JP5675762B2

JP5675762B2 - プレス金型

Info

Publication number: JP5675762B2
Application number: JP2012267777A
Authority: JP
Inventors: 耕治林; 太一清水; 和真西尾
Original assignee: 東亜工業株式会社
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: JP2014113602A

Description

本発明は、プレス金型に関し、特に、熱間プレスに用いられるプレス金型に関する。

車両用部品においては、厚さを薄くしてなおかつ高強度を持つ部材を用いることにより、安全性と経済性の両立を図っている。このような目的のため、高温に加熱した鋼板を低温のプレス金型で冷却して焼入れを行う、いわゆる熱間プレスが知られている。この工法は、鋼板をオーステナイト化温度以上に加熱し、プレス金型で成形と同時に急速冷却して焼入れを行うものである。従来、鋼板を急速冷却するために、プレス金型の内部に冷却配管が設けられていた。この種のプレス金型は特許文献１に記載されている。

特開２００６−３２６６２０号公報

しかしながら、従来のように、プレス金型の内部に冷却配管を配設しただけではプレス金型を充分に冷却することができず、鋼板の急速冷却も不充分となり、所望の強度が得られないという問題があった。

上記課題に鑑み、本発明のプレス金型は、基台と、前記基台上に着脱自在に取り付けられ、互いに隣接して配置された複数の金型駒からなる金型部と、各金型駒の内に配設されるとともに、各金型駒から外部に引き出され、冷却水注入端及び冷却水排出端を有するＵ字形の冷却配管と、を備え、前記基台は、第１の基台と、前記第１の基台上に配置され開口部を有する第２の基台と、を備え、前記冷却配管は前記金型駒から前記第２の基台の開口部を通して前記第１の基台の上方に引き出され、さらに、前記第１の基台上に各金型駒に対応して取り付けられ、上下方向に伸縮可能なスプリングを備え、このスプリングの上面に前記金型駒が取り付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、プレス金型は複数の金型駒に分割されており、各金型駒の内に冷却配管を配設したのでプレス金型を充分に冷却することができる。

プレス装置を示す図である。プレス装置の下死点における停止状態を示す図である。プレス装置の下死点を通過した停止状態を示す図である。本発明の実施形態におけるプレス金型の第１の平面図である。本発明の実施形態におけるプレス金型の正面からみた断面図である。本発明の実施形態におけるプレス金型の金型部の斜視図である。本発明の実施形態におけるプレス金型の第２の平面図である。

［プレス装置の構成］
まず、図１乃至図３を参照して、本発明に係るプレス金型が適用されるプレス装置の一例について説明する。

図１は機械式のプレス装置１００の構成を示す図である。図１（ａ）はスライド６及び上金型１０が上死点で静止している状態を示し、図１（ｂ）はスライド６及び上金型１０が下死点で静止している状態を示している。

このプレス装置１００は、駆動モータからの回転エネルギーを蓄えるフライホイール１、クランク２、このクランク２にフライホイール１の回転力を伝達し、遮断するクラッチ３、コネクティングロッド４を介してクランク２が連結され、クランク２の回転に伴い上死点と下死点の間で直線運動するスライド６を備える。クランク２は、回転軸２ａと、この回転軸２ａに連結され回転軸２ａに対して偏心した偏心軸２ｂを有している。コネクティングロッド４は、偏心軸２ｂを、ジョイント５を介してスライド６に連結している。この場合、コネクティングロッド４は、偏心軸２ｂに対して回転可能に連結されている。

プレス装置１００は、さらにクランク２の回転軸２ａの回転角度を検出する回転角度検出センサ７、クランク２の回転軸２ａの端部に設けられ、回転軸２ａの回転を停止させるディスクブレーキ８、スライド６の両側面に設けられ上下方向に直線運動するようにスライド２を規制するフレーム９、スライド６の下面に取り付けられた上金型１０、この上金型１０に対向して下方に配置された下金型１１と、下金型１２を下方から支持するボルスタ１２、及びプレス装置のクラッチ３、ディスクブレーキ８等の各部の動作を制御する制御装置１３を備える。

クラッチ３を回転軸２ａに結合させてフライホイール１の回転力が伝達されると、クランク２の回転軸２ａ及び偏心軸２ｂが回転し、これに応じてスライド６及び上金型１０は上下方向に直線運動する。

また、クラッチ３を回転軸２ａから分離することでフライホイール１の回転力が遮断され、かつディスクブレーキ８が働くと、スライド６及び上金型１０は停止するようになっている。この場合、図１（ａ）に示すようにスライド６が上死点に位置する時のクランク２の回転軸２ａの回転角度を０°とし、図１（ｂ）に示すようにスライド６が下死点に位置する時のクランク２の回転軸２ａの回転角度を１８０°とする。

制御装置１３は、回転角度検出センサ７の出力に基づいて、クラッチ３を回転軸２ａから分離しフライホイール１の回転力を遮断するとともに、ディスクブレーキ８によりクランク２の回転を停止させることにより、スライド６及び上金型１０を静止させる。

そして、熱間プレスを行う場合、加熱された鋼材（不図示）を下金型１１上まで搬送し、上金型１０を下動させて、その下死点で所定時間静止させる。これにより、鋼材は下金型１１と上金型１０の間に挟まれ、成形と同時に両金型により冷却されて焼入れがなされることになる。

この場合、１）両金型を充分に冷却することと、２）鋼材に対し下金型１１と上金型１０から保持力（押しつけ力）を印加することにより鋼材の冷却速度を上げることが必要である。

鋼材に対し保持力（押しつけ力）を印加するには、図２に示すように、スライド６及び上金型１０を下死点（回転軸２ａの回転角度＝１８０°）で停止させればよい。

しかしながら、このような停止状態の場合、偏心軸２ｂとコネクティングロッド４とが同一直線上に並んだ状態となる。すると、クランク２の回転軸２ａの回転力は比較的小さいことから、下金型１１からの反発力でクランク２の回転軸２ａがロックしてしまい、このロック状態からクランク２の回転軸２ａの回転を再開できなくなる。

そこで、図３に示すように、スライド６が下死点を通過した状態で（例えば、回転軸２ａの回転角度＝１８５°）スライド６及び上金型１０を静止させることにより、偏心軸２ｂとコネクティングロッド４との間に僅かな鈍角が生じ、クランク２の回転軸２ａがロックしなくなる。むしろこの場合は、下金型１１からの反発力はクランク２の回転軸２ａの回転を再開させる時に、その回転力を補うように作用するので、クランク２の回転軸２ａの回転を円滑に再開させることができる。

しかしながら、スライド６が下死点を通過した状態でスライド６及び上金型１０を静止させると、上金型１０は下死点から僅かに上昇した状態となるため、鋼材に対して熱間プレスに必要な保持力（押しつけ力）が働かなくなるという問題がある。

［プレス金型の構成］
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の実施形態におけるプレス金型の構成を説明する。１）両金型を充分に冷却する、２）鋼材に対し両金型から保持力（押しつけ力）を印加する、という課題を解決するために、本発明の実施形態の上金型１０、下金型１１は以下の構成を持っている。

上金型１０及び下金型１１には同じ構成を持たせることができるので、以下では下金型１１について説明する。

下金型１１は、第１の基台２０、第１の基台２０の周端部上に立設された支持板２１を介して、第１の基台２０の上方に離間されて配置され中央に開口部を有する第２の基台２２、第２の基台２２の開口部に設けられた支持台２３、支持台２３上に着脱可能に設けられ、５個の金型駒１１ａ〜１１ｅからなる金型部を含んで構成される。

この場合、金型部の５個の金型駒１１ａ〜１１ｅの上面に鋼材が載せられ、プレス加工される。金型部は互いに隣接して配置された５個の金型駒１１ａ〜１１ｅに分割されており、各金型駒１１ａ〜１１ｅ内に５本の冷水配管２４ａ〜２４ｅがそれぞれ配設されている。冷水配管２４ａ〜２４ｅは、Ｕ字形に折り曲げ加工された状態で各金型駒１１ａ〜１１ｅの中に挿入されており、各金型駒１１ａ〜１１ｅの下端から第２の基台２２の開口部及び支持台２３の開口部を通して下方に引き出されている。そして、冷水配管２４ａ〜２４ｅは、第１の基台２０と支持台２３の間の空間に冷却水注入端２５ａ〜２５ｅ、及び冷却水排出端２６ａ〜２６ｅを有している。

金型駒１１ａ〜１１ｅはボルト等により支持台２３上に着脱可能に構成されているのは、破損や劣化が生じた金型駒を個別に交換できるようにするためであるが、本実施形態では、金型駒１１ａ〜１１ｅのそれぞれに冷水配管２４ａ〜２４ｅを設けることにより、金型部全体を効率的に冷却できるようにしたものである。

冷水配管２４ａ〜２４ｅの接続構造は、図４に示すように、下金型１１の外部を向いた冷却水注入端２５ａ〜２５ｅに冷却水注入配管２８を接続し、反対方向を向いた冷却水排出端２６ａ〜２６ｅに冷却水排出配管２９を接続して構成され、冷却水注入配管２８と冷却水排出配管２９はチラー３０に接続される。

これにより、チラー３０で冷却された冷却水は冷却水注入配管２８を通して、冷水配管２４ａ〜２４ｅに分配され、冷却水排出配管２９を通してチラー３０に回収され再冷却されるという冷却水の循環経路が形成される。

金型駒１１ａ〜１１ｅの中で、中央に位置する金型駒１１ｃは加熱された鋼材がその上面に載せられることにより、最も温度が上昇しやすい。そこで、図７に示すように、中央の金型駒１１ｃについては、冷水配管２４ｃを直接、冷却水注入配管２８と冷却水排出配管２９との間に接続して冷却効果を高め、冷水配管２４ａ、２４ｂについては、冷却水注入配管２８と冷却水排出配管２９の間に直列に接続し、冷水配管２４ｄ、２４ｅについても、冷却水注入配管２８と冷却水排出配管２９の間に直列に接続してもよい。なお、チラー３０により循環経路を形成することなく、冷却水注入配管２８を水道のような水源に接続し、冷却水排出配管２９から冷却水を排出するように構成することもできる。

また、図５に示すように、下金型１１は鋼材に対し保持力（押しつけ力）を印加するために、スプリング機構を備えている。スプリング機構は、第１の基台２０上に各金型駒１１ａ〜１１ｅに対応して取り付けられ、上下方向に伸縮可能なスプリング３１ａ〜３１ｅを備えて構成される。スプリング３１ａ〜３１ｅはガススプリングで形成されることが好ましい。

スプリング３１ａ〜３１ｅの上端は支持台２３に形成された開口部を通して、対応する金型駒１１ａ〜１１ｅの底部に連結されている。金型駒１１ａ〜１１ｅはスプリング３１ａ〜３１ｅの伸縮に応じて上下動するが、金型駒１１ａ〜１１ｅの上下動を規制するために、金型駒１１ａ〜１１ｅの両端にガイド部２７が設けられている。

加熱処理された鋼材が下金型１１の金型部上に載置され、その後、スライド６及び上金型１０が下動してくる。そして、スライド６が下死点を通過して静止する。この状態で、鋼材は、上金型１１と下金型１０の間に挟まれる。スプリング３１ａ〜３１ｅの縮みは、スライド６の下死点で最大となるが、スライド６が下死点を通過し、スライド６及び上金型１０が下死点から上昇に転じた状態においてもある程度縮んでおり、それらの反発力（バネ力）が上金型１０と下金型１１に挟まれた鋼材Ｗに保持力として加えられるようになっている。

この場合、スプリング３１ａ〜３１ｅの反発力は、スライド６の下死点（回転軸２ａの回転角度１８０°）で最大であり、スライド６が下死点から遠ざかるほど小さくなるので、その反発力（保持力）が熱間プレスに必要な大きさとなるように、スライド６の下死点通過位置が決定される。（例えば、回転軸２ａの回転角度＝１８５°）
このように、本発明の実施形態によれば、金型部を金型駒１１ａ〜１１ｅに分離し、
金型駒１１ａ〜１１ｅのそれぞれに冷水配管２４ａ〜２４ｅを設けたので、金型部全体を効率的に冷却できる。また、スプリング機構を設けたので、鋼材の保持力を確保し、鋼材の急冷効果を高めることができる。

１フライホイール
２クランク
２ａ回転軸
２ｂ偏心軸
３クラッチ
４コネクティングロッド
５ジョイント
６スライド
７回転角度検出センサ
８ディスクブレーキ
９フレーム
１０上金型
１１下金型
１１ａ〜１１ｅ金型駒
１２ボルスタ
１３制御装置
２０第１の基台
２１支持板
２２第２の基台
２３支持台
２４ａ〜２４ｅ冷水配管
２５ａ〜２５ｅ冷却水注入端
２６ａ〜２６ｅ冷却水排出端
２７ガイド部
２８冷却水注入配管
２９冷却水排出配管
３０チラー
３１ａ〜３１ｅスプリング

Claims

基台と、
前記基台上に着脱自在に取り付けられ、互いに隣接して配置された複数の金型駒からなる金型部と、
各金型駒の内に配設されるとともに、各金型駒から外部に引き出され、冷却水注入端及び冷却水排出端を有するＵ字形の冷却配管と、を備え、
前記基台は、第１の基台と、前記第１の基台上に配置され開口部を有する第２の基台と、を備え、前記冷却配管は前記金型駒から前記第２の基台の開口部を通して前記第１の基台の上方に引き出され、
さらに、前記第１の基台上に各金型駒に対応して取り付けられ、上下方向に伸縮可能なスプリングを備え、このスプリングの上面に前記金型駒が取り付けられていることを特徴とするプレス金型。
前記スプリングはガススプリングであることを特徴とする請求項１に記載のプレス金型。