JP2011083794A

JP2011083794A - プレス装置を用いた加工方法

Info

Publication number: JP2011083794A
Application number: JP2009238325A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Akita; 裕之秋田; Daisuke Tsukasaki; 大輔司城; Takahiro Tanaka; 崇裕田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-04-28

Abstract

【課題】直列配置型のプレス装置において作業の手間を削減でき、部品の加工精度がよくコストの安価な加工方法を提供する。
【解決手段】この発明に係るプレス装置を用いた加工方法は、上型と下型と、前記上型と前記下型との間に設置された案内軸を含む金型ユニットを複数備えた、直列配置型のプレス装置として、複数の金型ユニットで同時に複数の材料を加工する第一工程と、第一工程後に一方の端の金型ユニットで加工された材料を排出する第二工程と、第二工程後に前記一方の方向に、排出した金型以外のすべての金型の材料を、隣接する金型に移載する第三工程と、第三工程後に前記一方と反対側の端の金型ユニットに材料を供給する第四工程と、を備え、第一工程から前記第四工程までの一連の工程を繰り返す。
【選択図】図１

Description

この発明は、プレスを用いた金属材料の塑性加工方法に関するものである。

所定の大きさの金属材料の素材を用い、複数回の塑性加工を経て製品に必要な部品形状を製作する工法としてはトランスファープレスによる工法が知られている。複数の加工に必要な金型形状を一つの金型に水平に一方向に均等に離間して並べて配置し、上型と下型を連続で開閉し加工する工程の中で、型開きした時に材料を一方向に順次移載することで金型から排出された時にすべての工程を経て製品に必要な部品形状に加工が完了する。複数の金型形状を水平に配置することで金型を一体に構成することができ、金型全体としての剛性が高くなる効果がある。また、金型段取りの際に取り扱う金型が1対のみなので交換作業、位置決め作業の手間が少なく、複数の材料が１つの平面上で等しい距離だけ移載されるので自動化が容易であることも特長である。

一方、トランスファープレスに比べて装置を小型化するために、複数の金型を型開きの方向に直列に配置した構成が示されている。（例えば特許文献１）。駆動力を金型間で順次伝えるよう金型、案内軸および駆動装置が構成されている。トランスファープレスでは、並列配置された複数の金型に必要な推力の総和より大きな推力が駆動源に必要となるが、直列配置された特許文献１の構成で駆動源に要求される推力は、複数の金型の中で必要とする推力の最大値となり、トランスファープレスと比べて推力を大幅に低減できる。したがって、特許文献１によれば、直列配置にしたことと、駆動源に必要な推力を小さくできたことで装置が小型化し、安価で設置面積の小さい加工装置が得られるという効果がある。

特開２０００−１５４９６号公報

このようなプレス装置にあっては、トランスファープレスに比較して、金型が小型化するため剛性が低い。また、複数の金型を案内する案内軸が上型と下型の位置決めを兼ねているため、加工力が作用する位置と案内までの距離が離間し加工力による装置の弾性変形が大きくなり上型と下型の位置ずれにより材料の加工精度悪化、型開きでの材料の食いつきなどの不具合を生じるという問題がある。板金加工や穴あけ加工のように必要推力が比較的小さい加工に比べ、冷間鍛造のように必要推力が大きく、型開き方向に垂直方向への分力も大きい加工においてはその影響が顕著となる。

さらに、それぞれの金型の上型と下型とは、案内軸に取り付けられた複数の従動ダイプレートに対して、対向する異なる従動ダイプレートに固定されているため、位置決め調整が困難であり金型の加工精度を損なう問題がある。直列配置型のプレス装置はトランスファープレスと比較して金型の数が増加するため段取りでの交換作業、位置決め作業の手間が増える問題があった。異なる従動ダイプレートに金型の上型と下型が固定されている構成では、金型の段取りの際には複数の金型全体を型閉めしつつ位置調整をする必要があり、さらに交換作業、位置決め作業の手間が増えるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、直列配置型のプレス装置において金型の剛性を高め、それぞれの上型と下型の対の位置決め精度を向上でき、金型段取りにおける作業の手間を削減できることで、部品の加工精度がよくコストの安価な加工方法を提供することを目的としている。

この発明に係るプレス装置を用いた加工方法は、
上型と下型と、前記上型と前記下型との間に設置された案内軸を含む金型ユニットを複数備え、
前記複数の金型ユニットを型開き方向と同方向に配列し、
それぞれの金型ユニットの下型を固定する移動プレートを複数備え、
前記型開き方向に前記移動プレートを移動させるとともに加圧する駆動装置を備えたプレス装置を用いて、
前記複数の金型ユニットで同時に複数の材料を加工する第一工程と、
前記第一工程後に一方の端の金型ユニットで加工された材料を排出する第二工程と、
前記第二工程後に前記一方の方向に、排出した金型以外のすべての金型の材料を、隣接する金型に移載する第三工程と、
前記第三工程後に前記一方と反対側の端の金型ユニットに材料を供給する第四工程と、を備え、
前記第一工程から前記第四工程までの一連の工程を繰り返すことを特徴とする。

この発明によれば、複数の金型ユニットは各々独立して上型と下型が案内されているので、位置精度が良い。また、加工力が作用する位置と案内の距離が短く剛性が高く、さらに上型と下型の軸に垂直方向の作用力が案内軸により伝達するので冷間鍛造のように型開き方向に垂直方向への荷重が大きい加工においても型内で力が相殺され装置の弾性変形を小さく抑制することができる。金型の段取り代えについては、上型と下型を取り付けた状態で外段取りした後、装置に取り付けることができるので装置に搭載してから位置決め調整する必要がなく、位置決め精度がよく、作業時間も短縮することが可能である。以上により部品の加工精度を高め加工コストを安価にできる、といった従来にない顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法を説明する概略図である。本発明の実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法で使用する金型ユニットの構造を説明する概略図である。本発明の実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法におけるプレス加工時の状態を示す概略図である。本発明の実施の形態２のプレス装置を用いた加工方法を示す概略図である。

＜実施の形態１．＞
図１は、本実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法を説明する概略図である。また、図２は本実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法で使用する金型を説明する概略図である。なお本実施の形態１で金型は３対を用いて３工程の加工を行う例を示すが、金型は３対に限らず複数の対であればよい。

各工程で用いる金型は図２に示すように上型１、下型２、両者を位置決め相対移動させる案内軸３、および型を開く方向に付勢されたバネ４を構成要素として備える。これら１対の組み合わせにより金型ユニット５が構成される。

案内軸３は上型１、下型２の対向する面間にあって、その一端は上型１、下型２のいずれか一方に固定され、他端の先端は他方の金型の穴に挿入されている。その他方の金型の穴は他端の先端が挿入された位置よりも深い穴であって、プレス動作の際に案内軸３の他端がその穴内に深く入り込む構造となっている。これにより、上型１、下型２は平行を保ったまま、型開き方向にそれらの面間距離が伸縮可能となっている。ここでは型開き方向は案内軸３の軸方向となっている。また案内軸３は互いに平行な複数本を備えられて、上型１、下型２間の位置精度を高められ、プレス時の横方向へのずれを抑制される。

図１では、３工程の金型ユニットである第一、第二および第三金型ユニット５ａ、５ｂ、５ｃの下型２は、ユニットごとに対応する第一、第二および第三金移動プレート６ａ、６ｂ、６ｃにネジなどで固定されている。移動プレート６は金型ユニット５を設置する面が金型ユニット５よりも大きく、各金型ユニット５はその面のほぼ中央付近に固定される。移動プレート６ａ、６ｂ、６ｃは互いに平行とされて、案内軸３の軸方向、つまり型開き方向に直列に積み重なって配置される。

第一、第二および第三移動プレート６ａ、６ｂ、６ｃは金型ユニット５を設置した領域の外側の周辺部に貫通穴が設けられており、この貫通穴にプレート案内軸７が差し込まれている。その貫通穴の内径はプレート案内軸７の外径よりも極わずか大きく、各移動プレート６は互いに平行を保ったままスライド可能となっている。つまり、移動プレート６は、金型の型開き方向に移動可能にプレート案内軸７に保持されている。なお貫通穴はスライド時の動きが滑らかとなるようにボールベアリングなどの機構を備えていてもよい。

また、移動プレート６を連通するプレート案内軸７は金型ユニット５の案内軸３と平行な複数本が備えられている。複数の案内軸７の両端はそれぞれ固定プレート８によって相互に固定される。これにより、両端の固定プレート８と複数本のプレート案内軸７とは剛性の高い一種のフレーム構造となり、各移動プレート６間の位置精度が高められ、プレス時の横方向へのずれを抑制される。

一方の固定プレート８の移動プレート６と反対側にはプレス駆動機構が設置される。プレス駆動機構は駆動装置９や駆動軸１０で構成される。駆動軸１０はその一端が一方の固定プレート８に最も近い側にある端の移動プレート６ｃに取り付けられている。なお、プレス時に移動プレート６ｃが駆動軸１０によって移動されるようになっていれば、プレス時以外は駆動軸１０と移動プレート６ｃとの間に隙間を有するようにされていてもよい。駆動軸１０の他端は駆動装置９に取り付けられ、駆動軸１０は駆動装置９によってプレート案内軸７と平行な方向に駆動される。

プレスに用いる金型ユニット５は第一、第二および第三の移動プレート６ａ、６ｂ、６ｃ、およびプレス駆動機構と反対側の他方の固定プレート８のプレート間に設置される。第一金型ユニット５ａは他方の固定プレート８と第一移動プレート６ａとの間、第二金型ユニット５ｂは第一移動プレート６ａと第二移動プレート６ｂとの間、第三金型ユニット５ｃは第二移動プレート６ｂと第三移動プレート６ｃとの間にある。

プレート案内軸７を鉛直に設置して、各プレートが水平を保持したまま互いに上下に移動可能としてもよい。その場合、金型ユニット５の高さをほぼ同一であれば、金型ユニット５が設置されるプレート間の高さをほぼ同じとするとよい。また、たとえばプレート案内軸７に各移動プレート６が所定の位置よりも下がらないようにストッパーを備えてもよい。金型ユニット５の高さ等に応じてプレート間の間隔をストッパーの位置により調節可能としてもよい。

上で述べたように金型ユニット５の下型は移動プレート６に固定されるが、上型の上面は移動プレート６に固定されていない。上型の上面はすぐ上のプレートに当接するようにされている。また、プレス時に上型の上面はすぐ上のプレートに当接すればよいので、プレス動作時以外の金型ユニットの交換時などは上型の上面とすぐ上のプレートとの間にわずかな隙間を有するようにしてもよい。上型の上面が固定されていないので金型ユニット５の下型２と移動プレート６とのネジなどの固定を外すことによって、プレート間の隙間からユニットごと一体に脱着が可能で交換作業が容易である。その場合、プレート間の間隔は金型ユニット５の高さ（上型１の上面と下型２の下面の間隔）よりも大きい間隔として、上型の上面とすぐ上のプレートとの間に隙間を有するようにするとよい。

次にプレス装置の動作について説明する。図３は本実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法におけるプレス加工時の状態を示す概略図である。駆動装置９の操作により駆動軸１０が伸長し第三移動プレート６ｃが型開き方向に移動し第三金型ユニット５ｃが閉じる。第三金型ユニット５ｃが閉じると上型にはバネによる力と材料を介して下型からの力がかかる。上型にかかる力が第二移動プレート６ｂに伝達し第二金型ユニット５ｂが閉じる。同様に第二金型ユニット５ｂの上型にかかる力が第一移動プレート６ａに伝達し第一金型ユニット５ａが閉じる。全体の金型が閉じた後、さらに駆動軸１０からの力がそれぞれの金型に伝達し、材料に塑性加工が施される。図３は全ての金型が閉じきった状態を示す。次に駆動装置の操作により駆動軸が後退すると、金型ユニット５内のバネ４の反発力や重力によってそれぞれの金型が開かれ初期位置に戻る。金型が初期位置に戻った状態で最終工程である第一金型ユニット５ａから加工された部品を排出し、次に第二金型ユニット５ｂの材料を第一金型ユニット５ａへ、第三金型ユニット５ｃの材料を第二金型ユニット５ｂへ順次移載し、第三金型ユニット５ｃに新規の材料を供給する。各金型ユニットの材料が準備できた段階で、次の加工が可能となる。これら一連の工程を順次繰り返すことで複数工程の塑性加工が連続して実施される。なお、材料の移載は同時に実施することも可能である。

以上のように本実施の形態１のプレス装置を用いた加工方法は、上型と下型と、前記上型と前記下型との間に設置された案内軸を含む金型ユニットを複数備え、前記複数の金型ユニットを型開き方向と同方向に配列し、それぞれの金型ユニットの下型を固定する移動プレートを複数備え、前記型開き方向に移動プレートを移動させるとともに加圧する駆動装置を備えたプレス装置を用いる。そして、前記複数の金型ユニットで同時に複数の材料を加工する第一工程と、前記第一工程後に一方の端の金型ユニットで加工された材料を排出する第二工程と、前記第二工程後に前記一方の方向に、排出した金型以外のすべての金型の材料を、隣接する金型に移載する第三工程と、前記第三工程後に前記一方と反対側の端の金型ユニットに材料を供給する第四工程と、を備え、前記第一工程から前記第四工程までの一連の工程を繰り返すことを特徴とする。なお、第一工程には駆動装置により金型を型締めして材料を加工する工程と、駆動装置により金型を型開きする工程を含んでいる。

本実施例によれば、複数の金型ユニット５は各々独立して上型１と下型２とが案内軸３により案内されているので、位置精度が良い。また、加工力が作用する位置と案内軸３との距離が短く剛性が高い。さらに上型１と下型２とに働く加工の横荷重が案内軸３により伝達するので冷間鍛造のように荷重が大きい加工においても型内で横荷重が相殺され、装置自体に伝わらないので装置の弾性変形を小さく抑制することができる。金型の段取り代えについては、上型１と下型２とを取り付けた状態で外段取りした後、装置に取り付けることができるので装置に搭載してから位置決め調整する必要がなく、位置決め精度がよく、作業時間も短縮することが可能である。以上により部品の加工精度を高め加工コストを安価にできる。

また、金型ユニットは一体の状態で前記プレス装置に取り付けされるので、位置精度が良い上に、交換などの脱着が容易である。

＜実施の形態２．＞
図４は、本実施の形態２のプレス装置を用いた加工方法を示す概略図であって、実施の形態１で示したプレス装置に加えて材料を搬送する把持装置を備えた形態を示している。把持装置２１は各工程ごとの材料を把持するハンド部２２、ハンド部を移動する駆動部２３から構成される。図３に示す駆動部２３にはサーボモータやエアシリンダなどが用いられる。実施の形態１で示す工程の材料の移載において、把持装置２１を用いて材料の排出、移載、供給を同時に実施する。

特に、複数の各金型ユニット５内にセットされる材料の位置は、高さ方向に均等な間隔で平行移動した位置とされることが望ましい。高さ方向に均等な間隔を有する複数のハンド部２２を備えた把持装置２１を用いることにより、複数のハンド部２２は個別に位置調整することなく、一括して複数の材料を把持して隣接する金型ユニット５内に平行移動させることができる。

このような構成によれば，材料の移載を自動化することで工程に必要な時間を短縮でき時間当たりの生産量を向上することができる。また作業者を不要とすることができ製造コストを低減することができる。さらに，把持装置２１による自動移載においては把持される材料の位置精度の高さが必要となるが、特に冷鍛加工のように材料の外面を変形させる加工の場合は、材料が金型に接する面積の割合が高く、把持に活用できる面積が少ない場合が多い。わずかな面積で自動で把持するためには位置ずれを極力抑える必要がある。実施の形態１で示したように金型ユニットに案内軸３を搭載しているために部品の加工精度がよいので把持装置による自動化に向いている。

１上型、２下型、３案内軸、４バネ、５、金型ユニット、５ａ第一金型ユニット、５ｂ第二金型ユニット、５ａ第三金型ユニット、６移動プレート、６ａ第一移動プレート、６ｂ第二移動プレート、６ｃ第三移動プレート、７プレート案内軸、８固定プレート、９駆動装置、１０駆動軸、１１材料、２１把持装置、２２ハンド部、２３駆動部。

Claims

上型と下型と、前記上型と前記下型との間に設置された案内軸を含む金型ユニットを複数備え、
前記複数の金型ユニットを型開き方向と同方向に配列し、
それぞれの金型ユニットの下型を固定する移動プレートを複数備え、
前記型開き方向に前記移動プレートを移動させるとともに加圧する駆動装置を備えたプレス装置を用いて、
前記複数の金型ユニットで同時に複数の材料を加工する第一工程と、
前記第一工程後に一方の端の金型ユニットで加工された材料を排出する第二工程と、
前記第二工程後に前記一方の方向に、排出した金型以外のすべての金型の材料を、隣接する金型に移載する第三工程と、
前記第三工程後に前記一方と反対側の端の金型ユニットに材料を供給する第四工程と、を備え、
前記第一工程から前記第四工程までの一連の工程を繰り返すことを特徴とする、プレス装置を用いた加工方法。
金型からの材料の排出と、金型間の材料の移載と、金型への材料の供給をそれぞれの金型に一対に対応した把持装置により行うことを特徴とした請求項１に記載のプレス装置を用いた加工方法。
金型ユニットは一体の状態で前記プレス装置に取り付けされることを特徴とする請求項１に記載のプレス装置を用いた加工方法。