JP7170976B2 - 横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置 - Google Patents
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Description
本発明は、横型熱間フォーマーのパンチを冷却するパンチ冷却装置に関する。
従来、横型熱間フォーマーは、機台に設けられたダイと、ダイに向って進退動するラムの前面に取付けられたパンチを備え、カップ状などの成形品を熱間鍛造する場合、１０００℃～１２５０℃の高温に加熱された素材をパンチによりダイ内に押し込みダイとパンチの間で塑性変形させて熱間鍛造するようになされている。
その場合、熱間鍛造中、高温の素材（以下製品という。）によりパンチが加熱されて高温に温度上昇することになるので、従来では、図７に示すようにパンチの後死点付近上方に冷却水ノズルを配設し、この冷却水ノズルにより後死点位置に戻ったパンチの先端部に冷却水をかけ流してパンチを冷却するようにしている。
その場合、熱間鍛造中、高温の素材（以下製品という。）によりパンチが加熱されて高温に温度上昇することになるので、従来では、図７に示すようにパンチの後死点付近上方に冷却水ノズルを配設し、この冷却水ノズルにより後死点位置に戻ったパンチの先端部に冷却水をかけ流してパンチを冷却するようにしている。
しかし、上記した従来の横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置では、冷却水ノズルをパンチの後死点付近上方に固定配置した構造であるため、ラムが後退端にあるラム速度がゼロとなる近傍のごく短い時間でしかパンチに冷却水を供給することができず、パンチの冷却効果が十分に得られなかった。その結果、依然として高温の製品からパンチに移動する熱量が冷却水を上回ってパンチを温度上昇させることになり、その温度上昇がもとで過酷使されるパンチにあってはその先端部において局所的に亀裂などの損傷を招き、パンチ寿命の短縮をきたす問題を有していた。
なお、短時間の冷却を補うには大量の冷却水を遠方から供給することが考えられるが、特に、高炭素鋼を熱間鍛造する場合には、冷却水飛散に伴い焼き割れが生じるおそれがあり採用しづらい問題を有していた。
なお、短時間の冷却を補うには大量の冷却水を遠方から供給することが考えられるが、特に、高炭素鋼を熱間鍛造する場合には、冷却水飛散に伴い焼き割れが生じるおそれがあり採用しづらい問題を有していた。
そこで本発明は、上記した問題を解決するため、熱間鍛造工程において、パンチへの冷却水供給時間を長くし、かつ、パンチの必要とする位置に適当量の冷却水をパンチ近傍から的確に供給して、パンチの温度上昇を効果的に抑えパンチ寿命の向上を図ることができる横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置の提供を課題とする。
本願の請求項１記載の発明は、機台に設けられたダイと、ダイに向って進退動するラムの前面に取付けられたパンチを備え、パンチのダイ内への押し込みにより予め加熱された素材を塑性変形させて鍛造するようにした横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置であって、機台の上方後部に設けられるサーボモーターと、サーボモーターに連動連結されるボールねじと、機台の上方前部にラムに向って進退動可能に支持されると共に後端部がボールねじの移動体に固定されかつ先端部がパンチ側に突出する連結ロッドと、連結ロッドの先端に設けられパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する冷却水ノズルと、サーボモーターを駆動制御してボールねじ機構と連結ロッドを介し冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させるサーボモーター制御用のコントローラと、を備えていることを特徴とする。
なお、パンチとは、棒状や円筒形状のものに何ら限定されるものではなく、各種の形状のパンチ工具やパンチ金型などを幅広く含む概念である。
なお、パンチとは、棒状や円筒形状のものに何ら限定されるものではなく、各種の形状のパンチ工具やパンチ金型などを幅広く含む概念である。
本願の請求項２記載の発明は、冷却水ノズルがコントローラによるサーボモーターの駆動制御によりラムの移動と同期して動作される一方、コントローラには、パンチがダイ前面近くの加工手前位置からパンチの後死点に後退しかつ引き続いてその後死点から再び加工手前位置に前進するまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを駆動制御して冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させ、かつ、パンチが加工手前位置からダイ内の前死点へ前進しその前死点から再び加工手前位置に戻ってくるまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを停止して冷却水ノズルをその加工手前位置に待機停止させる制御範囲設定部が備えられていることを特徴とする。
本願発明の横型熱間鍛造フォーマーのパンチ冷却装置よれば、上記した構成によりコントローラによりサーボモーターを駆動制御してボールねじ機構と連結ロッドを介して冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させることができ、これによりパンチがダイ前面近くの加工手前位置からパンチの後死点に戻りその後死点から再び加工手前位置まで前進するときの合計時間において、冷却水ノズルによりパンチの先端部に対し冷却媒体を吐出することができる。その結果、パンチの冷却時間を極力長くすることができ、パンチの温度上昇を効果的に抑えてパンチ寿命の向上を図ることができる。
また、冷却水ノズルがコントローラによるサーボモーターの駆動制御によりラムの移動と同期して動作される一方、コントローラには、パンチがダイ前面近くの加工手前位置からパンチの後死点に後退しかつ引き続いてその後死点から再び加工手前位置に前進するまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを駆動制御して冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させ、かつ、パンチが加工手前位置からダイ内の前死点へ前進しその前死点から再び加工手前位置に戻ってくるまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを停止して冷却水ノズルをその加工手前位置に待機停止させる制御範囲設定部が備えられている構成としたから、サーボモーターによりパンチの移動に同期して冷却水ノズルを移動させる際のサーボモーターの駆動制御が高精度で正確かつ簡単容易に行うことができる。その結果、熱間鍛造工程において、パンチへの冷却水供給時間を長くし、かつ、パンチの必要とする位置に適当量の冷却水をパンチ近傍から的確に供給して、パンチの温度上昇を効果的に抑えパンチ寿命の向上を図ることができる。
特に、コントローラに備えた制御範囲設定部によりラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に基づいて冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させることができるので、サーボモーターの駆動制御の設定が正確かつ簡単容易に行うことができ、熱影響を受けるパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を、求める範囲の長い時間正確に保ったままで前進及び後退させることができる。その上、製品のサイズや形状などの変化に対しても製品に応じたサーボモーターの駆動制御の範囲設定やその設定変更が正確かつ簡単容易に行うことができる。
特に、コントローラに備えた制御範囲設定部によりラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に基づいて冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させることができるので、サーボモーターの駆動制御の設定が正確かつ簡単容易に行うことができ、熱影響を受けるパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を、求める範囲の長い時間正確に保ったままで前進及び後退させることができる。その上、製品のサイズや形状などの変化に対しても製品に応じたサーボモーターの駆動制御の範囲設定やその設定変更が正確かつ簡単容易に行うことができる。
以下本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１及び図２において、１は本発明に係るパンチ冷却装置を備えた横型熱間フォーマーを示し、この横型熱間フォーマー１は、機台２の前面に固定されたダイ３と、ダイ３の前面側でダイ３に向って進退動するラム４の前面にダイ３に対向して取付けられたパンチ５とを備えている。そして、カップ状などの成形品を鍛造する場合、例えば１０００℃以上の高温に加熱された素材をラム４と一体的に前進移動するパンチ５によりダイ３内に押し込んでダイ３とパンチ５の間で素材Ａをカップ状に塑性変形させて熱間鍛造するようになされている。
一方、以上のように構成される横型熱間フォーマー１には、熱間鍛造に伴うパンチの温度上昇を防止するパンチ冷却装置６が備えられている。この冷却装置６は、機台２の上方後部に支持部材７を介して支持されるサーボモーター８と、サーボモーター８の駆動軸９にカップリング１０を介して連動連結されるボールねじ１１と、機台２の上方前部に支持部材１２を介しラム４向かって進退動可能に支持されると共に後端部がボールねじの摺動体１３に固定されかつ先端部がパンチ側に突出する上下一対の連結ロッド１４，１４と、連結ロッド１４，１４の先端に設けられパンチ５の先端部に向って冷却水などの冷却媒体を吐出する冷却水ノズル１５とを備えている。冷却水ノズル１５には、冷却媒体の収容タンク１６と、収容タンク１６から冷却媒体を吸い上げるポンプ１７と吸い上げた冷却媒体を冷却水ノズル１５に供給する供給管１８が接続されている。
そして、サーボモーター８には、冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させて移動させるサーボモーター制御用のコントローラ１９が設けられている。
コントローラ１９は、パンチ５が後死点からダイ３側へ前進するとき、サーボモーター８を駆動制御してボールねじ機構１１，１３及び連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させかつパンチ３の先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を保ったままダイ前面付近の加工手前位置まで移動させるように制御する。また、コントローラ１９は、パンチ５がその加工手前位置からダイ３内の前死点へ前進しかつその前死点から加工手前位置に戻ってくるまでの間、サーボモーター８を停止して冷却ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させるように制御する。さらに、コントローラ１９は、パンチ３が加工手前位置から後死点へ後退するとき、サーボモーター８を駆動してボールねじ機構１１，１３と連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させ後死点まで移動させるように制御する。これにより、パンチ３がダイ前面近くの加工手前位置からパンチ３の後死点に戻りかつ引き続いてその後死点から加工手前位置まで前進するときの合計時間において、冷却水ノズル１５によりパンチ５の先端部に対し冷却媒体を連続して吐出することになる。
コントローラ１９は、パンチ５が後死点からダイ３側へ前進するとき、サーボモーター８を駆動制御してボールねじ機構１１，１３及び連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させかつパンチ３の先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を保ったままダイ前面付近の加工手前位置まで移動させるように制御する。また、コントローラ１９は、パンチ５がその加工手前位置からダイ３内の前死点へ前進しかつその前死点から加工手前位置に戻ってくるまでの間、サーボモーター８を停止して冷却ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させるように制御する。さらに、コントローラ１９は、パンチ３が加工手前位置から後死点へ後退するとき、サーボモーター８を駆動してボールねじ機構１１，１３と連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させ後死点まで移動させるように制御する。これにより、パンチ３がダイ前面近くの加工手前位置からパンチ３の後死点に戻りかつ引き続いてその後死点から加工手前位置まで前進するときの合計時間において、冷却水ノズル１５によりパンチ５の先端部に対し冷却媒体を連続して吐出することになる。
ここで、図に示す実施例では、コントローラ１９によるサーボモーター８の駆動制御は、図６に示すラムのストローク曲線図に基づいて冷却水ノズル１５がパンチ５の移動に同調するよう設定されている。その場合、コントローラ１９には、冷却水ノズル１５がコントローラ１９によるサーボモーター８の駆動制御によりラム４と同期して動作される一方、コントローラ１９が、パンチ５がダイ前面近くの加工手前位置からパンチ５の後死点に後退しかつ引き続いてその後死点から再び加工手前位置に前進するまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度２２０度の範囲に渡りサーボモーター８を駆動制御して冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同期して移動させ、かつ、パンチ５が加工手前位置からダイ内の前死点へ前進しその前死点から再び加工手前位置に戻ってくるまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度１４０度の範囲に渡りサーボモーター８を停止して冷却水ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させる制御範囲設定部１９ａが備えられている。
なお、冷却水ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させる時間は、例えばラム作動用クランク角度１２０度～２４０度までの範囲の加工角度１２０度と、ダイ３の前面に配設されるトランスファチャック（図示せず）などとの干渉を避けるための逃し空間用クランク角度２０°とを加えた合計クランク角度１４０°の範囲においてサーボモーター８が停止される。
次に、以上のように構成した本発明に係る横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置の作用について説明する。
まず、図１、図２及び図６に示すように、パンチ５が後死点（クランク角度０度）に位置する状態においては、冷却水ノズル１５から冷却媒体がパンチ５の先端部に向って吐出されている。
次に、図３に示すようにパンチ５が後死点（クランク角度０度）からダイ３側へ前進するとき、コントローラ１９はサーボモーター８を駆動して、ボールねじ機構１１と連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調させて移動させる。これにより冷却水ノズル１５はパンチ５の先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を保ったまま図４に示すように加工手前位置（クランク角度１１０度）まで移動することになる。そして、コントローラ１９はその加工手前位置でサーボモーター８の駆動を停止させて冷却水ノズル１５を加工手前位置に待機停止させる。
その後、パンチ５がその加工手前位置（クランク角度１１０度）から図５に示すようにダイ３内の前死点（クランク角度１８０度）へ前進しその前死点から加工手前位置（クランク角度２５０度）に戻ってくるまで、コントローラ１９はサーボモーター８を停止して冷却ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させる。
然る後、パンチ３が加工手前位置（クランク角度２５０度）から後死点（クランク角度０度）へ後退するとき、コントローラ１９はサーボモーター８を駆動制御してボールねじ機構１１，１３及び連結ロッド１４を介し冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同調して移動させる。これにより冷却水ノズル１５はパンチ５の先端部に向って冷却媒体を吐出する状熊を保ったまま加工手前位置まで移動することになる。
以上のように、本発明に係る横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置によれば、コントローラ１９によりサーボモーター８を駆動制御してボールねじ機構１１，１３と連結ロッドを１４，１４介して冷却水ノズル１５をパンチの移動に同期して移動させることができ、これによりパンチ５がダイ前面近くの加工手前位置からパンチ５の後死点に戻りその後死点から再び加工手前位置まで前進するときの合計時間において、冷却水ノズル１５によりパンチ５の先端部に対し冷却媒体を吐出することができる。その結果、パンチ５の冷却時間を極力長くすることができ、パンチ５の温度上昇を効果的に抑えてパンチ寿命の向上を図ることができる。
また、冷却水ノズル１５がコントローラ１９によるサーボモーター８の駆動制御によりラムの移動と同期して動作される一方、コントローラ１９には、パンチ５がダイ前面近くの加工手前位置からパンチ５の後死点に後退しかつ引き続いてその後死点から再び加工手前位置に前進するまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーター８を駆動制御して冷却水ノズル１５をパンチ５の移動に同期して移動させ、かつ、パンチ５が加工手前位置からダイ内の前死点へ前進しその前死点から再び加工手前位置に戻ってくるまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーター８を停止して冷却水ノズル１５をその加工手前位置に待機停止させる制御範囲設定部１９ａが備えられている構成としたから、サーボモーター８によりパンチ５の移動に同期して冷却水ノズル１５を移動させる際の８の駆動制御が高精度で正確かつ簡単容易に行うことができる。その結果、熱間鍛造工程において、パンチへの冷却水供給時間を長くし、かつ、パンチ５必要をする位置に適当量の冷却水をパンチ近傍から的確に供給して、パンチ５の温度上昇を効果的に抑えパンチ寿命の向上を図ることができる。
特に、コントローラ１９に備えた制御範囲設定部１９ａによりラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に基づいて冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させることができるので、サーボモーター８の駆動制御の設定が正確かつ簡単容易に行うことができ、熱影響を受けるパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を、求める範囲の長い時間正確に保ったままで前進及び後退させることができる。その上、作業者が制御範囲設定部１９ａを任意に操作することにより製品のサイズや形状などの変化に対しても製品に応じたサーボモーター８の駆動制御の範囲設定やその設定変更が正確かつ簡単容易に行うことができる。
特に、コントローラ１９に備えた制御範囲設定部１９ａによりラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に基づいて冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させることができるので、サーボモーター８の駆動制御の設定が正確かつ簡単容易に行うことができ、熱影響を受けるパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する状態を、求める範囲の長い時間正確に保ったままで前進及び後退させることができる。その上、作業者が制御範囲設定部１９ａを任意に操作することにより製品のサイズや形状などの変化に対しても製品に応じたサーボモーター８の駆動制御の範囲設定やその設定変更が正確かつ簡単容易に行うことができる。
なお、パンチ５としては、図に示すような棒状や円筒状のものに何ら限定されるものではなく、各種の形状のパンチ工具やパンチ金型などを幅広く含む概念である。また、冷却媒体としても水道水を用いた冷却水に何ら限定されるものではなく、例えば冷却油などであってもよいこと勿論である。
さらに、横型熱間フォーマー１としては、機台に並設された複数のダイと、これら各ダイに向って進退動するラムの前面に取付けられて各ダイに対向する複数のパンチとを備えた多段式横型熱間フォーマーであってもよいし、また、単段式横型熱間フォーマーであってもよい。
また、図に示す実施例では、冷却ノズル１５が待機停止している間においても冷却ノズル１５から冷却媒体は吐出され続けているが、待機停止タイミングに合わせて冷却媒体を止めるように設定してもよい。
さらに、横型熱間フォーマー１としては、機台に並設された複数のダイと、これら各ダイに向って進退動するラムの前面に取付けられて各ダイに対向する複数のパンチとを備えた多段式横型熱間フォーマーであってもよいし、また、単段式横型熱間フォーマーであってもよい。
また、図に示す実施例では、冷却ノズル１５が待機停止している間においても冷却ノズル１５から冷却媒体は吐出され続けているが、待機停止タイミングに合わせて冷却媒体を止めるように設定してもよい。
１ 横型熱間フォーマー
２ 機台
３ ダイ
４ ラム
５ パンチ
６ パンチ冷却装置
８ サーボモーター
１１ ボールねじ
１４ 連結ロッド
１５ 冷却水ノズル
１９ コントローラ
１９ａ 制御範囲設定部
２ 機台
３ ダイ
４ ラム
５ パンチ
６ パンチ冷却装置
８ サーボモーター
１１ ボールねじ
１４ 連結ロッド
１５ 冷却水ノズル
１９ コントローラ
１９ａ 制御範囲設定部
Claims (2)
- 機台に設けられたダイと、ダイに向って進退動するラムの前面に取付けられたパンチを備え、パンチのダイ内への押し込みにより予め加熱された素材を塑性変形させて鍛造するようにした横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置であって、機台の上方後部に設けられるサーボモーターと、サーボモーターに連動連結されるボールねじと、機台の上方前部にラムに向って進退動可能に支持されると共に後端部がボールねじの移動体に固定されかつ先端部がパンチ側に突出する連結ロッドと、連結ロッドの先端に設けられパンチの先端部に向って冷却媒体を吐出する冷却水ノズルと、サーボモーターを駆動制御してボールねじ機構と連結ロッドを介し冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させるサーボモーター制御用のコントローラと、を備えていることを特徴とする横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置。
- 冷却水ノズルがコントローラによるサーボモーターの駆動制御によりラムの移動と同期して動作される一方、コントローラには、パンチがダイ前面近くの加工手前位置からパンチの後死点に後退しかつ引き続いてその後死点から再び加工手前位置に前進するまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを駆動制御して冷却水ノズルをパンチの移動に同期して移動させ、かつ、パンチが加工手前位置からダイ内の前死点へ前進しその前死点から再び加工手前位置に戻ってくるまでの時間に対応するラム作動用クランクプレスの割付角度の範囲に渡りサーボモーターを停止して冷却水ノズルをその加工手前位置に待機停止させる制御範囲設定部が備えられていることを特徴とする請求項１記載の横型熱間フォーマーのパンチ冷却装置。
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