JP2020019065A - 鍛造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造加工時にワークに大きな捩じり力を与えることができ、材料の流動性を向上させることによる大きな塑性変形により、装置の小型化が可能な技術を提供する。【解決手段】鍛造装置１は、上型パンチ１２と下型２２とによりワークＷを鍛造加工する鍛造装置１である。鍛造装置１は、回転駆動力を発生する駆動力発生部３０と、上型パンチ１２の移動方向に対し直交する方向における下型２２の最大寸法よりも長い直径を有し、外周において回転駆動力を受けて回転し、当該回転により下型２２を回転させる支持テーブル２１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鍛造時に素材にねじり加工を加える鍛造装置に関する。

従来より被加工材であるワークにねじりを加えながら鍛造加工をする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された押出し加工方法では、コンテナまたはダイスを回転させながら押出し加工を行っている。

特許第４３０５１５１号公報

しかし、従来の技術では、効率的にコンテナまたはダイスを回転させておらず、ワークに大きな捩じり力を与えることは困難であった。このため、加工中の材料の流動性があまり良くなかった。従って、ワークを所望の形状まで加工するためには、大きなプレス圧が必要であり、装置自体の大型化を招いていた。

そこで本発明は、鍛造加工時にワークに大きな捩じり力を与えることができ、単相及び複相合金材料の組織微細化による流動性を向上させることによる大きな塑性変形により、装置の小型化と低価格化が可能な技術を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の一態様である鍛造装置は、上型と下型とによりワークを鍛造加工する鍛造装置であって、回転駆動力を発生する駆動力発生部と、前記上型の移動方向に対し直交する方向における前記下型の最大寸法よりも長い直径を有し、外周において前記回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させる回転部と、を備える。

また、前記駆動力発生部は、インバータモータと、前記インバータモータの回転駆動力を出力する出力ギヤとを有し、前記回転部は、前記下型を支持し、前記外周に前記出力ギヤと直接噛合する伝達ギヤを有し、前記インバータモータの回転駆動力が、前記出力ギヤを介して、前記伝達ギヤに伝達されることにより、前記回転部と前記下型とが一体的に回転するように構成されても良い。

前記上型に接続され前記上型を移動させる油圧シリンダ、前記油圧シリンダに作動油を供給するポンプ、および前記ポンプを駆動するサーボモータを有する上型駆動部を更に備え、前記駆動力発生部は、インバータモータを有し、前記回転部は、前記インバータモータの回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させても良い。

本発明によれば、鍛造加工時にワークに大きなねじり力を与えることができ、材料の流動性を向上させることによる大きな塑性変形により、装置の小型化が可能な技術を提供することができる。

本発明の実施形態に係る鍛造装置の概略図を示す。 （ａ）は、ねじり鍛造前の材料の組織を示す図であり、（ｂ）は、ねじり鍛造後の材料の組織を示す図である。

本発明の一実施形態による鍛造装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における鍛造装置１の概略図を示している。図１に示すように、鍛造装置１は、制御部２と、上型部１０と、下型部２０と、駆動力発生部３０と、下型台４０とを備える。なお、鍛造装置１は、有底筒状体を形成するための後方押出しおよび前方押し出し装置であり、鍛造装置１により加工されるワークＷは、例えば、マグネシウム合金からなる。

上型部１０は、図示せぬフレームに固定された上型駆動部１１と、上型である上型パンチ１２とを有する。上型駆動部１１は、例えば、上型パンチ１２に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成される。すなわち、上型パンチ１２は、サーボモータ駆動の油圧プレスにより移動制御が行われる。上型パンチ１２は、円柱状をなし、上型駆動部１１により鉛直方向に移動可能に構成されている。

下型部２０は、上型部１０の下側に位置し、支持テーブル２１と、下型２２と、ピン駆動部２３と、ノックアウトピン２４とを有する。

支持テーブル２１は、平面視略円形状をなし、下型台４０に対し回転可能に設けられている。支持テーブル２１の外周には、平歯車である伝達ギヤ２１Ａが形成されている。また、支持テーブル２１の中心部には、ノックアウトピン２４を貫通させるための貫通孔２１ｂが形成されている。

下型２２は、支持テーブル２１の上面に対し図示せぬボルトにより固定され、支持テーブル２１と共に一体的に回転可能に構成されている。また、下型２２は、平面視略矩形状をなし、その対角線の長さは支持テーブル２１の直径よりも短く構成されている。すなわち、支持テーブル２１は、上型パンチ１２の移動方向に対し直交する方向における下型２２の最大寸法よりも長い直径を有する。

下型２２の中心部には、円柱状の成形凹部２２ａが形成されている。成形凹部２２ａの内径は、上型パンチ１２の外径よりも大きく構成され、上型パンチ１２は、成形凹部２２ａに進入可能に構成される。また、成形凹部２２ａの底部には、ノックアウトピン２４を挿通させ、貫通孔２１ｂと連通する貫通孔２２ｂが形成されている。また、下型２２は、図示せぬヒータにより加熱可能に構成されている。なお、成形凹部２２ａの中心軸と支持テーブル２１の回転軸とが同軸となるように、下型２２は支持テーブル２１に固定される。

ピン駆動部２３は、例えば、ノックアウトピン２４に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成される。ノックアウトピン２４は、貫通孔２１ｂ、２２ｂに挿入され、ピン駆動部２３によりに鉛直方向に移動可能に構成されている。

駆動力発生部３０は、インバータモータ３１と、インバータモータ３１の回転駆動力を出力する出力ギヤ３２とを有する。平歯車である出力ギヤ３２は、伝達ギヤ２１Ａに噛合されている。

制御部２は、配線３を介して、上型駆動部１１、ピン駆動部２３、およびインバータモータ３１を制御する。

回転支持台である下型台４０は、図示せぬフレームに固定され、支持テーブル２１を回転可能に支持し、支持凹部４０ａが形成されている。支持凹部４０ａは、支持テーブル２１の下方に突出する凸部２１Ｃを受け入るように構成されている。支持凹部４０ａの底面と、凸部２１Ｃの下面との間に隙間が形成され、当該隙間には、耐荷重性能が高い油４２が充填されている。よって、支持テーブル２１は、油４２に浮いた状態で、下型台４０に回転可能に支持されている。

下型台４０の中心部には、ノックアウトピン２４を貫通させるための貫通孔４０ｂが形成されている。ノックアウトピン２４と、貫通孔４０ｂの内周面との間には、パイプスリーブ４１が設けられている。下型台４０のパイプスリーブ４１に接触する箇所、および凸部２１Ｃに接触する箇所には、パッキン４３が設けられており、油４２を密封している。

次に、ワークＷを鍛造加工する際の鍛造装置１の動作について説明する。

まず、下型２２の成形凹部２２ａにマグネシウム合金からなる円柱状のワークＷをセットし、且つ下型２２を図示せぬヒータにより例えば２９０℃まで加熱する。

次に、制御部２により、上型駆動部１１を駆動させて、上型パンチ１２を下降させると共に、インバータモータ３１を駆動させて、出力ギヤ３２を回転させ、伝達ギヤ２１を介して、支持テーブル２１を回転させる。そして、支持テーブル２１の回転により、下型２２もする。すなわち、下型２２の回転は、インバータモータ３１によりインバータ制御される。

そして、上型パンチ１２が、ワークＷの中央部を上側からプレスすることにより、ワークＷの外周面および下面が下型２２に押しつけられる。下型２２が回転しているので、ワークＷに対し捩じり力（回転力）が加わりながら、後方押出しおよび前方押し出しが行われ、有底筒状体が形成される。上型パンチ１２が下死点に到達しても下型２２は一定時間回転を続け、その後に制御部２は上型パンチ１２を上昇させ、上型パンチ１２を下型２２から離間させる。また、インバータモータ３１の回転を停止させて、下型２２の回転を停止させる。

次に、制御部２は、ピン駆動部２３を駆動させ、ノックアウトピン２４を上昇させて、有底筒状体を下型２２から離型させる。

また、出力ギヤ３２を伝達ギヤ２１Ａに対し直接噛合させて、回転駆動力を伝達しているので、確実に回転駆動力を支持テーブル２１に与えることができ、大きなトルクを発生させることができる。

また、上型駆動部１１は、上型パンチ１２に接続される油圧シリンダと、油圧シリンダに作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するサーボモータとにより構成され、駆動力発生部３０は、インバータモータ３０により構成される。よって、制御部２により、上型パンチ１２を上型駆動部１１により適宜制御（圧力制御（定圧制御）および位置制御（定速制御））し、下型２２を駆動力発生部３０により適宜制御（回転速度制御）することにより、ワークＷの材質および加工形状に応じた最適な加工条件で鍛造加工を実行することができる。

また、下型２２を支持する支持テーブル２１は、油４２に浮いた状態で、下型台４０に回転可能に支持されているので、支持テーブル２１と下型台４０との間に発生する摩擦抵抗力を小さくすることができ、支持テーブル２１を回転しやすくすることができる。

本実施形態の鍛造装置１によれば、下型２２を支持する支持テーブル２１は、上型パンチ１２の移動方向に直交する方向における下型２２の最大寸法よりも長い直径を有し、外周に形成された伝達ギヤ２１Ａが、インバータモータ３１の回転駆動力を受けて回転し、当該回転により下型２１を回転させる。よって、大きなトルクを発生させることができ、下型２２の成形凹部２２ａに位置するワークＷに対し、大きなねじり力を与えることができる。すなわち、ワークＷには鍛造加工により加わる応力に加え大きなねじり力が加わる。特に、鍛造加工の下死点に於いてもねじり力によりせん断変形を付与することができる。これにより、ねじり鍛造加工前後の材料の組織写真を示す図２に示すように、材料の結晶粒を微細化させ流動性を向上させることができ、加工に必要なプレス圧を減少させることができる。従って、鍛造装置１の小型化および低価格化を実現することができる。さらに、短時間に大きなせん断変形を付与することができるので、所望の最終部品形状に近いニアネットシェイプ化が可能となり、生産性を向上させることができる。本実施形態の鍛造装置１では、薄肉の有底円筒部品を形成することができる。更には、低加工性材料の材質改善と高加工性化も図る事が出来る。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。

例えば、駆動力発生部３０から支持テーブル２１への回転駆動力の伝達は、ギヤを直接噛合させて行ったが、駆動ベルトまたは駆動チェーンを介して、駆動力発生部３０と支持テーブル２１とを連結して、回転駆動力を伝達するようにしても良い。また、出力ギヤ３２および伝達ギヤ２１Ａは、平歯車であったが、はすば歯車又は他の歯車であっても良い。また、ワークＷは、マグネシウム合金以外の金属またはその合金（単相または複相合金材料）であっても良い。

また、上記の実施形態では、鍛造を行う方向すなわち上型パンチ１２が移動する方向は鉛直方向であり、下型２２を水平面に対し平行に回転させたが、上型パンチ１２を水平方向に移動させて、下型２２を鉛直面に対し平行に回転させてねじり鍛造を行っても良い。

１：鍛造装置、１２：上型パンチ、２１：支持テーブル、２１Ａ：伝達ギヤ、２２：下型、３０：駆動力発生部、３１：インバータモータ、３２：出力ギヤ、４０:下型台、凹部:４０ａ、４２:油

Claims (4)

1. 上型と下型とによりワークを鍛造加工する鍛造装置であって、
   回転駆動力を発生する駆動力発生部と、
   前記上型の移動方向に対し直交する方向における前記下型の最大寸法よりも長い直径を有し、外周において前記回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させる回転部と、を備える、鍛造装置。
2. 前記駆動力発生部は、インバータモータと、前記インバータモータの回転駆動力を出力する出力ギヤとを有し、
   前記回転部は、前記下型を支持し、前記外周に前記出力ギヤと直接噛合する伝達ギヤを有し、
   前記インバータモータの回転駆動力が、前記出力ギヤを介して、前記伝達ギヤに伝達されることにより、前記回転部と前記下型とが一体的に回転するように構成された請求項１に記載の鍛造装置。
3. 前記上型に接続され前記上型を移動させる油圧シリンダ、前記油圧シリンダに作動油を供給するポンプ、および前記ポンプを駆動するサーボモータを有する上型駆動部を更に備え、
   前記駆動力発生部は、インバータモータを有し、
   前記回転部は、前記インバータモータの回転駆動力を受けて回転し、当該回転により前記下型を回転させる請求項１に記載の鍛造装置。
4. 前記回転部を回転可能に支持する回転支持台を更に有し、
   前記回転支持台には、油を収容するための凹部が形成され、前記回転部は、前記油に浮いた状態で前記回転支持台に回転可能に支持される請求項１に記載の鍛造装置。
   

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