JP5385050B2 - 複動式鍛造方法及び複動式鍛造装置 - Google Patents

Description

本発明は、型合わせされた金型内で、上パンチと下パンチにより鍛造用素材を加圧して鍛造成形する複動式鍛造方法及びその装置に関し、特にガス圧により適正に型締めを行なって鍛造成形を行なう複動式鍛造方法及び複動式鍛造装置に関する。

従来、型合わせされた金型内で、上パンチと下パンチにより鍛造用素材を加圧して鍛造成形する複動式鍛造装置として、下記特許文献１に記載されるような、プレス装置を基本構成とし、上下のダイセットを油圧シリンダにより昇降させて型締めする構造の複動式鍛造装置が知られている。

この複動式鍛造装置は、プレス装置の上スライドと下ボルスタに、上ダイセット及び下ダイセットを取り付け、上ダイセット及び下ダイセットには油圧シリンダを装着し、上下のダイセットに設けた上パンチ及び下パンチを油圧シリンダにより昇降させる構造とし、上ダイセットの上ダイと下ダイセット上の下ダイを型合わせした状態で、油圧シリンダを動作させて、上パンチ及び下パンチを昇降させ、型締めしながら、素材を上下パンチにより加圧して、鍛造成形を行なう構造である。

特許第２５３４１７９号公報

しかし、従来のこの種の複動式鍛造装置は、油圧シリンダを使用して上パンチ及び下パンチを昇降させ、型締めする構造のため、油圧シリンダに対し油圧を供給し循環させる油圧配管、アキュムレータ、油圧ポンプユニットなどの多くの設備が必要となり、それらの部材が高価であるため、設備コストが増大する課題があった。特に、油圧シリンダでは、戻し動作のために、シリンダ内から油圧を高速でアキュムレータに戻すための配管など、比較的大径の配管を設ける必要があり、設備コストが増大する。

さらに、油圧配管、アキュムレータ、油圧ポンプユニットなどの設備は、性能を維持するために適正なメインテナンスが必要であり、油圧設備のメインテナンスの際には、全ての油圧配管などから油圧を抜いて煩雑な点検作業を行うこととなり、煩雑なメインテナンス作業が必要となり、メインテナンスコストも増大する問題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、ガス圧により型締めを行ない、簡単な構成の圧力ガス設備を用いて、低コストで鍛造成形を行なうことができ、メインテナンスも容易に実施可能な複動式鍛造方法及び複動式鍛造装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１の複動式鍛造方法は、下ダイセットに設けた下シリンダ室内に、下金型を保持した下ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、上ダイセットに設けた上シリンダ室内に、上金型を保持した上ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、下パンチが該下ダイホルダー及び下金型内を貫通して該素材を加圧するように該下ダイセットに取り付けられ、上パンチが該上ダイホルダー及び上金型内を貫通して該素材を加圧するように該上ダイセットに取り付けられ、該下ダイセットと該上ダイセットとをプレス装置により合わせて型締めし、該下金型または該上金型内に挿入した素材を、該下パンチ及び該上パンチにより加圧して鍛造成形を行なう複動式鍛造方法において、該下シリンダ室及び上シリンダ室内に、圧力ガス源から管路を通して不活性ガスを供給し、該圧力ガス源から一定圧力の圧力ガスを該下シリンダ室及び上シリンダ室に供給した状態で、該プレス装置により該下ダイセットと上ダイセットを合わせて型締めし、該下パンチと上パンチ間で素材を加圧して鍛造成形を行なうことを特徴とする。なお、上記鍛造は、冷間鍛造、温間鍛造、及び熱間鍛造を含む概念である。

この発明によれば、油圧を使用せずに、ガス圧により上下のダイセットを付勢して型締めを行なうので、油圧を発生させるための油圧ポンプユニット、アキュムレータ、シリンダ室からの戻り油圧配管を含む設備が不要となり、鍛造装置に付随する設備費のコストを削減することができる。さらに、性能を維持するために行なわれるシリンダ室、圧力ガス配管、圧力ガス源などのメインテナンスは、不活性ガスを使用するため、大気中にガスをそのまま放出して、配管やシリンダなどのメインテナンスを簡単に行うことができ、メインテナンスコストも低減することができる。また、温間鍛造、熱間鍛造のように素材を高温に加熱する鍛造を行なう場合であっても、漏れた不活性ガスによる引火の危険性は発生しない。

請求項２の発明は、下金型を有した下ダイセットと上金型を有した上ダイセットとをプレス装置により合わせて型締めし、該下金型または該上金型内に挿入した素材を、該下ダイセットに設けた下パンチ及び上ダイセットに設けた上パンチにより加圧して鍛造成形を行なう複動式鍛造装置において、該下ダイセットに設けた下シリンダ室内に、該下金型を保持した下ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、該上ダイセットに設けた上シリンダ室内に、該上金型を保持した上ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、該下パンチが該下ダイホルダー及び下金型内を貫通して該素材を加圧するように該下ダイセットに取り付けられ、該上パンチが該上ダイホルダー及び上金型内を貫通して該素材を加圧するように該上ダイセットに取り付けられ、該下シリンダ室及び上シリンダ室内には管路を介して不活性ガスの圧力ガス源が接続され、該圧力ガス源から圧力ガスを該下シリンダ室及び上シリンダ室に供給した状態で、該プレス装置により該下ダイセットと上ダイセットを合わせて型締めし、該下パンチと上パンチ間で素材を加圧して鍛造成形を行なうことを特徴とする。

この発明によれば、上記と同様に、油圧設備が不要となり、鍛造装置に付随する設備費のコストを削減することができる。また、油圧を使用しないため、メインテナンス時に油圧配管などから油を抜く作業、油の付着したシリンダ室などの清掃作業等、煩雑な作業が不要となり、メインテナンスを簡単に行うことができ、メインテナンスコストを低減することができる。

請求項３の発明は、上記請求項２の複動式鍛造装置において、上記圧力ガス源として、不活性ガスボンベが減圧弁、チェック弁及び管路を介して上記下シリンダ室及び上シリンダ室に接続され、該下シリンダ室及び上シリンダ室内に、該圧力ガス源から減圧弁を通して減圧された不活性ガスを供給するたことを特徴とする。

この発明によれば、比較的高価なポンプを使用せず、安価に購入可能な窒素ガスなどの不活性ガスボンベを用いて、圧力ガスをシリンダ室に供給することができ、安価なランニングコストで鍛造成形を実施することができる。また、窒素ガスなどの不活性ガスは空気中に放出した場合であっても、何ら環境に問題は生じず、また、温間鍛造、熱間鍛造のように素材を高温に加熱する鍛造を行なう場合であっても、漏れたガスによる引火の危険性は発生しない。

さらに、減圧弁を通して減圧された圧力ガスがシリンダ室に供給されるので、使用に伴い窒素ガスボンベ内の圧力が低下した場合であっても、減圧弁により減圧された圧力以上のガス圧が窒素ガスボンベにあれば、それを使用して所定圧力のガスを供給することができる。チェック弁を使用することにより、シリンダ室加圧時の圧力ガスの戻りをなくし、ガスの消費量（漏洩量）を最小とすることができる。

本発明の複動式鍛造方法及び複動式鍛造装置によれば、ガス圧により型締めを行なうことにより、簡単な構成の圧力ガス設備を用いて、低コストで鍛造成形を行なうことができる。また、窒素ガスなどの不活性ガスを使用するため、大気中にガスをそのまま放出して、配管やシリンダなどのメインテナンスを簡単に行うことができ、メインテナンスコストを低減することができ、温間鍛造、熱間鍛造のように素材を高温に加熱する鍛造を行なう場合、引火の危険性をなくすことができる。

本発明の一実施形態を示す複動式鍛造装置の全体構成図である。 同複動式鍛造装置における鍛造開始時の断面図である。 同複動式鍛造装置の鍛造工程中における型締め時の断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は複動式鍛造装置の全体構成図を示している。この複動式鍛造装置は、基本的には、クランクプレス、ナックルプレスなどのプレス装置を使用して構成される鍛造装置であり、図示しないプレス装置のボルスタ上に固定される下ベースプレート１上に、下ダイセット１０が取り付けられ、プレス装置の上スライドの下部に固定された上ベースプレート２の下面に、上ダイセット２０が取り付けられ、上ベースプレート２が昇降する。

下ダイセット１０の下ダイセット本体１１は、内部に下シリンダ室１２が形成され、下シリンダ室１２の底壁中央に、下パンチ１３が下パンチ支持部１４を介して上向きに固定されている。一方、上ダイセット２０の上ダイセット本体２１には、内部に上シリンダ室２２が形成され、上シリンダ室２２の上壁中央に、上パンチ２３が、上記下パンチ１３に対向して下向きに、上パンチ支持部２４を介して固定されている。

下ダイセット１０の下シリンダ室１２内には、下ダイホルダー１５が上下に摺動可能に嵌挿される。この下ダイホルダー１５は、上先端部が下ダイセット本体１１の下シリンダ室１２内から上方に突出し、その下ダイホルダー１５の上先端部中央に形成された凹部に、下金型１６が上向きに固定されている。下金型１６の中央に、下パンチ１３用の縦穴が形成され、その縦穴に上記下パンチ１３が上下摺動可能に嵌挿されている。この縦穴は金型のキャビィティの一部を形成し、下金型１６の縦穴内には、鍛造時、鍛造用素材Ｓが挿入される。

上ダイセット２０の上シリンダ室２２内には、上ダイホルダー２５が上下に摺動可能に嵌挿される。この上ダイホルダー２５は、下先端部が上ダイセット本体２１の上シリンダ室２２内から下方に突出し、その上ダイホルダー２５の下先端部中央に形成された凹部に、上金型２６が下向きに固定されている。

なお、図１などの断面図では図示が省略されているが、下シリンダ室１２の内周面と下ダイホルダー１５の外周面との摺動部、及び下ダイホルダー１５の下シリンダ室１２から上方に突出する部位と下シリンダ室１２との摺動部に、シール部材が取り付けられ、下シリンダ室１２内の摺動部分は気密状態にシールされた状態となっている。同様に、上シリンダ室２２の内周面と上ダイホルダー２５の外周面との摺動部、上ダイホルダー２５の上シリンダ室２２から下方に突出する部位と上シリンダ室２２との摺動部には、シール部材が取り付けられ、上シリンダ室２２内の摺動部分は気密状態にシールされた状態となっている。

一方、上金型２６の中央に、上パンチ２３用の縦穴が形成され、その縦穴に上記上パンチ２３が上下摺動可能に嵌挿されている。この縦穴は金型のキャビィティの一部を形成し、上金型２６の縦穴内には、鍛造時、鍛造用素材Ｓが進入する。

図２に示すように、鍛造成形を行なうに際し、後述の圧力ガス供給系の圧力ガス源３から圧力ガスを、下シリンダ室１２の下部及び上シリンダ室２２の上部内に供給するようになっている。

図１に示すように、下シリンダ室１２及び上シリンダ室２２に圧力ガスを供給する圧力ガス供給系の管路には、圧力ガス源３が接続され、この圧力ガス源３として、例えば窒素ガスボンベが使用される。現在市販されている窒素ガスボンベは、例えば約１５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力があり、鍛造成形時に下シリンダ室１２、上シリンダ室２２に印加するガス圧として、これより低い圧力の約５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で充分であるため、減圧弁４を通して減圧された圧力ガスが供給される。なお、窒素ガスのほか、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの不活性ガスをそれらのガスボンベから供給することもできる。

また、窒素ガスは、比較的安価に購入することができ、不活性ガスのため、熱間鍛造や温間鍛造のような加熱を伴う環境でも、引火の危険性を生じずに安全に扱うことができる。また、窒素ガスは大気中に放出した場合でも、何ら環境に問題は生じず、圧力ガス供給系のメインテナンスは、油圧供給系に比べ、簡単に行うことができ、複動式鍛造装置内のシリンダ室内の加圧用に、最適な流体として使用することができる。

図１のように、圧力ガス源３の出口ポートに接続される管路３３の一系統は、減圧弁４及びチェック弁５，６を介して、下ダイセット本体１１の下シリンダ室１２の下側及び上ダイセット本体２１の上シリンダ室２２の上側に管路接続される。すなわち、下ダイセット本体１１の下シリンダ室１２の下側に接続された管路３１はチェック弁５を介して減圧弁４の出口ポートに接続され、上ダイセット本体２１の上シリンダ室２２の上側に接続された管路３２はチェック弁６を介して減圧弁４の出口ポートに接続される。そして、減圧弁４の入口ポートは管路３３を介して圧力ガス源３に接続される。減圧弁４は圧力ガス源３からのガス圧を減圧してシリンダ室に供給するために設けられ、チェック弁５は鍛造時に下シリンダ室１２及び上シリンダ室２２が加圧されたとき、圧力ガスの逆流を阻止するために設けられる。

さらに、下シリンダ室１２と上シリンダ室２２に圧力ガスを供給する管路３１，３２に、リリース弁７，８及び圧力計９，１９が接続される。この圧力計９，１９は、供給される圧力ガスの圧力を検出するために設けられ、リリース弁７，８は、何らかの理由により、シリンダ室及び管路内のガスを放出する場合に使用され、鍛造成形の際には、必ずしも必要としない。

また、下シリンダ室１２の下部及び上シリンダ室２２の上部には、管路を介してガス放出用の２方向弁１８，２８が接続される。この２方向弁１８，２８は、装置のメインテナンスなどの際に、シリンダ室及び管路内のガスを放出する場合に使用されるもので、鍛造成形の際には、必ずしも必要としない。

上記構成の複動式鍛造装置は、常温で素材を鍛造成形する冷間鍛造用の鍛造装置を例に説明しているが、下金型１６，上金型２６にヒータを設置し、素材を加熱状態として鍛造成形を行なう温間鍛造装置或いは熱間鍛造装置とすることも可能である。

次に、上記構成の複動式鍛造装置を使用して行う鍛造方法を説明する。鍛造成形を行なうに際し、先ず、図２のように、下ベースプレート１と上ベースプレート２が開いた状態で、開放された下金型１６内に、アルミニウム合金、鉄合金等の鍛造用素材Ｓが挿入される。このとき、圧力ガス源３から圧力ガスが、減圧弁４、チェック弁５，６を通して、下シリンダ室１２及び上シリンダ室２２に供給されており、図２に示すように、下ダイホルダー１５は上部に押し上げられた状態にあり、上ダイホルダー２５は下部に押し下げられた状態にある。

この状態で、図示しないプレス装置が作動し、図２のように上ベースプレート２が下降すると、先ず図３の上図のように、下ダイホルダー１５の上端と上ダイホルダー２５の下端が合わせられ、同時に下金型１６と上金型２６が型合わせされる。

そしてさらに、下ベースプレート１に対し上ベースプレート２が下降すると、同時に上ダイセット２０の上ダイセット本体２１が下降し、上ダイセット本体２１に固定された上パンチ２３が上金型２６内に進入し、そのキャビティ内の鍛造用素材Ｓを押し、図３に示すように、鍛造用素材Ｓが下パンチ１３と上パンチ２３の間で挟まれ加圧される。

このとき、下金型１６を保持する下ダイホルダー１５が下ダイセット１０に対し下降して、下シリンダ室１２内の圧力ガスが圧縮され、上ダイセット２０が上金型２６を保持する上ダイホルダー２５に対し押し下げされることにより、上シリンダ室２２内の圧力ガスが圧縮される。

このような、シリンダ室内の圧力ガスの圧縮作用により、プレス装置による上ダイセット２０の下降時に、に印加される型締め力が緩衝され、緩衝された荷重で下金型１６と上金型２６が型締めされる。このため、下パンチ１３と上パンチ２３間で鍛造用素材Ｓを挟持して加圧状態に入った後、下金型１６と上金型２６の型締めが、シリンダ室内の圧力ガスの圧縮作用により徐々に行なわれ、欠肉など生じずに、良好に鍛造成形を行なうことができる。このような型締めの後、鍛造成形が終了する。

そして、最後に、上ベースプレート２がプレス装置の動作によって上昇し、これによって、下ダイホルダー１５と上ダイホルダー２５、及び下金型１６と上金型２６が離間し、型開きされた下金型１６内から、鍛造成形品が取り出される。

このように、この複動式鍛造方法及び複動式鍛造装置によれば、油圧を使用せずに、ガス圧により下ダイセット１０と上ダイセット２０内のシリンダ室を加圧して型締めを行なうので、油圧を発生させるための油圧ポンプユニット、アキュムレータ、シリンダ室からの戻り油圧配管を含む設備が不要となり、鍛造装置に付随する設備費のコストを削減することができる。

一方、鍛造装置の保守点検は、下シリンダ室１２、上シリンダ室２２、圧力ガスの管路３１，３２，３３などから圧力ガスを抜いて行なわれるが、油圧を使用する装置に比べ、油圧系から油を抜く煩雑な作業が不要となり、大気中に窒素ガスをそのまま放出して、配管やシリンダ室などのメインテナンスを非常に簡便に行うことができる。また、これにより、メインテナンスコストを大幅に低減することができる。また、温間鍛造、熱間鍛造のように素材を高温に加熱する鍛造を行なう場合であっても、漏れた窒素ガスによる引火の危険性を回避することができる。

１ 下ベースプレート
２ 上ベースプレート
３ 圧力ガス源
４ 減圧弁
５ チェック弁
６ チェック弁
１０ 下ダイセット
１１ 下ダイセット本体
１２ 下シリンダ室
１３ 下パンチ
１４ 下パンチ支持部
１５ 下ダイホルダー
１６ 下金型
２０ 上ダイセット
２１ 上ダイセット本体
２２ 上シリンダ室
２３ 上パンチ
２４ 上パンチ支持部
２５ 上ダイホルダー
２６ 上金型

Claims (3)

1. 下ダイセットに設けた下シリンダ室内に、下金型を保持した下ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、上ダイセットに設けた上シリンダ室内に、上金型を保持した上ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、下パンチが該下ダイホルダー及び下金型内を貫通して該素材を加圧するように該下ダイセットに取り付けられ、上パンチが該上ダイホルダー及び上金型内を貫通して該素材を加圧するように該上ダイセットに取り付けられ、該下ダイセットと該上ダイセットとをプレス装置により合わせて型締めし、該下金型または該上金型内に挿入した素材を、該下パンチ及び該上パンチにより加圧して鍛造成形を行なう複動式鍛造方法において、
   該下シリンダ室及び上シリンダ室内に、圧力ガス源から管路を通して不活性ガスを供給し、該圧力ガス源から一定圧力の圧力ガスを該下シリンダ室及び上シリンダ室に供給した状態で、該プレス装置により該下ダイセットと上ダイセットを合わせて型締めし、該下パンチと上パンチ間で素材を加圧して鍛造成形を行なうことを特徴とする複動式鍛造方法。
2. 下金型を有した下ダイセットと上金型を有した上ダイセットとをプレス装置により合わせて型締めし、該下金型または該上金型内に挿入した素材を、該下ダイセットに設けた下パンチ及び上ダイセットに設けた上パンチにより加圧して鍛造成形を行なう複動式鍛造装置において、
   該下ダイセットに設けた下シリンダ室内に、該下金型を保持した下ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、該上ダイセットに設けた上シリンダ室内に、該上金型を保持した上ダイホルダーが上下摺動可能に配設され、該下パンチが該下ダイホルダー及び下金型内を貫通して該素材を加圧するように該下ダイセットに取り付けられ、該上パンチが該上ダイホルダー及び上金型内を貫通して該素材を加圧するように該上ダイセットに取り付けられ、該下シリンダ室及び上シリンダ室内には管路を介して不活性ガスの圧力ガス源が接続され、該圧力ガス源から圧力ガスを該下シリンダ室及び上シリンダ室に供給した状態で、該プレス装置により該下ダイセットと上ダイセットを合わせて型締めし、該下パンチと上パンチ間で素材を加圧して鍛造成形を行なうことを特徴とする複動式鍛造装置。
3. 前記圧力ガス源として、不活性ガスボンベが、減圧弁、チェック弁及び管路を介して前記下シリンダ室及び上シリンダ室に接続され、該下シリンダ室及び上シリンダ室内に、該圧力ガス源から該減圧弁を通して減圧された不活性ガスを供給することを特徴とする請求項２記載の複動式鍛造装置。

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