JP2008520440A - １加工処理でアンダカットを有する管シャフトを製作するために段付き心棒に沿って管を縮小する方法 - Google Patents

Abstract

最小直径を有する第１の縦区分（２２）と、比較的大きな直径を有する少なくとも１つの別の縦区分（２４）とを備えた、長さに沿って段階付けされた直径を有する心棒（２１）を用いて、一定の肉厚を有する管（１１）から、比較的大きな肉厚を有する端部区分（１２’，１６）と、減少された肉厚を有する少なくとも１つの中間区分（１４’）とを備えた中空シャフト（１１’）を製作する方法において、以下の加工ステップ；第１の端部区分（１２’）を形成するために、心棒（２１）の第１の縦区分（２２）に沿って、管（１１）の第１の区分（１２）の外径を縮小するステップ、少なくとも１つの中間区分（１４’）を形成するために、心棒（２１）の少なくとも１つの別の縦区分（２４）に沿って、管（１１）の少なくとも１つの中央の区分（１４）の外径を縮小するステップ、第２の端部区分（１６）を形成するために、心棒（２１）の別の縦区分（２２）に沿って、管（１１）の別の区分（１６）の外径を縮小するステップを有している。

Description

本発明は、特に最小直径を有する第１の縦区分と、比較的大きな直径を有する少なくとも１つの別の縦区分とを備えた、長さに沿って段階付けされた直径を有する心棒を用いて、一定の肉厚を有する管から、比較的大きな肉厚を有する端部区分と、減少された肉厚を有する少なくとも１つの中間区分とを備えた中空シャフトを製作する方法に関する。

このような方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１１８０３２号明細書から公知である。この場合管の第１の端部区分は、内側支持なく自由に金型において外径で縮小され、比較的小さな肉厚で比較的大きな外径を有する中央の管区分は、引き抜き加工によって、一定の直径を有する内側心棒に沿って製作され、管の第２の端部区分は、逆向きの目標方向で、金型内で外径を縮小することによって、または内側支持のない鍛造によって製作される。

またこのような方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０６２２０号明細書から公知であり、ここでは管の第1の端部区分が、校正マンドレルに沿って減少され、校正マンドレルは、１管端部から挿入され、ここでは管の中間区分は延伸マンドレルに沿って減少され、延伸マンドレルは別の１管端部から挿入される。管の第２の端部区分は、管を置き換えたあとで再び校正マンドレルに沿って減少される。延伸マンドレルは、円錐形の移行領域を有する、それぞれ異なる直径を有する２つの縦区分を備えている。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような形式の、中空シャフトを製作する方法を改良して、正確な寸法で効率的に行う方法を提供することである。

この課題を解決するための本発明の方法によれば、冒頭で述べたような方法において、以下の加工ステップ；
中空シャフトの第１の端部区分を形成するために、心棒の第１の縦区分に沿って、管の第１の区分の外径を縮小するステップ
中空シャフトの少なくとも１つの中間区分を形成するために、心棒の少なくとも１つの別の縦区分に沿って、管の少なくとも１つの中央の区分の外径を縮小するステップ、
中空シャフトの第２の端部区分を形成するために、心棒の別の縦区分に沿って、管の別の区分の外径を縮小するステップ、
を有している。

このような方法の利点によれば、中空シャフトの長手区分全体が、単個の心棒に沿って縮小され、この場合管および心棒の相対的な方向付けは同じままである。この場合の方法によれば、心棒と管との相対位置が単数または複数回変化しても、完成した中空シャフトを製作するまでの全プロセスが、心棒および管の一様の送り方向で型工具交換なしに進行できるようになっている。この場合中空シャフトの第１の端部区分と、単数または複数の中間区分とは、それぞれ減少する肉厚で、管に対して不変の心棒の軸方向位置で製作することができる。両端部区分が同じ横断面を有するよう所望される限り、とりわけ第２の端部区分も心棒の第１の縦区分に沿って形成される。さらに中空シャフトの、増加する肉厚を有する単数または複数の別の中間区分と、第２の端部区分とは、管に対して変化された、管から段階的に引き出された心棒の軸方向位置で形成することができる。さらにまた前述の変形ステップの間に、交互に先ず先行する肉厚に対して増加する肉厚を有し、かつ次いで後者の肉厚に対して再び減少する肉厚を有する少なくとも２つの中間区分を形成することができる。管の外径の縮小は、有利には金型を用いた引き延ばし加工によって行われ、補足的に述べると、管の外径の縮小は、回転鍛造、圧延加工またはロール加工によっても実現される。

さらにまた端部区分と中間区分との間の移行部と、それぞれ異なる肉厚を有する中間区分の間の移行部とは、５〜４５°の円錐角を有する内側円錐面によって形成される。別の実施形態によれば、端部区分と、これに続く、最小の肉厚を有する中間区分との間の肉厚比は、１．６よりも大きくなっている。

本発明の方法を実施するための有利な実施例を図示し、以下に詳しく述べる。

図1のａには、出発状態の管１１を示しており、管１１において、左側に第1の管端部１２を、また右側に第２の管端部１６を示しており、これに対して中央区分は符号１４で示した。

図1のｂから看取されるように、左側の第1の管端部１２に金型３１が装着されており、また管の内側に心棒２１が挿入されており、心棒２１は、ほぼ左側の第1の管端部１２で終了していて、かつ右側の第２の管端部１６から突出している。心棒２１は、最小直径を有する第1の縦区分２２と、実質的に管１１に密に嵌め入れられる直径を有する後続の別の縦区分２４とを備えている。第1の縦区分２２と別の縦区分２４との間に、円錐形の移行区分２７が存在する。

図１のｃには、金型３１（右側へ）と心棒２１（左側へ）との相対運動によってどのような状態でシャフト製作の２つの段階が終了するのかを示した。金型３１によって、第１のシャフト端部は、第１のシャフト端部１２’を製作するために、心棒２１の縦区分２２に沿って、肉厚を増加すると共に外径で縮小される。さらに中央区分は、心棒２１の第２の縦区分２４に沿って、中空シャフト１１’の中間区分１４’に縮小される。移行領域２７に沿って、内側円錐形の移行領域１７が形成される。

図１のｄでは、心棒２１は、金型３１を越えて第２の軸方向位置に引き戻されており、この場合心棒２１の第１の縦区分２２は、軸方向で第２の管端部１６内に位置する。

図１のｅでは、管１１は、シャフト製作の第３段階が終了したあとの状態で示しており、この場合第２の管端部は、第２のシャフト端部１６’を製作するために、肉厚を増加すると共に外径で縮小されており、この場合管は、心棒２１の縦区分２２に半径方向内側で支持される。この場合中空シャフト１１’の中間区分１４’と第２の端部区分１６’との間の内側円錐形の移行領域２０は、専ら外径の縮小によって内側支持なく形成される。

図１のｆには、厚肉化された両シャフト端部１２’，１６’と、薄肉化された中間区分１４’とを備えた完成した中空シャフト１１’を示しており、ここでは内側円錐形の移行区分１７，２０を看取することができる。

図２のａには、出発状態で一定の肉厚を有する管１１を示した。

図２のｂでは、管１１に金型３１が装着されており、これに対して管の内側に心棒２１が挿入されており、心棒２１は、第１、第２および第３の縦区分２２，２３，２４を有していて、またこれらの縦区分の間に位置する円錐形の移行区分２７，２９を有しており、これらの区分は、直径において左側の自由端部から右側の端部に向かって拡大している。金型３１は、左側の管端部１２に位置する。右側の管端部１６は、軸方向で支持することができる。

図２のｃには、３つの製作段階を行ったあとの部分完成状態の中空シャフト１１’を示した。肉厚を増加すると共に外径で縮小することによって、第１のシャフト端部１２’が形成され、第１のシャフト端部１２’は、半径方向内側で心棒２１の第１の縦区分２２に支持される。同様に同時的な引き抜き加工（Abstrecken；アイヨニング）を実施すると共に外径で縮小して、第１の中間区分１３が形成され、第１の中間区分１３は、心棒２１の縦区分２３に支持され、外径の縮小と共に第２の中間区分１４が形成され、第２の中間区分１４は、心棒２１の縦区分２４に支持される。

図２のｄでは、心棒２１は、軸方向で金型３１を越えて引き戻され、この場合心棒２１の縦区分２３は、管１１の、依然として未変形の第２の管端部１６内に位置する。管１１は金型３１に軸方向で保持されている。

図２のｅには、どのようにして部分的に引き抜き加工すると共に外径で縮小することによって別の中間区分１５が形成されるのかを示しており、第２の中間区分１５の肉厚および長さは、中空シャフト１１’の第１の中間区分１３に相当しており、第２の中間区分１５は、心棒２１の縦区分２３に半径方向で支持される。

図２のfには、どのようにして心棒２１が再度右側へ金型３１から引き戻されるのかを示しており、ここでは金型３１に中空シャフト１１が軸方向で保持されており、この場合心棒２１の第１の縦区分２２は、右側の管区分１６の、未変形の最後の区分内に位置する。

図２のｇには、どのようにして金型３１を用いて外径を縮小することによって第２のシャフト端部１６’が製作されるのかを示しており、第２のシャフト端部１６’は、厚肉化すると共に内側で心棒２１の縦区分２２に支持されており、かつこの場合長さおよび／または寸法において第１のシャフト端部１２’に相当している。

図２のｈには、完成した中空シャフト１１’を示しており、完成した中空シャフト１１’では、両シャフト端部１２’，１６’および中間区分１３’，１４’，１５’が認められる。移行部は、それぞれ内側円錐形の移行領域１７，１８，１９，２０によって形成されている。中空シャフト１１全体の外径は、長さにわたって一定に、金型３１の有効直径に相当している。

ここで両実施例について述べておくと、実際の使用において、金型３１は有利には軸方向で固定され、これに対して被せ嵌められた管１１と共に心棒２１によって全体の相対運動が行われる。金型には、それぞれ円筒形の入口領域３２と、内側円錐形の減径兼引き抜き加工領域３３と、出口円錐部３４とが認められる。図示した金型を用いた引き抜き加工の代わりに、圧延加工または回転鍛造（Rundkneten；ロータリスエージング）または管の外面のロール加工を用いることもでき、この場合各型工具は、適当な段階で、金型と同様に心棒を越えて軸方向で摺動される。

図３のａには、出発状態で一定の肉厚を有する管１１を示した。

図３のｂでは、管１１に金型３１が装着されており、これに対して管の内側に心棒２１が挿入されており、心棒２１は、第１、第２および後続の縦区分２２，２３，２４を有していて、かつその間に位置する円錐形の移行区分２７，２９を有しており、これらの区分の直径は、左側の自由端部から右側の端部に向かって拡大している。金型３１は、左側の管端部１２に当て付けられている。右側の管端部１６は、軸方向で支持することができる。

図３のｃには、３つの製作段階の行われたあとの部分完成状態の中空シャフト１１’を示した。肉厚を増加すると共に外径で縮小することによって、第１の管端部１２’が形成され、第１の管端部１２’は、半径方向内側で心棒２１の第１の縦区分２２に支持されている。同様に同時的に引き抜き加工を行うと共に外径を縮小して、第１の中間区分１３が形成され、第１の中間区分１３は、心棒２１の縦区分２３に支持され、また外径を縮小して、薄肉の第２の中間区分１４が形成され、第２の中間区分１４は、心棒２１の縦区分２４に支持される。

図３のｄでは、心棒２１は、金型３１を越えた軸方向位置に引き戻され、ここでは心棒２１の縦区分２３は、管１１の、依然として未変形の第２の管端部１６内に位置する。管１１は、金型３１に軸方向で保持される。

図３のｅには、どのようにして部分的に引き抜き加工して外径を縮小することによって厚肉の中間区分１５が形成されるのかを示しており、中間区分１５は、心棒２１の縦区分２３に半径方向で支持される。さらに心棒２１の縦区分２４に沿って、中間区分１５に続く縦区分の引き抜き加工によって、薄肉の第２の中間区分１４₂が形成され、第２の中間区分１４₂は、心棒２１の縦区分２４に半径方向で支持される。

図３のｆには、どのようにして心棒２１が再度右側へ金型３１から引き戻されるのかを示しており、金型３１に中空シャフト１１が軸方向で保持されており、この場合心棒２１の第１の縦区分２２は、右側の管端部１６の未変形の最後の区分内に位置する。

図３のｇには、どのようにして金型３１を用いて外径を縮小することによって第２のシャフト端部１６’が製作されるのかを示しており、第２のシャフト端部１６’は、厚肉化して内側で心棒２１の縦区分２２に支持され、また第２のシャフト端部１６’の長さおよび寸法は、この場合第１のシャフト端部１２’に相当している。

図３のｈには、完成した中空シャフト１１’を示しており、中空シャフト１１’では、両シャフト端部１２’，１６’および中間区分１３’，１４’，１５’，１４₂’が認められる。移行部は、それぞれ内側円錐形の移行領域１７，１８₁，１９₁，１８₂，１９₂によって形成される。中空シャフト１１全体の外径は、金型３１の有効直径に応じて長さにわたって一定である。

ここで述べておくと、実際の使用において、金型３１は有利には軸方向で固定され、これに対して被せ嵌められた管１１と共に心棒２１によって全体の相対運動が行われる。金型には、それぞれ円筒形の入口領域３２と、内側円錐形の減径兼引き抜き加工領域３３と、出口円錐部３４とが認められる。図示した金型を用いた引き抜き加工の代わりに、圧延加工または回転鍛造または管の外面のロール加工を用いることもでき、この場合各型工具は、適当な段階で、金型と同様に心棒を越えて軸方向で摺動される。

中央に位置する一様の中間区分を有する中空シャフトを製作する方法を示す図であって、ａは、出発状態の管を示しており、ｂは、心棒が挿入されて金型が装着された状態の管を示しており、ｃは、第1の管端部を縮小して第1の端部区分を形成して、中央の中間区分を引き抜き加工したあとの状態の管を示しており、ｄは、第２の管端部を縮小するまえの状態の管を示しており、ｅは、第２の管端部を縮小して第２の端部区分を形成したあとの状態の管を示しており、ｆは、完成した中空シャフトを示している。 多段式の中間区分を有する中空シャフトを製作する方法を示す図であって、ａは、出発状態の管を示しており、ｂは、心棒が挿入されて金型が装着された状態の管を示しており、ｃは、第1の管端部を縮小して第1の端部区分を形成し、第1の中間区分を縮小して、中央の中間区分を引き抜き加工したあとの状態の管を示しており、ｄは、第２の中間区分を縮小するまえの状態の管を示しており、ｅは、第２の中間区分を縮小したあとの状態の管を示しており、ｆは、第２の管端部を縮小するまえの状態の管を示しており、ｇは、第２の管端部を縮小して第２の端部区分を形成したあとの状態の管を示しており、ｈは、完成した中空シャフトを示している。 多段式の中間区分を有する中空シャフトを製作する方法の別の実施例を示す図であって、ａは、出発状態の管を示しており、ｂは、心棒が挿入されて金型が装着された状態の管を示しており、ｃは、第1の管端部を縮小して第1の端部区分を形成し、第1の中間区分を縮小して、薄肉の第1の中間区分を引き抜き加工したあとの状態の管を示しており、ｄは、厚肉の中間区分を縮小するまえの状態の管を示しており、ｅは、厚肉の中間区分を縮小して、薄肉の第２の中間区分を引き抜き加工したあとの状態の管を示しており、ｆは、第２の管端部を縮小するまえの状態の管を示しており、ｇは、第２の管端部を縮小して第２の端部区分を形成したあとの状態の管を示しており、ｈは、完成した中空シャフトを示している。

符号の説明

１１ 管、中空シャフト、 １２ 管端部（第１）、 １３ 中間区分、 １４ 中間区分、 １５ 中間区分、 １６ 管端部（第２）、 １７ 内側円錐を有する移行領域、 １８ 内側円錐を有する移行領域、 １９ 内側円錐を有する移行領域、 ２０ 内側円錐を有する移行領域、 ２１ 心棒、 ２２ 第１の縦区分、 ２３ 第２の縦区分、 ２４ 後続の別の縦区分、 ２７ 移行区分、 ２９ 移行区分、 ３１ 金型、 ３２ 入口領域、 ３３ 減径兼引き抜き加工円錐部、 ３４ 出口円錐部

Claims (9)

1. 最小直径を有する第１の縦区分（２２）と、比較的大きな直径を有する少なくとも１つの別の縦区分（２４）とを備えた、長さに沿って段階付けされた直径を有する心棒（２１）を用いて、一定の肉厚を有する管（１１）から、比較的大きな肉厚を有する端部区分（１２’，１６）と、減少された肉厚を有する少なくとも１つの中間区分（１４’）とを備えた中空シャフト（１１’）を製作する方法において、
   以下の加工ステップ；
   第１の端部区分（１２’）を形成するために、心棒（２１）の第１の縦区分（２２）に沿って、管（１１）の第１の区分（１２）の外径を縮小するステップ、
   少なくとも１つの中間区分（１４’）を形成するために、心棒（２１）の少なくとも１つの別の縦区分（２４）に沿って、管（１１）の少なくとも１つの中央の区分（１４）の外径を縮小するステップ、
   第２の端部区分（１６）を形成するために、心棒（２１）の別の縦区分（２２）に沿って、管（１１）の別の区分（１６）の外径を縮小するステップ、
   を有していることを特徴とする、中空シャフトを製作する方法。
2. 中空シャフト（１１’）の第１の端部区分（１２’）と、減少する肉厚を有する単数または複数の中間区分（１３’，１４’）とを、管（１１）に対する心棒（２１）の軸方向位置を不変にして形成する、請求項１記載の方法。
3. 第２の端部区分（１６）を、心棒（２１）の第１の縦区分（２２）に沿って形成する、請求項１または２記載の方法。
4. 増加する肉厚を有する単数または複数の中間区分（１５’）と、第２の端部区分（１６）とを、管（１１）から段階的に引き出された、管（１１）に対して変化された心棒（２１）の軸方向位置で形成する、請求項３記載の方法。
5. 交互に先ず増加して次いで減少する肉厚を有する少なくとも２つの中間区分（１５’，１４₂’）を、特に管（１１）に対する心棒（２１）の不変の軸方向位置で形成する、請求項３記載の方法。
6. 金型（３１）を用いた管（１１）の外径の縮小を、引き抜き加工によって行い、管端部（１２）から始めて管（１１）を、金型（３１）を通って案内し、一方では管（１１）および心棒（２１）をまとめて、かつ他方では金型（３１）を、軸方向で相対運動させる、請求項１から５までのいずれか1項記載の方法。
7. 管（１１）の外径の縮小を、回転鍛造、ロール加工または圧延加工によって行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
8. 端部区分（１２’，１６’）と中間区分（１３’，１５’）との間の移行領域（１７，２０）と、それぞれ異なる肉厚を有する中間区分（１３’，１４’，１５’）の間の移行領域（１８，１９）とを、５°から４５°の間の円錐角を有する内側円錐面によって形成する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 端部区分（１２’，１６’，）と最小の肉厚を有する中間区分（１４’）との間の肉厚比を、１．６より大きくする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。

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