JP2015223621A - Forging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鍛造時に素材にねじり加工を加える鍛造装置に関する。 The present invention relates to a forging device that applies a twisting process to a material during forging.
従来より被加工材であるワークにねじりを加えながら鍛造加工をする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された押出し加工方法では、コンテナまたはダイスを回転させながら押出し加工を行っている。 Conventionally, a method for forging while adding a twist to a workpiece, which is a workpiece, has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In the extrusion method disclosed in Patent Document 1, extrusion is performed while rotating a container or a die.
しかし、従来の技術では、効率的にコンテナまたはダイスを回転させておらず、ワークに大きな捩じり力を与えることは困難であった。このため、加工中の材料の流動性があまり良くなかった。従って、ワークを所望の形状まで加工するためには、大きなプレス圧が必要であり、装置自体の大型化を招いていた。 However, in the conventional technique, the container or the die is not efficiently rotated, and it is difficult to give a large torsional force to the workpiece. For this reason, the fluidity of the material being processed was not very good. Therefore, in order to process the workpiece into a desired shape, a large press pressure is required, which leads to an increase in the size of the apparatus itself.
そこで本発明は、鍛造加工時にワークに大きな捩じり力を与えることができ、単相及び複相合金材料の組織微細化による流動性を向上させることによる大きな塑性変形により、装置の小型化と低価格化が可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can apply a large torsional force to the workpiece during forging, and can reduce the size of the apparatus by large plastic deformation by improving the fluidity by refining the structure of single-phase and multiphase alloy materials. The purpose is to provide a technology that can reduce the price.
上記目的を解決するために、本発明の一態様である鍛造装置は、上型と下型とによりワークを鍛造加工する鍛造装置であって、回転駆動力を発生する駆動力発生部と、前記上型の移動方向に対し直交する方向における前記下型の最大寸法よりも長い直径を有し、外周において前記回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させる回転部と、を備える。 In order to solve the above-described object, a forging device according to one aspect of the present invention is a forging device for forging a workpiece with an upper die and a lower die, and a driving force generating unit that generates a rotational driving force; A rotating part having a diameter longer than the maximum dimension of the lower mold in a direction orthogonal to the moving direction of the upper mold, rotating on the outer periphery in response to the rotational driving force, and rotating the lower mold by the rotation; Is provided.
また、前記駆動力発生部は、インバータモータと、前記インバータモータの回転駆動力を出力する出力ギヤとを有し、前記回転部は、前記下型を支持し、前記外周に前記出力ギヤと直接噛合する伝達ギヤを有し、前記インバータモータの回転駆動力が、前記出力ギヤを介して、前記伝達ギヤに伝達されることにより、前記回転部と前記下型とが一体的に回転するように構成されても良い。 The driving force generator includes an inverter motor and an output gear that outputs the rotational driving force of the inverter motor, and the rotating unit supports the lower mold and directly connects the output gear to the outer periphery. A meshing transmission gear is provided, and the rotational driving force of the inverter motor is transmitted to the transmission gear via the output gear so that the rotating portion and the lower mold rotate integrally. It may be configured.
前記上型に接続され前記上型を移動させる油圧シリンダ、前記油圧シリンダに作動油を供給するポンプ、および前記ポンプを駆動するサーボモータを有する上型駆動部を更に備え、前記駆動力発生部は、インバータモータを有し、前記回転部は、前記インバータモータの回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させても良い。 A hydraulic cylinder connected to the upper mold for moving the upper mold, a pump for supplying hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and an upper mold drive unit having a servo motor for driving the pump; In addition, an inverter motor may be provided, and the rotating portion may be rotated by receiving a rotational driving force of the inverter motor, and the lower mold may be rotated by the rotation.
本発明によれば、鍛造加工時にワークに大きなねじり力を与えることができ、材料の流動性を向上させることによる大きな塑性変形により、装置の小型化が可能な技術を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the big torsion force can be given to a workpiece | work at the time of a forge process, and the technique which can miniaturize an apparatus can be provided by the big plastic deformation by improving the fluidity | liquidity of material.
本発明の一実施形態による鍛造装置について、図面を参照して説明する。 A forging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態における鍛造装置１の概略図を示している。図１に示すように、鍛造装置１は、制御部２と、上型部１０と、下型部２０と、駆動力発生部３０と、下型台４０とを備える。なお、鍛造装置１は、有底筒状体を形成するための後方押出しおよび前方押し出し装置であり、鍛造装置１により加工されるワークＷは、例えば、マグネシウム合金からなる。 FIG. 1 shows a schematic view of a forging device 1 in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the forging device 1 includes a control unit 2, an upper mold unit 10, a lower mold unit 20, a driving force generation unit 30, and a lower mold table 40. The forging device 1 is a backward extrusion and forward extrusion device for forming a bottomed cylindrical body, and the workpiece W processed by the forging device 1 is made of, for example, a magnesium alloy.
上型部１０は、図示せぬフレームに固定された上型駆動部１１と、上型である上型パンチ１２とを有する。上型駆動部１１は、例えば、上型パンチ１２に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成される。すなわち、上型パンチ１２は、サーボモータ駆動の油圧プレスにより移動制御が行われる。上型パンチ１２は、円柱状をなし、上型駆動部１１により鉛直方向に移動可能に構成されている。 The upper mold part 10 includes an upper mold driving unit 11 fixed to a frame (not shown) and an upper mold punch 12 that is an upper mold. The upper mold drive unit 11 is configured by, for example, a hydraulic cylinder connected to the upper mold punch 12, a pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and a servo motor that drives the pump. That is, movement control of the upper die punch 12 is performed by a hydraulic press driven by a servo motor. The upper die punch 12 has a cylindrical shape and is configured to be movable in the vertical direction by the upper die driving unit 11.
下型部２０は、上型部１０の下側に位置し、支持テーブル２１と、下型２２と、ピン駆動部２３と、ノックアウトピン２４とを有する。 The lower mold part 20 is located below the upper mold part 10 and includes a support table 21, a lower mold 22, a pin driving unit 23, and a knockout pin 24.
支持テーブル２１は、平面視略円形状をなし、下型台４０に対し回転可能に設けられている。支持テーブル２１の外周には、平歯車である伝達ギヤ２１Ａが形成されている。また、支持テーブル２１の中心部には、ノックアウトピン２４を貫通させるための貫通孔２１ｂが形成されている。 The support table 21 has a substantially circular shape in plan view, and is provided to be rotatable with respect to the lower mold base 40. A transmission gear 21 </ b> A that is a spur gear is formed on the outer periphery of the support table 21. In addition, a through hole 21 b for penetrating the knockout pin 24 is formed at the center of the support table 21.
下型２２は、支持テーブル２１の上面に対し図示せぬボルトにより固定され、支持テーブル２１と共に一体的に回転可能に構成されている。また、下型２２は、平面視略矩形状をなし、その対角線の長さは支持テーブル２１の直径よりも短く構成されている。すなわち、支持テーブル２１は、上型パンチ１２の移動方向に対し直交する方向における下型２２の最大寸法よりも長い直径を有する。 The lower mold 22 is fixed to the upper surface of the support table 21 by bolts (not shown), and is configured to be rotatable together with the support table 21. The lower mold 22 has a substantially rectangular shape in plan view, and the length of the diagonal line is configured to be shorter than the diameter of the support table 21. That is, the support table 21 has a diameter longer than the maximum dimension of the lower die 22 in a direction orthogonal to the moving direction of the upper die punch 12.
下型２２の中心部には、円柱状の成形凹部２２ａが形成されている。成形凹部２２ａの内径は、上型パンチ１２の外径よりも大きく構成され、上型パンチ１２は、成形凹部２２ａに進入可能に構成される。また、成形凹部２２ａの底部には、ノックアウトピン２４を挿通させ、貫通孔２１ｂと連通する貫通孔２２ｂが形成されている。また、下型２２は、図示せぬヒータにより加熱可能に構成されている。なお、成形凹部２２ａの中心軸と支持テーブル２１の回転軸とが同軸となるように、下型２２は支持テーブル２１に固定される。 A cylindrical molding recess 22 a is formed at the center of the lower mold 22. The inner diameter of the molding recess 22a is configured to be larger than the outer diameter of the upper mold punch 12, and the upper mold punch 12 is configured to be able to enter the molding recess 22a. A through hole 22b is formed at the bottom of the molding recess 22a. The through hole 22b is inserted through the knockout pin 24 and communicates with the through hole 21b. The lower mold 22 is configured to be heated by a heater (not shown). The lower mold 22 is fixed to the support table 21 so that the central axis of the molding recess 22a and the rotation axis of the support table 21 are coaxial.
ピン駆動部２３は、例えば、ノックアウトピン２４に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成される。ノックアウトピン２４は、貫通孔２１ｂ、２２ｂに挿入され、ピン駆動部２３によりに鉛直方向に移動可能に構成されている。 The pin drive unit 23 includes, for example, a hydraulic cylinder connected to the knockout pin 24, a pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and a servo motor that drives the pump. The knockout pin 24 is inserted into the through holes 21b and 22b and is configured to be movable in the vertical direction by the pin drive unit 23.
駆動力発生部３０は、インバータモータ３１と、インバータモータ３１の回転駆動力を出力する出力ギヤ３２とを有する。平歯車である出力ギヤ３２は、伝達ギヤ２１Ａに噛合されている。 The driving force generator 30 includes an inverter motor 31 and an output gear 32 that outputs the rotational driving force of the inverter motor 31. The output gear 32, which is a spur gear, is meshed with the transmission gear 21A.
制御部２は、配線３を介して、上型駆動部１１、ピン駆動部２３、およびインバータモータ３１を制御する。 The control unit 2 controls the upper mold drive unit 11, the pin drive unit 23, and the inverter motor 31 via the wiring 3.
回転支持台である下型台４０は、図示せぬフレームに固定され、支持テーブル２１を回転可能に支持し、支持凹部４０ａが形成されている。支持凹部４０ａは、支持テーブル２１の下方に突出する凸部２１Ｃを受け入るように構成されている。支持凹部４０ａの底面と、凸部２１Ｃの下面との間に隙間が形成され、当該隙間には、耐荷重性能が高い油４２が充填されている。よって、支持テーブル２１は、油４２に浮いた状態で、下型台４０に回転可能に支持されている。 The lower mold base 40, which is a rotation support base, is fixed to a frame (not shown), supports the support table 21 in a rotatable manner, and has a support recess 40a. The support concave portion 40 a is configured to receive a convex portion 21 </ b> C that projects downward from the support table 21. A gap is formed between the bottom surface of the support concave portion 40a and the lower surface of the convex portion 21C, and the gap 42 is filled with oil 42 having high load resistance. Therefore, the support table 21 is rotatably supported by the lower mold base 40 while being floated on the oil 42.
下型台４０の中心部には、ノックアウトピン２４を貫通させるための貫通孔４０ｂが形成されている。ノックアウトピン２４と、貫通孔４０ｂの内周面との間には、パイプスリーブ４１が設けられている。下型台４０のパイプスリーブ４１に接触する箇所、および凸部２１Ｃに接触する箇所には、パッキン４３が設けられており、油４２を密封している。 A through hole 40 b for penetrating the knockout pin 24 is formed at the center of the lower mold base 40. A pipe sleeve 41 is provided between the knockout pin 24 and the inner peripheral surface of the through hole 40b. A packing 43 is provided at a location where the pipe sleeve 41 contacts the lower mold base 40 and a location where the lower mold base 40 contacts the convex portion 21 </ b> C, and seals the oil 42.
次に、ワークＷを鍛造加工する際の鍛造装置１の動作について説明する。 Next, the operation of the forging device 1 when forging the workpiece W will be described.
まず、下型２２の成形凹部２２ａにマグネシウム合金からなる円柱状のワークＷをセットし、且つ下型２２を図示せぬヒータにより例えば２９０℃まで加熱する。 First, a columnar workpiece W made of a magnesium alloy is set in the molding recess 22a of the lower mold 22, and the lower mold 22 is heated to, for example, 290 ° C. by a heater (not shown).
次に、制御部２により、上型駆動部１１を駆動させて、上型パンチ１２を下降させると共に、インバータモータ３１を駆動させて、出力ギヤ３２を回転させ、伝達ギヤ２１を介して、支持プレート２１を回転させる。そして、支持プレート２１の回転により、下型２２もする。すなわち、下型２２の回転は、インバータモータ３１によりインバータ制御される。 Next, the control unit 2 drives the upper die drive unit 11 to lower the upper die punch 12 and drives the inverter motor 31 to rotate the output gear 32 and support it via the transmission gear 21. The plate 21 is rotated. Then, the lower mold 22 is also formed by the rotation of the support plate 21. That is, the rotation of the lower mold 22 is controlled by the inverter motor 31.
そして、上型パンチ１２が、ワークＷの中央部を上側からプレスすることにより、ワークＷの外周面および下面が下型２２に押しつけられる。下型２２が回転しているので、ワークＷに対し捩じり力（回転力）が加わりながら、後方押出しおよび前方押し出しが行われ、有底筒状体が形成される。上型パンチ１２が下死点に到達しても下型２２は一定時間回転を続け、その後に制御部２は上型パンチ１２を上昇させ、上型パンチ１２を下型２２から離間させる。また、インバータモータ３１の回転を停止させて、下型２２の回転を停止させる。 Then, the upper die punch 12 presses the central portion of the workpiece W from the upper side, whereby the outer peripheral surface and the lower surface of the workpiece W are pressed against the lower die 22. Since the lower mold | type 22 is rotating, back extrusion and front extrusion are performed, adding torsional force (rotational force) with respect to the workpiece | work W, and a bottomed cylindrical body is formed. Even if the upper die punch 12 reaches the bottom dead center, the lower die 22 continues to rotate for a certain time, and then the control unit 2 raises the upper die punch 12 and separates the upper die punch 12 from the lower die 22. Further, the rotation of the inverter motor 31 is stopped, and the rotation of the lower mold 22 is stopped.
次に、制御部２は、ピン駆動部２３を駆動させ、ノックアウトピン２４を上昇させて、有底筒状体を下型２２から離型させる。 Next, the control unit 2 drives the pin driving unit 23 to raise the knockout pin 24 to release the bottomed cylindrical body from the lower mold 22.
また、出力ギヤ３２を伝達ギヤ２１Ａに対し直接噛合させて、回転駆動力を伝達しているので、確実に回転駆動力を支持プレート２１に与えることができ、大きなトルクを発生させることができる。 Further, since the output gear 32 is directly meshed with the transmission gear 21A to transmit the rotational driving force, the rotational driving force can be reliably applied to the support plate 21, and a large torque can be generated.
また、上型駆動部１１は、上型パンチ１２に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成され、駆動力発生部３０は、インバータモータ３０により構成される。よって、制御部２により、上型パンチ１２を上型駆動部１１により適宜制御（圧力制御（定圧制御）および位置制御（定速制御））し、下型２２を駆動力発生部３０により適宜制御（回転速度制御）することにより、ワークＷの材質および加工形状に応じた最適な加工条件で鍛造加工を実行することができる。 The upper die drive unit 11 includes a hydraulic cylinder connected to the upper die punch 12, a pump that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and a servo motor that drives the pump. The inverter motor 30 is used. Therefore, the upper die punch 12 is appropriately controlled by the upper die drive unit 11 (pressure control (constant pressure control) and position control (constant speed control)) by the control unit 2, and the lower die 22 is appropriately controlled by the driving force generation unit 30. By performing (rotational speed control), forging can be executed under optimum processing conditions according to the material and processing shape of the workpiece W.
また、下型２２を支持する支持テーブル２１は、油４２に浮いた状態で、下型台４０に回転可能に支持されているので、支持テーブル２１と下型台４０との間に発生する摩擦抵抗力を小さくすることができ、支持テーブル２１を回転しやすくすることができる。 Further, since the support table 21 that supports the lower mold 22 is floated on the oil 42 and is rotatably supported by the lower mold base 40, the friction generated between the support table 21 and the lower mold base 40. The resistance force can be reduced, and the support table 21 can be easily rotated.
本実施形態の鍛造装置１によれば、下型２２を支持する支持テーブル２１は、上型パンチ１２の移動方向に直交する方向における下型２２の最大寸法よりも長い直径を有し、外周に形成された伝達ギヤ２１Ａが、インバータモータ３１の回転駆動力を受けて回転し、当該回転により下型２１を回転させる。よって、大きなトルクを発生させることができ、下型２２の成形凹部２２ａに位置するワークＷに対し、大きなねじり力を与えることができる。すなわち、ワークＷには鍛造加工により加わる応力に加え大きなねじり力が加わる。特に、鍛造加工の下死点に於いてもねじり力によりせん断変形を付与することができる。これにより、ねじり鍛造加工前後の材料の組織写真を示す図２に示すように、材料の結晶粒を微細化させ流動性を向上させることができ、加工に必要なプレス圧を減少させることができる。従って、鍛造装置１の小型化および低価格化を実現することができる。さらに、短時間に大きなせん断変形を付与することができるので、所望の最終部品形状に近いニアネットシェイプ化が可能となり、生産性を向上させることができる。本実施形態の鍛造装置１では、薄肉の有底円筒部品を形成することができる。更には、低加工性材料の材質改善と高加工性化も図る事が出来る。 According to the forging device 1 of the present embodiment, the support table 21 that supports the lower die 22 has a diameter that is longer than the maximum dimension of the lower die 22 in the direction orthogonal to the moving direction of the upper die punch 12, and The formed transmission gear 21A is rotated by receiving the rotational driving force of the inverter motor 31, and the lower mold 21 is rotated by the rotation. Therefore, a large torque can be generated, and a large torsional force can be applied to the workpiece W positioned in the molding recess 22a of the lower mold 22. That is, a large torsional force is applied to the workpiece W in addition to the stress applied by forging. In particular, shear deformation can be imparted by a torsional force even at the bottom dead center of the forging process. Thereby, as shown in FIG. 2 which shows the structure | tissue photograph of the material before and after a twist forging process, the crystal grain of material can be refined | miniaturized and fluidity | liquidity can be improved and the press pressure required for a process can be reduced. . Accordingly, the forging device 1 can be reduced in size and price. Furthermore, since a large shear deformation can be imparted in a short time, a near net shape close to the desired final part shape can be achieved, and productivity can be improved. In the forging device 1 of the present embodiment, a thin bottomed cylindrical part can be formed. Furthermore, it is possible to improve the material quality of the low workability material and increase the workability.
なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。 In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above. A person skilled in the art can make various additions and changes within the scope of the present invention.
例えば、駆動力発生部３０から支持プレート２１への回転駆動力の伝達は、ギヤを直接噛合させて行ったが、駆動ベルトまたは駆動チェーンを介して、駆動力発生部３０と支持プレート２１とを連結して、回転駆動力を伝達するようにしても良い。また、出力ギヤ３２および伝達ギヤ２１Ａは、平歯車であったが、はすば歯車又は他の歯車であっても良い。また、ワークＷは、マグネシウム合金以外の金属またはその合金（単相または複相合金材料）であっても良い。 For example, the transmission of the rotational driving force from the driving force generating unit 30 to the support plate 21 is performed by directly engaging the gears, but the driving force generating unit 30 and the supporting plate 21 are connected via a driving belt or a driving chain. They may be connected to transmit rotational driving force. Further, although the output gear 32 and the transmission gear 21A are spur gears, they may be helical gears or other gears. The workpiece W may be a metal other than a magnesium alloy or an alloy thereof (single-phase or multiphase alloy material).
また、上記の実施形態では、鍛造を行う方向すなわち上型パンチ１２が移動する方向は鉛直方向であり、下型２２を水平面に対し平行に回転させたが、上型パンチ１２を水平方向に移動させて、下型２２を鉛直面に対し平行に回転させてねじり鍛造を行っても良い。 In the above embodiment, the forging direction, that is, the direction in which the upper die 12 moves is the vertical direction, and the lower die 22 is rotated in parallel to the horizontal plane, but the upper die 12 is moved in the horizontal direction. Then, the lower die 22 may be rotated in parallel to the vertical plane to perform torsion forging.
１：鍛造装置、１２：上型パンチ、２１：支持テーブル、２１Ａ：伝達ギヤ、２２：下型、３０：駆動力発生部、３１：インバータモータ、３２：出力ギヤ、４０:下型台、凹部:４０ａ、４２:油
1: Forging device, 12: Upper die punch, 21: Support table, 21A: Transmission gear, 22: Lower die, 30: Driving force generator, 31: Inverter motor, 32: Output gear, 40: Lower die base, Recess : 40a, 42: Oil
Claims (4)
回転駆動力を発生する駆動力発生部と、
前記上型の移動方向に対し直交する方向における前記下型の最大寸法よりも長い直径を有し、外周において前記回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させる回転部と、を備える鍛造装置。 A forging device for forging a workpiece with an upper die and a lower die,
A driving force generator for generating rotational driving force;
A rotating part having a diameter longer than the maximum dimension of the lower mold in a direction orthogonal to the moving direction of the upper mold, rotating on the outer periphery in response to the rotational driving force, and rotating the lower mold by the rotation; A forging device.
前記回転部は、前記下型を支持し、前記外周に前記出力ギヤと直接噛合する伝達ギヤを有し、
前記インバータモータの回転駆動力が、前記出力ギヤを介して、前記伝達ギヤに伝達されることにより、前記回転部と前記下型とが一体的に回転するように構成され、請求項１に記載の鍛造装置。 The driving force generator includes an inverter motor and an output gear that outputs the rotational driving force of the inverter motor,
The rotating portion has a transmission gear that supports the lower mold and directly meshes with the output gear on the outer periphery.
The rotational driving force of the inverter motor is transmitted to the transmission gear via the output gear, whereby the rotating portion and the lower mold are configured to rotate integrally. Forging equipment.
前記駆動力発生部は、インバータモータを有し、
前記回転部は、前記インバータモータの回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させ請求項１に記載の鍛造装置。 A hydraulic cylinder connected to the upper mold for moving the upper mold, a pump for supplying hydraulic oil to the hydraulic cylinder, and an upper mold drive unit having a servo motor for driving the pump;
The driving force generator has an inverter motor,
The forging device according to claim 1, wherein the rotating unit rotates by receiving a rotational driving force of the inverter motor, and rotates the lower mold by the rotation.
前記回転支持台には、油を収容するための凹部が形成され、前記回転部は、前記油に浮いた状態で前記回転支持台に回転可能に支持される請求項１に記載の鍛造装置。
A rotation support base that rotatably supports the rotation unit;
The forging device according to claim 1, wherein a concave portion for containing oil is formed in the rotation support base, and the rotation portion is rotatably supported by the rotation support base in a state of floating on the oil.
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