JP2023025343A - プレス成形金型、及びプレス成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用プレス機に容易にセットできて成形品のノックアウトが容易にできる構成のプレス成形金型を提供する。
【解決手段】プレス成形金型１は、ストリッパプレート１２に下向きの第１付勢力を加える第１スプリング１３が配された上型２と、ノックアウトプレート２３に上向きの第２付勢力を加える第２スプリング２５が配された下型３とを有し、ストリッパプレート１２にてノックアウトプレート２３を押し下げることでパンチ部１１ａ押し下げて、スラリ状態の金属材料をプレス成形する構成であり、ノックアウトプレート２３にてストリッパプレート１２を押し上げることで受部２３ａを押し上げて、プレス成形された成形品を取り出し可能な状態にする構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレス成形金型、及びプレス成形方法に関する。

従来、半凝固アルミニウムを圧縮変形させて成形体を形成し、緻密な内部組織の金属部品を製造する方法が提案されている（特許文献１：特許第３６３５２５８号公報、特許文献２：特許第６０６６４２６号公報）。

特許第３６３５２５８号公報 特許第６０６６４２６号公報

プレス加工された成形品を取出すためには前記成形品をノックアウトしなければならない。従来技術は、プレス機にノックアウト機構を設けていた。しかしながら、プレス機にノックアウト機構を設けた構成は、金型のセットおよびストローク調整に時間がかかり、設備稼働率が低下することや設備の汎用性が低下するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、汎用プレス機に容易にセットできて成形品のノックアウトが容易にできる構成のプレス成形金型を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。

本発明に係るプレス成形金型は、パンチプレートにストリッパプレートが配された上型と、ベースプレートにホルダープレートが固定されノックアウトプレートが配されて前記ホルダープレートにダイプレートが固定された下型とを有し、前記ストリッパプレートに下向きの第１付勢力を加える第１スプリングが配されており、前記ノックアウトプレートに上向きの第２付勢力を加える第２スプリングが配されており、前記パンチプレートに固定されたパンチ部が前記ストリッパプレートに形成されたパンチ穴に挿入し、前記ノックアウトプレートに固定された受部が前記ダイプレートに形成された受穴に下側から挿入し、前記パンチ部が前記パンチ穴を挿通して前記受穴に上側から挿入可能な構成であり、プレス機に取付けてスラリ状態の金属材料をプレス成形するプレス成形金型であり、成形時は前記上型と前記下型とを互いに近づけることで前記ストリッパプレートにて前記ノックアウトプレートを押し下げて前記パンチ部を前記受穴に押し下げることでプレス成形する構成であり、取出時は前記上型と前記下型とを互いに離すことで前記ノックアウトプレートにて前記ストリッパプレートを押し上げるとともに前記受部を前記受穴に押し上げることで成形品を取り出し可能な状態にする構成であることを特徴とする。

この構成によれば、ストリッパプレートによってノックアウトプレートを押し下げながら同時に素材にプレス成形を行って、前記ノックアウトプレートに設けた受部を押し上げてプレス成形品を取り出し可能な状態にするので、プレス機にノックアウト機構を設けなくて済み、簡素な構成にしつつ、プレス機に容易にセットできて成形品のノックアウトが容易にできる。

前記ダイプレートは前記受穴の周囲に所定間隔でガイド穴が貫通しており、前記ストリッパプレートは前記ガイド穴に上から挿入する第１ピンが所定間隔で固定されており、前記ノックアウトプレートは前記受部の周囲に前記ガイド穴に下から挿入する第２ピンが所定間隔で固定されており、前記成形時は前記第１ピンが前記第２ピンを押し下げる構成であり、前記取出時は前記第２ピンが前記第１ピンを押し上げる構成であることが好ましい。この構成によれば、成形位置と取出位置が正確な位置で繰り返すことが容易にできる。よって、均質な成形品を繰り返し製造することが容易にできる。

一例として、前記ストリッパプレートは吊り下げボルトによって前記パンチプレートに吊り下げられている。この構成によれば、第１スプリングに吊り下げボルトを挿通させて第１スプリングを位置決めしつつストリッパプレートの可動範囲を規制することが容易にできる。一例として、ダイプレートは固定ボルトによって前記ホルダープレートに固定されている。この構成によれば、ノックアウトプレートの可動範囲を規制することが容易にできる。一例として、前記ストリッパプレートに第１ヒータが配されており、前記ダイプレートに第２ヒータが配されている。この構成によれば、効率的に素材を加熱することが容易にできる。一例として、下死点において前記ストリッパプレートと前記ダイプレートとは接する構成である。この構成によれば、下死点において素材のプレス成形が完了したことが容易に把握できる。一例として、上死点において前記受部の上面と前記ダイプレートの上面とは面一になる構成である。この構成によれば、上死点においてダイプレートの上面をスライドさせて取り出すことが容易にできる。

本発明に係るプレス成形方法は、パンチプレートにストリッパプレートが配された上型と、ベースプレートにホルダープレートが固定されノックアウトプレートが配されて前記ホルダープレートにダイプレートが固定された下型とを有し、前記ストリッパプレートに下向きの第１付勢力を加える第１スプリングが配されており、前記ノックアウトプレートに上向きの第２付勢力を加える第２スプリングが配されており、前記パンチプレートに固定されたパンチ部が前記ストリッパプレートに形成されたパンチ穴に挿入し、前記ノックアウトプレートに固定された受部が前記ダイプレートに形成された受穴に下側から挿入し、前記パンチ部が前記パンチ穴を挿通して前記受穴に上側から挿入可能な構成のプレス成形金型をプレス機に取付けてスラリ状態の金属材料をプレス成形するプレス成形方法であり、成形時は前記上型と前記下型とを互いに近づけることで前記ストリッパプレートにて前記ノックアウトプレートを押し下げて前記パンチ部を前記受穴に押し下げることでプレス成形し、取出時は前記上型と前記下型とを互いに離すことで前記ノックアウトプレートにて前記ストリッパプレートを押し上げるとともに前記受部を前記受穴に押し上げることで成形品を取り出し可能な状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、ストリッパプレートによってノックアウトプレートを押し下げながら素材にプレス成形を行って、その後、前記ノックアウトプレートに設けた受部を押し上げてプレス成形品を取り出し可能な状態にするので、素材を容易にセットできて成形品を容易に取り出すことができる。

本発明によれば、プレス機に容易にセットできて成形品のノックアウトが容易にできる構成のプレス成形金型が実現できる。したがって、緻密な内部組織を有するアルミニウム成形品を繰り返し製造することが容易にできる。

図１は本発明の実施形態に係るプレス成形金型の構造を示す概略の斜視図である。 図２Ａは図１における上型の構造を示す概略の斜視図であり、図２Ｂは図１における下型の構造を示す概略の斜視図である。 図３Ａは図１における上型の平面図であり、図３Ｂは図１における上型の正面図である。 図４Ａは図１における下型の平面図であり、図４Ｂは図１における下型の正面図である。 図５は図１のプレス成形金型をプレス機に取付けた状態を示す概略の正面図である。 図６は図１のプレス成形金型をプレス機に取付けた状態を示す概略の正面図である。 図７は図１のプレス成形金型によってプレス成形された成形品を示す概略の斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。本実施形態のプレス成形金型１は、スラリ状態の金属材料を投入してプレス成形するプレス成形金型である。スラリ状態は半凝固または半溶融になっている状態である。図１は、本実施形態に係るプレス成形金型１の例を示す概略の斜視図である（ヒータ配線は不図示）。図１のプレス成形金型１は、プレス機４０の接地面に対して鉛直方向の軸線Ｐ１に対して回転対称になる位置に、第１ピン１２ｂが４つ備わっている構成の例である。ここで、プレス成形金型１の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にＸ，Ｙ，Ｚの矢印で向きを示している。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

一例として、ビレット形状またはインゴット形状のアルミニウム合金材料を溶解炉にて溶解し、溶解したアルミニウム合金材料をステンレス製の有底円筒容器に移し替えて、温度が約５８０～６００℃の中間温度帯にして半凝固状態にする。そして、プレス機４０にプレス成形金型１をセットして上型２と下型３とを上死点に達するまで開いた状態で、半凝固状態のアルミニウム合金材料を下型３に投入し、上型２と下型３とを下死点に達するまで閉じてプレス成形し、その後、上型２と下型３とを上死点に達するまで開いて成形品５０を取出して徐冷する。材料の投入および成形品の取出は、ロボットハンド、搬送機または工具を用いて、自動取出または半自動取出によって行う。一例として、金型温度は約１８０～２４０℃に設定する。一例として、プレス圧力は１００～４００ｋＮに設定する。

図１に示すように、プレス成形金型１は、上型２と下型３によって構成される。金型材料は、一例として、焼入れしたダイス鋼、超硬合金、ステンレス鋼、プリハードン鋼、炭素工具鋼、特殊工具鋼、その他既知の耐熱鋼が用いられる。プレス成形金型１は、プレス機４０の上型ホルダ３１に上型２を取付けて、プレス機４０の下型ホルダ３２に下型３を取付けて、一例として油圧によって、図５に示す上死点の状態と、図６に示す下死点の状態とを繰り返して成形品５０を成形する。

プレス成形による成形品５０は、ダイカスト製品に比べて、微細形状が可能になる。図７に示す成形品５０は、ヒートシンクの一例である。パンチ部１１ａに形成した凹凸形状を反映した凸部５０ａと凹部５０ｂとが交互に形成されたヒートシンクが成形される。一例として、車両ヘッドライトに好適なヒートシンクが形成できる。

図２Ａ、図３Ａ、図３Ｂに示すように、上型２は、パンチプレート１１にストリッパプレート１２が配されている。パンチプレート１１とストリッパプレート１２の間には、ストリッパプレート１２に下向きの第１付勢力を加える第１スプリング１３が配されている。第１スプリング１３の第１付勢力は、成形品５０の材質、形状またはサイズなどに応じて任意の値に設定される。第１スプリング１３は耐熱性の圧縮コイルバネであり、一例として、パンチ部１１ａの周囲に全部で４つ配されている。

パンチプレート１１は、パンチ部１１ａが軸線Ｐ１上に下向きで固定されている。ストリッパプレート１２は、パンチ穴１２ａが軸線Ｐ１上に形成されている。パンチプレート１１における下面の両端部にはガイドブッシュ１１ｂが固定されている。ストリッパプレート１２は、パンチ穴１２ａの周囲４箇所に第１ピン１２ｂが下向きで固定されている。そして、ストリッパプレート１２における上面の４箇所に第１スプリング１３が配された状態で、第１スプリング１３をそれぞれ貫通する吊り下げボルト１４によってストリッパプレート１２がパンチプレート１１に吊り下げられて連結されている。そして、パンチ穴１２ａに挿通したパンチ部１１ａが上下方向に摺動可能な状態になっている。吊り下げボルト１４の首下長さ寸法から第１スプリング１３の圧縮時の長さ寸法を引いた寸法に基づいて算出された寸法によってパンチ部１１ａの摺動範囲が規制される。

図２Ｂ、図４Ａ、図４Ｂに示すように、下型３は、ベースプレート２１に４つのホルダープレート２２が所定間隔で固定されている。そして、ホルダープレート２２が４箇所で固定されたベースプレート２１に、４方向に突き出た突出部２３ｃが形成されたノックアウトプレート２３が配されている。そして、ホルダープレート２２の上にダイプレート２４が固定されている。ベースプレート２１とノックアウトプレート２３の間には、ノックアウトプレート２３に上向きの第２付勢力を加える第２スプリング２５が配されている。第２スプリング２５の第２付勢力は、成形品５０の材質、形状またはサイズなどに応じて任意の値に設定される。第２スプリング２５は耐熱性の圧縮コイルバネであり、一例として、ホルダープレート２２とホルダープレート２２との間の位置に全部で４つ配されている。ここで、ベースプレート２１にホルダープレート２２が固定されている構成には、ベースプレート２１とホルダープレート２２とが一体構造の構成を含んでいる。

ノックアウトプレート２３は、受部２３ａが軸線Ｐ１上に上向きで固定されている。一例として、受部２３ａは円柱形状である。ダイプレート２４は、受穴２４ｂが軸線Ｐ１上に形成されている。ベースプレート２１における上面の両端部にはガイドポスト２１ａが立設して固定されている。ノックアウトプレート２３は、受部２３ａの周囲４箇所の突出部２３ｃに第２ピン２３ｂが上向きで固定されている。そして、ノックアウトプレート２３における下面の４箇所に第２スプリング２５が配された状態で、固定ボルト２６によってダイプレート２４がホルダープレート２２の上に固定されている。そして、受穴２４ｂに挿通した受部２３ａが上下方向に摺動可能な状態になっている。ホルダープレート２２の高さ寸法から第２スプリング２５の圧縮時の長さ寸法を引いた寸法に基づいて算出された寸法によって受部２３ａの摺動範囲が規制される。

ホルダープレート２２における上面には、吊り下げボルト１４におけるヘッドを逃がすための所定深さのザグリ穴２４ｃが形成されている。ザグリ穴２４ｃの形成によって、プレス成形金型１の高さ寸法を小さくしている。

成形品５０の取出時は、第２スプリング２５の第２付勢力によって成形品５０を押し上げる。第２スプリング２５の第２付勢力は、成形品５０の取出時に成形品５０を適度な速度で押し上げて成形品の内部歪みを抑える。第１スプリング１３における第１付勢力と第２スプリング２５における第２付勢力との関係は、成形品５０の材質、形状またはサイズなどに応じて任意の値に設定される。一例として、第２スプリング２５における第２付勢力は、第１スプリング１３における第１付勢力の１倍超であり、３倍未満に設定される。

ダイプレート２４は受穴２４ｂの周囲に所定間隔でガイド穴２４ａが貫通しており、ここでは４つのガイド穴２４ａが形成されている。ストリッパプレート１２はガイド穴２４ａに上から挿入する第１ピン１２ｂが所定間隔で配設されており、ここでは４つの第１ピン１２ｂが固定されている。ノックアウトプレート２３は受部２３ａの周囲にガイド穴２４ａに下から挿入する第２ピン２３ｂが所定間隔で配設されており、ここでは４つの第２ピン２３ｂが固定されている。つまり、プレス成形金型１は、半凝固状態のアルミニウム合金材料の成形時は第１ピン１２ｂが第２ピン２３ｂを押し下げる構成であり、成形品の取出時は第２ピン２３ｂが第１ピン１２ｂを押し上げる構成である。

プレス成形金型１は、ストリッパプレート１２に第１ヒータ４ａが配されており、ダイプレート２４に第２ヒータ４ｂが配されている。この構成によれば、素材に近接した位置で効率的に素材を加熱することが容易にできる。ここで、第１ヒータ４ａおよび第２ヒータ４ｂは、半凝固状態のアルミニウム合金材料の温度低下の勾配を極力緩やかにすることで均一な結晶粒で安定した品質の成形品を成形する。

プレス成形金型１は、下死点においてストリッパプレート１２の下面とダイプレート２４の上面とは接する構成である。この構成によれば、下死点において素材を密閉してプレス成形することが容易にできる。プレス成形金型１は、上死点において受部２３ａの上面とダイプレート２４の上面とは面一になる構成である。この構成によれば、上死点においてダイプレート２４の上面をスライドさせて成形品５０を取り出すことが容易にできる。

本実施形態に係るプレス成形方法は、図５に示す上死点にして半凝固状態のアルミニウム合金材料を投入し、半凝固状態のアルミニウム合金材料の成形時は、図６に示す下死点に達するまで上型２と下型３とを互いに近づけることでストリッパプレート１２にてノックアウトプレート２３を押し下げてパンチ部１１ａを受穴２４ｂに押し下げることでプレス成形し、その後、成形品５０の取出時は、図５に示す上死点に達するまで上型２と下型３とを互いに離すことでノックアウトプレート２３にてストリッパプレート１２を押し上げて受部２３ａを受穴２４ｂに押し上げることで成形品５０を取り出し可能な状態にして、成形品５０を取出す。本実施形態によれば、素材を容易にセットできて成形品５０を容易に取り出すことができる。

上述の例では、成形品５０に対応する凹凸形状をパンチ部１１ａに形成した構成で説明したが、これに限定されず、成形品５０に対応する凹凸形状を受部２３ａに形成した構成にする場合があり、成形品５０に対応する凹凸形状をパンチ部１１ａおよび受部２３ａに形成した構成にする場合がある。上述の例では、ホルダープレート２２における上面に所定深さのザグリ穴２４ｃが形成されている構成で説明したが、これに限定されず、ストリッパプレートに吊り下げボルト１４におけるヘッドを逃がすための所定深さのザグリ穴を形成する場合がある。上述の例では、軸線Ｐ１がプレス機４０の接地面に対して鉛直方向の場合で説明したが、これに限定されず、軸線Ｐ１はプレス機４０の接地面に対して傾斜若しくは平行にすることが可能である。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

１ プレス成形金型
２ 上型
３ 下型
４ａ 第１ヒータ、４ｂ 第２ヒータ
１１ パンチプレート、１１ａ パンチ部、１１ｂ ガイドブッシュ
１２ ストリッパプレート、１２ａ パンチ穴、１２ｂ 第１ピン
１３ 第１スプリング
１４ 吊り下げボルト
２１ ベースプレート、２１ａ ガイドポスト
２２ ホルダープレート
２３ ノックアウトプレート、２３ａ 受部、２３ｂ 第２ピン、２３ｃ 突出部
２４ ダイプレート、２４ａ ガイド穴、２４ｂ 受穴、２４ｃ ザグリ穴
２５ 第２スプリング
２６ 固定ボルト
３１ 上型ホルダ
３２ 下型ホルダ
４０ プレス機
５０ 成形品
Ｐ１ 軸線

Claims (4)

1. パンチプレートにストリッパプレートが配された上型と、ベースプレートにホルダープレートが固定されノックアウトプレートが配されて前記ホルダープレートにダイプレートが固定された下型とを有し、前記ストリッパプレートに下向きの第１付勢力を加える第１スプリングが配されており、前記ノックアウトプレートに上向きの第２付勢力を加える第２スプリングが配されており、前記パンチプレートに固定されたパンチ部が前記ストリッパプレートに形成されたパンチ穴に挿入し、前記ノックアウトプレートに固定された受部が前記ダイプレートに形成された受穴に下側から挿入し、前記パンチ部が前記パンチ穴を挿通して前記受穴に上側から挿入可能な構成であり、プレス機に取付けてスラリ状態の金属材料をプレス成形するプレス成形金型であり、成形時は前記上型と前記下型とを互いに近づけることで前記ストリッパプレートにて前記ノックアウトプレートを押し下げて前記パンチ部を前記受穴に押し下げることでプレス成形する構成であり、取出時は前記上型と前記下型とを互いに離すことで前記ノックアウトプレートにて前記ストリッパプレートを押し上げて前記受部を前記受穴に押し上げることで成形品を取り出し可能な状態にする構成であること
   を特徴とするプレス成形金型。
2. 前記ダイプレートは前記受穴の周囲に所定間隔でガイド穴が貫通しており、前記ストリッパプレートは前記ガイド穴に上から挿入する第１ピンが所定間隔で固定されており、前記ノックアウトプレートは前記受部の周囲に前記ガイド穴に下から挿入する第２ピンが所定間隔で固定されており、前記成形時は前記第１ピンが前記第２ピンを押し下げる構成であり、前記取出時は前記第２ピンが前記第１ピンを押し上げる構成であること
   を特徴とする請求項１に記載のプレス成形金型。
3. 前記ストリッパプレートは吊り下げボルトによって前記パンチプレートに吊り下げられており、前記ダイプレートは固定ボルトによって前記ホルダープレートに固定されており、前記ストリッパプレートに第１ヒータが配されており、前記ダイプレートに第２ヒータが配されており、下死点において前記ストリッパプレートと前記ダイプレートとは接する構成であり、上死点において前記受部の上面と前記ダイプレートの上面とは面一になる構成であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のプレス成形金型。
4. パンチプレートにストリッパプレートが配された上型と、ベースプレートにホルダープレートが固定されノックアウトプレートが配されて前記ホルダープレートにダイプレートが固定された下型とを有し、前記ストリッパプレートに下向きの第１付勢力を加える第１スプリングが配されており、前記ノックアウトプレートに上向きの第２付勢力を加える第２スプリングが配されており、前記パンチプレートに固定されたパンチ部が前記ストリッパプレートに形成されたパンチ穴に挿入し、前記ノックアウトプレートに固定された受部が前記ダイプレートに形成された受穴に下側から挿入し、前記パンチ部が前記パンチ穴を挿通して前記受穴に上側から挿入可能な構成のプレス成形金型をプレス機に取付けてスラリ状態の金属材料をプレス成形するプレス成形方法であり、成形時は前記上型と前記下型とを互いに近づけることで前記ストリッパプレートにて前記ノックアウトプレートを押し下げて前記パンチ部を前記受穴に押し下げることでプレス成形し、取出時は前記上型と前記下型とを互いに離すことで前記ノックアウトプレートにて前記ストリッパプレートを押し上げて前記受部を前記受穴に押し上げることで成形品を取り出し可能な状態にすること
   を特徴とするプレス成形方法。

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