JP2006297441A - 電鍛機 - Google Patents

Abstract

【課題】素材の膨出部の大きさや形状が安定化し、製品の形状サイズの精度が向上して品質が均一化し、鍛造エネルギを少なくする。
【解決手段】電鍛機２１は、互いに接近離反可能な第１電極９，１０及び第２電極１３，１４と、通電加熱用トランスＴと、素材押動用据込み軸２０Ａとを具える。電極９，１０，１３，１４、トランスＴ及び据込み軸２０Ａによる素材Ｍの加工条件は、コントローラ２３により設定変更可能にすると共に、コントローラ２３への加工条件の設定変更は操作盤２４にて数値入力される。コントローラ２３は、サーボモータ２５，２６，２７を介して可動部の動作制御を行い、加工中にトランスＴによる通電電圧を無段階に切替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電鍛機（電気アプセッター）に関するものであり、特に、金属製棒状の素材を通電加熱しながら鍛造成形する電鍛機に関するものである。

従来、素材の中間部に膨出部を鍛造成形する方法としては、金型鍛造を行う方法があるが、数回の鍛造工程を必要とする。そこで、本出願人は、鍛造成形を１回の工程で行える電鍛機を先に出願した（特許文献１）。

特許文献１記載の電鍛機を図２２に示す。図示の如く、装置機体１のガイド部２には、第１チャック基台３と第２チャック基台４が、夫々の前後進シリンダ５，６のピストン５ａ，６ａを介して進退動可能に嵌合されている。第１チャック基台３のガイド部７，８には、左右のチャック電極９，１０が、夫々のチャックシリンダ１１，１２のピストン１１ａ，１２ａを介して接近・離反可能に嵌合され、これにより、第１チャックＣ１が形成されている。第２チャックＣ２は第１チャックＣ１と同様な構成を有し、両チャックＣ１，Ｃ２は、装置機体１の前後方向に離間配置されている。

又、装置機体１の前後方向両側には、バックシリンダ１９と据込シリンダ２０が設けられ、バックシリンダ１９と据込シリンダ２０は、チャックシリンダ１１，１２，１７，１８に対して直交する方向に互に対向配置されている。

チャック電極９，１０，１３，１４の側面には、半丸状断面の把持孔９ａ，１０ａ，１３ａ，１４ａが設けられている。又、チャック電極９，１０には凹形孔ｈ，ｈが形成され、チャック電極９，１０，１３，１４は、図示せぬ導線で互いに接続されている。

Ｈは、素材Ｍの加工部を加熱する加熱装置であり、加熱装置Ｈの加熱用トランスＴは、図示せぬ導線でチャック電極９，１０，１３，１４に接続されている。これにより、把持孔９ａ，１０ａ，１３ａ，１４ａにて把持された素材Ｍは、加熱用トランスＴによって通電加熱される。

上記構成において、互いに離間しているチャック電極９，１０と１３，１４、並びに、バックシリンダ１９のピストン１９ａと据込シリンダ２０のピストン２０ａとの間に素材Ｍをセットし、チャックシリンダ１１，１２，１７，１８のピストン１１ａ，１２ａ，１７ａ，１８ａを突出動作させると、素材Ｍの中間部が把持孔９ａ、１０ａ，１３ａ，１４ａに挿入された状態となり、前記中間部は、チャック電極９，１０と１３，１４により把持される。

続いて、据込ピストン２０ａを左方へ突出させて、これとバックピストン１９ａとを素材Ｍの前後端部に当接させる。この後、加熱用トランスＴの電源をオンに切替えると、チャック電極９，１０と１３，１４により、低電圧で高電流の交流が素材Ｍの中間部に通電加熱される。

そして、据込ピストン２０ａを左方へ突出して据込が開始され、前記中間部に小さい膨らみが現れる。このとき，チャック電極１３，１４による把持をそのままにして、第２チャックＣ２側の前後進ピストン６ａを右方へ遅い速度で僅かに後退させる。すると、据込ピストン２０ａによる据込動作によって，前記膨らみは第１チャックＣ１の凹形孔ｈ，ｈ内で膨出成長し、凹形孔ｈ，ｈの外へはみ出す。はみ出した部分は、凹形孔ｈ，ｈの外周方向のほか、第２チャックＣ２側の端面部に向かっても膨出する。

このあと、加熱用トランスＴの電源をオフにして通電を停止し、チャック電極９，１０と１３、１４を互いに離反させると共に、据込ピストン２０ａの据込動作を停止する。これにより、所望の成形品が得られ据込作業が終了する。
特開昭６１−６０２３６号公報

ところで、特許文献１記載の従来装置は、油圧式のリミットスイッチ・タイマーによる制御であるために、油温の変化等により、素材の膨出部の大きさや形状が不安定になる。特に、膨出部の大きさや形状が不安定になると、後加工が不可欠になり、膨出部を大きくしなければならず、その分だけ鍛造成形のための加工エネルギを余分に必要とし、成形加工費が増大するという問題があった。

また、加工条件設定は、作業者の勘やコツに依存して行っていたために、素材の膨出部の加工寸法に個人差が生じ、製品の形状・サイズに大きなバラツキが発生しやすい。

そこで、素材の膨出部の大きさや形状が安定化し、製品の形状サイズのバラツキをなくし、鍛造エネルギを少なくするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、電気加熱装置の一対の電極間に棒状素材を保持した状態で通電加熱しながら、前記素材を軸方向へ押圧して据え込み成形する電鍛機において、前記電極及び電気加熱装置による素材に対する加工条件を設定変更するコントローラと、該コントローラへの加工条件の設定変更を数値入力する操作盤とを具備する電鍛機を提供する。

この構成によれば、素材の加工条件の設定変更を数値制御化して行えるので、作業者の勘やコツに依存することなく、素材の加工条件の設定変更は標準化して定量的に行われる。

請求項２記載の発明は、上記コントローラは、素材の加工条件の設定変更をサーボモータを介して行う請求項１記載の電鍛機を提供する。

この構成によれば、素材の加工条件の設定変更がサーボモータを介して行われるので、加工中における条件切替えが随時行える。尚、サーボモータとしては主に交流モータが用いられるが、場合により、直流モータ、パルスモータ、油圧モータを用いることもできる。

請求項３記載の発明は、上記コントローラは、素材の加工中に上記電気加熱装置における通電電圧値を無段階に切替えて設定する請求項１又は２記載の電鍛機を提供する。

この構成によれば、前記コントローラにより、電気加熱装置による通電電圧値が無段階に切替えられるので、膨出部の加工途中でも、加工部への通電電圧値は、膨出部の目的形状に応じて、最適な電圧値に随時変更して加工される。

請求項１記載の発明は、素材の加工条件の設定変更は、作業者の勘やコツに依存することなく、数値制御により標準化して行われるので、未熟練者でも加工条件の設定変更を容易迅速に行えるのみならず、従来の如き油温の変化等に起因して、膨出部の大きさや形状が異ならずに品質が均一化し、しかも、個人差による製品の寸法精度のバラツキも抑制できる。即ち、本発明によれば、膨出部の加工精度が安定化して高精度の鍛造成形品が確実に得られる。

膨出部の大きさや形状が安定化する結果、後加工が不要になるうえに、従来のように、膨出部を大きく鍛造成形する必要がなく、加工エネルギが少なくなり、加工コストが大幅に低減されるという優れた効果を奏する。又、加工条件設定を数値制御化したことにより、素材の加工条件が変更された際に、段取り替え時間を従来機に比べて４分の１に短縮でき、加工サイクルタイムの短縮化と製品歩留りの向上を同時に実現することができる。

請求項２記載の発明は、加工中において、素材の加工条件を設定変更できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、膨出部を成形する際に、種々の大きさや形状に体積配分した鍛造成形が可能になり、多様化した複雑形状の製品ニーズに容易に対応することができる。

請求項３記載の発明は、膨出部の加工途中、該加工部位への通電電圧の大きさは、膨出部の目的形状に応じて、最適な電圧値に自由に変更できるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、素材形状乃至膨出部の所望形状に見合った製品作りを容易に行えると共に、複雑形状の製品を高精度に加工すべく、鍛造加工プログラムの開発にも大いに寄与できる。

本発明は、棒状の金属素材を側方から把持する第１電極及び第２電極を有し、両電極は互いに接近・離間可能に配設され、素材を通電加熱する電気加熱装置と、素材の押動据込を行う据込み軸とを具えた電鍛機であって、前記両電極及び電気加熱装置による素材の加工条件を設定変更するコントローラと、該コントローラへの加工条件の設定変更を数値にて入力する操作盤とを備え、素材の加工条件の設定変更を数値制御化して行えるように構成したことにより、素材の膨出部の大きさや形状が安定化し、製品の形状サイズのバラツキをなくし、鍛造エネルギを少なくするという目的を実現した。

以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図２０に従って説明する。本実施例による電鍛機は、図２２の従来機の主要構成部をベースとして、加熱素材に対し数値制御加工を行うべく、制御手段２３,２４及びサーボモータ２５，２６，２７等を付加した点に特徴がある。数値制御装置の構成は、指令データを入力・解釈し各軸に接続されたサーボモータ２５，２６，２７等への指令値を生成する情報処理部と、サーボモータ２５，２６，２７等を駆動し所望の位置及び速度を得るサーボ機構と、電鍛機特有の動作シーケンスを制御するシーケンス制御部に大別される。

制御手段２３、２４は、図示しないマイクロプロセッサと制御ソフトウェア、ＮＣ加工プログラムを蓄えるメモリ、ＮＣ加工プログラムを入出力する機器を備える。作業者は操作画面を見ながら、仕上がり素材形状・サイズなどを入力することで、加工手順、加工条件が自動的に決定される。

特に、素材Ｍの径や膨出部（以下ボリュームという）Ｅの大きさ・形状、電極９，１０，１３，１４，２９や据込み軸２０Ａ等の可動部の移動速度、移動量、並びに加熱用トランス（電気加熱装置）Ｔの通電電圧値や通電時間などの加工条件を予め数値情報としてプログラムしておき、この加工プログラムを逐次解釈しながら、電鍛機２１の可動部の動きを制御する。以下、本発明の特徴部分を中心に説明するが、図２２の構成要素と同様のものには、それと同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１は本実施例による電鍛機（電気加熱鍛縮機）２１の外観を示す斜視図、図２は電鍛機２１の要部を示す平面図である。尚、ワークである棒状素材Ｍとしては、自動車マニュアルトランスミッション部品のフォークシャフトを一例に挙げて加工するが、フォークシャフト以外の製品作りにも幅広く適用できることは勿論である。

図２に示すように、装置機体１のガイド部２には、第１チャックＣ１及び第２チャックＣ２が前後方向ＦＢに離間して配置され、第１チャックＣ１の第１チャック基台３と第２チャックＣ２の第２チャック基台４は、夫々の駆動軸５Ａ，６Ａにより進退動可能に嵌合配設されている。第１チャック基台３と第２チャック基台４は互いに同様の構成を有し、例えば、第１チャック基台３には、第１電極（袋電極）９，１０が、夫々のチャック駆動軸１１Ａ，１２Ａを介して、互いに左右方向ＬＲに接近・離反可能に設けられている。

半丸状断面の把持孔９ａ，１０ａを有する袋電極９，１０の後端面側には、凹形孔ｈ，ｈが形成され、袋電極９と１０及びチャック電極（第２電極）１３と１４は夫々、導線Ｌ１及びＬ２で互いに接続されている。又、電極９，１０及び１３，１４には、加熱装置Ｈの加熱用トランスＴが導線Ｌ３，Ｌ４で接続され、加熱用トランスＴの電源をオンにすることにより、把持孔９ａ，１０ａ，１３ａ，１４ａで把持された素材Ｍが、通電加熱される。

装置機体１の前後方向ＦＢ両側には、素材ストッパ１９Ａと据込み軸２０Ａが対向して設けられ、素材ストッパ１９Ａと据込み軸２０Ａは、電極用駆動軸１１，１２，１７，１８に対して直交するように配置されている。素材ストッパ１９Ａは、素材Ｍの前端面に当たって移動規制し、また、据込み軸２０Ａは、素材Ｍの後端面に押動力Ｆを付与する。

電鍛機２１は、図３に示すように、素材Ｍの中間部に任意な形状のボリュームＥを据え込んで鍛造形成する。すなわち、袋電極９，１０及びチャック電極１３，１４により素材Ｍを把持し、加熱用トランスＴの電源オンにより、素材Ｍの中間部が通電加熱される。そして、据込み軸２０Ａにより素材Ｍを後端側から前端方向へ押動して据込みつつ、駆動軸６Ａによってチャック電極１３，１４を、袋電極９，１０に対して僅かに後退離反動作させ、これにより、素材Ｍの中間部にボリュームＥが形成される。

本発明の電鍛機２１は、互いに接近離反可能な袋電極９，１０及びチャック電極１３，１４と、素材通電加熱用トランスＴと、素材押動用据込み軸２０Ａとを具え、前記電極９，１０，１３，１４、加熱用トランスＴ及び据込み軸２０Ａによる素材Ｍの加工条件をコントローラ（電気制御盤）２３により設定変更すると共に、該コントローラ２３への加工条件の設定変更を操作盤２４にて数値入力可能とする。このことにより、加工条件の設定変更を数値制御化し、もって、従来作業者の「勘・コツ任せ」による条件設定を不要とする。

前後動用駆動軸５Ａには、袋電極９，１０を定量的に往復駆動させるための袋電極用サーボモータ２５が付帯連係して接続されている。又、前後動用駆動軸６Ａには、チャック電極１３，１４を定量的に往復駆動させるためのチャック電極用サーボモータ２６が付帯連係して接続されている。更に、据込み軸２０Ａには、これを往復駆動させるための据え込み用サーボモータ２７が付帯連係して接続されている。これらサーボモータ２５，２６，２７は、コントローラ２３からの動作指令信号に基づき作動制御される。

素材Ｍの加工条件には、袋電極９，１０、チャック電極１３，１４及び据込み軸２０Ａの移動量、移動速度、移動時間、駆動圧力等が含まれるが、加工条件の設定変更は、操作盤２４にて入力して決定し、コントローラ２３からの指令信号によりサーボモータ２５，２６，２７が駆動される。

又、素材Ｍの加工条件には、加熱用トランスＴによる通電電圧の大きさ、通電オンオフの時期も含まれるが、該電圧の大きさなどは、コントローラ２３からの通電指令信号に基づいて実行される。特に、コントローラ２３は、加熱用トランスＴによる通電電圧値を無段階で切替えるように制御し、この無段階切替えの通電制御は、ボリュームＥの加工成形途中でも行えるように構成されている。

次に、動作概要を図４乃至図８により説明する。まず、素材Ｍを挟む左右両側に、袋電極９，１０とチャック電極１３，１４を所定寸法だけ離間して配置し（図４）、ついで、袋電極９，１０とチャック電極１３，１４が左右方向から素材Ｍに接近作動し、素材Ｍを両側方から把持する。この後、コントローラ２３からの通電指令信号により、加熱用トランスＴが電源オンして、操作盤２４で設定した電圧値により、袋電極９，１０とチャック電極１３，１４に通電されて、素材Ｍの中間部が加熱される（図５）。

前記通電にやや遅れて、コントローラ２３からの動作指令信号により、据込み軸２０Ａが突出動作し、素材ストッパ１９Ａで移動規制された素材Ｍに、押動力Ｆが付与されて据込みが開始される。素材Ｍの据込みを行いながら、袋電極９，１０に対してチャック電極１３，１４を僅かに後退動作させると、袋電極９，１０の凹形孔ｈ，ｈの箇所にて、素材Ｍの中間部にボリュームＥが形成される（図６）。

しかる後、袋電極９，１０を素材Ｍの前端側に僅かに移動させると、ボリュームＥが次第に成長する。このようにして、素材Ｍに対する通電加熱及び据込みを設定時間だけ継続することにより、ボリュームＥが更に拡大成長し（図７）、目的とする寸法・形状のボリュームＥを有する成形品が得られる（図８）。

次に、他の形態の動作概要を図９乃至図１３に基づき説明する。本形態の特徴は、袋電極９，１０に代えて、凹形孔を有しない１個の素材ストッパ兼用の円筒状固定電極２９を使用したことにある。まず、固定電極２９を素材Ｍの前端面に当接させて固定配置すると共に、素材Ｍの前端部の近傍箇所を挟む両側に、チャック電極１３，１４を配置する（図９）。

ついで、チャック電極１３，１４により素材Ｍを側方から把持する（図１０）。把持後、コントローラ２３からの通電指令信号により、加熱用トランスＴが電源オンになり、設定電圧値により固定電極２９とチャック電極１３，１４の間に通電して、固定電極２９で移動規制された素材Ｍの前端部を加熱する。

この通電加熱にやや遅れて、コントローラ２３からの動作指令信号により、据込み軸２０Ａが前方へ突出動作し、素材Ｍに押動力Ｆが付与されて据込み加工成形（電鍛加工成形）が開始され（図１１）、素材Ｍの前端部にボリュームＥが形成される（図１２）。

さらに、素材Ｍの据込みを行いながら、図示せぬサーボモータにより固定電極２９をチャック電極１３，１４に対して僅かに前方離反させると、ボリュームＥが次第に拡大成長し、目的形状のボリュームＥが素材Ｍの前端部に成形される（図１３）。

上記加熱据込みによる成形工程において、加工中の第２電極１３，１４、第１電極９，１０又は２９の移動速度は、コントローラ２３からの動作指令信号により無段階で自由に変更設定の切替えが行える。この場合、電極１３，１４、電極９，１０又は２９の移動速度の変化パターンに応じて、ボリュームＥの形状サイズも変わり、偏芯形状等の複雑形状に形成することもできる。

例えば、図６の据え込み成形工程において、チャック電極１３，１４の移動速度を充分に遅くすれば、素材ＭのボリュームＥが略球形に膨出生成する。逆に、チャック電極１３，１４の移動速度をやや速くすれば、ボリュームＥが中心軸から偏って座屈して、偏平形状に成形される。この場合、前記移動速度の変化パターンによっては、ボリュームＥの偏平の度合いも変化する。

図１４、図１５は夫々、素材Ｍの前端部、中間部に、製品形状と見合う偏平形状のボリュームＥを成形した態様例を示す。振込工程の余熱が素材Ｍに残っているうちに、型打鍛造プレスの金型を用いて熱間鍛造すれば、最終的な製品形状に適合した機能部位が、より高精度に成形される。図１６、図１７は夫々、熱間鍛造によりボリュームＥを整形して、最終仕上げを施した製品形状例を示す。

上記構成によると、素材Ｍの加工条件の設定変更を数値制御化して行えるので、作業者の勘やコツに依存することなく、素材Ｍの加工条件の設定変更を標準化して実施できる。従って、未熟練者でも加工条件の設定変更を容易迅速に行える。加えて、従来の如き、油温の変化等に起因して、ボリュームＥの大きさや形状に大きな誤差が生ずることがない。しかも、個人差による製品の寸法精度のバラツキも抑制できる。斯くして、ボリュームＥの加工精度が安定化して、高精度の鍛造成形品が確実に得られる。

因みに、従来の油圧制御による加熱素材Ｍの成形では、図２１に示すように、ボリュームＥのＡ部側が滑らかな形状にならず、Ｂ部にシワの発生がみられることから、鍛造成形品である加熱素材Ｍの外観品質を損ねる欠点があった。

その点、本発明は、図１８、図１９、図２０にそれぞれ示すように、加熱素材Ｍの加工条件を数値制御化して成形することにより、太長い形状、大きく偏肉した形状、コブが２つある形状など、多様な品質ニーズを満足させる鍛造成形の製品形状に容易に加工できる。

また、ボリュームＥの形状サイズが安定化することにより、研磨仕上げなどの後加工が不要になるうえに、ボリュームＥを大きく鍛造成形する必要がなく、加工エネルギが節減される。また、加工条件設定を数値制御化したことにより、素材Ｍの加工条件が変更された際に、段取り替え時間を従来機に比べて４分の１に短縮できる。実際の比較試験によれば、従来機では４０分以上要していたのが、本発明では１０分で済むようになった。更に、加工サイクルタイムの短縮化と製品歩留りの向上が同時に可能になった。

素材Ｍの加工条件の設定変更は、サーボモータを介して実行されるので、加工中であっても、加工条件の設定切替えを自由に行える。従って、種々の形状サイズに体積配分した鍛造成形が可能になり、多様化した複雑形状の鍛造成形品を容易に加工できる。

更に、コントローラ２３は、加熱用トランスによる通電制御を無段階で切替えるので、ボリュームＥの加工途中でも、加工部への通電加熱を、ボリュームＥの目的形状に応じて、最適な電圧値に自由に変更できる。従って、素材サイズないしボリュームＥの目的形状に見合うべく、任意な大きさ・形状の製品作りが容易になると共に、複雑形状の製品を高精度に加工できる。

尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明の一実施の形態を示し、電鍛機の全体斜視図。 図１の電鍛機の要部を示す平面図。 図１の電鍛機による素材に対する通電加熱及び据え込む動作を説明する要部平面図。 実施例の一形態に係る素材と電極の配置セット時の動作説明図。 図４の素材の中間部を通電加熱した時の動作説明図。 図４の素材にボリュームを形成した時の動作説明図。 図４の素材にボリュームを更に成長形成した時の動作説明図。 図４の素材に目的形状のボリュームを形成した時の動作説明図。 実施例の他の形態に係る素材と電極の配置セット時の動作説明図。 図９の素材の前端近傍部を電極で把持した時の動作説明図。 図９の素材を通電加熱した時の動作説明図。 図９の素材にボリュームを形成した時の動作説明図。 図９の素材に目的形状のボリュームを形成した時の動作説明図。 一実施例における素材の前端部に偏平形状を成形した態様例を示す斜視図。 一実施例における素材の中間部に偏平形状を成形した態様例を示す斜視図。 図１４の素材に熱間鍛造によりボリュームを整形した態様例を示す斜視図。 図１５の素材に熱間鍛造によりボリュームを整形した態様例を示す斜視図。 実施例による太長い素材形状を示す正面図。 実施例による偏肉した素材形状を示す正面図。 実施例によるコブのある素材形状を示す正面図。 従来のシワのある素材形状を示す外観図。 従来例を示す斜視図。

符号の説明

１ 装置機体
９，１０ 袋電極（第１電極）
１３，１４ チャック電極（第２電極）
２０Ａ 据込み軸
２３ コントローラ
２４ 操作盤
２５ 袋電極用サーボモータ
２６ チャック電極用サーボモータ
２７ 据込み用サーボモータ
２９ 固定電極
Ｍ 素材
Ｔ 加熱用トランス（電気加熱装置）
ｈ 凹形孔
Ｅ ボリューム（膨出部）
Ｃ１ 第１チャック
Ｃ２ 第２チャック

Claims (3)

1. 電気加熱装置の一対の電極間に棒状素材を保持した状態で通電加熱しながら、前記素材を軸方向へ押圧して据え込み成形する電鍛機において、前記電極及び電気加熱装置による素材に対する加工条件を設定変更するコントローラと、該コントローラへの加工条件の設定変更を数値入力する操作盤とを具備することを特徴とする電鍛機。
2. 上記コントローラは、素材の加工条件の設定変更をサーボモータを介して行うことを特徴とする請求項１記載の電鍛機。
3. 上記コントローラは、素材の加工中に上記電気加熱装置における通電電圧値を無段階に切替えて設定することを特徴とする請求項１又は２記載の電鍛機。
   
   

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