JPH11129031A - プレス成形金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラドラムなどの圧力容器を製作するプレ
ス成形金型において、製品形状の多種多様の変化に追従
して対応可能であり、かつ製品の形状修正等にも対応で
きる等々応用性にも富んだ好適なプレス成形金型を提供
することを課題とする。 【解決手段】 プレス成形金型を、上型を構成するポン
チと、同ポンチに対峙して下型を構成する受け台および
同受け台を挟んで左右両側に対峙して配置され対向方向
に往復動可能の第１、第２のダイスとで形成し、前記第
１、第２のダイスの位置をその対向方向で適宜移動調整
することにより、製品の曲げ形状を制御し、多種多様の
曲げ形状に対応できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボイラドラムなど
の圧力容器を製作するプレス成形金型に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図８に基づいて従来のこの種プレス成形
金型の概要について説明する。ボイラドラムなどの厚板
の円筒成形を行う方法の一例としては、プレスを用いた
円筒順曲げと言われるものがある。

【０００３】この円筒順曲げによる厚板の成形状況を図
８に示すと、左右両端をハンドリング用治具０４、０
４’で支持されて搬入された板材０１の一部を上金型０
２を構成するポンチと、下金型０３を構成するダイスの
間に挟み込んで加圧し、同加圧部分を円弧に成形した
後、後続の未成形部分が成形位置に来るように板材０１
を順次移送し、前記と同様に加圧成形を繰り返し、順次
円筒状に曲げて行く。

【０００４】また、従来の他の方法としては、特開平６
−３９４４０号公報にも紹介されているものがあり、上
金型と下金型に隙間をあけたいわゆるエアーベント方式
でダイスの汎用化、加工工程の自動化を図る様にしたも
のがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記一例として説明し
た従来のものにあっては、形状計測や成形形状の調整、
加工工程等におけるマテハン等に多大な工数が必要とな
っており、受注品の納期の短縮は至難の技になると言う
問題がある。

【０００６】しかもこの形式のものにあっては、精度良
く成形するためには、製品形状に沿った金型を設ける必
要があるが、この種加工品は受注品に相当し、製品個数
が少ないこと、及び板厚の公差が大きいこと等が金型の
割り掛け費が増大する要因になる等々のことから、コス
ト低減の観点からも問題のあるものであった。

【０００７】また、前記他の例のものでは、以下の様な
問題があることから自動的に精度良く曲げることが困難
であった。

【０００８】すなわち、加工する板は厚板で、その素材
は熱間圧延材であり、例えば板厚２００ｍｍ、幅が３０
００ｍｍの板では、±２ｍｍ程度の板厚公差があり、エ
アーベンド方式で形成する場合に最も影響の大きい板厚
のばらつきが大きく、成形形状の保証ができないという
問題がある。

【０００９】しかも、前記厚板は熱延材であることか
ら、板材毎に加工履歴、熱履歴に起因する残留応力の分
布が異なり、加工後のスプリングバック量も大きく異な
るという問題がある。

【００１０】また、加工工程に採用される大型プレスは
液圧プレスが多く、かつ、ストロ−ク制御が可能なプレ
スでも精度確保に必要なストロークの制御精度が十分で
ないことにより、その精度が保証できない場合が多いと
いう問題がある。

【００１１】更にまた、一般に板を２次元に曲げると反
りが発生するが、その状態で円筒形状に曲げると、円筒
の中央部の円周が端部の円周よりも短くなって鼓型の形
状となり、このエアーベンド方式では、この反りを抑制
することが難しく、製品によっては、後工程の溶接が困
難になる場合が生じるという問題がある。

【００１２】本発明は前記した従来のものにおける種々
の不具合を解消し、製品形状が変化しても容易に追従し
て対応でき、かつ製品精度の向上を図ることのできる好
適なプレス成形金型を提供することを課題とするもので
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決すべくなされたもので、厚板の円筒順曲げに用い
るプレス成形金型において、上型を構成するポンチと、
同ポンチに対峙して設置位置を固定され同ポンチの下死
点となる受け台と、同受け台を挟んで左右両側に対峙し
て配置され対向方向に往復動可能の第１、第２のダイス
を設け、前記受け台、第１のダイス、および第２のダイ
スにより下型を構成したプレス成形金型を提供するもの
である。

【００１４】すなわち、本発明によれば、上型を構成す
るポンチに対応する下型を、受け台と、これを挟んで左
右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第１
のダイス、及び第２のダイスとの三者で構成し、第１、
第２のダイスの位置をその対向方向で適宜移動して受け
台との間隔を調整することにより、製品の曲げ形状を制
御し、多種多様の曲げ形状に対応できるので、製品形状
が変化してもその都度新しい金型を用意する必要等はな
く対応でき、また、製品の形状修正等にも対応できる等
々応用性にも富んだプレス成形金型を得るものである。

【００１５】また本発明は、前記第１、第２のダイスは
長手方向に複数組分割して配置され、それぞれ独立して
対向方向に往復動可能に構成したプレス成形金型を提供
するものである。

【００１６】すなわち、本発明によれば、下型を構成す
るものの中、第１のダイスと第２のダイスは長手方向、
換言すれば成形加工される板材の幅方向、に複数組に分
割され、かつ、それぞれの対のものは他の対のものと独
立して制御、調整できるので、任意の組のダイス間隔を
必要に応じて調整することにより、板材の幅方向におけ
る変位の差を抑制し、製品の反りの発生を防止するよう
にしたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態を図１な
いし図３に基づいて説明する。

【００１８】１は成形加工される厚い板材、２はポン
チ、４、４′は板材１のハンドリング用治具、５、５′
は互いに対向して配置された一対のダイス、６は同ダイ
ス５、５′の間で前記ポンチ２の加圧方向に対向して配
置され、ポンチ２の下死点となる受け台である。

【００１９】すなわち、従来と同様に製品の内径にほぼ
等しい曲率半径Ｒを有するポンチ２を上金型とし、同上
金型に対してプレステーブル１３上に配列された前記受
け台６およびこれを挟んで相対向した左右一対のダイス
５、５′の３部材で下金型を構成している。

【００２０】また、ダイス５、５′はそれぞれ油圧シリ
ンダ７、７′に連結し、図中矢印を付して示す様に互い
に対向する方向で往復移動可能に構成されている。

【００２１】なお、板材１の成形加工中に成形反力がダ
イス５、５′に負荷されるため、油圧シリンダ７、７′
はダイス５、５′の位置を保持するために図示省略の制
御装置を別途設けて油圧の制御を行っている。

【００２２】また、同様に図示省略しているが、ハンド
リング用治具４、４′から連なるロープ１４、１４′の
先端は、板材１をハンドリングするクレーンまたはマニ
ピュレータが設けられており、かつ、ポンチ２について
は、図中矢印で示す様に同ポンチ２を重力方向に加圧移
動する加圧源が設けられている。

【００２３】前記の様に構成された本実施の形態は以下
の様に作用する。まず、圧力容器の円筒部を成形する場
合、一般に製品の形状精度は内径と最小板厚で規定され
ているので、製品の内径形状を決めるポンチ２の形状
は、製品とほぼ同等の曲率半径を有する形状を選択する
ことにより、製品の曲率半径精度を確保する。

【００２４】一方、油圧シリンダ７、７′を作動してダ
イス５、５′を左右に移動し、その位置を調整すること
により、製品の曲げ形状を制御することが可能である。

【００２５】すなわち、図２、図３には、板厚１８０ｍ
ｍの板材１を用いて、図２に示す様にポンチ２の作動方
向をｙ方向、ダイス５の移動方向をｘ方向とし、また、
ｘ方向におけるダイス５、５′の間隔を２Ｌ（ポンチ２
の下死点から一方のダイス５までの長さをダイス幅Ｌと
している）として板材１を成形した場合の断面形状に及
ぼすダイス幅Ｌの影響を示すが、ダイス幅Ｌを４００ｍ
ｍと狭くすれば、その時の板材１の内面形状と外面形状
は、それぞれ小丸でプロットしたＡ₁ 、Ａ₂ で示すよう
に板材１は深く曲がり、これに対して同ダイス幅Ｌを６
００ｍｍと広くすれば、前記同様に内面形状と外面形状
は、それぞれ小三角でプロットしてＢ₁、Ｂ₂ で示すよ
うに浅く曲がることになる。

【００２６】この様にダイス５、５′の位置の調整によ
り成形加工する形状が制御できるので、板厚が厚くなる
と浅く曲がり、反対に薄いと深くなる板厚の公差による
変形の差については、ダイス幅Ｌをコントロールするこ
とにより調整できると言い換え得ることになる。

【００２７】また、ダイス５、５′の下部に受け台６を
設置することにより、ストローク制御ではない液圧プレ
スについても下死点が制御でき、安定した成形加工が可
能となる。また、ポンチ２と受け台６で板材１を挟み込
み、プレスの最大荷重を負荷することができるので、反
りを抑制することも可能となる。

【００２８】そしてまた、加工条件を第１ステップとし
て実際よりも浅く設定し、成形加工後成形形状を計測し
形状誤差を計測する。次いで第２ステップで修正加工と
してダイス幅を変更して成形することにより、ばらつき
の大きい熱間圧延材でも精度良く成形できる。

【００２９】以上のような作用の結果として、本実施の
形態によるプレス成形金型の使用により、以下のような
効果を得られるものである。

【００３０】すなわち、製品形状に対応した上下金型の
セットを準備する必要がなく、下金型については汎用の
金型として用いることができるので、製品に対する金型
の割り掛け費が減少し、コストを低減することができ
る。

【００３１】また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因
する変形（特にスプリングバック）の違いが現れる板厚
の熱間圧延材の成形においても、成形形状の微調整が簡
単に対応可能であり、形状修正工数を低減できる。

【００３２】そしてまた、汎用のプレス機械にそのまま
搭載可能であり、プレス機械の改良などの為に余分な経
費の発生が生じないため、製品へプレス機械の減価償却
費用が加算されて高額化することはない。

【００３３】次に本発明の実施の第２形態を図４乃至図
７に基づいて説明する。図示省略しているが、本実施の
形態においても上金型としては前記実施の第１形態と同
様に製品内径にほぼ等しい曲率半径を有するポンチを用
いている。

【００３４】一方、下金型は受け台６を中央にして左右
一対となり、複数組の対に分割された分割ダイス８、
８′で構成されており、左右の分割ダイス８、８′と受
け台６との３者により下金型が構成されるという基本概
念は前記実施の第１形態と同一である。

【００３５】ただし、本実施の形態においては、分割ダ
イスと称呼し記述する様に、左右のダイスは長手方向、
換言すれば成形加工される板材の幅方向、に複数組に分
割されており、図４では５分割されたものを示してい
る。

【００３６】そして分割ダイス８、８′の個々のものに
ついては、その中代表する一対を取り上げて説明する
と、それぞれがスクリュー９、９′とナット１０、１
０′を用いた伝達機構を有しており、ナット１０、１
０′は分割ダイス８、８′に図示省略のピンとねじを用
いて固定し、スクリュー９、９′はベアリングケース１
１、１１′で保持されてモータ１２、１２′に連結し、
同モータ１２、１２′によりスクリュー９、９′を回転
させ、その回転力をナット１０、１０′で直線方向の動
きに変換して分割ダイス８、８′を往復動させる機構と
なっている。

【００３７】なお、成形加工時に発生する加工反力につ
いては、スクリュー９、９′のつば部とベアリングケー
ス１１、１１′の間を球面受け構造としておくことによ
り、これがスラスト軸受けとなり、同加工反力を吸収す
る。

【００３８】その他分割ダイス８、８′の移動量はモー
タ１２、１２′の回転数の制御により、任意に調整され
得ることは改めて説明を加えるまでもなく理解されよ
う。

【００３９】また、受け台６はプレステーブル１３上に
固定されていること、そして、図示省略しているが、板
材を搬入し、加工位置に設置し、搬出するハンドリング
を行うクレーン又はマニピュレータは前記実施の第１形
態と同様なものを用いれば良い。

【００４０】なお、ここでは分割ダイス８、８′を移動
する機構として、モータ１２、１２′の回転を直線運動
に変換する機構を採用した例を説明したが、この移動機
構としては前記実施の第１形態のように、油圧シリンダ
を採用しても良いことは勿論である。

【００４１】前記の様に構成された本実施の形態は以下
の様に作用する。まず、圧力容器の円筒部を成形する場
合、一般に製品の形状精度は内径と最小板厚で規定され
ているので、製品の内径形状を決めるポンチ２の形状
は、製品とほぼ同等の曲率半径を有する形状とすること
により、製品の曲率半径精度を確保することは前記した
実施の第１形態と同様である。

【００４２】加えて、本実施の形態では、受け台６を中
央にして、分割ダイス８、８′を左右に対称に配置して
いるので、各分割ダイス８、８′の位置を、対峙する一
対のもの、または長手方向に分割する対の相互間におい
て独立して適宜制御調整することにより、製品の曲げ形
状、および製品の反り等長手方向の変形の差を制御する
ことが可能となる。

【００４３】図６及び図７に板厚１８０ｍｍ，板幅９０
００ｍｍの板材１を成形した場合の長手方向（Ｚ方向）
に及ぼすダイス形状の影響を示すが、分割ダイス８、
８′の位置調整を行わない直線のダイスで加工した場合
には、図７にプロット線Ｍで示す様に変形が大きく、反
りが生じ、板材の中央部と板材の端では円筒に曲げた時
に円筒の半径で４ｍｍ程度異なる鼓型の変形となる。

【００４４】これに対して、図４にも示している様に、
分割ダイス８、８′の群の中、中央部の組合せのものの
間隔を狭くなる様に調整して加工を行うことにより、図
７にプロット線Ｎで示す様に、前記反りは抑制すること
ができたものである。（なお、この反りについては、図
６においては、実線で普通に発生する反りを、また、破
線でその修正を示している。） また、板材１として熱間圧延材を用いる場合には、同熱
間圧延材は本来的に板厚公差が大きいものであるが、本
実施の形態の様に分割ダイス８、８′をその名の示す通
り長手方向で分割しているため、板材１の板面内での板
厚の公差に対応して調整可能であり、加工精度を向上す
ることができるものである。

【００４５】また、前記実施の第１形態と同様に、分割
ダイス８、８′下部に受け台６を設置することにより、
ストローク制御ではない液圧プレスについても下死点が
制御でき、安定した成形が可能となと共に、ポンチ２と
受け台６で板材１を挟み込み、プレスの最大荷重を負荷
することができるので、反りを抑制することも可能とな
る。

【００４６】そしてまた、前記実施の第１形態と同様
に、加工条件を第１ステップとして実際よりも浅く設定
し、成形加工後成形形状を計測し形状誤差を計測する。
次いで第２ステップで修正加工としてダイス幅を変更し
て成形することにより、ばらつきの大きい熱間圧延材で
も精度良く成形できる。

【００４７】以上のような作用の結果として、本実施の
形態によるプレス成形金型の使用により、前記実施の第
１形態と同様、以下のような効果を得られるものであ
る。

【００４８】すなわち、製品形状に対応した上下金型の
セットを準備する必要がなく、下金型については汎用の
金型として用いることができるので、製品に対する金型
の割り掛け費が減少し、コストを低減することができ
る。

【００４９】また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因
する変形（特にスプリングバックや反り）の違いが現れ
る熱間圧延材である板厚の成形においても、成形形状の
微調整が簡単に対処可能であり、形状修正工数を低減で
きる。

【００５０】そしてまた、汎用のプレス機械にそのまま
搭載可能であり、プレス機械の改良などの為に余分な経
費の発生が生じないため、製品へプレス機械の減価償却
費用が加算されて高額化することはない。

【００５１】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、厚
板の円筒順曲げに用いるプレス成形金型を、上型を構成
するポンチと、同ポンチに対峙して設置位置を固定され
同ポンチの下死点となる受け台と、同受け台を挟んで左
右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第
１、第２のダイスを設け、前記受け台、第１のダイス、
および第２のダイスにより下型を構成したので、上型を
構成するポンチに対応して下型を構成する三要素である
受け台と、これを挟んで左右両側に対峙して配置され対
向方向に往復動可能の第１のダイス、及び第２のダイス
との中、前記第１、第２のダイスの位置をその対向方向
で適宜移動調整することにより、製品の曲げ形状を制御
し、多種多様の曲げ形状に対応できるので、製品形状が
変化してもその都度新しい金型を用意する必要等はなく
対応でき、また、製品の形状修正等にも対応できる等々
応用性にも富んだプレス成形金型を得ることができ、装
置自体のコスト低減、ひいては製品の価格低減等に大き
く寄与することができたものである。

【００５３】また、請求項２に記載の発明によれば、プ
レス成形金型は、前記第１、第２のダイスは長手方向に
複数組分割して配置され、それぞれ独立して対向方向に
往復動可能に構成したので、本発明によれば、下型を構
成するものの中、第１のダイスと第２のダイスは長手方
向に複数組に分割され、かつ、それぞれの対のものは他
の対のものと独立して制御、調整できることにより、任
意の組のダイス間隔を必要に応じて調整し、板材の幅方
向における変位の差を抑制して製品の反りを防止し、前
記請求項１の発明による効果に加えて製品精度の更に一
層向上に寄与することができたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係るプレス金型の構
成を示す模式図である。

【図２】図１のプレス金型で成形した製品の概要を金型
と共に示した説明図である。

【図３】図１のプレス金型で成形した製品の断面形状を
グラフ上に表示した説明図である。

【図４】本発明の実施の第２形態に係るプレス金型のう
ち下金型の構成の平面を示す模式図である。

【図５】図４の下金型の縦断面図である。

【図６】図４のプレス金型で成形される製品の長手方向
形状の説明図である。

【図７】図４のプレス金型で成形される製品の長手方向
形状をグラフ上に表示した説明図である。

【図８】従来のプレス金型の構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 板材 ２ ポンチ ４、４′ ハンドリング用治具 ５、５′ ダイス ６ 受け台 ７、７′ 油圧シリンダ ８、８′ 分割ダイス ９、９′ スクリュー １０、１０′ ナット １１、１１′ ベアリングケース １２、１２′ モータ １３ プレステーブル １４、１４′ ロープ

【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】図８に基づいて従来のこの種プレス成形
金型の概要について説明する。ボイラドラムなどの厚板
の円筒成形を行う方法の一例としては、プレスを用いた
円筒曲げと言われるものがある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】この円筒曲げによる厚板の成形状況を図８
に示すと、左右両端をハンドリング用治具０４、０４’
で支持されて搬入された板材０１の一部を上金型０２を
構成するポンチと、下金型０３を構成するダイスの間に
挟み込んで加圧し、同加圧部分を円弧に成形した後、後
続の未成形部分が成形位置に来るように板材０１を順次
移送し、前記と同様に加圧成形を繰り返し、順次円筒状
に曲げて行く。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】しかも、前記厚板は熱間圧延材であること
から、板材毎に加工履歴、熱履歴に起因する残留応力の
分布が異なり、加工後のスプリングバック量も大きく異
なるという問題がある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決すべくなされたもので、厚板の円筒曲げに用いる
プレス成形金型において、上型を構成するポンチと、同
ポンチに対峙して設置位置を固定され同ポンチの下死点
を規定する受け台と、同受け台を挟んで左右両側に対峙
して配置され対向方向に往復動可能の第１、第２のダイ
スを設け、前記受け台、第１のダイス、および第２のダ
イスにより下型を構成したプレス成形金型を提供するも
のである。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】１は成形加工される厚い板材、２はポン
チ、４、４′は板材１のハンドリング用治具、５、５′
は互いに対向して配置された一対のダイス、６は同ダイ
ス５、５′の間で前記ポンチ２の加圧方向に対向して配
置され、ポンチ２の下死点を規定する受け台である。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因
する変形（特にスプリングバック）の違いが現れる厚板
の熱間圧延材の成形においても、成形形状の微調整が簡
単に対応可能であり、形状修正工数を低減できる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】また、前記実施の第１形態と同様に、分割
ダイス８、８′下部に受け台６を設置することにより、
ストローク制御ではない液圧プレスについても下死点が
制御でき、安定した成形が可能となると共に、ポンチ２
と受け台６で板材１を挟み込み、プレスの最大荷重を負
荷することができるので、反りを抑制することも可能と
なる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因
する変形（特にスプリングバックや反り）の違いが現れ
る熱間圧延材である厚板の成形においても、成形形状の
微調整が簡単に対処可能であり、形状修正工数を低減で
きる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、厚
板の円筒曲げに用いるプレス成形金型を、上型を構成す
るポンチと、同ポンチに対峙して設置位置を固定され同
ポンチの下死点を規定する受け台と、同受け台を挟んで
左右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第
１、第２のダイスを設け、前記受け台、第１のダイス、
および第２のダイスにより下型を構成したので、上型を
構成するポンチに対応して下型を構成する三要素である
受け台と、これを挟んで左右両側に対峙して配置され対
向方向に往復動可能の第１のダイス、及び第２のダイス
との中、前記第１、第２のダイスの位置をその対向方向
で適宜移動調整することにより、製品の曲げ形状を制御
し、多種多様の曲げ形状に対応できるので、製品形状が
変化してもその都度新しい金型を用意する必要等はなく
対応でき、また、製品の形状修正等にも対応できる等々
応用性にも富んだプレス成形金型を得ることができ、装
置自体のコスト低減、ひいては製品の価格低減等に大き
く寄与することができたものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚板の円筒順曲げに用いるプレス成形金
   型において、上型を構成するポンチと、同ポンチに対峙
   して設置位置を固定され同ポンチの下死点となる受け台
   と、同受け台を挟んで左右両側に対峙して配置され対向
   方向に往復動可能の第１、第２のダイスを設け、前記受
   け台、第１のダイス、および第２のダイスにより下型を
   構成したことを特徴とするプレス成形金型。
2. 【請求項２】 前記第１、第２のダイスは長手方向に複
   数組分割して配置され、それぞれ独立して対向方向に往
   復動可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の
   プレス成形金型。