JP7107446B2 - 押出プレス装置および押出プレス装置のプラテン - Google Patents
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Description
図9の上側の図に示すように、押出作用力Fの反力fは、プラテン220の略中央部にダイス260およびプレッシャーリング250を介して押出方向に作用する。押出方向は押出作用力Fを示す白抜き矢印と同じ向きで示される。一方、この反力fに対しては、タイロッド287には反力fと逆向きの抗力f’が生じる。タイロッド287は押出方向に平行に弾性域内で変形(伸張)することによりこの反力fに抗する。その結果、プラテン220には、プラテン220の略中央部を押出方向に突出させるように弯曲させようとする曲げモーメントMが発生する。しかしながら、その後方に製品を連続して押出成形(排出)するために、厚さ方向に貫通する排出路242が形成されているプラテン220は、排出路242の近傍に、曲げモーメントMに抗する十分な剛性を確保することが物理的に困難である。したがって、押出工程において、図9の下側の図に示すような撓み、弯曲変形が発生する。
本発明に係るプラテンは、外側要素と、外側要素の内側に外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備える。
本発明に係る内側要素は、外側要素の表裏の両側から、外側要素を挟持して設けられる。
締結部材は、予め小径部に締め付けられることにより外側要素を押圧して、押出工程中に作用する荷重以上の予備荷重を付与することにより、引張応力が発生している。
本実施形態は、径方向に2つに分割された構造を有する第1実施形態と径方向に3つに分割された構造を有する第2実施形態とを含んでいる。以下、第1実施形態、第2実施形態の順に説明する。
第1実施形態に係る押出プレス装置1に基づいて本実施形態に係るプラテン20を説明する。
押出プレス装置1は、図1に示すように、被加工材であるビレットBが押し出される押出部10と、ビレットBを収容し保持する保持部70と、保持部70に収容されるビレットBを押出部10に向けて押圧する負荷を生成する圧力生成部80と、を備える。プラテン20は、押出部10を構成する主たる要素である。
押出部10は、図1、図2および図3に示すように、プラテン20と、プラテン20に支持されるプレッシャーリング50と、プレッシャーリング50に支持されるダイス60と、を備える。
プラテン20は、外側要素30と、外側要素30の内側に同軸上に嵌合により支持される内側要素40と、を備え、径方向に分割される2層構造を有している。
外側要素30は、図2および図3に示すように、後方側に設けられる厚肉部31と、厚肉部31に連なり前方側に設けられる薄肉部33と、を備える直方体形状の部材である。なお、厚肉部31と薄肉部33の“肉厚”は、後述する保持孔35の内周面から外側要素30の外周面までの距離を示すものである。外側要素30は、厚肉部31および薄肉部33の内側に設けられ、前後方向に貫通するとともに、内側要素40を篏合させるための保持孔35を備える。保持孔35は、厚肉部31に対応する小内径部36と、薄肉部33に対応する大内径部37と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。外側要素30は、通常、鋳鉄により作製される。内側要素40も同様である。
なお、押出プレス装置1において、図1に示す(F)の側を前、(B)の側を後と定義する。また、径方向の寸法は、図1、図2に示す中心軸線Cを基準に定められる。
内側要素40は、図2および図3に示すように、プレッシャーリング50の取付面48が設けられる大径部41と、大径部41に連なり、厚肉部31を前後方向に貫通して設けられる小径部43と、を備える円筒状の部材である。内側要素40は、外観上、ボルトに似ており、大径部41が頭部に対応し、小径部43が胴部に対応する。
内側要素40の外径は、外側要素30の外面(上下面及び両側面)の長さに比べて小さく、外側要素30の内径側の一部を代替しているものとみなされる。予備荷重を作用させた際、図2の、外側要素30(厚肉部31)の受圧面32に予備荷重に相当する以下の面圧ΔPが発生する。この面圧ΔPが、外側要素30の材料強度の降伏点を下回り、さらに安全率を見込んだ面圧になるように、リング状の受圧面32の面積を決定する、内側要素40の大径部41および小径部43それぞれの直径が、使用されるダイス60の直径やプレッシャーリング50の直径も考慮されて決定される。
ΔP=A/F
A=π・(D2-d2)/4
ΔP:受圧面32の面圧 F:押出作用力(予備荷重MF)
A:受圧面32の面積 ΦD:大径部41の外径 Φd:小径部43の外径
予備荷重MFは、プレッシャーリング50およびダイス60を介して、押出工程中に内側要素40に作用する定格荷重以上の値に設定される。予備荷重MFの発生手順の例は後述される。
プレッシャーリング50は、図1~図3に示すように、内側要素40の取付面48に図示を省略するボルト等で取り付けられ、ダイス60からの押圧力を受けるとともに、内側要素40に押圧力を伝達する。プレッシャーリング50は、内側要素40の排出路42に通じる通過路51を備えている。プレッシャーリング50は、外側要素30および内側要素40よりも高強度材料、例えば工具鋼から作製される。
保持部70は、図1に示すように、ビレットBを保持するコンテナ71と、コンテナ71を保持するコンテナホルダ73と、コンテナホルダ73を介してコンテナ71をダイス60に押し付けるコンテナシリンダ75と、を備えている。
コンテナ71は、コンテナホルダ73に支持された状態で前後方向に貫通する保持室72を備えている。ビレットBは、この保持室72に収容された状態でコンテナ71に保持される。
コンテナホルダ73はコンテナ71を保持する。コンテナホルダ73に保持されるコンテナ71はコンテナホルダ73と一体的に前後方向に往復移動が可能である。
コンテナシリンダ75は、プラテン20に固定されるシリンダ76と、シリンダ76に対して進退可能に設けられるピストンロッド77と、を備えている。ピストンロッド77はその先端部分がコンテナホルダ73に固定されており、コンテナシリンダ75を動作させることによりコンテナホルダ73を介してコンテナ71をダイス60に押し付けることができる。
圧力生成部80は、図1に示すように、プラテン20と対向するように配置されるメインシリンダハウジング81と、メインシリンダハウジング81の略中央に支持されるメインシリンダ83と、を備える。また、圧力生成部80は、メインシリンダ83の周囲においてメインシリンダハウジング81に支持されるサイドシリンダ85と、メインシリンダ83の周囲においてメインシリンダハウジング81に支持されるタイロッド87と、を備える。
メインシリンダ83は、メインラム84と、メインラム84の先端部に固定されるメインクロスヘッド86と、メインクロスヘッド86に取り付けられる押出ステム88と、を備えている。メインシリンダ83がメインラム84をプラテン20の側に向けて動作させれば、押出ステム88がビレットBをダイス60に向けて押し付ける。
以上の構成を備える押出プレス装置1の動作を説明する。
押出プレス装置1により被加工材であるビレットBを押出成形する場合、図示しない保持手段により、プラテン20にプレッシャーリング50を介して配置されたダイス60に、コンテナシリンダ75でコンテナ71を押し付ける。そして、押出ステム88をプラテン20の側に移動させて、コンテナ71内に収納されたビレットBをダイス60に押圧させる。この工程をアプセット工程という。メインラム84をさらにプラテン20の側に移動させることにより、ビレットBを押出ステム88によりダイス60に押圧させて、ダイス60のダイス孔61から後方へ、所定の製品を連続して押出成形する。この工程を押出工程という。なお、メインクロスヘッド86には、サイドシリンダ85のシリンダロッドも固定され、サイドシリンダ85は押出工程時、つまりメインクロスヘッド86の前進時およびメインクロスヘッド86の後退時に駆動される。
次に、予備荷重MFにより、内側要素40に、予め中心軸線Cに平行に引張応力PFを発生させる手順の一例について簡単に説明する。なお、図1~図3を適宜参照願いたい。
最初に、プレッシャーリング50を図示しないボルト等でプラテン20の内側要素40の取付面48に固定する。この時点では、締結部材46は外されている。
引き続き、プレッシャーリング50が固定された内側要素40をクレーンや、専用の挿入治具等でプラテン20の外側要素30の保持孔35に挿入させる。内側要素40の小径部43の外径と保持孔35の小内径部36の内径とが、外側要素30に対する内側要素40の位置決め基準を満たすクリアランスを有している。したがって、外側要素30に対する内側要素40の位置決めは特に必要ない。一方、内側要素40の大径部41の外径に対して、大径部41が収容される収容室39の開口径は大きく(図2)、所定のクリアランスSが確保される。収容室39の開口径とは保持孔35の大内径部37の内径のことである。このクリアランスSについては後述する。この状態において、内側要素40の小径部43のおねじ44の一部が外側要素30よりも後方に露出する。このおねじ44に締結部材46のめねじ47をクレーンや専用の挿入治具等を用いてねじ込ませることで、締結部材46を小径部43に仮締めさせる。
次に、プラテン20およびメインシリンダハウジング81の間に、押出工程中に押出方向Edに作用する荷重(定格荷重)以上の予備荷重MFを作用させる。具体的には、ダイス60の代わりに、製品形状を模した開口部のないダミーダイス等を、図示しない保持手段によりプレッシャーリング50に配置させ、このダミーダイスに、コンテナシリンダ75で、ビレットBが収容されていないコンテナ71を押し付ける。
そして、この状態において、専用のねじ込み治具等で、仮締めされていた締結部材46を、プラテン20の後方側から内側要素40の小径部43のおねじ44にねじ込んで増し締めする。内側要素40には予備荷重MFが押出方向Edに作用しているため、外側要素30に対する内側要素40の相対的な回転運動を拘束させる周り止め手段は不要である。また、受圧面45の押出方向Edへの投影面積に含まれる外側要素30が、定格荷重での押出工程時よりもさらに圧縮されている。そのため、大きなねじ込み力を掛けずとも、締結部材46を内側要素40の小径部43にねじ込んだ後、予備荷重MFを開放すると、内側要素40に中心軸線Cに平行に、予備荷重MFに準じた引張応力PFを常時発生させることができる。
次に、第1実施形態に係るプラテン20が奏する効果について説明する。この効果は、外側要素30と内側要素40の間に以上で説明した応力状態を発生させることによる第1の効果と、クリアランスSを設けることによる第2の効果を含む。以下、順に説明する。
第1実施形態において、内側要素40は外側要素30の表裏から外側要素30を挟持する。これにより、内側要素40には中心軸線Cに平行に引張応力PFが発生し、内側要素40の受圧面45と締結部材46との間に挟まれる外側要素30の部位には圧縮応力CFが発生する。これら引張応力PFおよび圧縮応力CFは、定格荷重よりも大きな予備荷重MFに準じた応力である。そのため、押出工程中に押出方向Edに作用する荷重が、最大、定格荷重と略同じであったとしても、内側要素40に発生する引張応力PF、および、外側要素30に発生する圧縮応力CFは減少しつつも維持される。そのため、タイロッド87が伸長し、かつ、プラテン20の外側要素30に撓みが発生しても、内側要素40および締結部材46による、プラテン20の略中央部の締結状態が維持され、撓みが生じにくい。
第1実施形態は、クリアランスSを備えることにより、プラテン20に撓みが発生しても、この撓みのプレッシャーリング50への影響を抑制することができる。以下、図2の部分拡大図を参照して説明する。
この部分拡大図において、外側要素30に撓みが発生する前を2点鎖線で示し、撓みが発生した後を実線で示している。外側要素30と内側要素40の間にはクリアランスSが設けられている。クリアランスSは、外側要素30と内側要素40の嵌合に関わらない部位に設けられた隙間である。
このクリアランスSは、プラテン20、特に外側要素30に図示するような撓みが生じたとしても、収容室39を区画する内周面38が内側要素40の大径部41に接触しないように設定される。
次に、本発明の第2実施形態に係るプラテン120を図5~図8を参照して説明する。
第2実施形態に係るプラテン120は、図5および図6に示すように、第2外側要素130、第1外側要素140および内側要素150を備える3層構造を有している。第2外側要素130は直方体形状の部材である。また、第1外側要素140および内側要素150は円筒状の部材であり、中心軸線C上に同軸に配置されている。第2外側要素130の内側に第1外側要素140が嵌合され、第1外側要素140の内側に内側要素150が嵌合されている。内側要素150は、第1外側要素150の表裏両側から、第1外側要素150を挟持して設けられる。
第2外側要素130は、図5、図6および図7に示すように、後方側に設けられる厚肉部131と、厚肉部131に連なり前方側に設けられる薄肉部133と、を備える。第2外側要素130は、厚肉部131および薄肉部133の内側に設けられ、前後方向に貫通するとともに、第1外側要素140を篏合させるための保持孔135を備える。保持孔135は、厚肉部131に対応する小内径部136と、薄肉部133に対応する大内径部137と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。
第1外側要素140は、図5、図6および図7に示すように、後方側に設けられる小径部141と、小径部141に連なり前方側に設けられる大径部143と、を備える。第1外側要素140は、小径部141と大径部143を貫通するとともに、隣接する内側要素150を篏合させるための保持孔145を備える。保持孔145は、小内径部146と大内径部147と、を備え、前後方向に階段状に形成されている。
このように、第2外側要素130に十分な剛性を確保できれば、第1実施形態が備えていたクリアランスSは最小にできるか、省くことができる。
収縮ばめとしては、焼きばめと冷やしばめが知られている。焼きばめを適用する場合には、第2外側要素130を所定の温度まで加熱して径方向に膨張させた状態で、第2外側要素130と第1外側要素140を嵌合させる。冷やしばめを適用する場合には、第1外側要素140を所定の温度まで冷却して径方向に収縮させた状態で、第2外側要素130と第1外側要素140を嵌合させる。
内側要素150は、図5、図6および図7に示すように、プレッシャーリング50の取付凹部が設けられる大径部151と、大径部151に連なり、収容室39を前後方向に貫通して設けられる小径部153と、を備えている。
流体供給構造160は、図6~図8に示すように、押し出された押出製品を冷却する液体または気体からなる流体を供給する第1構造161と、エアカーテンを形成するためのエアを供給する第2構造165と、を備える。
第1構造161は、図示を省略する供給源から冷却媒体を流す第1流路162と、第1流路162を流れてきた冷却媒体を吐出する第1ノズル163,163と、を備える。第1流路162は、内側要素150の小径部153の内部を後方から前方に向けて延設される。第1ノズル163,163は、第1流路162の先端に接続され、その吐出口が小径部153の径方向の内側に向けられている。
第2構造165は、図示を省略する供給源から供給されるエアが流れる第2流路166と、第2流路166の先端に設けられる第2ノズル167と、を備える。第2流路166は、内側要素150の小径部153の内部を後方から前方に向けて延設される。第2ノズル167は、第2流路166の先端に接続され、その吐出口が小径部153の径方向の内側に向けられている。
また、流体供給構造160は、図8の上側の図に示すように、第1ノズル163と第2ノズル167を短管を介して内側要素150の内側に露出して設けることもできるし、図8の下側の図に示すように、第1ノズル163と第2ノズル167を内側要素150の内周面に加工した凹部に設けることもできる。前者の場合、第1ノズル163と第2ノズル167を覆う保護体164を設けることが好ましい。
次に、第2実施形態が奏する効果を説明する。
第2実施形態に係るプラテン120は、第2外側要素130、第1外側要素140および内側要素150からなり、径方向に3層構造を有するが、第1外側要素140と内側要素150の間に、第1実施形態と同様の挟持による応力構造を設けている。したがって、第1実施形態と同様に、押出工程中のプラテン120の変形が抑制される。
また、第2外側要素130と第1外側要素140とが収縮ばめにより嵌合されれば、第2外側要素130と第1外側要素140の間の径方向に圧縮応力が発生する。そのために、第2外側要素130と第1外側要素140の部分は、当該部分が一体構造であるのに比べて剛性が高くなり、押出工程中のプラテン120の変形がさらに抑制されることが期待できる。このように、第2外側要素130に十分な剛性を確保できれば、第1実施形態が備えていたクリアランスSを最小にできるか、省くことができる。
例えば、図9に示す全体が一体として構成されるプラテン220の排出路242の周囲に流体供給構造160の第1流路162、第2流路166を設けるためにきり孔加工を行うものとする。そうすると、プラテン220が撓むと、きり孔加工部に応力が集中しプラテン220の破損の要因となり得る。
きり孔加工をするのに代えて、第1流路162、第2流路166を構成する配管を排出路242の周縁に配置することもできる。しかし、この代替手段を採用するには、第1ノズル163、第2ノズル167に対応する冷却ノズルの立ち上がり高さを含めて、排出路242の開口径を大きくする必要がある。したがって、この代替手段を採用すると、プラテン220の剛性を低下させる。
さらに、内側要素150および締結部材156による締結により、プラテン120の一部である、第1外側要素140の小径部141を含む部位が把持され、その部位の圧縮応力CFが維持される、第1実施形態と同様の挟持による応力構造が設けられている。この応力構造により、プラテン120に撓みを発生させる曲げモーメントMに対抗するための十分な剛性が確保され、プラテン120の押出工程中の撓み自体が抑制される。そのため、内側要素150よりも外側に設けられる第1外側要素140および第2外側要素130への応力集中、剛性の低下を避けることができる。
また、一体型のプラテン220に比べて寸法および重量の小さい内側要素150にきり孔加工をするのは、プラテン220にきり孔加工するよりも、加工が容易である。
10 押出部
20 プラテン
30 外側要素
31 厚肉部
32 受圧面
33 薄肉部
33A 面
33B 面
35 保持孔
36 小内径部
37 大内径部
38 内周面
39 収容室
40 内側要素
41 大径部
42 排出路
43 小径部
45 受圧面
46 締結部材
46’ 締結部材
48 取付面
50 プレッシャーリング
60 ダイス
70 保持部
71 コンテナ
72 保持室
73 コンテナホルダ
75 コンテナシリンダ
76 シリンダ
77 ピストンロッド
80 圧力生成部
81 メインシリンダハウジング
83 メインシリンダ
84 メインラム
85 サイドシリンダ
86 メインクロスヘッド
87 タイロッド
88 押出ステム
89 タイロッドナット
120 プラテン
130 第2外側要素
131 厚肉部
133 薄肉部
135 保持孔
136 小内径部
137 大内径部
140 第1外側要素
141 小径部
143 大径部
145 保持孔
146 小内径部
147 大内径部
150 内側要素
151 大径部
152 排出路
153 小径部
155 受圧面
156 締結部材
160 流体供給構造
161 第1構造
162 第1流路
163 第1ノズル
165 第2構造
166 第2流路
167 第2ノズル
220 プラテン
242 排出路
250 プレッシャーリング
260 ダイス
287 タイロッド
B ビレット
C 中心軸線
S クリアランス
Claims (12)
- 被加工材を押出成形するダイスと、
前記ダイスに前記被加工材を押し付ける押圧力を付与するシリンダと、
前記ダイスからの前記押圧力を受けるプラテンと、を備え、
前記プラテンは、
外側要素と、
前記外側要素の内側に前記外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備え、
前記内側要素は、
前記ダイスから押し出される押出製品に向けて冷却媒体を供給する流体供給構造を備える、ことを特徴とする押出プレス装置。
- 前記流体供給構造は、前記冷却媒体を供給する第1構造を備え、
前記第1構造は、前記冷却媒体が流れる第1流路と、前記第1流路を流れてきた前記冷却媒体を吐出する第1ノズルと、を備える、請求項1に記載の押出プレス装置。
- 前記流体供給構造は、エアカーテンを形成するためのエアを供給する第2構造を備え、
前記第2構造は、前記エアが流れる第2流路と、前記第2流路を流れてきた前記エアを吐出する第2ノズルと、を備え、
前記第2ノズルは、前記第1ノズルよりも前記ダイスに近い側に設けられる、
請求項2に記載の押出プレス装置。
- 前記流体供給構造は、周方向に均等な間隔を開けて設けられる、
請求項2または請求項3に記載の押出プレス装置。
- 前記内側要素は、
前方側に設けられる大径部と、前記大径部に連なる小径部と、を備え、
前記第1流路は、前記小径部の内部を後方から前方に向けて延設され、前記第1ノズルは、その吐出口が前記小径部の径方向の内側に向けられている、
請求項2に記載の押出プレス装置。
- 前記内側要素は、
前方側に設けられる大径部と、前記大径部に連なる小径部と、を備え、
前記第2流路は、前記小径部の内部を後方から前方に向けて延設され、前記第2ノズルは、その吐出口が前記小径部の径方向の内側に向けられている、
請求項3に記載の押出プレス装置。
- 前記第1ノズルから吐出される前記冷却媒体としての液体が前記ダイスに達するのを防ぐために、前記エアカーテンが形成される、
請求項3に記載の押出プレス装置。
- 前記流体供給構造は、
前記第1ノズルと前記第2ノズルが、短管を介して前記内側要素の内側に露出して設けられるか、または、
前記第1ノズルと前記第2ノズルが、前記内側要素の内周面に形成された凹部に設けられる、
請求項3に記載の押出プレス装置。
- 前記内側要素は、
前記外側要素の表裏の両側から、前記外側要素を挟持して設けられる、
請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の押出プレス装置。
- 前記内側要素は、
押出工程中に作用する荷重以上の予備荷重により、予め軸線方向に引張応力を発生させた状態で、前記外側要素の内側に配置される、
請求項9に記載の押出プレス装置。
- 前記内側要素が、前記外側要素と縦弾性係数が略同じ金属材料、または、前記外側要素より縦弾性係数の大きな金属材料からなる、
請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載の押出プレス装置。
- ダイスの押出成形による押圧力を受ける、押出プレス装置のプラテンであって、
前記プラテンは、
外側要素と、前記外側要素の内側に前記外側要素と同軸上に配置される内側要素と、を備え、
前記内側要素は、
前記ダイスから押し出される押出製品に向けて冷却媒体を供給する流体供給構造を備える、
押出プレス装置のプラテン。
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