JP3131431U

JP3131431U - マグネシウム基材料のプレス加工装置

Info

Publication number: JP3131431U
Application number: JP2007000994U
Authority: JP
Inventors: 哲郎鈴木
Original assignee: 株式会社マグネス
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2017-02-19

Abstract

【課題】均熱化と生産性の向上とを両立させるマグネシウム基材料のプレス加工装置を提供する。
【解決手段】少なくとも４本のタイロッドによって離間固定されたクラウンとベッドとの間でタイロッドに倣って摺動可能に設置されたスライダがクラウンに取り付けられた液圧プレスによって駆動され、液圧プレスは、１５０ｍｍ／秒以上の速度でスライダをベッドに近接させる第一の液圧プレスと、加工対象物を変形させる第二の液圧プレスとを備え、ベッドはダイクッション機構を有し、このダイクッション機構はベッド側に固定された第一の金型に出没可能に取り付けられた可動入れ子に連結可能とされ、第一の金型およびスライダに取り付けられた第二の金型の少なくとも一方に備えられた加熱手段を制御する温度制御装置を有する。
【選択図】図１

Description

本考案は、マグネシウムまたはマグネシウムを主要成分とする合金（以降、「マグネシウム基材料」と称する。）を所定の形状に温間塑性加工するプレス加工装置に関するものである。

マグネシウム基材料は実用的な金属の中で最も軽量であり、比強度、電磁シールド性、熱放散性、振動減衰性などに優れており、しかもリサイクルのための再生産エネルギーが少なくて済むなどの利点を有している。そのため近年、通信機器、コンピュータ機器、光学機器、自動車部品、スポーツ用品など各種分野において多用化されている。

その中でも通信機器、コンピュータ機器などのＩＴ機器は筐体として適用が本格化してきており、このため薄肉品を高精度で加工する要求が高まっている。このため、これまで形状加工方法の主流であったダイカストやチクソモールディングでは対応可能なワークの厚さ・形状精度に限度があり、プレス加工への期待が高まっている。

マグネシウム基材料は結晶学的すべり系が室温では３方向の組み合わせに限定されるため、冷間塑性加工には適していない。ところが、１７０℃〜４００℃程度に加熱すると柱面及び錘面の非底面系のすべり系が活性化される様になり、塑性加工性が向上する。このため、マグネシウム基材料のプレス加工は温間塑性加工として行なわれる。

このような温度条件を維持しつつ薄肉品を加工するためのプレス加工装置がこれまでにも提案されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００６−１４２３６８号公報

上記のような温度を維持していれば、限界絞り比は２以上を実現することが可能であり、他の金属材料のように様々な形状に加工することができる。しかしながら、ワークは薄肉であり、マグネシウム基材料の放熱特性は特に優れているため、ワークの温度を所定の温度範囲に制御することは容易でない。特許文献１に開示される技術では、連続プレスにあたって余熱工程を設けることで均熱化を図っている。しかしながら、このような手段は均熱化に寄与するものの、その一方で成形タクトを長くしてしまい、生産性の低下を招いてしまう。

そこで、本考案は、均熱化と生産性の向上とを両立させるマグネシウム基材料のプレス加工装置を提供することを目的とする。

（請求項1）
上記目的を達成するために提供されるマグネシウム基材料のプレス加工装置は、少なくとも４本のタイロッドによって離間固定されたクラウンとベッドとの間でタイロッドに倣って摺動可能に設置されたスライダがクラウンに取り付けられた液圧プレスによって駆動され、液圧プレスは、１５０ｍｍ／秒以上の速度でスライダをベッドに近接させる第一の液圧プレスと、加工対象物を変形させる第二の液圧プレスとを備え、ベッドはダイクッション機構を有し、このダイクッション機構はベッド側に固定された第一の金型に出没可能に取り付けられた可動入れ子に連結可能とされ、第一の金型およびスライダに取り付けられた第二の金型の少なくとも一方に備えられた加熱手段を制御する温度制御装置を有する。

係る構成のプレス加工装置では、第一の金型（下型）に載置されたワークに第二の金型（上型）が接触するまでは、第一の液圧プレスによって１５０ｍｍ／秒以上の高速でスライダが移動するため、型開き時間が短縮される。その一方で、ワークの塑性変形は第二の液圧プレスで行われるため十分な加圧力を加えることが実現される。

また、第一の液圧プレスによって高速で上型がワークに接触した場合でも、ダイクッション機構に連結されている下型の可動入れ子上にワークが載置されるようにしておくことで、ワークに伝達される上型からの加圧力は所定の範囲に抑えることが実現される。

さらに、ダイクッション機構によって可動入れ子の下型に対する移動は圧力制御が維持される。このため、ワークの加工全体を通じて定圧加工が行なわれることとなり、押し込み終盤に加圧力が変動してワークへの加工力が不均一になって絞り部に割れが入るようなことが発生しにくい。

以上のように、本考案によれば、型開き時間が短縮化されるため成形タクトタイムが短縮化されるので、生産性が向上する。また、型開き時間が短いことによって環境温度による影響を受けにくくなり、結果として温度制御不良に基づく加工不良が発生しにくくなる。さらに、ダイクッション機構を設けたことによって、型が高速移動してもワークの片あたりに起因する加工の不均一化が発生しにくく、その上、型の押し込み終盤まで加工圧力が均一となる。このため、薄肉品でもっとも問題視される割れ不良が発生しにくい。

すなわち、本考案に係るプレス加工装置を用いることで、良品率が向上し、成形時間が短縮されるため、低コストで高品質なマグネシウム基材料の薄肉プレス加工品が得られる。

以下、本考案に係る実施の形態として、図面を参照しつつ実施例を説明する。

図１は、本考案に係るプレス加工装置の外観を概念的に示した正面図である。
本考案に係るプレス加工装置１００は、４本のタイロッド１０１によって離間された状態でクラウン１０２とベッド１０３とが固定されている。このクラウン１０２とベッド１０３との間には、タイロッド１０１に倣って摺動するようにスライダ１０４が設置されている。本実施例では、タイロッド１０１が摺動軸を兼ねており、スライダ１０４に固定されたブッシュ内にタイロッド１０１が挿入されている。

このように４本軸とすることで、通常用いられるＣフレームタイプのプレス加工装置よりも加工精度を高めることが実現される。マグネシウム基材料の薄肉品を高精度に加工するためには、他の金属材料、例えばアルミニウムを加工する場合に比べてプレス加工の基本性能を高める必要がある。前述のように加工温度が所定温度以上であれば塑性加工性は得られるとはいうものの、組成加工性の温度依存性が大きいという他の金属材料にはない特徴がある。このため、ワークと金型との接触状態にわずかな差があると、ワーク内に温度差が発生し、その温度差に起因して塑性加工性がワーク内で不均一になり、結果としてワークにしわや割れが発生する場合がある。

クラウン１０２には、スライダ１０４を摺動させるために複数の液圧プレスが取り付けられている。液圧プレスに用いられる液体は通常油であるが、これに限られるものではない。本考案に係るプレス加工装置ではクラウン１０２に２種類の液圧プレスが取り付けられている。

まず、１５０ｍｍ／秒以上の速度、好ましくは２００ｍｍ／秒以上の速度でスライダをベッドに近接させることが可能な第一の液圧プレスが２個（１０５ａ、１０５ｂ）取り付けられている。高速でスライダ１０４を加工させることができるため、成形タクトタイムの短縮化に寄与している。また、ワークを環境雰囲気下に露出する時間が短いことから、ワークの温度変化が抑制され、しわや割れの発生も抑制される。

この第一の液圧プレス１０５ａ、１０５ｂの出力はスライダ１０４の重量やこれに取り付けられた第二の金型（上型）１１２の重量によって決定されるものである。すなわち、型締めのためのものではなく、スライダ１０４を移動させて二つの金型でワーク１１１を挟持することができればよいので、出力の一例として例えば１．５ＭＰａあれば十分である。

また、本考案に係るプレス加工装置は加工対象物を変形させる第二の液圧プレス１０６を備える。その出力は加工圧力に応じて決定されるものであり、例えば２０ＭＰａ程度のものが用いられる。

ここで、第一の液圧プレス１０５ａ、１０５ｂがスライダの粗動を担うので、第二の液圧プレス１０６には速度制御機構を設ける必要がなく、装置構成が簡素化される。
一方、ベッド１０３の底部にはダイクッション機構１０７が取り付けられている。ダイクッション機構の圧力付与方法は一定の圧力付与を実現できればいかなる方式でもよい。ただし、サーボ方式の場合には機構が複雑になる傾向があり、ばね方式の場合には圧力変動を少なくするために大型化する傾向がある。したがって、これらの方式よりは比較的簡単に定圧制御を実現可能な気体方式または液体方式が望ましい。

ダイクッション機構１０７に付与される圧力は第二の液圧プレス１０６の出力よりも小さくなるように設定される。一例としては０．５ＭＰａである。
ベッド１０３上には、ボルスタ１０８を介して第一の金型（下型）１０９が固定されており、このダイクッション機構１０７は、この下型１０９に出没可能に取り付けられた可動入れ子１１０と連結されている。この詳細は図２を用いて後述する。

図１においては、可動入れ子１１０の上にマグネシウム基材料による薄片からなるワーク１１１が載置され、ワーク１１１はスライダ１０４の下方に取り付けられた第二の金型（上型）１１２に対向している。

プレス加工装置の動作を簡単に説明すると、まず、スライダ１０４は第一の液圧プレス１０５ａ，１０５ｂによって下方に移動し、下型１０９に組み込まれた可動入れ子１１０上のワーク１１１に接触する。スライダ１０４に固定された上型１１２がワーク１１１に当接しても、ダイクッション機構１０７の保持圧力が作用するため、可動入れ子１１０が下型１０９に一気に埋没することはない。

続いて、可動入れ子１１０と上型１１２とがワーク１１１を挟持した状態で第二の液圧プレス１０６を稼動させる。すると、この加圧力はダイクッション機構１０７の保持力よりも高いため、可動入れ子１１０は下型１０９の内部に埋没する方向に移動し、上下型によるプレス加工が行なわれる。

プレス加工の詳細を図２を用いて説明する。
図２は、図１におけるＡ−Ａ断面のうち上型とボルスタとの間の部分を概念的に示した部分断面図である。

上型１１２には、保持プレート２０１を介して上型入れ子２０２が固定されており、この上型入れ子２０２がワーク１１１の塑性加工を直接的に行なう。この上型入れ子２０２に対向するように下型１０９には下型入れ子２０３が保持部材２０４を介して固定されており、その両側方に可動入れ子１１０のワーク受け部２０５が配置され、ワーク１１１はワーク受け部２０５の上に載置されている。この状態では下型入れ子２０３よりもワーク受け部２０５の方が上方に突出しているため、ワーク１１１が下型入れ子２０３に接触することはない。

ここで、可動入れ子１１０の上方への可動範囲はワーク受け部２０５の側面に設けられた突起２０６と下型１０９に設けられた溝部２０７によって規定されており、型開き状態では、ダイクッション機構１０７からの圧力によって突起２０６は溝部２０７の上端に付勢された状態で当接している。なお、可動入れ子１１０に設けられた連結部２０８でダイクッション機構１０７と連結している。

また、上型１１２、およびワーク受け部２０５には中空部が設けられ、その内部にそれぞれロッド状のヒータ２０９，２１０が挿入されている。これらのヒータの制御装置は本考案にかかるプレス加工装置の一部として組み込まれている。

以降、プレス加工における動作について詳細に説明する。
まず、第一の液圧プレス１０５ａ，１０５ｂによって上型１１２は下型１０９に近接するように移動して、上型１１２の保持プレート２０１と可動入れ子１１０のワーク受け部２０５とがワーク１１１を挟持した状態で停止する。

このとき、前述のように可動入れ子１１０はダイクッション機構１０７の保持圧力に基づく抗力によって下方への移動が規制されている。このため、ワーク１１１は金型に挟持されるが、組成加工を直接的に受ける部分は金型に接触しない状態となる。この状態を数秒、たとえば５秒間保持すると、金型内のヒータからの熱はワーク１１１を挟持した部分から伝導し、ワーク１１１は所定の温度（例えば１７０〜４００℃）に加熱される。また、ワーク１１１と金型とに囲まれた空間も輻射熱によって加熱される。この空間を十分に加熱しておくことは均一な塑性加工性を維持するために重要である。

このようにワーク１１１挟持している間に第二の液圧プレス１０６を稼動させ、上型１１２を加圧している液圧プレスを第一の液圧プレス１０５ａ，１０５ｂから第二の液圧プレス１０６に切り替える。

すると、第二の液圧プレス１０６の加圧力はダイクッション機構１０７の保持圧力よりも大きいため、ワーク受け部２０５は上型１１２からの加圧力に抗しきれず下型１０９内への埋没するように移動し始める。このときワーク１１１に加えられる圧力は（第二の液圧プレス１０６の加圧力−ダイクッション機構１０７の保持圧力）であり、この圧力はワーク受け部２０５が下型１０９内に完全に埋没し、上型１１２が下型１０９と当接するまで均一である。

これに対して、可動入れ子１１０の上方への付勢がバネによって行われている場合には、ワーク受け部２０５が埋没するにしたがってワーク受け部２０５の上型１１２への抗力は上昇する。このため、ワーク１１１に加えられる圧力はワーク受け部２０５が埋没するにしたがって徐々に下がってしまうことになる。

また、複数のバネを用いている場合には、個々のバネのセッティングが加工のたびに微妙に変動することから加圧状態での抗力が不均一となり、ワーク１１１への均一加圧を高度なレベルでは実現できない。

さらに、上型１１２と下型１０９との法線方向に若干のずれがあり、片あたり状態となったとしても、本発明に係るレス加工装置ではダイクッション機構１０７を用いているのでワーク１１１への加圧力は一定状態が維持される。これに対し、バネを用いている場合には片あたりに起因して発生する押し込み深さのばらつきが抗力にばらつきを発生させ、結果としてワーク１１１への加圧力が不均一になってしまう。

マグネシウム基材料のプレス加工は前述のように塑性加工性の温度依存性が顕著であるため温度制御がきわめて重要である。しかしながら、加圧プロセスにばらつきがある場合には精緻な温度制御が困難となるため、加圧機構の厳密な制御が精緻な温度制御の前提条件として必要となる。本考案はこの点を重視して構成されている。

なお、上記の実施例で示された具体的な構造および動作はあくまでも一例であり、この構造および動作以外にも本考案に係るプレス加工装置のとりうる構造および動作は多数存在しうる。これらの構造が本考案の範囲に含まれることはいうまでもない。例えば、上記実施例では第一の液圧プレスによる駆動で上型をワークに接触させているが、第一の液圧プレスによる駆動では近接させるのみで接触させず、第二の液圧プレスによって接触させる機構であってもよい。この場合には成形タクトが若干長くなるほか、各液圧プレスに位置制御の機構を付与する必要があるものの、上型がワークに接触するときは低速で移動しているので接触に伴う衝撃が少なく、型の接触に起因する微妙な位置ずれが発生しにくい。このため、ワークの移動などの加工品質がさらに低下しにくくなる。

本考案のプレス加工装置を用いることで、高品質なマグネシウム基材料の加工品を高速で、かつ再現性高く製造することが可能である。このため、不良品も考慮に入れた単位製品あたりの消費エネルギーは従来技術による加工品よりも少なくすることができ、環境活動の観点でも好ましいといえる。

本考案に係るプレス加工装置の外観を概念的に示した正面図である。図１におけるＡ−Ａ断面のうち上型とボルスタとの間の部分を概念的に示した部分断面図である。

符号の説明

１００プレス加工装置
１０１タイロッド
１０２クラウン
１０３ベッド
１０４スライダ

Claims

少なくとも４本のタイロッドによって離間固定されたクラウンとベッドとの間で前記タイロッドに倣って摺動可能に設置されたスライダが前記クラウンに取り付けられた液圧プレスによって駆動されるマグネシウム基材料のプレス加工装置であって、
前記液圧プレスは、１５０ｍｍ／秒以上の速度で前記スライダを前記ベッドに近接させる第一の液圧プレスと、加工対象物を変形させる第二の液圧プレスとを備え、
前記ベッドはダイクッション機構を有し、当該ダイクッション機構は前記ベッド側に固定された第一の金型に出没可能に取り付けられた可動入れ子に連結可能とされ、
前記第一の金型および前記スライダに取り付けられた第二の金型の少なくとも一方に備えられた加熱手段を制御する温度制御装置を有する
ことを特徴とするマグネシウム基材料のプレス加工装置。