JP4831226B2 - 複数工程用プレス機およびプレス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯状材料に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機およびプレス加工方法に関する。

近年、プレス加工の自動化、高能率化が進み、１台の装置によって複数の成形加工を同時進行する複数工程用プレス機が普及している。この型式のプレスは、ベッド上へ複数の下金型を並べ、他方で、クランク軸の回転によって昇降するスライドへそれぞれ成形順の上金型を吊支し、ワークを搬送する搬送装置と組み合わせて自動化したプレス成形加工が行なわれる。すなわち、ワークを第一工程の金型間に挟んで押圧し、一つの成形が完了すれば搬送装置の作動によって、そのワークを水平に移動して隣接する次の金型へ移送し、再び次の押圧を受けるという手順を繰り返して、複数の工程を通じて１台のプレス機を稼動して大きな加工比の成形を一貫して実施するので、作業能率が高く生産性のよい加工が実現する。

しかしながら、旧来の複数工程用プレス機においては、１本のクランク軸の回転にリンクして偏心部に嵌合したコネクティングロッドが同時に昇降し、その下部に吊支したスライドが同時に昇降していくつかの並んだワークを一斉に押圧する。このため、この際にプレス機に加わる荷重は、複数の金型内で生じる加工荷重すべてを加算したものとなる。１台のプレス機に３種類の金型が並び、３工程の押圧成形が同時に進行するとして、第一工程に生じる負荷がＫ１、第二工程に生じる負荷がＫ２、第三工程に生じる負荷がＫ３とすれば、これらの押圧成形が同時に進行するからプレス機全体で発生する負荷の総量は個々の負荷の合計であり、Ｋ１＋Ｋ２＋Ｋ３＝ＫＴとなる。当然加工の工程数が増加すれば、そして一工程当りの成形比が大きいほどその総和は大きな数値となり、巨大化した荷重に耐えるためには、プレス機の剛性もまた、きわめて強力なものが必要となる。結局、プレス機は巨大化し、据え付け面積も広く要し、その他の付帯設備も大規模とならざるを得ない。近年のプレス機による成形品の内容は一般にますます多岐に亘る傾向にあり、１台の機械で成形する製品も千差万別の様相を呈している。このため、巨大化したプレス機では、一般的に過大な能力により汎用性の損なわれる状態が頻発する。とくに製造個数が少なくてしかも軽負荷で成形できるプレス品を、巨大化した設備で生産すれば、ロスが大き過ぎてエネルギー原単位が上昇し生産性は低く、製造原価のうえに大きな悪影響が及ぶ懸念が高い。このような場合には、別に軽負荷用のプレス機を並列的に具えなければならなくなる。

このような問題を解決したプレス機、すなわち多工程であるにも拘らず比較的小規模で経済的な構造で足りるプレス機が、特許文献１、２に開示されている。例えば特許文献２で開示されている技術は、次の通りである。すなわち、１台のプレス機に３ケの金型があり、３工程を進行させる多工程プレス機であるとする。このプレス機は、クランク軸の偏心部が単一の偏心軸を持つのではなくて、位相がずれている３つの偏心軸を具えている。このため、第一の工程が行なわれている瞬間には、第二、第三の工程は実施されていない。このときのプレス機全体にかかる負荷は第一工程の負荷Ｋ１だけである。第一の工程が完了して所定角度だけクランク軸が回転してから第二の工程が実施され、この瞬間にプレス機全体へかかる負荷は第二工程の負荷Ｋ２だけである。第二工程が完了してクランク軸が更なる所定角度だけ回転したときに第三工程が始まり負荷Ｋ３が発生する。このようにそれぞれのプレス成形が時間的なずれを伴って連続的に進行するから、プレス機全体にかかる負荷の最大値は、個別の負荷の最大であるＫ３を想定しておけば足りることとなる。

しかしながら、上述のような複数工程用プレス機においてワークにプレス加工を実行中に、ワークが動いたり、反ったり、あるいはワークに部分的にクラックが発生したりして、最終加工品の品質が大幅に低下することがある。このような不具合は、一つにはワークが帯状材料であり複数の工程の間を縫ってワークを搬送する必要があるため、塑性加工を施すとき上記のような現象が発生するものと考えられる。

特開平８−２０６８８３号公報 特開平６−２９７１９５号公報 特開２００７−２２９７３８号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状材料に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機およびプレス加工方法において、帯状材料にプレス加工を実行中に、帯状材料が動いたり、反ったり、あるいは帯状材料に部分的にクラックが発生したりすることを防止することが可能なプレス機およびそのプレス機を使用した加工方法を提供することである。

本発明の第１形態によれば、複数工程用プレス機（１００）は、
帯状材料（Ｗ）に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機（１００）であって、
駆動源（Ｍ）と、該駆動源（Ｍ）により駆動され複数の独立した第１カム（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）及び第２カム（１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍ）を有するカムシャフト（１）と、前記第１カムと接続するパンチ（２）とダイ（３）で１組となる金型であって複数の金型と、前記第２カムと接続しプレス加工時に帯状材料（Ｗ）を前記ダイ（３）に対して押圧固定する材料押圧部材（７）と、前記金型を支持する架台（５）と、を備え、
前記複数の金型は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って配列され、
各第１カムが各パンチ（２）および各ダイ（３）と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各第１カムは各工程に適したプロフィールに形成されており、
帯状材料（Ｗ）は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチ毎に移動させられて、各工程における各パンチ（２）と各ダイ（３）の協働プレス作業が、相互に時間間隔を置いて、順次実行されることを特徴とする。

多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス機において、第２カムと接続している材料押圧部材により、帯状材料にプレス加工を実行中に帯状材料（Ｗ）をダイ（３）に対して押圧固定することが可能となる。このため、帯状材料にプレス加工を実行中に、帯状材料が動いたり、反ったり、あるいは帯状材料に部分的にクラックが発生したりすることを防止することが可能となる。また、プレス加工をしていないときには、上記押圧固定状態を解除して帯状材料（Ｗ）を搬送することが可能となる。

本発明の第２形態によれば、前記材料押圧部材（７）が、前記帯状材料（Ｗ）を保持する部位（７ｄ）を有することを特徴とする。
この構造により、複数工程用プレス機を簡素にすることが可能となり、工程速度も向上させることが可能となる。

本発明の第３形態によれば、複数工程用プレス機（１００）は、前記帯状材料（Ｗ）を熱交換器用部品に加工することを特徴とする。
加工品の具体的態様を明示したものである。

本発明の第４形態によれば、複数工程用プレス機（１００）は、プレス加工の１工程を実行するプレス加工ユニットが複数台連結されて複数工程のプレス加工を実行することを特徴とする。

複数工程用プレス機（１００）を、プレス加工ユニットを複数台連結した構造にすることにより、工程を変更する場合において、カムシャフトを交換することの他にプレス加工ユニットの追加・削除・変更により、工程を変更したプレス加工を実行することが可能となる。すなわち、工程を変更したプレス加工に迅速かつ柔軟に低コストで対応することが可能となる。

複数工程用プレス機（１００）を使用して帯状材料（Ｗ）を加工する方法は、
プレス加工を施す複数工程の各々は、
帯状材料（Ｗ）を前記ダイ（３）に対して押圧固定するステップと、
前記パンチが前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）にプレス加工を実行するステップと、
帯状材料（Ｗ）を、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチに移動させるステップと、
を備えることを特徴とする。

多種類の加工工程を一つのプレス機で実行することが可能なプレス加工方法において、帯状材料にプレス加工を実行中に材料押圧部材により帯状材料（Ｗ）をダイ（３）に対して押圧固定することが可能となる。このため、帯状材料にプレス加工を実行中に、帯状材料が動いたり、反ったり、あるいは帯状材料に部分的にクラックが発生したりすることを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図１から図５において、同一機能を有する部材または手段には同一符号または番号を付してその説明を省略する。

本発明のプレス機の模式的断面図である。 図１のプレス加工ユニットの詳細説明図である。 図２のプレス加工ユニットをＡ方向から視た図である。 帯状材料の連続プレス加工の模式図である。 プレス加工した熱交換器用部品である。

本発明に係る複数工程用プレス機１００を模式的に図１に示す。プレス機１００は、サーボモーターＭと、サーボモーターＭに接続してサーボモーターＭにより駆動されるカムシャフト１と、６台の連続したプレス加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０を備える。なお、プレス加工ユニット４０、５０、６０は、紙面に制限があるため図示を省略している。

複数工程用プレス機１００は、プレス加工の１工程を実行するプレス加工ユニットが複数台連結されて複数工程のプレス加工を実行する。複数工程用プレス機１００を、プレス加工ユニットを複数台連結した構造にすることにより、工程を変更する場合において、カムシャフトを交換することの他にプレス加工ユニットの追加・削除・変更により、工程を変更したプレス加工を実行することが可能となる。すなわち、工程を変更したプレス加工に迅速かつ柔軟に低コストで対応することが可能となる。

カムシャフト１は、６枚の第１カム（プレス用）１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆと、６枚の第２カム（ワーク押圧用）１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍと、を備えている。第１カムと第２カムは交互に配置されており、１枚の第１カムとその第１カムに隣接する１枚の第２カムとが１組のカムを形成している。すなわち、第１カム１ａと第２カム１ｈ、第１カム１ｂと第２カム１ｉ、第１カム１ｃと第２カム１ｊ、が１組のカムを形成している。以下同様に各第１カムと各第２カムが１組のカムを形成している。

プレス加工ユニット１０の詳細説明図を図２に示す。図２に示すように、加工ユニット１０には、第１カム１ａと接続するプレス用フォロア４と、プレス用フォロア４による押圧力を受けるパンチ（上金型）２と、パンチと１組となるダイ（下金型）３と、ダイ３を支持する架台５とを備える。プレス用フォロア４は、シリンダ（図示せず）内に摺動自在に配置されており、リターンスプリング（図示せず）により第１カム側（上方向）に付勢されており、常に第１カムプロフィール面と当接している。

加工ユニット１０には、更に、第２カム１ｈと接続するワーク押圧フォロア６を備える。押圧フォロア６は、リターンスプリング（図示せず）により第２カム側（上方向）に付勢されており、その上面６ａは常に第２カムプロフィール面と当接している。押圧フォロア６は上方から視ると中央部に穴が開いた略長方形をしており、第２カム１ｈと当接する部位が本体部から突起している。その中央部の穴内に、プレス用フォロア４及びパンチ２が配置されている。そして、押圧フォロア６の真下には、ワーク押圧部材７が配置されている。ワークＷがプレス加工を受けるとき、押圧フォロア６の下面６ｂは、ワーク押圧部材７の上面に当接してワーク押圧部材７にカムリフト変位（カム力）を伝達して、ダイ３に対してワークＷを押圧する。なお、ワークＷがプレス加工を受ける工程を実行するとき以外は、押圧フォロア６とワーク押圧部材７との間にはギャップＧが存在する。

図２のプレス加工ユニットをワークＷの進行方向Ａから視た図を図３に示す。図３に示すように、ワーク押圧部材７は、ワークＷを左右方向において保持するワーク保持部材７ａと、押圧フォロア６が当接してカム１ｈのリフト変位（カム力）を伝達するカム力伝達部材７ｂと、ワーク保持部材７ａとカム力伝達部材７ｂの間に立設された４本の柱であるカム力伝達柱７ｃと、を備える。そして、ワーク押圧部材７は、ワーク押圧部材支持スプリング８を介して架台５の上方に配置されている。ワーク保持部材７ａは、コの字形部７ｄが左右に形成されており、二つのコの字形部７ｄにより、ワークＷの動きが制約され、これにより、ワークＷが保持される。

他の加工ユニット２０、３０、４０、５０、６０も加工ユニット１０と同様な構造となっている。また、複数の金型（各パンチおよび各ダイ）は、カムシャフトの軸方向に沿って配列されている。

図１に戻って、１本のカムシャフト１は、６台のプレス加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０を貫通して設置されている。各カムは、その形状（カムプロフィール）が互いに相違しており、そのプレス加工を実行するための最大リフトを備える位相角も互いにずれている。

カムシャフト１は例えば６０ｒｐｍで回転する。カムシャフト１が回転を始めると、最初にプレス加工ユニット１０内の工程が開始される。カムシャフト１が回転すると、カムシャフト１に配置された第１カム１ａ及び第２カム１ｈも回転する。第２カム１ｈが回転するとプレス加工ユニット１０内に配置された押圧フォロア６はリターンスプリング（図示せず）に対抗して下方へ変位する。そして、押圧フォロア６の下面６ｂは、ワーク押圧部材７の上面に当接してワーク押圧部材７にカムリフト変位（カム力）を伝達して、ダイ３に対してワークＷを押圧固定する。

上記第２カム１ｈの回転によるワークＷの押圧固定作動と同期して第１カム１ａによるプレス加工作動が実行される。すなわち、第１カム１ａが回転するとプレス加工ユニット１０内に配置されたプレス用フォロア４が下方へ変位する。すると、プレス用フォロア４と接続しているパンチ２も下方へ変位する。その結果、パンチ２はワークＷに向かって進行しワークＷに当接し更に下死点に達してパンチ２とダイ３間でワークＷを押圧してプレス成形する。

なお、パンチ２が下死点に達する直前においては、すなわちワークＷがプレス加工を受ける直前においては、上述したようにワークＷはワーク押圧部材７により既にダイ３に対して押圧固定されており、ワークＷがプレス加工を受けている期間は絶えずワークＷはワーク押圧部材７により押圧固定されている。そして、プレス加工終了後に第２カム１ｈの押圧フォロア６と当接している位置が上昇し、ワーク押圧部材７はワーク押圧部材支持スプリング８により上方へ押し戻されワークＷはダイ３から離れてワークＷの押圧固定状態が解除される。

このように、ワークＷがプレス加工を受けている期間は絶えずワークＷはワーク押圧部材７により押圧固定されている。このため、ワークＷにプレス加工を実行中に、ワークＷが動いたり、反ったり、あるいは帯状材料に部分的にクラックが発生したりすることを防止することが可能となる。ワークＷにプレス加工を実行中に、ワークＷが動いたり、反ったりしていると、加工精度が著しく低下することとなり不良品の発生率が上昇する。

さらにカムシャフト１が回転するとプレス加工ユニット２０内の工程が開始される。カムシャフト１が回転すると、カムシャフト１に配置された第１カム１ｂ及び第２カム１ｉも回転する。すると、プレス加工ユニット１０内で実行された工程と同じ工程が実行される。すなわち、ワークＷは、第２カム１ｉに接続された押圧フォロア６及びワーク押圧部材７により押圧固定され、その押圧固定状態において、プレス加工ユニット２０内に配置されたプレス用フォロア４が下死点に達して、第１カム１ｂに接続されたプレス用フォロア４及びパンチ２により、ワークＷを成形する。

プレス加工ユニット３０〜６０内の工程も同様にカムシャフト１の回転とともに次々と実行されるが、その工程原理は同じであるのでその説明は省略する。

このようにカムシャフト１の回転とともに次々と別個にプレス用フォロア４が下死点に到達して次々と成形を実施していくが、各プレス成形加工が時間的に重なることがなく、一定の時間間隔をおいて個別に実行される。すべての工程において発生する負荷（プレス荷重Ｐ）が同一であるとすれば、鍛造プレス全体に生じる負荷は従来技術に比べて単純に言えば１／６に留まることになる。

各第１カムは、その形状（カムプロフィール）が互いに相違しており、そのプレス加工を実行するための最大リフトを備える位相角も互いにずれている。各第１カム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆが、各パンチ２および各ダイ３と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各カムは各工程に適したプロフィールに形成されている。

プレス加工を受けるワークＷは、幅が例えば６０ｍｍの帯状材料でその原材料がコイルＣの状態となっている。ワークＷは、コイルＣから搬送ローラー１１を介して搬送され、各加工ユニット１０、２０、３０、４０、５０、６０の各パンチ２と各ダイ３との間を間欠的にプレス加工されながら通過する。プレス加工が行われているときは、ワークＷは停止している。ワークＷは、各工程における各プレス加工が完了する毎に、プレス加工が完了したダイ３から上方向に離れて一定ピッチ送り（例えば３０ｍｍ）でカムシャフト１の軸方向に沿って間欠的に搬送される。

図４に帯状材料Ｗの連続プレス加工の模式図を示す。帯状材料Ｗは１．２ｍｍの板厚のアルミ材である。図４を参照しながら、６つの工程について簡単に説明する。第１工程は、帯状材料Ｗに対して、トリミング、コーナー部加工、ストレート絞り、リブ成形を実行する。第２工程は、コーナー部整形、トリミング、コーナー部バリつぶしを実行する。第３工程は、ストレート部整形、ノッチング、バーリング、パイロットバーリング、パイロット部つぶしを実行する。第４工程は、サイドトリミング、サイド部バリつぶしを実行する。第５工程は、サイド部曲げを実行する。第６工程は、コーナー部絞り、インサート部曲げ、切断を実行する。

このような６つの工程を経て、熱交換器用部品の加工がなされる。加工が完了した熱交換器用部品９０を図５に示す。図５において、（ａ）は熱交換器用部品の側面図であり、（ｂ）は（ａ）をＸ方向から視た底面図であり、（ｃ）は（ｂ）をＹ方向から視た端面図である。なお、９０ａは冷却水がその内部を流れるチューブが挿入される貫通穴である。

以上のように、帯状材料に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機およびプレス加工方法において、帯状材料にプレス加工を実行中に、帯状材料が動いたり、反ったり、あるいは帯状材料に部分的にクラックが発生したりすることを防止することが可能なプレス機およびそのプレス機を使用した加工方法を提供することが可能となる。

１００ 本発明のプレス機
１ カムシャフト
２ パンチ
３ ダイ
Ｗ ワーク

Claims (5)

1. 帯状材料（Ｗ）に複数工程のプレス加工を施す複数工程用プレス機（１００）であって、
   駆動源（Ｍ）と、該駆動源（Ｍ）により駆動され複数の独立した第１カム（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ）及び第２カム（１ｈ、１ｉ、１ｊ、１ｋ、１ｌ、１ｍ）を有するカムシャフト（１）と、前記第１カムと接続するパンチ（２）とダイ（３）で１組となる金型であって複数の金型と、前記第２カムと接続しプレス加工時に帯状材料（Ｗ）を前記ダイ（３）に対して押圧固定する材料押圧部材（７）と、前記金型を支持する架台（５）と、を備え、
   前記複数の金型は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って配列され、
   各第１カムが各パンチ（２）および各ダイ（３）と協働して各工程におけるプレス加工を遂行するように、各第１カムは各工程に適したプロフィールに形成されており、
   帯状材料（Ｗ）は、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチ毎に移動させられて、各工程における各パンチ（２）と各ダイ（３）の協働プレス作業が、相互に時間間隔を置いて、順次実行されることを特徴とする複数工程用プレス機（１００）。
2. 前記材料押圧部材（７）が、前記帯状材料（Ｗ）を保持する部位（７ｄ）を有することを特徴とする請求項１に記載の複数工程用プレス機（１００）。
3. 前記帯状材料（Ｗ）を熱交換器用部品に加工することを特徴とする請求項１または２に記載の複数工程用プレス機（１００）。
4. プレス加工の１工程を実行するプレス加工ユニットが複数台連結されて複数工程のプレス加工を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の複数工程用プレス機（１００）。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の複数工程用プレス機（１００）を使用して帯状材料（Ｗ）を加工する方法であって、
   プレス加工を施す複数工程の各々は、
   帯状材料（Ｗ）を前記ダイ（３）に対して押圧固定するステップと、
   前記パンチが前記帯状材料（Ｗ）に向かって進行し前記帯状材料（Ｗ）に当接して前記帯状材料（Ｗ）にプレス加工を実行するステップと、
   帯状材料（Ｗ）を、前記カムシャフト（１）の軸方向に沿って各パンチ（２）と各ダイ（３）の間を一定ピッチに移動させるステップと、
   を備えることを特徴とする帯状材料（Ｗ）を加工する方法。

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