JP6299781B2 - プレス加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークのプレス成形と、該プレス成形に続く当該ワークの二次加工とを連続的に行なうプレス加工装置に関する。

加熱したワーク（鋼板）を型で成形しながら急冷することで、焼入れされたプレス成形品を得るホットプレス（ダイクエンチ）は一般に知られている。このホットプレスで得られる成形品は、焼入れによって硬度が高くなっているため、後工程でトリミングやピアッシング等の二次加工を行なうことが難しくなる。

これに対して、ワークのホットプレスと二次加工を同じプレス加工装置で行なうことは知られている。例えば、特許文献１には、プレス加工装置の上型ホルダーに、ワークに鉛直方向（プレス方向）の貫通孔を形成する第１加工部、ワークの外周縁部を切除する第２加工部、並びにワークに傾斜方向の貫通孔を形成する第３加工部を別個に入れ子方式で設け、各々を油圧シリンダで駆動することが記載されている。

特開２０１２−０９１２０７号公報

しかし、特許文献１のように、独立して動作する複数の二次加工部をそれぞれ入れ子として設ける場合、各加工具（抜き刃）を下型に対して精度良く位置決めするためには、その各々にガイド機構を設ける必要がある。そのため、適切な位置に入れ子をレイアウトすることが難しくなり、従って、加工具の動作軌跡の精度を保証することが困難になる。その結果、例えば、抜き加工において適正なクリアランスを保証することが困難になり、バリの発生を招いて、得られるプレス成形品の品質が悪化する。そして、各入れ子を適切な位置に配置しようとすると、金型全体のサイズを拡大しなければならなくなる。

これに対して、図５に参考例を示すように、複数の二次加工具Ａを個々に入れ子構造にするのではなく、上型Ｂを保持する上型ホルダＣとは別に二次加工用の可動ホルダＤを設け、この可動ホルダＤに複数の二次加工具Ａを支持することが考えられる。この場合、油圧シリンダＥの取付プレートＦをプレス機のラムＧに固定し、可動ホルダＤを油圧シリンダＥによって駆動することになる。このようにすれば、複数の二次加工具Ａを個々に入れ子構造にする場合に比べて、ガイド機構は少なくなる。

しかし、その場合でも、ボルスタＨに固定された下型ホルダＩに対する上型ホルダＣの昇降ガイド機構Ｊ（ラムＧを水平状態で昇降させるために必須の機構）とは別に、二次加工用の可動ホルダＤの昇降をガイドする機構Ｋは必要であるから、金型全体のサイズが大きくなる。また、当該ガイド機構Ｋによる各二次加工具Ａの位置精度を保証するためには、可動ホルダＤの剛性を高くする必要があり、そのために、金型全体のサイズがさらに拡大することになる。さらに、可動ホルダＤが落下しないように、該可動ホルダＤを上型ホルダＣに押し付けるリターンスプリングも別に必要になる。

また、ワークＷの二次加工の際には各二次加工具Ａの背後で力を受ける必要がある。しかし、多数の油圧シリンダＥを前後左右に一定間隔で配置できるようにした汎用の取付プレートＦを利用する場合、二次加工具Ａを最適な位置に設けようとしても、その背後の適切な位置に油圧シリンダＥが配置されないケースが出てくる。すなわち、二次加工具Ａの配置（レイアウト）が取付プレートＦに設定されている油圧シリンダＥの取付位置によって制約を受ける。

さらに、二次加工具Ａの背後に位置する一部の油圧シリンダＥで二次加工を担うから、二次加工に必要な推力を確保するために、大径の油圧シリンダを採用しなければならなくなる。それは、二次加工具Ａの駆動に必要な油圧シリンダの作動油量が多くなることを意味する。そのため、作動油の流速が過度に上昇しないように、油圧シリンダに接続する作動油管の管径を大きくせざるを得ず、その配管の自由度も低下する。

このような問題は、ホットプレス（熱間プレス成形）に限らず、ワークのプレス成形と二次加工を同じプレス加工装置で行なうときは、冷間プレス成形であっても、同様に出てくる問題である。

そこで、本発明は、ワークのプレス成形と当該ワークの二次加工とを連続的に行なうプレス加工装置において、金型全体のサイズの拡大を抑えながら、ワークに対する二次加工具の位置決め精度の向上を図ることを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するために、プレス機のラムにガイド機構を介して昇降プレートを昇降自在に支持し、この昇降プレートに複数の二次加工具を支持するホルダを固定するようにした。

ここに開示するプレス加工装置は、ワークのプレス成形と、該プレス成形に続く当該ワークの二次加工とを行なう装置であって、
プレス機のラムの下降によって上記ワークをプレス成形する上型及び下型と、
各々上記ワークの二次加工をする複数の二次加工具と、
上記ラムにガイド機構を介して昇降自在に支持され、背部に配置された液圧シリンダによって駆動される昇降プレートと、
上記昇降プレートの下面に重ね合わせ状態にして固定され、該昇降プレートと共に昇降する上ホルダとを備え、
上記上ホルダに上記複数の二次加工具が設けられており、
さらに、上記下型は、上記プレス機のボルスタに固定された下ホルダに支持され、
上記上ホルダと上記下ホルダの間に、上記上ホルダの昇降をガイドする第２のガイド機構が設けられており、
上記液圧シリンダの作動により、上記上ホルダが上記上型に対して相対的に下降して上記ワークの二次加工が行なわれることを特徴とする。

このプレス加工装置では、上ホルダをラムに固定せず昇降プレートに固定し、上ホルダがラムに対して昇降するようにしているが、昇降プレートの昇降をガイド機構でガイドするから、この昇降プレートに固定された上ホルダの昇降が安定したものになる。よって、上ホルダに設けられた二次加工具の昇降が安定し、ワークに対する二次加工具の位置決め精度を高める上で有利になる。

また、昇降プレートが上ホルダに重ねられているから、該昇降プレートが上ホルダの補強となる。従って、上ホルダ自体の剛性を高めなくても、二次加工具同士の相対位置が狂うことが避けられる。すなわち、昇降プレートによる上ホルダの補強によって各二次加工具の位置精度が保証される。

ラムが昇降するとき、該ラムにガイド機構を介して支持された昇降プレート及び上ホルダがラムと一体になって昇降するが、下ホルダに対する上ホルダの昇降が第２のガイド機構によってガイドされるため、ラム、昇降プレート及び上ホルダの一体となった昇降が安定する。よって、この上ホルダに設けられた二次加工具のワークに対する位置決め精度が高くなる。
そうして、上ホルダをその剛性アップのために大型化する必要がなく、ガイド機構も少なくて済むため、金型全体が大型化することを避けることができる。

好ましい実施形態では、上記昇降プレートは、該プレートの背部に配置された複数の液圧シリンダによって駆動される。

二次加工の際の力は上ホルダを介して昇降プレート全体で受けられる。従って、二次加工に必要な推力は、個々の二次加工具の背部に配置された一部の液圧シリンダが担うのではなく、昇降プレートの背部に配置した全ての液圧シリンダによって分担されることになる。よって、昇降プレートにおける液圧シリンダの位置によって二次加工具の配置が制約を受けることがなくなる。つまり、二次加工具の配置に関する設計の自由度が大きくなる。

また、二次加工に必要な推力が昇降プレート背部の全ての液圧シリンダで分担されるということは、各液圧シリンダが担う推力が小さくなることを意味する。従って、各液圧シリンダのシリンダ径を小さくすることができる。よって、昇降プレート及び上ホルダに貫通孔を設け、該貫通孔にロッドを通してラムの下降力を上型に伝える場合において、液圧シリンダと貫通孔を干渉しないようにレイアウトすることが容易になる。また、液圧シリンダを細かいピッチで縦横に並べることができるため、液圧シリンダの推力で昇降プレート及び上ホルダを下降させるとき、この昇降プレート及び上ホルダがたわみにくくなる。よって、この昇降プレート及び上ホルダの剛性を下げる（例えば、板厚を薄くする）ことができる。また、そのシリンダ径が小さくなるため、作動油圧を下げることができ、従って、油圧配管及びその他の油圧設備の耐圧性能を下げることができる。

好ましい実施形態では、上記上型は、上記上ホルダに、第３のガイド機構を介して相対的に昇降するように支持されている。これにより、上述の如く昇降プレートによって補強され、且つ該昇降プレートのガイド機構によって安定的に昇降する上ホルダが基準となって、下型に対する上型の昇降がガイドされることになるから、ワークのプレス成形精度の確保に有利になる。

上記二次加工具としては、例えば、上記ワークのトリミング、ピアッシング、バーリング、ベンディング又はコイニングを行なう加工具があげられる。

上記上型及び下型が、加熱された上記ワークのプレス成形と、該プレス成形がされた当該ワークの焼入れのための冷却とを行なうホットプレス型であるケースでは、上記二次加工具として、少なくとも上記ワークのトリミングを行なうトリム加工具を備えていることが好ましい。ワークの焼入れによってワークの硬度が高くなる前にトリミングを実施するものである。

本発明によれば、プレス機のラムの下降によってワークをプレス成形する上型及び下型と、該ワークの二次加工をする複数の二次加工具と、上記ラムにガイド機構を介して昇降自在に支持され液圧シリンダによって駆動される昇降プレートと、該昇降プレートの下面に重ね合わせ状態にして固定され、該昇降プレートと共に昇降する上ホルダとを備え、該上ホルダに上記複数の二次加工具が設けられており、さらに、上記下型は、上記プレス機のボルスタに固定された下ホルダに支持され、上記上ホルダと上記下ホルダの間に上記上ホルダの昇降をガイドする第２のガイド機構が設けられており、上記液圧シリンダの作動により、上ホルダが上型に対して相対的に下降してワークの二次加工が行なわれるから、金型全体の大型化を招くことなく、ワークに対する二次加工具の位置決め精度を高めることができる。

実施形態に係るプレス加工装置の断面図。 ワークがプレスされた状態を示す同プレス加工装置の断面図。 同ワークが二次加工された状態を示す同プレス加工装置の断面図。 二次加工具が元位置に復帰した状態を示す同プレス加工装置の断面図。 本発明の課題を説明するためのプレス加工装置の参考例の断面図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すプレス加工装置は、プレス機のラム１の下降によってワーク（鋼板）Ｗをプレス成形する上型２及び下型３と、該プレス成形に続いて各々ワークＷの二次加工をする複数の二次加工具４〜７を備えている。本例のプレス加工装置は、加熱したワークＷを上型（ダイ）２及び下型（パンチ）３にて断面ハット形状に曲げ成形するとともに、該成形に続いてワークＷを急冷する。これにより、焼入れされた高張力鋼製プレス成形品が得られる。そして、ワークＷのプレス成形後、急冷硬化する前に、二次加工具４〜７によるワークＷのトリミング（ワーク周縁部の切除）及びピアッシング（孔開け）が行なわれる。

プレス加工装置では、ラム１に一つの昇降プレート８が第１ガイド機構９を介して昇降自在に支持されている。昇降プレート８は、その背部（ラム１と昇降プレート８の間）に配置した複数の液圧シリンダとしての油圧シリンダ１０によって駆動される。この昇降プレート８の下面に一つの上ホルダ１１が重ね合わせ状態にされて固定され、この上ホルダ１１に上記二次加工具４〜７が設けられている。油圧シリンダ１０には各種の油圧制御弁を備えた油圧回路が設けられている。

上ホルダ１１は、プレス機のボルスタ１２に固定した下ホルダ１３に対して、第２ガイド機構１４によって昇降がガイドされている。

上型２は、上ホルダ１１に対して、第３ガイド機構１５を介して相対的に昇降自在に支持されている。下型３は下ホルダ１３に固定されている。

以下、プレス加工装置を構成する各要素を具体的に説明する。

昇降プレート８は、多数の油圧シリンダ１０を前後左右に一定間隔をおいて配置することができるようにした汎用プレートであり、ラム１に固定した支持部材２１にリターンスプリング２２を介して受けられている。昇降プレート８は、油圧シリンダ１０の作動（圧油（作動油）の供給）によって下降し、油圧シリンダ１０への圧油の供給が解除されると、リターンスプリング２２の付勢によって上昇する。昇降プレート８の側面には支持部材２１の縦面を摺動するスライダ２３が固定されている。昇降プレート８は、スライダ２３が支持部材２１の縦面を摺動することによって、ラム１に対して平行を保って昇降する。ラム１の支持部材２１と昇降プレート８のスライダ２３によって第１ガイド機構９が構成されている。この第１ガイド機構９は、昇降プレート８の周辺部の複数箇所に設けられている。

上ホルダ１１は、上板部１１ａ、この上板部１１ａより上型２の両側を下方に延びる延設部１１ｂ，１１ｃ、並びに、一方の延設部１１ｂの外側に設けられたカムドライバー１１ｄを備えている。昇降プレート８が上ホルダ１１の上板部１１ａに重ね合わされて、該昇降プレート８に上ホルダ１１が固定されている。この上ホルダ１１には、二次加工具として、ワークＷのトリミングを行なうトリム刃４，５と、ワークＷに対して垂直にピアッシングする垂直ピアス刃６と、ワークＷに対して斜めにピアッシングする斜行ピアス刃７とが設けられている。

トリム刃４，５は、上型２の両側を下方に延びる上ホルダ１１の延設部１１ｂ，１１ｃの下端に固定されている。垂直ピアス刃６は、ワークＷの頂部に上方から孔を明けるべく、上ホルダ１１の上板部１１ａに固定されている。斜行ピアス刃７は、ワークＷの側部にその側方から孔を明けるべく、上ホルダ１１の一方の延設部１１ｂにスライド自在に支持されている。この斜行ピアス刃７は、上ホルダ１１のカムドライバー１１ｄの下降力を受けて斜め下方へ前進し、カムドライバー１１ｄが上昇すると、リターンスプリング（図示省略）の付勢によって後退する。

下型３には、ワークＷのトリミングを行なうためのトリム刃４，５に対応する切刃２４，２５が設けられ、垂直ピアス刃６及び斜行ピアス刃７各々に対応するダイス２６，２７が設けられている。

第２ガイド機構１４は、上ホルダ１１に固定したガイドロッド２８と、下ホルダ１３に固定したガイド孔２９とによって構成されている。ガイドロッド２８とガイド孔２９の摺動自在な嵌合により、上ホルダ１１の下ホルダ１３に対する昇降がガイドされる。第２ガイド機構１４は上ホルダ１１の周辺部の複数箇所に設けられている。

第３ガイド機構１５は、上ホルダ１１の延設部１１ｂ，１１ｃの相対する縦面と、上型２の両側面に固定したスライダ３１とによって構成されている。スライダ３１が延設部１１ｂ，１１ｃの縦面を摺動することによって、上ホルダ１１に対する上型２の昇降がガイドされる。上ホルダ１１の延設部１１ｂ，１１ｃには、上型２を支持するとともに、上ホルダ１１に対する上型２の相対的な昇降を許容する支持部材３２が設けられている。なお、延設部１１ｃ側の支持部材３２の図示は省略している。

昇降プレート８と上ホルダ１１には相対する貫通孔が複数形成されており、これらの相対する貫通孔を通してラム１に固定したロッド３３と上型２に固定したロッド３４が相接触している。これにより、ラム１の下降力がロッド３３，３４を介して上型２に伝わるようになっている。

上記プレス加工装置ではプレス成形品の冷却に水冷が採用されている。図示は省略するが、上型２及び下型３各々には冷却水通路が形成され、各々のワークＷを成形する成形面に冷却水の噴出口と冷却水の吸込口が開口している。上型２及び下型３各々の成形面とプレス成形品の間に冷却水を供給することで、プレス成形品を急冷して焼き入れする。なお、上型２及び下型３各々に冷却水通路を形成し、冷却水を噴出させることなく、上型２及び下型３を介してプレス成形品を間接的に水冷することもできる。

−プレス加工装置の作動−
図１に示すように、ワークＷを上型２と下型３の間に搬入した状態でラム１を下降させると、上型２がロッド３３，３４を介してラム１で押されて下降する。これにより、ワークＷは上型２と下型３に挟まれて上向きの凸になるように変形していく。そして、図２に示すように、ワークＷはハット状にプレス成形された状態になる。その状態で、上型２及び下型３への冷却水の供給によるワークＷの冷却が開始される。

図３に示すように、ワークＷのプレス成形に続いて、油圧シリンダ１０への圧油の供給により、上ホルダ１１が昇降プレート８と共に下降する。これにより、トリム刃４，５によってワークＷのトリミングが行なわれるとともに、垂直ピアス刃６及び斜行ピアス刃７によるワークＷのピアッシングが行なわれる（二次加工）。この時点では、ワークＷは冷却の途中段階であって未だ焼入れ硬化していないから、過大な力を要することなく、ワークＷの二次加工を行なうことができる。

次いで、油圧シリンダ１０から圧油をリターンさせると、リターンスプリング２２の付勢によって、図４に示すように、上ホルダ１１が昇降プレート８と共に上昇する。これにより、トリム刃４，５、垂直ピアス刃６及び斜行ピアス刃７が元位置に復帰する。そして、ワークＷの焼入れに必要な冷却水の供給を停止した後、ラム１を上昇させる。これにより、プレス成形及び二次加工が施されたワークＷの取出しが可能になる。

上記プレス加工装置では、上ホルダ１１は、ラム１には固定されておらず、ラム１に対して昇降する。しかし、上ホルダ１１を固定した昇降プレート８の昇降を第１ガイド機構９でガイドするから、上ホルダ１１の昇降は安定したものになる。すなわち、ラム１が昇降するとき、ラム１に昇降プレート８が第１ガイド機構９を介して支持されているから、昇降プレート８及び上ホルダ１１はラム１と一体になって昇降する。そして、下ホルダ１３に対する上ホルダ１１の昇降が第２ガイド機構１４によってガイドされるため、ラム１、昇降プレート８及び上ホルダ１１の一体となった昇降が安定する。よって、この上ホルダ１１に設けられた二次加工具４〜７のワークＷに対する位置決め精度が高くなる。

また、昇降プレート８が上ホルダ１１の上板部１１ａに重ね合わされているから、この昇降プレート８が上ホルダ１１の補強になる。よって、上ホルダ１１自体の剛性を高めなくても、二次加工具４〜７の相対位置が狂うことが避けられる。すなわち、昇降プレート８による上ホルダ１１の補強によって二次加工具２〜７の位置精度が保証される。

また、上ホルダ１１の昇降が、昇降プレート８による補強と第１ガイド機構９及び第２ガイド機構１４によるガイドによって安定するから、この上ホルダ１１に対して第３ガイド機構１５を介して昇降自在に設けられた上型２の昇降も安定する。よって、上ホルダ１１はラム１に固定されていないものの、上型２と下型３によるワークＷのプレス成形精度は確保される。

そうして、上述の如く、上ホルダ１１を昇降プレート８で補強するとともに、その昇降を第１ガイド機構９でガイドし、この上ホルダ１１に上型２及び二次加工具４〜７を支持する構成を採用したから、上ホルダ１１をその剛性アップのために大型化する必要がなく、ガイド機構も少なくて済むため、金型全体が大型化することが避けられる。

また、金型交換においては、昇降プレート８は第１ガイド機構９を介してラム１に支持した状態のままにして、上型２及び二次加工具４〜７を支持する上ホルダ１１を昇降プレート８に対して脱着すればよい。すなわち、第１ガイド機構９によるガイドの精度が金型交換に伴って落ちることが避けられる。これに対して、図５に示す参考例の場合、可動ホルダＤとラムＧの間にガイド機構を設けようとしても、金型交換に伴って、可動ホルダＤをラムＧから外すときに、当該ガイド機構を一旦解体する必要があるから、ガイド精度の確保が難しくなる。

また、二次加工の際の力は上ホルダ１１を介して昇降プレート８の全体で受けられる。すなわち、二次加工に必要な推力は、個々の二次加工具４〜７の背部に配置された一部の油圧シリンダ１０が担うのではなく、昇降プレート８の背部に配置した全ての油圧シリンダ１０によって分担される。従って、昇降プレート８における油圧シリンダ１０の位置によって二次加工具４〜７の配置が制約を受けることがない。

また、二次加工に必要な推力が昇降プレート８の背部の全ての油圧シリンダ１０で分担されるから、各油圧シリンダ１０が担う推力が小さくなり、そのシリンダ径を小さくすることができる。従って、ロッド３３，３４を通す貫通孔と油圧シリンダ１０とを干渉しないようにレイアウトすることが容易になる。また、油圧シリンダ１０を細かいピッチで縦横に並べることができるため、油圧シリンダ１０の推力で昇降プレート８及び上ホルダ１１を下降させるとき、この昇降プレート８及び上ホルダ１１がたわみにくくなる。よって、この昇降プレート８及び上ホルダ１１の剛性を下げる（例えば、板厚を薄くする）ことができる。また、油圧シリンダ１０のシリンダ径が小さくなるため、作動油圧を下げることができ、従って、油圧配管及びその他の油圧設備の耐圧性能を下げることができる。

なお、上記実施形態は、ホットプレスに関するが、本発明は冷間プレス加工にも適用することができる。

また、二次加工具としては、トリミング及びピアッシングに限らず、バーリング用、ベンディング用、コイニング用、フォーミング用、フランジング用等の加工具であってもよい。

１ ラム
２ 上型
３ 下型
４〜７ 二次加工具
８ 昇降プレート
９ 第１ガイド機構
１０ 油圧シリンダ（液圧シリンダ）
１１ 上ホルダ
１４ 第２ガイド機構
１５ 第３ガイド機構
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. ワークのプレス成形と、該プレス成形に続く当該ワークの二次加工とを行なうプレス加工装置であって、
   プレス機のラムの下降によって上記ワークをプレス成形する上型及び下型と、
   各々上記ワークの二次加工をする複数の二次加工具と、
   上記ラムにガイド機構を介して昇降自在に支持され、背部に配置された液圧シリンダによって駆動される昇降プレートと、
   上記昇降プレートの下面に重ね合わせ状態にして固定され、該昇降プレートと共に昇降する上ホルダとを備え、
   上記上ホルダに上記複数の二次加工具が設けられており、
   さらに、上記下型は、上記プレス機のボルスタに固定された下ホルダに支持され、
   上記上ホルダと上記下ホルダの間に、上記上ホルダの昇降をガイドする第２のガイド機構が設けられており、
   上記液圧シリンダの作動により、上記上ホルダが上記上型に対して相対的に下降して上記ワークの二次加工が行なわれることを特徴とするプレス加工装置。
2. 請求項１において、
   上記昇降プレートは、該プレートの背部に配置された複数の液圧シリンダによって駆動されることを特徴とするプレス加工装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記上型は、上記上ホルダに、第３のガイド機構を介して相対的に昇降するように支持されていることを特徴とするプレス加工装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記上型及び下型は、加熱された上記ワークのプレス成形と、該プレス成形がされた当該ワークの焼入れのための冷却とを行なうホットプレス型であり、
   上記二次加工具として、少なくとも上記ワークのトリミングを行なう加工具を備えていることを特徴とするプレス加工装置。

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