡをクランプしているパワーチャック３３の側から延びている場合である。基本的な構造は図１と同じであり、ロッド３４は中空パイプであって、内部空間にはマンドレル把持シャフト２６が挿入されている。該マンドレル把持シャフト２６は長く延びていて、その先端にて上記マンドレル２４を把持・固定している。マンドレル２４はパイプ形ワークＡの穴に挿入され、ワークＡがダイス１，１・・にて外方向から打圧されることで潰れて、該ワーク内面はマンドレル２４の外周になじんだ形状に成形される。

そして、ワークＡは回転しながら一定長さ分づつ軸方向(左方向)へ送られ、送り長さ分づつ加工される。本発明ではパイプ形ワークの穴にマンドレル２４を所定の長さだけ前以て挿入してしまい、ワークＡの送り移動と共にマンドレル２４も前進するようにマンドレル駆動機構２５を備えている。ここで、ワークＡをクランプしているチャック爪３５はチャック爪開閉用油圧シリンダー３６にて作動し、チャック爪３５はチャック回転用ギア３７にて回転駆動されるが、これらの駆動機構は従来のスウェージングマシンと同じである。

本発明に係るスウェージング装置の正面図。本発明に係るスウェージング装置の側面図。マンドレル駆動機構を示す具体例。本発明に係るスウェージング装置に取付けた別のマンドレル駆動機構。パイプ形ワークの軸穴にマンドレルを挿入したスウェージング加工。

符号の説明

１ダイス
２ハンマー
３スピンドルヘッド
４スウェージングローラ
５ハンマーローラ
６外輪
７内周面
８外側
９円弧面
10 テーパー面
11 隙間
12 コイルバネ
13 主軸
14 フライホイール
15 プーリー
16 スライダーロッド
17 スライダー
18 クサビ
19 ギア
20 ネジ
21 ボールネジ
22 連結軸受け
23 スラストベアリング
24 マンドレル
25 マンドレル駆動機構
26 マンドレル把持シャフト
27 ピストン
28 油圧シリンダー
29 頭部
30 軸受け
31 給油口
32 チャック部
33 パワーチャック
34 ロッド
35 チャック爪
36 チャック爪開閉用油圧シリンダー
37 チャック回転用ギア

Claims

フライホイールを取付けた主軸の回転と共に回転するスピンドルヘッドは外輪の内周面に配列したスウェージングローラを介して保持され、そしてスピンドルヘッドには外側にスウェージングローラに当るハンマーローラを取付けた複数のハンマーと該ハンマーにて押圧されるダイスを有し、中心軸にはパイプ形ワークの穴に嵌るマンドレルを有し、そしてワーク外周面を上記複数ダイスにて打圧することでワーク内面をマンドレル外周面形状になじませて成形するスウェージング装置において、上記ダンス間にはコイルバネを介在して隣合うダイスを引き離すバネ力を付勢し、また、上記主軸はパイプであって内部にはスライダーロッドを有し、該スライダーロッドの先端にはスライダーが取着され、該スライダーからはクサビが延びてダイスとハンマーの間に挿入し、スライダーロッドは、サーボモータにて回転するギアと連結しているネジと螺合して回転することなく主軸方向にスライドするボールネジと連結軸受けを介して連結し、そして、上記マンドレルを掴むマンドレル把持シャフトをワークの回転と同調して回転させると共にワークの前進移動に同調して後退することが出来るように制御するマンドレル駆動機構を備え、上記マンドレル駆動機構は、マンドレルを掴む上記マンドレル把持シャフトを上記主軸の内部に嵌っているスライダーロッドの軸穴に挿通し、該マンドレル把持シャフトの先端には油圧シリンダーにてスライドするピストンの先端に連結すると共に回転を許容する軸受けを設けたことを特徴とするマンドレル可動式スウェージングマシン。
フライホイールを取付けた主軸の回転と共に回転するスピンドルヘッドは外輪の内周面に配列したスウェージングローラを介して保持され、そしてスピンドルヘッドには外側にスウェージングローラに当るハンマーローラを取付けた複数のハンマーと該ハンマーにて押圧されるダイスを有し、中心軸にはパイプ形ワークの穴に嵌るマンドレルを有し、そしてワーク外周面を上記複数ダイスにて打圧することでワーク内面をマンドレル外周面形状になじませて成形するスウェージング装置において、上記ダンス間にはコイルバネを介在して隣合うダイスを引き離すバネ力を付勢し、また、上記主軸はパイプであって内部にはスライダーロッドを有し、該スライダーロッドの先端にはスライダーが取着され、該スライダーからはクサビが延びてダイスとハンマーの間に挿入し、スライダーロッドは、サーボモータにて回転するギアと連結しているネジと螺合して回転することなく主軸方向にスライドするボールネジと連結軸受けを介して連結し、そして、上記マンドレルを掴むマンドレル把持シャフトをワークの回転と同調して回転させると共にワークの前進移動に同調して前進することが出来るように制御するマンドレル駆動機構を備え、上記マンドレル駆動機構は、マンドレルを掴む上記マンドレル把持シャフトを上記主軸の内部に嵌っているスライダーロッドの軸穴に挿通し、該マンドレル把持シャフトの先端には油圧シリンダーにてスライドするピストンの先端に連結すると共に回転を許容する軸受けを設けたことを特徴とするマンドレル可動式スウェージングマシン。
上記油圧シリンダーには２個の給油口を設け、ワークの前進移動と同調するように供給する作動油を制御した請求項１、又は請求項２記載のマンドレル可動式スウェージングマシン。