JP4055850B2 - フローフォーミング方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フローフォーミング方法およびフローフォーミング装置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来のフローフォーミング方法においては、フローフォーミング機の回転マンドル上にブランクを置き、少なくとも1つのフローフォーミングローラに関してこのブランクを回転させる。上記少なくとも1つのフローフォーミングローラは、上記ブランクに関して送り込まれ、上記ブランクは、上記フローフォーミングローラによって軸方向に伸張されるとともに、フローフォーミングされて工作物となる。
【0003】
従来のフローフォーミング方法においては、フローフォーミングローラまたはスピニングローラ上で半径方向の力成分と、軸方向の力成分と、正接方向の力成分とが測定可能である(例えば、特許文献1参照)。確定された測定値は、フローフォーミング工程を規定するのに用いられる。
【0004】
従来のフローフォーミング装置は、工作物を受け取る回転マンドレルと、少なくとも1つのフローフォーミングローラと、上記工作物と上記ローラとの間で回転を生み出す駆動装置と、上記回転マンドレルと上記フローフォーミングローラとが相関するような方法で送り込みを制御する制御装置とを有する。
【0005】
上記回転マンドレルは回転駆動可能であり、上記フローフォーミングローラは工作物に対して半径方向におよび/または軸方向に送り込むことが可能である。しかし、回転駆動されるとともに回転駆動されるリング上に配された単数または複数のフローフォーミングローラは、固定された回転マンドレル、またはこれもまた回転している回転マンドレルに対して半径方向に、および/または軸方向に送り込むことも可能である。
【0006】
上記のようなフローフォーミング方法および装置は公知であり、たとえば、回転対称の精密な管状部品をシリンダ・フローフォーミングするために使用される。
【0007】
これら公知の方法は、さらに詳細には、加工中の材料のひずみ硬化という利点、および切削方法と比較するとかなり製造時間が短縮されているという経済上の利点を特徴とする。上記利点は主に、非切削加工の結果として材料が節約されたことによるものである。さらに上記方法によると、たとえば輪郭線のオフセットや肩、移動半径、および円錐領域などといった非常に多くの外周形状を作り出すことが可能である。
【0008】
【特許文献1】
DE−A−34 02 301
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダ・フローフォーミングの場合には、数百ミリメートルの壁厚公差を得ることが可能である。しかし通常用いられるシリンダ(円筒状)ブランクの厚さの公差は、概して、数十ミリメートルである。ブランク厚が個々に異なる結果、および加工される材料が定量性を有するものであるため、製造された部分には、かなりの形状上の差異、特に長さの違いが生ずる。したがって、さらなる機械加工の工程、特に切削による仕上げの工程を用いることが必要である。このことは、機械や人員、時間および材料に関するコストを大幅に増大させ、したがって完成される精密部品のコストをも大幅に増大させることにつながる。
【0010】
本発明の目的は、特に精度の高い工作物の製造を可能にする方法および装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項1の特徴を有する方法および請求項10の特徴を有する装置によって達成される。
【0012】
本発明による方法のさらに好ましい展開、および本発明による装置の有利な実施例については、従属クレームにおいて特許請求されている。
【0013】
本発明によると、前述したタイプの方法は、ブランクの寸法変動を補正するために少なくとも1つの補正領域が工作物に形成されるという点、フローフォーミング前および/またはフローフォーミング中に測定装置を用いてブランクおよび/または工作物の形状データが測定されるという点、工作物の所望の最終形状を得るため、上記少なくとも1つの補正領域の形状パラメータが上記測定された形状データの関数として個々に算出されるという点、フローフォーミングローラの送り込みは、制御装置を用いて上記補正領域の算出された形状パラメータにしたがって制御されるという点において、さらに発展される。その結果、ブランクの寸法変動とは関係なく、所望の最終形状を有する工作物を形成することが可能である。
【0014】
本発明の本質は、特に寸法変動の存在する各ブランクを個々に製造することである。この目的のため、本発明によると、少なくとも一つの補正領域の加工工程は、フローフォーミング前および/またはフローフォーミング中に、測定装置がブランクおよび/または工作物特定の形状データを測定し、工作物の所望の最終形状を得るため、少なくとも1つの補正領域の形状パラメータを測定された形状データの関数として個々に算出し、制御装置を用いて、補正領域の算出された形状パラメータにしたがってフローフォーミングローラの送り込みを制御し、工作物に上記ブランクの寸法変動を補正するための少なくとも1つの補正領域が加工される。本発明のフローフォーミング方法によれば、所望の最終形状を有する工作物がブランクの寸法変動とは関わりなく形成できる。つまり、前記形状データに基づき、個々の補正領域が工作物に加工される。これにより工作物は、ブランクのいかなる寸法変動とも関係なく常に所望の最終形状を有する、という決定的な利点が達成可能となる。
【0015】
別の重要な利点は、本発明による方法を用いれば、後に続く特に切削仕上げ作業などといった機械加工工程の必要がなくなるほど高い精度で工作物を製造することが可能である、ということである。これにより、時間、人員、および機械に関するコストを著しく節約することができるようになる。
【0016】
本発明では、測定装置によるブランクおよび/または工作物の形状データの測定は、フローフォーミング前のブランクまたはフローフォーミング中の最終形状に至る前の工作物に対して行われるか、あるいはフローフォーミング前のブランクおよびフローフォーミング中の最終形状に至る前の工作物に対して行われる。
【0017】
上記方法の好ましい展開によると、少なくとも1つの補正領域は、工作物の最終的な機能を決定しないような工作物領域に加工される。これにより、補正領域がそれぞれのケースごとにどのように個々に形成されるかということに関わりなく工作物の相関性が維持される、という利点が達成可能となる。
【0018】
形状データとしては、ブランクおよび/または工作物の少なくとも1つの軸方向の長さについて、特に複数回測定することが好ましい。伸張時の工作物の壁厚は通常著しく低下するため、すなわち工作物は著しく伸張されるため、軸方向の長さは、ブランクのあらゆる存在する寸法変動によって敏感に左右される。そのため上記量の結果として、上記補正領域の形状パラメータを非常に精密に測定することが可能となる。
【0019】
本発明によると、測定データが汎用コンピュータによって処理されるような適切な経路測定システムの助けがあれば、製造工程中に生ずる壁厚の公差を制御することが可能である。
【0020】
形状データとしては、ブランクおよび/または工作物の直径および/または壁厚を測定することも可能である。これにより、補正領域のパラメータを測定する精度を高めることが可能となる。
【0021】
ブランクおよび/または工作物上においては、形状データの他にもさらに測定を行うことができる。たとえば工作物をフローフォーミングする前、フローフォーミング中、および/またはフローフォーミングした後に、工作物の温度を測定することが可能である。
【0023】
工作物の特定の形状は温度によって敏感に左右されるため、これらのパラメータを記録することにより、製造精度をさらに向上させることができる。
【0024】
測定された温度は、コンピュータ手段に供給されるとともに、補正領域の形状パラメータの計算にも含められることが好ましい。
【0025】
本発明による方法の好ましい変形例においては、上記補正領域は円筒状領域および/または少なくとも1つの斜角のつけられた領域として形成される。これらの形態は、まずフローフォーミング機上において簡単な方法で作り出すことが可能である。そしてさらにこれらの形態の形状パラメータは、特に容易に算出することが可能である。
【0026】
工作物設計の作用として、他の無作為に形作られた補正領域を実行することは可能である。
【0027】
ブランクの寸法変動が特に大きい場合には、複数の補正領域を工作物に加工することが可能である。このこともまた、個々の工作物間において補正領域の形状パラメータ間の変化が大きすぎない方が望ましいような場合には、利点となり得る。
【0028】
本発明による方法は、下方送り法としても実行可能であるし、上方送り法としても実行可能である。
【0029】
上述したタイプの装置は、工作物の形状データを測定するために少なくとも1つの測定装置が提供されるという点において、および測定装置が、ブランクの寸法変動を個々に補正するために工作物に加工される補正領域の形状パラメータを算出するように設計されたコンピュータ手段に連結されるという点において、ならびにフローフォーミングローラの送り込みが制御装置を用いて制御可能であるという点において、発明としてさらに発展され、その結果工作物の補正領域は、コンピュータ手段によって個々に算出された形状パラメータの機能として構築される。
【0030】
フローフォーミング機と称することも可能であるような上記装置は、経路を制御する方法および/または圧力を制御する方法により作動させることが可能である。NC技術の助けがあれば、経路付与フローフォーミング作業と、縦軸および横軸におけるフローフォーミングローラの正確な位置決めとを実行することができる。
【0031】
上記測定装置は、少なくとも1つの変位計を有することが好ましい。上記変位計は、光学的または聴覚的性質のものである、および/または電気伝導率を測定するセンサの形をしている。
【0032】
本発明の装置の利点となる展開例においては、複数の変位計が設けられているとともに軸方向に間隔を空けるように特に配置されている。これにより、たとえばフローフォーミング方法中に工作物の軸方向の長さを多様に測定することができるようになり、都合がよい。
【0033】
補正領域の形状パラメータを算出するための情報ベースを増やすため、測定装置が、工作物の直径および/または工作物の壁厚を測定するセンサを有するようにすることも可能である。
【0034】
また、さらに物質的な数量を測定するために測定装置またはセンサを設けることも可能であり、これによって工作物をさらにより精密に特徴付けることができ、かつ、さらにより確実な規定条件の下で製造工程を実行することができる。
【0035】
たとえば、工作物の温度を測定するために温度センサを設けることが可能である。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明による方法および装置のさらなる特色、特徴、および利点について、図表による図面の助けを借りて以下に説明する。
【0037】
図1は、軸方向の長さLo、内径di、外径da、および壁厚Soを有する管状ブランク12の軸方向における断面図を示している。図面中の寸法は、ミリメートルで示されている。
【0038】
ブランク12の壁厚Soは、+/−0.12mmの公差を有する。
【0039】
図2から4に示されるように、上記公差は、完成された工作物14の軸方向の長さL1に強い影響を及ぼす。
【0040】
図2は、ブランク12を軸方向Zに伸張した工作物14を軸方向における断面図で示している。このように用いられるブランク12の壁厚Soは、図1の公差範囲の下限にあったものである。
【0041】
図3および4は、さらなる工作物14を軸方向における断面図で示している。図3および4においては、使用されたブランク12の壁厚Soは、図1の公差範囲の中間または下限にあったものである。
【0042】
図2から4からはっきりと推測できるように、ブランク12の個々に存在する寸法変動、すなわち現在示されているケースにおいては壁厚Soの変動は、伸張された工作物14の軸方向の長さL1などといった形状に非常に著しい影響を与える。たとえば、図2における工作物14の軸方向の長さL1は、図4の工作物と比較すると8%の違いがある。
【0043】
図5から7は、工作物14の軸方向における断面図を示している。図5から7においては、工作物14の機能を決定付けることのない領域は、本発明による個々に加工された補正領域26である。
【0044】
各々のケースにおける補正領域26は、円筒状領域Aとともに、逃げ斜角X1、X2、X3として構築される斜角のつけられた領域を有する。図5から7の工作物14はすべて、図5から7における工作物14の右側端部と補正領域26との間にまったく同じに構築された円筒状領域Lを有する。図5から7の工作物14のケースにおいては、軸方向の長さがまったく同じで、かつ壁厚S2がまったく同じであるような円筒状領域Aもまた存在している。
【0045】
使用されるブランク12の寸法変動を補正するため、点Yから始まり円筒状領域Aに連結される逃げ斜角X1、X2、X3は個々に構築される。
【0046】
図6における工作物14には、壁厚Soが図1の公差範囲の中間にあるようなブランク12が使用された。しかし図5および6の工作物14は、図1の公差範囲の上/下限端における壁厚Soを有するブランク12からフローフォーミングされたものであった。
【0047】
平均値よりも上の使用されたブランク12の壁厚Soによると、図5の工作物14の逃げ斜角X1は、図6の逃げ斜角X2の軸方向における伸張と比較すると短くなっている。同様に、平均値よりも下の壁厚Soでブランクが使用された工作物14の逃げ斜角X3は、X2と比較して長く伸張されている。
【0048】
その結果ブランク12の寸法変動にも関わらず、工作物14の最終製造長L1を一定に保つために、工作物14または製造されたパーツを製造または設計する際には、公差補正領域とも呼ぶことのできる本発明の補正領域26が考慮される。上記補正領域26においては、加工工程または形成工程中の測定により、最終製造長L1への影響にしたがって公差の違いが考慮される。
【0049】
全体的な軸方向の長さL1においては、次に続く開口部の直径に対する機械加工を精密に考慮に入れることが可能である。
【0050】
常に右側の開口部の直径から同じ間隔が保たれている点Yにおいては、図5、6、および7に示される逃げ斜角X1、X2、X3を用いて、フローフォーミング部分において測定が行われる。Z方向におけるスピンドルの変位経路を考慮する一方で、コンピュータは容量方程式を用いて実際の変量を算出し、これにより逃げ斜角X1、X2、X3の軸方向における伸張を確立する。
【0051】
使用される容量方程式は、加工された材料の定量性および工作物の内径の定常性に基づいている。
【0052】
このように、個々に形成された補正領域26内において本発明の加工を行った結果、まったく同じ軸方向の長さL1を有する工作物14が得られた。
【0053】
個々に適合された補正領域26のさらなる例が、図8から10に示されている。再び工作物14は、壁厚Soが異なるブランク12から始まる、本発明による方法を用いて製造されたものであって、軸方向の断面図で示されている。
【0054】
図5から7に示されるように、工作物14は各々まったく同じ円筒状領域Lを有しており、上記円筒状領域には、それぞれのケースごとに、個々に構築された補正領域26が連結される。再び上記補正領域26は、円筒状領域A1、A2、A3とともに、点Yの後ろで上記円筒状領域に連結される逃げ斜角X1、X2、X3を包含する。
【0055】
図5から7に示される工作物14の場合とは異なり、図8から10の工作物14を用いた場合には、補正領域26の逃げ斜角X1、X2、X3および円筒状領域A1、A2、A3は両者とも、使用されるブランク12の現存する寸法変動に個々に適合される。
【0056】
再び、完成された工作物14のまったく同じ軸方向の長さL1が得られる。
【0057】
本発明は、上方送りフローフォーミング方法で作られた重量が最適化された車輪の製造例を用いて、図11、12、および13にさらに説明されている。
【0058】
上方送りフローフォーミングにおいては、ブランク12はブシュまたはパイプ部であっても構わないが、回転マンドレル16の上にクランプ点まで噛み合わされており、硬化された歯を設けることのできる駆動リング42によって、上記回転マンドレル16に噛み合わされている。
【0059】
1つ以上のフローフォーミングローラ18の軸方向における力は、ブランク12を歯のついた切片に押しつけ、これにより回転運動を行わせる。加工中は上記材料は、フローフォーミングローラ18の下を自由回転マンドレルの方向に、機械の自由加工領域へと流れる。したがって長手方向の送りと流れる方向とは、互いに対向する。
【0060】
本発明は、スピニングおよびその他のフローフォーミング作業にも用いることができる。特定の応用例の作用として、長さ、直径、圧力、および温度の測定を組み合わせることが可能である。
【0061】
図11、12、および13においては、本発明による装置の一部が示されており、本発明による方法の、異なる段階におけるブランク12および工作物14が部分断面図で示されている。図11、12、および13のブランク12は、それぞれのケースごとに壁厚が異なっている。
【0062】
同一の構成部品には、それぞれのケースごとに同じ参照番号が付与されている。
【0063】
それぞれのケースにおける方法ステップ1に関する部分断面図には、回転マンドレル16上に設置され、かつ駆動リング42と噛合可能なブランク12が示されている。上記回転マンドレル16は回転され、例として1つが示されている複数のフローフォーミングローラ18は、ブランク12に半径方向に送り込まれる。
【0064】
軸方向における送り込みは、上記回転マンドレルをZ方向に変位させることによって行われる。
【0065】
本発明による方法の異なる段階における工作物の軸方向の長さを測定するため、装置には複数の変位計46、48、50、52が設けられる。上記変位計46、48、50、52は光センサであってもよく、軸方向に間隔を空けて位置Z1、Z2、Z3、およびZ4に配置される。
【0066】
まずフローフォーミングローラ18の助けにより、壁厚が減少された領域28を工作物14に加工する。この領域28を通して、後に続いて形成される補正領域26とともに、完成工作物14において大体対称的な重量配分が得られる。
【0067】
本発明によると、フローフォーミング中に変位計46、48、50、52によって測定される工作物14の軸方向の長さに基づき、補正領域26の形状パラメータが個々に算出され、この算出されたパラメータにしたがってフローフォーミングローラ18が軸方向および半径方向に工作物14に送り込まれる。
【0068】
ブランク12が完成工作物14まで伸張されている間は、フローフォーミングローラ18に関して、Z方向44の全変位経路によって駆動リング42が送り込まれる。
【0069】
方法ステップ1においては、右側の開口部の直径から32.3mmの距離にフローフォーミングローラ18が配される。ステップ2においては、上記領域28の第1アプローチ斜角が形成される。
【0070】
ステップ3においては、フローフォーミングローラ18は上記領域28の円筒状部内にあり、変位計46は、位置Z1においてフローフォーミングローラ18から63.87mmの距離に位置する第1測定地点として存在している。そして上記領域28の逃げ斜角は、工作物14に加工される。
【0071】
ステップ4においては、長さ8.18mmの逃げ斜角が完全に収められる。ステップ5においては、工作物14が位置Z2に配された第2変位計48に到達している。補正領域26の第1アプローチ斜角は、壁厚断面が1.92mmになるまで98.7mmの距離だけ続く。
【0072】
ステップ6においては、工作物14は、フローフォーミングローラ18から167.9mmの距離に位置する位置Z3における第3変位計50に達している。工作物の全長が204.5mmに達するようにするため、Z方向に進む測定距離に基づき、位置Z3における変位計50の容量方程式を用いた測定データを考慮して、コンピュータを用いて補正領域26の逃げ斜角に対するパラメータが決定される。同時に上記測定されたデータから、可変的に配置可能な第4の変位計52の位置Z4が設定される。
【0073】
位置Z4における第4の変位計52の助けがあれば、完成工作物14の所望の軸方向における最終長を実証することが可能である。
【0074】
ステップ7において上記第4変位計52が位置Z4に達すると、フローフォーミング工程は終了し、工作物14が所望の長さである204.5mmに達する。
【0075】
図12および13は、図11と同様に、寸法変動が異なるブランク12に対する本発明の方法を示す。図12および13の方法ステップ1から8は図11の方法ステップ1から8に対応しているため、ここでは詳細な説明は行わない。
【0076】
図11、12、および13の異なるブランク12については、それぞれのケースごとに最初の寸法は異なっているが、再び、軸方向の長さがまったく同じ工作物14が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ブランクの軸方向における断面図である。
【図2】 寸法変動が異なるブランクからフローフォーミングされた工作物の軸方向における断面図である。
【図3】 寸法変動が異なるブランクからフローフォーミングされた工作物の軸方向における断面図である。
【図4】 寸法変動が異なるブランクからフローフォーミングされた工作物の軸方向における断面図である。
【図5】 個別に形成された補正領域を有する工作物の軸方向における断面図である。
【図6】 個別に形成された補正領域を有する工作物の軸方向における断面図である。
【図7】 個別に形成された補正領域を有する工作物の軸方向における断面図である。
【図8】 個別に形成された補正領域を有するさらなる工作物の軸方向における断面図である。
【図9】 個別に形成された補正領域を有するさらなる工作物の軸方向における断面図である。
【図10】 個別に形成された補正領域を有するさらなる工作物の軸方向における断面図である。
【図11】 本発明による方法の異なる段階における、ブランクまたは工作物および本発明による装置の図式による部分断面図である。
【図12】 本発明の方法の異なる段階における、図11の、さらなるブランクまたは工作物および本発明の装置の図式による部分断面図である。
【図13】 本発明の方法の異なる段階における、図11の、さらなるブランクまたは工作物および本発明の装置の図式による部分断面図である。
【符号の説明】
12 ブランク
14 工作物
16 マンドレル
18 フローフォーミングローラ
26 補正領域
42 駆動リング
46、48、50、52 変位計
Claims (13)
- フローフォーミング機の回転マンドレル(16)にブランク(12)が配置され、
上記ブランク(12)は少なくとも1つのフローフォーミングローラ(18)に関して回転され、
上記少なくとも1つのフローフォーミングローラ(18)は上記ブランク(12)に関して送り込まれ、
上記ブランク(12)は上記フローフォーミングローラ(18)によって軸方向に伸張され、かつ工作物(14)にフローフォーミングされるフローフォーミング方法において、
上記工作物(14)に上記ブランク(12)の寸法変動を補正するための少なくとも1つの補正領域(26)を加工し、
フローフォーミング前および/またはフローフォーミング中に、測定装置が上記ブランク(12)および/または工作物(14)の形状データを測定し、
上記工作物(14)の所望の最終形状を得るため、少なくとも1つの補正領域(26)の形状パラメータを上記測定された形状データの関数として個々に算出し、
制御装置を用いて、上記補正領域(26)の上記算出された形状パラメータにしたがって上記フローフォーミングローラ(18)の送り込みを制御し、上記最終形状の上記ブランク(12)および/または工作物(14)を形成することを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1に記載のフローフォーミング方法において、
上記少なくとも1つの補正領域(26)は、上記工作物(14)の最終的な機能を決定しないような工作物領域に加工されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1または2に記載のフローフォーミング方法において、
前記形状データとして、上記ブランク(12)および/または工作物(14)の少なくとも1つの軸方向における長さ(L0;L1)が、複数回測定されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載のフローフォーミング方法において、
形状データとして、上記ブランク(12)および/または工作物(14)の直径(da)および/または壁厚(S0:S1)が測定されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1から4のいずれかに記載のフローフォーミング方法において、
フローフォーミング前、フローフォーミング中、および/またはフローフォーミング後に、上記工作物(14)の温度が測定されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項5に記載のフローフォーミング方法において、
上記測定された温度はコンピュータ手段に供給され、上記補正領域(26)の形状パラメータの計算に入れられることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1から6のいずれかに記載のフローフォーミング方法において、
上記補正領域(26)は、円筒状領域(A;A1;A2;A3)として、および/または少なくとも1つの斜角のつけられた領域(X1;X2;X3)として形成されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 請求項1から7のいずれかに記載のフローフォーミング方法において、
複数の補正領域(26)が上記工作物(14)に加工されることを特徴とするフローフォーミング方法。 - 工作物(14)を受け取る回転マンドレル(16)と、
少なくとも1つのフローフォーミングローラ(18)と、
工作物(14)とフローフォーミングローラ(18)との間で回転を作り出す駆動装置と、
回転マンドレル(16)とフローフォーミングローラ(18)との間の相対的な送り込みを制御する制御装置と、を有するフローフォーミング装置において、
少なくとも1つの測定装置が上記工作物(14)の形状データを測定するために設けられ、
上記測定装置は、上記ブランク(12)の寸法変動を個々に補正するために上記工作物(14)に加工される補正領域(26)の形状パラメータを算出するために設計されたコンピュータ手段に連結され、
上記制御装置を用いて上記フローフォーミングローラ(18)の送り込みが制御可能とされており、
上記工作物(14)の上記補正領域(26)が、上記コンピュータ手段によって個々に算出される形状パラメータの関数として構築されることを特徴とするフローフォーミング装置。 - 請求項9に記載のフローフォーミング装置において、
上記測定装置は、少なくとも1つの変位計(46、48、50、52)を有することを特徴とするフローフォーミング装置。 - 請求項10に記載のフローフォーミング装置において、
複数の変位計(46、48、50、52)が設けられ、特に軸方向に間隔を空けて配置されていることを特徴とするフローフォーミング装置。 - 請求項9から11のいずれかに記載のフローフォーミング装置において、
上記測定装置は、上記工作物(14)の直径および/または上記工作物(14)の壁厚(S1)を測定するセンサを有することを特徴とするフローフォーミング装置。 - 請求項9から12のいずれかに記載のフローフォーミング装置において、
上記工作物(14)の温度を測定するため温度センサが設けられていることを特徴とするフローフォーミング装置。
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