JP6858152B2 - 鍛造プレス及びそのダイハイトの調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、鍛造プレス及びそのダイハイトの調整方法に関する。

従来より、クランク軸を回転駆動してスライドを昇降動作させる機械式の鍛造プレスが知られている。この種の鍛造プレスでは、複数の工程を行うが、ワークがどの工程にあるかを検知し、ワークの配列パターン毎に予め設定されたダイハイト位置に自動で動くようになっている。

熱間プレスによって鍛造成形品を製造する際には、成形品間において仕上がりにばらつきが生じ、所望の製品精度が得られない場合がある。その原因として、金型、金型ホルダー等の熱膨張、型摩耗等が考えられる。このため、一般的にはユーザーが定期的に成形品をサンプリングして検査を行い、この検査結果に基づいてダイハイトを手動で調整することが行われている。

例えば、特許文献１のもののように、ダイハイトの調整を自動的に行う鍛造プレスも知られている。この鍛造プレスでは、金型温度を測定する金型温度センサ、フレーム温度を検出するフレーム温度センサ、スライド温度を検出するスライド温度センサ等の温度センサと、この温度センサからの検出信号によりダイハイトの調整制御を行う制御部とを備えている。

特開２００３−３１１４９６号公報

しかしながら、上記特許文献１のものでは、専用の温度センサを追加しなければならない。また、プレス各部の温度変化が比較的安定となったときには、成形品の精度に及ぼす要因としてはプレス各部の温度変化よりも金型の摩耗等、その他の要因の方が大きくなるので、成形品重量或いは厚み、さらに型間隙間等のいずれかを実測し、この実成形荷重を元にフィードバック制御を行うようにした方が精度はよくなることから時間の経過等に合わせて制御を切替える必要があり、制御が複雑になるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成でダイハイトを適切に調整して仕上がり精度のよい鍛造品を得られるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、通常鍛造プレスに標準装備される荷重センサによって検知される荷重の変動を利用してダイハイトの調整をするようにした。

具体的には、第１の発明の鍛造プレスは、
スライドを昇降動作させてワークを型打するプレス本体と、
上記スライドの型打によりワークに加わる荷重を測定する荷重センサと、
上記スライドの高さを調整してダイハイトを調整するダイハイト調整機構と、
上記荷重センサの変動を元に上記ダイハイト調整機構を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラとを備え、
上記プログラマブル・ロジック・コントローラは、上記荷重センサで検出される荷重の基準荷重を保存しておき、該基準荷重と上記荷重センサで計測した実成形荷重とを比較し、両者の差が所定の範囲外になると上記ダイハイト調整機構を制御して所定の範囲内になるように制御するように構成されている。

すなわち、鍛造プレスでは、ワークの連続生産において、金型温度や金型潤滑液の影響を受けて成形荷重が徐々に増加したり、減少したりする。上記の構成によると、基準荷重と荷重センサで計測した実成形荷重とを比較し、ダイハイト調整機構を制御して所定の範囲内になるように制御すればよいので、制御が簡易で、しかも確実に適切なダイハイト調整が行われる。また、一般的に標準装備される荷重センサを用いればよいので、従来の設備に対し、プログラマブル・ロジック・コントローラのプログラムを書き換えるだけで導入が可能である。

第２の発明では、第１の発明において、
スライドを昇降動作させてワークを型打するプレス本体と、
上記スライドによりワークに加わる荷重を測定する荷重センサと、
上記スライドの高さを調整してダイハイトを調整するダイハイト調整機構と、
上記荷重センサの変動を元に上記ダイハイト調整機構を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラとを備えた鍛造プレスを準備する準備工程と、
上記荷重センサで検出される荷重の基準荷重を保存する基準荷重値保存工程と、
上記スライドを下降させて上記ワークをプレス成形するときに上記荷重センサで上記ワークに加わる荷重を計測する計測工程と、
上記荷重センサで計測した実成形荷重が、上記基準荷重に第１閾値を加えた値よりも大きくなったときに、上記ダイハイト調整機構を調整してダイハイトを高くするダイハイト上昇工程と、
上記荷重センサで計測した実成形荷重が、上記基準荷重に第２閾値を減じた値よりも小さくなったときに、上記ダイハイト調整機構を調整してダイハイトを低くするダイハイト低下工程とを含む。

上記の構成においても、基準荷重と荷重センサで計測した実成形荷重とを比較し、ダイハイト調整機構を制御して所定の範囲内になるように制御すればよいので、制御が簡易で、しかも確実に適切なダイハイト調整が行われる。また、一般的に標準装備される荷重センサを用いればよいので、従来の設備に対し、プログラマブル・ロジック・コントローラのプログラムを書き換えるだけで導入が可能である。特に、ワークにかかる基準値に対し、若干の幅を持たせて制御することで、頻繁にダイハイト調整機構を作動させることを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、荷重センサで検出される荷重の基準荷重と荷重センサで計測した実成形荷重とを比較し、ダイハイト調整機構を制御してダイハイトを調整するようにしたことにより、簡単な構成でダイハイトを適切に調整して仕上がり精度のよい鍛造品を得ることができる。

図３のＩ部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る鍛造プレスの構成の概要を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る鍛造プレスの構成の概要を示す別の断面で切った断面図である。 鍛造プレスの要部断面図及び油圧制御部の油圧回路を示す概要図である。 ダイハイト調整方法の概要を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図２及び図３は本発明の実施形態に係る鍛造プレス１０を示し、この鍛造プレス１０は、機械式の熱間鍛造プレスよりなる。例えば鍛造プレス１０は、金型（図示省略）が取り付けられるスライド１とボルスタ２とがフレーム３内の上下に対向するように設けられている。また、鍛造プレス１０は、回転駆動されるクランク軸４にコンロッド５で連結されたスライド１が昇降動作するように構成されている。クランク軸４の偏心部の外周に嵌合されたコンロッド５は、下側でリストピン１５に挿入され、リストピン１５はスライド１を吊り下げるように支持している。そして、メインモータ６でベルト７によって回転駆動されるフライホイール８が、クランク軸４の一端側にクラッチ９を介して接続されている。クランク軸４には、クランク軸４の回転を止めてスライド１を停止させるブレーキ装置１１が取り付けられている。この鍛造プレス１０は、メインモータ６でフライホイール８を一定速度で回転駆動し、クラッチ９を入りとして、フライホイール８の回転をクランク軸４に伝達することによってスライド１を昇降させて鍛造するように構成されている。このように、スライド１は、フレーム３によって左右方向と前後方向を拘束され、クランク軸４の回転を受けてフレーム３内面で摺動しながら昇降することで鍛造作用を発揮するようになっている。

図１に示すように、スライド１の一方の後面には、スライド１の高さを調整してダイハイトＨを調整するダイハイト調整機構としての油圧作動部２０が装着されている。リストピン１５の偏心軸部１５ａには回動ブロック２１が一体的に動くように図示しないボルトなどによって取り付けられている。油圧作動部２０と回動ブロック２１とは傾動ロッド２３によって連結されている。傾動ロッド２３の両端は回動自在とされており、傾動ロッド２３の一端の直線運動が他端の円弧運動に円滑に変換され、スライド１の軸支部を昇降する作用となって現われるようになっている。

そして、回動ブロック２１の円弧運動は一体的に装着されたリストピン１５の回動作用を誘発し、リストピンの軸心Ｐとその偏心軸部の軸心Ｑとの偏心量ｅ（図４にのみ示す）を半径とする円弧運動の垂直方向の変動分だけスライド１の軸支部を昇降する作用となって現われるようになっている。

本発明の油圧作動部２０と油圧制御部３０の実施形態の１つを図４に示す。油圧作動部２０のうちスライド１に突設しているシリンダ２２ａ内にはピストン２４が滑動自在に挿入されてシリンダ２２ａを大油圧室２５と小油圧室２６とに分断し、両室内２５，２６へそれぞれ作動油を供給及び排出する管路２５ａ，２６ａが連結している。詳細は図示しないが、油圧制御部３０は油圧源とその調整用の諸部材の組合わせよりなる（例えば、特許第２９５６８８８号公報参照）。

本実施形態では、油圧回路の作用により、ピストン２４が左右に直線移動し、この直線運動が回動ブロック２１の円弧運動に円滑に変換され、さらに回動ブロック２１が円弧運動を行なうことにより、リストピン１５の偏心軸部１５ａの回動となり、リストピン１５が吊り下げて支持するスライド１は、リストピン１５の軸心Ｐと偏心軸部１５ａの軸心Ｑとの偏心量ｅを半径とする円弧軌跡の垂直方向の距離分だけ上下に昇降して、下死点を任意の位置まで調整する作用が得られる。

鍛造プレス１０は、運転状況を検出する複数のセンサを備えている。また、鍛造プレス１０は、複数のセンサの情報を元に運転状況を分析し、鍛造プレス１０を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラとしてのＰＬＣ４１を備えている。例えば、このＰＬＣ４１は、モニタリングＰＣ４２に接続され、このモニタリングＰＣ４２のモニタでＰＬＣ４１で分析された荷重、ダイハイトＨなど運転状況等を表示可能に構成されていてもよい。

鍛造プレス１０は、ワークに加わる荷重を図る歪みゲージ等よりなる荷重センサ４３を備える。歪みゲージは、鍛造プレス１０の必要箇所に貼り付けられており、例えば、図１に示すように、荷重センサ４３の値は荷重計４３ａで収集され、ＰＬＣ４１に送られるようになっている。そして、複数の歪みゲージ等からの値からワークに加わる荷重を検知できるようになっている。ピストン２４の移動量は、ピストン変位センサ４４で直接検知できるようになっている。

次いで、本実施形態におけるＰＬＣ４１の作動を含むダイハイトの調整方法について説明する。

まず、準備工程において、上述した鍛造プレス１０を準備する。

また、基準荷重値保存工程として、荷重センサ４３で検出される荷重の基準荷重Ｆ０をＰＬＣ４１に保存しておく。この基準荷重Ｆ０の保存方法については、特に限定されないが、例えば、最初に自動補正モードをオフとし、荷重基準収集モードをオンにして生産を開始し、途中で自動補正モードに切替えれば、収集した荷重の平均を基準荷重Ｆ０として監視を開始することができる。

そして、図５に示すように、ステップＳ０１において、プレス成形をワーク毎に行う。

次いで、ステップＳ０２の計測工程において、スライド１を下降させてワークをプレス成形するときに荷重センサ４３でワークに加わる荷重を計測する。この荷重は、上述したように、複数の荷重センサ４３の値から判断してもよい。

次いで、ステップＳ０３において、荷重センサ４３で計測した実成形荷重が、基準荷重Ｆ０に第１閾値αを加えた値よりも大きくなったとき、ステップＳ０４に進み、油圧作動部２０を調整してダイハイトＨを高くする。具体的には、油圧回路を切替え、作動油を小油圧室２６内に流し込み、ピストン２４を大油圧室２５の方向へスライド移動させることで、スライド１か若干上昇し、ダイハイトＨが上昇する。これにより、ワークに加わる荷重は低下する。ピストン２４の移動量は、ピストン変位センサ４４で直接計測できるので、精密な制御を行える。また、例えば、第１閾値αや後述する第２閾値βを、ピストン変位センサ４４から幾何学的に計算したダイハイトの値を元に調整するようにしてもよい。

基準荷重Ｆ０に第１閾値αを加えた値以下のときには、ステップＳ０５に進む。

ステップＳ０５において、荷重センサ４３で計測した実成形荷重が、基準荷重Ｆ０に第２閾値βを減じた値よりも小さくなったとき、ステップＳ０６に進み、油圧作動部２０を調整してダイハイトＨを低くする。具体的には、油圧回路を切替え、作動油を大油圧室２５内へ流し込み、ピストン２４を小油圧室２６の方向へスライド移動させることで、スライド１か若干下降し、ダイハイトＨが減少する。これにより、ワークに加わる荷重は上昇する。

この動作をワークのプレス成形毎に繰り返す。

このように、通常、鍛造プレスでは、ワークの連続生産において、金型温度や金型潤滑液の影響を受けて成形荷重が徐々に増加したり、減少したりするが、本実施形態では、基準荷重Ｆ０と荷重センサ４３で計測した実成形荷重Ｆとを比較し、油圧作動部２０を制御して所定の範囲内になるように制御すればよいので、制御が簡易で、しかも確実に適切なダイハイト調整を行うことができる。

また、一般的に標準装備される荷重センサ４３を用いればよいので、従来の設備に対し、ＰＬＣ４１のプログラムを書き換えるだけで導入を行える点でもメリットがある。

さらに、ワークにかかる基準値に対し、若干の幅を持たせて制御することで、頻繁に油圧作動部２０を作動させることを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、簡単な構成でダイハイトＨを適切に調整して仕上がり精度のよい鍛造品を得ることができる。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。本発明は、熱間鍛造、温間鍛造、冷間鍛造のいずれにも適用可能である。

１ スライド
２ ボルスタ
３ フレーム
４ クランク軸
５ コンロッド
６ メインモータ
７ ベルト
８ フライホイール
９ クラッチ
１０ 鍛造プレス
１１ ブレーキ装置
１５ リストピン
１５ａ 偏心軸部
２０ 油圧作動部（ダイハイト調整機構）
２１ 回動ブロック
２２ａ シリンダ
２３ 傾動ロッド
２４ ピストン
２５ 大油圧室
２５ａ，２６ａ 管路
２６ 小油圧室
３０ 油圧制御部
４１ ＰＬＣ
４２ モニタリングＰＣ
４３ 荷重センサ
４３ａ 荷重計
４４ ピストン変位センサ

Claims (1)

1. スライドを昇降動作させてワークを型打するプレス本体と、
   上記スライドによりワークに加わる荷重を測定する荷重センサと、
   上記スライドの高さを調整してダイハイトを調整するダイハイト調整機構と、
   上記ダイハイト調整機構が有する、伸縮することで上記ダイハイトを調整するシリンダ内のピストンの移動量を計測するピストン変位センサと、
   上記荷重センサの変動を元に上記ダイハイト調整機構を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラとを備えた鍛造プレスを準備する準備工程と、
   上記荷重センサで検出される荷重の基準荷重を予め保存しておく基準荷重値保存工程と、
   上記スライドを下降させて上記ワークをプレス成形するときにワーク毎に上記荷重センサで該ワークに加わる実成形荷重を継続して計測する計測工程と、
   上記計測工程においてワーク毎に継続して上記荷重センサで計測した実成形荷重が、上記基準荷重に第１閾値を加えた値よりも大きくなったときに、自動で上記ダイハイト調整機構を調整してダイハイトを高くするダイハイト上昇工程と、
   上記荷重センサで計測した実成形荷重が、上記基準荷重に第２閾値を減じた値よりも小さくなったときに、自動で上記ダイハイト調整機構を調整してダイハイトを低くするダイハイト低下工程と、
   上記第１閾値及び上記第２閾値を、上記ピストン変位センサから得られた値から幾何学的に計算したダイハイトの値を元に調整する閾値調整工程とを含み、
   上記計測工程、上記ダイハイト上昇工程及び上記ダイハイト低下工程を上記ワークのプレス成形毎に繰り返す
   ことを特徴とする鍛造プレスのダイハイト調整方法。

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