JP2023055446A - プレス加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属を所定の形状に成形するプレス加工装置に関する。
プレス加工装置による金属の圧縮成形において、加圧面積に対し加圧方向の厚みが薄い低アスペクト比断面の加工物は、摩擦の影響が顕著となり大きな圧縮荷重を要する。圧縮荷重の抑制には、(1)工具と加工物の間に生じる摩擦の低減、(2)工具の接触面積の低減、(3)変形抵抗の低減が考えられ、(1)~(3)についてそれぞれ以下のような対策が試みられている。
(1)潤滑剤の性能を改善することや、加圧時に振動を付与して潤滑剤の膜切れを回避すること(非特許文献1参照)によって、摩擦を低減し、圧下に伴う荷重の増加を低減する。
(2)刀鍛冶のように小さな工具によって逐次的に加圧することや、図7に示すように、加圧盤100を回転させながら加工物101を圧下する回転鍛造(非特許文献2参照)の採用によって、接触面積を低減する。複数の直動アクチュエータで加圧盤(スライドブロック)を多点支持してフレキシブルな傾斜加圧により接触面積を低減する多動揺動加圧が、特許文献1に記載されている。
(3)非特許文献3では、図8(A)、(B)に示すように、圧縮とせん断の複合応力下で加工物102の加圧に必要な応力が低下することが示唆され、ねじりを与えながら加圧することによって圧縮荷重を低減するねじり負荷鍛造が示されている。
(2)刀鍛冶のように小さな工具によって逐次的に加圧することや、図7に示すように、加圧盤100を回転させながら加工物101を圧下する回転鍛造(非特許文献2参照)の採用によって、接触面積を低減する。複数の直動アクチュエータで加圧盤(スライドブロック)を多点支持してフレキシブルな傾斜加圧により接触面積を低減する多動揺動加圧が、特許文献1に記載されている。
(3)非特許文献3では、図8(A)、(B)に示すように、圧縮とせん断の複合応力下で加工物102の加圧に必要な応力が低下することが示唆され、ねじりを与えながら加圧することによって圧縮荷重を低減するねじり負荷鍛造が示されている。
前野智美、小坂田宏造、森謙一郎:「荷重振動による板鍛造における摩擦低減」、日本塑性加工学会誌「塑性と加工」、Vol.50-No.585(2009-10)、p951-955
河合望:新版 塑性加工学、(1988)、p139、朝倉書店
松本良、康仁漢、宇都宮裕:「ねじり付加による冷間据込み圧縮における軸方向荷重の低減」、第67回塑性加工連合講演会予稿集、(2016)、p85-86
しかしながら、(1)、(3)の方法では、プレス加工装置と加工物が接触する面積を減少させることができないため、加圧面積に対して加圧方向の厚みが薄いほど摩擦力が大きくなり、圧縮荷重の低減効果が得にくくなる。また、(2)の回転鍛造及び(3)のねじり負荷鍛造では回転動作を利用するため軸対称の形状への加工に適用範囲が限定される。しかも、ねじり負荷鍛造では、図8(A)、(B)において仮想線で記載した特定領域の変形に示されるように、作用するせん断応力が半径方向外側に比べ半径方向内側で小さくなるため、回転中心近辺に十分なせん断応力を与えられない。
これに対し、(2)の多動揺動加圧は、加工形状が軸対称に限定されるという制約は無いが、加圧面を傾斜させて加工するため、加工物の端面に傾斜が残る傾向がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、加工物の端面に傾斜が残るのを防止した上で圧縮荷重を抑制して様々な形状の加工に対応可能なプレス加工装置を提供することを目的とする。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、加工物の端面に傾斜が残るのを防止した上で圧縮荷重を抑制して様々な形状の加工に対応可能なプレス加工装置を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係るプレス加工装置は、第1の金型をP方向に移動させて第2の金型に近付け、該第1、第2の金型の間に配された加工物を圧縮成形するプレス加工装置において、前記第1、第2の金型のいずれか一方を、前記P方向に対し垂直な方向に往復動させる直動機構Eと、前記第1、第2の金型のいずれか一方を、前記P方向に対し垂直な方向、かつ、前記直動機構Eによる往復動の方向とは異なる方向に往復動させる直動機構Fとを備える。
本発明に係るプレス加工装置は、第1、第2の金型のいずれか一方を、P方向に対し垂直な方向に往復動させる直動機構Eと、第1、第2の金型のいずれか一方を、P方向に対し垂直な方向、かつ、直動機構Eによる往復動の方向とは異なる方向に往復動させる直動機構Fとを備えるので、第1、第2の金型のいずれか一方又は双方をP方向に垂直な方向に往復動させながら加工物の圧縮成形ができ、加工後の加工物の端面に傾斜が生じるのを防止した上で圧縮成形時の圧縮荷重を抑制可能である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るプレス加工装置10は、上型(第1の金型の一例)11を鉛直方向(P方向の一例)に移動させて下型(第2の金型の一例)12に近付け、上型11及び下型12の間に配された加工物Wを圧縮成形する装置である。以下、詳細に説明する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係るプレス加工装置10は、上型(第1の金型の一例)11を鉛直方向(P方向の一例)に移動させて下型(第2の金型の一例)12に近付け、上型11及び下型12の間に配された加工物Wを圧縮成形する装置である。以下、詳細に説明する。
プレス加工装置10は、図1に示すように、ベース台13上に固定された無給油式のスライドプレート14と、スライドプレート14上に載せられた下型12と、下型12の上方に設けられた可動台15に固定された上型11を備えている。スライドプレート14は、一面側に図示しない多数の穴が形成された平面視して矩形(正方形を含む、以下の矩形についても同じ)状の銅合金板及び各穴に埋設された固形潤滑剤を有している。スライドプレート14は、穴が形成された一面側を上側に配した状態で下側に配された他面側がベース台13に固定されている。下型12は平面視して矩形の板状金属で、スライドプレート14の一面側に水平移動可能な状態で載せられている。
ベース台13には、それぞれ鉛直方向に長い複数(本実施の形態では2本)のガイド部材16、16aの下端部が固定されている。板状の可動台15は、ベース台13から距離を有する位置に水平に配された状態で各ガイド部材16、16aに昇降自在に取り付けられている。平面視して矩形の板状金属である上型11は、下型12から距離を有する下型12の上方位置で可動台15の下面に固定されている。
可動台15は、図示しない油圧シリンダにより押し下げられて(P方向に移動させられて)、上型11と共に下降し、上型11及び下型12に挟まれている金属製の加工物Wを鉛直方向に圧縮する。下型12は上型11に近付く方向に移動しないように設けられている。
可動台15は、図示しない油圧シリンダにより押し下げられて(P方向に移動させられて)、上型11と共に下降し、上型11及び下型12に挟まれている金属製の加工物Wを鉛直方向に圧縮する。下型12は上型11に近付く方向に移動しないように設けられている。
ベース台13が一部に載せられた支持部材17には、図1、図2に示すように、可動ロッド18を有する電動シリンダ19(直動機構Eの一例)が取り付けられている。可動ロッド18は軸心が水平に配され、電動シリンダ19は可動ロッド18が下型12の高さ位置で水平に進退する。可動ロッド18の先端部には、スライダ20が移動可能に装着されたリニアガイド21が連結されている。リニアガイド21は平行配置された対となるレール22、23を具備し、スライダ20はレール22、23に沿って水平に往復動可能である。可動ロッド18はスライダ20が往復動する方向に対して垂直な方向に進退する。
同じく、ベース台13が一部に載せられた支持部材24には、可動ロッド25を有する電動シリンダ26(直動機構Fの一例)が取り付けられている。可動ロッド25は軸心が水平に配され、電動シリンダ26は可動ロッド25が下型12の高さ位置で水平に進退する。可動ロッド25の先端部には、スライダ27が移動可能に装着されたリニアガイド28が連結されている。リニアガイド28は平行配置された対となるレール29、30を具備し、スライダ27はレール29、30に沿って水平に往復動可能である。
可動ロッド25はスライダ27が往復動する方向及び可動ロッド18が進退する方向に対して垂直な方向に進退する。レール29、30の延設方向はレール22、23の延設方法に対して垂直であり、スライダ27はスライダ20が往復動する方向に対し垂直な方向に往復動する。本実施の形態では、可動ロッド18、25が1~10μm幅で進退する。
スライダ20は4つの側壁部を有する下型12の一の側壁部(以下、「第1側壁部」と言う)に連結され、スライダ27は下型12の第1側壁部に対し垂直に隣接する第2側壁部に連結されている。
スライダ20は4つの側壁部を有する下型12の一の側壁部(以下、「第1側壁部」と言う)に連結され、スライダ27は下型12の第1側壁部に対し垂直に隣接する第2側壁部に連結されている。
下型12は、可動ロッド25が停止した状態で可動ロッド18が進退することによって可動ロッド18の進退方向(水平方向)に往復動し、可動ロッド18が停止した状態で可動ロッド25が進退することによって可動ロッド25の進退方向(水平方向で、可動ロッド18の進退方向に対し垂直な方向)に往復動する。よって、電動シリンダ19はP方向に対し垂直な方向に下型12を往復動させることができ、電動シリンダ26はP方向に対し垂直な方向、かつ、電動シリンダ19による往復動の方向とは異なる方向に下型12を往復動させることができる。
ここで、電動シリンダ19の作動による下型12の往復動の方向と、電動シリンダ26の作動による下型12の往復動の方向とは非平行であることから、可動ロッド18、25それぞれの進退動作の組み合わせによって、下型12を仮想水平面に沿っていずれの方向にも移動させることができる。例えば、下型12を旋回運動させることや、下型12を可動ロッド18、25の各進退方向に非平行な方向に往復動させることができる。そのため、加工物Wの加工後の目標とする形状に応じた適切な下型12の移動を実現することが可能である。
本実施の形態では、電動シリンダ19の作動による下型12の往復動の方向が電動シリンダ26による下型12の往復動の方向に対し垂直であることから、下型12に所定の動作をさせるための電動シリンダ19、26の各制御(可動ロッド18、25それぞれについての進退長、進退のタイミング、進退速度等の制御)が容易である。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実験について説明する。実験では、図3に示すように、可動ロッド32が下型(第2の金型)33に連結された電動シリンダ(直動機構)34と、下型33の上方に配された上型(第1の金型)35が固定された可動台36とを有する実験機37を用いた。可動ロッド32は軸心が水平配置され、可動ロッド32及び下型33は可動ロッド32の軸心に沿って水平に進退する。下型33は、ベース台38に固定されたローラ式の軸受ブロック39に載った状態で設けられ、下型33の進退動作の際に下型33及び軸受ブロック39の間に生じる摩擦力は抑制される。
可動台36は図示しない電動シリンダによって押し下げられて、上型35及び下型33の間に配されたアルミニウム軟質材からなる加工物W′を圧縮成形する。加工物W′は直径6mm、高さ12mmの円柱状であった。実験では、加工物W′の上端部(軸心方向に3mmの領域)及び下端部(軸心方向に3mmの領域)を上型35及び下型33でそれぞれ拘束した状態で加工物W′を軸心方向に3mm圧縮した。可動ロッド32の進退幅(振幅)は75μmであった。可動台36及び油圧シリンダの間にロードセルを設けて圧縮荷重を計測した。
まず、(ケース1)可動ロッド32を静止させた状態で加工物W′を3mm圧縮した場合と、(ケース2)可動ロッド32を静止させた状態で加工物W′を1.5mm圧縮した後、可動ロッド32を連続的に進退させた状態にして加工物W′を更に1.5mm圧縮(合計で3mm圧縮)した場合とでそれぞれ圧縮荷重を連続的に計測した(第1の実験)。
計測結果を図4に示す。図4において横軸は加工物W′の圧縮量を示し、縦軸は圧縮荷重を示す。計測結果より、可動ロッド32(下型33)の連続的な進退動作により、圧縮荷重が低減できることが確認できた。更に、加工後の加工物W′の上面及び下面には傾斜が生じなかった。
計測結果を図4に示す。図4において横軸は加工物W′の圧縮量を示し、縦軸は圧縮荷重を示す。計測結果より、可動ロッド32(下型33)の連続的な進退動作により、圧縮荷重が低減できることが確認できた。更に、加工後の加工物W′の上面及び下面には傾斜が生じなかった。
次に、ケース2の圧縮荷重の計測を可動ロッド32の進退速度を変えて行い、可動ロッド32の進退速度の荷重低減率に対する影響を求めた(第2の実験)。第2の実験の結果を図5に示す。ここで、図4に示すように、ケース1、2において加工物W′を3mm圧縮した時点での圧縮荷重をそれぞれF、F’とし、F-F’=△Fとして、荷重低減率は△F/Fである。図5における「直交速度比 U/V」の「U」は可動ロッド32の進退速度を示し、「V」は油圧シリンダによって押し下げられる上型35の下降速度を示す。
また、第2の実験では、実際の計測結果(実測結果)とFEM(有限要素法)による解析結果との比較も行った。図5に示す実測結果及びFEMによる解析結果より、実測結果の傾向がFEMによる解析結果の傾向と同様であること、直交速度比が大きくなる(可動ロッド32の進退速度が上昇する)のに伴って荷重低減率が大きくなること、直交速度比が5以下で直交速度比の上昇に伴う荷重低減率の上昇が顕著となること、直交速度比が5を超えると直交速度比の上昇に伴う荷重低減率の上昇が鈍化することが確認できた。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、第1、第2の金型はそれぞれ上型及び下型でなくてもよく、第1、第2の金型が距離を有して同一高さに配置されていてもよい。この場合、第1の金型の移動方向(P方向)は水平方向となる。
また、第2の金型をP方向に対して逆方向(第1の金型の配置された方向)に移動可能にし、第1の金型をP方向に移動させる際に、第2の金型をP方向の逆方向に移動させて、第1、第2の金型を接近させるようにしてもよい。
例えば、第1、第2の金型はそれぞれ上型及び下型でなくてもよく、第1、第2の金型が距離を有して同一高さに配置されていてもよい。この場合、第1の金型の移動方向(P方向)は水平方向となる。
また、第2の金型をP方向に対して逆方向(第1の金型の配置された方向)に移動可能にし、第1の金型をP方向に移動させる際に、第2の金型をP方向の逆方向に移動させて、第1、第2の金型を接近させるようにしてもよい。
また、直動機構E、Fが共に第1の金型を往復動させるようにしてもよく、直動機構E、Fのいずれか一方が第1の金型の一例である上型を往復動させ、他方が第2の金型の一例である下型を往復動させるようにしてもよい。例えば、図6に示すプレス加工装置40は、直動機構Eの一例である電動シリンダ41が第2の金型の一例である下型42を往復動させ、直動機構Fの一例である電動シリンダ43が第1の金型の一例である上型44を往復動させるように設計されている。下型42及び上型44はそれぞれ、軸受ブロック45、46に接した状態で設けられ、往復動する際の摩擦力の発生が抑制されている。なお、W″は加工物である。
ここで、第1、第2の金型がそれぞれ上型及び下型であり、上型がP方向に移動可能で、下型が上型に近付く方向(P方向の反対方向)に移動しないように設計されている場合は、上述したプレス加工装置10のように、直動機構E、Fが共に下型を往復動するような設計が好ましい。これは、P方向に移動する上型を直動機構Eによって往復動させる場合、直動機構Eの自重によるモーメントが上型に偏心荷重としてかかるためである(この点、直動機構Fについても同様)。
更に、直動機構E、Fを共に下型を往復動するようにする場合、直動機構E、Fのいずれか一方が上型を、他方が下型をそれぞれ往復動する場合に比べて、設計の簡素化を図ることができる。
更に、直動機構E、Fを共に下型を往復動するようにする場合、直動機構E、Fのいずれか一方が上型を、他方が下型をそれぞれ往復動する場合に比べて、設計の簡素化を図ることができる。
10:プレス加工装置、11:上型、12:下型、13:ベース台、14:スライドプレート、15:可動台、16、16a:ガイド部材、17:支持部材、18:可動ロッド、19:電動シリンダ、20:スライダ、21:リニアガイド、22、23:レール、24:支持部材、25:可動ロッド、26:電動シリンダ、27:スライダ、28:リニアガイド、29、30:レール、32:可動ロッド、33:下型、34:電動シリンダ、35:上型、36:可動台、37:実験機、38:ベース台、39:軸受ブロック、40:プレス加工装置、41:電動シリンダ、42:下型、43:電動シリンダ、44:上型、45、46:軸受ブロック、W、W′、W″:加工物
Claims (3)
- 第1の金型をP方向に移動させて第2の金型に近付け、該第1、第2の金型の間に配された加工物を圧縮成形するプレス加工装置において、
前記第1、第2の金型のいずれか一方を、前記P方向に対し垂直な方向に往復動させる直動機構Eと、
前記第1、第2の金型のいずれか一方を、前記P方向に対し垂直な方向、かつ、前記直動機構Eによる往復動の方向とは異なる方向に往復動させる直動機構Fとを備えることを特徴とするプレス加工装置。 - 請求項1記載のプレス加工装置において、前記第1、第2の金型はそれぞれ上型及び下型であり、前記下型は前記上型に近付く方向に移動せず、前記直動機構E、Fは共に前記下型を往復動させることを特徴とするプレス加工装置。
- 請求項1又は2記載のプレス加工装置において、前記直動機構Eによる往復動の方向は、前記直動機構Fによる往復動の方向に対し垂直であることを特徴とするプレス加工装置。
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