JP5999982B2 - 鍛造部品の製造方法および鍛造部品の製造装置 - Google Patents
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この問題を解決する方法として、非回転対称形状の部品である可動接触子を、金属棒材から鍛造する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
第2の装置の発明に係る鍛造部品の製造装置は、第1成形金型と第2成形金型を搭載し、第1成形金型と第2成形金型をプレス駆動部に垂直方向に直列に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第1成形金型による成形後の成形ワークを第2成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成され、第1成形金型は、側面方向への伸びを抑制する側面押さえカムを備え、第1成形パンチと第1成形ダイから構成され、第2成形金型は、ワークに外形形状を転写する成形ハウジングを備え、第2成形パンチと第2成形ダイから構成されるものである。
第2の装置の発明に係る鍛造部品の製造装置は、第1成形金型と第2成形金型を搭載し、第1成形金型と第2成形金型をプレス駆動部に垂直方向に直列に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第1成形金型による成形後の成形ワークを第2成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成され、第1成形金型は、側面方向への伸びを抑制する側面押さえカムを備え、第1成形パンチと第1成形ダイから構成され、第2成形金型は、ワークに外形形状を転写する成形ハウジングを備え、第2成形パンチと第2成形ダイから構成されるものであるため、鍛造部品の製造において、材料の金型への片当たりが生じず、小さな加工推力で高い形状精度を出すことができる。
実施の形態1は、丸棒切断工程、第1成形工程、第2成形工程、打ち抜き加工工程の4工程から成り、第1成形工程および第2成形工程における成形ワークに対する加圧方向を垂直方向とした鍛造部品の製造方法に関するものである。
まず、実施の形態1に係る鍛造部品の製造方法により成形した加工対象であるワークの流れを図1に示す。
丸棒切断、第1成形、第2成形、打ち抜き加工の4工程を経て、金属丸棒材から製品である回路遮断器の可動接触子が成形される。丸棒切断後のワークをブランク材W1、第1成形後のワークを第1成形ワークW2a、第1成形ワークW2aを長手方向の軸を中心として回転した、回転後のワークを第1成形ワークW2b、回転後の第1成形ワークW2bを第2成形工程で加工した後のワークを第2成形ワークW3、第2成形ワークW3に打ち抜き加工で穴等を開け製品形状としたワークを製品ワークW4としている。
なお、以降の説明では、回転後の第1成形ワークW2bであることが明らかで、特に第1成形ワークW2aと区別する必要がない場合は、適時「回転後の」を省略して第1成形ワークW2bと記載する。
第1成形工程から第2成形工程に移行する搬送時にワークを回転することで、加工方向の変更(第1成形ワークW2aから回転後の第1成形ワークW2b)を行う。
まず、丸棒切断工程について説明する。図2はブランク材W1を加工する丸棒切断工程に使用する金型の斜視図である。
丸棒切断工程の金型は、丸棒切断金型11と傾斜面12から構成される。
丸棒切断金型11は図示しないプレス動力部により金属丸棒材13を定尺に切断し、切断されたブランク材W1は傾斜面12により所定部所に滑り落とされる。
第1成形工程の金型は、第1成形パンチ14、第1成形ダイ15、側面押さえカム16、バネ17、第1成形上型18、および第1成形下型19から構成される。
第1成形パンチ14は、図4に示す第1成形上型18に取り付けられている。第1成形ダイ15は、バネ17を介して第1成形下型19に取り付けられている。側面押さえカム16は、第1成形下型19に取り付けられている。なお、ブランク材W1が投入される時は、第1成形ダイ15は、バネ17により上昇している。
図3では、手前側の側面押さえカム16は省略されている。第1成形ダイ15は、バネ17によりブランク材W1を投入可能な位置に上昇している。第1成形パンチ14と第1成形ダイ15は、第1成形ワークW2aの外形形状となっており、成形によりブランク材W1に転写される。
第1成形ダイ15は下死点において停止し、成形が完了し、第1成形ワークW2aが成形される。第1成形ワークW2aの成形過程では、側面方向への伸びが生じる。形状精度を保つために、側面方向への伸びを両側にある側面押さえカム16で抑制している。
図6は第2成形の第1成形ワーク投入時の斜視図であり、図7はその断面図である。
第2成形工程の金型は、第2成形パンチ20、第2成形リフトダイ21、第2成形ダイ22、第2成形ハウジング23、バネ24、25、第2成形上型26、および第2成形下型27から構成される。
第2成形パンチ20は第2成形上型26に取り付けられている。第2成形ハウジング23は第2成形下型27に固定されている。第2成形リフトダイ21と第2成形ダイ22はそれぞれバネ24、バネ25を介して、第2成形下型27に取り付けられている。
ここで、第1成形工程の金型との主な違いは、ダイを第2成形リフトダイ21と第2成形ダイ22に分割していることである。
第1成形工程と同様に、第2成形リフトダイ21と第2成形ダイ22はバネにより第1成形ワークW2bを投入可能な位置に上昇している。この時、第2成形ダイ22よりも第2成形リフトダイ21を上昇させることで、ワーク周辺に空間を設け、搬送装置で掴み易くしている。
第2成形パンチ20と第2成形リフトダイ21、第2成形ダイ22、第2成形ハウジング23は第2成形ワークW3の外形形状となっており、成形により第1成形ワークW2bに転写される。
図8は、下死点における、すなわち成形完成時における第2成形金型の断面図である。第2成形パンチ20が下降するにつれて、バネ24、25が縮み、第2成形ダイ22および第2成形リフトダイ21が下降し、下死点において停止し、成形が完了する。第2成形ワークW3は第2成形リフトダイ21により上昇し、搬送装置にて次工程に搬送される。
図9は打ち抜き加工工程の斜視図である。打ち抜き加工工程は、一般的な製造法のため、図9では製品ワークW4とパンチ以外は省略している。
打ち抜き加工工程の金型は、打ち抜きパンチ28、29と図示しない下型ダイから構成される。
固定された第2成形ワークW3に対して、打ち抜きパンチ28、29を押付、加圧することで穴を打ち抜き、製品ワークW4を成形する。
本実施の形態1の鍛造部品の製造方法で成形した鍛造部品は、従来の方法で成形した鍛造部品と比較して高い曲げ強度を示す。これは後で説明するように、加工硬化の分布が異なるためである。
図10に第2成形ワークW3の加工硬化の分布を表す断面図を示す。なお、加工硬化は解析により導出した。
図10では、相当ひずみ0.5[mm/mm]以下の部分を相当ひずみ小部分31、相当ひずみ0.5[mm/mm]から0.8[mm/mm]以下の部分を相当ひずみ中部分32、相当ひずみ0.8[mm/mm]から1.0[mm/mm]の部分を相当ひずみ大部分33として示している。
断面2次モーメントは、加工硬化が大きい部分、すなわち相当ひずみ大部分が外側にある方が大きくなることが知られている。図10の分布は図11と比較して、相当ひずみ大部分33が外側に分布していることから、本発明の鍛造部品の曲げ強度が向上することがわかる。
第1成形ワークW2aと第2成形ワークW3の加工方向を変えることで、第1成形ワークW2aを高精度に成形することが容易となり、材料が金型に均等に接触する形状とすることができる。このため、第2成形金型の第2成形パンチ20、第2成形リフトダイ21、第2成形ダイ22の角部と第2成形ワークW3に隙間34を設けて、加工推力と金型への負荷を低減することができる。
実施の形態2の鍛造部品の製造方法は、実施の形態1の第2成形工程において、第2成形の金型と成形ワークとの間に他の接合部品を挟み込む作業を追加したものである。
第1成形ワークW2bと第2成形ダイ22の間に接合部品35を挟み込んで加圧することで、鍛造の高い面圧により鍛造部品と接合部品35を接合して一体化することができる。
第2成形パンチ20と第2成形ダイ22、接合部品35により、第1成形ワークW2bは塑性変形し、新生面が露出する。接合部品35は新生面に密着しているため、酸素接触が防止され固相接合される。
実施の形態3の鍛造部品の製造装置は、丸棒切断金型と第1成形金型と第2成形金型と打ち抜き加工金型を搭載し、丸棒切断金型と第1成形金型と第2成形金型と打ち抜き加工金型をプレス駆動部に連結した構成の加工装置と、成形ワークを把持、開放するハンドと、ハンドを上下、前後に移動させるとともに、第1成形金型による成形後の成形ワークを第2成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成されるものである。
加工装置2は、4対の冷間鍛造金型(以降、鍛造金型という)40、プレス動力部41、プレスフレーム42および加工装置基部43から構成される。搬送装置3は、ハンド44、ハンド駆動部45および搬送装置基部46から構成される。
なお、4対の鍛造金型40は、実施の形態1で説明した丸棒切断工程の金型、第1成形工程の金型、第2成形工程の金型、打ち抜き加工工程の金型を使用するため説明は省略する。
図14では、鍛造金型40は4対搭載されており、プレスフレーム42により精度よくガイドされ、加工装置基部43内のプレス動力部41に連結されている。プレス動力部41が上昇することで、鍛造金型40は順次閉じられ、ワークW1、W2a、W3、W4が成形される。
成形が完了後、プレス動力部41が下降し、鍛造金型40が順次開き、成形されたワークが次工程の鍛造金型40、本実施の形態3では1つ上の鍛造金型40に搬送装置3にて搬送される。
ハンド44は、ワークを把持し、解放する。ハンド44は、図示されていないサーボモータやエア等のアクチュエータを介して、ハンド駆動部45に固定されている。ハンド駆動部45は、搬送装置3の搬送装置基部46に固定されており、取り付けられた複数のハンド44を、アクチュエータにより上下・前後に移動させるとともに回転させる。
開いた鍛造金型40内にハンド44を進入させ、ワークを把持し、鍛造金型40から取り出した後に、次工程の鍛造金型40へ搬送し、鍛造金型40内にワークを位置決めする。
図15は、回転後の第1成形ワークW2bを次工程に搬送している状態を表している。この搬送過程で成形後の第1成形ワークW2aを回転させ、回転後の第1成形ワークW2bとすることができる。ハンド44を回転させることで、搬送時間を伸ばすことなく実施の形態1で説明した加工工程を実施できる。
また、実施の形態3の鍛造部品の製造装置では、ワークを把持し、解放するハンド44を、4対の鍛造金型40に対応して、4対設ける構成としているが、例えば1対のみ設けて、搬送装置の構造を簡素化することができる。
12 傾斜面、13 金属丸棒材、14 第1成形パンチ、15 第1成形ダイ、
16 側面押さえカム、17 バネ、18 第1成形上型、19 第1成形下型、
20 第2成形パンチ、21 第2成形リフトダイ、22 第2成形ダイ、
23 第2成形ハウジング、24,25 バネ、26 第2成形上型、
27 第2成形下型、28,29 打ち抜きパンチ、31 相当ひずみ小部分、
32 相当ひずみ中部分、33 相当ひずみ大部分、34 隙間、35 接合部品、
40 冷間鍛造金型、41 プレス動力部、42 プレスフレーム、
43 加工装置基部、44 ハンド、45 ハンド駆動部、46 搬送装置基部、
W1 ブランク材、W2a 第1成形ワーク、W2b 回転後の第1成形ワーク、
W3 第2成形ワーク、W4 製品ワーク。
Claims (7)
- 側面方向への伸びを抑制する側面押さえカムを備え、第1成形パンチと第1成形ダイから構成される第1成形金型と、ワークに外形形状を転写する成形ハウジングを備え、第2成形パンチと第2成形ダイから構成される第2成形金型を用い、
前記第1成形金型を用いて成形ワークの軸方向に垂直な方向に加圧する第1成形工程と、
前記第2成形金型を用いて前記成形ワークの軸方向に垂直な方向かつ前記第1成形工程の加圧方向とは平行でない方向に加圧する第2成形工程と、
から成る鍛造部品の製造方法。 - 前記第1成形工程と前記第2成形工程との間に、加工後に前記ワークを前記第1成形金型から取り出して、前記第2成形工程に搬送する工程を備え、
前記第2成形金型は成形後の前記ワークの外形形状になっており、前記第1成形工程の加圧方向と、前記第2成形工程の加圧方向が直交する請求項1に記載の鍛造部品の製造方法。 - 前記第2成形ダイは、リフトダイとダイに分割されており、前記第2成型工程において、加圧する前に前記第2成型パンチと前記リフトダイに載せた前記成形ワークの間に、前記ダイに載せた接合部品を挟み込む作業を追加した請求項1または請求項2に記載の鍛造部品の製造方法。
- 第1成形金型と第2成形金型を搭載し、前記第1成形金型と前記第2成形金型をプレス駆動部に垂直方向に直列に連結した構成の加工装置と、
成形ワークを把持、開放するハンドと、前記ハンドを上下、前後に移動させるとともに、前記第1成形金型による成形後の前記成形ワークを前記第2成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成され、
さらに、前記加工装置に丸棒切断金型と打ち抜き加工金型と傾斜面とを搭載し、前記丸棒切断金型と前記打ち抜き加工金型を前記プレス駆動部に連結し、切断したブランク材を前記傾斜面により所定部所に滑り落とす構成の鍛造部品の製造装置。 - 第1成形金型と第2成形金型を搭載し、前記第1成形金型と前記第2成形金型をプレス駆動部に垂直方向に直列に連結した構成の加工装置と、
成形ワークを把持、開放するハンドと、前記ハンドを上下、前後に移動させるとともに、前記第1成形金型による成形後の前記成形ワークを前記第2成形金型に搬送する際、回転させるハンド駆動部を備えた搬送装置とから構成され、
前記第1成形金型は、側面方向への伸びを抑制する側面押さえカムを備え、第1成形パンチと第1成形ダイから構成され、
前記第2成形金型は、ワークに外形形状を転写する成形ハウジングを備え、第2成形パンチと第2成形ダイから構成される鍛造部品の製造装置。 - 前記第1成形金型は、側面方向への伸びを抑制する側面押さえカムを備え、第1成形パンチと第1成形ダイから構成され、
前記第2成形金型は、ワークに外形形状を転写する成形ハウジングを備え、第2成形パンチと第2成形ダイから構成される請求項4に記載の鍛造部品の製造装置。 - 前記第2成形ダイは、前記ワークに外形形状を転写する前記成形ハウジングを備え、リフトダイとダイに分割されており、前記成形ワークを前記第2成形金型に投入する時は、前記リフトダイが前記ダイより上昇している構成とした請求項5または請求項6に記載の鍛造部品の製造装置。
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