JP2011224575A

JP2011224575A - 複動鍛造プレス

Info

Publication number: JP2011224575A
Application number: JP2010093728A
Authority: JP
Inventors: Hideji Nishihara; 秀司西原; Yutaka Ozaki; 豊尾崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Techno Fort Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Techno Fort Co Ltd
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】プレス全体の高さ寸法が低く、機械式プレスの高速かつ精度の良い運転が可能な複動鍛造プレスを提供する。
【解決手段】スライド７に加圧力を供給するメイン加圧装置と、パンチに加圧力を供給するサブ加圧装置８０，９０とを備え、スライド７に揺動部材６が揺動自在に嵌められ、揺動部材６にエキセン軸５の偏心部５ａが回転自在に嵌められている。コンロッドを使用する場合に比べてプレス１の高さ寸法を低くすることができる。スライド７やベッド３にサブ加圧装置８０，９０を取り付けてもプレス１全体の高さ寸法を低くすることができる。機械式プレスであるので高速かつ精度の良い運転が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は複動鍛造プレスに関する。さらに詳しくは、閉塞鍛造等に用いられる、複数の加圧装置を備えた複動鍛造プレスに関する。

閉塞鍛造は、上下金型とパンチを用い、上下金型を型締めして素材を型空間に閉じ込めた後、素材にパンチを押し込んで型空間を埋め尽くして成形する方法である。この閉塞鍛造には複動鍛造プレスが用いられ、複数の加圧装置で上下金型とパンチとを別々のタイミングで加圧するようになっている。

鍛造プレスとして、コンロッド式、ナックル式、リンク式等の機械式のものがある（特許文献１，２，３参照）。
図７および図８に示すように、一般的なコンロッドプレスは、エキセン軸101と、エキセン軸101の偏心部に回転自在に嵌め込まれたコンロッド102が用いられ、コンロッド102の下端にスライド103が揺動自在に取り付けられた構造を有している。このため、エキセン軸101を回転させるとコンロッド102が揺動し、スライド103を上下に昇降させることができる。

しかしながら、コンロッド102はある程度の長さを有しているので、コンロッド102の長さの分だけプレス全体の高さ寸法が高くなる。
コンロッドプレスを複動鍛造プレスにするには、スライド103やベッド104にパンチ用の加圧装置105，105を設置すればよいが、この場合、さらにプレス全体の高さ寸法が高くなってしまう。

コンロッドプレス等の機械式プレスはシンプルな回転運動と直線運動だけでスライド駆動ができるので、液圧式プレスに比べて高速かつ精度の良い運転ができる。しかし、上記のごとくプレス全体の高さ寸法が高くなってしまうことから、従来は、複動鍛造プレスには主に液圧プレスが用いられていた。

特開２０００−１４１０９１特開２０００−１４０９５２特開平２−２５２９３

本発明は上記事情に鑑み、プレス全体の高さ寸法が低く、機械式プレスの高速かつ精度の良い運転が可能な複動鍛造プレスを提供することを目的とする。

第１発明の複動鍛造プレスは、金型が取り付けられるスライドに加圧力を供給するメイン加圧装置と、パンチに加圧力を供給するサブ加圧装置とを備える複動鍛造プレスであって、前記メイン加圧装置は、前記スライドに、円弧状の上側摺動部と円弧状の下側摺動部が形成されている揺動部材が揺動自在に嵌められ、
前記揺動部材にエキセン軸の偏心部が回転自在に嵌められていることを特徴とする。
第２発明の複動鍛造プレスは、第１発明において、前記揺動部材と前記エキセン軸の偏心部との間に、両者に対して回転可能に配設された偏心部材と、該偏心部材を回転させる回転手段とからなるシャットハイト調整機構を備えていることを特徴とする。
第３発明の複動鍛造プレスは、第１または第２発明において、前記スライドとベッドのいずれか一方、または両方にサーボ制御で駆動するサブ加圧装置が取り付けられていることを特徴とする。

第１発明によれば、スライドの駆動にコンロッドを使用しないので、コンロッドを使用する場合に比べてプレスの高さ寸法を低くすることができる。そのため、スライドやベッドにサブ加圧装置を取り付けてもプレス全体の高さ寸法を低くすることができる。また、機械式プレスであるので高速かつ精度の良い運転が可能である。
第２発明によれば、偏心部材を回転させれば、偏心部材の中心は上下に移動し、偏心部材の回転に応じてスライドが上下に移動するから、シャットハイトを変化させることができる。また、揺動部材とエキセン軸の偏心部との間に偏心部材を配置しているだけであるから、プレス全体の高さ寸法を低くすることができる。
第３発明によれば、金型とパンチをそれぞれ個別にサーボ制御で駆動するので、金型やパンチを単独で動作させたり、同期させて動作させたりすることができ、自由なモーションが可能になる。また、サーボ制御で駆動するので、高速かつ精度の良い運転が可能である。

本発明の一実施形態に係る複動鍛造プレスの正面視断面図である。図１のII−II線矢視断面図である。スライド部分の説明図である。サブ加圧装置の説明図である。成形工程の説明図である。他の実施形態に係るスライド側サブ加圧装置の説明図である。従来例の複動鍛造プレスの正面視断面図である。図７のVIII−VIII線矢視断面図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１および図２において、プレス１は、フレーム２とベッド３と、それらを結ぶ４本のタイロッド４を有している。なお、プレス１は、フレーム２に代えてクラウンとアプライトを有するものでもよい。

まず、メイン加圧装置を説明する。
フレーム２には、エキセン軸５が取り付けられている。エキセン軸５は、その軸方向中央部に偏心部５ａが設けられている。そして、エキセン軸５は、その偏心部５ａを挟むように一対の同軸部５ｂ，５ｂが設けられており、この一対の同軸部５ｂ，５ｂがフレーム２に回転自在に支持されている。
このエキセン軸５の偏心部５ａには、一対の揺動部材６，６を介してスライド７が取り付けられている。

なお、エキセン軸５には、減速機等を介してサーボモータ等の駆動機構が連結されている。
また、スライド７はスライドガイドにより上下の昇降が案内されている。

図３に基づいて、スライド７部分の構成を説明する。一対の揺動部材６，６はそれぞれ同様の構成であるので、以下では一方の揺動部材６について説明する。なお、構成を分かりやすくするために、図３では、後述のシャットハイト調整機構５０は省略している。
図３に示すように、スライド７は内部に摺動室７ｈを有する形状をしている。そして、スライド７は、摺動室７ｈ内に前記エキセン軸５の偏心部５ａが位置するように配設される。
また、スライド７の摺動室７ｈ内面と前記エキセン軸５の偏心部５ａとの間には、揺動部材６が配設されている。この揺動部材６には、偏心部５ａが回転自在に嵌められており、しかも、その外周はスライド７の摺動室７ｈ内面に対して摺動自在に嵌められている。

前記揺動部材６は、その外周に、円弧状の上側摺動部６１と、円弧状の下側摺動部６２が形成されている。また、上・下摺動部６１，６２間の両側部には非摺動部６３が形成されている。つまり、揺動部材６は、上・下摺動部６１，６２と非摺動部６３により、偏心部５ａの外周を囲む形状となっているのである。
そして、上側摺動部６１の円弧の半径中心０は、下側摺動部６２の円弧の半径中心０と同心であり、上側摺動部６１の曲率半径Ｒ１は下側摺動部６２の曲率半径Ｒ２より小さくなっている。

前記スライド７に形成された摺動室７ｈは、その内周に、円弧状の上側摺動部７１と、円弧状の下側摺動部７２が形成されている。また、上・下摺動部７１，７２の間の両側部には非摺動部７３が形成されている。つまり、スライド７は、上・下摺動部７１，７２と非摺動部７３により、前記揺動部材６を揺動させる空間を形成する形状となっているのである。
当然ながら、スライド７における上側摺動部７１の曲率半径Ｒ１と下側摺動部７２の曲率半径Ｒ２は、それぞれ前記揺動部材６の上側摺動部６１の曲率半径および下側摺動部６２の曲率半径と同じである。しかも、両方の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の中心は同心であって、かつ曲率半径Ｒ１は曲率半径Ｒ２よりも小さくなっている。

そして、前記揺動部材６の非摺動部６３は、前記スライド７の非摺動部７３よりも内側に形成され、両者の間には、互いに干渉しないだけの空間が設けられている。

以上のごとき構成であるから、駆動機構を作動させればエキセン軸５が回転し、エキセン軸５の回転に伴って一対の揺動部材６，６が上下動しつつ揺動し、この一対の揺動部材６，６の動作によりスライド７が上下に移動する。

揺動部材６の上側摺動部６１と下側摺動部６２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２の中心０が同心であるため、上側摺動部６１および下側摺動部６２をそれぞれスライド７における上側摺動部７１および下側摺動部７２に沿って摺動させながら、揺動部材６を揺動させることができる。
また、揺動部材６とスライド７の非摺動部６３，７３間に空間があるので、揺動部材６を揺動させても、互いに干渉が生じない。このため、エキセン軸５の回転により揺動部材６は揺動を繰返すことができる。

そして、本実施形態において、下側摺動部６２，７２の曲率半径Ｒ２に比べて、上側摺動部６１，７１の曲率半径Ｒ１は小さいので、揺動部材６もスライド７も上方部分を小型化できる。

つぎに、シャットハイト調整機構５０を説明する。
図１および図２に示すように、揺動部材６とエキセン軸５の偏心部５ａの外周との間には、シャットハイト調整機構５０の偏心部材５１が設けられている。この偏心部材５１は、その軸方向（図１では左右方向）と直交する断面において、外周面（揺動部材６と接する面）の中心と内周面（偏心部５ａと接する面）の中心が偏心したスリーブである。
そして、この偏心部材５１は、その外周面に沿ってウォームホイール51gが設けられている。ウォームホイール51gは環状の偏心部材５１の外周にネジを切るだけであるので加工が容易であり、低コストで製造することができる。

また、一対の揺動部材６，６間の空間に位置する部分には、回転手段５２が設けられている。この回転手段５２は、例えば油圧モータや減速機付電動モータ、サーボモータ等の駆動装置52aと、その駆動装置52aにより回転されるウォーム軸52bとを備えており、ウォーム軸52bの基端に駆動装置52aが取り付けられている。駆動装置52aは揺動部材６に固定されており、ウォーム軸52bはエキセン軸５の軸方向と直行する方向に設置され、ウォームホイール51gと噛み合っている。

したがって、駆動装置52aを作動させれば、ウォーム軸52b・ウォームホイール51gが回転し、偏心部材５１をエキセン軸５の偏心部５ａ周りに回転させることができる。偏心部材５１が回転すれば、偏心部材５１の中心が上下動し、揺動部材６は偏心部５ａに対して上下動する。言い換えれば、揺動部材６はスライド７に対して上下動する。すると、揺動部材６の上下動に応じてスライド７は上下に移動するから、シャットハイトを変化させることができる。

また、偏心部材５１は環状の部材でありその厚みも薄いので、揺動部材６を大型化しなくても、偏心部材５１を揺動部材６とエキセン軸５の偏心部５ａとの間に配置することができる。すると、シャットハイト調整機構５０を設けても、プレス１の高さ寸法を低くすることができる。

しかも、回転手段５２は一対の揺動部材６，６間の空間に配設されているから、スライド７等に回転手段５２を設置するための特別な空間を設ける必要がない。よって、スライド７等が大型化することを防ぐことができるから、プレス１の大型化も防ぐことができ、プレス１をシンプルな構造とすることができる。

なお、上記の例では、回転手段５２を揺動部材６の上部に設けているが、回転手段５２を設ける位置はとくに限定されず、揺動部材６の下部や揺動部材６の前後等に設けてよい。つまり、ウォーム軸52bを偏心部材５１のウォームホイール51gに噛み合わせることができるのであれば、回転手段５２を設ける位置は特に限定されない。

さらになお、偏心部材５１を回転させる構成は上記のごとき構成に限られない。例えば、偏心部材５１の外周面に歯車を設け、この歯車と噛み合うラックを設け、このラックをシリンダ等の駆動装置によって進退させて偏心部材５１を回転させる構成でもよいし、偏心部材５１の外周面に設けた歯車と噛みあうピニオンギアを設けこのピニオンギアを回転させて偏心部材５１を回転させる構成でもよい。また、偏心部材５１に、エキセン軸５の軸方向と直交するネジ孔を備えたナット部を設け、このナット部にネジ軸を螺合させた構造としてもよい。この場合には、ネジ軸を回転させることによってナット部をネジ軸方向に移動させることができるから偏心部材５１を回転させることができる。

また、上記実施形態では、一対の揺動部材６，６によってスライド７とエキセン軸５の偏心部５ａとを連結する構成を説明したが、揺動部材６を１つとしてもよいし、あるいは３つ以上設けてもよく、その数は限定されない。

揺動部材６を１つとする場合には、揺動部材６の上部にエキセン軸５の軸方向と直行する方向に沿って貫通孔を形成し、その貫通孔内に回転手段５２を配置すれば、スライド７等に回転手段５２を設置するための特別な空間を設ける必要がなく、スライド７等が大型化することを防ぐことができる。

本発明において、スライド７部分の構成は、前記揺動部材６の上側摺動部６１の円弧の曲率半径を、下側摺動部６２の円弧の曲率半径よりも大きくしてもよい。この場合も、両方の曲率半径が同心となっていれば、エキセン軸５を回転させたときに、揺動部材６を揺動させることができる。そして、この場合には、揺動部材６およびスライド７の下方部分を小型化できるから、プレス全体もコンパクト化することができる。

つぎに、サブ加圧装置８０，９０を説明する。
図１および図２に示すように、サブ加圧装置８０，９０はスライド７の下部およびベッド３の内部または下部に取り付けられる。
図４に示すように、スライド７の下部に取り付けられるスライド側サブ加圧装置８０は、スライド７の下部に直接取り付けられる枠体８１と、枠体８１の内部に設けられる油圧シリンダ８２とを備えている。枠体８１の底面には上型８３が取り付けられており、油圧シリンダ８２のロッドにはパンチ８４が取り付けられている。パンチ８４の先端は上型８３に形成された孔から型空間内に押し込めるようになっている。

油圧シリンダ８２のピストン側油室に圧油を供給すれば、油圧シリンダ８２が伸長し、パンチ８４に加圧力を供給することができ、ロッド側油室に圧油を供給すれば、油圧シリンダ８２が収縮し、パンチ８４を上昇させることができる。

ベッド３の内部に取り付けられるベッド側サブ加圧装置９０は、ベッド３の内部に設けられる油圧シリンダ９２（図４ではロッドのみ図示）を備えている。ベッド３の上面には下型９３が取り付けられており、油圧シリンダ９２のロッドはパンチと同様の機能・目的を有するダイスリーブ９４に連結している。ダイスリーブ９４はその先端が下型９３に形成された孔から型空間内に押し込めるようになっている。
なお、下型９３は上方に付勢するスプリング等を介してベッド３に固定されており、垂直方向に摺動可能となっている。

油圧シリンダ９２のピストン側油室に圧油を供給すれば、油圧シリンダ９２が伸長し、ダイスリーブ９４に加圧力を供給することができ、ロッド側油室に圧油を供給すれば、油圧シリンダ９２が収縮し、ダイスリーブ９４を下降させることができる。

また、油圧シリンダ９２のロッド内部にはノックアウトシリンダ９５が設けられており、そのロッドにはインナーダイ９６が取り付けられている。インナーダイ９６は、下型の一部を構成すると共に、ノックアウトピンとしてワークを下型９３から外すことができるようになっている。

油圧シリンダ８２，９２はサーボモータ等でサーボ制御される。例えば、油圧シリンダ８２，９２に作動油を供給する油圧ポンプをサーボ制御式とし、作動油の吐出量を制御することで、油圧シリンダ８２，９２をサーボ制御する。また、油圧シリンダ８２，９２に作動油を供給する油圧回路中に流量制御バルブを設け、その流量制御バルブをサーボ制御して作動油の流量を制御することで、油圧シリンダ８２，９２をサーボ制御してもよい。

なお、サブ加圧装置８０，９０は、油圧シリンダに限定されず、ボールネジ等を用いた駆動装置としてもよい。また、その駆動方法はサーボ制御ができるものであれば、特に限定されない。

さらになお、上記実施形態では、スライド７の下部およびベッド３の内部にサブ加圧装置８０，９０を取り付けたが、成形するワークによってスライド７あるいはベッド３の一方に取り付ける形態としてもよい。

つぎに、図５に基づき、本実施形態のプレス１でギヤを閉塞鍛造する場合を例に挙げて、その成形工程を説明する。
（１）成形開始
下型９３、ダイスリーブ９４、インナーダイ９６で構成される空間内に素材Ｗを配置した後に、メイン加圧装置によってスライド７を降下させ上型８３と下型９３とを接触させ、素材Ｗを型空間内に閉じ込める（Ａ）。この段階ではスライド７はストロークエンドより少し上方であり、パンチ８４は予め形成された素材Ｗの孔に挿入された状態となっている。

（２）プリフォーム成形
つぎに、メイン加圧装置でスライド７に加圧力を供給し上下金型８３，９３を型締めする（Ｂ）。このとき、下型９３は上型８３に押されて下方に摺動する。一方、ダイスリーブ９４、インナーダイ９６は固定されているので、型空間が狭くなり、素材Ｗが型空間の隅へ充填される。これにより大体の成形ができる。

（３）最終成形
つぎに、メイン加圧装置でスライド７がストロークエンドに達するまで加圧し、さらにスライド側サブ加圧装置８０でパンチ８４に加圧力を供給することにより、素材Ｗにパンチ８４を押し込む。これにより、素材Ｗが型空間を埋め尽くして成形が完了する（Ｃ）。
このとき、ベッド側サブ加圧装置９０によるダイスリーブ９４への加圧力を調整することで、素材Ｗの成形を調整することができる。すなわち、上型８３、パンチ８４の加圧が不足するときはダイスリーブ９４に加圧力を増加して成形を完全にし、上型８３、パンチ８４の加圧が過大のときはダイスリーブ９４の加圧力を緩めて、上下金型８３，９３、パンチ８４，９４が壊れるのを防ぐことができる。なお、パンチ８４の加圧力を調整することでも同様の効果を奏することができる。

（４）製品取出し
最後に、スライド７、パンチ８４を上昇させるとともに、ノックアウトシリンダ９５でインナーダイ９６を突き上げることで、素材Ｗを下型９３、ダイスリーブ９４から外して製品として取り出す（Ｄ）。

以上のように、閉塞鍛造には上型８３およびパンチ８４，９４を同期させて、精度の良く動作させることが必要となる。
スライド７はエキセン軸５に連結された駆動機構によりサーボ制御されており、パンチ８４，９４はスライド７とは別の駆動装置によりサーボ制御されるため、上型８３やパンチ８４，９４を単独で動作させたり、同期させて動作させたりすることができ、自由なモーションが可能になる。
また、サーボ制御で駆動するので、精度よく運転することができる。

本実施形態では、油圧シリンダ８２のロッド内に位置検出器８５が挿入されており（図４参照）、この位置検出器８５によりパンチ８４の位置を検出することができるようになっている。同様に油圧シリンダ９２のロッド内に位置検出器が挿入されており（図示せず）、この位置検出器によりダイスリーブ９４の位置を検出することができるようになっている。このように、位置検出器を設ければ、同期やモーションの制御を容易に行うことができる。

また、図６に示すように、成形するワークによっては、上記実施形態のスライド側サブ加圧装置８０において、油圧シリンダ８２のロッド内部に上ノックアウトシリンダ８６を設ける実施形態としてもよい。この場合、油圧シリンダ８２のロッドはパンチ８４と乖離可能に連結されており、かつ、パンチ８４と上型８３との間に挿入されるパンチスリーブ８７と連結されている。上ノックアウトシリンダ８６のロッドはパンチ８４のみに連結されている。
このようにすることで、パンチ８４はノックアウトピンとしてワークを上型８３から外すことができるようになる。

本発明に係るプレス１は、スライド７の駆動にコンロッドを使用しないので、コンロッドを使用する場合に比べてプレス１の高さ寸法を低くすることができる。そのため、スライド７やベッド３にサブ加圧装置８０，９０を取り付けてもプレス１全体の高さ寸法を低くすることができる。
さらに、機械式プレスであるので高速かつ精度の良い運転が可能である。

１プレス
２フレーム
３ベッド
４タイロッド
５エキセン軸
５ａ偏心部
５ｂ同軸部
６揺動部材
７スライド
５０シャットハイト調整機構
５１偏心部材
５２回転手段
８０スライド側サブ加圧装置
８１枠体
８２油圧シリンダ
８３上型
８４パンチ
９０ベッド側サブ加圧装置
９２油圧シリンダ
９３下型
９４ダイスリーブ

Claims

金型が取り付けられるスライドに加圧力を供給するメイン加圧装置と、パンチに加圧力を供給するサブ加圧装置とを備える複動鍛造プレスであって、
前記メイン加圧装置は、
前記スライドに、円弧状の上側摺動部と円弧状の下側摺動部が形成されている揺動部材が揺動自在に嵌められ、
前記揺動部材にエキセン軸の偏心部が回転自在に嵌められている
ことを特徴とする複動鍛造プレス。
前記揺動部材と前記エキセン軸の偏心部との間に、両者に対して回転可能に配設された偏心部材と、
該偏心部材を回転させる回転手段とからなるシャットハイト調整機構を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の複動鍛造プレス。
前記スライドとベッドのいずれか一方、または両方にサーボ制御で駆動するサブ加圧装置が取り付けられている
ことを特徴とする請求項１または２記載の複動鍛造プレス。