JP6057422B2 - 熱間プレス成形設備 - Google Patents

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Description

本発明は熱間プレス成形設備に関する。
例えば、自動車車体においては、軽量化への要求の高まりから、車体を構成する鋼板の高張力化が盛んに行われている。高張力鋼板は高強度であるがゆえ、所定形状に成形することが困難である。特に、1000MPaを超える、いわゆる超高張力鋼(超ハイテン材)からなる鋼板においては、常温下でのプレス成形では所望の寸法精度が得られないことが多い。このような場合、加熱した鋼板をプレス金型に投入し、プレス金型で鋼板を成形しつつ冷却して焼入れを施す、熱間プレス成形(ダイクエンチ工法)が検討されている。
ここで、本願出願人は、既に、熱間プレス成形設備のさらなるコンパクト化を図ることを目的として、特許文献1に記載の熱間プレス成形設備を提案している。このプレス成形設備は、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、プレス金型の上方に配置された加熱装置と、加熱装置で加熱された鋼板をプレス金型まで搬送する搬送装置とを備えたもので、加熱装置で加熱された鋼板を自重によって落下させ、搬送装置に設けられた支持部材で下方から支持して下降させることにより、プレス金型に供給できるようになっている。
特願2012−241037
ところで、上記構成の成形設備を実際の製造ラインに適用しようとする場合には、位置決めのための更なる改良が望まれる。すなわち、上記特許文献1の熱間プレス成形設備に係る支持部材は、自重落下させた鋼板を下方から支持して下降させるだけの簡易な構造をなすものであり、水平方向、特に鋼板の幅方向(厚み方向と直交する向きをいう。以下、同じ。)で当該鋼板を何ら支持するものではない(特許文献1の図2を参照)。これでは、鋼板をその幅方向で正確に位置決めすることは困難である。
以上のような事情から、本発明が解決すべき技術的課題は、この種の熱間プレス成形設備において、プレス金型の上方に配した加熱装置から自重で落下する鋼板を下方から支持すると共に、鋼板を幅方向で位置決めすることにある。
前記課題を解決するため、本発明は、加熱した鋼板に対してプレス成形を施す熱間プレス成形設備であって、鋼板を加熱する加熱装置と、加熱装置の下方に配設され、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、鋼板を支持する支持部材を有し、加熱装置で加熱された鋼板をプレス金型による成形位置まで搬送する搬送装置とを備え、支持部材は、鋼板の下端を受ける受け面と、受け面で鋼板を受けた際に鋼板の自重で鋼板の幅方向からのクランプ動作を行うクランプ機構とを有している。
このように、支持部材を鋼板の下端を受ける受け面と、受け面で鋼板を受けた際に鋼板の自重によって鋼板の幅方向からのクランプ動作を行うクランプ機構とで構成することにより、シリンダなどの高価なアクチュエータを使用しなくても、鋼板の下端を支持するのと同時に幅方向の位置決めを行うことができる。また、アクチュエータを使用しなくても良いので、支持構造の複雑化、大型化を回避できるため、コストの低減を図ることができる。
また、上記のクランプ機構は、鋼板のクランプ部を一端側に設け、受け面に対して出没可能な当接部を他端側に設けたクランプアームと、受け面が設けられ、クランプアームが回動可能に支持される受け部とを有するもので、受け面で前記鋼板を受けた際に、受け面から突出する当接部を鋼板の自重で下方に押し込むことで、クランプアームが回動して、クランプ部で鋼板を幅方向からクランプ可能な構成としてもよい。このように、機械要素のみで構成されているので、故障し難くメンテナンスが容易という利点がある。さらに、クランプアームの当接部が鋼板の自重によって下方に押し込まれて、クランプ動作するという簡素な機構なのでクランプ機構の信頼性も高い。
以上のように、本発明の熱間プレス成形設備によれば、簡素な構成で位置決め保持できるため、生産性の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係る熱間プレス成形設備の側面図である。 上記熱間プレス成形設備の正面図である。 図1の熱間プレス成形設備に係る加熱装置の断面図である。 図1の熱間プレス成形設備に係る搬送装置の斜視図である。 図4のクランプ機構の正面図であって、クランプ前の状態を示す図である。 図4のクランプ機構の正面図であって、クランプ後の状態を示す図である。 図4のA−A線断面拡大図であって、挟持部による鋼板の挟持の態様を示す図である。 図4のA−A線断面拡大図であって、鋼板の流入開始後の挟持部の態様を示す図である。 図1の側面図であって、鋼板の加熱工程を示す図である。 図1の側面図であって、鋼板を搬送装置で支持する工程を示す図である。 図1側面図であって、鋼板を成形位置に搬送する工程を示す図である。 図1の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図1の側面図であって、加熱装置内の鋼板を移動させる工程を示す図である。 図1の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図1の側面図であって、鋼板をプレス成形する工程を示す図である。 図1の側面図であって、成形後の鋼板を金型から取り出す工程を示す図である。 図1の側面図であって、成形後の鋼板を搬送装置で支持する工程を示す図である。 図1の側面図であって、成形後の鋼板を搬出装置で搬出する工程を示す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
本発明の一実施形態に係る熱間プレス成形設備1は、図1及び図2に示すように、プレス成形装置10と、プレス成形装置10の上方に設けられた加熱装置20と、プレス成形装置10の下方に設けられた排出装置30と、鋼板を支持して搬送する搬送装置40を備えている。
プレス成形装置10は、水平方向に型締め型開きするプレス金型11を有する。本実施形態のプレス金型11は、図1に示すように、固定型11aと、水平方向に対してスライド可能な複数の可動型(図示例では、第1可動型11b、第2可動型11c及び第3可動型11d)とで構成される。固定型11aは、固定プレート15に固定される。第1可動型11b〜第3可動型11dは、それぞれスライドレール16に沿って水平方向にスライド可能とされる。第3可動型11dは、可動プレート17を介して油圧シリンダ18に接続され、水平方向に駆動される。固定型11aの図中右側の面には、凸成形面12aが形成される。第1可動型11b及び第2可動型11cには、図中左側の面に凹成形面12bが形成されると共に、図中右側の面に凸成形面12aが形成される。第3可動型11dの図中左側の面には、凹成形面12bが形成される。各金型の内部には、図示しない冷却水路が形成さている。プレス金型11には、隣り合う金型を型締め状態をロックするロック機構13と、ロック機構の着脱を制御するロック制御部とが設けられている(図示省略)。尚、図2では、固定プレート15、可動プレート17、及び油圧シリンダ18の図示を省略している。
図1に示すように、プレス金型11の各金型の型締め面の互いに対向する位置には、それぞれ凹部14が形成される。図示例では、各金型の型締め面の下端に凹部14が形成される。型締めした状態では、これら凹部14の形成される空間に後述する搬送装置40の支持部材41が収容可能とされる。
加熱装置20は、スライドレール21に取り付けられ、プレス金型11の型締め型開き方向(図1の左右方向)にスライド可能とされる。本実施形態の加熱装置20は、ヒータで鋼板を加熱する加熱炉である。具体的には、図3に示すように、ケース22の内部に設けられたヒータ23と、ヒータ23を覆う熱保持材24と、熱保持材24とケース22との間に敷き詰められた断熱材25とを有する。ケース22の上面及び下面には、それぞれ搬入口22a及び搬出口22bが設けられている。搬入口22a及び搬出口22bは、貫通孔22cを介して上下方向に連通する。貫通孔22cの水平方向両側には、ヒータ23、熱保持材24、及び断熱材25が設けられる。搬入口22a及び搬出口22bには、これらを開閉可能な開閉部材26a、26bが設けられる。なお、加熱装置20は加熱炉に限らず、例えば通電加熱装置であってもよい。
搬出装置30は、成形した鋼板を熱間プレス成形設備1の外部へ搬出するものであり、例えば図1に示すように、無端ベルト31と駆動ローラ32と、図示しない従動ローラとを有するベルトコンベアで構成される。
搬送装置40は、鋼板を支持する支持部材41と、支持部材41を昇降駆動する昇降手段42(本実施形態ではシリンダ)とを備える。本実施形態では、各搬送装置40は、図示しない駆動手段により、プレス金型11の型締め型開き方向(図1の左右方向)にスライド可能とされる。
支持部材41は、鋼板を下方から支持するものである。具体的には、図4に示すように、鋼板の下端部を受ける受け面43を設けた受け部49と、受け面43から上方に延び、鋼板の表裏両面を挟持可能な挟持部44と、鋼板を幅方向(図2でいえば左右方向)からクランプするクランプ機構45とを有する。
クランプ機構45は、図5に示されるように例えば、支持部材41の幅方向両端に配設される一対のクランプアーム48で構成される。各クランプアーム48の一端には、協働により鋼板Wを幅方向からクランプするクランプ部48aが設けられている。各クランプアーム48の他端には、受け面43に対して出没可能な当接部48bが設けられている。これらクランプ部48aと当接部48bとを一体に設けたクランプアーム48は、型締め型開き方向に沿った回転軸48cまわりに回動可能に構成されており、鋼板Wの自由落下により受け面43から突出した当接部48bを押し下げることで双方のクランプアーム48が同期して回動して鋼板Wをその幅方向からクランプできるようになっている。
また、クランプアーム48は受け部49に設けられた回転軸48cまわりに回動可能に支持される。クランプアーム48の重心は、回転軸48cよりも幅方向外側に位置しているため、何ら外力が作用しない状態では、図5に示すように、クランプ部48aが受け面43上方から幅方向外側に外れて位置し、当接部48bは受け面43から突出した状態で釣り合っている。そのため、当接部48bへの鋼板Wの押し込み力が解除されると、クランプアーム48は回転軸48cを中心に反時計周りに回動し、図5に示す位置で停止する。従って、鋼板Wが支持されていないときは、クランプアーム48のクランプ部48aは常に開いた状態にある。
挟持部44は支持部材41に固定される固定ピン46と、支持部材41の長手方向(図2でいえば左右方向)に沿った回転軸まわりに回動可能に設けられる回動ピン47と、図示しない付勢機構とで構成される。固定ピン46及び回動ピン47の上部は共に先細り形状(回動ピン47はテーパ形状)を成している(図7(A)参照)。回動ピン47の基端側には、例えばバネなどで構成される付勢機構が配設されており、この付勢機構によって回動ピン47が固定ピン46側、すなわち、鋼板Wを挟持する向きに常時付勢されている(図7(A)参照)。昇降手段42は、支持部材41を所望の高さに停止可能なものであり、例えば電動シリンダで構成される。
以下、上記の熱間プレス成形設備1による熱間プレス成形方法の手順を説明する。
先ず、固定型11aと第1可動型11bとで鋼板W1を熱間プレス成形する手順について説明する。プレス金型11は、図9に示すように第1可動型11b〜第3可動型11dを図示しないロック機構でロックして一体化すると共に、固定型11aと第1可動型11bとの間のロックを解除して型開きする。そして、鋼板W1が内部に投入された加熱装置20を、固定型11aと第1可動型11bとの間の空間の上方に配置する。このとき、加熱装置20の搬入口22a及び搬出口22bは開閉部材26a、26bで密閉され、この密閉空間の内部で鋼板W1が加熱されている。搬送装置40の支持部材41は固定型11aと第1可動型11bとの間の空間の下方に配置される。
そして、図10に示すように、昇降手段42(図1及び図2参照)により支持部材41を上昇させて加熱装置20の直下に配置する。鋼板W1が所定温度まで加熱されたら、加熱装置20の搬出口22bの開閉部材26bを開いて加熱された鋼板W1を自重により落下させる。落下した鋼板W1は、支持部材41によって支持される。この際の支持態様について詳述すると、鋼板W1が自重により加熱装置20から落下すると、その直下に配された支持部材41の受け面43に向けて接近する。このとき、受け面43からは挟持部44を構成する固定ピン46と回動ピン47が立設しており、かつ固定ピン46と回動ピン47は共に先細り形状を成している(図7(A)参照)。そのため、鋼板W1の下端部が回動ピン47あるいは固定ピン46に案内されながら受け面43に到達する(図7(B)参照)。これにより、鋼板W1の下端部は受け面43で支持され、鉛直方向に位置決めされる。また、回動ピン47は固定ピン46との間で鋼板W1を挟持する向きに常時付勢されているので、受け面43に到達した鋼板W1の表裏両面が固定ピン46及び回動ピン47とで挟持される(図7(C)参照)。これにより、鋼板W1はその厚み方向においても位置決めされる。
また、受け面43で鋼板W1を受けた際、各クランプアーム48の当接部48bが、鋼板W1の自重によって受け面43よりも下方に押し込まれることにより、双方のクランプアーム48のクランプ部48aが接近し、鋼板W1を幅方向にクランプする(図6参照)。これにより、落下する鋼板W1は、鉛直方向と厚み方向に加えて、幅方向で位置決めした状態で支持される。この状態で、昇降手段42により支持部材41を降下させ、図11に示すように、鋼板W1を固定型11aと第1可動型11bとの間の空間(成形位置)に配置する。鋼板W1が搬出された加熱装置20は、搬出口22bの開閉部材26bを閉じると共に、搬入口22aの開閉部材26aを開いて、搬入口22aから新たな鋼板W2が投入される。そして搬入口22aの開閉部材26aを閉じて加熱装置20を密閉し、次の鋼板W2の加熱が開始される。
その後、図12に示すように、油圧シリンダ18を駆動して第1〜第3可動型11b〜11dを一体に図中左側に駆動し、固定型11aと第1可動型11bとを型締めする。これにより、鋼板W1が所定形状に成形されると共に、固定型11a、第1可動型11bとの接触により、鋼板W1の冷却(焼入れ)が開始される。搬送装置40の支持部材41は、上記型締め動作により固定型11aの凹部14と第1可動型の凹部14とで形成される空間に収容される。このとき、鋼板W1は支持部材41の受け面43、挟持部44、及びクランプアーム48によって、その鉛直方向、厚み方向、及び幅方向にそれぞれ位置決めされた状態にある。このため、鋼板W1を常に一定の位置に配した状態でプレス成形が行われる。尚、成形開始時、鋼板W1の下端部は受け面43によって支持されているが、図12に示すように、成形が進むにつれて鋼板W1が絞られる場合、鋼板W1の下端部が凹形成面12b側に向かって流入を開始する。そのため、挟持部44を構成する固定ピン46と回動ピン47のうち、プレス金型11の凹成形面12b側に回動ピン47を配設することにより、図8の矢印に示されるように、プレス成形に伴う鋼板W1の流入によって鋼板W1の下端部が変形しても、回動ピン47が鋼板W1の変形に合わせて外側に開く向き(挟持を解除する向き)に回動する。一方、鋼板W1の流入に伴って鋼板W1の下端部が上昇するため、クランプアーム48は鋼板W1による当接部48bの押し下げ前の位置に回復し(重心又はアクチュエータにより)、鋼板W1に対するクランプ状態も解除される。
次に、第1可動型11bと第2可動型11cとで鋼板W2を熱間プレス成形する。具体的には、まず、図13に示すように、第1可動型11b及び第2可動型11cを一体化していた図示しないロック機構のロックを解除する。これにより、固定型11a及び第1可動型11bが固定側の金型を構成し、第2可動型11c及び第3可動型11dが可動側の金型を構成する。そして、第1可動型11bと第2可動型11cとを型開きすると共に、加熱装置20および搬送装置40をスライドさせ、それぞれ第1可動型11bと第2可動型11cとの間の空間の上方及び下方に配置する。その後、上記と同様の工程を経ることにより、図14に示すように鋼板W2が所定形状に成形される。さらに第2可動型11cと第3可動型11dとを用いて同様の工程を経ることにより、図15に示すように鋼板W3が所定の形状に成形される。
こうして、鋼板W2、W3を成形している間に、最初に成形したW1が十分に冷却され、焼入れが施された状態となる。そして、図16に示すように、加熱装置20及び搬送装置40をそれぞれ成形された鋼板W1の上方及び下方に配置する。この状態で、固定型11a及び第1可動型11bを一体にロックしていた図示しないロック機構のロックを解除し、昇降手段42により第1〜第3可動型11b〜11dを一体にスライドさせ、固定型11aと第1可動型11bとを型開きする(矢印参照)。型開きされた際、成形された鋼板W1は自重により落下し、支持部材41で下方から支持された状態となる(図17参照)。この時も、上記と同様、成形された鋼板W1の下端を受け面43で受けることにより、鋼板W1の表裏両面を固定ピン46および回動ピン47により挟持すると共に、鋼板W1の幅方向もクランプ機構45によってクランプされる。この状態で、支持部材41を降下させると、図18に示すように、成形された鋼板W1がその重心方向に倒れ込むことで、支持部材41による支持状態が解除され、排出装置30のベルト31の上に載置される。よって、排出装置30を駆動させることで、成形後の鋼板W1が熱間プレス成形設備1の外部へ排出される。その後、図10〜図12の工程を行うことにより、加熱された鋼板W4の熱間プレス成形を行う。
同様にして、第1可動型11b及び第2可動型11cで成形された鋼板W2を熱間プレス成形設備1から排出すると共に、これらの金型で新たな鋼板を熱間プレス成形する。さらに、第2可動型11c及び第3可動型11dで成形された鋼板W3を熱間プレス成形設備1から排出すると共にこれらの金型で新たな鋼板を熱間プレス成形する(いずれも図示省略)。以上の工程を繰り返すことにより、鋼板Wの熱間プレス成形が順次行われる。
以上のように、上記の熱間プレス成形設備1では、水平方向に型締め型開きするプレス金型11の上方に加熱装置20を設けたことで、加熱装置20で加熱した鋼板Wを自重により落下させるだけでプレス金型11に搬送することができる。これにより、搬送装置40は、鋼板Wの自重を支持するもの(例えば上記のような鋼板Wを下方から支持する支持部材41を有するもの)で足りるため、搬送装置40が簡素化されて、設備のコンパクト化が図られる。さらに、プレス金型11の下方に設けた搬送装置40の受け面43から上方に延びる一対の挟持部44と、鋼板Wを幅方向でクランプするクランプ機構45とを設けたので、落下してきた鋼板Wを挟持部44及びクランプ機構45によって鋼板Wの厚み方向及び幅方向で位置決めしつつ支持することができる。挟持部44及びクランプ機構45は、簡単な機械要素のみで構成されているため、簡素な構成で確実に位置決め支持ができるため、生産性の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態では、クランプ機構45を、鋼板Wのクランプ部48aを一端側に設け、受け面43に対して出没可能な当接部48bを他端側に設けた一対のクランプアーム48と、受け面43が設けられ、一対のクランプアームが回動可能に支持される受け部49とで構成したので、アクチュエータでクランプ部48a(クランプアーム48)を駆動させずとも、鋼板Wを幅方向から確実にクランプすることができる。また、機械要素のみで構成されているので、故障し難くメンテナンスも容易である。さらに、クランプアーム48の当接部48bが鋼板Wの自重によって下方に押し込まれて、クランプ動作するという簡素な機構なのでクランプ機構45の信頼性も高い。また、支持部材41の幅方向両端に一対のクランプ機構45を設けているので、鋼板Wの幅方向両側が一対のクランプアーム48によって位置決めされるため、鋼板Wの幅方向の寸法にバラつきがあっても、鋼板Wを確実に位置決めすることができる。
また、プレス金型11の下方に排出装置30を設けることで、プレス金型11で成形された鋼板Wを上記と同じ搬送装置40で排出装置30まで搬送することができるため、別途の搬送装置40が不要となり、設備の更なるコンパクト化が図られる。
本発明は上記の実施形態に限らない。例えば、支持部材41の幅方向の一方側のクランプアーム48を固定し、他方側のクランプアーム48を回動可能なクランプ機構45とすることも可能である。これにより、固定側のクランプアーム48を基準として、鋼板Wが位置決めされるので、さらに高精度の位置決めを行うことができる。
また、図示は省略するが、クランプ機構45を、複数のリンクをジョイントで連結したもので構成することも可能である。これにより、クランプ部48aと当接部48bとをそれぞれ別のリンクに設けることができるので、より自由度の高いクランプ動作を実施することが可能となり、動作スペースがより制限される環境下でも適用することが可能となる。
また、上記の実施形態では、可動型の3つの金型(第1可動型11b〜第3可動型11d)で構成した場合を示したが、これに限らず、可動型を1つや2つ、あるいは4つ以上の金型で構成してもよい。
また、上記の実施形態に限らず、例えば鋼板Wの上端を挟持部44及びクランプ機構45で位置決め支持した状態で鋼板Wを吊り下げる構成としてもよい。すなわち、図5の上下を反転した状態で、上方から支持部材41が鋼板Wに接近可能な構成とし、シリンダ42の駆動力によって当接部48bを受け面43よりも上方に押し込むことで、左右のクランプ部48aを接近させ、鋼板Wを幅方向からクランプするようにしてもよい。
上記の実施形態では、プレス金型11で成形した鋼板Wを、搬送装置40で排出装置30まで搬送しているが、これに限らず、別途の搬送手段で搬送したり、あるいは、型開きと共に成形した鋼板Wを排出装置30上に自由落下させてもよい。
1 熱間プレス成形設備
10 プレス成形装置
11 プレス金型
11a 固定型
11b 第1可動型
11c 第2可動型
11d 第3可動型
15 固定プレート
16 スライドレール
17 可動プレート
18 油圧シリンダ
20 加熱装置
30 排出装置
40 搬送装置
41 支持部材
42 昇降手段
43 受け面
44 挟持部
45 クランプ機構
46 固定ピン
47 回動ピン
48 クランプアーム
48a クランプ部
48b 当接部
48c 回転軸
49 受け部
W 鋼板

Claims (2)

  1. 加熱した鋼板に対してプレス成形を施す熱間プレス成形設備であって、
    前記鋼板を加熱する加熱装置と、前記加熱装置の下方に配設され、水平方向に型締め型開きするプレス金型と、前記鋼板を支持する支持部材を有し、前記加熱装置で加熱された前記鋼板を前記プレス金型による成形位置まで搬送する搬送装置とを備え、
    前記支持部材は、前記鋼板の下端を受ける受け面と、該受け面で前記鋼板を受けた際に前記鋼板の自重で前記鋼板の幅方向からのクランプ動作を行うクランプ機構とを有する熱間プレス成形設備。
  2. 前記クランプ機構は、前記鋼板のクランプ部を一端側に設け、前記受け面に対して出没可能な当接部を他端側に設けたクランプアームと、前記受け面が設けられ、前記クランプアームが回動可能に支持される受け部とを有するもので、
    前記受け面で前記鋼板を受けた際に、前記受け面から突出する前記当接部を前記鋼板の自重で下方に押し込むことで、前記クランプアームが回動して、前記クランプ部で前記鋼板を幅方向からクランプする請求項1記載の熱間プレス成形設備。
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