JPH0199726A

JPH0199726A - 異形管の成形方法

Info

Publication number: JPH0199726A
Application number: JP62255453A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Kojima; 正康小嶋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、外径が長手方向に段階状に変化し、かつ管端
側が中央部より大径の短尺異形管（以下、段付異形管と
呼ぶ）の成形方法に係る。さらに詳しくは、金属製の段
付異形管の成形方法に関する。

得られる段付異形管は、ホイールのリムやベルトコンベ
ア用のローラもしくはプーリ等に使用される。

〔従来の技術〕

従来、段付異形管の代表的なものとしては、第５図のよ
うに、外径が３段階（ＤＢ　＞［）２＞［）、）に変化
している２段異形管１の場合と、第６図のように、外径
が２段階（Ｄ＋＞Ｄｚ）に変化している１段階異形管２
の場合とがある。前者はリムに、後者はローラやプーリ
等に用いられる。これらの成形方法としては、ロール成
形法とスピニング成形法が代表的である。

まず、第７図〜第１Ｏ図によって、ロール成形法の一例
を説明する。第７図は管状の素材３を示し、溶接管材あ
るいは継目無管材の切断、あるいは長方形状の板材を巻
き、突き合わせ溶接によって製作される。当該素材３内
には、第８図に示すように、上下一対の円錐台状頭部を
有する芯金４゜４　′が図示しない加圧装置にて押し込
まれ、両管端が拡管された生成品５とされる。このとき
の管端外径Ｄ０　′は製品段付異形管の管端外径Ｄ１（
第５図）よりもやや大きくする。次いで、第９図及び第
１０図に示すように、当該上成品５を、製品断面の外面
プロフィルと同一のプロフィルを有する外ロール６、製
品断面の内面プロフィルと同一のプロフィルを有する内
ロール７およびガイドロール８で保持し、回転させなが
ら、内、外ロール７．６の間隙を図示しない圧下装置に
て徐々にせばめることにより、所定の段付形状の製品９
を得る。ついで外ロール６を上昇させ、製品９を取り出
す。

製経外管Ｄ０と製品９各部の外径との関係でみれば、Ｄ
ｌ　＞Ｄｏ　、Ｄ３　＜Ｄ＠である。一方、素管肉厚Ｔ
０と製品９各部の肉厚との関係は、Ｔ１＜７’０．　Ｔ
ｆｆ　＞’ｒ、である。Ｄｚ＝ＤｏとすればＴ、＝Ｔ０
である。なお、Ｄｏ　＝Ｄ、の大径の素管を使用し、第
８図の拡管を省略してロール成形することも可能である
が、素管の肉ＪゾがＴ、となるため、薄肉管でかつ、Ｄ
ｌからＤ３までの大きな径絞りを行う必要がある。大径
薄肉管の径絞り加工は挫屈などの形状不良が生し易く、
絞り加工を徐々に行うことになるため、加工能率が低下
してしまう。したがって、拡管と径絞りを併用したロー
ル成形が行われるのである。

次にスピニング成形法を説明する。第１Ａ図および第１
Ｂ図に拡管工程を示す。まず、素管３を上下一対の芯金
４．４′にセットした後、第１Ｂ図に示すように芯金４
．４′を図示しない加圧装置によって押し込み、拡管半
成品５を得る。この工程は第８図に示すロール成形法で
の拡管と基本的には同一であるが、ただ両管端部の外径
り。′は製品段付異形管の管端外径Ｄ１と等しくし、か
つ両管端部に管軸と平行な部分５′を設けておく。

次いで、第１）図および第１２図に示すスピニング成形
工程に移る。この段階では、拡管半成品５を、図示しな
い装置によって回転駆動される主軸１０′に固定された
芯金１０に差し込み、チャック１２でワーク管端平行部
５′を周面より締めつけ、その後、芯金１）を回転自在
に取付けた芯押し軸Ｉｆ”を図示しない装置により右方
より前進させ、芯金１０．１）を加圧密着せしめる。芯
金１０．１）の外郭形状は製品段付異形管の内部形状と
同一である。

次に、成形ロール１３を回転自在に支持したロールホル
ダ１４を、生成品５の加工開始点にセントする。ロール
ホルダ１４は生成品５の半径方向の移動と軸方向の送り
を自在に行いうる、図示しない駆動装置に取付けられて
いる。かくして、主軸ｌＯ′を駆動してワーク５を回転
させ、成形ロール１３に所定量の半径方向押し込みと軸
方向の往復移動を繰り返し、最終的に第１２図に示すよ
うに、ワーク５の内面が芯金１０．ＩＩに接触した時点
でスピニング加工を終了する。ついで、芯金１）を後退
せしめ、チャック１２を緩めて製品９を取り出す。

スピニング加工は成形ロール１３とワークの接触面積が
小さい局部加工の繰り返しであり、製品の長さしとは無
関係に、成形ロール１３の反力はロール成形の場合より
も小さくてすむ。また、芯金に沿わせる加工であり、成
形品の真円度が優れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者のロール成形法では、全長を一気に加工す
るために、内、外ロール７．６に作用する反力は大きい
。したがって、Ｌが大きく、Ｄ。

が小さい製品では下ロール７の剛性が不足する場合があ
り、一般にはＬ／Ｄ３＜０．６の製品にのみ適用され、
応用範囲が狭い。また、ワーク全周を拘束した加工でな
いため、成形品の真円度がばらつくという欠点もある。

さらに、ワーク９と内、外ロール７．６の周速が一致し
ない接触部分が必ず存在し、その部分ではスリップによ
ってワークに擦り疵が生ずることがあり、内、外ロール
７゜６はワークとの焼付きを防止するために表面を常に
平滑に保ったり、潤滑の必要がある。

他方、スピニング成形法では、成形ロール１３の軸方曲
送りによってワーク５の外面にスパイラ形状につくロー
フマークがつき易く、またこれを軽減するためには、１
回転あたりの成形ロール１３の軸方向送り世を制約せね
ばならず、しかも往復送りせねばならず、加工能率が低
い。さらに、加工中の成形ロール１３とワーク５の接触
面圧が高いため、成形ロール１３ならびに芯金１０゜１
）を硬質の材料で製作する必要がある。ところで、聡型
ロールで成形すれば、ロールマークを防止できるものの
、加工力は大となり、大容量の設備が必要となる。

したがって本発明の主たる目的は、従来のロール成形法
、スピニング成形法の如き回転加工に起因するロール擦
り疵、ロールマークの発生を防止するとともに、加工能
率および真円度に優れた新規なる段付異形管の製造方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

前記問題点を解決するための本発明は、外径が両管端部
より階段状に減少する段付異形管の製造方法において；外径が同一の所定長の素管より、中央部が製品段付異径
管の最小径部の外径に等しいかわずかに大きく、かつ両
管端部が製品段付異形管の管端大径部の外径に等しいか
わずかに大きい拡管半成品を得る拡管工程と、前記拡管半成品の内部に、製品段付異形管の内部形状と
同一の外郭形状を有する芯金を介在させ、拡管半成品の
外周面側より軸芯に向って弾性を有するゴム状弾性体に
て押圧して拡管半成品を芯金に密着させる縮径工程と、を有することを特徴とするものである。

〔作　用〕

本発明は、前述のスピニング成形法における拡管工程に
続く、縮径加工に主たる特徴を有する。

この縮径加工に当り、本発明では、拡管法の生成品の外
周面にゴム状弾性体を配し、これを介して生成品の軸芯
方向に押圧するので、その外周面における加工疵の発生
を防止できる。また、汎用の縦型プレスをそのまま用い
ることができ、特別な専用機は不要で、しかも加工能率
がきわめて高い。

さらに、目的とする製品によって段部のＲ部にスピニン
グ加工を要する場合もあるが、軸芯と平行な成形ロール
の送りは不要であり、ロールマークが発生することはな
く、しかも加工時間も少くて足りる。

〔発明の具体的構成〕

以下本発明を加工段階順に示した第１Ａ図〜第１Ｅ図に
よってさらに詳説する。

まず初めに行う拡管工程は、先述の第１Ａ図および第１
Ｂ図に示すスピニング成形法の場合と同様である。素管
外径Ｄ０は製品段付異形管の最小外径Ｄ３　　（第５図
参照）に等しいか、Ｄ３の高々１．０１−１．０２倍と
する。拡管後の管端外径Ｄｏ’は製品段付異形管の管端
外径り、（第５図参照）に等しいか、Ｄ、の高々１．０
１〜１．０２倍とする。

Ｄｏ、ＤＯ’に上限を設ける理由は後述する。

第１Ｃ図〜第１Ｅ図は縮管加工の工程を示す一例であり
、先の拡管工程後、まず第１Ｃ図のように、下芯金１５
に拡管半成品５をセットして、当該生成品５の下端面５
ａをケース１８の底面１８ｂで支持し、上方より図示し
ない加圧装置によって上芯金１６を降下させて、下芯金
１５との合わせ而１７を加圧密着させる。この状態での
拡管半成品５内での下芯金１５と上芯金１６の外郭形状
は製品段付異形管の内部形状と同一とする。上芯金１６
の胴部１６ａの外径は拡管半成品５の管端外径Ｄ０′と
同一とし、当該生成品５の上端面５ｂに密着させる。当
該生成品５とケース１８の内壁面１８ａの間には円筒状
のゴム弾性を有するゴム状弾性体としてのゴムリング１
９を設け、このゴムリング１９はケース底部１８ｂで支
持しておき、ケース１８は下芯金１５にガイドし、ノッ
クアウトピン２１で上下自在としておく。その後、第１
Ｄ図のように、上方より上芯金１６の加圧装置とは別の
図示しない加圧装置によって、ケース内装面１８ａの内
径よりわずかに小さい外径と、上芯金胴部１６ａの外径
よりわずかに大きい内径を有する円筒状の押金２０を降
下させ、ゴムリング１９の上端面を押圧してゴムリング
１９を変形させる。その結果、ゴムリング１９の外周面
はケース内壁面１８ａで支持されているため、ゴムリン
グ１９の内周面は軸心ｃ−ｃ　’に向い、ワークの外周
面を押圧し、最終的にはワークの内面が上下芯金１６．
１５に密着し、真円度が極めてすぐれた段付異形管９が
得られる。

ワークがゴムリング１９から受ける面圧は、ワークを周
方向に圧縮塑性変形させるに必要な値に達している必要
があることは言うまでもない。第１Ｃ図でのゴムリング
１９の体積をＶｏ、第１Ｄ図でのゴムリング１９の体積
を■とすると、面圧Ｐはゴムの硬度と体積変化率η＝（
１−−”）　　Ｘ１００％によって決まる。本発明者の
実験によれば、コム硬度１（Ｓ＝９０．７７〜１０％で
７００気圧、η＝２０％で１５００気圧の面圧を発生さ
せることができた。

ところで、ゴム圧を付加した場合に、ワークと芯金の沿
い易さは部位によって異なる。第２図は、第１Ｄ図に矢
印Ａで示す部位の加工中の拡大図であり、角部１５ａは
丸味半径ｒ、によらず容易に沿わせることができるが、
隅部１５ｂは沿いにくい。隅部１５ｂに沿わせるのに必
要な面圧Ｐは丸味半径ｒｂとワーク肉圧【ｂの比ｒ、／
ｌ、およびワークの強度によって変化する。本発明者の
実験によれば、引張強さ３５ｋｇ／ａｍ”の軟鋼の場合
、ｒｂ　／　ｔｂ　＝　１０では６００気圧、ｒｂ／ｊ
ｂ＝５では１３００気圧が必要であった。

なお、ゴムリング１９の加圧装置の能力の関係で隅部の
所定丸味半径が得られない場合には、この縮管加工にひ
きつづいて、隅部のみを仕上成形する加工を追加すれば
よい。第３図は、この隅部の仕上成形のためのスピニン
グ加工の例を示し、ホルダ１４に回転自在に保持された
仕上ロール１３′で隅部１５ｂを所定丸味半径に仕上成
形するものである。この場合には、仕上ロール１３′を
ワーク９の軸方向に送る必要はないので、前述した如き
ロールマークは全く発生しない。また、加工も極めて短
時間に済ませることができる。

以上のように、本発明における縮管加工はゴム状弾性体
を介しての加圧により行われるので、段付異形管９の外
面には全く傷がつかず、さらに芯金とワークの相対すべ
りもないので芯金１５゜１６は硬質の材料で製作する必
要がない。

なお、上記の縮管加工ではワーク全長にわたって周方向
圧縮加工が行われるので、第４図の如きしわ２２ａ、２
２ｂが生ずる恐れがある。前述したように、素管外径Ｄ
０を縮管加工後の最小外径Ｄ３の高々１．０１〜１．０
２倍としたのはしわ２２ａの防止のためであり、また拡
管加工後の管端外径Ｄｏ’を縮管加工後の管端外径Ｄ１
の高々１．０１〜１．０２倍としたのはしわ２２ｂの防
止を目的としたものである。本発明者の実験によれば、
しわ２２ａについては、Ｔｏ　／Ｄｏ　＝０．０１の場
合は、Ｄｏ／Ｄｚは１．０１以下、１゛。／Ｄ、＝０．
０２の場合は、Ｄｏ／Ｄ：ｌは１．０２以下とすればし
わを防止できた。また、しわ２２ｂについては、拡管後
の管端肉厚Ｔ０′と管端外径Ｄ０′の比ｉ’。′／Ｄｏ
′＝０．０１の場合はＤｏ’／Ｄ＋は１．Ｏ１以下、Ｔ
、’／Ｄ、’　＝０．０２の場合は、Ｄ　Ｏ’　／　Ｄ
　Ｉは１．０２以下とすればしわを防止できた。

以上のように、縮径加工が終了したならば、第１Ｅ図の
ように、押金２０を上昇させ、次いで上芯金１６を上昇
させる。第１Ｄ図の状態では、段付異形管９は上下芯金
１６．１５に密着しているが、芯金合わせ面１７が高い
位置にとられているので、ワークとの摩擦力は上芯金１
６より下芯金１５の方が強く、段付異形管９は下芯金１
５側に残すことができる。次いで、第１Ｅ図の状態から
ノックアウトピン２１を突き上げ、ケース底面１８ｂに
よって段付異形管９を下芯金１５から抜きとることがで
きる。

上記例では、ゴム状弾性体としてゴムそのものを用いた
が、ゴム弾性を有する他の合成樹脂や発泡体等も使用で
きる。また、硬度の異なる複数枚のゴム状弾性体リング
を積層して使用してもよい。

さらに、拡管半成品５の軸芯と平行にゴムリングを押圧
することなく、その軸芯と直交する方向に押圧してもよ
い。ただ、この場合、押圧具が周方向に分割したセグメ
ントとするなどの工具の複雑化を招（。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の製造法により製造される
段付異形管は、従来のロール成形法、スピニング成型法
の如き回転加工に起因するロール擦り疵、ロールマーク
の発生が防止され、かつ真円度が優れている。さらに、
汎用のプレスで成形ができ、かつ加工能率にも優れる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図〜第１Ｅ図は本発明法を加工順に示した断面図
、第２図は第１Ｄ図のＡ部拡大図、第３図は必要により
行われる本発明に係るスピニング加工の概要図、第４図
はしわの発生例の斜視図、第５図および第６図は製品例
の半断面正面図、第７図〜第１０図は従来のロール成形
法の説明図、第１）図および第１２図は従来のスピニン
グ成形法の説明図である。３・・・素材、４・・・拡管（フレア加工）用芯金、５
・・・拡管半成品、１３’・・・仕上ロール、１５．１
６・・・芯金、１８・・・ケース、１９・・・ゴムリン
グ（ゴム状弾性体）第１Ａ図第１８図 −〇第１Ｅ図第２図第３図（り第４図２２α 第５図第６図第７図　　　　第８図第９図　　　　第１０図第１）図１り第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外径が両管端部より階段状に減少する段付異形管
の製造方法において；外径が同一の所定長の素管より、中央部が製品段付異形
管の最小径部の外径に等しいかわずかに大きく、かつ両
管端部が製品段付異形管の管端大径部の外径に等しいか
わずかに大きい拡管半成品を得る拡管工程と、前記拡管半成品の内部に、製品段付異形管の内部形状と
同一の外郭形状を有する芯金を介在させ、拡管半成品の
外周面側より軸芯に向ってゴム弾性を有するゴム状弾性
体にて押圧して拡管半成品を芯金に密着させる縮径工程
と、を有することを特徴とする異形管の成形方法。