JP2004276077A - ハイドロフォーミング装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】型締めストロークを略ゼロに抑えて型締め時間を短縮することで、サイクルタイムの短縮による生産性の向上を図ることができる小型・軽量のハイドロフォーミング装置及び方法を提供する。
【解決手段】ハイドロフォーミング装置４００は、上下型３，４の開閉を行う金型開閉機構４６と、成形用キャビティ５ａ内に収容された管状ワーク３２の両端部を軸方向に押圧する一対の軸押装置３７，３７と、軸押装置３７の軸押工具３７ａにより両端部を塞がれた管状ワーク３２内に外部から圧液を注入して当該管状ワーク３２を膨出させる液圧発生装置５０と、管状ワーク３２の成形処理時に上型３を付勢して型閉じ状態に保持する型締めシリンダ４３と、を備える。金型開閉機構４６は、上下型３，４の開閉方向と直交する方向にくさび４２を進退動させるくさび駆動シリンダ４４と、傾斜案内部４７がくさび４２の進退動を下型４の開閉方向の変位に変換するくさび受けブロック４８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下型により画成された成形用キャビティ内に収容された管状ワークの両端部を軸方向に押圧しながら該管状ワーク内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワークを膨出成形するハイドロフォーミング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイドロフォーミングによる成形は、複雑な異形状・異形断面の一体成形が可能であるだけでなく、部品点数の削減や、溶接・穴あけなどの加工工程の減少も望めることにより生産性の向上が図れ、また、製品の軽量化や加工硬化による高剛性化が図れることから、各種の中空状製品の製造に利用されている。
【０００３】
ところで、このようなハイドロフォーミングによる成形を実施するハイドロフォーミング装置１００は、図３に示したように、昇降可能なスライド１６に装着された上型３とボルスタ１８に装着された下型４とで画成される成形用キャビティ５ａ内に管状ワークを収容させ、かつ収容された管状ワーク内に軸押装置７の軸押ピストンの先端に配した軸押工具７ａを利用して両端部を塞ぎつつ、図示しない液圧発生装置により外部から圧液を注入し、当該管状ワークにハイドロフォーミングを施すものである。
【０００４】
前記スライド１６は、スライド昇降手段１５によって昇降可能であり、型締め位置Ｐ１まで下降させてスライド側の上型３をボルスタ側の下型４に押圧させることにより、上下型３，４を型締めすることができる。
そして、プレス機を元に構成されたプレス本体１は、クラウン１４、コラム１２、ベッド１１を含み、型締め力に耐えられるように頑丈に構成されており、大きくて重い。
【０００５】
ところで、前記ハイドロフォーミング装置１００は、上型３と下型４との開閉動作と、軸押装置７の圧液注入による成形処理時に上下型３，４を型閉じ状態に保持する型締め動作とが、全てクラウン１４に組み付けたスライド昇降手段１５の油圧シリンダによって行われていた。
【０００６】
そこで、ハイドロフォーミング終了後、軸押装置７の軸押ピストンを後退させた後に、前記スライド昇降手段１５の油圧シリンダを働かせて、スライド１６を実線の型締め位置Ｐ１から二点鎖線で示す上死点位置Ｐ２まで上昇させる。これにより、上型３と下型４との間隔が広がるので、加工後製品を取出し、次の管状ワークを成形用キャビティ５ａ内に収容する所謂ワークハンドリング作業を行う。
【０００７】
そして、再びスライド昇降手段１５の油圧シリンダを働かせて、スライド１６を上死点位置Ｐ２から型締め位置Ｐ１まで下降させ、上下型３，４の型締めを行う。
その為、スライド昇降手段１５の油圧シリンダには、スライド１６を上死点位置Ｐ２から型締め位置Ｐ１まで昇降可能な長大なストロークと、型締め動作時に必要となる強大なプレス力（例えば、３００００ｋＮ）が要求されるので、大型の油圧シリンダが必要となるだけでなく、油圧シリンダの駆動に必要な高圧油を大量に圧送する為の大型の油圧ポンプも必要であり、ハイドロフォーミング装置１００の小型化は困難であった。
例えば、上型３及びスライド１６の昇降にはせいぜい数十ｋＮ〜数百ｋＮの推力で十分なので、必要とされる油圧シリンダのシリンダ径はずっと小さく、作動油量も少ない。
【０００８】
また、スライド１６の上死点位置Ｐ２から型締め位置Ｐ１までの移動ストロークが長大で、油圧シリンダによってスライド１６を昇降させる際の油圧シリンダへの高圧油の給排量が多量になるため、スライド１６の移動に時間がかかり、結局、型締めまでの所要時間の増大等が、一回の成形を完了するまでのサイクルタイムの増大を招いて、生産性の向上を図ることが難しいという問題もあった。
【０００９】
そこで、図４に示すようなハイドロフォーミング装置２００が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このハイドロフォーミング装置２００は、基本的構成・機能が上記ハイドロフォーミング装置と略同様とされいるが、ハイドロフォーミング終了後でかつスライド昇降手段２３を上昇させて型締めを解除した後に、金型搬出入手段２５の搬出入シリンダ２７を働かせて下型４をフォーミング位置から水平方向に移動させ外部から当該下型４内の製品を取出すことができる取出位置に搬出可能かつ製品取出後に新規管状ワークがセットされた下型４を取出位置からフォーミング位置に搬入可能に形成されている。
【００１０】
この場合、下型４を水平方向へ移動可能にするだけの隙間が上下型３，４間に生じれば良い為、スライド昇降手段２３の昇降ストロークを非常に小さくすることができる。
そして、昇降ストロークが小さければ、油圧シリンダに供給する油量も少なくて済み、短時間で型閉じ及び型締めを完了できる。
【００１１】
また、図５に示すようなハイドロフォーミング装置３００も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このハイドロフォーミング装置３００には、クラウン１４に左右一対のクラウン側型締めブロック３１，３１が水平方向に移動自在に装着されている。
【００１２】
そして、各クラウン側型締めブロック３１は、クラウン側型締めブロック位置決め手段３４により水平方向に移動されつつクラウン下部とスライド上部との介在させられる。しかる後、型締め手段３５でボルスタ１８を上方に強制的に押上げて型締めすることができる。
【００１３】
この場合、スライド昇降手段３３には、スライド１６を昇降させるために必要な昇降能力を持たせるだけでよい為、型締め用のシリンダに比べ小径のシリンダで事足りる。一方、型締め手段３５は、型締めストロークが短く、シリンダに供給する油量が少なくて済むので、型締め時間を短くでき、成形に掛かるサイクルタイムを短縮することができる。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−３５８６２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したハイドロフォーミング装置２００やハイドロフォーミング装置３００の場合、スライド昇降手段２３（３３）の昇降ストロークや型締め手段３５のストロークを以前のハイドロフォーミング装置１００より短くすることはできたが、何れも型締めを開始してから上型３と下型４とが接触するまでの型締めストロークを略ゼロとすることはできないので、これらスライド昇降手段２３や型締め手段３５による型締め時間の短縮には限界があった。
【００１６】
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、型締めストロークを略ゼロに抑えて型締め時間を短縮することで、サイクルタイムの短縮による生産性の向上を図ることができる小型・軽量のハイドロフォーミング装置及び方法を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、上下に対向配置された上型と下型の開閉を行う金型開閉機構と、
前記上下型により画成された成形用キャビティ内に収容された管状ワークの両端部を軸方向に押圧する軸押装置と、
前記軸押装置により両端部を塞がれた前記管状ワーク内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワークを膨出させる液圧発生装置と、
前記管状ワークの成形処理時に前記上型又は前記下型の一方を付勢して型閉じ状態に保持する型締めシリンダと、を備えるハイドロフォーミング装置であって、
前記金型開閉機構が、前記上下型の開閉方向と直交する方向にくさびを進退動させるくさび駆動装置と、前記くさびの進退動を前記下型又は前記上型の開閉方向の変位に変換する傾斜案内部を備えたくさび受けブロックとを備えており、
前記くさび受けブロックの傾斜案内部に前記くさびを規定量前進させることによって、変位させた上型又は下型を型閉じ位置にロックすることを特徴とするハイドロフォーミング装置により達成される。
【００１８】
又、本発明の上記目的は、上下に対向配置された上型と下型により画成された成形用キャビティ内に管状ワークを収容し、該管状ワークの両端部を軸方向に押圧しながら該管状ワーク内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワークを膨出成形するハイドロフォーミング方法であって、
前記上下型の開閉方向と直交する方向に進退動可能なくさびの進退動を前記下型又は前記上型の開閉方向の変位に変換する傾斜案内部に沿って、該くさびを規定量前進させることにより、変位させた上型又は下型を型閉じ位置にロックすることを特徴とするハイドロフォーミング方法により達成される。
【００１９】
上記構成のハイドロフォーミング装置及び方法によれば、上下型の開閉及び型締めを別個の金型開閉機構及び型締めシリンダに分担させているため、型締めシリンダ及び金型開閉機構におけるくさび駆動装置のそれぞれについて、ストロークの短縮、及び使用油量の低減を図ることができる。
又、金型開閉機構が、くさびの前進によって上下型を型閉じ状態にロックする構成のため、型締めシリンダのストロークは、実質上は、略ゼロにまで抑えることができる。
【００２０】
そこで、型締めシリンダのストロークの存在に起因した型締め完了の遅延を解消して、型締めまでの所要時間の短縮によって、一回の成形を完了するまでのサイクルタイムを短縮して、生産性の向上を図ることができる。
【００２１】
また、前記金型開閉機構は、上下型の開閉方向と直交する方向にくさびを進退動させることで、前記下型又は前記上型を開閉方向に変位させる構成であり、当該くさびを使用することによって、金型開閉機構のくさび駆動装置は、型締めシリンダに対向しない向きに設置される。
そこで、前記型締めシリンダの強力なプレス力が、金型開閉用のくさび駆動装置に直接伝達されることはなく、このくさび駆動装置を相応の低駆動力で作動させることができる。
【００２２】
尚、好ましくは前記上下型の成形用キャビティ内への管状ワークの装填や取り出しのために、前記上型又は前記下型の一方を装置外部にスライド移動させる金型水平移動装置を備える。
この場合、前記下型又は前記上型を開閉方向に変位させるくさび駆動装置は、前記上型又は前記下型の一方を装置外部にスライド移動させることができる分だけくさびを進退動させるだけでよい。
即ち、金型開閉に使用するくさび駆動装置のストロークを必要最小限に低減させることができ、成形動作時にくさび駆動装置を作動させる駆動力を更に低減させることができる。
また、前記くさび駆動装置としては、油圧シリンダや、ボールねじ又は台形ねじ等を備えた直動装置を用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明に係るハイドロフォーミング装置及び方法の具体的な実施形態を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施形態に係るハイドロフォーミング装置の概略構成を示した正面図及び側面図である。
【００２４】
本実施形態のハイドロフォーミング装置４００は、図１及び図２に示したように、上下に対向配置された上型３と下型４の開閉を行う金型開閉機構４６と、前記上下型３，４により画成された成形用キャビティ５ａ内に収容された管状ワーク３２の両端部を軸方向に押圧する一対の軸押装置３７，３７と、この軸押装置３７の軸押工具３７ａにより両端部を塞がれた前記管状ワーク３２内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワーク３２を膨出させる液圧発生装置５０と、前記管状ワーク３２の成形処理時に前記上型３を付勢して型閉じ状態に保持する型締めシリンダ４３と、をプレス本体４１に設けたものである。
【００２５】
更に、前記プレス本体４１は、ベッド５１にコラム５２を介して連結されたクラウン５４と、このクラウン５４に組み付けられた２基の型締めシリンダ４３によって昇降可能に支持されたスライド５６と、スライド５６に対向するようにベッド５１上に配置されるボルスター５８と、ボルスター５８とベッド５１との間に組み込まれた金型開閉機構４６や前記型締めシリンダ４３へ所定の油圧を供給する油圧回路（図示略）とを備えた構成である。
【００２６】
前記金型開閉機構４６は、上型３及び下型４の開閉方向と直交する方向にくさび４２を進退動させるくさび駆動装置として油圧シリンダを用いたくさび駆動シリンダ４４と、ベッド５１の上面に固定されたベースプレート４５と、ボルスター５８の下面側に固定されてベースプレート４５との対向面に設けた傾斜案内部４７がくさび４２の進退動を前記下型４の開閉方向の変位に変換するくさび受けブロック４８とを備えており、前記くさび受けブロック４８の傾斜案内部４７に前記くさび４２を規定量前進させることによって、変位させた下型４を型閉じ位置にロックする。
【００２７】
前記傾斜案内部４７に向かってくさび４２が規定量前進させられると、ベースプレート４５に設けたくさび固定ピン４９が上昇し、くさび４２に形成された係止穴４２ａに係合することで、くさび４２の後退を規制して該くさび４２をロックする。このくさび固定ピン４９は、油圧又は電動によって、上下方向に進退操作される。
【００２８】
前記軸押装置３７は、成形用キャビティ５ａ内に収容された管状ワーク３２内に軸押ピストンの先端に配した軸押工具３７ａを利用して両端部を塞ぎつつ、前記液圧発生装置５０により外部から圧液を注入し、当該管状ワーク３２にハイドロフォーミングを施すものであり、基本的構成は従来のものと同様である。
前記型締めシリンダ４３は、上下型３，４により画成された成形用キャビティ５ａ内に収容された管状ワーク３２の成形処理時に、スライド１６を下型４側に加圧することで、上型３を型閉じ状態に保持する。
【００２９】
また、本実施形態のハイドロフォーミング装置４００は、前記上下型３，４の成形用キャビティ５ａ内への管状ワーク３２の装填や取り出しのために、前記下型４と前記金型開閉機構４６とを装置外部にスライド移動させる金型水平移動装置５３を備えている。
そこで、図２に示したように、金型水平移動装置５３によって装置外部にスライド移動させられた下型４に対して、作業者Ｍは管状ワーク３２の取り出し、次に成形する管状ワーク３２の装填を行うことができる。
【００３０】
即ち、本実施形態のハイドロフォーミング装置４００の場合、前記金型開閉機構４６は、金型水平移動装置５３によって下型４をスライド操作する際に、管状ワーク３２が上型３に引っ掛からない程度に、下型４の昇降ストロークを確保すれば良い。この昇降ストロークは、前記くさび４２の進退動によるものであり、例えば、管状ワーク３２の最大外径Ｄの１／２に、若干のクリアランス分を見込んだ値となる。
従って、本実施形態では、金型開閉に使用する前記くさび駆動シリンダ４４ののストロークを、必要最小限に低減させることができ、成形動作時に金型開閉用の駆動シリンダ４４に給排する油量を更に低減させることができる。
【００３１】
尚、前記くさび駆動シリンダ４４に油圧を供給してくさび４２を進退動させる油圧ポンプとしては、高効率、高制御性が売りであるＤＤＶ（ダイレクト・ドライブ・ボリューム・コントロール・ポンプ）を採用することで、省エネルギー効果と、サイクルタイムの一層の短縮を図ることができる。
【００３２】
上述した本実施形態のハイドロフォーミング装置４００によれば、上下型３，４の開閉及び型締めを別個の金型開閉機構４６及び型締めシリンダ４３に分担させているため、型締めシリンダ４３及び金型開閉機構４６におけるくさび駆動シリンダ４４のそれぞれについて、ストロークの短縮、及び使用油量の低減を図ることができる。
【００３３】
又、金型開閉機構４６が、くさび４２の前進によって上下型３，４を型閉じ状態にロックする構成のため、型締めシリンダ４３のストロークは、実質上は、略ゼロにまで抑えることができる。
そこで、型締めシリンダ４３のストロークの存在に起因した型締め完了の遅延を解消して、型締めまでの所要時間の短縮によって、一回の成形を完了するまでのサイクルタイムの短縮して、生産性の向上を図ることができる。
【００３４】
また、前記金型開閉機構４６は、上下型３，４の開閉方向と直交する方向にくさび４２を進退動させることで、前記下型４を開閉方向に変位させる構成であり、当該くさび４２を使用することによって、金型開閉機構４６のくさび駆動シリンダ４４は、型締めシリンダ４３に対向しない向きに設置される。
そこで、前記型締めシリンダ４３の強力なプレス力が、金型開閉用のくさび駆動シリンダ４４に直接伝達されることはなく、このくさび駆動シリンダ４４は相応の低圧油で作動させることができる。
【００３５】
従って、高圧油の駆動が必要なシリンダを型締めシリンダ４３のみに限定することができ、該型締めシリンダ４３のストロークも略ゼロとすることができるので、高圧油用の油圧ポンプの徹底した小型・軽量化と共に、付帯装置も含めたハイドロフォーミング装置の小型・軽量化、コスト低減を促進することができる。又、高圧油用の油圧ポンプの使用油量が少なければ、騒音も低減できる。
更に、例えば前記くさび駆動シリンダ４４に油圧を供給する圧力系統を高圧、低圧で切り替えることも考えられ、型閉じ時は低圧として吐出量を稼ぎ、型閉じ時間を更に短縮することもできる。
【００３６】
尚、上記実施形態では、くさび４２の進退動による下型４の昇降動作で上下型３，４の開閉を実現したが、同様の金型開閉機構によって上型３を昇降させる構成としても良い。その場合には、型締めシリンダをプレス機のベッド５１側に組み付けて、型締めシリンダによってボルスター１８を上型３側に加圧する構成とする。
また、上記実施形態では、くさびを進退動させるくさび駆動装置として油圧シリンダを用いたいが、ボールねじ又は台形ねじ等を備えた直動装置を用いることもできる。
【００３７】
また、本発明のハイドロフォーミング装置におけるプレス本体の形態は、上述したようにベッド上に４本のコラムを立設し、クラウンを支承した門型構造のものに限らず、ベッドとクラウンとが背面のコラムのみで片持ち支承したＣ型構造となる形態でも適用可能である。
【００３８】
更に、金型水平移動装置をリンク機構によって金型開閉機構に一体化して、上下型のプレス本体内への搬出入と、プレス本体内での上下型の金型開閉とを一連の動作で行わせる構成として、作業効率を向上させることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、本発明のハイドロフォーミング装置及び方法によれば、上下型の開閉及び型締めを別個の金型開閉機構及び型締めシリンダに分担させているため、型締めシリンダ及び金型開閉機構におけるくさび駆動装置のそれぞれについて、ストロークの短縮、及び使用油量の低減を図ることができる。
又、金型開閉機構が、くさびの前進によって上下型を型閉じ状態にロックする構成のため、型締めシリンダのストロークは、実質上は、略ゼロにまで抑えることができる。
【００４０】
そこで、型締めシリンダのストロークの存在に起因した型締め完了の遅延を解消して、型締めまでの所要時間の短縮によって、一回の成形を完了するまでのサイクルタイムの短縮して、生産性の向上を図ることができる。
また、前記金型開閉機構は、上下型の開閉方向と直交する方向にくさびを進退動させることで、前記下型又は前記上型を開閉方向に変位させる構成であり、当該くさびを使用することによって、金型開閉機構のくさび駆動装置は、型締めシリンダに対向しない向きに設置される。
【００４１】
そこで、前記型締めシリンダの強力なプレス力が、金型開閉用のくさび駆動装置に直接伝達されることはなく、このくさび駆動装置を相応の低駆動力で作動させることができる。
従って、高圧油の駆動が必要なシリンダを型締めシリンダのみに限定することができ、該型締めシリンダのストロークも略ゼロとすることができるので、高圧油用の油圧ポンプの徹底した小型・軽量化と共に、付帯装置も含めたハイドロフォーミング装置の小型・軽量化、コスト低減を促進することができる。又、高圧油用の油圧ポンプの使用油量が少なければ、騒音も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るハイドロフォーミング装置の概略構成を示した正面図である。
【図２】図１に示したハイドロフォーミング装置の側面図である。
【図３】従来のプレス機を元に構成したハイドロフォーミング装置の概略正面図である。
【図４】従来のハイドロフォーミング装置の側面図である。
【図５】従来の他のハイドロフォーミング装置の正面図である。
【符号の説明】
３ 上型
４ 下型
５ａ 成形用キャビティ
３２ 管状ワーク
３７ 軸押装置
３７ａ 軸押工具
４３ 型締めシリンダ
４６ 金型開閉機構
４２ くさび
４４ くさび駆動シリンダ（くさび駆動装置）
４７ 傾斜案内部
４８ くさび受けブロック
５０ 液圧発生装置
５３ 金型水平移動装置
４００ ハイドロフォーミング装置

Claims (3)

1. 上下に対向配置された上型と下型の開閉を行う金型開閉機構と、
   前記上下型により画成された成形用キャビティ内に収容された管状ワークの両端部を軸方向に押圧する軸押装置と、
   前記軸押装置により両端部を塞がれた前記管状ワーク内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワークを膨出させる液圧発生装置と、
   前記管状ワークの成形処理時に前記上型又は前記下型の一方を付勢して型閉じ状態に保持する型締めシリンダと、を備えるハイドロフォーミング装置であって、
   前記金型開閉機構が、前記上下型の開閉方向と直交する方向にくさびを進退動させるくさび駆動装置と、前記くさびの進退動を前記下型又は前記上型の開閉方向の変位に変換する傾斜案内部を備えたくさび受けブロックとを備えており、
   前記くさび受けブロックの傾斜案内部に前記くさびを規定量前進させることによって、変位させた上型又は下型を型閉じ位置にロックすることを特徴とするハイドロフォーミング装置。
2. 前記上下型の成形用キャビティ内への管状ワークの装填や取り出しのために、前記上型又は前記下型の一方を装置外部にスライド移動させる金型水平移動装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイドロフォーミング装置。
3. 上下に対向配置された上型と下型により画成された成形用キャビティ内に管状ワークを収容し、該管状ワークの両端部を軸方向に押圧しながら該管状ワーク内に外部から圧液を注入して内圧により当該管状ワークを膨出成形するハイドロフォーミング方法であって、
   前記上下型の開閉方向と直交する方向に進退動可能なくさびの進退動を前記下型又は前記上型の開閉方向の変位に変換する傾斜案内部に沿って、該くさびを規定量前進させることにより、変位させた上型又は下型を型閉じ位置にロックすることを特徴とするハイドロフォーミング方法。

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