JPH0352723A

JPH0352723A - スピニング加工方法

Info

Publication number: JPH0352723A
Application number: JP1186634A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Takaishi; 和年高石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1991-03-06

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、レーザ光を被加工物の表面に照射して被加工
物を加熱しながらスピニング加工するスビニング加工方
法に関する。

（従来の技術）従来、円板状の被加工物から種々の絞り部品を製造する
ためにスピニング（へら絞り）加工が広く用いられてい
る。スピニング加工により製造される絞り部品は、その
絞り加工にスピニングロールを用いるため任意の形状に
成形加工できる。そのため、金型として雄型のみが必要
なので型製作費が安く、しかも早く製作できることから
、多種少量の絞り部品を短期間に、かつ、安価に製造で
きる。ただし、その加工速度はプレス加工に比べて遅い
ため多量生産を要する部品の製造には不適当である。

（発明が解決しようとする課題）ところで、例えばＳＵＳ３０４　（Ｊ　Ｉｓ）のような
オーステナイト系ステンレス鋼からなる円板をスピニン
グ加工して絞り部品を製造する際、この種ステンレス鋼
は変形抵抗（引張強さ）が大きく、かつ、加工硬化する
ために、スピニング加工中にしばしば被加工物が破断す
るおそれがあった。

そこで、加工中の破断を防止するために、被加工物を軟
化させてスピニング加工する方法が用いられていた。す
なわち、バーナあるいは加熱炉内で被加工物を加熱し、
高温に保持したまま熱間でスピニング加工を行うか、あ
るいはスピニング工程の途中において被加工物を加熱し
、焼なましをする、などの手段が採られていた。

しかしながら、これらの加熱工程は、スピニング加工に
は本来不要のものであり、かつ、これによりスピニング
加工部品のコストアップとなってくる。

さらに、オーステナイト系ステンレス鋼を５５０℃以上
の温度に加熱すると、５５０℃〜８５０℃の温度範囲、
とくに６００℃〜７００℃の温度範囲で、Ｃｒ炭化物を
析出し、その耐食性の劣化をもたらす。また、８５０℃
以上に加熱しても、その冷却時に上述した耐食性の劣化
をもたらす温度範囲を通過するので同様に耐食性劣化の
問題が生じる。

そのため、オーステナイト系ステンレス鋼からなる被加
工物を熱間でスピニング加工した場合には、加工後、再
度適切な熱処理を施す必要性があった。また、バーナを
用いて被加工物を加熱する際、その加熱温度を５５０℃
以下にしてその耐食性の劣化を防止できると考えられる
が、実際、バーナ加熱では、正確な加熱温度、加熱領域
の調整は極めて難しかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、スピニング
加工工程において、成形ローラ（スピニングロール）で
被加工物を所望の形状に成形加工する直前に、この成形
ローラと被加工物とが接触する領域にある被加工物の表
面（表面領域）にレーザ光を照射して被加工物を加熱し
、この加熱による被加工物の軟化状態を利用して絞り部
品をスピニング加工する方法を提供することを目的とし
ている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、成
形ロールにより被加工物を所望の形状に絞り成形するス
ピニング加工方法において、成形ロールにより被加工物
を成形する直前に、順次成形ロールと被加工物とが接触
する被加工物の表直領域にレーザ光を照射して表面領域
を加熱軟化させ、ついで被加工物の加熱軟化した個所を
順次スピニング加工して絞り部品を製造する。

（実施例）以下、本発明のスビニング加工方法の実施例を第１図及
び第２図について説明する。

第１図は、本発明のスピニング加工方法に用いるスピニ
ング加工装置を示す。このスピニング加工装置Ｓは、加
工装置ＳのベッドＢ上にＸ−Ｘ軸及びＹ−Ｙ軸方向に移
動可能に案内されたサドル５Ａ，６Ａとこれらのサドル
５Ａ，６Ａ上に回動可能に載置されたメインツールポス
ト５及び補助ツールポスト６からなり、メインッールポ
スト５には成形ローラ（スピニングロール）２がまた補
助ツールポスト６Ｉ，′は押しローラ６Ｂが取付けられ
ている。また、ベッドＢに固設された回転駆動部３Ｂの
駆動軸には金型３が回転自在に取付けられて、さらに、
この金型３に対向して押し金物３Ａが配設されていて、
金型３と押し金物３Ａとで被加工物１を扶持して回転さ
せるようになっている。

そして、成形ロール２と押しローラ６Ｂとを協動させな
がら、戊形ロール２で被加工物１を所望の形状に絞りこ
んでスピニング加工するようになっている。さらに、図
示のように、ＣＯ２レーザ発振器７を配設し、ガイドレ
ール１２上でＸ−Ｘ軸方向に移動可能に配置されたレー
ザノズル８にこのＣＯ２レーザ発振器７から発振された
レーザ光をミラー１１，１０．９を介して送り、被加工
物１の表面を照射するようにする。

とくに、本発明のスピニング加工方法においては、先述
したように被加工物１は、金型３と押し金物３Ａとによ
って扶持されつつ回転され、かつ、成形ローラ２により
押圧されつつ金型３の輪郭形状にスピニング加工される
。この際、第２図に示すように、ＣＯ２レーザ発振器７
から発振されたレーザ光を被加工物１の表面と成形ロー
ラ２との接触位置の直前の部所４（表面領域）に順次照
射すると、このレーザ光によって被加工物１の表面が適
当な温度に加熱される。

なお、被加工物の加熱温度はレーザ出力を変化すること
により容易に調節できる。

この照射によって加熱された部所４のみが軟化し、変形
抵抗（引張強さ）が低下し、変形し易くなり、比較的小
さな成形ローラ押し付け力によってもスビニング加工が
可能となる。同特に、被加工物１の加熱部所４以外の領
域では変形抵抗の低下がないから、被加工物１全体とし
て剛性の低下はなく、被加工物１に破断やしわが発生し
難くなり、正確、かつ、容易に精度の良い絞り部品のス
ピニング加工ができるようになる。

また、被加工物１へのレーザ光の照躬方向として、第２
図では、理解し易いように、成形ローラ２の反対側に水
平方向に向うように図示されている。しかし、実際のス
ビニング装置では、被加工物１と成形ローラ２とが被加
工物１の中心軸を含む面の水平方向に接触することから
、この中心軸を通って鉛直方向下向きにレーザ光を照射
するように構成されている。このように構成することに
より、レーザ光は、常に、鉛直方向下向きに照射される
ので、作業者の安全が確保される。また、スビニング加
工を行うまで被加工物１の表面温度が低下しないので所
定の加工温度下で被加工物のスピニング加工が可能とな
る。

さらに、絞り部品は、一般に、軸対称の三次元形状を有
することが多く、このような場合レーザ光による加熱を
必要とする部所が自由曲面となる。

この場合には、レーザノズル８を回転させるなどして、
容易に被加工物を三次元的に加熱することができる。

なお、被加工物の加熱温度の迅速な昇温の必要性から、
本発明のスピニング加工方法に用いるレーザ発振器とし
て、レーザ出力ＩＫＷ以上のＣＯ２ガスレーザあるいは
ＹＡＧなとの固体レーザを用いることが好ましい。

また、本発明のスピニング加工方法で加工する被加工物
の材質としては、金属材料全般が対称となる。ただし、
とくにＳＵＳ３０４のようなオーステナイト系ステンレ
ス鋼の場合には、本発明のスピニング加工方法による効
果が大きい。その理由は、オーステナイト系ステンレス
鋼は、その強度が高いため、常温ではスピニング加工は
容易ではないからである。しかしながら、これを３００
℃以上に加熱すると、その変形抵抗が２０％程度低下し
、著しくスピニング加工し易くなる。逆に５５０℃以上
の高温に加熱すると、５５０℃〜８５０℃の温度範囲、
とくに、６００℃〜７００℃の温度範囲でＣｒ炭化物を
析出し、耐食性の劣化をもたらす。したがって、被加工
物がオーステナイト系ステンレス鋼の場合には、レーザ
光によって被加工物１の表面の部所４を３００℃〜５５
０℃の間に加熱してスピニング加工すると、本発明の目
的が達成できる。

本発明者の実験によれば、レーザ光によって加熱される
被加工物１の部所（加工部）４の領域の大きさと加熱上
昇温度は、レーザ出力、レーザスポット径、被加工物１
の回転速度等によって変化することが分かった。

したがって、本発明による最適の効果が期待される数ミ
リから数十ミリ程度の加熱部所の大きさと上昇温度は、
適切なレーザ加工条件（レーザ出力など）を設定するこ
とにより容易に得られる。

また、レーヅ′先による加熱条件の設定とレーザ光の照
射位置は、実験と理論解析とにより予め適切な条件に設
定することができる。一旦、これら加工条件の設定を行
なうことにより、レーザ光による加熱、スピニング加工
を容易に自動化することができる。

さらに、レーザ光を被加工物の表面に照射して被加工物
を所望の温度に上昇させるために、レーザ光を被加工物
１に吸収させる作用と被加工物と成形ローラとの潤滑作
用との促進を兼ねて、被加工物の表面に黒鉛、二硫化モ
リブデンなどのレーザ光吸収材をスプレーで塗布してお
くことが好ましい。これらのレーザ光吸収材を被加工物
の表面に塗布しておくと、被加工物の表面をレーザ光で
劣化させることなく、レーザ光が、その表面に吸収され
、被加工物を急速に加熱することができ、かつ、被加工
物と成形ローラとの間の潤滑剤として作用し、摩擦を減
じて破断やしわの発生を防止しつつ容易にスピニング加
工が行えるとする利点がある。

また、スビニング加工された部品は、その後の加工工程
において、不要部分を切断除失するトリミング工程、孔
明け工程あるいは他の部品を溶接する溶接工程が必要な
場合が多い。このような場合には、スピニング加工工程
が終了した後、本発明に利用する加工装置に既設のレー
ザ発振器からレーザ光を発振して、これらの次工程を連
続して実施できるので、レーザ発振器を有効に活用する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被加］二物の耐食性を劣化させること
なくスピニング加工により絞り部品を製遣することがで
きる。また、被加工物が破断し、あるいはしわを生じる
ことなく絞り部品を製造できるのでその品質、精度およ
び生産性が極めて向上する。また、急峻な曲げ部等の極
所加工が＋ｉＪ能となる。さらに、スピニング中に被加
エ物をパーナ１１あるいは加熱炉内で加熱、焼なましする必要がないので
工程が短縮されて大巾な製造コス１・減が可能となる。

また、正確な加熱温度、加熱領域の調整が可能となるの
で、被加工物の耐食性劣化および酸化が防止される。さ
らに、バーナによる加熱に比べて作業環境の悪化がない
。

また、スピニング加工後の切断（とくにファインカット
）、複合加工等にも本発明のレーザ加工方法を利用でき
る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のスピニング加工方法に用いるスピニン
グ加工装置の構成図（平面図）、第２図はスピニング加
工部の第１図■一■断面の詳細図である。１・・・被加工物、２・・・成形ローラ（スピニングロ
ール）、３・・・金型、３Ａ・・・押し金物、４・・・
レーザ加熱部所、５・・・メインツールポスト、６・・
・補助ツールポスト、７・・・Ｃ　Ｏ　２レーザ発振器
、８・・・レーザノズル、９，１０．１１・・・ミラー
、１２・・・ガイ１２ドレール、Ｓ・・・スピニング加王装置、Ｂ・・・ベッド。

Claims

【特許請求の範囲】

成形ロールにより被加工物を所望の形状に絞り成形する
スピニング加工方法において、成形ロールにより被加工
物を成形する直前に、順次前記成形ロールと前記被加工
物とが接触する被加工物の表面領域にレーザ光を照射し
て該表面領域を加熱軟化させ、ついで被加工物をスピニ
ング加工するスピニング加工方法。