JPWO2005120757A1 - 切断方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これらビレットの優劣を判断する基準として「切断精度」というものが用いられている。ビレットの切断精度の表示には3要素が知られている。それは生産されたビレットの目標重量Woに対する重量誤差(We%)、端面直角度(θo)、変形度(E/Do)、の3つであるが、それぞれは独立しているようであるが、実際は相関関係があり、端面直角度(θR,θL)が良好であれば(θは0に近いほど良い)、重量誤差(We%)も良好になり(Weは0に近いほど良い)、変形度(E/Do)も小さくなる(E/Doは0に近いほど良い)。
以上のような理由から発生するビレットBの変形を少なくする目的で、種々の拘束切断方式が提案された。これは棒材Mを切断する直前、又は、同時進行で、水平を保つための姿勢制御ともいうべき、種々の付加的拘束を棒材に与えつつ切断する方法である。2個のローラー間に挟んだ棒材Mをその中心軸線方向に送り、その先端面をストッパである定寸器Sに加圧を加えた状態で、2枚の切断刃による剪断により切断する軸方向拘束型切断方式が知られている。
この方式の欠点は、流体圧シリンダを用いて材料に下方より拘束力を与えているため、その性質上拘束力が最大に要求される瞬間、即ち切断開始から終了の短い時間(又はピストンが負荷重降下する短い距離)に、シリンダ容量の最大能力負荷を発生させることが出来ず、むしろ切断が既に終了し、可動切断刃が下至点に近づくほど(液体が圧縮されて)ピストンシリンダの抗力が増大するという、不合理な現象が生じる。
何故、ピストンによる支持力を当初より最大限に設定出来ないかと言うと、シリンダ内流体を最大圧にした場合、高圧高速で降下してくる可動切断刃がビレットBを介して、ピストン軸を降下させるので、シリンダ内の圧力が急激に上昇し、非常に危険な状態となる。この為に前記流体圧シリンダの容量は、拘束力に必要な圧力以外に充分な余裕を持った容量の流体圧シリンダを用いると共に、拘束力を付与する目的を達成した瞬間に、急速排圧弁等を用いて、以後のシリンダ内の圧力の上昇を防ぐ等している。しかし、もともと、このような衝撃を伴う高圧力で高速、しかも長いストロークの負荷に対抗して、流体圧シリンダを用いることは不適当であり、装置の寿命も短く、当該箇所の機器の故障により、危険な事故が発生する可能性があった。
本発明の目的は、高品質のビレット又はブランクを得ることができる切断方法及びその装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、変形量が少なく形状精度の高いビレット又はブランクを得ることができる切断方法及びその装置を提供することにある。
本発明1の切断方法は、
切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置の切断方法において、
前記支承装置は、前記可動側切断刃が駆動され前記素材を切断するとき、前記素材のツブレからクラックが発生する間、前記可動側切断刃の押圧力に比例した支承力で支承するものであることを特徴とする。
軸線方向の支承力(P)は、カム斜面を押圧して得られる摩擦力を利用するものであることを特徴とする。
前記押圧は、バネ力であることを特徴とする。
前記押圧は、シリンダとピストンを利用した流体圧であることを特徴とする。
切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置において、
前記素材を支承するためのシュウ支持軸と、前記シュウ支持軸に形成され、前記シュウ支持軸に設けられた第1カムと、前記第1カムに係合する第2カムと、前記第2カムを前記第1カムの方向に押圧するための押圧手段とからなることを特徴とする。
前記押圧手段は、バネであることを特徴とする。
前記押圧手段は、前記第2カムが流体圧シリンダのピストンに連結されている流体圧シリンダ装置であることを特徴とする。
前記第1カム又は前記第2カムには、前記シュウ支持軸の軸線方向に傾斜している傾斜カム面を備えていることを特徴とする。
前記シュウ支持軸にリンク機構を介して連結され、前記シュウ支持軸を駆動して待避させるための待避駆動手段とからなることを特徴とする。
次に、本発明の前提となる切断の原理について説明する。本発明にかかる切断機の加工対象材は断面が丸、正方形、場合によっては異形の棒状材で、材質は鉄、銅、アルミニウムの他チタン、ニッケル等の特殊金属、又はこれらの合金等であるが、実際に使用されているものは鉄(鋼)及び鉄合金であり、その形状は円形断面が主である。図10(a),図10(b)は、棒材と角材の破断面を示す外観図である。円形又は四角材の鋼材を切断すると、図10(a),図10(b)に示すようにその切断面の形状は、剪断面101、101aと破断面102、102aとで形成されている。
ここで、剪断面101は、その面に接する刃物のエッジで剪断成形された部分を称し、−方破断面102は文字通り切断素材である棒材又は角材にクラックが走り、分離現象により生じた面である。棒材、又は角材の前述した切断は、「切断開始」や「切断終了」の意味を物理的な現象で説明するならば、「切断開始」はこの剪断面101の上端から始まり「切断終了」はこの剪断面101の下端で終了する。
これら材料のツブレから、クラック発生に至る一連の現象は、材料を狭搾加圧している上下両刃物のエッジから発生して、上下方向から同時に走るクラックが合致した時点で、切断素材と棒鋼切断片であるビレット(又はブランク。以下ビレットと記載する。)との分離は完了する。この様な現象の結果、切断されたビレットに生じた切断面は図10に示すものとなる。図10において剪断面101を形成するべく切断機が作動している時が切断機に負荷がかかっている時であるが、破断面102の形成時には切断機には負荷はほとんど生じていないのである。
トップベンドの現象は、切断刃が材料に接触し、負荷が加わり、材料にツブレが発生した時点から開始し、材料のクラックが発生する直前まで、即ち刃物が材料に接触して(2+5)mm位喰い込む間に継続して発生すると考えられる。従って、理想的なアップホールディング式拘束切断機の作動は、上述の時間帯、言い換えれば可動側切断刃が約7mm降下する時間と距離分だけ強力な、例えば、切断荷重の30%以上の支持カで材料を常にアップホールドしておき、その後は可動側切断刃のストロークに合わせてアップホルダーが無負荷で降下する方法と装置があれば、理想的であり、本発明は、その様な技術的課題を解決しようとするものである。
以下、本発明の切断装置1Aの実施の形態1を図面に従って説明する。図1は、切断装置の下部を切断した正面図であり、図2は図1の右側面図である。切断装置1Aの切断機本体1には、上下駆動されるラム2が配置されている。ラム2の駆動機構については、クランク機構、レバー機構、トッグル機構、油圧機構等が知られており、周知の技術であり、かつ本発明の要旨でもないのでその説明は省略する。ラム2の下端には、刃物保持具3が配置されている。刃物保持具3は、切断機本体1の機体10に搭載されている。
この刃物保持具3内には、可動側切断刃4が上下方向に摺動自在に搭載されている。可動側切断刃4の上部は、ラム2の下端に固定されており、ラム2により上下駆動される。可動側切断刃4は、概略すると矩形の板状のものであり、下端部が半円弧に形成された切刃5が形成されている。刃物保持具3には、固定側切断刃6が固定されている。固定側切断刃6には、断面形状が円形の円形刃7が形成されている。固定側切断刃6は、着脱自在にボルト(図示せず)で刃物保持具3に固定されている。可動側切断刃4、及び固定側切断刃6は、切断素材である断面形状が円形の棒材を剪断作用で切断するためのものである。
シュウ支持軸17の下端部は、ピストン21が形成されている。ピストン21は、シリンダ22に上下動自在に設けられている。シュウ支持軸17の下部の180度角度を置いた両側の外周には、凹部カム23が形成されている。凹部カム23は、斜面24とシュウ支持軸17の中心軸線に平行な面であるストッパ面25等からなる。斜面24は、シュウ支持軸17の中心軸線と角度αを成している。
次に、前記実施の形態1の動作を説明する。素材が送りローラ(図示せず)に挟まれて送られ、固定側切断刃6の円形刃7に挿入されて、その先端がストッパである定寸装置(図示せず)に当接する。この当接しているとき、材料はその軸線方向に加圧された状態である(本形態では拘束切断)。切断装置1のラム2が下降を開始し、これと一体の可動側切断刃4も下降する。可動側切断刃4が材料に100mm直径の鋼材の素材の例で言えば、約2mmに至るツブシ変形を与えつつ喰い込みが始まる。
このときビレット支承シュウ15は、ビレットを下面から支承した状態であり、ラム2の下降による加圧でビレット支承シュウ15が移動することはない。更にラム2が下降すると、このラム2の加圧力により、シュウ支持軸17の凹部カム23の斜面24を、凸部カム26が皿バネ30の力に抗して移動する。即ち、シュウ支持軸17の軸線方向の支持力(支承力)をP、皿バネ30による凸部カム26の押圧力をW、斜面の角度α、摩擦係数をμとすれば、P=Wtan(α+ρ)となる。ただし、μ=tanρとする。
皿バネ30は、バネの一種であるからこの力は移動量に比例する。従って、ビレットの剪断力に比例して破断する直前まで、前述した理由により支持力Pで支承することができる。ビレットの破断が終了すると、凸部カム26は、凹部カム23の斜面24を滑り、シュウ支持軸17の外周面に乗り上げることになり、ビレット支承シュウ15は、ビレットが落下できるように待避する。以上のように、ビレットの剪断力に比例して破断する直前まで、前述した理由により支持力Pで支承することができるので、ビレットの断面形状は、所望の正確な形状となる。次の切断が開始され、素材が再び送られると、シリンダ22に圧油が導入され、ピストン21は上方に移動してシュウ支持軸17を切断位置に戻す。
図3及び図4は、切断装置40Aの実施の形態2を示すものである。図3は、切断装置40Aの下部を切断した正面図であり、図4は図3の右側面図である。ラム2の下端には、刃物保持具40が配置されている。刃物保持具40は、切断機本体の機体10に搭載されている。可動側切断刃41は、概略すると矩形の板状のものであり、下端部が半円弧に形成された切刃が形成されている。刃物保持具3には、固定側切断刃42が固定されている。固定側切断刃42は、円形の形状をした円形刃が着脱自在にボルト(図示せず)で固定されている。可動側切断刃41、及び固定側切断刃42は、切断素材である断面形状が円形の棒材を切断するためのものである。
サポート支持軸44の下端部は、ピストン47が形成されている。ピストン47は、シリンダ48に上下動自在に設けられている。サポート支持軸44の下部の180度角度を置いた両側の外周には、凹部カム49が形成されている。凹部カム49は、斜面50とサポート支持軸44の中心軸線に平行な面であるストッパ面51等からなる。斜面50は、サポート支持軸44の中心軸線と角度αを成している。
図5は、切断装置60の実施の形態3を示すものであり、切断装置60の下部を切断した正面図である。前述した実施の形態1及び2のものは、切断後にビレットを排出するときにシュウ支持軸17、サポート支持軸44を下方に待避させるものであるが、この待避が充分でないとビレットの排出に支障をきたす。切断装置60は、上部シュウ支持軸62が待避できる長さを大きくしたものである。切断機構について、実施の形態1及び2に記載された内容と実質的に同一であり、その説明は省略する。
ビレットを支承するシュウ61を下方から支える上部シュウ支持軸62の下端には、軸63を介して、第1リンク64の一端が回動自在に連結されている。第1リンク64の他端は、軸65を介して第2リンク66の一端に連結されている。
第2リンク66の他端は、軸67により下部シュウ支持軸68に回動自在に連結されている。更に、軸65には、第3リンク69の一端が揺動自在に支持されている。
下部シュウ支持軸68は、前述した実施の形態1と同様の支承機構75に連結されている。この支承機構75の構造、機能は実施の形態1と同一なのでその説明は省略する。以上のようなトッグル機構を備えているので、切断が完了したとき、シリンダ駆動機構を作動させて、ピストンロッド70を引込めると、第1リンク64、第2リンク66、第3リンク69は、鎖線で示した位置に移動し、上部シュウ支持軸62を下降させることができる。切断されたビレットは、シューター76により排出される。
2…ラム
3…刃物保持具
4,41…可動側切断刃
6,42…固定側切断刃
10…機体
15…ビレット支承シュウ
17…シュウ支持軸
21…ピストン
22…シリンダ
26…凸部カム
30…皿バネ
Claims (9)
- 切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、
前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、
前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、
前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置の切断方法において、
前記支承装置は、前記可動側切断刃が駆動され前記素材を切断するとき、前記素材のツブレからクラックが発生する間、前記可動側切断刃の押圧力に比例した支承力で支承するものである
ことを特徴とする切断方法。 - 請求項1において、
前記軸線方向の支承力(P)は、カム斜面を押圧して得られる摩擦力を利用するものである
ことを特徴とする切断方法。 - 請求項2において、
前記押圧は、バネ力である
ことを特徴とする切断方法。 - 請求項2において、
前記押圧は、シリンダとピストンを利用した流体圧である
ことを特徴とする切断方法。 - 切断のために素材に押し当てて駆動される可動側切断刃と、
前記切断時に前記素材を支承するための固定側切断刃と、
前記可動側切断刃の移動方向に前記素材を挟んで配置され、前記素材を支承するための支承装置とを備え、
前記素材の軸線方向に圧縮応力を付加して、剪断により前記素材を切断する切断装置において、
前記素材を支承するためのシュウ支持軸と、
前記シュウ支持軸に形成され、前記シュウ支持軸に設けられた第1カムと、
前記第1カムに係合する第2カムと、
前記第2カムを前記第1カムの方向に押圧するための押圧手段と
からなることを特徴とする切断装置。 - 請求項5において、
前記押圧手段は、バネである
ことを特徴とする切断装置。 - 請求項5において、
前記押圧手段は、前記第2カムが流体圧シリンダのピストンに連結されている流体圧シリンダ装置である
ことを特徴とする切断装置。 - 請求項5〜7項から選択される1項において、
前記第1カム又は前記第2カムには、前記シュウ支持軸の軸線方向に傾斜している傾斜カム面を備えている
ことを特徴とする切断装置。 - 請求項5〜7項から選択される1項において、
前記シュウ支持軸にリンク機構を介して連結され、前記シュウ支持軸を駆動して待避させるための待避駆動手段と
からなることを特徴とする切断装置。
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