JP5762917B2 - Ｍｇ合金板のプレス曲げ装置およびプレス曲げ方法 - Google Patents

Description

本発明は、Mg合金板を局部的に加熱して曲げ加工を行なうプレス曲げ装置およびプレス曲げ方法に関するものである。

一般に、ＪＩＳ規格AZ31等のマグネシウムを主成分とする、例えばMg含有量90質量％以上のMg合金板は、軽量かつ高強度で、しかも電磁波遮蔽性や放熱性に優れているので、携帯電話やＴＶカメラ等の電子機器の筺体等の素材として注目されている。
しかしながら、Mg合金板は加工することが難しいので、Mg合金からなる製品を得るために鋳造が広く行なわれているが、鋳造によって得られる製品は、寸法精度が劣ると共に、生産性が低いという問題がある。

また、鋳造以外の成形技術としては、Mg合金板を加熱してプレス曲げ加工等を行うことも行われているが、より寸法精度の良いMg合金板の成形品を得る技術が鋭意検討されている状況である。
たとえば特許文献１には、トンネル加熱炉でMg合金板全体を加熱した後、このMg合金板を曲げ加工する技術が開示されているが、Mg合金板は放熱性が高いので、トンネル加熱炉から搬出されたMg合金板が急速に冷却されて、板全体を均一な温度に保つことが困難であるために、このMg合金板を曲げ加工すると比較的低温の部位から割れが発生するという問題がある。

特許文献２には、ヒーターを内蔵したパンチとダイを用いてMg合金板の曲げ部位を局部的に加熱しながら、曲げ加工を行なう技術が開示されているが、この技術は、パンチやダイによるMg合金板の間接的な加熱であるために、Mg合金板の高い放熱性等の理由から厚さ方向に均一に加熱するのにかなりの時間を要し熱効率が悪いという問題がある。また、ダイ等にヒーターを埋設させているために、そのダイ等の製造コストが高いという問題もある。

特開2001-71037号公報 特開2001-105029号公報

本発明は、放熱性の高いMg合金板の曲げ部位を局部的にかつ均一に加熱することができると共に、その曲げ部位の温度が低下しないうちに、速やかにプレス曲げ加工を行なうことができるMg合金板のプレス曲げ装置およびこの曲げ装置を用いたプレス曲げ方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、従来技術の上記課題を解決するために、Mg合金板の曲げ部位を簡易な装置で均一にかつ局部的に加熱する技術について鋭意検討した結果、ある一定の径の誘導加熱コイルを用いれば、その曲げ部位を局部的にかつ板厚方向にも均一に加熱することができるとの知見を得た。また、Mg合金板は放熱性が高く、所定の温度に加熱した後速やかに曲げ加工する必要があるために、本発明者らは、上記知見に基づきさらにMg合金板を把持・位置決めする操作、誘導加熱コイルの進入・退避の操作、そしてダイ及びパンチの曲げ操作を速やかに連動して行うことができるように工夫し、本発明に至ったものである。

すなわち本発明は、Mg合金板を把持して運搬する上下前後方向に移動自在な把持手段と、Mg合金板を所定の位置に位置決めする上下前後方向に移動可能な位置決め手段と、Mg合金板を局部的に加熱する誘導加熱コイルと、誘導加熱コイルをMg合金板の長手方向前後に進入・退避させる移動手段であるエアピストンと、Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイと、を有し、誘導加熱コイルがその内部に冷却水の流路を備えるMg合金板のプレス曲げ装置である。

本発明のMg合金板のプレス曲げ装置においては、誘導加熱コイルが外径４〜15mmのパイプであることが好ましく、また、誘導加熱コイルが１本または２本配設されてなることが好ましい。
また、本発明は、上記したプレス曲げ装置を用いて、Mg合金板を所定の位置に位置決めした後、Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイの中心線上の曲げ部位に誘導加熱コイルをエアピストンによって進入配置してMg合金板を加熱幅５〜30mm、加熱温度200〜350℃に加熱し、次いで誘導加熱コイルをMg合金板の長手方向に移動して退避させ、かつ誘導加熱コイルの内部に冷却水を流通させて誘導加熱コイルを冷却し、引き続きパンチとダイとを用いてMg合金板の加熱部をプレス曲げ加工するMg合金板のプレス曲げ方法である。

また、本発明は、上記したプレス曲げ装置を用いて、Mg合金板を所定の位置に位置決めした後、Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイに干渉しない位置に誘導加熱コイルをエアピストンによって進入配置してMg合金板を加熱幅５〜30mm、加熱温度200〜350℃に加熱し、次にエアピストンによって誘導加熱コイルをMg合金板の長手方向に移動して退避させ、かつ誘導加熱コイルの内部に冷却水を流通させて誘導加熱コイルを冷却するとともに、Mg合金板の加熱部をパンチとダイの中心線上の曲げ部位に移動させ、加熱部をプレス曲げ加工するMg合金板のプレス曲げ方法である。

本発明によれば、放熱性の高いMg合金板の曲げ部位を局部的にかつ均一に加熱することができると共に、その曲げ部位の温度が低下しないうちに、速やかにプレス曲げ加工を行なうことができるので、割れ等の発生を防止して寸法精度の良いMg合金板の曲げ加工を行うことができるという産業上格段の効果を奏する。

本発明の装置の例を模式的に示す斜視図である。 図１の装置の側面図である。 Mg合金板をダイに載置した例を示す側面図である。 加熱部のプレス曲げ加工を行なった例を示す側面図である。 パンチとダイの中心線の手前に誘導加熱コイルを配置した例を示す側面図である。 誘導加熱コイル、位置決め手段、パンチの連動した操作を示す側面図である。

図１は、本発明のプレス曲げ装置の例を模式的に示す斜視図であり、図２は、図１の装置の側面図、図３は、誘導加熱コイルを位置決め装置の背後に退避させて、Mg合金板をダイに載置した例を示す側面図、図４は、加熱部のプレス曲げ加工を行なった例を示す側面図、図５は、パンチとダイの間に誘導加熱コイルを配置した例を示す側面図である。なお、図１では、位置決め手段３を明示するために、パンチ６とダイ７の間隔を大きく開いて図示する。また、図２〜５では、移動手段５は図示を省略する。

以下に図１〜５を参照して、本発明について説明する。
まず、Mg合金板１を所定の位置に位置決めするための作動態様について説明する。図１，２に示すように、Mg合金板１を把持手段２（たとえばマニピュレーター）によって把持して運搬し、把持手段２の反対側に配置した位置決め手段３にMg合金板１の端部を当接させることによって、所定の位置にMg合金板１を位置決めする。この場合、位置決め手段３は、Mg合金板１の長手方向前後に移動可能であるから、Mg合金板１の寸法に応じて位置決め手段３の位置を調整することによって、種々の寸法のMg合金板１の曲げ部位を所定の位置に位置決めすることができる。

この位置決め手段３は、Mg合金板１を固定する役割に加えて、後述する加熱に起因してMg合金板１の端部（把持手段２を装着していない側）が下方へ垂れるのを防止する役割をも果たす。また、位置決め手段３は、プレス曲げ加工を行う際に、ダイ７に載置したMg合金板１の位置ずれや垂れの発生を防止する役割も果たすことができる。
Mg合金板１を所定の位置に位置決めした後に、誘導加熱コイル４を位置決め手段３の背後からMg合金板１の長手方向の前方に進入させて、Mg合金板１の曲げ部位の位置で停止させる。図２の態様では、誘導加熱コイル４の配置位置は、曲げ部位の位置であり、ダイス７とパンチ６の中心線上にあるが、図５の態様では、誘導加熱コイル４の配置位置をダイス７とパンチ６の中心線上より手前に配置している。図５の態様については後述する。誘導加熱コイル４を前方に進入させる手段としては、図１に示すたとえばエアピストンの移動手段を用いるので、この誘導加熱コイル４の進入は１秒前後の瞬時に行うことができる。

この誘導加熱コイル４に通電すれば、Mg合金板１の曲げ部位を板幅に亘って局部的に加熱して線状の加熱部８を形成することができる。この加熱部８の幅Ｌ（以下、加熱幅という）が５mm未満では加熱幅Ｌが狭すぎるので、曲げ部位が完全に加熱されないために割れ等が発生する惧れがある。また、加熱幅Ｌが20mmを超えると加熱幅Ｌが広すぎて加熱部８に温度の不均一部分が生じ易くなるために、同様に曲げ部位に割れ等が発生する惧れがあるので、加熱幅Ｌは５〜20mmの範囲内が好ましい。

また、加熱部８の加熱温度が200℃未満では、Mg合金板１が変形し難いので割れ等の発生の惧れがあり、また加熱温度が350℃を超えると、Mg合金板１の曲げ部位が局部的に溶融する惧れがあるので、加熱温度は200〜350℃の範囲内が好ましい。
誘導加熱コイル４の外径Ｄは４mm未満では十分な加熱幅Ｌを確保することが困難であり、外径Ｄが15mmを超えると板厚方向の加熱が十分でないから、誘導加熱コイル４の外径Ｄは４〜15mmの範囲内が好ましい。

誘導加熱コイル４の形状としては、その内部に冷却水を流通させてコイル全体を冷却することができるパイプ状の構成が簡便で、しかも耐久性もよいので好ましい。また、図１に示すように、Ｕ字形の形状として、そのＵ字形の内側にMg合金板１を挿入するように配置すればMg合金板１を上下両面から誘導加熱することができるので、熱効率がよく、１〜３秒の瞬時に所定の温度に加熱することができる。

次に、Mg合金板１が所定の温度に加熱された後にパンチ６とダイ７で速やかにプレス曲げ加工するまでの、Mg合金板１の把持手段２、誘導加熱コイル４の移動手段５、位置決め手段３、パンチ６及びダイ７による一連の作動態様について説明する。
パンチ６とダイ７でプレス曲げ加工を行なうためには、誘導加熱コイル４を退避させると同時にMg合金板１をダイ７上に載置する必要がある。そこで、移動手段５によって誘導加熱コイル４をMg合金板１の長手方向の後方に退避させて、Mg合金板１の上下方向の移動を妨げないように、位置決め手段３の背後に退避させる。それと同時に把持手段２と位置決め手段３をMg合金板１とともに下方に移動させながら、パンチ６も降下させ、図３に示すようにMg合金板１をダイ７上に載置した後、図４に示すように瞬時にプレス曲げ加工を行なうことができるので、Mg合金板１を加熱した後に２〜３秒の瞬時にプレス曲げ加工を行なうことができる。

また、図５は、図２の応用例として、誘導加熱コイル４の配置をパンチ６とダイ７の中心線上の手前とした例を図示しているが、この応用例は、図２に示す誘導加熱コイル４の配置では、Mg合金板１の加熱と共にパンチ６とダイ７も誘導加熱コイル４によって加熱されるために熱効率が悪いという点を改善したものである。
図５に示す応用例でも、移動手段５によって誘導加熱コイル４をMg合金板１の長手方向の後方に退避させるのに連動して、位置決め手段３の前進によってMg合金板１の加熱部８をパンチ６とダイ７の中心線上の曲げ部位に移動させるとともに、その位置でMg合金板１を下降させてダイ７上に載置させる。また、パンチ６も位置決め手段３の前進・下降に連動して所定の位置まで降下させ、図３に示すような状態にセットすると同時に、図４に示すようにパンチ６を下死点まで降下させ、瞬時にプレス曲げ加工を行なうことができるようにする。このように、誘導加熱コイル４の退避、位置決め手段３の前進・下降、パンチ６の降下を連動させることによって、図２の態様と同じようにMg合金板１の曲げ部位を、加熱から２〜３秒の瞬時にプレス曲げ加工を行なうことができる。

ここで、図６は、誘導加熱コイル４の退避、位置決め手段３の前進・下降、パンチ６の降下を連動して行なう作動態様を図示したもので、その動きは図６の矢印で示す通りである。
したがって、放熱性の高いMg合金板１の曲げ部位を局部的にかつ均一に加熱した後、曲げ部位の温度が低下しない内に、速やかにプレス曲げ加工を行なうことが可能となる。

把持手段２には、Mg合金板１の運搬・移動を自在に操作することができるマニピュレーターを用いることが好ましい。マニピュレーターを用いることによって、把持手段２をMg合金板１に装着したままプレス曲げ加工を行なうことができるし、またプレス曲げ加工の終了後に、マニピュレーターを操作してMg合金板１を容易に取り出すこともできる。
なお、図１〜５には誘導加熱コイル４を１本使用する例を示したが、加熱幅Ｌを十分に確保できない場合は、誘導加熱コイル４を２本使用してもよい。ただし、誘導加熱コイル４が３本を超えると、誘導加熱コイル４の退避に要する時間が長くなり、加熱部８の温度が低下するばかりでなく、加熱幅Ｌが広がって、加熱部８の温度が不均一になり、プレス曲げ加工によって割れが発生し易くなるので好ましくない。

また、図１〜５には、プレスブレーキ（通称ヤゲンと呼ばれるプレスブレーキ）の例を示したが、本発明はプレスブレーキに限定するものではなく、Mg合金板を他の形状（たとえばＵ字状等）にプレス曲げ加工を行なう場合や、Mg合金板の端部を円弧状に曲げる加工（いわゆる縁曲げ）を行なう場合にも適用できる。

＜実施例１＞
図１に示すプレスブレーキを用いて、図２〜４に示す手順でMg合金板（ＪＩＳ規格AZ31，厚さ２mm）のプレス曲げ加工を行なった。その手順を以下に説明する。
まず、把持手段２としてマニピュレーターを用いてMg合金板１を把持して運搬し、図２に示すように、位置決め手段３として用いるＬ字形のストッパーにMg合金板１の端部を当接させて、Mg合金板１の曲げ部位をパンチ６とダイ７の中心線上に配置して、Mg合金板１を位置決めした。

次に、図１に示す移動手段５としてエアピストンを用いて、１本のＵ字形の誘導加熱コイル４（外径Ｄ10mm）を位置決め手段３側から進入させ、図２に示すようにパンチ６とダイ７の中心線上で停止させた。そして、誘導加熱コイル４に通電して、Mg合金板１を上下両面から加熱した。加熱部８の加熱幅Ｌは15mm、加熱温度は300℃、加熱時間は2.5秒である。

加熱が終了した後、直ちに移動手段５を用いて誘導加熱コイル４を位置決め手段３の背後に退避させると同時に、図３に示すように、把持手段２と位置決め手段３をMg合金板１とともに下方に移動させながら、パンチ６も降下させて、Mg合金板１をダイ７上に載置した後、図４に示すように、瞬時にプレス曲げ加工を行なった。このようにして、Mg合金板１の曲げ部位を誘導加熱コイル４で加熱した後、2.5秒で曲げ部位のプレス曲げ加工を行なうことができた。

その後、把持手段２を操作してMg合金板１を取り出し、Mg合金板１の表面を観察したところ、割れは認められず、寸法精度の良いＶ曲げを行なうことができた。
＜実施例２＞
図１に示すプレスブレーキを用いて、図３〜５に示す手順でMg合金板（ＪＩＳ規格AZ31，厚さ２mm）のプレス曲げ加工を行なった。その手順を以下に説明する。

まず、把持手段２としてマニピュレーターを用いてMg合金板１を把持して運搬し、図５に示すように、位置決め手段３として用いるＬ字形のストッパーにMg合金板１の端部を当接させて、Mg合金板１の曲げ部位をパンチ６とダイ７の中心線上の手前に配置して、Mg合金板１を位置決めした。
次に、図１に示す移動手段５としてエアピストンを用いて、１本のＵ字形の誘導加熱コイル４（外径Ｄ10mm）を位置決め手段３側から進入させ、図５に示すようにパンチ６とダイ７の手前の曲げ部位の位置で停止させた。そして、誘導加熱コイル４に通電して、Mg合金板１を上下両面から加熱した。加熱部８の加熱幅Ｌは10mm、加熱温度は250℃、加熱時間は２秒であった。

加熱が終了した後、直ちに移動手段５を用いて誘導加熱コイル４を位置決め手段３の背後に退避させると同時に、図３に示すように、把持手段２と位置決め手段３をMg合金板１とともに前進させて、Mg合金板１の加熱部８をパンチ６とダイ７の中心線上の曲げ部位に移動させるとともに、その位置で下降させながら、パンチ６も降下させて、Mg合金板１をダイ７上に載置した後、図４に示すように、瞬時にプレス曲げ加工を行なった。このようにして、Mg合金板１の曲げ部位を誘導加熱コイル４で加熱した後、2.7秒で図４に曲げ部位のプレス曲げ加工を行なうことができた。

その後、把持手段２を操作してMg合金板１を取り出し、Mg合金板１の表面を観察したところ、割れは認められず、寸法精度の良いＶ曲げを行なうことができた。

１ Mg合金板
２ 把持手段
３ 位置決め手段
４ 誘導加熱コイル
５ 移動手段
６ パンチ
７ ダイ
８ 加熱部

Claims (5)

1. Mg合金板を把持して運搬する上下前後方向に移動自在な把持手段と、前記Mg合金板を所定の位置に位置決めする上下前後方向に移動可能な位置決め手段と、前記Mg合金板を局部的に加熱する誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルを前記Mg合金板の長手方向前後に進入・退避させる移動手段であるエアピストンと、前記Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイと、を有し、前記誘導加熱コイルがその内部に冷却水の流路を備えることを特徴とするMg合金板のプレス曲げ装置。
2. 前記誘導加熱コイルが外径４〜15mmのパイプであることを特徴とする請求項１に記載のMg合金板のプレス曲げ装置。
3. 前記誘導加熱コイルが１本または２本配設されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のMg合金板のプレス曲げ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレス曲げ装置を用いて、Mg合金板を所定の位置に位置決めした後、該Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイの中心線上の曲げ部位に誘導加熱コイルをエアピストンによって進入配置して前記Mg合金板を加熱幅５〜30mm、加熱温度200〜350℃に加熱し、次いで前記エアピストンによって前記誘導加熱コイルを前記Mg合金板の長手方向に移動して退避させ、かつ前記誘導加熱コイルの内部に冷却水を流通させて前記誘導加熱コイルを冷却し、引き続き前記パンチと前記ダイとを用いて前記Mg合金板の加熱部をプレス曲げ加工することを特徴とするMg合金板のプレス曲げ方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のプレス曲げ装置を用いて、Mg合金板を所定の位置に位置決めした後、該Mg合金板の上面側と下面側に互いに対向して配置されるパンチとダイに干渉しない位置に誘導加熱コイルをエアピストンによって進入配置して前記Mg合金板を加熱幅５〜30mm、加熱温度200〜350℃に加熱し、次に前記エアピストンによって前記誘導加熱コイルを前記Mg合金板の長手方向に移動して退避させ、かつ前記誘導加熱コイルの内部に冷却水を流通させて前記誘導加熱コイルを冷却するとともに、前記Mg合金板の加熱部を前記パンチと前記ダイの中心線上の曲げ部位に移動させ、該加熱部をプレス曲げ加工することを特徴とするMg合金板のプレス曲げ方法。

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