JP2014180695A - 管状部材のプレス装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 少ない工程数、プレス設備で効率よく寸法精度の高い管状製品を製造できるプレス装置を提供する。
【構成】 上型が下降する作動に伴い互いに係合してフープ材を所定の寸法のブランク材に切断する一対の切れ刃と、上型が下降する際、ブランク材が上型と芯金の間で逆U字曲げ加工されるよう、芯金付勢手段によって該芯金を保持する一方、上型が前記ブランク材を介して芯金と密着した後には当該プレス装置の作動によって上型、ブランク材、芯金が一体となって下降することを許容する芯金保持手段とを有し、鋼板を曲げ加工により管状に成型するプレス装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼板を曲げ加工により管状製品を製造する方法に関する。

平板素材を略円筒形状に丸める方法として、プレス加工が広く用いられている。図８は、従来のプレス加工による管状部材の製造方法を用いる装置の斜視図である。第1工程のプレス装置は、半円筒形凹面を上面に持つ下型３と、半円筒形凸面である上型４を有する。予めブランキングプレスやシャーラインなどでフープ材を所定の寸法に切断して、切断したブランク材をプレス装置へ供給する。供給されたブランク材２は下型３の上に置かれ、駆動装置１０により上型４が下がってブランク材２を押してＵ字形状部品を製造する。第２工程のプレス装置では、半円筒形凹面上型４‘と第1工程と同一形状をなす半円筒形凹面下型３’を有し、駆動装置１１により上型４‘が下がってＵ字形状部品の脚部２‘を押し、Ｕ字形状の素材は管状製品へと成型される。

特開昭５８−１０７２２０号公報

しかしながら、従来のプレス加工による管状部材の製造方法においては、予めブランキングプレスやシャーラインなどでフープ材を所定の寸法に切断して、切断したブランク材をプレス装置へ供給しなければならないため、設備費がかさむと共に、材料の切断とプレス工程が別工程となるため生産性が悪いなどの問題点があった。また、ブランク工程およびＵ字曲げを行った後に最終的なＯ曲げを行うことになるため、工程数が多くなるとともに工程毎に異なるプレス設備が必要で、設備コストや製造時間・製造コストの点で必ずしも充分に満足できるものではなかった。また、工程毎に異なるプレス設備を用いるため、各プレス設備の材料位置決め誤差や成形精度のばらつきなどの蓄積で寸法精度のばらつきが大きくなり、高い寸法精度確保が困難であった。

本発明はこのような現状技術の課題解決のために行われたものであり、少ない工程数、プレス設備で効率よく寸法精度の高い管状製品を製造できるプレス装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、鋼板を曲げ加工により管状に成型するプレス装置であって、各々略半円筒形状の凹成型面を有すると共に互いに対向して配設される一対の上型および下型と、前記上型と前記下型が離間した上死点近傍の状態で、前記上型と前記下型の中間位置に付勢手段により支持された状態で配設され、かつ円筒形状の外周成型面を有する芯金と、当該プレス装置の作動に同期して、前記上型と前記芯金の間にフープ材を投入する材料供給装置と、前記上型と前記下型に各々に配設され、当該プレス装置が上死点近傍の状態では離間しており、前記上型が下降する作動に伴い互いに係合してフープ材を所定の寸法のブランク材に切断する一対の切れ刃と、前記上型が下降する際、前記ブランク材が前記上型と前記芯金の間で逆U字曲げ加工されるよう、前記芯金付勢手段によって該芯金を保持する一方、前記上型が前記ブランク材を介して前記芯金と密着した後には当該プレス装置の作動によって前記上型、前記ブランク材、前記芯金が一体となって下降することを許容する芯金保持手段と、を有することを特徴とする。

請求項２の発明では、前記上型と前記下型の略半円筒形状の凹成型面の両側にはV字の傾斜面が配設されており、逆U字曲げ加工された前記ブランク材が前記下型に近接する際に前記ブランク材両下端部が互いに近接するよう案内されることを特徴とする。

請求項３の発明では、前記芯金上縁部と前記下型に装着された切れ刃上縁部が略同じ高さに配設されており、フープ材が切れ刃により切断された後も前記下型と前記芯金の間で姿勢を保持することができることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、本発明の管状製品のプレス装置は、材料供給装置により上型と芯金との間へフープ材を投入して、上型および下型に配設された一対の切れ刃により所定の寸法のブランク材に切断し、上型と芯金との間でブランク材を挟圧してＵ字曲げを行った後、上型を下型に接近させて、そのまま下型と芯金との間で中間品の端部を挟圧して端部曲げを行い管状製品を成型するようにしているため、予めブランキングプレスやシャーラインなどでフープ材を所定の寸法に切断してプレス装置へ供給する必要がなく、ブランク工程からＯ曲げ工程まで管状製品の成型を連続して同一ストローク内で実現することができ、工程数やプレス設備を低減することができ、加工時間の短縮、設備費用・金型費用の削減が実現できる。また設備設置に必要なスペースも低減することができる。
また、材料供給装置、切れ刃、上型、下型、および芯金を備えた単一のプレス設備で加工できるため、従来のようにプレス設備毎の精度のばらつきやブランク材の位置決め誤差などの積み重ねによる寸法誤差の拡大が回避される。また、上型および下型と芯金との間で挟圧して曲げ加工を行うため、ブランク材の中央部分は勿論、端部まで高い精度で曲げ加工が施され、高い寸法精度が得られる。

請求項２の発明によれば、上型と下型の略半円筒形状の凹成型面の両側にはV字の傾斜面が配設されている。略Ｕ字形状の中間品は、ブランク材両下端部が略平行か或いは下方に向かい次第に拡開するように延び出しているが、その両端部を丸める下型にはガイド面であるV字の傾斜面が配設されているため、両下端部を確実に凹成型面に沿って内側へ曲げることができる。

請求項３の発明によれば、芯金上縁部と下型に装着された切れ刃上縁部が略同じ高さに配設されているため、フープ材投入後安定した水平姿勢を保持すると共に、フープ材が切れ刃により切断された後もブランク材が下型と芯金で支持され安定した水平姿勢を保持することができる。

本発明に係る管状部材のプレス装置を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置についてフープ材投入後の状態を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置についてブランク材成型時の状態を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置についてＵ曲げ加工後の状態を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置についてＯ曲げ加工後の状態を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置について管状製品の取り出し時の状態を図示したものである。 本発明に係る管状部材のプレス装置について先行押さえを用いてブランク材を位置決めした状態を図示したものである。 従来における管状部材のプレス装置を図示したものである。

１ フープ材
２ ブランク材
３ 下型
３ａ 凹成型面
３ｂ 傾斜面
４ 上型
４ａ 凹成型面
４ｂ 逃げ面
５ 芯金
６ａ 上切れ刃
６ｂ 下切れ刃
７ 下型ホルダー
８ 上型ホルダー
１１ アンコイラー
１３ ロールフィーダー
２０ 芯金ホルダー
２１ クッション
２２ クッション
２３ サポートポスト
２４ サポートポスト
３１ ワーク取り出しリング
３２ プッシュピン
３３ クッション
３４ プッシュロッド
３５ ヒンジ
３６ 支持板
３７ 付勢手段
３８ ブロック
４０ 先行押さえ

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施の形態の説明は、本質的な例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を限定することを意図するものではない。

（上型、下型）
本発明に係る管状部材のプレス装置について、図１は材料供給装置を含めた全体を、図２はプレス装置のフープ材投入後の状態を、図３はプレス装置の所定寸法のブランク材成型時の状態を示す。
まず上型ホルダー８および下型ホルダー７は図示しないプレス装置のスライドおよびボルスターに各々固定される。下型ホルダー７上には下型３が取り付けられているとともに、上型ホルダー８には上型４が下型３に対向する姿勢で取り付けられている。また、下型３と上型４には上型４が下降する動作に伴い互いに係合してフープ材１を所定の寸法のブランク材２に切断する一対の下切れ刃６bと上切れ刃６aが設けられている。
これらの下型３、上型４には、図２に示すように、成型される管状製品の外周面と略同じ曲率で湾曲する略半円筒形状の凹成型面３ａ、４ａが設けられている。また、下型３の凹成型面３ａの両側には端部に向かうに従って上方へ傾斜するＶ字の傾斜面３ｂが形成されている一方、上型４の凹成型面４ａの両側には傾斜面３ｂに対応する逃げ面４ｂが形成されている。
上型４が取り付けられた上型ホルダー８は図示しないプレス装置のスライドに固定され、モータや油圧による駆動機構によりクランク機構やリンク機構を介して上下駆動されるようになっており、これにより上型４が下型３に対して接近離間させられる。図２は上型ホルダー８が上死点まで移動させられ、上型４が下型３に対し最も離間した初期位置に保持された状態である。

（芯金）
上型４が初期位置に保持された状態での上型４と下型３との中間位置には、上下型の凹成型面の軸と平行な軸方向を持ち、かつ成型される管状製品の内周面と略同じ曲率の外周成型面を有する略円柱形状の芯金５が配設されている。この芯金５は、Ｕ曲げ工程の際、芯金５上縁部と上型４によってブランク材２を挟圧し、中央部分をＵ曲げ加工し、О曲げ工程で両端部が下型のＶ字部分に案内され凹成型面で成形されるよう両端部を十分に近接させればよく、円柱形状以外の形状でもよい。
この芯金５は、一方の端部に芯金ホルダー２０で固定されている。芯金ホルダーの構成は、上下２分割で芯金を把持するようボルトなどで上下の芯金ホルダーが一体に締結される構成や、芯金ホルダーに挿入穴を構成し、芯金を挿入した後に芯金ホルダーの一方からボルトを挿通して芯金を芯金ホルダー内壁面に圧接して固定する構成などが可能である。また芯金ホルダー２０の芯金把持部両側には下型ホルダー７に固定された２本の図示しないガイドポストが挿通しており、芯金が上下方向にのみ動作し他の姿勢変化を行わないよう１自由度に規制している。
芯金の両端部は一対の支持部材により支持されるが、当該支持部材は各々クッション２１、２２により支持されたサポートポスト２３、２４により構成される。クッションは周知の金属バネによる構成、ガススプリングによる構成などが可能である。またクッションの付勢力は、Ｕ曲げ加工時は加工により発生する下方の圧力に抗して芯金を保持し、Ｕ曲げ加工が完了し上型、材料、芯金が密着した後はプレス装置の駆動力により発生する下降圧力に屈して芯金を下降させるように設定される。
クッション２１、２２は下型ホルダー７基端部に固定され、クッションの付勢力によってサポートポスト２３、２４が初期位置である上昇端に位置している。芯金５はサポートポスト２３、２４の支持により上縁部を下型３に装着された切れ刃６上縁部と略同じ高さになるよう保持され、フープ材１が切れ刃により切断された後も下型３と芯金５により姿勢を保持することができる。クッション２１、２２は、前述のクッションの付勢力の選定により上型４が下降する際、ブランク材が上型４と芯金５の間で逆Ｕ字曲げ加工されるよう芯金を保持し、上型４がブランク材２を介して芯金５と密着した後には芯金５が上型４とともに一体となって下降することを許容する。このクッション２１、２２は芯金付勢手段に相当する。

（材料供給装置）
図１においてプレス装置の上流側にプレス装置へフープ材１を供給する材料供給装置が設置されている。材料供給装置はプレス装置のプレスラインと直交する軸をもつアンコイラ１１および、アンコイラ１１より繰出されたフープ材１をプレス加工装置へ供給するように設けられたロールフィーダ１３を有する。このロールフィーダ１３はプレス装置へフープ材１を定寸送りして供給することができ、所定の寸法に切断する工程へと続くものである。アンコイラ１１とロールフィーダ１３の間には図示しないリミッタが設けられており、アンコイラ１１から送り出されたループの下部がこのリミッタに近接することでアンコイラ１１からフープ材１の繰出しを停止するようにして、アンコイラ１１による繰出し速度とロールフィーダ１３による定寸送り速度の差を自動調整している。
またロールフィーダ１３はプレス装置と制御的につながっており、プレス装置の周期的上下動と同期してフープ材１をサイクル毎に定寸供給するよう構成される。

（１）ブランク工程
以上のように構成された管状製品のプレス装置は、図２に示すように上型４が初期位置である上死点に保持されるとともに、芯金５の両端部がクッション２１、２２により支持された状態で保持され、芯金上縁部と下型に装着された下切れ刃上縁部６が略同じ高さに保持された状態にある。上型４が初期位置近傍のタイミングで、プレス装置と連動した制御信号によって、ロールフィーダ１３がフープ材１を定寸送りし、上型４と芯金５との間へフープ材１を投入して芯金５上端部に当接した状態が図２の状態である。この状態では離間している上型４および下型３の切れ刃６は、上型ホルダー８が上死点から下降する作動に伴い互いに係合して、フープ材１を所定の寸法のブランク材２に切断する。
切断されるとブランク材２はフープ材との結合を失って不安定となるが、そのタイミングでは芯金と上型との間でブランク材２は挟圧され位置決めされた状態となっており、ブランク材２が位置ずれを生ずることはない。またブランク材２が位置ずれを生ずることなくブランクを行うタイミングはブランク材の材質・大きさなどにより異なることもあり、芯金上縁部と下型に装着された下切れ刃上縁部の位置関係を微調整することでブランク材が位置ずれを生じない最適なタイミングを選定することが可能である。
また図７に示すように上型略中央部かつ型軸線と直行するような位置に、バネによって付勢されたプッシュピンを用いた先行押さえ４０によりブランク材２を芯金に圧接し、ブランクにブランク材２が位置ずれを起こさないようにすることも可能である。

（２）Ｕ曲げ工程
次に図３に示すフープ材１切断後から、図４に示すＵ曲げ完了時点までの作動を以下説明する。
Ｕ曲げ工程においては、フープ材１が所定の寸法に切断された直後に上型４がブランク材２に当接し、ブランク材２は芯金５と上型４によって位置決めされたまま更に上型４が下降すると、図４に示すようにブランク材２は上型４と芯金５との間で狭圧され、中央部が曲げ加工されて断面形状が略Ｕ字形状の中間品が得られる。芯金の両端部はクッション２１、２２により支持されたサポートポスト２３、２４により支持され、クッションの付勢力は、Ｕ曲げ加工時は加工により発生する下方の圧力に抗して芯金を保持するよう設定されているので、芯金５はＵ曲げ工程が完了し、ブランク材２を介して上型４と密着するまでは最上端の初期位置に保持され、ブランク材２は確実に中央部分がＵ曲げ加工される。

（３）Ｏ曲げ工程
図４に示すように、ブランク材２が芯金５と上型４の凹成型面４ａに密着するまでＵ曲げ加工されると、クッション２１、２２の付勢力がＵ曲げ加工が完了し上型、材料、芯金が密着した後はプレス装置の下降圧力に屈して芯金を下降させるように設定されているので、以後はプレス装置の作動により上型ホルダー８が下降するのに伴い、芯金５は上型４およびＵ曲げ加工されたＵ字形状の中間品と共に下降する。そして、図５に示すように下型３との間でＵ字形状の中間品にО曲げ加工が施され、上型ホルダー８が下死点に達すると、目的とする管状製品が得られる。この際芯金ホルダー２０の芯金把持部両側に挿通した２本の図示しないガイドポストの効果により、芯金は上型・下型と軸方向が平行な状態を保持したまま下降作動のみを行う。
Ｕ字形状の中間品の両下端部は略平行あるいはわずかに下型３側へ向かって拡開しているが、下型３には両下端部が互いに近接するよう付勢する傾斜面３ｂが設けられているため、両下端部は確実に凹成型面３ａに案内され芯金５下縁部との間で狭圧されることにより管状に曲げ加工される。

また上下型と芯金により狭圧しО曲げ加工する方法に加え、管状製品において周長となる方向のブランク材の長さを、最終製品の周長よりも若干長めに設定して、加工時に発生するブランク材の周方向の圧縮応力によりブランク材を上型・下型に圧接して成形することも可能である。
この場合製品形状には外形として上型・下型形状が転写され、芯金５の形状は転写されないので、製品内径とクリアランスを持たせた芯金形状の選定が可能であり、後述の製品取り出し工程において製品の取り出しが容易になるというメリットがある。

（製品取り出し装置）
次に、管状製品の取出装置について説明する。
図６に示すように取出装置は芯金両端部の支持部材の片方を開放する装置と、管状製品を芯金から押し出す装置により構成される。
管状製品を取り出すためには、加工が完了し芯金が初期位置に戻った状態で支持部材の片方を開放しなければならない。本構成では芯金ホルダー２０とは反対側の端部の支持部材を揺動させて芯金ホルダー２０との間に隙間を作ることによりこれを行う。
支持部材下部のクッション２１を、下型ホルダー７に対しヒンジ３５を介して固定された支持板３６に固定する。ヒンジ３５の軸は芯金５の軸と平行かつ支持部材の軸を含む平面上に設定されており支持部材が下方の力を受けてもヒンジ部に回転モーメントを生ずることがない。またヒンジ３５の効果により支持部材が揺動するとサポートポスト２３上端部が芯金５の下縁から離間し所定の隙間を生ずる。また下型ホルダー７に固定された付勢手段３７が、支持板３６のヒンジ３５とは反対側を下方から付勢するよう設置され、通常の状態で支持部材が略鉛直状態から揺動し、芯金ホルダー２０との間に隙間を作るよう設定されている。
また上型ホルダー８にはクッション３３を介してプッシュピン３２が鉛直下方向に向かって設置され、下型にはプッシュピン３２と同軸上に図示しないガイドにより上下方向のみに作動を制限されたプッシュロッド３４が設置され、プッシュロッド３４下端は支持板３６に当接し、下方へ移動すると支持板３６を介して付勢手段３７を圧縮するよう構成されている。
上型が上死点から下降を始めると、プッシュピン３２がプッシュロッド３４に当接し、上型がブランク材に当接する前に付勢手段３７に抗して支持板３６を押し下げ、支持板３６をヒンジ３５中心に揺動させ、支持部材を芯金５のサポート位置に移動させる。なお付勢手段３７に隣接して所定の高さのブロック３８が設置されており、支持部材が鉛直になった状態で揺動がとまるよう構成されている。
次に管状製品を芯金から押し出す装置について説明する。
芯金５には管状製品と芯金ホルダー２０の中間位置にワーク取り出しリング３１が挿入されている。下型ホルダー７には図示しない駆動手段(エアーシリンダーなど）が配設されており、当該駆動手段の図示しないロッドの一端が当該リングに固定されている。
当該駆動手段はプレス装置と制御的につながっており、プレス装置と同期してサイクル毎にリングを駆動し管状製品の取り出し作動を行うよう構成される。

（４）製品取出し工程
管状製品成型後、上型ホルダー９が上昇すると、芯金５はクッションの付勢力に従って初期位置まで上昇する。その後プッシュピン３２がプッシュロッド３４と離間すると、付勢手段３７によって支持板３６が揺動してサポートポスト２３上端部が芯金５の下縁から離間し所定の隙間を生じる。このタイミングで芯金ホルダー２０の駆動手段を作動させ管状製品を開放端方向に押し出す作動をさせることにより、当該隙間を通って当該製品が排出される。

以上が本発明にかかる加工装置の１サイクルの全作動であり、このサイクルを繰り返すことにより、単一のプレス装置で管状製品が連続的に自動生産される。
このように本発明の構成を用いれば、プレス装置の作動を中断することなく連続的にフープ材からブランク工程、Ｕ曲げ工程、Ｏ曲げ工程、製品の取り出し工程を同一ストローク内で行わせることができ、金型・プレス装置の大幅節減、工程の大幅短縮を行うことができ、生産性を大幅に向上することができる。
なおこのようにして製造する管状製品は必ずしも真円である必要はなく、楕円など多少変形した円筒形状であっても良く、上型、下型、および芯金の各成型面はその円筒形状に応じて設計される。

Claims (3)

1. 鋼板を曲げ加工により管状に成型するプレス装置であって、
   各々略半円筒形状の凹成型面を有すると共に互いに対向して配設される一対の上型および下型と、
   前記上型と前記下型が離間した上死点近傍の状態で、前記上型と前記下型の中間位置に付勢手段により支持された状態で配設され、かつ円筒形状の外周成型面を有する芯金と、
   当該プレス装置の作動に同期して、前記上型と前記芯金の間にフープ材を投入する材料供給装置と、
   前記上型と前記下型に各々に配設され、当該プレス装置が上死点近傍の状態では離間しており、前記上型が下降する作動に伴い互いに係合してフープ材を所定の寸法のブランク材に切断する一対の切れ刃と、
   前記上型が下降する際、前記ブランク材が前記上型と前記芯金の間で逆U字曲げ加工されるよう、前記芯金付勢手段によって該芯金を保持する一方、前記上型が前記ブランク材を介して前記芯金と密着した後には当該プレス装置の作動によって前記上型、前記ブランク材、前記芯金が一体となって下降することを許容する芯金保持手段と、
   を有することを特徴とする管状製品を製造するプレス装置。
2. 前記上型と前記下型の略半円筒形状の凹成型面の両側にはV字の傾斜面が配設されており、逆U字曲げ加工された前記ブランク材が前記下型に近接する際に前記ブランク材両下端部が互いに近接するよう案内されることを特徴とする請求項１に記載のプレス装置。
3. 前記芯金上縁部と前記下型に装着された切れ刃上縁部が略同じ高さに配設されており、フープ材が切れ刃により切断された後も前記下型と前記芯金の間で姿勢を保持することができることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプレス装置。
   
   
   

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