JP2016179486A - プレス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス装置の高コスト化及び大型化を避けつつも、プレス成形時の反力により金型に生じるたわみを抑制して、金型間のクリアランスを可及的に維持する。【解決手段】本発明に係るプレス装置１０は、一対の金型１１，１２と、金型１１，１２を支持する支持部材１３，１４と、金型１１，１２と支持部材１３，１４との間に配設され、プレス方向の圧縮に対する剛性がプレス方向に直交する平面内で所定の分布を示す剛性分布部材１６，１７とを備える。ここで、剛性分布部材１６，１７の上記剛性は、支持部材１３，１４のプレス時におけるたわみ量が相対的に大きい部位と当接する領域で相対的に高く、たわみ量が相対的に小さい部位と当接する領域で相対的に低い分布を示す。【選択図】図５

Description

本発明は、プレス装置に関し、特に、プレス時の反力により金型に生じるたわみを抑制するための技術に関する。

プレス装置は、一対の金型の挟み込みにより、一対の金型間に配置された鋼板などのプレス品を所定の形状にプレス成形するための装置であり、通常、可動側の金型（可動型）が取り付けられて可動型と一体的に昇降するスライダと、固定側の金型（固定型）が取り付けられるボルスタとを備える。

この種のプレス装置は、金型を介してプレス品に大きなプレス荷重を加えてプレス品を所定の形状に成形するものであるから、当然に金型には上記プレス荷重に相当する反力（プレス品によっては数百〜数千トンに及ぶこともある）が作用する。各々の金型はボルスタやスライダに取り付けられているため、金型が受けた反力はボルスタやスライダにも作用する。ここで、例えばボルスタは、通常、その周縁部分をベッドと呼ばれる基体で下方から支持され、その中央部分は、ダイクッション等の機構を配置する観点から、何らの部材にも支持されることなく中に浮いた状態となっている（例えば特許文献１を参照）。そのため、ボルスタがプレス成形時に上述した反力を受けると、ボルスタの中央部分が下方に変位するようにたわみ易く、ボルスタに取り付けられた金型もボルスタに倣ってたわみ等の変形を生じる。これにより金型間のクリアランス（プレス成形時にプレス品を介在させるための隙間）が当初想定した大きさでなくなるため、プレス精度の低下が問題となる。

この点、例えば特許文献１では、ベッドの内部空間の上方に位置するボルスタの中央部分を、ベッドの内部空間に配置した支持手段により下方から支持するようにしている。

特開２００８−１４２７５３号公報

しかしながら、上記構成を採用した場合、ベッドを含むプレス装置の構造が複雑化し、高コスト化を招く。また、ボルスタを支持するための機構がさらに必要となるためプレス装置の大型化が避けられない。

以上の事情に鑑み、本発明により解決すべき課題は、プレス装置の高コスト化及び大型化を避けつつも、プレス成形時の反力により金型に生じるたわみを抑制して、金型間のクリアランスを可及的に維持することにある。

前記課題の解決は、本発明に係るプレス装置によって達成される。すなわち、このプレス装置は、プレス品を挟み込んでプレスすることにより所定の形状に成形する一対の金型と、金型が支持される支持部材とを備えたプレス装置において、金型と支持部材との間に、プレス方向の圧縮に対する剛性がプレス方向に直交する平面内で所定の分布を示す剛性分布部材が配設され、剛性分布部材の剛性が、支持部材のプレス時におけるたわみ量が相対的に大きい部位と当接する領域で相対的に高く、たわみ量が相対的に小さい部位と当接する領域で相対的に低い分布を示す点をもって特徴付けられる。

このように、本発明では、金型とこれを支持する支持部材との間に、プレス方向の圧縮に対する剛性がプレス方向に直交する平面内で所定の分布を示す剛性分布部材を配設し、かつこの剛性分布部材の剛性が、上述のように、支持部材のプレス時におけるたわみ量の大小に対応した分布を示すものとした。このように剛性分布部材における剛性の分布を設定することで、支持部材のたわみ量が小さい部位と当接する領域では、剛性分布部材がプレス方向に比較的大きく圧縮されるのに対し、支持部材のたわみ量が大きい部位と当接する領域では、剛性分布部材のプレス方向への圧縮量は小さくなる。これにより、たとえ支持部材が大きくたわんで剛性分布部材の支持部材側の表面が支持部材に倣って変形したとしても、剛性分布部材の金型側の表面の変形は抑制される。そのため、剛性分布部材の金型側の表面と当接する金型の剛性分布部材側の表面の変形も抑制され、結果として、金型のたわみ変形が抑制される。従って、支持部材を含むプレス装置の剛性を高めるために装置の構造を複雑化したり、大型化を図らずとも、一対の金型間のクリアランスをプレス時も維持して、精度よくプレス成形を実施することが可能となる。

また、剛性分布部材を金型と支持部材との間に配設するだけでよいので、プレス装置ごとの取り付け又は取外し作業も手間がかからず簡便である。また、プレス装置を変更する場合も、剛性分布部材の変更（取外し取付け作業）のみで足りるため、迅速かつ容易に対応が可能となる。もちろん、金型のたわみを見込んで設計変更を図る場合やプレス装置の大掛かりな構造の変更を図る場合と比べて低コストに実施できる。

また、本発明に係るプレス装置は、剛性分布部材が、板状をなすものであってもよく、その場合に、互いにヤング率の異なる複数のプレート体を組合わせてなるものであってもよい。

このように板状とすれば、プレス装置をその高さ方向（プレス方向）に大型化する事態を可及的に回避できる。また、剛性分布部材を、上述の如く複数のプレート体を組合わせて構成することで、より簡易かつ低コストに剛性分布部材を製作できるので、例えば金型やプレス装置を変更した際も、大幅なコストアップを回避して迅速に金型のたわみ抑制対応を図ることが可能となる。

以上のように、本発明に係るプレス装置によれば、プレス装置の高コスト化及び大型化を避けつつ、プレス成形時の反力により金型に生じるたわみを抑制して、金型間のクリアランスを可及的に維持することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係るプレス装置の要部断面図である。 図１に示す剛性分布部材の斜視図である。 図２に示す剛性分布部材の平面図である。 図１に示すプレス装置を用いたプレス成形の流れを説明するための要部断面図である。 図１に示すプレス装置を用いたプレス成形の流れを説明するための要部断面図である。 本発明の第二実施形態に係プレス装置における（ａ）ボルスタの支持形態を示す要部平面図と、（ｂ）その際の剛性分布部材の平面図である。 本発明の第三実施形態に係る剛性分布部材の平面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るプレス装置の内容を図面に基づき説明する。なお、以下の説明では、プレス方向を上下方向としているが、この方向は、プレス装置の構成及び設置態様によって変化することはもちろんである。

本発明の一実施形態に係るプレス装置１０は、図１に示すように、プレス品１（図４を参照）を挟み込んで所定の形状に成形するための一対の金型としての上型１１及び下型１２と、上型１１が取り付けられ、プレス方向にスライド可能なスライダ１３と、下型１２が取り付けられるボルスタ１４と、ボルスタ１４を支持するベッド１５とを備える。よって、本実施形態では、上型１１が可動型であり、下型１２が固定型となる。また、ボルスタ１４と下型１２との間、及びスライダ１３と上型１１との間にはそれぞれ、後述する剛性分布部材１６，１７が配設される。以下、剛性分布部材１６，１７の構成を中心に各構成要素の詳細を説明する。

上型１１及び下型１２は共に、成形対象となるプレス品１を挟み込むためのもので、互いに対向する上型１１の成形面１１ａと、下型１２の成形面１２ａは、成形後のプレス品１の成形後の形状に準じた形状をなす。そのため、上型１１をプレス時の位置（例えば下死点）まで下降させた状態では、図１に示すように、上型１１の成形面１１ａと下型１２の成形面１２ａとの間に、プレス成形後のプレス品１に準じた形状及び寸法のクリアランス１８が形成された状態となる。なお、本発明においては、後述する理由より、上述した成形面１１ａ，１２ａに、上型１１及び下型１２のプレス時のたわみを見込んだ形状ないし寸法の補正分は盛り込まれていない。

ボルスタ１４は例えば板状をなすもので、ベッド１５の上方に配設される。本実施形態では、ボルスタ１４の下面１４ａの周縁部分が、キャリア１９を介してベッド１５により下方から支持されている。この場合、ボルスタ１４の下面１４ａの中央部分は、何らの部材によっても支持されることなく中に浮いた状態にある。

下型１２とボルスタ１４との間に配設される剛性分布部材１６は、図２及び図３に示すように、総じて板状をなすもので、本実施形態では、互いにヤング率の異なる複数（本図示例では３個）のプレート体２０ａ〜２０ｃを組合わせてなる。ここでは、例えば後述するボルスタ１４のプレス時における下方へのたわみ分布に応じて、最も外側に位置する略矩形枠状の第一プレート体２０ａのヤング率が３個のプレート体２０ａ〜２０ｃのうちで最も低く設定される。また、最も内側に位置する略矩形板状の第二プレート体２０ｂのヤング率が最も高く設定される。この場合、第一プレート体２０ａと第二プレート体２０ｂとの間に位置する第三プレート体２０ｃのヤング率は、第一プレート体２０ａのヤング率より高く、第二プレート体２０ｂのヤング率より低く設定される。ここで、上述したボルスタ１４のたわみ分布は、予め図１に示すプレス装置１０から剛性分布部材１６を取り外した状態で所定のプレス荷重を付与した際にボルスタ１４に生じる下方へのたわみ量を取得することで得られる。なお、ボルスタ１４の面圧分布に応じてヤング率の分布を設定しない理由としては、ボルスタ１４の支持構造によっては面圧分布とたわみ分布は必ずしも一致しないためである。また、各プレート体２０ａ〜２０ｃは必ずしも互いに連結固定されている必要はなく、互いに嵌り合った状態であればよい。後述する剛性分布部材１７の各プレート体２１ａ〜２１ｃについても同様である。

この場合、剛性分布部材１６の上面１６ａは、例えば平坦状をなし、プレス前の状態では、同じく平坦状をなす下型１２の下面１２ｂと面接触した状態にある。同様に、剛性分布部材１６の下面１６ｂは平坦状をなし、同じく平坦状をなすボルスタ１４の上面１４ｂと面接触した状態にある。

上型１１とスライダ１３との間に配設される剛性分布部材１７は、剛性分布部材１６と同様、総じて板状をなすもので、本実施形態では、互いにヤング率の異なる複数（本図示例では３個）のプレート体２１ａ〜２１ａを組合わせてなる。ここで、例えば後述するスライダ１３のプレス時における下方へのたわみ分布に応じて、最も外側に位置する略矩形枠状の第一プレート体２１ａのヤング率が３個のプレート体２１ａ〜２１ａのうちで最も低く設定される。また、最も内側に位置する略矩形板状の第二プレート体２１ｂのヤング率が最も高く設定される。この場合、第一プレート体２１ａと第二プレート体２１ｂとの間に位置する第三プレート体２１ｃのヤング率は、第一プレート体２１ａのヤング率より高く、第二プレート体２１ｂのヤング率より低く設定される。なお、上述したスライダ１３のたわみ分布についても、予め図１に示すプレス装置１０から剛性分布部材１７を取り外した状態で所定のプレス荷重を付与した際にボルスタ１４に生じる下方へのたわみ量を取得することで得られる。なお、通常、ボルスタ１４のたわみ分布とスライダ１３のたわみ分布とは相違するため、上型１１側の剛性分布部材１７を構成する各プレート体２１ａ〜２１ａのヤング率と、下型１２側の剛性分布部材１６を構成する各プレート体２０ａ〜２０ｃのヤング率とは相違する。あるいは、各プレート体２１ａ〜２１ａ間の平面寸法比と、各プレート体２０ａ〜２０ｃ間の平面寸法比とは相違する。

なお、この場合も、剛性分布部材１７の下面１７ａは、例えば平坦状をなし、プレス前の状態では、同じく平坦状をなす上型１１の上面１１ｂと面接触した状態にある。同様に、剛性分布部材１７の上面１７ｂは平坦状をなし、同じく平坦状をなすスライダ１３の下面１３ａと面接触した状態にある。

以下、上記構成のプレス装置１０の動作を本発明の作用効果と共に説明する。

まず、図４に示すように、下型１２の成形面１２ａ上に成形対象となる板状のプレス品１を載置する。然る後、スライダ１３を下降させて、上型１１を下型１２に近接させることにより、プレス品１を上型１１と下型１２とで挟み込んで、所定のプレス荷重で上下の成形面１１ａ，１２ａに倣った形状にプレス品１を成形する。

この際、上型１１及び下型１２には、プレス品１に付与したプレス荷重に相当する反力が作用する。この反力の向きは、プレス品１を挟み込む方向とは逆向きになるため、図５でいえば、下型１２、剛性分布部材１６、及びボルスタ１４を下向きに変形させる力として作用する。ここで、ボルスタ１４の周縁部分は、上述したようにキャリア１９を介してベッド１５により下方から支持され、ボルスタ１４の中央部分は不支持の状態（中に浮いた状態）にある。そのため、上述した下向きの反力を受けた場合、ボルスタ１４は主にその中央部分を底として凹状にたわむ傾向にある。この場合、ボルスタ１４の下方へのたわみ量はその周縁部分で最も小さく、中央部分に向かうにつれて大きくなる分布を示す。

ここで、仮に剛性分布部材１６が、プレス方向に直交する向き（図５でいえば左右方向）の平面内で均一な剛性分布を示すものである場合、同図中の二点鎖線で示すように、剛性分布部材１６全体がその板厚を大きく異ならせることなくボルスタ１４に倣ってたわみ変形を生じる。

一方、本発明に係る剛性分布部材１６は、ボルスタ１４のたわみ分布に応じて、プレス方向に直交する向きの平面内で不均一な剛性分布を示す。具体的には、剛性分布部材１６は、周縁部分から中央部分に向かうにつれてプレス方向の圧縮に対する剛性が三段階で高くなる分布を示す。そのため、図５に示すようにプレス時に剛性分布部材１６が反力を受けた際、剛性分布部材１６の周縁部分を構成する第一プレート体２０ａが、その厚み方向に相対的に大きく圧縮される。これに対して、剛性分布部材１６の中央部分を構成する第二プレート体２０ｂは、その厚み方向に相対的に小さく圧縮される（圧縮量は第一プレート体２０ａに比べて小さい）。そのため、ボルスタ１４が下方に大きくたわんで剛性分布部材１６の下面１６ｂがボルスタ１４に倣って変形した場合であっても、その周縁部分が中央部分に比べて大きく圧縮されることで、剛性分布部材１６の上面１６ａの変形は抑制され、プレス前の状態（平坦な状態）となるべく変わらない状態を維持することができる。これにより、剛性分布部材１６の上面１６ａと当接する下型１２の下面１２ｂの変形も抑制され、下型１２の上面である成形面１２ａが変形する事態を可及的に防止することが可能となる。

また、本実施形態では、上型１１とスライダ１３との間にも剛性分布部材１７を配設しているので、スライダ１３が上方にたわんで剛性分布部材１７の上面１７ｂがスライダ１３の下面１３ａに倣って変形した場合であっても、その周縁部分が例えば中央部分に比べて大きく圧縮されることで、剛性分布部材１７の下面１７ａの変形は抑制される。これにより、剛性分布部材１７の下面１７ａと当接する上型１１の上面１１ｂの変形も抑制され、上型１１の下面である成形面１２ａが変形する事態を可及的に防止することが可能となる。従って、プレス成形前における双方の成形面１１ａ，１２ａ間のクリアランス１８を、プレス成形時においても可及的に維持することができ、これによりプレス精度を確保することが可能となる。

このように、本発明によれば、所定の剛性分布を示す剛性分布部材１６を下型１２とボルスタ１４との間に配設するだけで、上型１１の成形面１１ａの変形を抑制して、成形面１１ａ，１２ａ間のクリアランス１８を維持することができる。そのため、例えばボルスタ１４やスライダ１３を含むプレス装置１０の剛性を高めるために装置の構造を複雑化したり、大型化を図らずに済む。また、比較的低コストに下型１２の効果的なたわみ抑制対策を実施することができる。また、本実施形態のように、所定の剛性分布を示す剛性分布部材１６を、板状をなし互いにヤング率の異なる複数のプレート体２０ａ〜２０ｃで構成すれば、その板厚の分だけプレス装置１０の高さが増すだけで、大幅なプレス装置１０の大型化を招くこともない。また、その製作コストも安価で済む。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るプレス装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において任意の構成を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、プレス装置１０に組み込まれる剛性分布部材１６を、その周縁部分から中央部分にかけて段階的（図示では３段階）に構成する複数のプレート体２０ａ〜２０ｃで構成した場合を例示したが、もちろん、これ以外の形態を採ることも可能である。図６はその一例（第二実施形態）に係る剛性分布部材２２と、その際のボルスタ１４の支持形態を示している。すなわち、図６（ａ）に示すように、ボルスタ１４の下方に、キャリア１９だけでなく、ボルスタ１４の中央部分で略十字状に交差する向きに梁状部材２３が配設されている場合、ボルスタ１４は四つにいわば区画され、各区画領域２４ａ〜２４ｄの周縁部分をキャリア１９と梁状部材２３とで下方から支持された状態となる。

この場合、ボルスタ１４はその支持態様から、各区画領域２４ａ〜２４ｄの中央部分を底として凹状にたわむ変形が想定される。この際、例えば剛性分布部材２２を、図６（ｂ）に示すように、互いに形態の異なる三種類のプレート体２５ａ〜２５ｃで構成することが可能である。すなわち、この剛性分布部材２２は、四個の穴部２５ａ１を有する第一プレート体２５ａと、略矩形枠状をなし、第一プレート体２５ａの各穴部２５ａ１に嵌め込まれる複数個（ここでは４個）の第二プレート体２５ｂと、略矩形状をなし、各第二プレート体２５ｂの穴部２５ｂ１に嵌め込まれる複数個（ここでは４個）の第三プレート体２５ｃと有する。ここで、三種類のプレート体２５ａ〜２５ｃのうち、第一プレート体２５ａのヤング率が最も低く、第三プレート体２５ｃのヤング率が最も高い。第二プレート体２５ｂのヤング率は、第一プレート体２５ａのヤング率と、第三プレート体２５ｃのヤング率との中間である。この場合、第一プレート体２５ａがボルスタ１４の各区画領域２４ａ〜２４ｄの周縁部分と当接し、第三プレート体２５ｃが各区画領域２４ａ〜２４ｄの中央部分と当接する。第二プレート体２５ｂは各区画領域２４ａ〜２４ｄの中間部分と当接する。

以上のように構成すれば、プレス装置１０によってボルスタ１４の支持構造が異なっていても、当該支持構造に応じた、言い換えると当該支持構造に起因したボルスタ１４のたわみ分布に応じて、剛性分布部材２２の剛性分布を適宜に設定することができる。また、設定すべき剛性分布となるよう、各プレート体２５ａ〜２５ｃの形状、個数を調整するだけで、容易に所望の剛性分布を示す剛性分布部材２２を製作することができる。

また、上記実施形態では、剛性分布部材１６，１７，２２を、互いにヤング率の異なる複数のプレート体２０ａ〜２０ｃ，２１ａ〜２１ｃ，２５ａ〜２５ｃで構成した場合を例示したが、もちろんこれには限られない。プレス方向の圧縮に対する剛性が上述した所定の分布を示す限りにおいて、剛性分布部材はさらに他の形態を採ることも可能である。

図７はその一例（第三実施形態）に係る剛性分布部材２６の平面図を示している。同図に示す剛性分布部材２６は、一枚のプレートからなるもので、その周縁部分２６ａと、中央部分２６ｂ、及びその中間部分２６ｃとで、板厚方向の貫通穴２７ａ，２７ｂの有無及びサイズを調整することで、各部分２６ａ〜２６ｃの有効面積ひいてはプレス方向の圧縮に対する剛性をそれぞれ所定の大きさに設定している。すなわち、剛性分布部材２６の周縁部分２６ａと中間部分２６ｃにはそれぞれ径の異なる貫通穴２７ａ，２７ｂが形成されているのに対し、中央部分２６ｂには何らの貫通穴も形成されていない。ここで、周縁部分２６ａに形成された貫通穴２７ａの径寸法は、中間部分２６ｃに形成された貫通穴２７ｂの径寸法よりも大きく、これにより、周縁部分２６ａの有効面積（例えば貫通穴２７ａがないものとした場合の周縁部分２６ａの面積に対する、貫通穴２７ａを除いた実際の周縁部分２６ａの面積の比）を、中間部分２６ｃの有効面積（貫通穴２７ｂがないものとした場合の中間部分２６ｃの面積に対する、貫通穴２７ｂを除いた実際の中間部分２６ｃの面積の比）よりも小さくしている。この場合、中央部分２６ｂには何らの貫通穴が形成されていないため、中央部分２６ｂの有効面積が最も大きいことになる。

たとえ周縁部分２６ａと中間部分２６ｃ、及び中央部分２６ｂが何れも同一材質のプレートからなるものであっても、各部分２６ａ〜２６ｃの有効面積が異なれば、プレス方向の圧縮に対する剛性は異なるため、上述のように有効面積の大小を定めることで、第一及び第二実施形態の如く、ボルスタ１４等のたわみ分布に応じた剛性分布を剛性分布部材２６に付与することができる。この場合、用意するプレートは一枚でよいため、簡易に製作でき、また取扱い性も良好である。なお、条件が整えば、これら貫通穴２７ａ，２７ｂの少なくとも一方を、ボルスタ１４の下方に配置されるクッションピンの挿通用の穴として兼用できるよう、その形成位置や径寸法を設定することも可能である。もちろん、貫通穴２７ａ，２７ｂの形状は真円には限られない。

また、以上の説明では、剛性分布部材１６，１７，２２，２６を下型１２とボルスタ１４との間、又は上型１１とスライダ１３との間に配設した場合を例示したが、もちろん配設箇所はこれには限られない。例えば図示は省略するが、スライダ１３の上方に、スライダ１３の上面とその全面で当接する部材が配設される場合、この部材が本発明でいう支持部材に該当する。この場合、剛性分布部材は、スライダ１３と上型１１との間ではなく、スライダ１３と、その上方でスライダ１３を支持する部材（支持部材）との間に配設される。ボルスタ１４についても同様の支持構造を採っている場合、ボルスタ１４と支持部材との間に剛性分布部材を配設することが可能である。

１ プレス品
１０ プレス装置
１１ 上型
１１ａ，１２ａ 成形面
１２ 下型
１３ スライダ
１４ ボルスタ
１５ ベッド
１６，１７，２２，２６ 剛性分布部材
１８ クリアランス
１９ キャリア
２０ａ〜２０ｃ プレート体
２１ａ〜２１ｃ プレート体
２３ 梁状部材
２５ａ〜２５ｃ プレート体
２６ａ 周縁部分
２６ｂ 中央部分
２６ｃ 中間部分
２７ａ，２７ｂ 貫通穴

Claims (1)

1. プレス品を挟み込んでプレスすることにより所定の形状に成形する一対の金型と、前記金型が支持される支持部材とを備えたプレス装置において、
   前記金型と前記支持部材との間に、プレス方向の圧縮に対する剛性が前記プレス方向に直交する平面内で所定の分布を示す剛性分布部材が配設され、
   前記剛性分布部材の前記剛性は、前記支持部材のプレス時におけるたわみ量が相対的に大きい部位と当接する領域で相対的に高く、前記たわみ量が相対的に小さい部位と当接する領域で相対的に低い分布を示すことを特徴とするプレス装置。

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