JP6956890B2 - 静圧式転造工具の回転体および回転体を備えた静圧式転造工具 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の全体的な概念の特徴を有する静圧式転造工具用の回転体、および請求項８の特徴を有する回転体を有する静圧式転造工具に関する。

圧延のため、および工作物に輪郭または穴を導入するために、ローラまたは転造ボールを備えた静圧式転造工具が使用されることが知られている。

独国特許第８８０９８２３号明細書は、例えば、転造工具のローラヘッドにローラを静水圧的に取り付けた転造工具を記載している。独国特許出願第１０３４０２６７号明細書は、静圧式転造工具および工作物を圧延するためのローラを記載している。ローラは、軸受接触領域から空間的に分離されたローラの工作物接触領域に配置された動作周囲を有する。

本発明は、機能的に改善された回転体を備えた静圧式転造工具を提供するという課題に基づいている。この課題は、請求項１の特性を有する回転体と、請求項８の特性を有する静圧式転造工具とによって解決される。本発明の優先的または有利な実施形態は、以下の説明および／または添付の図面の従属請求項から生じる。

静圧式転造工具の回転体を提案する。回転体は、工作物を転動させるために、特にソフトおよび／またはハード加工のために、転造工具上に配置することができる。

好ましくは、転造工具は、回転体用のホルダを備えた工具ヘッドからなる。特に、回転体は、少なくとも部分的にホルダに収容される。好ましくは、ホルダに加圧流体を導入することができ、加圧流体を通して回転体に力を加えることができる。

好ましくは、回転体は球形を有する。回転体は輪郭ボールとして特別に設計されている。回転体は回転軸線の周りを回転することができ、回転軸線は回転体の中心点を通る。回転体は、回転軸線に対して垂直に延びる中心軸線を有している。中心軸線は、回転体の中央を通過する。

回転体は、工作物を転動させるように設計されている。工作物を加工するために、回転体には加工部が含まれている。例えば、回転体のサイズ、特に中心線に沿って延びる加工部の疑似直径は、最大で２０ミリメートル、好ましくは最大で１０ミリメートル、特に最大で２ミリメートルである。

加工部には、回転体の断面に加工輪郭線が形成されている。加工輪郭線は、第１の加工弧と第２の加工弧とから構成される。第１の加工弧は第１の加工中心点の周りに延び、第２の加工弧は第２の加工中心点の周りに延びる。

本発明によれば、２つの加工中心点は、互いにおよび回転体の中心からオフセットされている。好ましくは、２つの加工中心点は、中心軸線および／または回転軸線に対してもオフセットして配置される。

好ましい設計では、２つの加工中心点は、回転軸線に平行な直線上の回転体の断面にある。好ましくは、２つの加工弧は互いに対称であり、中心軸線は２つの加工弧の対称軸を形成する。

好ましくは、第１の加工弧および第２の加工弧は、回転体の断面のある点で交差する。特に、交差点でピークを形成する。必要に応じて、先端、先端に隣接する第１の加工弧の一部、および先端に隣接する第２の加工弧の一部は、加工領域を遮断および／または分ける自由領域を形成する。特に、圧延用の転造工具の動作中、第１および第２の加工弧の他の部分のみが工作物に接触し、加工弧の先端および隣接部分は工作物と接触することなく配置される。

本発明の範囲内で、先端が磨耗および／または平坦化されることが可能である。例えば、回転体の断面における加工輪郭線は、特に先端を除去および／または平坦化することによって形成される、回転軸線から好ましくは離間された線分からなる。好ましくは、線分は、回転軸線に平行に走る線である。あるいは、線分はまた、湾曲および／または曲げることができる。第１の加工弧は線分の第１の端で終わり、第２の加工弧は線分の第２の端で終わることが特に好ましい。必要に応じて、第１の加工弧の口金領域および線分の第１の端に移行半径が形成され、第２の加工弧の口金領域および線分の第２の端に第２の移行半径が形成される。好ましくは、第１の移行半径および第２の移行半径は、互いに対称であり、中心軸線は、２つの移行半径の対称軸線を形成する。

本発明の可能な実施において、線分は、加工領域を中断および／または分ける１つの自由領域を形成する。特に、圧延時には、転造工具の動作中に加工弧のみが工作物に接触し、線分は非接触の自由表面として配置される。

特に自由表面を有する回転体は、転造工具の動作中に、いくつかのオフセット半径を有する穴、半径、めねじ、凹所、楕円および／または輪郭を工作物に導入できることは有利である。好ましくは、転造工具の動作中に回転体を用いて工作物に開けることができる穴は、１０ミリメートル、特に１５ミリメートル、特に２０ミリメートルの比較的小さな直径を有する。ただし、転造工具が動作しているときは、回転体をより大きな寸法の用途、特により大きな構成要素および対応するシャフトの動作に使用することもできる。

本発明の好ましいバージョンでは、回転体は保持領域を有する。回転体は、転造工具の保持領域に保持されることが好ましい。特に、転造工具、特に工具ヘッドは、保持領域に係合して、回転体をホルダに保持する。

本発明の可能な設計では、保持領域は、回転体の断面に形成された第１の保持輪郭線と、回転体の断面に形成された第２の保持輪郭線とを有する。必要に応じて、第１の保持輪郭線および第２の保持輪郭線は互いに対称であり、中心軸線が１つの対称軸線を形成する。好ましくは、第１の保持輪郭線は、第１の保持円弧を有するか、またはそのように設計される。特に、第１の保持円弧は、回転軸線上にある第１の支持中心の周りに延びる。オプションの追加として、第２の保持輪郭線は第２の保持円弧を有するか、そのように設計されている。特に、第２の保持円弧は、回転軸線上にある第２の支持中心の周りに延びる。

好ましくは、第１および第２の保持中心は、互いに対して、および必要に応じて回転体の中心に対してもオフセットされる。本発明の範囲内で、２つの支持中心および／または２つの保持円弧が互いに対称であり、中心軸線が１つの対称軸線を形成することが可能である。

可能な代替構造では、２つの保持輪郭線のそれぞれが２つの保持円弧で構成され、その保持中心は互いにオフセットしている。特に、保持輪郭線の２つの保持円弧の支持中心は、回転軸線からオフセットされている。あるいは、２つの保持輪郭線のそれぞれが２つの楕円または楕円弧で構成されている場合もある。好ましくは、保持輪郭線の２つの楕円または楕円弧は互いに対称であり、回転軸線は好ましくは対称軸線を形成する。

特に、保持輪郭線の２つの保持円弧または楕円または楕円弧が交差して別の先端を形成する。特に、第１の保持輪郭線は第１の追加の先端を有し、第２の保持輪郭線は第２の追加の先端を有する。好ましくは、第１および第２の他の先端は、回転軸線上にあり、互いに対称であり、中心軸線が１つの対称軸線を形成する。特に、保持輪郭線の２つの支持円弧は互いに対称であり、回転軸線が１つの対称軸線を形成する。

本発明の好ましい実施形態では、加工円の第１の弧は第１の保持輪郭線で終わり、加工円の第２の弧は第２の保持輪郭線で終わる。結果として、移行半径は、特に、第１の保持輪郭線における第１の加工弧の口金領域および第２の保持輪郭線における第２の加工弧の口金領域に形成される。

本発明の別の主題は、上記の説明および／または請求項１〜８のいずれかによる回転体を備えた静圧式転造工具である。工作物の圧延のために、回転体は、転造工具上に配置され、および／または配置可能である。

例えば、転造工具は、好ましくは細長い基体からなる。好ましくは、転造工具は、ホルダを備えた工具ヘッドを有する。特に、工具ヘッドは基体に配置され、特別にそれに統合されている。例えば、容器は、回転体の形状に対して凹形状であり、これにより、特に、容器は、回転体自体よりもいくらか体積が大きくなるか、または、容器は、凹形状として回転体の形状に本質的に類似する。特に、回転体は、少なくとも部分的に回転可能にホルダに取り付けられている。必要に応じて、例えばメンテナンス作業または別の工作物形状を生成するため、回転体をホルダから取り外し、別の回転体と交換することができる。

例えば、転造工具は、ホルダに通じ、それを通してホルダに流体を導入できる流体チャネルを有する。必要に応じた追加部品として、転造工具は、流体を供給する、および／または流体に圧力を加えることができる流体および／または圧力発生源に接続および／または結合することができる。

好ましくは、加圧流体は、回転体がホルダ内で流体静力学的に支持され、流体によって力が加えられるように、ホルダに導入および／または導入することができる。特に、ホルダ内の回転軸線を中心とした回転体の回転は、加圧流体によって引き起こされ得る。必要に応じて、工具ヘッドに少なくとも１つのリリーフチャネルが提供される。リリーフチャネルは、回転体が工作物と接触しない場合に流体が横方向に逃げることができるように、ホルダから工具ヘッドの外側まで延在するのが好ましい。

本発明の可能な実施形態において、特に工具ヘッドの断面において、ホルダ内に回転体を予め位置決めするための工具ヘッドは、第１のセンタリング装置および第２のセンタリング装置を備える。センタリング装置は、工具ヘッドに配置され、および／またはホルダ内に突出することが好ましい。容器内の工具ヘッドの断面における２つのセンタリング装置は、同じ高さで互いに対して反対側にあり、互いに向けられていることが好ましい。

第１のセンタリング装置は、回転体の保持領域の第１の保持輪郭線と係合し、第２のセンタリング装置は、保持領域の第２の保持輪郭線と係合することが好ましい。２つのセンタリング装置の作用点が回転軸線上にあることが特に好ましい。

本発明を建設的に実施することができる場合、転造工具は、いくつかの工具ヘッド、例えば、２つまたは３つの工具ヘッドからなる。好ましくは、工具ヘッドは、転造工具の基体上に配置され、特に転造工具の基体に一体化される。工具ヘッドは、基体の周方向に互いにオフセットして配置されることが特に好ましい。特に、回転力または受動力が互いに相殺することを達成することができる。例えば、２つの工具ヘッドを円周方向に１８０度離して配置し、３つの工具ヘッドを円周方向に１２０度離して配置することができる。必要に応じて、工具ヘッドは、特に基体の長手方向の延長に沿って、互いに軸線方向にオフセットして配置することができる。

本発明のさらなる可能な用途では、直径の差を補償するために、工具ヘッドは、流体での加圧によって半径方向ストロークをさらに生成することができる。さらに、本発明の可能な実施形態において、工具ヘッドは、剛体であるか、または基体内で自由に回転可能であり得る。

本発明のさらなる特徴、利点、および効果は、本発明の好ましい実施形態の以下の説明に示されている。
基体と、それぞれに回転体が配置されている２つの工具ヘッドとを備えた静圧式転造工具である。 図１に示す転造工具であり、回転体は基体上で異なって配置されている。 第１の実施形態における加工部がある回転体である。 第２バージョンにおける回転体の加工部である。 異なる設計の保持領域を有する図３ａの回転体である。 異なる設計の保持領域を有する図３ａの回転体である。 図４に示す回転体が収容される容器付き転造工具の工具ヘッドである。 図５に示す回転体が収容される容器を備えた転造工具の工具ヘッドである。 ホルダに突き出ている２つのセンタリング装置を備えた修正工具ヘッドである。

図では相互に対応する部品または同一の部品に同じ参照記号が付されている。

図１は、静圧式転造工具１０の縦断面図を示す。転造工具１０は、適切な工作機械、例えば旋盤、特にＣＮＣマシンに結合され、操作され得る。転造工具１０は、細長い円筒形の本体１１と２つの工具ヘッド１２、１３とからなる。回転体１は、各工具ヘッド１２、１３に配置されている。転造工具１０を操作する場合、回転体１は、図示しない工作物を転動させるようになっている。圧延とは、ソフト加工またはハード加工を指し、これにより、さまざまな輪郭形状、例えば穴、半径、雌ねじ、窪み、楕円、および／またはいくつかのオフセット半径を有する輪郭を工作物に導入できる。回転体１で開けられる穴は、１０ミリメートル、特に１５ミリメートル、とりわけ２０ミリメートルの比較的小さな直径を有することができる。転造工具を用いてさらに大きな構成要素、例えばシャフトを加工できる。

２つの工具ヘッド１２、１３は、基体１１の周方向に互いに１８０度オフセットして配置される。図２によるさらなる設計例では、工具ヘッド１２、１３はさらに、特に基体１１の長手方向軸線Ａに沿って、互いに軸線方向にオフセットして配置することができる。あるいは、転造工具１０は、１つのみの工具ヘッド１２または３つ以上の工具ヘッド１２、１３を有することができる。

図３ａは、回転体１の断面を示している。回転体１は球形であり、特に外形が比較のために示されたボールＫから外れている異形ボールの形であるが、本質的にボールＫの外形に向けられている。回転体１は、ボールＫと同様に、中心Ｚと中心軸線Ｌとを有する。回転体１は、転造工具１０の動作中に回転軸線Ｒの周りを回転することができる。回転軸線Ｒは中心Ｚを通り、中心軸線Ｌに対して直角に延びる。

回転体１は、加工部２および保持領域８を有する。保持領域８では、図６ａ、図６ｂおよび図７に示すように、工具ヘッド１１によって回転体１が保持される。加工部２は、図３ａに第１の可能な構成で示され、図３ｂに第２の可能な構成で示されている。加工部２は、工作物に接触し、転造工具１０（図１、図２）の操作中に転がる領域である。加工部２において工作物に目的の輪郭が加工される。

特に中心線Ｌに沿って測定された、加工部における回転体１の最大直径Ｄは、２０ミリメートル、好ましくは１０ミリメートル、特に２ミリメートルである。

加工部２には、断面に加工輪郭線３がある。加工輪郭線３は、第１の加工弧４ａおよび第２の加工弧４ｂを含む。

第１の加工弧４ａは、第１の加工中心Ｍ４ａの周りに延び、第２の加工弧４ｂは、第２の加工中心Ｍ４ｂの周りに延びる。加工中心Ｍ４ａ、Ｍ４ｂは、回転軸線Ｒに対する平行線Ｐ上にあり、互いにオフセットされ、中心軸線Ｌおよび中心Ｚに対してオフセットされている。２つの加工弧４ａ、４ｂの半径Ｒ４ａおよびＲ４ｂは同じサイズであり、そのため加工弧４ａ、４ｂは互いに対称であり、この目的のために中心軸線Ｌが対称軸線を形成する。加工弧４ａ、４ｂのこの設計および配置により、２つは、中心軸線Ｌ上に位置する点５で交差する。

図３ｂの加工部の断面図に示されるように、先端５は、加工輪郭線３が回転体１の断面に線分６を有するように、侵食および／または平坦化することができる。このようにして、加工部２を中断および／または分ける線分６によって自由領域７を作製できる。このことは、自由領域７が工作物の加工に使用されないことを意味し、特に、自由領域７は、工作物のおよび／または圧延中に工作物と接触することなく配置される。このことは、特に、工作物に所望の輪郭がもたらされることを保証する。

線分６は、第１の加工弧４ａと第２の加工弧４ｂとの間に延在し、２つの加工弧４ａ、４ｂを互いに接続する線として設計される。特に、第１の加工弧４ａは線分６の第１の端Ｅ１で終わり、第２の加工弧４ｂは線分６の第２の端Ｅ２で終わる。線分６は回転軸線Ｒに平行に走っている（図３ａ）。代替の設計例では、線分６はまた、湾曲および／または曲げることができる。

回転体１の断面図の図４および図５に示されるように、回転体１は保持領域８を有する。保持領域８では、図６ａ、図６ｂおよび図７に示すように、回転体１を転造工具１０に保持することができる。

保持領域８は、回転体１の断面に形成される第１の保持輪郭線９ａと、回転体１の断面に形成される第２の保持輪郭線９ｂとを有する。保持輪郭線９ａ、９ｂは互いに対称であり、この目的のために中心軸線Ｌが対称軸線を形成している。２つの保持輪郭線９ａ、９ｂは、半径として設計された２つの口金領域１６ａ、１６ｂで終わる。

図４に示すように、第１の保持輪郭線９ａは、回転軸線Ｒ上に位置する第１の支持点Ｍ９ａの周りに延びる第１の保持円弧を形成する。第２の保持輪郭線９ｂは、回転軸線Ｒ上に位置する第２の保持中心Ｍ９ｂの周りに延びる第２の保持円弧を形成する。

図５に示されるように、２つの保持輪郭線９ａ、９ｂのそれぞれは、他の先端１５ａ、１５ｂで交差する第１の楕円曲線１４ａおよび第２の楕円曲線１４ｂからなり得る。他の先端１５ａ、１５ｂは、回転軸線Ｒ上に配置されている。図示されていない代替の設計例では、２つの保持輪郭線９ａ、９ｂのそれぞれは、楕円曲線１４ａ、１４ｂの代わりに２つの保持円弧を有することができ、それらの中心は互いにおよび回転軸線Ｒに対してオフセットされている。

図６ａおよび図６ｂは、図１または図２からの転造工具１０の工具ヘッド１２、１３の第１の工具ヘッド１２を示す。工具ヘッド１２は、回転体１用のケージを形成する容器１７を有する。

図６ａによれば、図４の回転体１は、少なくとも部分的に容器１７に含まれる。図６ｂによれば、図５の回転体１は容器１７に含まれる。回転体１は、容器１７内の保持領域８内に保持される。

容器１７は、その中に配置される回転体１の形状および／または輪郭のための凹型を形成する。各々の回転体１は、容器１７に回転可能に取り付けられている。このため、容器１７は、回転体１よりもわずかに大きい。

転造工具１０（図１、図２を参照）は、工具ヘッド１２、１３を通り、容器１７で終わる供給チャネル１８を有する。図示されていない圧力および流体源を転造工具１０に割り当てることができ、これにより、供給チャネル１８を通して容器１７に加圧流体を供給することができる。これにより、容器１７内の回転体１は、静水圧で力が加えられ、回転軸線Ｒを中心に回転する。工具ヘッド１２には、リリーフチャネル１９が設けられており、そこを通って過剰な流体を容器１７から逃がすことができる。

図７に示すように、回転体１を予め位置決めするために、２つのセンタリング装置２０ａ、２０ｂを工具ヘッド１２に設けることができる。２つのセンタリング装置２０ａ、２０ｂは、容器１７内に突出し、同じ高さで互いに向かい合って配置される。２つのセンタリング装置２０ａ、２０ｂは回転軸線Ｒ上にあり、回転体１の保持輪郭線９ａ、９ｂで保持領域８に係合する。

１ 回転体
２ 加工部
３ 加工輪郭線
４ａ、ｂ 加工弧
５ 先端
６ 線分
７ 自由領域
８ 保持領域
９ａ、ｂ 保持円弧
１０ 転造工具
１１ 基体
１２ 第１の工具ヘッド
１３ 第２の工具ヘッド
１４ａ、ｂ 楕円曲線
１５ａ、ｂ 他の先端
１６ａ、ｂ 口金領域
１７ 容器
１８ 供給チャネル
１９ バイパスチャネル
２０ａ、ｂ センタリング装置
Ｌ 中心軸線
Ｍ４ａ 第１の加工弧の中心
Ｍ４ｂ 第２の加工弧の中心
Ｐ 平行線
Ｒ４ａ 第１の加工弧の半径
Ｒ４ｂ 第２の加工弧の半径
Ｚ 中心

Claims (10)

1. 静圧式転造工具（１０）の回転体（１）であって、
   前記回転体（１）は、前記回転体（１）の中心（Ｚ）を通る回転軸線（Ｒ）を中心に回転可能であり、
   前記回転体（１）は、前記回転軸線（Ｒ）に対して垂直に延在し、前記回転体（１）の前記中心（Ｚ）を通って延びる中心軸線（Ｌ）を有し、
   前記回転体（１）は、工作物を転動させるために前記回転体（１）の断面に形成された加工輪郭線（３）を備えた加工部（２）を有し、
   前記加工輪郭線（３）は、第１の加工弧（４ａ）および第２の加工弧（４ｂ）を含み、前記第１の加工弧（４ａ）は第１の加工中心（Ｍ４ａ）の周りに延び、前記第２の加工弧（４ｂ）は第２の加工中心（Ｍ４ｂ）の周りに延びる、静圧式転造工具（１０）の回転体（１）であって、
   前記２つの加工中心（Ｍ４ａ、Ｍ４ｂ）は、互いにオフセットされており、且つ前記回転体（１）の前記中心（Ｚ）に対してオフセットされていることを特徴とする、静圧式転造工具（１０）の回転体（１）。
2. 前記２つの加工中心（Ｍ４ａ、Ｍ４ｂ）が、前記回転体（１）の前記断面において前記回転軸線（Ｒ）に対する平行線（Ｐ）上に位置することを特徴とする、請求項１に記載の回転体（１）。
3. 前記中心軸線（Ｌ）が前記２つの加工弧（４ａ、４ｂ）の対称軸線を形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の回転体（１）。
4. 前記第１の加工弧（４ａ）および前記第２の加工弧（４ｂ）が、前記回転体（１）の前記断面の交点において交差して先端（５）を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転体（１）。
5. 前記回転体の前記断面の前記加工輪郭線（３）が直線部分（６）を有することを特徴とし、前記第１の加工弧（４ａ）が前記直線部分（６）の第１の端（Ｅ１）に通じており、前記第２の加工弧（４ｂ）が前記直線部分（６）の第２の端（Ｅ２）に通じている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転体（１）。
6. 前記回転体（１）は、前記回転体が前記静圧式転造工具（１０）上に保持される保持領域（８）を有し、前記保持領域（８）は、前記回転体（１）の前記断面に形成された第１の保持輪郭線（９ａ）および前記回転体（１）の前記断面に形成された第２の保持輪郭線（９ｂ）を有することを特徴とし、前記第１の保持輪郭線（９ａ）は、前記回転軸線（Ｒ）上にある第１の保持中心（Ｍ９ａ）の周りに延びる第１の保持円弧を形成し、前記第２の保持輪郭線（９ｂ）は、前記回転軸線（Ｒ）上にある第２の保持中心（Ｍ９ｂ）の周りに延びる第２の保持円弧を形成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転体（１）。
7. 各々の保持輪郭線（９ａ、９ｂ）が２つの保持円弧または２つの楕円曲線（１４ａ、１４ｂ）を有し、前記２つの保持円弧の前記支持中心が相対的にオフセットされており、且つ前記回転軸線（Ｒ）に対して互いにオフセットして配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の回転体（１）。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転体（１）を有する静圧式転造工具（１０）であって、前記回転体（１）は、工作物を転動させるために前記静圧式転造工具（１０）上に配置されている、および／または配置可能であることを特徴とする、静圧式転造工具（１０）。
9. 前記回転体（１）が少なくとも部分的に収容される容器（１７）を備えた少なくとも１つの工具ヘッド（１２、１３）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の静圧式転造工具（１０）。
10. 細長い基体（１１）と複数の工具ヘッド（１２、１３）とを含むことを特徴とし、前記工具ヘッド（１２、１３）は、前記基体（１１）の円周方向に配置され、および／または互いに対して軸方向にオフセットされ、その結果、受動的な力が互いに打ち消し合う、請求項８または９に記載の静圧式転造工具（１０）。

Images