JP2013027911A - 鍛造プレス機 - Google Patents

Abstract

【課題】機械式の鍛造プレス機において、高負荷でのプレス加工時におけるプレス速度の素早く精度の高い調整を簡単な構造で安価に可能とする。
【解決手段】鍛造プレス機１０のフライホイール１２を回転させるメインモータ１１に、サーボモータを用いる。サーボモータは汎用モータに比べて、応答性、停止精度等が優れるため、これをメインモータ１１に使用すると、プレス加工時のプレス速度の素早く精度の高い調整が可能となる。サーボモータを直接クランク軸１３に連結して駆動させるのではなく、フライホイール１２を介し回転エネルギーを蓄積した状態でクランク軸１３を駆動させる方式であるため、高負荷のプレス加工を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造プレス機に関する。

特許文献1に開示されているように、鍛造プレス機として、クランク軸を回転駆動して金型を取り付けたスライドを昇降動作させる、いわゆる機械式のものが知られている。

具体的には、図１を参照して、この種の鍛造プレス機では、フライホイール１２がメインモータ１１により回転させられて回転エネルギーを蓄積可能となっており、クラッチ１４を介してクランク軸１３への回転動力の伝達状態と遮断状態を切り替え可能となっている。
クランク軸１３は、コンロッド（コネクティングロッド）１７を介してスライド１６に連結され、その回転動がスライド１６の往復昇降動に変換される。クランク軸１３の回転はブレーキ１５により停止または減速できるようになっている。
フレーム１６ａ内に配置されたスライド１６の下面には金型が取り付けられ、スライド１６の下方に対向して配置されたボルスタ１８にも金型が取り付けられて、スライド１６の昇降動にともないワークが上下の金型によって鍛造プレスされるようになっている。

従来のこの種の鍛造プレス機では、フライホイール１２を回転させるメインモータ１１には、インバータモータなどの汎用モータが用いられていた。
メインモータ１１がインバータモータなどの汎用モータである場合、定常状態における制御には適しているが、応答性、停止精度などが悪いため過渡状態における制御には適しておらず、プレス加工時のプレス速度の素早く精度の高い調整は困難であった。

いっぽう特許文献２には、フライホイールを回転させるメインモータには汎用モータを用い、これとは別にサブモータとして、サーボモータをクランク軸にフライホイールとクラッチを介在させることなく直接かつ常時連結した鍛造プレス機が開示されている。

このような鍛造プレス機では、フライホイールとサーボモータのいずれか一方の回転をクランク軸に切り替えて伝達できるようになっている。
そして、量産加工中はフライホイールによりクランク軸を回転させ、所定の鍛造速度で効率よく鍛造し、試作時にはサーボモータによりクランク軸を回転させ、最適な鍛造速度を容易に短時間で選定できるようにしている。

ここでサーボモータは応答性、停止精度等に優れ、回転速度の微妙な調整等が可能ではあるが、特許文献２の鍛造プレス機では、サーボモータはクランク軸に直接かつ常時連結されており、回転エネルギーを十分に蓄積した状態でクランク軸を駆動させることができない。このため、高価な高出力サーボモータを用いることなしに、高負荷のプレス加工を行うことができない問題がある。

実開昭５８−１７０１４４号公報 特開２０１１‐７９０３４号公報

そこで本発明の解決すべき課題は、鍛造プレス機において、高負荷のプレス加工時におけるプレス速度の素早く精度の高い調整を簡単な構造で安価に可能とすることである。

上記した課題を解決するため、本発明の鍛造プレス機では、フライホイールを回転させるメインモータにサーボモータを用いたのである。

より詳しくは、本発明の鍛造プレス機は、メインモータと、前記メインモータにより回転させられて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイールと、前記フライホイールにより回転させられるクランク軸と、前記フライホイールからクランク軸への回転動力を伝達状態または遮断状態に切り替え可能なクラッチと、前記クランク軸の回転を減速または停止させるブレーキと、前記クランク軸の回転動に連動して往復昇降動する、下面に鍛造プレスのための金型を取り付け可能なスライドと、前記スライドの下方に対向して配置されその上面に鍛造プレスのための金型を取り付け可能なボルスタと、を備える構成を採用したのである。そして、前記メインモータがサーボモータである構成を採用したのである。

本発明の鍛造プレス機は、前記クラッチを切った状態で前記メインモータにより前記フライホイールに回転エネルギーを蓄積させたうえで、前記クラッチを入れて前記フライホイールを前記クランク軸に接続し前記スライドを駆動させることにより、高負荷の鍛造プレスを可能としているのが好ましい。

サーボモータは汎用モータに比べて、応答性、停止精度等が優れるため、これを鍛造プレス機のフライホイールを回転させるメインモータに使用すると、プレス加工時のプレス速度の素早く精度の高い調整が可能となる。

サーボモータを直接クランク軸に連結して駆動させるのではなく、フライホイールとクラッチを介在させることで、クラッチを切ってフライホイールに十分に回転エネルギーを蓄積させたうえで、クラッチを入れてクランク軸に接続しスライドを駆動させることができるため、高負荷のプレス加工が可能である。
またこのことから、サーボモータとしては、特別に高価な高出力のものを用いる必要がないため、コストを抑えることができる。

鍛造プレス機の構成概略図 鍛造プレス方法の一例における鍛造プレス機の動作サイクルを示すグラフ 鍛造プレス方法の他例における鍛造プレス機の動作サイクルを示すグラフ

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１のように、実施形態の鍛造プレス機１０は、メインモータ１１と、フライホイール１２と、クランク軸１３と、クラッチ１４と、ブレーキ１５と、スライド１６と、コンロッド１７と、ボルスタ１８と、を備える。

この鍛造プレス機１０では、メインモータ１１にサーボモータを用いている。サーボモータは、応答性、停止精度等に優れており、過渡状態における制御を、素早く精度が高く実現するのに適している。ここでは、比較的低出力の廉価なサーボモータを用いる。当然ながら駆動状態と空転停止状態を自由に切り替えられるようになっているものとする。

図示のように、メインモータ１１とフライホイール１２とは、Ｖベルト１１ａを介して連結され、メインモータ１１の回転動力が、フライホイール１２に伝達され、回転エネルギーが蓄積されるようになっている。
フライホイール１２は、サーボモータの容量と要求されるプレス能力に応じて、その回転速度を制御しやすい大きさのＧＤ２（ＧＤスクウェア）を有するものが適宜選択される。
すなわち、ＧＤ２が大きくなると速度変化率が小さくなり制御が困難となり、ＧＤ２が小さくなると速度変化率が大きくなって制御が容易となる一方で、ＧＤ２が小さすぎると蓄積可能な回転エネルギーが小さくなってしまうため、その均衡から決定される。

フライホイール１２とクランク軸１３の一端とは、クラッチ１４を介して連結され、そのクラッチ１４の入り切りによって、フライホイール１２からクランク軸１３へ回転が伝達される状態と回転が遮断される状態とに切り替え可能となっている。
クランク軸１３は、主軸受１３ａに回転可能に支持されている。
一方、クランク軸１３の他端には、ブレーキ（ディスク型）１５が連結され、そのブレーキ１５の操作により回転するクランク軸１３を減速または停止できるようになっている。

クランク軸１３とスライド１６とは、コンロッド１７を介して連結されている。このスライド１６は、直立する複数のフレーム（ストレートサイドフレーム）１６ａ内に昇降可能に収められている。
このためクランク軸１３の回転は、コンロッド１７を介してスライド１６の昇降往復動に変換されるようになっている。スライド１６は、上方の待機位置（上死点付近）と下方のプレス位置（下死点付近）との間で昇降する。
またスライド１６の下面には、鍛造プレスする際に用いられる金型の上型が取り付け可能となっており、この上型はワークの種類に応じて取り換え可能となっている。

さらにスライド１６の下方には、ボルスタ１８がスライド１６と上下に対向するように配置されている。
ボルスタ１８の上面には、金型の下型が取り付け可能となっており、かつワークの種類に応じて取り換え可能となっている。

実施形態の鍛造プレス機１０の構成は、以上のようであり、つぎに図２を参照しつつこの鍛造プレス機を用いた鍛造プレス方法の一例を説明する。

（蓄積ステップＳ_１）
いまスライドが待機位置にありクラッチ１４が切られた状態で、メインモータ１１を規定トルクで駆動させながら、その回転数を所定の回転数まで増加させてゆくと、これに伴いＶベルト１１ａを介してフライホイール１２の回転数が増加する（図２では４５ＳＰＭ→７０ＳＰＭ）。
図２のステップＳ_１に示すように、フライホイールが予め定められた回転数になり、所定の回転エネルギーが蓄積されるまでこの状態が継続される。メインモータ１１にサーボモータを使用していることから、回転数やトルクの調整が容易となっている。
このフライホイール１２の加速は、たとえばワークの順送りまたはセッティングの際におこなう。

（下降ステップＳ_２）
フライホイール１２に所定の回転エネルギーが蓄積された状態で、クラッチ１４を入れてフライホイール１２とクランク軸１３を接続する。
これによりクランク軸１３の回転が開始され、図２のステップＳ_２に示すように、コンロッド１７を介して動力が伝達されてスライド１６が待機位置から下降をはじめる。
この間、メインモータ１１は駆動状態を継続させておく。

（加圧ステップＳ_３）
スライド１６がプレス位置まで下降すると、メインモータ１１の駆動を停止しそのまま空転状態とする。
プレス位置においてワークはスライド１６の上型とボルスタ１８の下型によりプレス加工され、これに伴いフライホイール１２の回転エネルギーが消費される。メインモータ１１が空転状態にあるため、メインモータ１１からフライホイール１２にエネルギーが補充されることはない。
そのため図２のステップＳ_３に示すように、エネルギーの消費によりフライホイール１２の回転数が減少しながらプレス作業がおこなわれる。ちなみに、フライホイール１２のＧＤ２が小さいほど、この減少量は大きなものとなる。
ここで、プレス加工時のスライドの速度を比較的遅くするほうが、成型品にしわや亀裂が発生しにくく成型の精度が高まるという知見もあることから、実施形態のようにスライド１６が自動的に減速することで、成型精度の向上が期待できる。
この実施形態では、加圧ステップＳ_３でメインモータ１１を空転させているため、メインモータ１１の制御が容易になっている。

（上昇ステップＳ_４）
プレス作業が終了すると、図２に示すように、メインモータ１１を空転させたままで、フライホイール１２に残存する回転エネルギーを利用してスライド１６を待機位置まで上昇させる。
スライド１６が待機位置まで上昇すると、クラッチ１４を切ってフライホイール１２からクランク軸１３への回転動力を遮断する。そしてブレーキ１５によりクランク軸１３を停止させる。
待機位置において残存するスライド１６のエネルギーが小さいため、ブレーキ１５によりクランク軸１３を停止させる際に要する力が小さくすむことになり、ブレーキ１５の容量設計の低減化およびブレーキライニングの高寿命化が図られる。
このステップＳ_１〜Ｓ_４が繰り返されることで、プレス作業が連続的におこなわれることになる。

つぎに図３を参照して、実施形態の鍛造プレス機１０を用いた鍛造プレス方法の他の例を説明する。先の例の鍛造プレス方法と同様の構成（ステップ）については、説明を省略する。
図示のように、この例では、実施形態と異なり、加圧ステップＳ_３においてメインモータ１１を駆動させて、その出力の範囲でフライホイール１２の回転数の減少量を適宜増減させている。フライホイール１２の回転数の減少量をメインモータ１１によりさらに大きくしたり、逆にメインモータ１１により回転数の減少量を小さくしたりして、成形精度の向上を図ることが可能である。
これにより、低出力のモータを用いた場合でも、ワークの種類に応じて最適のプレス速度に調節することができる。

たとえば、鍛造プレス機のプレス能力を１６００ｔで設計する場合、従来の鍛造プレス機では、クランク軸の減速を１０％以内に留める設計とし、これにより１５０ｋｗ程度の比較的高出力のメインモータを必要としていた。
これに対して、上記各実施形態の鍛造プレス機１０の場合、クランク軸１３の減速を５０％程度まで許容する設計とし、これにより１００ｋｗ程度の比較的低出力のメインモータ１１が採用可能である。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。
本発明の範囲は以上の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。

たとえば実施形態の鍛造プレス機１０では、Ｖベルトを用いてメインモータ１１の回転をフライホイール１２に伝達しているが、回転伝達機構はこれに限定されず、ギヤを用いたり、タイミングベルトを用いたりしてもよい。
実施形態では、フレーム１６ａをストレートサイドフレーム（門型フレーム）としているが、フレーム１６ａの構造はこれに限定されず、ギャップフレーム（Ｃ型フレーム）としてもよい。実施形態では、ブレーキ１５をディスク型ブレーキとしているが、これに限定されない。
フライホイール１２の回転動をスライド１６の昇降動に変換する機構は、コンロッド１７に限定されない。
また本明細書でいうクランク軸１３には、エキセン軸も含まれるものとする。

また実施形態の鍛造プレス機１０を用いた鍛造プレス方法の両例では、下降ステップＳ_２においてメインモータ１１を駆動させているが、空転させてもよい。
また上昇ステップＳ_４においてメインモータ１１を空転させているが、駆動させてもよい。
なお鍛造プレス方法の他例の加圧ステップＳ_３における減速量の調整度合いは、図３に示されるものに限定されない。

１０ 鍛造プレス機
１１ メインモータ（サーボモータ）
１１ａ Ｖベルト
１２ フライホイール
１３ クランク軸
１３ａ 主軸受
１４ クラッチ
１５ ブレーキ
１６ スライド
１６ａ フレーム
１７ コンロッド
１８ ボルスタ
Ｓ_１ 蓄積ステップ
Ｓ_２ 下降ステップ
Ｓ_３ 加圧ステップ
Ｓ_４ 上昇ステップ

Claims (2)

1. メインモータ１１と、
   前記メインモータ１１により回転させられて回転エネルギーを蓄積可能なフライホイール１２と、
   前記フライホイール１２により回転させられるクランク軸１３と、
   前記フライホイール１２からクランク軸１３への回転動力を伝達状態または遮断状態に切り替え可能なクラッチ１４と、
   前記クランク軸１３の回転を減速または停止させるブレーキ１５と、
   前記クランク軸１３の回転動に連動して往復昇降動する、下面に鍛造プレスのための金型を取り付け可能なスライド１６と、
   前記スライド１６の下方に対向して配置され、その上面に鍛造プレスのための金型を取り付け可能なボルスタ１８と、を備え、
   前記メインモータ１１がサーボモータである鍛造プレス機。
2. 前記クラッチ１４を切った状態で前記メインモータ１１により前記フライホイール１２に回転エネルギーを蓄積させたうえで、前記クラッチ１４を入れて前記フライホイール１２を前記クランク軸１３に接続し前記スライド１６を駆動させることにより、高負荷の鍛造プレスを可能とした請求項１に記載の鍛造プレス機。

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