JP2010253484A - 複数工程用プレス機およびプレス加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加工時間が長い加工工程を含む多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス機およびそのプレス機を使用した加工方法を提供する。
【解決手段】帯状材料に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機であって、少なくともその一つの工程において、帯状材料が停止した状態で、パンチが帯状材料に向かって進行し帯状材料に当接して帯状材料に第１段階の加工を実行した後、パンチの進行が反転してパンチが帯状材料に対して離れるように後退して、さらにパンチの進行が再度反転してパンチが帯状材料に向かって再度進行し帯状材料の第１段階の加工箇所に当接して帯状材料に第２段階の加工を実行することを可能にするように、カムのプロフィールが形成されていることを特徴とする複数工程用プレス機。
【選択図】図７

Description

本発明は、帯状材料に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機およびプレス加工方法に関する。

近年、プレス加工の自動化、高能率化が進み、１台の装置によって複数の成形加工を同時進行する複数工程用プレス機が普及している。この型式のプレスは、ベッド上へ複数の下金型を並べ、他方で、クランク軸の回転によって昇降するスライドへそれぞれ成形順の上金型を吊支し、ワークを搬送する搬送装置と組み合わせて自動化したプレス成形加工が行なわれる。すなわち、ワークを第一工程の金型間に挟んで押圧し、一つの成形が完了すれば搬送装置の作動によって、そのワークを水平に移動して隣接する次の金型へ移送し、再び次の押圧を受けるという手順を繰り返して、複数の工程を通じて１台のプレス機を稼動して大きな加工比の成形を一貫して実施するので、作業能率が高く生産性のよい加工が実現する。

しかしながら、旧来の複数工程用プレス機においては、１本のクランク軸の回転にリンクして偏心部に嵌合したコネクティングロッドが同時に昇降し、その下部に吊支したスライドが同時に昇降していくつかの並んだワークを一斉に押圧する。このため、この際にプレス機に加わる荷重は、複数の金型内で生じる加工荷重すべてを加算したものとなる。１台のプレス機に３種類の金型が並び、３工程の押圧成形が同時に進行するとして、第一工程に生じる負荷がＫ１、第二工程に生じる負荷がＫ２、第三工程に生じる負荷がＫ３とすれば、これらの押圧成形が同時に進行するからプレス機全体で発生する負荷の総量は個々の負荷の合計であり、Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３＝ＫＴとなる。当然加工の工程数が増加すれば、そして一工程当りの成形比が大きいほどその総和は大きな数値となり、巨大化した荷重に耐えるためには、プレス機の剛性もまた、きわめて強力なものが必要となる。結局、プレス機は巨大化し、据え付け面積も広く要し、その他の付帯設備も大規模な内容とならざるを得ない。近年のプレス機による成形品の内容は一般にますます多岐に亘る傾向にあり、１台の機械で成形する製品も千差万別の様相を呈している。このため、巨大化したプレス機では、一般的に過大な能力により汎用性の損なわれる状態が頻発する。とくに製造個数が少なくてしかも軽負荷で成形できるプレス品を、あまりに巨大化した設備で生産すれば、ロスが大き過ぎてエネルギー原単位が上昇し生産性は低く、製造原価のうえに大きな悪影響が及ぶ懸念が高い。このような場合には、別に軽負荷用のプレス機を並列的に具えなければならなくなる。

このような問題を解決したプレス機、すなわち多工程であるにも拘らず比較的小規模で経済的な構造で足りるプレス機が、特許文献１〜３に開示されている。例えば特許文献２で開示されている技術は、次の通りである。すなわち、１台のプレス機に３ケの金型があり、３工程を進行させる多工程プレス機であるとする。このプレス機は、クランク軸の偏心部が単一の偏心軸を持つのではなくて、位相がずれている３つの偏心軸を具えている。このため、第一の工程が行なわれている瞬間には、第二、第三の工程は実施されていない。このときのプレス機全体にかかる負荷は第一工程の負荷Ｋ１だけである。第一の工程が完了して所定角度だけクランク軸が回転してから第二の工程が実施され、この瞬間にプレス機全体へかかる負荷は第二工程の負荷Ｋ２だけである。第二工程が完了してクランク軸が更なる所定角度だけ回転したときに第三工程が始まり負荷Ｋ３が発生する。このようにそれぞれのプレス成形が時間的なずれを伴って連続的に進行するから、プレス機全体にかかる負荷の最大値は、個別の負荷の最大であるＫ３を想定しておけば足りることとなる。

しかしながら、上述のような３工程では加工が終了せず、例えば６工程を必要とするような、非常に多種類の加工工程を一つのプレス機（すなわち一つのカムシャフト）で実行する場合において、曲げ加工または絞り加工のように加工時間が他の種類の加工工程（例えば小さな穴の打ち抜き加工）に比し長い時間を必要とする加工工程が含まれるとき、カム位相（３６０°）への各工程の割り付けが困難になることがある。

特開平８−２０６８８３号公報 特開平６−２９７１９５号公報 特開平９−３１４３９６号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工時間が長い加工工程を含む多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス機およびそのプレス機を使用した加工方法を提供することである。

本発明の第１形態によれば、複数工程用プレス機（１００）は、
帯状材料（Ｗ）に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機（１００）であって、
駆動源（Ｍ）と、該駆動源（Ｍ）により駆動され複数の独立したカムを有するカムシャフト（１）と、前記カムと接続するパンチ（２）とダイ（３）で１組となる金型であって複数の金型と、該金型を支持する架台（５）と、を備え、
前記複数の金型は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って配列され、
各カムが各パンチ（２）および各ダイ（３）と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各カムは各工程に適したプロフィールに形成されており、
帯状材料（Ｗ）は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチ毎に移動させられて、各工程における各パンチ（２）と各ダイ（３）の協働プレス作業が、相互に時間間隔を置いて、順次実行され、
少なくともその一つの工程において、前記帯状材料（Ｗ）が停止した状態で、前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第１段階の加工を実行した後、前記パンチ（２）の進行が反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に対して離れるように後退して、さらに前記パンチ（２）の進行が再度反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって再度進行し前記帯状材料（Ｗ）の第１段階の加工箇所（Ｗ１）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第２段階の加工を実行することを可能にするように、前記カムのプロフィールが形成されていることを特徴とする。

加工時間が長い加工工程において、プレス加工を１つの段階で行うのではなく、２つの段階で行うことにより、その加工時間（カム角）を半減させることが可能となる。これにより、カム角位相（３６０°）への各工程の割り付けに自由度が確保され、加工時間が長い加工工程を含む多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス機を提供することが可能となる。

本発明の第２形態によれば、複数工程用プレス機（１００）は、前記帯状材料（Ｗ）を熱交換器用部品に加工することを特徴とする。
加工品の具体的態様を明示したものである。

本発明の第３形態によれば、複数工程用プレス機（１００）を使用して帯状材料（Ｗ）を加工する方法は、
帯状材料（Ｗ）が停止した状態において、
前記パンチが前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第１段階の加工を実行するステップと、
前記パンチ（２）の進行が反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に対して離れるように後退するステップと、
前記パンチ（２）の進行が再度反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって再度進行するステップと、
前記帯状材料（Ｗ）の第１段階の加工箇所（Ｗ１）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第２段階の加工を実行するステップと、
を備えることを特徴とする。

加工時間が長い加工工程において、プレス加工を１つの段階で行うのではなく、２つの段階で行うことにより、その加工時間（カム角）を半減させることが可能となる。これにより、カム角位相（３６０°）への各工程の割り付けに自由度が確保され、加工時間が長い加工工程を含む多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能な加工方法を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図１から図８において、同一機能を有する部材または手段には同一符号または番号を付してその説明を省略する。

プレス機の模式的断面図である。 帯状材料の連続プレス加工の模式図である。 プレス加工した熱交換器用部品である。 本発明のカムの位相線図である。 従来のパンチの作動説明図である。 （ａ）従来のパンチの行程線図（カムリフト線図）である。（ｂ）従来のパンチによるプレス荷重線図である。 本発明のパンチの作動説明図である。 （ａ）本発明のパンチの行程線図（カムリフト線図）である。（ｂ）本発明のパンチによるプレス荷重線図である。

本発明に係る複数工程用プレス機１００を模式的に図１に示す。プレス機１００は、サーボモーターＭと、サーボモーターＭに接続してサーボモーターＭにより駆動されるカムシャフト１と、６台の連続したプレス加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０を備える。なお、プレス加工ユニット４０、５０、６０は、紙面に制限があるため図示を省略している。

加工ユニット１０には、カム１ａと接続するスライダ４ａと、スライダ４ａによる押圧力を受けるパンチ（上金型）２ａと、パンチと１組となるダイ（下金型）３ａと、ダイ３ａを支持する架台５とを備える。スライダ４ａは、シリンダ（図示せず）内に摺動自在に配置されており、リターンスプリング（図示せず）によりカム側（上方向）に付勢されており、常にカムプロフィール面と当接している。他の加工ユニット２０、３０、４０、５０、６０も加工ユニット１０と同様な構造となっている。それゆえ、複数の金型（各パンチおよび各ダイ）は、カムシャフトの軸方向に沿って配列されている。

プレス加工を受けるワークＷは、幅が例えば６０ｍｍの帯状材料でその原材料がコイルＣの状態となっている。ワークＷは、コイルＣから搬送ローラー６を介して搬送され、各加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０の各パンチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆと各ダイ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆとの間を間欠的にプレス加工されながら通過する。ワークＷは、各工程における各プレス加工が完了する毎に、一定ピッチ送り（例えば３０ｍｍ）でカムシャフト１の軸方向に沿って間欠的に搬送される。

図２に帯状材料Ｗの連続プレス加工の模式図を示す。帯状材料Ｗは１．２ｍｍの板厚のアルミ材である。図２を参照しながら、６つの工程について簡単に説明する。第１工程は、帯状材料Ｗに対して、トリミング、コーナー部加工、ストレート絞り、リブ成形を実行する。第２工程は、コーナー部整形、トリミング、コーナー部バリつぶしを実行する。第３工程は、ストレート部整形、ノッチング、バーリング、パイロットバーリング、パイロット部つぶしを実行する。第３工程は、６つの工程の中で最も加工時間が長い。第４工程は、サイドトリミング、サイド部バリつぶしを実行する。第５工程は、サイド部曲げを実行する。第６工程は、コーナー部絞り、インサート部曲げ、切断を実行する。

このような６つの工程を経て、熱交換器用部品の加工がなされる。加工が完了した熱交換器用部品９０を図３に示す。図３において、（ａ）は熱交換器用部品の側面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から視た底面図であり、（ｃ）は（ｂ）をＹ方向から視た端面図である。なお、９０ａは冷却水がその内部を流れるチューブが挿入される貫通穴である。

図１に戻って、１本のカムシャフト１は、６個のカム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを備えており、６台のプレス加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０を貫通して設置されている。各カムは、その形状（カムプロフィール）が互いに相違しており、そのプレス加工を実行するための最大リフトＬmax を備える位相角Ａ_０も互いにずれている。

カムシャフト１は例えば６０ｒｐｍで回転する。カムシャフト１が回転すると、最初にスライド４ａが下死点に達してパンチ２ａとダイ３ａ間でワークＷを押圧して成形する。さらにカムシャフト１が回転するとスライド４ｂが下死点に達してワークを成形する。このようにクランク軸の回転とともに次々と別個にスライドが下死点に到達して次々と成形を実施していくが、各プレス成形加工が時間的に重なることがなく、一定の時間間隔をおいて個別に実行される。すべての工程において発生する負荷（プレス荷重Ｐ）が同一であるとすれば、鍛造プレス全体に生じる負荷は従来技術に比べて単純に言えば１／６に留まることになる。

各カムは、その形状（カムプロフィール）が互いに相違しており、そのプレス加工を実行するための最大リフトを備える位相角も互いにずれている。ここで、カム１ａ、１ｂ、１ｄ、１ｅ、１ｆは通常の１段階プレス加工が実行可能なカムプロフィール（図５参照）を備えており、カム１ｃは、本発明の２段階プレス加工を実行可能なカムプロフィール（図７参照）を備えている。図４にカムの位相線図を表す。図４において、ａ、ｂ、ｄ、ｅ、ｆは、各カム１ａ、１ｂ、１ｄ、１ｅ、１ｆの最大リフトＬmax の位相角位置Ａ_０を表しており、ｃ１、ｃ２は各々、カム１ｃの第１最大リフトＬmax１および第２最大リフトＬmax２の位相角位置を表している（図８参照）。各カム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆが、各パンチ２および各ダイ３と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各カムは各工程に適したプロフィールに形成されている。

図５は従来のパンチの作動説明図であり、図６（ａ）は従来のパンチの行程線図（カムリフト線図）であり、図６（ｂ）は従来のパンチによるプレス荷重線図である。このような作動は、通常の１段階プレス加工としての作動であり、各カム１ａ、１ｂ、１ｄ、１ｅ、１ｆおよびこれらと接続するパンチにより行われる。図５において、Ａは基準角度Ａs を始点としたカム角であり、Ｌはカムリフトである。図５のパンチは、図６（ａ）のカムリフトに表される行程を移動する。図６（ｂ）において、Ｐはワークが受けるプレス荷重を表しており、Ａ_０は最大リフトの位相角位置を表している。

一方、図７は本発明のパンチの作動説明図であり、図８（ａ）は本発明のパンチの行程線図（カムリフト線図）であり、図８（ｂ）は本発明のパンチによるプレス荷重線図である。図７、８を参照しながら、本発明のパンチの作動を説明する。本発明のパンチ２ｃは、第３工程の加工を実行するプレス加工ユニット３０が備える部材であり、第３カム１ｃと接続されている。第３工程は、６つの工程の中で最も加工時間が長いため、プレス加工を２段階に分けることによるメリットが大きい。

プレス加工が行われているときは、帯状材料Ｗは停止している。図４において、カム角１１５°から２４５°まで（Ｚ）は帯状材料Ｗが停止状態となっている。まず、図７（ａ）に示すように、パンチ２ｃが帯状材料Ｗに向かって進行し帯状材料Ｗに当接して帯状材料Ｗに第１段階の加工を実行する（カム角Ａ１〜Ａ３）。次に、図７（ｂ）に示すように、パンチ２ｃの進行が反転してパンチ２ｃが帯状材料Ｗに対して離れるように後退する（カム角Ａ３〜Ａ４）。そして、図７（ｃ）に示すように、パンチ２ｃの進行が再度反転してパンチ２ｃが帯状材料Ｗに向かって再度進行し帯状材料Ｗの第１段階の加工箇所Ｗ１に当接して帯状材料Ｗに第２段階の加工を実行する（カム角Ａ５〜Ａ７）。その後、パンチ２ｃの進行が再度反転してパンチ２ｃが帯状材料Ｗに対して離れるように後退する（カム角Ａ７〜Ａ８）。以上のようなパンチ２ｃの作動を可能にするように、カム１ｃのプロフィールＰ１ｃが形成されている。

そして、第３パンチ２ｃのプレス加工が一時停止している時間帯に、第４パンチ２ｄが第４工程のプレス加工を実行することとなる。

図８（ａ）に示すように、カム角Ａ３において、パンチ２ｃを帯状材料Ｗに対して離れるように後退させる理由は次の通りである。すなわち、帯状材料Ｗは弾性材料のアルミであるため、プレス加工直後に元に戻ろうとする性質がある。このため、加工の一時中止時においてパンチを帯状材料Ｗから離脱させないときには、パンチが帯状材料Ｗに固着する「食いつき」状態となる可能性が発生するからである。

なお、第１段階の最大プレス荷重と第２段階の最大プレス荷重は、ほぼ同等である。そして、第１段階の最大プレス荷重または第２段階の最大プレス荷重は、通常の１段階プレス加工の最大プレス荷重とほぼ同等である。

以上のように、加工時間が長い加工工程を含む多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス機およびそのプレス機を使用した加工方法を提供することが可能となる。

１００ 本発明のプレス機
１ カムシャフト
２ パンチ
３ ダイ
４ スライダ
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 帯状材料（Ｗ）に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機（１００）であって、
   駆動源（Ｍ）と、該駆動源（Ｍ）により駆動され複数の独立したカムを有するカムシャフト（１）と、前記カムと接続するパンチ（２）とダイ（３）で１組となる金型であって複数の金型と、該金型を支持する架台（５）と、を備え、
   前記複数の金型は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って配列され、
   各カムが各パンチ（２）および各ダイ（３）と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各カムは各工程に適したプロフィールに形成されており、
   帯状材料（Ｗ）は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチ毎に移動させられて、各工程における各パンチ（２）と各ダイ（３）の協働プレス作業が、相互に時間間隔を置いて、順次実行され、
   少なくともその一つの工程において、前記帯状材料（Ｗ）が停止した状態で、前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第１段階の加工を実行した後、前記パンチ（２）の進行が反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に対して離れるように後退して、さらに前記パンチ（２）の進行が再度反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって再度進行し前記帯状材料（Ｗ）の第１段階の加工箇所（Ｗ１）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第２段階の加工を実行することを可能にするように、前記カムのプロフィールが形成されていることを特徴とする複数工程用プレス機（１００）。
2. 前記帯状材料（Ｗ）を熱交換器用部品に加工することを特徴とする請求項１に記載の複数工程用プレス機（１００）。
3. 請求項１または２に記載の複数工程用プレス機（１００）を使用して帯状材料（Ｗ）を加工する方法であって、
   帯状材料（Ｗ）が停止した状態において、
   前記パンチが前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第１段階の加工を実行するステップと、
   前記パンチ（２）の進行が反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に対して離れるように後退するステップと、
   前記パンチ（２）の進行が再度反転して前記パンチ（２）が前記帯状材料（Ｗ）に向かって再度進行するステップと、
   前記帯状材料（Ｗ）の第１段階の加工箇所（Ｗ１）に当接して前記帯状材料（Ｗ）に第２段階の加工を実行するステップと、
   を備えることを特徴とする帯状材料（Ｗ）を加工する方法。

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