JP2012218018A - プレス加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工具とパッドの干渉を回避することにより、該加工具によるワークの加工を確実且つ高精度に行うことができるプレス加工装置を提供する。
【解決手段】プレス加工装置１０は、加熱されたワークを加工するための装置であって、上下方向に移動可能なスライダ４０の下面に固定された基部４６と、前記基部４６に設けられたダイ部４８と、前記基部４６に設けられて前記ダイ部４８を貫通し、ワークＷ１を孔開け加工する加工具５２と、前記加工具５２を、水平方向に移動可能な状態で支持する支持部材５４とを備える。これにより、前記ワークＷ１からの熱によってダイ部４８の貫通孔６６が基部４６に対して変位しても、貫通孔６６の位置に合わせて加工具５２を移動させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱されたワークを加工するプレス加工装置に関する。

従来から、加熱されたワークをプレス加工した後に焼入れを行うプレス加工方法が知られている。このような方法により得られる加工品は、焼入れにより高強度化しているため、例えば、加工具を用いて孔開け加工や切断加工等を施すことが容易とは言えない。該加工品をレーザ加工することにより孔開け加工等を施すことも可能であるが、前記加工具を用いた場合と比較して製造コストが高騰化する欠点がある。

このような問題に対応したプレス加工方法として、加熱されたワークをパッド（パンチ）にてプレス加工すると同時に、該パッドを貫通する加工具（可動金型）にて該ワークを孔開け加工し、その後、焼入れを完了する技術的思想が提案されている（特許文献１参照）。このような方法によれば、焼入れにより高強度化する前のワークに対して孔開け加工が行われるため、該ワークに対する孔開け加工を容易に行うことが可能である。

特開２００５−１３８１１１号公報

ところで、上述した特許文献１に記載の発明では、加熱されたワークをプレス加工しているので、その加工中に該ワークの熱によりパッドが熱膨張する。一方、加工具は、該ワークを孔開け加工するため、該ワークに対して瞬間的にしか接触せず、前記パッドと比較して熱膨張量が小さい。そのため、前記パッドに形成されている貫通孔と前記加工具の位置関係がずれて、該加工具と該パッドが干渉する可能性がある。その結果、前記加工具の切刃が磨耗して加工精度が低下したり、前記パッドが破損して加工することができなくなる等の不具合が生じるおそれがある。よって、本発明は、熱膨張時における加工具とパッドとの干渉回避を課題としている。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、加工具とパッドの干渉を回避することにより、該加工具によるワークの加工を確実且つ高精度に行うことができるプレス加工装置を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係るプレス加工装置は、加熱されたワークを加工するプレス加工装置であって、前記ワークに対して進退する基部と、前記基部に設けられて前記ワークを押さえるパッドと、前記基部に設けられて前記パッドを貫通し、前記ワークを加工する加工具と、前記加工具を、前記基部の進退方向と直交する方向に移動可能に支持する支持手段とを備えることを特徴とする。

このような装置によれば、加工具を前記基部の進退方向と直交する方向に移動可能に支持手段で支持しているので、加熱されたワークを押さえるパッドが熱膨張して該パッドの貫通孔が基部に対して該基部の進退方向と直交する方向に変位した場合に、該貫通孔の位置に合わせて該加工具を移動させることができる。これにより、該加工具と該パッドの干渉を回避することができるので、加工具の切刃の磨耗やパッドの破損を好適に抑えることができる。よって、該加工具によるワークの加工を確実且つ高精度に行うことができる。

［２］ 前記支持手段は、前記加工具の後端面と前記基部表面との間に介設される転動体を有するとよい。そうすると、加工具の端面を基部表面に直接接触させる場合と比較して、該加工具の移動を円滑に行うことができる。

［３］ この場合、前記支持手段は、前記基部に固定されて該基部に対する進退方向への前記加工具の移動を規制すると共に、前記加工具の後端側を囲繞して前記転動体を収納するハウジングを有すると、前記基部の進退方向における該加工具のガタツキを抑えることができる。これにより、該加工具によるワークの加工を一層確実且つ高精度に行うことが可能となる。

本発明によれば、加工具を前記基部の進退方向と直交する方向に移動可能に支持手段で支持しているので、該加工具とパッドの干渉を回避することができる。よって、加工具の切刃の磨耗やパッドの破損を好適に抑えることができ、これにより、該加工具によるワークの加工を確実且つ高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るプレス加工装置の断面説明図である。 図１に示す加工具とその周辺の拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図１に示すプレス加工装置を用いたプレス加工方法を説明するためのフローチャートである。 初回のプレス加工を行っている状態を示すプレス加工装置の断面説明図である。 ２回目のプレス加工を行っている状態を示すプレス加工装置の断面説明図である。 加工具を第２加工ワークから退避させた状態を示すプレス加工装置の断面説明図である。 貫通孔の位置に合わせて加工具が水平方向に移動した状態を示す断面説明図である。

以下、本発明に係るプレス加工装置について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施の形態に係るプレス加工装置１０は、鋼板（ワーク）Ｗに初回のプレス加工を行った後に、追加（２回目）のプレス加工（孔開け加工、切断加工）を行い所定温度まで冷却する（焼入れする）ためのものである。なお、以下の説明では、初回のプレス加工済みのワークＷを第１加工ワークＷ１と称し、２回目のプレス加工済みのワークＷを第２加工ワークＷ２と称することがある。

図１に示すように、プレス加工装置１０は、ワークＷ（第１加工ワークＷ１）に加工を行う加工装置本体１２と、該加工装置本体１２を制御する制御部１４とを備える。

加工装置本体１２は、下型（第１の型）１６と、前記下型１６の上方に配置された上型（第２の型）１８とを有する。下型１６には、ベースとなる固定台２０と、前記固定台２０に設けられた雄型からなるパンチ部２２と、前記パンチ部２２の外側に配置されてワークＷの一部を支持する環状のブランクホルダ２４と、前記ブランクホルダ２４に固定された複数（図では２本）のピン２６、２６とが設けられている。

固定台２０には、前記複数のピン２６、２６が挿通する複数の挿通孔２８、２８が形成されている。また、固定台２０のうちブランクホルダ２４と対向する部位には、一対の突起部３０、３０が形成されている。

パンチ部２２は、上型１８を構成する後述するダイ部４８と共にワークＷを挟んでプレス加工するものであって、その外面には、前記ワークＷの下面に当接する型面２２ａが形成されている。前記型面２２ａには、後述する加工具５２が挿入可能な逃げ穴３２が開口しており、該開口部の縁部には切刃３４が設けられている。

ブランクホルダ２４に固定される複数のピン２６、２６は、図示しない移動機構に接続されており、該移動機構の作用によって、ブランクホルダ２４が昇降可能となっている。ブランクホルダ２４には、ワークＷが載置される載置面２４ａが形成されており、該載置面２４ａの外側の縁部には切刃３６が設けられている。ブランクホルダ２４の下面には、上述した突起部３０、３０に当接可能な一対のストッパ部３８、３８が形成されている。

上型１８は、スライダ４０と、前記スライダ４０を上下方向に案内する一対のレール４２、４２と、前記スライダ４０を駆動する駆動源４４と、前記スライダ４０に設けられた基部４６と、前記基部４６に対してシリンダ機構（付勢手段）５０を介して支持された雌型からなるダイ部（パッド）４８と、ワークＷに対して孔開け加工するための加工具５２と、前記基部４６に設けられて前記加工具５２を支持する支持部材５４とを有する。

基部４６は、スライダ４０の下面に固定される板状の固定部５６と、前記固定部５６の縁部から下方に延在する筒状の延在部５８とを含む。前記延在部５８の下端面における内側の縁部には切刃６０が設けられている。この切刃６０と上述したブランクホルダ２４に設けられた切刃３６とでワークＷの不要な部分が切断（カット）される（図７参照）。

ダイ部４８は、延在部５８の内側の空間に収容されている。これにより、該空間以外の場所にダイ部４８を配置した場合と比較してプレス加工装置１０をコンパクトに構成することができる。ダイ部４８は、下型１６を構成するパンチ部２２と共にワークＷを挟んでプレス加工するものであって、板状に形成された分厚いダイ部本体６２と、ダイ部本体６２の縁部から下方に突出する環状のホルダ部６４とを含む。ダイ部本体６２には、加工具５２が貫通する貫通孔６６が形成されている。ダイ部本体６２の下面は、ホルダ部６４の内側面に終端する。そして、ダイ部本体６２の下面とホルダ部６４の内側面とで前記ワークＷの上面に当接する型面４８ａが形成される。この型面４８ａは、上述した型面２２ａと対応した形状となっている。

ホルダ部６４は、ブランクホルダ２４と共にワークＷを挟持して該ワークＷをプレスする際にしわの発生及び位置ずれ等を防止するためのものである。従って、ホルダ部６４の下端面は、ワークＷに対して型面４８ａよりも先行して当接する。なお、ホルダ部６４の外側面は、延在部５８の内側面に摺接している。これにより、基部４６とダイ部４８を相対移動させた際に、延在部５８がぶれることを好適に抑えることができる。よって、延在部５８の切刃６０による第１加工ワークＷ１の切断精度を向上させることができる。

シリンダ機構５０は、一対のシリンダ部７０、７０と、各シリンダ部７０に流体を供給する第１流体供給部７２及び第２流体供給部７４とを有する。

各シリンダ部７０は、例えば、油圧シリンダとして構成されるものであって、固定部５６の下面に固着されたシリンダ本体７６と、上下方向に移動可能な状態でシリンダ本体７６内に収容されたピストン７８と、前記ピストン７８と一体的に形成されてダイ部本体６２の上面に固着されたロッド部８０とを含む。

第１流体供給部７２は、各シリンダ部７０において、シリンダ本体７６内に流体を供給してピストン７８を下方に付勢する。一方、第２流体供給部７４は、各シリンダ部７０において、シリンダ本体７６内に流体を供給してピストン７８を上方に付勢する。

図２に示すように、加工具５２は、例えば、工具鋼で構成されており、上下方向に延在した円柱状の加工具本体８２と、前記加工具本体８２の後端に一体的に設けられた円板状のフランジ部８４（図３参照）とを有する。加工具本体８２の長さは、ダイ部本体６２の厚みよりも長く設定されている。加工具本体８２の下端面の縁部には切刃８６が設けられている。この切刃８６とパンチ部２２に設けられた切刃３４とで孔開け加工が可能となる（図７参照）。

支持部材５４は、フランジ部８４の上面（加工具５２の後端面）と固定部５６の下面の間に介設された複数の転動体８８…８８と、前記複数の転動体８８…８８と前記フランジ部８４を収納するハウジング９０とを含む。各転動体８８は球状に形成されており、これにより、スライダ４０の移動方向と直交する方向（水平方向）に自在に転動可能となっている。また、各転動体８８は、耐荷重性に優れた材料、例えば、鋼（高炭素クロム鋼やステンレス鋼）等の材料で構成される。孔開け加工時に加工具５２から受ける荷重により転動体８８が変形してしまうことを防止するためである。

ハウジング９０は、固定部５６の下面から下方に延びた円筒部９２と、円筒部９２の下端から内方に延在してフランジ部８４の下面に接触する鍔部９４と備える。

円筒部９２の内径ｄ１は、フランジ部８４の外径ｄ２よりも大きく形成される（図３参照）。つまり、円筒部９２とフランジ部８４の間には適度な隙間Ｓ１が形成されている。前記内径ｄ１と前記外径ｄ２との差（ｄ１−ｄ２：第１径差）は、転動体８８の直径よりも小さく形成され、好ましくは、転動体８８の半径よりも小さく形成される。転動体８８が前記隙間Ｓ１に嵌まることを好適に抑えることができるからである。なお、図２〜図４等は、理解を容易にするために、前記隙間Ｓ１及び後述する隙間Ｓ２を誇張して示している。

なお、前記第１径差は、任意に設定可能である。特に、例えば、フランジ部８４の上面の周縁に転動体８８が前記隙間Ｓ１に移動することを防止するための図示しないストッパ等を設けた場合には、前記第１径差を転動体８８の直径よりも大きく設定しても該転動体８８が前記隙間Ｓ１に嵌まることはない。また、前記隙間Ｓ１を大きく設定しておけば、複数の転動体８８…８８に潤滑剤（グリス）を塗布しても、該潤滑剤が前記隙間Ｓ１に流入して該隙間Ｓ１を閉塞することも抑えられる。

図４に示すように、鍔部９４は、円環状に構成されている。これにより、鍔部９４の中央には、加工具本体８２が挿通する孔９６が設けられることになる。前記孔９６の孔径ｄ３は、加工具本体８２の外径ｄ４よりも大きく形成される。つまり、加工具本体８２と鍔部９４の間には適度な隙間Ｓ２が形成されている。本実施の形態では、前記孔径ｄ３と前記外径ｄ４の差（ｄ３−ｄ４：第２径差）は、前記第１径差と同一の大きさとなっている。なお、前記第２径差は、任意に設定可能であり、例えば、前記第１径差よりも小さくした場合には、加工具５２の水平方向の移動が鍔部９４にて制限されることになる。

図１に示すように、制御部１４は、スライダ制御部９８及び流体供給制御部１００を有する。スライダ制御部９８は、駆動源４４を駆動制御してスライダ４０を上下方向に移動する。流体供給制御部１００は、第１流体供給部７２及び第２流体供給部７４を制御する。

次に、以上のように構成されるプレス加工装置１０を用いたプレス加工方法について図１、図５〜図８を参照しながら説明する。

先ず、初期設定を行う（図５のステップＳ１）。つまり、ブランクホルダ２４とスライダ４０を初期位置（図１に示す状態）にセットすると共に、流体供給制御部１００は第１流体供給部７２を制御してシリンダ本体７６、７６内の圧力をプレス圧よりも大きくする。ここで、プレス圧とは、初回のプレス加工時にワークＷに作用させる圧力のことを言い、予め設定されて制御部１４に記憶されている。なお、第２流体供給部７４からのシリンダ本体７６、７６内への流体の供給は行わない。但し、第２流体供給部７４からシリンダ本体７６、７６にプレス圧よりも低い圧力の流体を供給しておいてもよい。この場合、ダイ部４８の自重等によるシリンダ部７０、７０の負荷を少なくすることができる。

続いて、前工程において例えば、加熱炉内で所定温度に加熱された未加工のワークＷをブランクホルダ２４の載置面２４ａに載置する（ステップＳ２）。なお、前記ワークＷの冷却は、前記加熱炉から取り出された時から開始される。

その後、初回のプレス加工を行う（ステップＳ３）。具体的には、スライダ制御部９８は、駆動源４４を駆動してスライダ４０を下降する。スライダ４０が下降すると、ホルダ部６４がワークＷの上面に当接し、該ワークＷがホルダ部６４とブランクホルダ２４により挟持される。そして、スライダ４０がさらに下降すると、ブランクホルダ２４がホルダ部６４に押されて下降し、次第にダイ部４８とパンチ部２２によってワークＷが所定形状にプレスされ、第１加工ワークＷ１が形成されるに至る（図６参照）。

また、ステップＳ３の段階で、第１加工ワークＷ１はパンチ部２２及びダイ部４８に接触する。これにより、該第１加工ワークＷ１の熱が前記パンチ部２２及前記ダイ部４８に拡散（放熱）されるので、ステップＳ３を境に第１加工ワークＷ１の冷却速度は大きくなる。よって、前記パンチ部２２及び／又は前記ダイ部４８の材質やワークＷ（第１加工ワークＷ１）との接触面積等を調整することで、該ワークＷを焼入れすることが可能になる。この場合、高強度の加工品を得ることができる。

次に、２回目のプレス加工を行う（ステップＳ４）。具体的には、スライダ制御部９８は、駆動源４４を駆動してスライダ４０をさらに下降することにより、基部４６をダイ部４８に対して相対的に下降させる。その結果、加工具５２の切刃８６とパンチ部２２の切刃３４により第１加工ワークＷ１に孔開け加工（ピアス加工）が施されると共に、延在部５８の切刃６０とブランクホルダ２４の切刃３６により第１加工ワークＷ１の余分な部位が切断され、第２加工ワークＷ２が形成されるに至る（図７参照）。なお、この際、シリンダ圧は、ピアス加工時にワークＷ（第１加工ワークＷ１）を押さえるのに十分な圧力となっている。必要であれば、流体供給制御部１００が第１流体供給部７２及び第２流体供給部７４を制御してもよい。このことは、後述するステップＳ５及びステップＳ６においても同様である。

続いて、第２加工ワークＷ２から加工具５２を退避させる（ステップＳ５）。具体的には、スライダ制御部９８は、駆動源４４を駆動してスライダ４０を上昇させることにより、基部４６を上昇させる（図８参照）。

その後、スライダ制御部９８は、第２加工ワークＷ２に所定の保持圧が作用するように駆動源４４を制御するとより好ましい（ステップＳ６）。そうすることで、第２加工ワークＷ２の熱歪みを好適に抑えることができるからである。

そして、第２加工ワークＷ２が所定温度に到達した後に、ダイ部４８を第２加工ワークＷ２から退避させる（ステップＳ７）。この段階で本実施の形態に係るプレス加工装置１０を用いたプレス加工が終了する。

ところで、上述したプレス加工では、初回のプレス加工において、加熱されたワークＷにダイ部４８を押さえつけるため、該ワークＷからの熱によりダイ部４８が熱膨張する。ダイ部４８が熱膨張すると、該ダイ部４８に形成されている貫通孔６６が固定部５６に対して水平方向に変位することがある。

そして、図９に示すように、本実施の形態に係るプレス加工装置１０によれば、加工具５２が水平方向に移動可能な状態で支持部材５４により支持されているので、固定部５６に対して貫通孔６６が水平方向に変位すると、加工具５２は、貫通孔６６の孔壁面に押されて水平方向に移動する。つまり、加工具５２は、貫通孔６６の位置に合わせて移動する。これにより、加工具５２とダイ部４８との干渉を回避することができるので、加工具５２の切刃８６の磨耗やダイ部４８の破損を好適に抑えることができる。よって、加工具５２による第１加工ワークＷ１の孔開け加工を確実且つ高精度に行うことができる。

また、本実施の形態に係るプレス加工装置１０では、フランジ部８４の上面と固定部５６の下面との間に複数の転動体８８…８８を介設しているので、フランジ部８４の上面を固定部５６の下面に直接接触させる場合と比較して、加工具５２の移動を円滑に行うことができる。

さらに、ハウジング９０を構成する鍔部９４をフランジ部８４の下面に接触させているので、加工具５２の上下方向への移動を規制することができる。これにより、加工具５２の上下方向のガタツキが抑えられるので、該加工具５２の孔開け加工を一層確実且つ高精度に行うことが可能となる。

本実施の形態に係るプレス加工装置１０は、上記の構成に限定されない。例えば、付勢手段としては、上述したシリンダ機構５０以外の駆動源（ピエゾ素子等）やばね等の弾性部材等を用いてよい。

本発明は、上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、フランジ部８４の下面と鍔部９４の上面の間に複数の転動体を介設してもよい。これにより、加工具５２を一層円滑に移動させることが可能となる。

また、ブランクホルダ２４の内部とパンチ部２２の内部には、冷却水等の冷媒が流通する冷媒流路が形成されていてもよい。この場合、ワークＷ（第１加工ワークＷ１、第２加工ワークＷ２）の冷却速度を速めることができる。

本発明に係るプレス加工装置は、第１の型と第２の型が上下方向に近接離間可能に配設されている例に限らず、例えば、前記第１の型と前記第２の型を９０度傾けて水平方向に近接離間可能に配設して構成して構わない。

１０…プレス加工装置 １４…制御部
１６…下型 １８…上型
２２…パンチ部 ２４…ブランクホルダ
４０…スライダ ４６…基部
４８…ダイ部（パッド） ５２…加工具
５４…支持部材 ６６…貫通孔
８２…加工具本体 ８４…フランジ部
８８…転動体 ９０…ハウジング
Ｗ…ワーク Ｗ１…第１加工ワーク
Ｗ２…第２加工ワーク

Claims (3)

1. 加熱されたワークを加工するプレス加工装置であって、
   前記ワークに対して進退する基部と、
   前記基部に設けられて前記ワークを押さえるパッドと、
   前記基部に設けられて前記パッドを貫通し、前記ワークを加工する加工具と、
   前記加工具を、前記基部の進退方向と直交する方向に移動可能に支持する支持手段と、
   を備えることを特徴とするプレス加工装置。
2. 請求項１記載のプレス加工装置において、
   前記支持手段は、前記加工具の後端面と前記基部表面との間に介設される転動体を有することを特徴とするプレス加工装置。
3. 請求項２記載のプレス加工装置において、
   前記支持手段は、前記基部に固定されて該基部に対する進退方向への前記加工具の移動を規制すると共に、前記加工具の後端側を囲繞して前記転動体を収納するハウジングを有することを特徴とするプレス加工装置。

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