JP6280750B2

JP6280750B2 - 鍛造装置

Info

Publication number: JP6280750B2
Application number: JP2014005080A
Authority: JP
Inventors: 松井　康純; 康純松井; 松井　剛; 剛松井; 典大内; 新木村
Original assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Current assignee: Musashi Seimitsu Industry Co Ltd
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-01-15
Also published as: JP2015131334A; DE102014118814A1; TWI623362B; TW201536449A; KR20150085481A; CN104772422A; CN104772422B

Description

本発明は、複数のパンチを備えると共にこれらのパンチのいずれかを油圧で支え、下死点直前で油圧を抜くようにした鍛造装置に関する。

押出し加工では、ダイに素材を置き、パンチをダイへ押出し、素材を塑性変形させる。ダイとパンチからなる金型に大きな荷重が作用するため、金型の寿命が短くなる。
金型の寿命を延ばす技術の一つに、押出し加工終了前に加圧部材の圧力を抜くことで、金型にかかる最大荷重を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。

特許文献１の第１図に示される押出し加工装置は、上型ダイセット（２１）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）に、筒状パンチ（２５）と加圧部材（３９）からなる複数のパンチが備えられている。筒状パンチ（２５）は上型ダイセット（２１）に固定されている。加圧部材（３９）は、上型ダイセット（２１）に対して上下移動可能とされ、油圧シリンダ（４３）で支えられている。油圧シリンダ（４３）に、油圧供給配管（４７）と油圧排出配管（４９）が接続され、電磁弁（５１）の切換により、押出し加工終了前に油圧シリンダ（４３）の油圧が抜かれる。
結果、金型にかかる最大荷重が低減され、金型の寿命が延びるというものである。

上記押出し加工には、常温で行われる冷間鍛造と、高温で行われる熱間鍛造とがある。
冷間鍛造では、温度変化が問題にならないため、加工時間は長くても差し支えない。
一方、熱間鍛造では、素材の温度が所定の温度範囲にある間に塑性加工を終える必要があり、加工時間は短くすることが求められる。

電磁弁（５１）は、電磁コイル（ソレノイド）でプランジャを移動させる弁である。弁開信号を受けると、電磁コイルに通電し、電磁力を発生させ、発生した電磁力でプランジャを移動させる。通電、励磁、移動に要する時間が累積され、汎用の電磁弁では、０．１秒レベルの時間遅れ（タイムラグ）が生じる。高速化された特殊な電磁弁であれば弁開時間の短縮は可能であるが、極めて高価であり、コストアップの割に時間短縮効果は小さい。

したがって、電磁弁を含む特許文献１の技術は、プレス速度が比較的遅い冷間鍛造に好適である。
しかし、プレス速度が早い熱間鍛造では、例えば０．０１秒レベルで瞬時に弁を作動させる必要があり、電磁弁では作動が間に合わず、適切なタイミングで減圧できないという問題がある。

特許第２５３４８９９号公報

本発明は、超高速プレスであっても確実に油圧を抜くことができる鍛造装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、複数のパンチを備えるダイセットと、前記複数のパンチのいずれかを油圧で受けるための油圧回路を備え、プレスの下死点直前で前記油圧を抜く鍛造装置であって、
この鍛造装置は、前記油圧回路の流路を開閉するバイパス弁を備え、
前記ダイセットは、ダイを支えるダイホルダと、このダイホルダに向かって相対的に移動し前記複数のパンチを支えるパンチホルダを備え、
前記ダイホルダと前記パンチホルダの一方に対して相対移動不可能にストライク部材を設け、他方に対して相対移動不可能に前記バイパス弁を設け、
前記下死点直前で前記バイパス弁の弁体が前記ストライク部材で弁開側に押され、前記油圧回路の流路が機械的に開放されるようにしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の鍛造装置において、バイパス弁は、パンチホルダに設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の鍛造装置において、ストライク部材は、高さを調整する高さ調整機構を備えていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の鍛造装置において、複数のパンチのうち、後工程で加工が加えられる部位を成形するパンチを、油圧で受けるようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、プレスの下死点直前でいずれかのパンチの油力を抜くことで、素材の分流成形が行われる。よって、成形終了時において金型にかかる荷重を低減し、金型寿命を向上できる。ここで、下死点直前において弁体が移動され機械的に切り替えられるので、電磁弁のような時間遅れは無くなり、熱間鍛造などプレス速度が極めて速い場合であっても、そのプレス速度に追従した適切なタイミングでバイパス弁を作動させ、油圧を抜くことができる。

請求項２に係る発明では、バイパス弁はパンチホルダに設けられている。仮にバイパス弁をダイホルダに設けると、パンチからバイパス弁が離れ、両者を結ぶ油圧回路が長くなり、応答性が低下すると共に、油圧回路にフレキシブル管を設ける必要がある。
この点、本発明によれば、バイパス弁がパンチホルダに設けられているため、パンチにバイパス弁を近づけることができ、応答性を高まることができると共にフレキシブル管を廃することができる。

請求項３に係る発明では、ストライク部材は、高さを調整する高さ調整機構を備えているので、ダイセットを設定替えした後に、ダイセット側から要求される高さにストライク部材の高さを合わせることができる。

請求項４に係る発明では、複数のパンチのうち、後工程で加工が加えられる部位を成形するパンチを、油圧で受けるようにした。すなわち、精度の要求がそれほど高くない部位を利用して、全体の荷重を低減するようにしたので、他の部位の精度は高めることができる。

本発明に係る鍛造装置の正面図である。バイパス弁の断面図である。ストライク部材の断面図である。バイパス弁の作動を説明する図である。鍛造工程を説明する図である。ストライク部材の変更例を示すである。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、鍛造装置１０は、ダイセット１２を主要素とする装置である。
ダイセット１２は、ダイホルダ１４と、このダイホルダ１４の上方に配置されるパンチホルダ１６と、ダイホルダ１４の隅から上へ延びるガイドポスト１８と、このガイドポスト１８を囲うようにパンチホルダ１６から下へ延びるガイドブッシュ１９とからなる。

ガイドポスト１８でガイドブッシュ１９が案内されるため、ダイホルダ１４に対してパンチホルダ１６が正確に昇降する。なお、この例では、ダイホルダ１４が静止部材であり、パンチホルダ１６が移動部材であるが、ダイホルダ１４が移動部材であってパンチホルダ１６が静止部材であってもよく、また、ダイホルダ１４とパンチホルダ１６が共に移動部材であってもよい。

ダイホルダ１４には、下部ホルダブロック２１を介してダイ２２が載せられ、このダイ２２がダイ押さえ２３で固定される。

パンチホルダ１６には、上部ホルダブロック２５を介して第１パンチ２６が当てられ、この第１パンチ２６がパンチ押さえ２７で固定される。第１パンチ２６を上下に貫通するようにして第２パンチ２８が配置され、この第２パンチ２８の基部（図面では上端部）が横長のパンチプレート２９に固定される。このパンチプレート２９は、上部ホルダブロック２５に設けられる凹部３１に収納されている。

パンチホルダ１６にドーナツ状のシリンダ穴３２が設けられ、シリンダ穴３２にドーナツ状のピストン３３が挿入され、このピストン３３から下へピストンロッド３４、３４が延び、これらのピストンロッド３４、３４の先端（図面では下端）がパンチプレート２９に固定される。
ピストン３３を収めた後に、シリンダ穴３２の上部開口をリッド３５で塞ぐことにより、このリッド３５とピストン３３の間に、閉じた油室３６を形成することができる。

ダイホルダ１４に上に延びるようにストライク部材４０が設けられ、このストライク部材４０と同軸になるようにして、パンチホルダ１６にバイパス弁５０が設けられる。このバイパス弁５０の弁体５１は下へ突出している。

ダイホルダ１４の外側に、作動油６１が入っているリザーブタンク６２が配置される。
なお、リザーブタンク６２は密閉容器であり、上部に高圧空気源６３から延びる空気管６４が接続される。
空気管６４に二次空気圧を一定圧にする圧力調整弁６５が設けられる。この圧力調整弁６５は空気管６４の途中の他、空気管６４の先端や基部に設けてもよい。

リザーブタンク６２と油室３６は、油圧回路７０で結ばれている。
油圧回路７０は、リザーブタンク６２と油室３６を直接結ぶ第１油路７１と、この第１油路７１に設けられリザーブタンク６２から油室３６への流れを許容し油室３６からリザーブタンク６２への流れは阻止する第１逆止弁７２と、この第１逆止弁７２を迂回するように第１油路７１に設けられる迂回路７３と、この迂回路７３に設けられ油室３６側の圧力が設定圧力（常用圧力より高く、且つ例えば設備上許容される最大圧力）を超えたときに開くリリーフ弁７４と、油室３６と第１逆止弁７２との間にて第１油路７１から分岐しバイパス弁５０の第１ポート７５まで延びている第２油路７６と、バイパス弁５０の第２ポート７７とリザーブタンク６２とを結ぶ第３油路７８と、この第３油路７８に設けられ第２ポート７７からリザーブタンク６２への流れを許容しリザーブタンク６２から第２ポート７７への流れは阻止する第２逆止弁７９とを備える。

以上に述べたバイパス弁５０とストライク部材４０の詳細構造を、図２と図３で各々説明する。
図２に示すように、バイパス弁５０は、有底筒状の弁箱５２と、この弁箱５２に軸方向に移動自在に取付けられる弁体５１と、この弁体５１を弁閉方向へ付勢する弁ばね５３と、この弁ばね５３を弁箱５２に収めた後に弁箱５２を閉じる弁蓋５４とを備えている。

さらに、弁箱５２には、円錐面状の弁座５５が一体形成され、この弁座５５を挟むようにして、弁箱５２の内外を連通する第１ポート７５と第２ポート７７が設けられている。
また、弁体５１は、第１のＯリング５６を介して弁箱５２に収納される大径部５１ａと、この大径部５１ａの一端に形成され弁座５５に当接するシール面５１ｂと、大径部５１ａより小径であって大径部５１ａの一端から弁箱５２の外まで延びる小径部５１ｃと、この小径部５１ｃの先端に交換可能に取付けられる当て部材５１ｄとからなる。小径部５１ｃと弁箱５２との間は第２のＯリング５７でシールされる。

図２では、弁体５１が弁ばね５３で付勢され、弁座５５にシール面５１ｂが当たっているため、バイパス弁５０は、弁閉状態にある。

図３に示すように、ストライク部材４０は、フランジ４１が付いているベース部材４２と、このベース部材４２から上に延びる柱部材４３とを基本要素とする。よって、ストライク部材４０は、ベース部材４２に柱部材４３を直接結合した形態のものでも差し支えない。

好ましくは、この基本要素に、高さ調整機構９０を備える。
高さ調整機構９０は、ベース部材４２から上へ延びており外周面に雄ねじ９１を備えるロッド９２と、このロッド９２の基部に回転可能にねじ込まれているロックナット９３と、柱部材４３に設けた雌ねじ９４とからなる。

ロックナット９３をアンロック位置に待機させる。次に、柱部材４３を右又は左に回す。固いときには、柱部材４３に設けたスパナー掛け９５、９５にスパナーを掛け、このスパナーで回せばよい。回転により柱部材４３を、所望の高さになるように上昇又は下降させることができる。

柱部材４３が所望の高さになったら、待機位置にあるロックナット９３を回転させつつ上昇させ、柱部材４３を強制的に押し上げる。これで、雄ねじ９１に雌ねじ９４が、より強く噛み合い、弛み止め作用が得られる。
なお、ロックナット９３を回転させるときに、柱部材４３が僅かであるが、共回りすることがある。スパナー掛け９５、９５にスパナーを掛けた状態で、ロックナット９３を回すと、共回りが防止できる。

以上の構成からなる鍛造装置１０を用いて実施する熱間鍛造法を次に説明する。
図１において、第１油路７１及び第１逆止弁７２を介してリザーブタンク６２の油圧が油室３６に伝達されるため、リザーブタンク６２の油圧と油室３６の油圧は等しくなる。この状態で、ダイ２２に鍛造温度まで加熱された素材（図５（ａ）、符号９７）をセットする。次に、パンチホルダ１６を高速で下げる。第１パンチ２６はパンチホルダ１６で支えられ、第２パンチ２８は油圧で支えられている。

下降開始時には、図４（ａ）に示すように、ストライク部材４０の柱部材４３とバイパス弁５０の弁体５１との間に、隙間があるため、図２に示すように、バイパス弁５０は弁閉状態にある。

図５（ａ）に示すように、高速で下降する第１・第２パンチ２６、２８で素材９７が押し潰される。さらに、第１・第２パンチ２６、２８が下がると、図５（ｂ）に示すように塑性変形が進む。

図５（ｂ）から更に第１・第２パンチ２６、２８が下がると、プレスの下死点直前の形態になる。このときに、図４（ｂ）に示すように、柱部材４３に弁体５１が当たり、以降、弁体５１はその高さに留まる。一方、弁箱５２は下降を続けるため、弁座５５とシール面５１ｂとの間に隙間が発生し、第１ポート７５と第２ポート７７が、矢印のように連通する。

この連通により、図１にて、油室３６の油圧は、第２油路７６、バイパス弁５０、第３油路７８、弁開状態の第２逆止弁７９を介してリザーブタンク６２へ逃がされる。
すると、図５（ｃ）に示すように、第１パンチ２６は下がるが、第２パンチ２８は上がる。素材９７においては、周辺部分の肉が中央部分へ流動する。
結果、ダイ２２や第１・第２パンチ２６、２８に掛かる負荷が軽減される。

なお、図１に示すバイパス弁５０が故障することは、皆無とは言えない。仮に、バイパス弁５０が故障で開かなくなったときは、リリーフ弁７４が開き、油圧が第１油路７１及び迂回路７３を介してリザーブタンク６２へ逃がされる。よって、ピストン３３などに過大な油圧が作用する心配はない。

ところで、図２において、弁体５１に上向きの打撃力が加わると、反動で弁体５１が上へ跳ねることが心配される。しかし、弁体５１は弁ばね５３で下へ付勢されているため、その心配はない。よって、０．０１秒レベルであっても、バイパス弁５０は正常に作動する。

図５で説明したように、素材９７の中央部分を第２パンチ２８で塑性加工するようにした。第２パンチ２８は、図１で説明したように油圧で支持される。図５（ｃ）に示すように、第１パンチ２６で成形される周辺部分は精度のよい形状とされるが、第２パンチ２８で成形される中央部分は精度がよくない。しかし、中央部分は、後工程で軸穴が打ち抜き形成され、さらに機械加工で仕上げられるため、鍛造段階では精度は要求されない。すなわち、もっとも精度が要求されない部位（この例では中央部分）を成形するパンチ（この例では第２パンチ２８）を、油圧で受けるようにした。

また、図１において、ダイホルダ１４にバイパス弁５０を設け、パンチホルダ１６にストライク部材４０を設けることは差し支えない。ただし、第２油路７６が長くなるため、応答時間が長くなる。また、第２油路７６にフレキシブル管を設ける必要がある。
この点、図１に示すように、パンチホルダ１６にバイパス弁５０を設けると、第２油路７６が短くなり、第２油路７６にフレキシブル管を設ける必要が無くなる。

次に、高さ調整機構９０の変更例を説明する。
図６に示すように、高さ調整機構９０Ｂは、柱部材４３の下端に一体形成される、又は取付けられる被動側テーパーライナー１０１と、この被動側テーパーライナー１０１に下から当てられる駆動側テーパーライナー１０２と、この駆動側テーパーライナー１０２を水平移動可能に支えるためにダイホルダ１４上に付設される平ライナー１０３と、ダイホルダ１４に設けられ駆動側デーパーライナー１０２を駆動（移動）させる電動シリンダ１０４と、ダイホルダ１４に設けられ柱部材４３を昇降自在にガイドするガイド部材１０５とからなる。

電動シリンダ１０４は、ボールねじ軸と、このボールねじ軸にねじ込まれたボールナットと、このボールナットを回すサーボモータとからなり、高い精度でボールねじ軸を前後進させることができる。
ボールねじ軸で駆動側テーパーライナー１０２が押されると、テーパー作用により被動側テーパーライナー１０１を押上げ、結果、柱部材４３が上昇する。
ボールねじ軸で駆動側テーパーライナー１０２が引かれると、被動側テーパーライナー１０１が下がり、柱部材４３が下降する。

この間、柱部材４３は、ガイド部材１０５で案内されるため、左右に振れることなく、昇降する。
電動シリンダ１０４は、遠隔操作や自動運転に好適であるため、ダイセット１２の設定変えや模様変えを実施した際に、ストライク部材４０の設定変更を容易に実施することができる。

柱部材４３に、下向きの負荷が加わった場合、この負荷はテーパーライナー１０１、１０２で支えられ、電動シリンダ１０４に下向き力が加わる心配がない。ボールねじ機構は精密部品である分、衝撃力に弱いと言われているが、下向き力が加わらないため、電動シリンダ１０４の寿命が短くなる心配はない。
加えて、電動シリンダ１０４の剛性を高める必要がないため、電動シリンダ１０４の小型、軽量化が図れる。

尚、バイパス弁５０及び高さ調整機構９０は、実施例に限定されるものではなく、適宜、構造を変更することは差し支えない。
また、鍛造装置１０は、熱間鍛造に好適であるが、温間鍛造や冷間鍛造に適用することは差し支えない。

さらには、ダイホルダ１４とパンチホルダ１６の一方にストライク部材４０を設け、他方にバイパス弁７０を設ける他、ストライク部材４０又はバイパス弁７０はダイホルダ１４の代わりに床に設けることもできる。よって、ストライク部材４０はダイホルダ１４とパンチホルダ１６の一方に対して相対移動不能に設けられればよく、取付け部位は任意であり、バイパス弁７０は他方に対して相対移動不能に設けられればよく、取付け部位は任意である。

１０…鍛造装置、１２…ダイセット、１４…ダイホルダ、１６…パンチホルダ、２２…ダイ、２６…第１パンチ、２８…第２パンチ、４０…ストライク部材、５０…バイパス弁、７０…油圧回路、９０、９０Ｂ…高さ調整機構。

Claims

複数のパンチを備えるダイセットと、前記複数のパンチのいずれかを油圧で受けるための油圧回路を備え、プレスの下死点直前で前記油圧を抜く鍛造装置であって、
この鍛造装置は、前記油圧回路の流路を開閉するバイパス弁を備え、
前記ダイセットは、ダイを支えるダイホルダと、このダイホルダに向かって相対的に移動し前記複数のパンチを支えるパンチホルダを備え、
前記ダイホルダと前記パンチホルダの一方に対して相対移動不可能にストライク部材を設け、他方に対して相対移動不可能に前記バイパス弁を設け、
前記下死点直前で前記バイパス弁の弁体が前記ストライク部材で弁開側に押され、前記油圧回路の流路が機械的に開放されるようにしたことを特徴とする鍛造装置。
請求項１記載の鍛造装置において、
前記バイパス弁は、前記パンチホルダに設けられていることを特徴とする鍛造装置。
請求項１又は請求項２記載の鍛造装置において、
前記ストライク部材は、高さを調整する高さ調整機構を備えていることを特徴とする鍛造装置。
請求項１〜３のいずれか１項記載の鍛造装置において、
前記複数のパンチのうち、後工程で加工が加えられる部位を成形するパンチを、前記油圧で受けるようにしたことを特徴とする鍛造装置。