KR20200019190A

KR20200019190A - 냉간 프레스 성형 장치 및 냉간 프레스 성형 방법

Info

Publication number: KR20200019190A
Application number: KR1020207000993A
Authority: KR
Inventors: 소이치로 다나카; 지하루 시게타; 마사키 사토
Original assignee: 닛본 세이고 가부시끼가이샤
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2020-02-21
Also published as: JPWO2019044764A1; JP6874848B2; WO2019044764A1; CN111065470A; KR102316009B1

Abstract

냉간 프레스 성형 장치는, 온도 센서와, 열 매체 유로와, 열 매체를 열 매체 유로에 공급하는 열 매체 공급 유로와, 열 매체 유로로부터 열 매체를 회수하는 열 매체 회수 유로와, 열 매체를 열 매체 공급 유로에 이송하는 펌프를 구비한다. 또한, 냉간 프레스 성형 장치는, 온도 센서의 검출치를 기초로 열 매체를 가열 또는 냉각시키는 온도 조정부를 갖고, 다이와 펀치의 적어도 일방의 온도를, 미리 정한 하한치로부터 상한치까지의 범위로부터 벗어나지 않도록 제어하는 온도 제어부를 구비한다.

Description

냉간 프레스 성형 장치 및 냉간 프레스 성형 방법

본 발명은, 냉간 프레스 성형 장치 및 냉간 프레스 성형 방법에 관한 것이다.

최근의 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 제조에 있어서는, 내외륜의 고정밀화나 고속 가공화의 요구와, 제조 효율 향상의 요구가 엄격해지고 있다. 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 내외륜 중에는, 피가공재를 프레스기에 의해 드로잉 가공하여 성형되는 것이 있다.

도 8(A), (B), (C) 는, 이와 같은 프레스 드로잉 가공으로 성형되는 베어링 외륜의 제조 방법의 일례를 나타내는 공정 설명도이다.

도 8(A) 에 나타내는 바와 같이, 직경이 프레스 드로잉 가공 후의 베어링 외륜의 내경보다 근소하게 소직경인 펀치 (81) 와, 내경이 프레스 드로잉 가공 후의 베어링 외륜의 외경보다 근소하게 대직경인 다이 (82) 가, 각각 동축에 배치 형성된 프레스기에 있어서, 펀치 (81) 와 다이 (82) 사이에 피가공재 (W) 를 세트한다. 도 8(B) 에 나타내는 바와 같이, 펀치 (81) 를, 피가공재 (W) 가 다이 (82) 에 밀어넣어지도록 하강시킨다. 이 때, 피가공재 (W) 는, 펀치 (81) 와 다이 (82) 사이의 공간을 모방한 형상으로 소성 변형된다. 그리고, 도 8(C) 에 나타내는 바와 같이, 펀치 (81) 를 상승시켜, 피가공재 (W) 를 취출한다.

이와 같은 프레스 드로잉 가공에 있어서는, 여러 가지 요인에 의해 열이 발생한다. 즉, 피가공재가 소성 변형할 때에 발생하는 내부 마찰열 (H_A), 피가공재와 공구가 접촉함으로써 발생하는 외부 마찰열 (H_B), 프레스기 내 분위기 (환경) 에 의한 발열 (H_C), 소성 변형을 시킬 때에 피가공재와 공구가 접촉함으로써 발생하는 열 (H_D) 을 억제하기 위하여 사용하는 윤활제 자체의 열 (H_E), 프레스기 자체가 동작함으로써 발생하는 설비로부터의 열 (H_F) 등이 발생한다.

이들 각종의 열 (H_A, H_B, H_C, H_D, H_E) 의 발생에 의해, 펀치와 다이 등의 1 쌍의 공구에 끼워진 피가공재는, 1 쌍의 공구가 열의 영향을 받아, 설정된 공구간의 간극 (클리어런스) 을 유지할 수 없게 된다. 그러면, 경우에 따라서는, 가공된 프레스품의 치수가 당초 설정한 치수와는 상이해지는 경우가 발생할 수 있다. 또, 공구의 열 팽창, 열 수축 외에, 피가공재 자체의 열 팽창, 열 수축에 의해서도 클리어런스는 변화하고, 프레스 제품이 당초 설정한 치수와 상이한 치수가 되는 경우가 있다. 참고로, 금형 온도가, 프레스 가공품의 치수에 미치는 영향의 이미지를 표 1 에 나타낸다.

이와 같은 가공 치수의 편차에 대해, 예를 들어 다음과 같이 하여 적정한 치수로 수용하고 있었다. 즉, 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 전동체인 니들 롤러를, 직경이 미크론 단위로 상이한 복수 종류 준비해 두고, 베어링 내외륜의 치수에 맞춰 셀렉트 매칭에 의해 대응시킨다. 또, 복수의 다이나 복수의 펀치를 준비해 두고, 적절히 교환한다. 나아가서는, 성형면의 사이즈가 상이한 복수의 다이나 복수의 펀치를 준비해 두고, 셀렉트 매칭에 의해 대응시킨다.

한편, 프레스 성형에 있어서, 높은 가공 정밀도를 얻기 위한 기술로서, 피가공재를 미리 고온에 가열하여 연화시켜 프레스 가공하는 열간 프레스 성형에 관련된 기술이 알려져 있다. 열간 프레스 성형에서는, 피가공재, 예를 들어 강판을 오스테나이트 조직이 나타내는 온도 이상으로 가열한 상태에서 프레스 가공한다. 이 경우, 강판이 부드럽기 때문에, 판두께가 두껍거나, 성형 형상이 복잡해도, 균열 등이 잘 일어나지 않아, 정밀한 형상을 가공하기 쉽다. 또, 성형시, 피가공재가 금형과 접촉하는 것에 의한 냉각을 이용하여 마텐자이트 변태를 일으키고, ?칭을 실시한다. 그 경우의 마텐자이트 변태는, 거의 성형이 완료된 후의 조직 변태 때문에, 성형시에 발생하는 잔류 응력이 적고, 스프링백이 잘 발생하지 않아, 지연 파괴의 우려가 적다는 특징이 있다. 이와 같은 열간 프레스 성형에서는, 성형 후에 급랭시키는 것이 중요하고, 급랭을 위한 여러 가지 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 성형면에 냉각 매체를 분출하는 분출공을 형성하고, 피가공재를 향하여 냉각 매체를 분출하여 피가공재를 냉각시키는 것이 가능한 열간 프레스용 금형을, 박판의 적층에 의해 염가로 구성하는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2009-297741호

그러나, 특허문헌 1 의 기술에서는, 고정밀도라고 하더라도, 미크론 단위의 정밀도가 요구되는 베어링 내외륜에 적용하기에는, 아직 어렵다. 추가적인 고정밀도가 실현되는 열간 프레스 성형의 기술이어도, 가열에 필요로 하는 가열로, 혹은, 가열 장치 등이 필용이 되고, 장치 자체가 복잡하고 대규모가 되어, 공정도 복잡해진다. 또, 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 내외륜의 성형에 사용하기에는, 가공 비용이 지나치게 든다.

또, 의도적으로 수 미크론 단위의 치수가 상이한 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 내외륜을 제조하고자 하면, 각각의 치수에 맞는 다이와 펀치가 필요하였다.

본 발명은, 피가공재를 가열하지 않고 상온에서 프레스 성형하는 냉간 프레스 가공에 있어서, 펀치, 다이의 온도를 제어함으로써 펀치, 다이의 치수를 관리하고, 프레스 가공품의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있는 냉간 프레스 성형 장치 및 냉간 프레스 성형 방법의 제공을 목적으로 한다.

또, 피가공재를 가열하지 않고 상온에서 프레스 성형하는 냉간 프레스 가공에 있어서, 펀치, 다이의 온도를 제어함으로써 펀치, 다이의 치수를 관리하고, 필요한 치수의 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 내외륜을 제조하는 것이 가능한 냉간 프레스 성형 장치 및 냉간 프레스 성형 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 하기의 구성으로 이루어진다.

(1) 피가공재를 프레스 가공하는 다이와 펀치를 구비한 냉간 프레스 성형 장치로서,

상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 내부에 형성된 열 매체 유로와,

열 매체를 상기 열 매체 유로에 공급하는 열 매체 공급 유로와,

상기 열 매체 유로로부터 열 매체를 회수하는 열 매체 회수 유로와,

상기 열 매체를 상기 열 매체 공급 유로에 이송하는 펌프와,

상기 열 매체를 가열 또는 냉각시키는 온도 조정부를 갖고, 상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도를, 미리 정한 하한치로부터 상한치까지의 범위로부터 벗어나지 않도록 제어하는 온도 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 장치.

(2) 상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도 정보를 검출하는 온도 센서를 구비하고,

상기 온도 조정부는, 상기 온도 센서의 검출치를 기초로 상기 열 매체를 가열 또는 냉각시키는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 냉간 프레스 성형 장치.

(3) 상기 온도 센서는,

상기 다이, 상기 펀치의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 열 매체의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 열 매체의 온도 차를 측정하는 온도 센서 중 어느 것, 또는, 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 (2) 에 기재된 냉간 프레스 성형 장치.

(4) 상기 온도 제어부는, 상기 온도 조정부에 더하여, 상기 열 매체의 유량을 증감하는 유량 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 (1) 에 기재된 냉간 프레스 성형 장치.

(5) (2) 에 기재된 냉간 프레스 성형 장치를 사용한 냉간 프레스 성형 방법으로서,

상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도 정보를 검출하는 공정과,

상기 열 매체를 상기 열 매체 공급 유로에 이송하는 펌프를 구동시키는 공정과,

상기 검출한 온도를 미리 정한 온도 하한치, 온도 상한치와 비교하여, 상기 온도 하한치 이하라면 상기 열 매체를 가열하고, 상기 온도 상한치 이상이라면 상기 열 매체를 냉각시키는 공정을 갖고,

상기 냉간 프레스 성형 장치의 상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.

(6) 상기 검출한 온도에 따라 상기 열 매체의 유량을 증감하는 공정을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 (5) 에 기재된 냉간 프레스 성형 방법.

본 발명에 의하면, 다이나 프레스 등의 프레스 공구의 온도를 제어함으로써 프레스 공구의 치수를 관리하고, 이로써, 프레스 가공품의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.

나아가서는, 펀치, 다이의 온도를 제어함으로써 펀치, 다이의 치수를 관리할 수 있으므로, 필요한 치수의 래디얼 니들 베어링이나 트러스트 니들 베어링의 내외륜을 제조할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 냉간 프레스 성형 장치의 온도 제어의 모습을 나타내는 블록 구성도이다.
도 2(A) 는 다이와 펀치의 개략 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2(B) 는 도 2(A) 에 나타내는 다이의 평면도이다.
도 3 은, 각종의 온도 센서의 배치 형태를 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 다이 및 펀치의 온도를 제어하는 온도 제어부의 기능 블록도이다.
도 5 는, 온도 제어부의 동작을 설명하는 플로 차트이다.
도 6 은, 다이만을 온도 제어하는 경우의 냉간 프레스 가공부의 개략 구성도이다.
도 7 은, 펀치만을 온도 제어하는 경우의 냉간 프레스 가공부의 개략 구성도이다.
도 8(A) ∼ (C) 는 종래의 냉간 프레스 가공으로 성형되는 베어링 외륜의 제조 방법의 일례이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 냉간 프레스 성형 장치의 온도 제어의 모습을 나타내는 블록 구성도이고, 도 2(A) 는 다이와 펀치의 개략 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2(B) 는 도 2(A) 에 나타내는 다이의 평면도이다.

냉간 프레스 성형 장치 (100) 는, 피가공재를 프레스 가공하는 다이 (11) 와 펀치 (13) 를 구비한다. 구체적으로는, 냉간 프레스 가공부 (15) 와, 다이측 온도 센서 (17) 와, 펀치측 온도 센서 (19) 와, 온도 제어부 (21) 와, 다이측 열 매체 공급 유로 (25a) 및 다이측 열 매체 회수 유로 (25c) 와, 펀치측 열 매체 공급 유로 (25b) 및 펀치측 열 매체 회수 유로 (25d) 를 구비한다.

냉간 프레스 가공부 (15) 는, 그 내부에 다이측 유로 (열 매체 유로) (26) 가 형성된 다이 (11) 및 내부에 펀치측 유로 (열 매체 유로) (28) 가 형성된 펀치 (13) 를 구비한다.

다이측 온도 센서 (17) 는, 다이 (11) 의 온도를 측정하고, 펀치측 온도 센서 (19) 는, 펀치 (13) 의 온도를 측정한다.

다이측 열 매체 공급 유로 (25a) 및 다이측 열 매체 회수 유로 (25c) 는, 상세를 후술하는 온도 제어부 (21) 가 도시하고 있지 않은 다이측 탱크로부터 다이 (11) 의 다이측 유로 (26) 에 연장되어 형성된다.

펀치측 열 매체 공급 유로 (25b) 및 펀치측 열 매체 회수 유로 (25d) 는, 온도 제어부 (21) 가 도시하고 있지 않은 펀치측 탱크로부터 펀치 (13) 의 펀치측 유로 (28) 에 연장되어 형성된다.

다이측 유로 (26) 는, 도 2(A), (B) 에 나타내는 하측의 환상 유로 (26a) 와, 상측의 환상 유로 (26b) 와, 환상 유로 (26a, 26b) 를 연통하는 연통 유로 (26c) 를 갖는다. 또, 환상 유로 (26a) 에는 유입구 (26d), 환상 유로 (26b) 에는 유출구 (26e) 가 형성된다. 펀치측 유로 (28) 에는, 다이 (11) 측과는 반대의 기단측에 유입구 (28a) 와 유출구 (28b) 가 형성되고, 펀치 (13) 의 내부에 연통 유로 (28c) 가 형성된다.

다이측 유로 (26), 펀치측 유로 (28) 의 단면 형상은, 원, 사각, 삼각, R 형상 등, 적절한 형상을 선택할 수 있다. 일반적으로, 표면적이 클수록 열 교환하기 쉬워지지만, 단면적을 지나치게 크게 하면 다이 (11) 나 펀치 (13) 의 강성이 저하되어, 프레스 가공품의 치수 편차에 영향을 미친다. 그 때문에, 열 교환 능력과 강도의 밸런스를 고려하여 다이측 유로 (26), 펀치측 유로 (28) 의 형상이 결정된다. 또, 각 유로는, 다이 (11), 펀치 (13) 를 복수의 블록으로 구성함으로써, 블록간의 조인트에 형성하거나, 조인트로부터 가공하거나 하는 등의 각종 공지된 방법으로 형성할 수 있다.

열 매체로는, 물이나 기름, 에틸렌글리콜 등의 액체, 프레온 가스나 공기 등의 기체의 사용이 가능하다. 또한, 상기한 다이측 유로 (26), 펀치측 유로 (28) 의 구성은 일례로서, 다이 (11), 펀치 (13) 의 가공부를 효과적으로 온도 조정할 수 있는 배치이면, 열 교환 효율이나 형재 (型材) 의 강도 등에 따라 적절히 변경이 가능하다. 예를 들어, 도 2(A) 의 유출구 (26e) 를 유입구로 하고, 유입구 (26d) 를 유출구로 해도 된다. 또, 유입구, 유출구는, 각각 복수여도 되고, 환상 유로도 복수여도 된다. 또, 환상 유로는 환상이 아니어도 된다.

다이측 온도 센서 (17) 및 펀치측 온도 센서 (19) 로는, 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 온도를 외부로부터 측정 가능한 비접촉식의 센서, 예를 들어 방사 온도계 등이 사용 가능하다. 측정 위치로는, 다이 (11), 펀치 (13) 의 성형면의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 다이 (11) 의 성형면은, 내경면이므로 측정은 어렵지만, 펀치 (13) 의 성형면은, 펀치 (13) 의 외주면이므로 비접촉의 온도 센서를 사용하여 가공 직후의 온도를 계측 가능하다. 구체적으로는, 가공 직후에 상승해 온 펀치 (13) 의 외주면을 비접촉의 온도 센서에 의해 측정하면 된다.

또, 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 내부에 매립된 접촉식의 센서, 예를 들어 열전쌍 등도 사용 가능하다. 그 경우, 성형면 그 자체의 온도가 아니라, 거의 동일한 온도인 근처의 온도를 대용하게 된다. 그러나, 필용인 것은, 다이 (11), 펀치 (13) 의 각각의 성형면이, 현재 열팽창, 수축에 의해, 어떠한 치수가 되어 있는지를 추정하기 위한 온도 정보이므로, 다이 (11), 펀치 (13) 의 구성, 크기, 사용 환경 등에 따라 측정 위치는 적절히 선택하면 된다.

나아가서는, 열 매체의 온도로부터 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도를 추정해도 된다. 임의의 위치에서의 열 매체의 온도를 다이측 온도 센서 (17) 및 펀치측 온도 센서 (19) 로 측정하여 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도를 추정해도 된다. 또, 유입구 (26d) 부근의 열 매체 온도와 유출구 (26e) 부근의 열 매체 온도의 차를 다이측 온도 센서 (17) 로 측정하고, 유입구 (28a) 부근의 열 매체 온도와 유출구 (28b) 부근의 열 매체 온도의 차를 펀치측 온도 센서 (19) 로 측정하여 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도를 추정해도 된다.

또, 상기 서술한 이유에 의해, 온도 센서 (다이측 온도 센서 (17) 및 펀치측 온도 센서 (19)) 를, 보다 가공 발생원에 가까운 부분에 장착함으로써, 금형의 온도 변화에 대해 리니어한 관계를 갖는 측정이 가능해진다. 예를 들어, 금형 (다이 (11), 펀치 (13), 그 외 구성 부품) 의 표면에 오목부 등을 형성하고, 이 오목부 내에서 보호된 상태에서 상기의 온도 센서를, 첩부, 끼워넣음, 접착 등에 의해 장착한다. 그 경우, 금형 내부에 온도 센서가 매립되기 때문에, 금형 표면에 온도 센서를 형성한 구성보다, 더욱 정확한 온도 측정이 가능해진다. 또, 금형의 가공면 중에서, 가공시에 작용하는 응력이 낮은 부분에 한정하여, 내부에 온도 센서를 삽입한 구조로 함으로써, 금형으로서의 기능을 저해시키지 않고 정밀도가 높은 온도 측정이 가능해진다. 따라서, 가공시의 온도를 정밀도가 높게 제어하여, 프레스 공구의 치수를 관리하여, 프레스 가공품의 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 3 은 각종의 온도 센서의 배치 형태를 나타내는 설명도이다.

온도 센서를 첩부에 의해 장착하는 경우, 보다 구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 배치할 수 있다. 즉, 다이 (11) 의 비가공면이 되는 상면 (31) 또는 측면 (33) 에 다이측 온도 센서 (17A, 17B) 를 첩부하는 것이 바람직하다. 또, 펀치 (13) 의 비가공면이 되는, 워크 가공면 (도 3 의 높이 (Lw) 의 범위 내의 외주면) 보다 상측의 측면 (35) 에, 펀치측 온도 센서 (19A) 를 첩부하는 것이 바람직하다. 그 경우에도, 상기한 효과를 얻을 수 있다.

또, 온도 센서를 매립하여 장착하는 경우, 다이 (11) 측의 측면 (33) 으로부터 다이측 유로 (26) 의 중간 지점 (P1) 에 가까운 위치까지 천공 가공하고, 가공된 구멍 (39) 내에 다이측 온도 센서 (17C) 를 매립하는 것이 바람직하다. 또, 펀치 상면 (37) 으로부터 펀치측 유로 (28) 의 중간 지점 (P2) 에 가깝고, 펀치측 유로 (28) 에 둘러싸인 위치까지 천공 가공하여, 가공된 구멍 (41) 내에 펀치측 온도 센서 (19B) 를 매립하는 것이 바람직하다. 이 경우여도, 상기한 효과를 얻을 수 있다.

상기한 각 온도 센서는, 다이 (11) 측과 펀치 (13) 측의 각각에서 복수 개의 온도 센서를 형성한 형태여도 되고, 상기한 각 배치 형태를 적절히 조합한 형태로 해도 된다.

본 실시형태에 기재된 금형에 사용되는 재질은, 열전도율, 및 내마모성의 관점에서, 철, 강, 초경합금, 세라믹스 등의 금형 재료가 바람직하다. 또, 온도 센서를 형성한 후, 금형 표면에 TiC, TiCN 등의 코팅을 부여할 수 있다. 금형 표면에 코팅을 부여한 경우여도, 상기한 효과에 대한 영향은 없다.

도 4 는 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 온도를 제어하는 온도 제어부 (21) 의 기능 블록도이다.

온도 제어부 (21) 는, 온도 조정부 (51) 와 유량 조정부 (53) 를 구비한다. 다이 (11) 의 다이측 유로 (26), 및 펀치 (13) 의 펀치측 유로 (28) 에 공급하는 열량을, 열 매체의 온도 및 유량을 각각 개별적으로 제어함으로써, 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 온도가 관리 가능하게 되어 있다.

온도 조정부 (51) 는, 다이 (11) 에 공급하는 열 매체를 가열하는 다이측 히터 (61), 다이 (11) 에 공급하는 열 매체를 냉각시키는 다이측 쿨러 (63) 와, 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체를 가열하는 펀치측 히터 (65) 와, 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체를 냉각시키는 펀치측 쿨러 (67) 에 접속된다.

다이측 히터 (61) 와, 다이측 쿨러 (63) 는, 상기 서술한 도시하고 있지 않은 다이측 탱크에 장착되어 있고, 펀치측 히터 (65) 와, 펀치측 쿨러 (67) 는, 상기 서술한 도시하고 있지 않은 펀치측 탱크에 장착되어 있다.

온도 조정부 (51) 는, 다이측 온도 센서 (17) 나 펀치측 온도 센서 (19) 로부터의 온도 검출치를 기초로, 접속된 각 히터 (61, 65) 또는 각 쿨러 (63, 67) 에 구동 신호를 출력한다. 이로써, 각 히터 (61, 65) 또는 각 쿨러 (63, 67) 를 구동시켜, 다이 (11) 나 펀치 (13) 에 공급되는 탱크 내의 열 매체를 개별적으로 가열 또는 냉각시킨다.

유량 조정부 (53) 는, 다이측 열 매체 공급 유로 (25a) 를 통하여 다이 (11) 의 다이측 유로 (26) 에 다이측 탱크 중의 열 매체를 이송하는 다이측 펌프 (71) 와, 펀치측 열 매체 공급 유로 (25b) 를 통하여 펀치 (13) 의 펀치측 유로 (28) 에 펀치측 탱크 중의 열 매체를 이송하는 펀치측 펌프 (73) 에 접속된다. 유량 조정부 (53) 는, 다이측 펌프 (71) 에 구동 신호 (Sd), 펀치측 펌프 (73) 에 구동 신호 (Sp) 를 출력하고, 다이측 펌프 (71) 와 펀치측 펌프 (73) 를 구동시켜, 다이 (11) 나 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체의 유량을 개별적으로 조정한다.

또, 온도 조정부 (51) 와 유량 조정부 (53) 에는, 다이측의 온도 센서 (17) 로부터의 검출 온도 신호 (Td), 및 펀치측 온도 센서 (19) 로부터의 검출 온도 신호 (Tp) 가 입력된다.

온도 조정부 (51) 는, 미리 설정된 펀치 온도 하한치 (T1), 펀치 온도 상한치 (T2), 다이 온도 하한치 (T3), 다이 온도 상한치 (T4) 를 기억하고 있고, 입력된 검출 온도 신호 (Td, Tp) 를 각각의 온도 상한치, 온도 하한치와 비교한다. 검출된 온도가 온도 하한치 이하인 경우, 온도 하한치를 초과할 때까지 히터를 ON 으로 한다. 검출된 온도가 온도 상한치 이상인 경우, 온도 상한치를 하회할 때까지 쿨러를 ON 으로 한다.

펀치 온도 하한치 (T1), 펀치 온도 상한치 (T2), 다이 온도 하한치 (T3), 다이 온도 상한치 (T4) 는, 다이측의 온도 센서 (17) 로부터의 검출 온도 신호 (Td), 및 펀치측 온도 센서 (19) 로부터의 검출 온도 신호 (Tp) 와, 다이 (11), 펀치 (13) 의 각각의 성형면에 있어서의 치수의 관계로부터 미리 설정해 둔다.

유량 조정부 (53) 는, 미리 설정한, 검출 온도 신호 (Td, Tp) 에 대한 펌프 유량 (다이측 유량 (Qd), 펀치측 유량 (Qp)) 의 값 (편의적으로 T-Q 선도로 칭한다) 을 기억하고 있고, 입력된 검출 온도 신호 (Td, Tp) 에 따라서 다이측 펌프 (71) 와 펀치측 펌프 (73) 를 구동시킨다.

T-Q 선도에 의하면, 검출한 온도가 온도 상한치보다 낮고, 온도 하한치보다 높은 값이면, 펌프를 일정 유량으로 구동시키고, 온도 하한치 이하, 또는 온도 상한치 이상의 온도가 되었을 때, 그 온도 차가 크면 클수록 유량을 늘리도록 설정한다. T-Q 선도의 유량의 변화는, 리니어로 설정해도 되고, 단계적으로 변화하도록 설정해도 된다.

도 5 는 온도 제어부 (21) 의 동작을 설명하는 플로 차트이다.

본 구성의 냉간 프레스 성형 장치 (100) 의 전원이 ON 이 되었을 때를 START 로 한다. 단, 냉간 프레스 성형 장치 (100) 의 전원과 온도 제어부 (21) 의 전원이 다른 전원인 경우에는, 온도 제어부 (21) 의 전원이 ON 이 되었을 때를 START 로 한다.

스텝 S1 에 있어서, 온도 제어부 (21) 는, 다이측 온도 센서 (17) 및 펀치측 온도 센서 (19) 에 의해 검출된 다이 (11) 의 검출 온도 신호 (Td) 및 펀치 (13) 의 검출 온도 신호 (Tp) 를 입력한다. 스텝 S2 에 있어서, 유량 조정부 (53) 가 미리 기억하고 있는 T-Q 선도에 기초하여, 다이 (11) 에 공급하는 열 매체의 다이측 유량 (Qd), 및 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체의 펀치측 유량 (Qp) 을 결정하고, 다이측 펌프 (71), 펀치측 펌프 (73) 에 구동 신호를 출력한다.

다음으로, 스텝 S3 에 있어서, 펀치 (13) 의 검출 온도 신호 (Tp) 와 미리 설정된 펀치 (13) 의 펀치 온도 하한치 (T1) 를 비교하여, Tp ≤ T1 인 경우에는, 스텝 S4 에서 펀치측 히터 (65) 를 ON 으로 하여, 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체의 온도를 높이는 조작을 실시한다. 그 후, 후술하는 스텝 S9 로 이행한다. 한편, 스텝 S3 에서 Tp ＞ T1 인 경우에는, 스텝 S5 에서 펀치측 히터 (65) 를 OFF 로 한다.

이어서, 스텝 S6 에서 펀치 (13) 의 검출 온도 신호 (Tp) 와 미리 설정된 펀치 (13) 의 펀치 온도 상한치 (T2) 를 비교하여, Tp ≥ T2 인 경우에는, 스텝 S7 에서 펀치측 쿨러 (67) 를 ON 으로 하여 펀치 (13) 에 공급하는 열 매체의 온도를 낮추는 조작을 실시한다. 그 후, 후술하는 스텝 S9 로 이행한다. 한편, 스텝 S6 에서 Tp ＜ T2 인 경우에는, 스텝 S8 에서 펀치측 쿨러 (67) 를 OFF 로 한다.

그리고, 스텝 S9 에서 다이 (11) 의 검출 온도 신호 (Td) 와 미리 설정된 다이 (11) 의 다이 온도 하한치 (T3) 를 비교한다. Td ≤ T3 인 경우에는, 스텝 S10 에서 다이측 히터 (61) 를 ON 으로 하여 다이 (11) 에 공급하는 열 매체의 온도를 높이는 조작을 실시한다. 그 후, 스텝 S15 로 이행한다.

한편, 스텝 S9 에서 Td ＞ T3 인 경우에는, 스텝 S11 에서 다이측 히터 (61) 를 OFF 로 한다.

이어서, 스텝 S12 에서 다이 (11) 의 검출 온도 신호 (Td) 와 미리 설정된 다이 온도 상한치 (T4) 를 비교한다. Td ≥ T4 인 경우에는, 스텝 S13 에서 다이측 쿨러 (63) 를 ON 으로 하여 다이 (11) 에 공급하는 열 매체의 온도를 낮추는 조작을 실시한다. 그 후, 스텝 S15 로 이행한다.

한편, 스텝 S12 에서 Td ＜ T4 인 경우에는, 스텝 S14 에서 다이측 쿨러 (63) 를 OFF 로 한다.

그리고, 스텝 S15 에서 냉간 프레스 성형 장치 (100) 의 전원 혹은 온도 제어부 (21) 의 전원의 ON/OFF 를 판별한다. 전원이 OFF 가 아닌, 즉, 전원이 ON 인 상태이면 스텝 S1 로 돌아와, 제어를 계속한다. 전원이 OFF 이면, 스텝 S16 에서 다이측 히터 (61), 펀치측 히터 (65), 및 다이측 쿨러 (63), 펀치측 쿨러 (67) 를 모두 OFF 로 하고, 다이측 펌프 (71) 및 펀치측 펌프 (73) 를 정지시켜, 열 매체의 온도 제어 순서를 종료한다.

상기한 각 공정에 의해, 본 실시형태의 냉간 프레스 성형 장치 (100) 에 있어서는, 전원 스위치를 넣었을 때부터 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도 측정을 개시하고, 또, 열 매체를 다이 (11), 펀치 (13) 의 내부에 각각 유입시키는 펌프를 구동 개시한다. 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도가 온도 하한치 이하이면 열 매체를 데우고, 또, 열 매체의 유량을 증가시킴으로써, 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도를 높인다. 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도가 온도 상한치 이상이면 열 매체를 냉각시키고, 또, 열 매체의 유량을 증가시킴으로써, 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도를 낮춘다. 이 제어를, 냉간 프레스 성형 장치 (100) 의 전원 스위치를 끌 때까지 계속한다. 이와 같이, 항상 다이 (11), 펀치 (13) 의 온도가 일정 범위 내이도록 제어한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 냉간 프레스 성형 장치 (100) 및 냉간 프레스 성형 방법에 의하면, 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 온도 제어에 의해, 열에 의한 다이 (11), 펀치 (13) 의 변형이 최소한으로 억제되므로, 치수에 편차가 없는, 높은 치수 정밀도의 프레스 가공품을 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태의 냉간 프레스 성형 장치 (100) 및 냉간 프레스 성형 방법에 의하면, 다이 (11) 및 펀치 (13) 의 온도 제어에 의해, 다이 (11), 펀치 (13) 의 변형을 컨트롤할 수 있기 때문에, 원하는 치수의 프레스 가공품을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 다이 (11) 와 펀치 (13) 의 쌍방에 온도 센서를 형성했지만, 어느 일방의 온도만을 측정하고, 그 일방의 측정 온도를 기초로, 다이 (11) 와 펀치 (13) 의 양방의 온도 제어를 실시해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 다이 (11) 와 펀치 (13) 의 쌍방의 온도 제어를 실시하지만, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 펀치 (13A) 를 온도 제어하지 않고, 다이 (11) 만을 온도 제어해도 된다. 또, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 다이 (11A) 는 온도 제어하지 않고, 펀치 (13) 만을 온도 제어해도 된다.

나아가서는, 펀치 (13) 의 온도를 측정하고, 그 측정 결과를 기초로 다이 (11) 만 온도 제어를 실시해도 된다. 또, 다이 (11) 의 온도를 측정하고, 그 온도 측정 결과를 기초로 펀치 (13) 만 온도 제어해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 열 매체 온도에 따라 열 매체 유량을 증감시키도록 펌프를 구동시키지만, 열 매체 유량을 증감시키지 않고, 펌프를 정속 구동시켜도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 펀치 (13) 에 유입시키는 열 매체와, 다이 (11) 에 유입시키는 열 매체를 개별적으로 유량 제어했지만, 쌍방을 동일한 유량으로 제어해도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 펀치 (13) 에 유입시키는 열 매체와, 다이 (11) 에 유입시키는 열 매체를 개별적으로 온도 제어했지만, 동일한 온도로 제어해도 된다.

이들 온도 제어는, 본 실시형태에 비하면 섬세한 온도 제어가 어려워지지만, 요구되는 정밀도에 따라서는, 저비용으로 충분한 효과가 얻어기 때문에, 유효한 수단이다.

본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 실시형태의 각 구성을 상호 조합하는 것이나, 명세서의 기재, 그리고 주지된 기술에 기초하여, 당업자가 변경, 응용하는 것도 본 발명이 예정하는 바이고, 보호를 요구하는 범위에 포함된다.

본 구성의 냉간 프레스 성형 장치는, 예를 들어 쉘형 자동차용 베어링 등, 여러 가지의 베어링의 프레스 가공에 사용할 수 있다.

본 출원은 2017년 9월 1일에 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2017-168317호) 에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

11, 11A : 다이
13, 13A : 펀치
17 : 다이측 온도 센서 (온도 센서)
19 : 펀치측 온도 센서 (온도 센서)
21 : 온도 제어부
25a : 다이측 열 매체 공급 유로
25b : 펀치측 열 매체 공급 유로
25c : 다이측 열 매체 회수 유로
25d : 펀치측 열 매체 회수 유로
26 : 다이측 유로 (열 매체 유로)
28 : 펀치측 유로 (열 매체 유로)
61 : 다이측 히터 (온도 조정부)
63 : 다이측 쿨러 (온도 조정부)
65 : 펀치측 히터 (온도 조정부)
67 : 펀치측 쿨러 (온도 조정부)
71 : 다이측 펌프 (온도 조정부)
73 : 펀치측 펌프 (온도 조정부)
100 : 냉간 프레스 성형 장치
W : 피가공재

Claims

피가공재를 프레스 가공하는 다이와 펀치를 구비한 냉간 프레스 성형 장치로서,
상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 내부에 형성된 열 매체 유로와,
열 매체를 상기 열 매체 유로에 공급하는 열 매체 공급 유로와,
상기 열 매체 유로로부터 열 매체를 회수하는 열 매체 회수 유로와,
상기 열 매체를 상기 열 매체 공급 유로에 이송하는 펌프와,
상기 열 매체를 가열 또는 냉각시키는 온도 조정부를 갖고, 상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도를, 미리 정한 하한치로부터 상한치까지의 범위로부터 벗어나지 않도록 제어하는 온도 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도 정보를 검출하는 온도 센서를 구비하고,
상기 온도 조정부는, 상기 온도 센서의 검출치를 기초로 상기 열 매체를 가열 또는 냉각시키는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 온도 센서는,
상기 다이, 상기 펀치의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 열 매체의 온도를 측정하는 온도 센서, 상기 열 매체의 온도 차를 측정하는 온도 센서 중 어느 것, 또는, 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 제어부는, 상기 온도 조정부에 더하여, 상기 열 매체의 유량을 증감하는 유량 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 장치.
제 2 항에 기재된 냉간 프레스 성형 장치를 사용한 냉간 프레스 성형 방법으로서,
상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도 정보를 검출하는 공정과,
상기 열 매체를 상기 열 매체 공급 유로에 이송하는 펌프를 구동시키는 공정과,
검출한 상기 온도를 미리 정한 온도 하한치, 온도 상한치와 비교하여, 상기 온도 하한치 이하라면 상기 열 매체를 가열하고, 상기 온도 상한치 이상이라면 상기 열 매체를 냉각시키는 공정을 갖고,
상기 냉간 프레스 성형 장치의 상기 다이와 상기 펀치의 적어도 일방의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.
제 5 항에 있어서,
검출한 상기 온도에 따라 상기 열 매체의 유량을 증감하는 공정을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 프레스 성형 방법.