CN102039690B

CN102039690B - 压力机械的模具缓冲装置

Info

Publication number: CN102039690B
Application number: CN201010506874.6A
Authority: CN
Inventors: 太田季成; 大槻友一
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP5552789B2; US20110083487A1; CN102039690A; US9132463B2; JP2011083782A

Abstract

本发明提供一种压力机械的模具缓冲装置，包括：缓冲垫(7)，其位于防皱压板(5)的下方并能够与防皱压板同步地上下移动；线性驱动装置(20)，其通过伺服电动机(22)和转换机构的组合，能够沿着预定的直线对制动部件(26)进行驱动，而且能够从制动部件(26)的直线驱动再生能量；以及液压式变速装置(30)，其经液压将缓冲垫(7)的速度增速并传递至制动部件(26)，而且经所封入的液压将制动部件(26)的速度减速并传递至缓冲垫(7)。

Description

压力机械的模具缓冲装置

技术领域

本发明涉及一种能量效率高而且能够再生能量的压力机械的模具缓冲装置。

背景技术

模具缓冲装置是在压力机械中将工件夹在上模具与防皱压板(blank holder)之间并产生工件的防皱力(缓冲力)的装置。

以往，作为压力机械的模具缓冲装置，提出有各种方式的装置(例如专利文献1～3)。

专利文献1为油压增力线性电动机式，专利文献2、3为滚珠丝杠式。

如图1所示，专利文献1的模具缓冲装置包括：主体容器51；能够沿着主体容器51的内壁移动的可动体52；与主体容器51的内部以连通的方式连接的气53；设置于气缸53的固定件57；沿着气缸53的内壁滑动的活塞头54；安装于活塞头54的活塞杆55；以及与活塞杆55连接的移动件58，工作液L共同收纳在主体容器51与气缸53中，并且通过可动体52和活塞头54被密闭，气缸53的截面积小于可动体的面积，而且通过固定件57和移动件58构成线性电动机，对线性电动机进行驱动，活塞头54经活塞杆55在气缸53内滑动，收纳在气缸53中的工作液L相对于主体容器51流出或流入，从而使可动体52移动。

专利文献2的模具缓冲装置经正时带等减速机构利用伺服电动机来驱动滚珠丝杠。

专利文献1：日本特开2008-280907号公报，“线性电动机式加压泵以及具有该线性电动机式加压泵的模具缓冲装置”

专利文献2：日本特开2006-000908号公报，“模具缓冲装置”

专利文献3：日本特开2006-005872号公报，“模具缓冲装置”

上述的油压增力线性电动机式的模具缓冲装置(专利文献1)中，线性电动机的效率与旋转电动机相比较低，因此能量再生效率的极限低。换言之，线性电动机的损失大，因此大多要用冷却水等对线圈进行强制冷却，存在装置整体的能量效率低下，管道配置复杂化的问题。

另外，滚珠丝杠式的模具缓冲装置(专利文献2)中，由于冲击力直接作用于滚珠丝杠，因此存在难以确保驱动机构的强度和耐久性的问题。

因此，存在另外需要例如专利文献3所公开的冲击缓和机构的问题。

而且，在并用了空气缓冲器的情况下，在为现有的油压增力线性电动机式的模具缓冲装置时，存在无法控制缓冲垫的上升速度，而且无法在任意的位置进行位置保持的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的。

即，本发明的第一目的在于提供一种压力机械的模具缓冲装置，其不会使冲击力直接作用于能量再生机构，耐久性和耐冲击性高，能够提高能量效率而且能够再生能量。

另外，本发明的第二目的在于提供一种压力机械的模具缓冲装置，其即使在并用了空气缓冲器的情况下，也能够控制缓冲垫的上升速度，而且能够在任意的位置进行位置保持。

根据本发明，提供一种压力机械的模具缓冲装置，其将工件夹在压力机械的上模具与防皱压板之间，并一边经缓冲垫对该防皱压板施加朝上的缓冲力一边使该防皱压板上下移动，其特征在于，

所述压力机械的模具缓冲装置包括：

线性驱动装置，其通过伺服电动机和将该伺服电动机的旋转运动转换成制动部件的直线运动的转换机构的组合，能够沿预定的直线驱动该制动部件，而且能够从该制动部件的直线运动再生能量；以及

液压式变速装置，其经液压将所述缓冲垫的速度增速并传递到所述制动部件，而且经所述液压将所述制动部件的速度减速并传递到缓冲垫。

根据本发明的优选实施方式，所述液压式变速装置具备：

大直径活塞，其位于所述缓冲垫的下方，并且能够与防皱压板一起上下移动；

小直径活塞，其与所述制动部件连结，并与所述制动部件一起进行直线运动，而且该小直径活塞的直径小于所述大直径活塞的直径；以及

帕斯卡气缸，其对所述大直径活塞和所述小直径活塞以能够分别独立地沿轴向移动的方式引导，并且在所述大直径活塞和所述小直径活塞之间封入有非压缩性的第一工作液。

另外，所述帕斯卡气缸具有：液密地密封大直径活塞的活塞杆侧的上室；液密地密封小直径活塞的活塞杆侧的下室；以及液密地密封大直径活塞和小直径活塞之间的中室，

所述上室和下室中封入有非压缩性的第二工作液，而且所述上室和下室通过上下流通配管而连通。

另外，所述模具缓冲装置具备：上室封闭阀，其设置于所述上下流通配管，并且能够切换到将所述上室和下室连通的连通位置、与阻止第二工作液从上室逆流到下室的止回位置；以及

封闭阀控制器，其用于将该上室封闭阀切换到所述连通位置或者止回位置。

此外，所述转换机构具有：通过所述伺服电动机而旋转的滚珠丝杠；以及与所述滚珠丝杠螺纹结合的螺母，

所述制动部件固定于所述螺母，并通过所述滚珠丝杠的旋转而与所述螺母一体地进行直线运动。

此外，在另一实施方式中，所述转换机构具有：通过所述伺服电动机而旋转的小齿轮；和与所述小齿轮啮合并固定于所述制动部件的齿条，

所述制动部件通过所述小齿轮的旋转而进行直线运动。

根据上述本发明的结构，由于具有液压式变速装置，将被作用冲击力的缓冲垫的上下移动经液压利用帕斯卡原理增速传递到线性驱动装置的制动部件，因此，能够缓和作用于能量再生机构(线性驱动装置)的冲击力，提高耐久性和耐冲击性，而且能够利用增速后的制动部件高效率地再生能量。

另外，由于该液压式变速装置将线性驱动装置的制动部件的直线运动经液压减速成缓冲垫的上下移动，因此，能够对再生的能量进行再利用，能够提高整体的能量效率。

特别是在能够再生能量的线性驱动装置为伺服电动机和将该伺服电动机的旋转运动转换成制动部件的直线运动的转换机构的组合的情况下，通过该组合能够实现效率高的装置。

而且，通过具备封入有非压缩性的第二工作液并且通过上下流通配管而连通的上室和下室、上室封闭阀以及封闭阀控制器，即使在并用了空气缓冲器的情况下，也能够控制缓冲垫的上升速度，而且能够在任意的位置进行位置保持。

附图说明

图1是专利文献1的模具缓冲装置的结构图。

图2是具有本发明的第一实施方式的模具缓冲装置的压力装置的整体结构图。

图3是具有本发明的第二实施方式的模具缓冲装置的压力装置的整体结构图。

图4是具有本发明的第三实施方式的模具缓冲装置的压力装置的整体结构图。

图5是具有本发明的第四实施方式的模具缓冲装置的压力装置的整体结构图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，在各图中，对于共同的部分标以相同的标号，并省略重复的说明。

在该图中，在压力装置中，使固定于上下移动的滑动件3的下表面的上模具4相对于固定于垫板1的上表面的下模具2下降，在下模具2与上模具4之间对未图示的工件(被加工材料：也成为坯料)加压，从而压力成形为预定的形状。

在该情况下，下模具2支承于垫板1，垫板1隔着移动工作台8由床身9支承，床身9承受压力成形载荷。

另外，在通过上模具4和下模具2对工件进行压力成形时，保持工件的防皱压板5隔着缓冲销6由缓冲垫7支承。

防皱压板5用于在工件的压力成形时在与上模具2之间保持工件，并支承工件下表面的周缘部来进行工件的防皱。

缓冲销6是贯穿垫板1地上下延伸的能够进行升降移动的杆状部件。

缓冲垫7用上表面来支承缓冲销6。缓冲垫7位于防皱压板5的下方并与防皱压板5同步地上下移动。

通过上述结构，防皱压板5、缓冲销6以及缓冲垫7作为整体而成为一体地上下移动。

本发明的模具缓冲装置10是这样的装置：将工件(被加工材料)夹在压力装置的上模具4与防皱压板5之间，一边经缓冲销6和缓冲垫7对防皱压板5施加朝上的缓冲力F，一边使上述各部上下移动。

在图2中，本发明的模具缓冲装置10具有线性驱动装置20和液压式变速装置30。在该图中，线性驱动装置20和液压式变速装置30在左右示出了两组，但是只要缓冲垫7保持为水平，则既可以是一组，也可以是三组以上。

线性驱动装置20构成为：通过伺服电动机22与将伺服电动机22的旋转运动转换为制动部件26的直线运动的转换机构23的组合，而能够沿着预定的直线驱动制动部件26，而且能够从制动部件26的直线运动再生能量。

该示例的转换机构23具有通过伺服电动机22而旋转的滚珠丝杠24以及与滚珠丝杠24螺纹结合的螺母25。即，第一实施方式的线性驱动装置20由伺服电动机22、滚珠丝杠24以及制动部件26构成。制动部件26固定于螺母25，并通过滚珠丝杠24的旋转而与螺母25一体地进行直线运动。

通过该结构，通过制动部件26的上下移动，与其螺纹结合的滚珠丝杠24进行旋转，驱动伺服电动机22旋转，从而再生能量。再生的能量作为电力被蓄积或者供给到外部。

另外，反过来，通过伺服电动机22的旋转驱动，驱动滚珠丝杠24旋转，从而使与滚珠丝杠24螺纹结合的制动部件26上下移动。

液压式变速装置30中，经所封入的液压将缓冲垫7的上下移动增速成线性驱动装置20的制动部件26的直线运动，而且将制动部件26的直线运动经所述液压减速成缓冲垫7的上下移动。

液压式变速装置30具有大直径活塞32、小直径活塞34以及帕斯卡气缸36。

大直径活塞32位于缓冲垫7的下方，并构成为能够与防皱压板5一起上下移动。即，在该示例中，活塞杆33与大直径活塞32的上表面连结而且向轴向上方延伸，活塞杆33的上端经缓冲垫7和缓冲销6始终对防皱压板5施加朝上的缓冲力F，它们始终一体地上下移动。

大直径活塞32具有圆筒形的外周面，在其外周面具有未图示的液密密封件(例如衬垫或者活塞密封件)，在帕斯卡气缸36的气缸内，大直径活塞32能够保持着液密地沿轴向(即上下方向)自由移动。

小直径活塞34与线性驱动装置20的制动部件26连结，并与该制动部件26一起进行直线运动。

小直径活塞34的直径小于大直径活塞32(例如为1/2)，并与大直径活塞32一样具有圆筒形的外周面，在其外周面具有未图示的液密密封件(例如衬垫或者活塞密封件)，在帕斯卡气缸36的气缸内，小直径活塞34能够保持着液密地沿轴向(在该示例中为上下方向)自由移动。

在该示例中，小直径活塞34及其气缸的轴线是铅直的，而且与大直径活塞32及其气缸同轴地位于其下方。

帕斯卡气缸36对大直径活塞32和小直径活塞34以能够分别独立地沿轴向移动的方式引导，并且在大直径活塞32和小直径活塞34间封入有非压缩性的第一工作液L1。

第一工作液L1例如可以是油压装置用的工作油。

以下将封入有非压缩性的第一工作液L1的大直径活塞32与小直径活塞34之间称作“中室35”。

中室35是截面积与小直径活塞34相同或者比其大的连通流道，其减小了在中室35中流动的第一工作液L1产生的能量损失。另外，能量损失只要在容许范围内，则也可以使中室35的截面积小于小直径活塞34的截面积。

中室35具有大直径活塞用气缸与小直径活塞气缸交叉的阶梯部。可以在该阶梯部设置圆弧面或者锥面，从而减小由于截面的扩大缩小所导致的能量损失。

根据上述的液压式变速装置30的结构，产生于第一工作液L1的液压作用于大直径活塞32和小直径活塞34两者，因此，根据帕斯卡原理，能够使小直径活塞34的移动速度相对于大直径活塞32增速(例如4倍)，能够大幅度降低(例如1/4倍)小直径活塞34所需要的推力。即，液压式变速装置30作为将大直径活塞32的运动增速传递到小直径活塞34的增速装置发挥作用。

另外，相反，液压式变速装置30还作为将制动部件26的直线运动经产生于第一工作液L1的液压减速传递至缓冲垫7的上下移动的减速装置发挥作用。在该情况下，根据帕斯卡原理，能够使大直径活塞32的移动速度相对于小直径活塞34减速(例如1/4倍)，大幅度增加大直径活塞32的推力(例如4倍)。

在该示例中，帕斯卡气缸36除了中室35之外还具有上室37a和下室37b，另外，上室37a和下室37b中封入有非压缩性的第二工作液L2，而且上室37a和下室37b通过上下流通配管38连通。

第二工作液L2优选为与第一工作液L1相同的工作油，但是也可以不同。

上室37a液密地密封大直径活塞32的活塞杆侧。下室37b液密地密封小直径活塞34的活塞杆侧。另外，在该示例中，上室37a、下室37b以及中室35成形为一体。

上下流通配管38可以是连通上室37a和下室37b的使产生于第二工作液L2的能量损失尽可能地减小的损失少的配管。

在图2中，本发明的模具缓冲装置10还具有上室封闭阀39和封闭阀控制器40。

上室封闭阀39是设置于上下流通配管38的中途的例如先导止回阀。上室封闭阀39构成为例如通过先导止回阀的先导压力而能够切换到以小的能量损失连通上室37a和下室37b的“连通位置”、以及阻止第二工作液L2从上室37a逆流到下室37b的“止回位置”。

封闭阀控制器40使例如先导止回阀的先导压力接通/切断，从而将上室封闭阀39切换到连通位置或者止回位置。

在该示例中，本发明的模具缓冲装置10还具有空气缓冲器42以及调节装置44。

空气缓冲器42在该示例中具有上下彼此连通的空气缓冲室42a、42b，各空气缓冲室42a、42b与未图示的外部的空气压力罐连通，利用空气压力对缓冲垫7始终施加朝上的缓冲力。

通过具有该空气缓冲器42，能够降低线性驱动装置20和液压式变速装置30的必要输出。

另外，在具有空气缓冲器42的情况下，将上述的大直径活塞32的活塞杆33的上端机械地连结到缓冲垫7，从而能够从大直径活塞32对缓冲垫7施加朝上和朝下的力。

在该示例中，调节装置44具有与缓冲垫7一起上下移动的调节杆44a、以及以能够调节上下位置的方式安装于调节杆44a的下端的止挡件44b，从而能够对缓冲垫7的上限位置进行微调。

另外，在该情况下，调节杆44a的上端与缓冲垫7机械地连结，从而缓冲垫7无法上升到上限位置以上。

根据上述第一实施方式的模具缓冲装置10，具有液压式变速装置30，将被作用冲击力的缓冲垫7的上下移动经所封入的液压利用帕斯卡原理增速传递至线性驱动装置20的制动部件26，因此，能够缓和作用于能量再生机构(线性驱动装置)的冲击力，能够提高耐久性和耐冲击性，而且能够利用增速后的制动部件26高效地再生能量。

另外，该液压式变速装置30将线性驱动装置20的制动部件26的直线运动经所封入的液压减速成缓冲垫7的上下移动，因此能够对再生的能量进行再利用，能够提高整体的能量效率。

此外，能够再生能量的线性驱动装置20是伺服电动机22与滚珠丝杠24的组合，因此能够通过该组合实现效率高的装置。

并且，根据第一实施方式的模具缓冲装置10，利用空气缓冲器42和帕斯卡气缸36两者产生缓冲力，由此能够降低伺服电动机22的最大输出，能够实现模具缓冲装置10整体的成本降低。

此外，在压力机通过下死点之后，在缓冲垫7借助于蓄积在空气缓冲器42中的空气压力而上升时，通过伺服电动机22和滚珠丝杠24对小直径活塞34产生朝下的推力，由此，从下室37b通过上下流通配管38，上室37a的压力上升，因此，对大直径活塞32产生朝下的推力，能够将缓冲垫7的上升速度保持为恒定，或者使缓冲垫7在上升端附近减速。

即，空气缓冲器42始终对缓冲垫6产生朝向上方的推力，因此，当在通常运转时和停电时进行缓冲垫的上升抑制/位置保持的情况下，能够利用先导止回阀40将上室封闭阀39切换到止回位置，并将上室37a内的第二工作液L2封入。

在该示例中，帕斯卡气缸36不具备第一实施方式中的上室37a和下室37b，大直径活塞32的活塞杆侧和小直径活塞34的活塞杆侧是开放的。另外，还省略了第一实施方式中的上下流通配管38、上室封闭阀39以及封闭阀控制器40。

此外，在该示例中，还省略了第一实施方式中的空气缓冲器42和调节装置44。

其他结构与第一实施方式相同。

利用上述第二实施方式的模具缓冲装置10，由于也具有与第一实施方式相同的液压式变速装置30，因此，能够缓和作用于能量再生机构(线性驱动装置)的冲击力，能够提高耐久性和耐冲击性，而且能够利用增速后的制动部件26高效地再生能量。

另外，同样地，能够对再生的能量进行再利用，能够提高整体的能量效率，能够实现效率高的装置。

在该示例中，帕斯卡气缸36使小直径活塞34在水平方向上直线运动。小直径活塞34的移动方向除了水平方向以外，例如还可以使其移动方向倾斜。

其他结构与第二实施方式相同。另外，在该示例中，也可以与第一实施方式一样而具有：上室37a、下室37b、上下流通配管38、上室封闭阀39、封闭阀控制器40、空气缓冲器42和调节装置44。

利用该结构，能够有效地活用设置空间。另外，由于具有与第一实施方式相同的液压式变速装置30，因此，能够缓和作用于能量再生机构(线性驱动装置)的冲击力，能够提高耐久性和耐冲击性，而且能够利用增速后的制动部件26高效地再生能量。另外，同样地，能够对再生的能量进行再利用，能够提高整体的能量效率，能够实现效率高的装置。

在该示例中，转换机构23具有：通过伺服电动机22而旋转的小齿轮28；以及与小齿轮28啮合并固定于制动部件26的齿条27。即，将第一实施方式中的线性驱动装置20的滚珠丝杠24和螺母25置换成齿条27和小齿轮28。齿条27和小齿轮28可以与第一实施方式中的多个线性驱动装置20中的一部分滚珠丝杠24和螺母25置换，也可以与所有滚珠丝杠24和螺母25置换。

在使用齿条27和小齿轮28的情况下，制动部件26通过小齿轮28的旋转而进行直线运动。

其他结构与第二实施方式相同。另外，在该示例中，也可以与第一实施方式一样而具有：上室37a、下室37b、上下流通配管38、上室封闭阀39、封闭阀控制器40、空气缓冲器42以及调节装置44。

利用该结构，与线性电动机相比能够实现高效率的装置。另外，由于具有与第一实施方式相同的液压式变速装置30，因此，能够缓和作用于能量再生机构(线性驱动装置)的冲击力，能够提高耐久性和耐冲击性，而且能够利用增速后的制动部件26和齿条27高效地再生能量。另外，同样地，能够对再生的能量进行再利用，能够提高整体的能量效率。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，本发明通过权利要求书的记载来进行表示，并且包含与权利要求书的记载等同的意思和范围内的所有变更。

Claims

1.一种压力机械的模具缓冲装置，其将工件夹在压力机械的上模具与防皱压板之间，并一边经缓冲垫对该防皱压板施加朝上的缓冲力一边使该防皱压板上下移动，其特征在于，

所述压力机械的模具缓冲装置包括：

液压式变速装置，其经由封入的液压将所述缓冲垫的速度增速并传递到所述制动部件，而且经由所述液压将所述制动部件的速度减速并传递到缓冲垫，

空气缓冲器，利用空气压力对所述缓冲垫始终施加朝上的缓冲力，

所述液压式变速装置具备：

帕斯卡气缸，其对所述大直径活塞和所述小直径活塞以能够分别独立地沿轴向移动的方式引导，并且在所述大直径活塞和所述小直径活塞之间封入有非压缩性的第一工作液，

所述帕斯卡气缸具有：液密地密封大直径活塞的活塞杆侧的上室；液密地密封小直径活塞的活塞杆侧的下室；以及液密地密封大直径活塞和小直径活塞之间的中室，

2.根据权利要求1所述的模具缓冲装置，其特征在于，

所述模具缓冲装置具备：

上室封闭阀，其设置于所述上下流通配管，并且能够切换到将所述上室和下室连通的连通位置、与阻止第二工作液从上室逆流到下室的止回位置；以及

3.根据权利要求1或2所述的压力机械的模具缓冲装置，其特征在于，

所述转换机构具有：通过所述伺服电动机而旋转的滚珠丝杠；以及与所述滚珠丝杠螺纹结合的螺母，

4.根据权利要求1或2所述的压力机械的模具缓冲装置，其特征在于，

所述转换机构具有：通过所述伺服电动机而旋转的小齿轮；和与所述小齿轮啮合并固定于所述制动部件的齿条，

所述制动部件通过所述小齿轮的旋转而进行直线运动。