JP2010247210A - 鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造品の厚さを一定に制御するダイキス方式において、厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる鍛造品の厚さ制御装置及び制御方法を提案する。
【解決手段】金型４の上下型７、８近傍に対向配置した当接プレートである上下ダイキスプレート９ａ、９ｂを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレス１において、前記上下ダイキスプレート９ａ、９ｂが設けられるダイセット２と、前記鍛造プレス１に設けられたシャットハイトを調整するシャットハイト調整機構であるシャットハイトアジャスター１５と、前記型打ち時において前記ダイキスプレート９の密着の有無を確認する密着確認手段１４と、前記密着確認手段１４による前記密着の有無の確認結果をもとに前記シャットハイトアジャスター１５を制御し、所定量増減したシャットハイトを設定するシャットハイト制御手段１８と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置及び制御方法に関する。

従来、鍛造プレスにおける鍛造品の厚さを一定に制御する方法として、金型やダイセットなどに対向配置した当接プレート（ダイキスプレート）を、型打ちする際に当接させることで鍛造品の厚さを一定に制御するダイキス方式によって鍛造品の厚さを制御する技術がある（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載されている成形品厚み制御方法は、クランクプレスにおいて前記ダイキス方式により鍛造をする際に、トータル荷重（＝成形に必要な荷重＋ダイキス荷重）が、成形に必要な平均荷重の１．１５倍となるようにシャットハイトを調整することで、成形荷重のばらつきが１５％程度あったとしても当接面（ダイキス面）が接触する（すなわち、厚さ精度が一定になる）ようにしたものである。

特許文献２に記載されているシャットハイト制御装置は、素材がない状態でダイキス計測荷重と基準荷重により、シャットハイトを調整し、その後、素材がある状態で、型打ち計測荷重と基準荷重でシャットハイト補正値を求め調整するものである。

特開平７−４７５００号公報 実開平６−１９９４９号公報

しかしながら、上述したようなダイキス方式による鍛造においては、材料表面の摩擦係数や材料の温度、ダイセットの温度変動等の理由により、成形に必要な荷重が想定以上に大きくなった場合には、当接面（ダイキス面）が接触せず、所定の厚みよりも厚いワークが連続的に生産されてしまうため、問題となる。また、成形に必要な荷重を大きめに見積もることでこの問題を解決しようとすると、荷重が必要以上に大きくなりすぎ、大荷重に耐えうるプレスやダイキスプレートが必要となりこれも問題である。

すなわち、特許文献１に記載されている成形品厚み制御方法では、ダイキス面が接触しない可能性があり、その場合は厚さ精度が悪化する。また、ダイキス面が接触しなかった場合でも連続生産中には確認することができないので、大量に厚さ不良品を生産してしまう虞がある。
例えば、特許文献１においてダイキス面が接触しない場合として考えられるのは、成形に必要な荷重のばらつきを、単に平均荷重±１５％と見込んでいることから、この範囲を超えてしまうことも有り得る。また、図５に示すように、鍛造プレスにおけるスライド機構には所定のクリアランスがあるために、プレス中心から外れた位置で成形すると上ボルスタ３が傾斜し、複数配置されたダイキスプレートのダイキス面の一部が当接せず、金型が片当たりすることが考えられる。

さらに、特許文献２の制御方法では、ダイキス方式を適用しない場合に比べて、必要な荷重が大きくなる。また、ダイキスプレートに掛かる荷重も大きくなるため、面圧を下げるためにダイキスプレートを大型化することが必要である。
具体的には、前記トータル荷重が、成形に必要な平均荷重の上限値（平均荷重＋１５％）以上となるようなシャットハイトに設定するため、成形に必要な荷重が下限値（平均荷重−１５％）側に振れた場合は、ダイキスプレートに平均荷重の３０％分の付加荷重が掛かることになる。

そこで、本発明は、鍛造品の厚さを一定に制御するダイキス方式において、厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる鍛造品の厚さ制御装置及び制御方法を提案することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
金型の上下型近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下当接プレートを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレスにおいて、
前記上下当接プレートが設けられるダイセットと、
前記鍛造プレスに設けられたシャットハイトを調整するシャットハイト調整機構と、
前記型打ち時において前記当接プレートの密着の有無を確認する密着確認手段と、
前記密着確認手段による前記密着の有無の確認結果をもとに前記シャットハイト調整機構を制御し、所定量増減したシャットハイトに設定するシャットハイト制御手段と、
を備える鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置である。

請求項２においては、
金型の上下型近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下当接プレートを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレスにおいて、
前記型打ち時において前記当接プレートの密着の有無を確認し、当該密着の有無の確認結果をもとに所定量増減したシャットハイトに設定する鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御方法である。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、簡易に鍛造品の厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる。すなわち、確実に当接プレートの当接面を密着させて、狙いの厚さ精度を確保にするとともに、シャットハイト下げすぎにより型打ち時の荷重が上がりすぎることを防止できる。

請求項２においては、簡易に鍛造品の厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる。すなわち、確実に当接プレートの当接面を密着させて、狙いの厚さ精度を確保にするとともに、シャットハイト下げすぎにより型打ち時の荷重が上がりすぎることを防止できる。

本発明の一実施形態に係る鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置の構成を示す概略図。 図１におけるダイキスプレートを示す図であり、（ａ）はダイキスプレート（点線丸印部分）を示す拡大正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。 本発明の別実施形態に係るダイキスプレートを示す図であり、（ａ）はダイキスプレートを示す正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図。 本発明の一実施形態に係る制御ルーチンのフローを示す図。 従来のダイキス方式の課題を示す概略図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の実施形態に係る鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置について図１を用いて説明する。以下において、鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置を説明するにあたり、まず、鍛造プレスの要部の概略構成について説明する。
なお、同様の用途及び機能を有する部材には同符号を付してその説明を省略する。

鍛造プレス１は、図１に示すように、金型４の上下型７、８近傍に対向配置した当接プレートであるダイキスプレート９を型打ち時に当接させることで鍛造品の厚さ精度を制御する、所謂ダイキス方式により鍛造品を連続的にプレスする装置である。
鍛造プレス１は、金型４の下型８が取り付けられる下ボルスタ６がハードプレート１１を介して固定されるベッド５と、金型４の上型７が取り付けられる上ボルスタ３がハードプレート１３及びシャットハイト調整機構であるシャットハイトアジャスター１５を介して固定されるスライド１２とを具備しており、当該スライド１２を図示せぬ昇降駆動手段により上下移動可能となっている。
また、上ボルスタ３と下ボルスタ６とは対向して配置されており、この上ボルスタ３と下ボルスタ６とでダイセット２が構成されている。

すなわち、前記金型４は、上ボルスタ３に固定された上型７と、この上型７に対向する下ボルスタ６に固定された下型８と、から構成されている。前記上型７は、前記鍛造プレス１のスライド１２の往復動に伴って、下型８に対して進退移動する。そして、前記金型４では、下型８に載置される図示せぬワーク（粗材）を、上型７を下降させることにより挟み込み加圧することで、前記ワークが所定の形状に成形される。
なお、本実施形態に係る鍛造プレス１において、ベッド５とスライド１２とは上下に配置されるため、シャットハイト方向は略垂直方向である。

次に、本発明の実施形態に係る鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置について図１、図２を用いて説明する。
鍛造品の厚さ制御装置１０は、ダイキス方式による鍛造連続型打ち時において鍛造品の厚さを制御するための装置であり、鍛造品の厚さ（形状）を制御するためにシャットハイトを所定の値となるように制御するための装置である。
なお、本実施形態におけるシャットハイトとは、図１に示すように、ベッド面５ａと上ボルスタ３の上端との間隔Ｈのことである。

鍛造品の厚さ制御装置１０は、当接プレートであるダイキスプレート９を備えたダイセット２と、密着確認手段１４と、シャットハイト調整機構であるシャットハイトアジャスター１５と、シャットハイト制御手段１８と、から主に構成される。

ダイキスプレート９は、図２に示すように、前述したダイセット２に所定数配置される上下一対からなる直方体状の部材であり（本実施形態においては３組）、上ボルスタ３下面の所定位置に固定される上ダイキスプレート９ａと、下ボルスタ６上面の所定位置に固定される下ダイキスプレート９ｂと、から構成される。また、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂのそれぞれにおいては、金型４の型打ち時（型締め時）に互いに当接（密着）する当接面（ダイキス面）２０、２１を有している。また、前記下ダイキスプレート９ｂのそれぞれの内部には、図２に示すように、当接面２１近傍にエアを導くためのエア通路１６が設けられており、当該エア通路１６の一端が当接面２０において開口部１６ａとなる。前記３つのダイキスプレート９・９・９は、金型４の型打ち時において、上ダイキスプレート９ａ・９ａ・９ａの各当接面２０・２０・２０と、当該各当接面２０・２０・２０に対向する下ダイキスプレート９ｂ・９ｂ・９ｂの各当接面２１・２１・２１とが当接（密着）することにより、所定のシャットハイトに保つことを可能とし、すなわち、ワーク成形時の鍛造品の厚さを所定厚さに保つことが可能である。
なお、本実施形態においてはダイセット２にダイキスプレート９を複数配置したが、特に限定するものではなく、一つのダイキスプレート９のみをダイセット２に配置することも可能である。本実施形態の如く、複数のダイキスプレート９をダイセット２に配置した構成においては、一つのダイキスプレート９を配置する構成よりも、鍛造品の厚さの精度を確保することが可能となる。

密着確認手段１４は、前述した上ダイキスプレート９ａ・９ａ・９ａと下ダイキスプレート９ｂ・９ｂ・９ｂの各当接面同士の密着の有無を確認する手段であり、エア通路１６、エア流量計１７と、エア供給手段２２とから主に構成される。

エア通路１６は、前述した下ダイキスプレート９ｂ・９ｂ・９ｂの各当接面２０・２０・２０に開口されたエア通路１６の一端である各開口部１６ａ・１６ａ・１６ａから延設され、下ボルスタ６及びハードプレート１１の内部を介して、エア通路１６の他端が鍛造プレス１外部のエア供給手段２２に接続される。エア供給手段２２は、エア通路１６を介して下ダイキスプレート９ｂ・９ｂ・９ｂの各開口部１６ａ・１６ａ・１６ａから所定流量のエアを排出させることが可能である。

エア流量計１７は、エア流量を測定する手段であり、ハードプレート１１の内部においてエア通路１６・１６・１６の中途部に複数配置されている（本実施形態においては、ダイキスプレート９に対応して３つ）。エア流量計１７・１７・１７は、各エア通路１６・１６・１６中を流れるエア流量を計測することが可能である。また、エア流量計１７は、計測したエア流量値を所定の信号としてシャットハイト制御手段１８に送信可能である。

こうして、密着確認手段１４は、前記エア通路１６・１６・１６を流れるエア流量を前記各エア流量計１７・１７・１７により計測することで上下ダイキスプレート９ａ、９ｂが密着しているかどうかを確認することが可能である。具体的には、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂが離間した状態においては、開口部１６ａからエアが滞ることなく排出されるが、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの各当接面２０、２１が徐々に近接するにつれて、当接面２０と当接面２１との間隔が狭くなり開口部１６ａからのエアの排出を妨げるようになり、エア流量計１７により計測されるエア流量は少なくなる。そうして、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの各当接面２０、２１が密着した状態においては、開口部１６ａからエアが排出できなくなるためエア流量計１７により計測されるエア流量はほぼ０となり、この時点において、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの各当接面２０、２１が密着したことを確認することが可能となる。

シャットハイトアジャスター１５は、シャットハイトを段階的に調整するための機構であり、２つの略くさび状部材が互いにテーパ面を当接したものであり、上下どちらか一方のくさび状部材を水平方向にスライドさせることでシャットハイトアジャスター１５自体の上下方向の高さを自在に調節することが可能である。すなわち、ハードプレート１３とスライド１２との間に介装されたシャットハイトアジャスター１５により上下方向の高さを調整することで、シャットハイトアジャスター１５は、上ボルスタ３上端とスライド１２との間隔を調整することが可能となり、これによりシャットハイトである上ボルスタ３とベッド面５ａとの間隔Ｈを調整することができる。また、シャットハイトアジャスター１５は、シャットハイト制御手段１８から送信される所定のシャットハイト制御信号により、自動的に、かつ段階的にシャットハイトを上昇もしくは下降させて調整することが可能となっている。

シャットハイト制御手段１８は、前記密着確認手段１４によるダイキスプレート９の密着の有無の確認結果をもとに前記シャットハイトアジャスター１５を制御し、所定量増減したシャットハイトに設定する手段である。また、シャットハイト制御手段１８は、前述した各エア流量計１７・１７・１７及びシャットハイトアジャスター１５とそれぞれ接続されている。

こうして、シャットハイト制御手段１８は、前記各エア流量計１７・１７・１７の測定結果に基づいて、例えば、前記各エア流量計１７・１７・１７にて計測されるそれぞれのエア流量がほぼ０（エア流量≒０）となったときに上ダイキスプレート９ａと下ダイキスプレート９ｂにおける各当接面２０・２１が密着した際に送信される密着確認信号に基づいて、全てのダイキスプレート９・９・９の各当接面２０、２１が当接したかどうかを判断し、全てのダイキスプレート９・９・９の各当接面２０、２１が密着した場合には、シャットハイトアジャスター１５に所定のシャットハイトになるように制御するためのシャットハイト制御信号を送信して、自動的にシャットハイトを調整することができる。

なお、本実施形態においては、密着確認手段１４として、ダイキスプレート９に設けたエア通路１６のエア流量を計測することでダイキスプレート９の当接面２０、２１同士が密着しているかどうかを確認したが、特に限定するものではなく、例えば、図３に示すように、密着確認手段の別実施形態として、下ダイキスプレート９ｂ内部に歪みゲージ１９を設ける構成とすることも可能である。上述した鍛造品の厚さ制御装置１０の実施形態において、エアを用いる密着確認手段１４の替わりに歪みゲージ１９を適用して密着確認手段を構成した場合においては、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの各当接面２０、２１が密着（接触）する（荷重Ｆを受ける）と、荷重Ｆにより下ダイキスプレート９ｂに歪みが生じ、このとき生じた歪みを歪みゲージ１９により検知することで、上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの密着の有無を確認することが可能となる。また、歪みゲージ１９により下ダイキスプレート９ｂの歪みを検知した際には、歪みゲージ１９から密着確認信号がシャットハイト制御手段１８に送信される。つまり、シャットハイト制御手段１８は、歪みゲージ１９による密着確認手段による密着の有無の確認結果をもとにシャットハイトアジャスター１５を制御し、所定量増減したシャットハイトに設定することができる。このように、密着確認手段として、歪みゲージ１９を用いた場合は、エア通路１６、エア供給手段２２を設ける必要がなくなり、エアを用いてダイキスプレート９の密着の有無を確認する場合よりも、より簡易な構成とすることが可能となる。

次に、上述した鍛造プレス１における鍛造品の厚さ制御装置１０に適用する鍛造品の厚さ制御方法について図４を用いて説明する。

本実施形態に係る鍛造品の厚さ制御方法は、金型４の上下型７、８近傍に対向配置したダイキスプレート９を型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレス１において、前記型打ち時において前記ダイキスプレート９の密着の有無を確認し、当該密着の有無の確認結果をもとに所定量増減したシャットハイトに設定する制御方法である。以下、詳細について説明する。

図４に示すように、まず鍛造プレス１を稼動して、シャットハイト初期値でワーク（粗材）に対して最初の型打ち（型打ち１個目）を行う（Ｓ１０）。上記シャットハイト初期値としては、例えば、成形に必要な平均荷重×１．１５となるような値にあらかじめ決めておく。次に、シャットハイト制御手段１８は、鍛造プレス１により最初に型打ちした際に、全てのダイキスプレート９・９・９の各当接面２０、２１が密着したかどうかを密着確認手段１４（各エア流量計１７・１７・１７）から送信される密着確認信号により確認する（Ｓ２０）。ここで、密着確認信号としては、密着確認手段１４が具備する全てのエア流量計１７・１７・１７においてエア流量≒０となったときに全ての当接面２０・２０・２０、２１・２１・２１が密着したときに送信される信号である。シャットハイト制御手段１８により全てのダイキスプレート９・９・９が密着したことが確認された場合（Ｓ２０のＹｅｓ）は、鍛造品の厚さ精度に問題がない（厚さ精度ＯＫ）と判定して、シャットハイトアジャスター１５にシャットハイト制御信号を送信し、シャットハイトを１段階上昇させて次ワークの型打ちを行って（Ｓ７０）、再びＳ２０に戻る。
一方、シャットハイト制御手段１８により全てのダイキスプレート９・９・９が密着していないことが確認された場合、或いはダイキスプレート９・９・９のうち少なくとも一つ以上が密着していない場合（Ｓ２０のＮｏ）は、鍛造品（成形品）の厚さ精度に問題が有る（厚さ精度ＮＧの可能性有）と判定して、成形品は製造ライン外へ払出しされる（Ｓ３０）。

続いて、シャットハイト制御手段１８は、Ｓ２０における全てのダイキスプレート９・９・９が密着していないという結果、或いはダイキスプレート９・９・９のうち少なくとも一つ以上が密着していないという結果に基づき、シャットハイトアジャスター１５にシャットハイト制御信号を送信し、シャットハイトを１段階下降させて次ワークの型打ちを行う（Ｓ４０）。次に、シャットハイト制御手段１８は、鍛造プレス１により型打ちした際に、全てのダイキスプレート９・９・９の各当接面２０、２１が密着したかどうかを密着確認手段１４（各エア流量計１７・１７・１７）から送信される密着確認信号により確認する（Ｓ５０）。シャットハイト制御手段１８により全てのダイキスプレート９・９・９が密着したことが確認された場合（Ｓ５０のＹｅｓ）は、鍛造品の厚さ精度に問題がない（厚さ精度ＯＫ）と判定して、連続型打ちを実行して（Ｓ６０）、連続型打ちの各型打ち毎に再びＳ５０に戻る。一方、シャットハイト制御手段１８により全てのダイキスプレート９・９・９が密着していないことが確認された場合、或いはダイキスプレート９・９・９のうち少なくとも一つ以上が密着していない場合（Ｓ５０のＮｏ）は、鍛造品（成形品）の厚さ精度に問題が有る（厚さ精度ＮＧの可能性有）と判定して、再びＳ３０に戻る。

このようにして、連続的に型打ちを行いながら、密着確認手段１４により密着の有無を確認しつつ、最適な荷重となるように所定量増減したシャットハイトに設定するべく制御することにより、簡易に鍛造品の厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる。すなわち、確実に全てのダイキスプレート９・９・９の各当接面２０、２１を密着させて、狙いの厚さ精度を確保にするとともに、シャットハイトの下げすぎにより型打ち時の荷重が上がりすぎることを防止できる。
つまり、図４に示す制御ルーチンを鍛造品の厚さ制御装置１０に適用することにより自動的に、厚さ精度確保の前提となるダイキスプレートの密着のために必要な、最小荷重に収束させることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る鍛造プレス１における鍛造品の厚さ制御装置１０は、
金型４の上下型７、８近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下当接プレートである上下ダイキスプレート９ａ、９ｂを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレス１において、
前記上下ダイキスプレート９ａ、９ｂが設けられるダイセット２と、
前記鍛造プレス１に設けられたシャットハイトを調整するシャットハイト調整機構であるシャットハイトアジャスター１５と、
前記型打ち時において前記上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの密着の有無を確認する密着確認手段１４と、
前記密着確認手段１４による前記密着の有無の確認結果をもとに前記シャットハイトアジャスター１５を制御し、所定量増減したシャットハイトに設定するシャットハイト制御手段１８と、
を備えることにより、簡易に鍛造品の厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる。すなわち、確実にダイキスプレート９の当接面（ダイキス面）２０、２１を密着させて、狙いの厚さ精度を確保にするとともに、シャットハイト下げすぎにより型打ち時の荷重が上がりすぎることを防止できる。

また、本実施形態に係る鍛造プレス１における鍛造品の厚さ制御方法は、
金型４の上下型７、８近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下ダイキスプレート９ａ、９ｂを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレス１において、
前記型打ち時において前記上下ダイキスプレート９ａ、９ｂの密着の有無を確認し、当該密着の有無の確認結果をもとに所定量増減したシャットハイトを設定することにより、簡易に鍛造品の厚さ精度を保ちつつ、必要最低限の荷重で成形できる。すなわち、確実にダイキスプレート９の当接面（ダイキス面）２０、２１を接触させて、狙いの厚さ精度を確保にするとともに、シャットハイト下げすぎにより型打ち時の荷重が上がりすぎることを防止できる。

１ 鍛造プレス
２ ダイセット
４ 金型
７ 上型
８ 下型
９ ダイキスプレート（当接プレート）
９ａ 上ダイキスプレート
９ｂ 下ダイキスプレート
１４ 密着確認手段
１５ シャットハイトアジャスター
１８ シャットハイト制御手段

Claims (2)

1. 金型の上下型近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下当接プレートを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレスにおいて、
   前記上下当接プレートが設けられるダイセットと、
   前記鍛造プレスに設けられたシャットハイトを調整するシャットハイト調整機構と、
   前記型打ち時において前記当接プレートの密着の有無を確認する密着確認手段と、
   前記密着確認手段による前記密着の有無の確認結果をもとに前記シャットハイト調整機構を制御し、所定量増減したシャットハイトに設定するシャットハイト制御手段と、
   を備えることを特徴とする鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御装置。
2. 金型の上下型近傍にそれぞれ設けられ、互いに対向配置された上下当接プレートを型打ち時に密着させることで鍛造品の厚さ精度を制御する鍛造プレスにおいて、
   前記型打ち時において前記当接プレートの密着の有無を確認し、当該密着の有無の確認結果をもとに所定量増減したシャットハイトに設定することを特徴とする鍛造プレスにおける鍛造品の厚さ制御方法。