(57)【要約】【課題】金属管を縮径加工するスピニング縮径加工方法において、素材となる金属管の薄肉化および高縮径率化により顕在化してきた管端部の口広がり、およびそれに伴う折れ込みシワや亀裂などの形状不良事象を有利に防止すると同時に、生産性を向上させるスピニング縮径加工方法を提供する。【解決手段】金属管の一方の管端部１０ｆは固定クランプ２２で完全に固定して把持し、もう一方の管端部１０ｇは中心軸周りの回転と軸方向への並進をともに許容するように可動クランプ２３で把持しつつ、ロール形状工具２１を金属管１０の中心軸１０ａ周りに公転させながら、かつ金属管１０の軸方向に往復移動させて、金属管１０の軸方向中央部１０ｃのみを縮径加工した後、その縮径した部分１０ｃを切断線１０ｂで切断して分割させることで、管端部が縮径された２個の部品１１、１２を形状不良を発生させることなく得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管を被加工材とし、金属管の周りを公転しながらかつ金属管の軸方向に往復移動するロール形状工具を金属管に押し付けることで金属管を縮径加工するスピニング縮径加工方法であって、
金属管の一方の管端部は完全に固定して把持し、もう一方の管端部は中心軸周りの回転と軸方向への並進をともに許容するように把持しつつ、金属管の軸方向中央部のみを縮径加工した後、その縮径した部分を切断して分割させることで、管端部が縮径された部品２個を得ることを特徴とする加工性の良好なスピニング縮径加工方法。
【請求項２】
テーパー部を加工する際のロール形状工具の公転軸を公転軸と垂直方向に平行移動させながら、金属管を縮径加工することで、テーパー部を略斜円錐台形状とすることを特徴とする請求項１に記載の加工性の良好なスピニング縮径加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工性の良好なスピニング縮径加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気系部品ではマフラーやコンバータのように気室の両端が狭くなったチャンバー状の部品が使われる。
【０００３】
従来、これらの部品は板形状の素材をプレス加工したいくつかの部品を溶接で組上げて作られていたが、近年では図８に示すように、固定クランプ２２で固定把持した金属管（被加工材）１０の端部をロール形状工具２１によるスピニング加工で縮径するタイプが増えている。スピニング加工は逐次加工であるため、加工に要する時間が長いという問題点がある一方で、ロール形状工具の動作パターンを変更することで異なる形状の部品を作り分けることができるため、異なる形状の部品ごとに金型を準備する必要がないというメリットもある。
【０００４】
しかしながら、素材（金属管）の径や肉厚、材質によっても成形性が異なるため、縮径加工部が局所的に減肉することがあり、製品の要求仕様によってはロール形状工具の動作パターンの設定に注意を要する。
【０００５】
かかる問題に対して、例えば特許文献１や特許文献２には、加工工程の追加や、ロール形状工具の動作軌跡の規定で、局所的な減肉を抑制する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７９３３４号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、自動車の軽量化のために排気系部品においても肉厚の薄い素材を用いることが増えてきている。その結果、相対的に大径・薄肉の素材（金属管）を縮径加工することになり、特許文献１および２に記載の方法では、狙いどおりに縮径加工されない形状不良事象が顕在化してきた。
【０００８】
図９はその例を示している。図９（ａ）は良好な製品形状であるのに対して、図９（ｂ）は狙った製品径に対して実績の径が大きく縮径加工が未達になるという形状不良事象である。管の先端部ほど縮径が未達になるため、端部がラッパ状に口広がりした形状になる。軽微な場合は口広がりを見込んでロール形状工具の動作パターンを修正したり、縮径加工後に先端部を切除することで製品を得ることもできるが、特に素管から製品形状までの縮径率が大きいほど顕著に発生しやすく、ひどい場合には、図９（ｃ）のようにヒダ状に折れ込んで折れ込みシワが生じたり、図９（ｄ）のように亀裂を生じて、所望の製品が得られない場合もある。
【０００９】
さらに、特許文献１記載の方法で金属管の中央部を加工した場合、金属管を軸回りに回転させながら、移動する成形ローラ（ロール形状工具）で加工するため、金属管が振動しやすくて、成形後に精度よい形状が得られにくくて、かつ、金属管と成形ローラとの予期せぬ衝突による不正な変形が生じる場合があり、問題であった。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、金属管を被加工材とし、金属管の中心軸周りに公転しながらかつ金属管の軸方向に往復移動するロール形状工具を金属管に押し付けることで金属管を縮径加工するスピニング縮径加工方法であって、素材となる金属管の薄肉化および高縮径率化により顕在化してきた管端部の口広がり、およびそれに伴う折れ込みシワや亀裂などの形状不良事象を有利に防止すると同時に、加工中の金属管の振動を抑制して不整な変形を防止し、生産性を向上させるスピニング縮径加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らはかかる形状不良事象の防止のため、形状不良事象の発生とロール形状工具の動作との関係を詳細に調べることで本発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、本発明は以下の特徴を有している。
【００１３】
［１］金属管を被加工材とし、金属管の周りを公転しながらかつ金属管の軸方向に往復移動するロール形状工具を金属管に押し付けることで金属管を縮径加工するスピニング縮径加工方法であって、
金属管の一方の管端部は完全に固定して把持し、もう一方の管端部は中心軸周りの回転と軸方向への並進をともに許容するように把持しつつ、金属管の軸方向中央部のみを縮径加工した後、その縮径した部分を切断して分割させることで、管端部が縮径された部品２個を得ることを特徴とする加工性の良好なスピニング縮径加工方法。
【００１４】
［２］テーパー部を加工する際のロール形状工具の公転軸を公転軸と垂直方向に平行移動させながら、金属管を縮径加工することで、テーパー部を略斜円錐台形状とすることを特徴とする前記［１］に記載の加工性の良好なスピニング縮径加工方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、金属管のスピニング縮径加工を行うに際して、素材となる金属管の薄肉化および高縮径率化により顕在化してきた管端部の口広がり、およびそれに伴う折れ込みシワや亀裂などの形状不良事象を有利に防止すると同時に、生産性を向上させることができる。また、略斜円錐台形状の成形も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の手掛りとなるスピニング縮径加工方法を示す模式図である。
【図２】本発明の手掛りとなるスピニング縮径加工後を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るスピニング縮径加工方法を示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るスピニング縮径加工後を示す模式図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るスピニング縮径加工方法を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るスピニング縮径加工後を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るスピニング縮径加工方法を示す模式図である。
【図８】従来のスピニング縮径加工方法を示す模式図である。
【図９】従来のスピニング縮径加工方法による形状不良事象を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
まず、前述したように、図８は従来のスピニング縮径加工方法の模式図である。被加工材の金属管１０は固定クランプ２２により把持される。ロール形状工具２１は金属管１０の中心軸１０ａ周りに公転、かつ金属管１０の中心軸１０ａ方向に往復移動しながら金属管１０に押し付けられることで、金属管１０は縮径加工される。一連の加工工程は複数の往復パスで構成され、逐次縮径加工が進行し、最終的に目標とする縮径半径に達する。図８には一例として、ロール形状工具２１の金属管中心軸１０ａ方向の軌跡を矢印２１ａで示し、公転方向の軌跡を矢印２１ｂで示している。
【００１９】
前述のように、かかるスピニング縮径加工に関する形状不良事象の多くは図９（ｂ）、図９（ｃ）、図９（ｄ）に示した例のような管端部の形状不良に起因するものである。
【００２０】
これは通常、図８に示すように、管端部１０ｅは、その縮径率が最も高いことに加えて、拘束されておらず自由端になっていることが要因である。そのため、スピニング加工に先立つ素材（金属管）１０の造管工程における溶接品質や切断端面の性状の影響も受けやすい。
【００２１】
よって、いわゆる非定常部である管端部１０ｅを避けてスピニング縮径加工することができれば、管端部１０ｅに特有な形状不良事象は回避可能との考えにより鋭意検討を重ねて本発明に至ったものである。
【００２２】
すなわち、管端を含まない部分を縮径加工した後、縮径部を切断して部品の２個取りすることで形状不良事象を回避すると同時に生産性の向上も可能になる。また、金属管を回転させずにロール形状工具を金属管の中心軸周りに公転させることによって、金属管の振動を抑制して精度良い加工が可能となる。さらに、金属管のテーパー部を略円錐台形状とすることも可能になる。
【００２３】
以下に本発明の詳細を説明する。
【００２４】
まず、図１、図２は、本発明の手掛りとなるスピニング縮径加工方法を模式的に示したものである。このスピニング縮径加工方法では、１回のスピニング縮径加工で同じ形状の部品を２個得るようにしている。
【００２５】
図１に示すように、金属管１０の一方の管端部１０ｆは固定クランプ２２で把持・固定され、ロール形状工具２１を金属管１０の中心軸１０ａ周りに公転、かつ金属管１０の中心軸１０ａ方向に往復移動させながら金属管１０に押付けることで、金属管１０は縮径加工される。このとき、金属管１０の自由端側の管端部１０ｅを加工することなく、金属管１０の中央部１０ｃを徐々にくびれさせながら縮径加工し、所望の形状に成形する。その後、金属管１０の縮径されたくびれの中央部１０ｂを切断することで、図２に示すように、クランプに把持された側と自由端側の２つの同じ形状の部品（部品１１と部品１２）を得る。
【００２６】
このような本発明の手掛りとなるスピニング縮径加工方法により得られた部品１１、１２では、図９に示した、従来のスピニング縮径加工方法のような、管端部の形状不良部は全く生じないため、形状不良部の切除や、それを見込んだ素材準備の必要がなくなり、歩留まりも向上する。
【００２７】
ただし、図１、図２に示したスピニング縮径加工方法の場合、被加工材としての金属管１０を長くする必要があり、回転しながら押付けられるロール形状工具２１により縮径加工される際に、金属管１０に振動が発生しやすい。
【００２８】
金属管１０に振動が発生すると、ロール形状工具２１との予期せぬ衝突により不整な変形をする可能性があり、好ましくない。
【００２９】
金属管１０に振動が発生する条件は必ずしも明らかになっていないが、ロール形状工具２１の管軸周りの回転数や管軸方向の移動速度、金属管１０の縮径量、さらには、金属管１０の寸法等の多数の要因が関係していると考えられる。したがって、加工条件を調整して振動を抑制しようとすると、その指針は明確でなく、試行錯誤に頼らざるを得ず困難さを伴う。
【００３０】
本発明者らは、かかる問題に対して検討を重ねた結果、金属管１０の一方の端部を把持し、固定するだけでなく、もう一方の端部も把持することで、有効に解決できることを見出した。
【００３１】
図３、図４は、上記のような着想に基づいた本発明の一実施形態に係るスピニング縮径加工方法を模式的に示したものである。
【００３２】
図３に示すように、この実施形態においては、上述した図１と同様に、金属管１０の一方の管端部１０ｆを固定クランプ２２で把持・固定しているが、それに加えて、もう一方の管端部１０ｇもクランプ２３で把持している。
【００３３】
ただし、スピニング縮径加工では、金属管１０は径方向に縮径されるだけではなく、軸方向に伸ばされ、かつ周方向に捻られるように変形する。そこで、ここでは、金属管の一方の管端部１０ｆを把持する固定クランプ２２は、管端部１０ｆを完全に固定して把持する固定クランプとし、もう一方の端部１０ｇを把持する可動クランプ２３は、中心軸周りの回転と軸方向への並進をともに許容するように管端部１０ｇを把持する可動クランプとしている。
【００３４】
そして、ロール形状工具２１を金属管１０の中心軸１０ａ周りに公転、かつ金属管１０の中心軸１０ａ方向に往復移動させながら金属管１０に押付けることで、金属管１０は縮径加工される。このとき、金属管１０の管端部１０ｆと管端部１０ｇを加工することなく、金属管１０の中央部１０ｃを徐々にくびれさせながら縮径加工し、所望の形状に成形する。その後、金属管１０の縮径されたくびれの中央部１０ｂを切断することで、図４に示すように、固定クランプ２２に把持された側と可動クランプ２３に把持された側の２つの同じ形状の部品（部品１１と部品１２）を得る。
【００３５】
なお、この実施形態では、金属管１０の一方の端部１０ｆを固定クランプ２２で把持し、金属管１０を回転しないようにして、かつ、金属管１０の他方の端部１０ｇも可動クランプ２３で把持したため、加工中の金属管１０の振動を十分に抑制できる。
【００３６】
このような本発明の一実施形態に係るスピニング縮径加工方法により得られた部品１１、１２では、図９に示した、従来のスピニング縮径加工方法のような、管端部１０ｅの形状不良部は全く生じないため、形状不良部の切除や、それを見込んだ素材準備の必要がなくなる。しかも、金属管１０の振動を十分に抑制でき、ロール形状工具２１との予期せぬ衝突による不整な変形を回避できる。その結果、生産性ならびに歩留まりを向上させることができる。
【００３７】
なお、この実施形態では、同じ形状の部品２個（部品１１、部品１２）を１回の加工で得る方法を示したが、スピニング加工は逐次成形であるため、ロール形状工具の動作をある程度自由に設定でき、図５、図６に本発明の他の実施形態を示すように、異なる形状の部品２個（部品１３、部品１４）を同時に加工することも可能である。
【００３８】
さらに、本発明の他の実施形態として、図７は、製品の形状が軸対称になっていない場合の実施形態を示したものである。
【００３９】
図７に示すように、金属管１０の一方の端部１０ｆを固定クランプ２２で把持し、金属管１０の他方の端部１０ｇを可動クランプ２３で把持し、縮径加工でテーパー部１０ｈを成形する際に、金属管１０の周りにロール形状工具２１を公転させながら押し付け、ロール形状工具２１の公転軸を軸１０ａから軸１０ａ’へと連続的に平行移動させることで、テーパー部１０ｈを略斜円錐台形状に成形することができる。
【００４０】
なお、特許文献１にしめされるように、金属管を回転させてロール形状工具を押し付ける方法では、金属管の回転に加えてロール形状工具も振れ回る必要があって、略斜円錐台形状は容易に成形できない。
【００４１】
このような実施形態においても、図８に示した従来のスピニング縮径加工方法による形状不良を生じることなく、かつ、加工中の金属管１０の振動も抑制できて、良好な成形性と量産性の両立が可能である。また、異なる形状の部品２個を同時に加工することも可能である。
【実施例１】
【００４２】
本発明の実施例として、外径φ１２６ｍｍ、肉厚が２．０ｍｍ、１．５ｍｍ、１．２ｍｍ、１．０ｍｍのフェライト系ステンレス鋼管を素材として、一方の端部がφ６３ｍｍに縮径された部品（縮径率５０．０％）をスピニング縮径加工で製造した。
【００４３】
その際に、加工条件Ａでは、本発明例として、上記の図３に示した本発明の一実施形態に基づいてスピニング縮径加工を実施した。すなわち、管端部１０ｇを縮径することなく中央部１０ｃをくびれさせるスピニング縮径加工を実施し、その後、縮径された中央部１０ｂを切断して部品２個を得た。
【００４４】
これに対して、加工条件Ｂでは、比較例として、図８に示した従来どおりの管端部１０ｅを縮径加工するスピニング縮径加工を実施した。
【００４５】
それぞれの加工条件で製造した部品の形状と管端切除量を比較した。その結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2014208368.tif 000003
【００４７】
表１に示すように、加工条件Ｂ（比較例）では、肉厚が薄いほど管端部（先端部）が形状不良となり、先端部の切除代（管端切除量）を大きくする必要があるばかりでなく、肉厚が最も薄い１．０ｍｍでは先端部の形状不良が更に顕著化し、加工途中で折れ込みシワと亀裂を生じたため、所定の縮径加工部品が得られなかった。
【００４８】
一方、加工条件Ａ（本発明例）では、いずれの肉厚でも形状不良を生じることなく縮径加工が可能で、かつ管端切除による歩留まり低下もなかった。しかも、金属管１０に振動が発生することはなく、ロール形状工具２１との予期せぬ衝突による不整な変形は生じなかった。
【００４９】
以上の比較から、本発明のスピニング縮径加工方法により、従来のスピニング縮径加工方法で生じていた形状不良は防止され、かつ素材の歩留まりも向上することがわかった。
【００５０】
さらには、１回のスピニング縮径加工で２個の部品を得られるため、スピニング加工機への素材の脱着等のセッティング作業が半減され、生産性も向上した。
【符号の説明】
【００５１】
１０  金属管（被加工材）
１０ａ  金属管の中心軸
１０ａ’  軸
１０ｂ  金属管のくびれ中央部の切断線
１０ｃ  金属管の中央部
１０ｅ  金属管の管端部（自由側）
１０ｆ  金属管の管端部（固定側）
１０ｇ  金属管の管端部（可動側）
１０ｈ  金属管のテーパー部
１１、１２  同じ形状の部品
１３、１４  異なる形状の部品
２１  ロール形状工具
２１ａ  ロール形状工具の金属管中心軸方向の軌跡
２１ｂ  ロール形状工具の公転方向の軌跡
２２  固定クランプ
２３  可動クランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014208368.tif 000006
【図４】
2014208368.tif 000007
【図５】
2014208368.tif 000008
【図６】
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【図７】
2014208368.tif 000010
【図８】
2014208368.tif 000011
【図９】
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