特開 2024-101845 アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101845

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステム

(51)【国際特許分類】

   B21J 9/06 20060101AFI20240723BHJP

   B21J 5/08 20060101ALI20240723BHJP

   B30B 15/14 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

B21J9/06 A

B21J5/08 Z

B30B15/14 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006006

(22)【出願日】2023-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】391039195

【氏名又は名称】株式会社万陽

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(74)【代理人】

【識別番号】110001759

【氏名又は名称】弁理士法人よつ葉国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩川 博康

(72)【発明者】

【氏名】越智 俊夫

【テーマコード（参考）】

4E087

4E089

【Ｆターム（参考）】

4E087AA09

4E087CA35

4E087EA15

4E087EA18

4E087EA33

4E087EA34

4E087EC22

4E087GA03

4E089EA01

4E089EC02

4E089FC05

(57)【要約】

【課題】アプセット鍛造において、鍛造素材を把持するグリップダイの把持力、タイミングを最適に制御できる。
【解決手段】鍛造素材Ｗをグリップ金型にセットすると、グリップ機構のＡＣサーボモータを起動して、クランク軸を回転駆動し、グリップラム３１下降させる。このグリップラム３１と一体のグリップ上金型が下降して、グリップ下金型との間で鍛造素材Ｗを把持固定する。グリップラム３１の下降後、油圧シリンダ室３６を介して、設定圧以下で鍛造素材Ｗを把持固定する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アプセット鍛造を行うプレス機械と、
前記アプセット鍛造を行うとき、固定金型と移動金型の分割金型からなる鍛造素材の一部を把持するグリップ金型と、
前記グリップ金型の一方の前記移動金型を直線方向に駆動するグリップラムを駆動するクランク機構と、
前記クランク機構を回転して駆動するサーボモータと、
前記移動金型の位置を検知する検出器と、
前記プレス機械、前記グリップ金型を制御する制御手段と
からなるアプセッタによるアプセット鍛造システムにおいて、
前記制御手段は、前記検出器からの位置信号により、前記プレス機械を動作させて前記アプセット鍛造を行う
ことを特徴とするアプセット鍛造のグリップ制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載のアプセット鍛造のグリップ制御方法において、
前記グリップ金型の把持圧を制限するために、前記移動金型の下死点の位置で、前記移動金型が前記固定金型を加圧する把持力を油圧を介して設定置以下に制限する
ことを特徴とするアプセット鍛造のグリップ制御方法。

【請求項3】

アプセット鍛造を行うプレス機械と、
前記アプセット鍛造を行うとき、固定金型と移動金型の分割からなる鍛造素材の一部を把持するグリップ金型と、
前記グリップ金型の一方の前記移動金型を直線方向に駆動するグリップラムを駆動するクランク機構と、
前記クランク機構を回転して駆動するサーボモータと、
前記移動金型の位置を検知する検出器と、
前記移動金型の位置を検知して、前記プレス機械を動作させてアプセット鍛造を行う制御装置と
からなることを特徴とするアプセット鍛造のグリップ制御システム。

【請求項4】

請求項３に記載のアプセット鍛造のグリップ制御装置において、
前記加圧成形する圧力を制限するために、前記移動金型の下死点の位置で、前記移動金型が前記固定金型を加圧する把持力を設定以下に制限する液圧シリダー装置と
からなることを特徴とするアプセット鍛造のグリップ制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムに関する。更に詳しくは、鍛造素材を半割構造で把持する金型を有するアプセット鍛造のグリップシステムにおいて、このグリップ圧の制御とアプセット鍛造のタイミングの制御を最適化できる、アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

アプセット鍛造は、長い材料の一部を加熱し、軸方向に圧縮して直径方向に広げる等の加工方法として知られている。アプセット鍛造を行うアプセッタは、長い材料の軸部をクリップ（把持）する機構と、その軸方向に加圧成形する機構の二つの機構を備えており、ダブルアクションの鍛造機をいう。このアプセッタの中に、上型、下型の半割構造のグリップダイで、鍛造素材を把持し、冷間、又は加熱された鍛造素材の先端を横打ちプレスで成形するものが知られている。このタイプのアプセッタは、割型であるので鍛造素材（ワーク）の出し入れが容易、金型が小さくなる、上下金型間のストロークが短い等の利点がある。しかしながら、横打ちプレスによるワーク鍛造時に、グリップダイの内部に鍛造圧力がかかり、上型、下型からなるグリップダイを広げようとする力がかかる。

【0003】

この上型、下型を締め付ける力（グリップ力）が小さい、又は金型が密着していないと、半割構造のグリップダイは離れ、鍛造バリが発生する。上型、下型のグリップダイが密着するようにグリップ駆動機構を微調整しても、グリップダイへの荷重を支えるフレーム等の伸びにより、最適な加圧力で把持できない。他方、鍛造素材を把持する上型、下型のグリップダイによる締付け力の確保は、従来のアプセッタは、クランク機構とリンク機構を組み合わせたものが一般的である。これらの機構による駆動機構は、動作が速い、同期を取りやすい等の利点があるが、その機構は複雑であり、微調整にはベテランの技能者に頼るところが多い。この調整が悪いと、過負荷がかかりリンク機構等が故障する原因になる。そこで、上型、下型からなるグリップダイの把持力を所定圧力でグリップするために、グリップツールを駆動するのに油圧シリンダー機構により駆動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭４９－６４７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前述の特許文献１に記載された油圧シリンダ駆動によるグリップダイ（金型）は、過荷重が発生した場合、リリーフ弁が作動し、グリップダイを保護する機能を備えている。しかしながら、グリップダイの上部グリップツール１４を駆動する機構、ヘッディングツール５を駆動するクサビ機構等の連動、及びこれらの機構を同期させるためのタイミング調整が難しい。
本発明の目的は、鍛造素材を把持するグリップ金型の把持力、タイミングを最適にできる、アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、鍛造素材を把持するグリップ金型の故障等の不具合を最小限にできる、アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、鍛造素材を把持するために移動するグリップ金型の正確な位置での停止時間、把持動作時間、逆転上至点の位置等を正確に制御できる、アプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明１のアプセット鍛造のグリップ制御方法は、
アプセット鍛造を行うプレス機械と、
前記アプセット鍛造を行うとき、固定金型と移動金型の分割金型からなる鍛造素材の一部を把持するグリップ金型と、
前記グリップ金型の一方の前記移動金型を直線方向に駆動するグリップラムを駆動するクランク機構と、
前記クランク機構を回転して駆動するサーボモータと、
前記移動金型の位置を検知する検出器と、
前記プレス機械、前記グリップ金型を制御する制御手段と
からなるアプセッタによるアプセット鍛造システムにおいて、
前記制御手段は、前記検出器からの位置信号により、前記プレス機械を動作させて前記アプセット鍛造を行うことを特徴とする。

【0007】

本発明２のアプセット鍛造のグリップ制御方法は、本発明１のアプセット鍛造のグリップ制御方法において、前記グリップ金型の把持圧を制限するために、前記移動金型の下死点の位置で、前記移動金型が前記固定金型を加圧する把持力を油圧を介して設定置以下に制限することを特徴とする。

【0008】

本発明１のアプセット鍛造のグリップ制御システムは、
アプセット鍛造を行うプレス機械と、
前記アプセット鍛造を行うとき、固定金型と移動金型の分割からなる鍛造素材の一部を把持するグリップ金型と、
前記グリップ金型の一方の前記移動金型を直線方向に駆動するグリップラムを駆動するクランク機構と、
前記クランク機構を回転して駆動するサーボモータと、
前記移動金型の位置を検知する検出器と、
前記移動金型の位置を検知して、前記プレス機械を動作させてアプセット鍛造を行う制御装置とからなることを特徴とする。

【0009】

本発明２のアプセット鍛造のグリップ制御システムは、本発明１のアプセット鍛造のグリップ制御システムにおいて、前記加圧成形する圧力を制限するために、前記移動金型の下死点の位置で、前記移動金型が前記固定金型を加圧する把持力を設定以下に制限する液圧シリダー装置とからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明のアプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムは、アプセット鍛造のタイミングを正確に制御できるので、精密な鍛造が実現できる。また、分割されているグリップ金型の隙間を精密、かつ簡単に調整できるので、鍛造素材のバリの発生等を抑え、かつ形状も安定する。また、グリップ機構の微妙な調整が必要でなくなり、かつ過荷重による駆動部等の摩耗・損傷が無くなる。更に、鍛造素材の位置ズレ等によるグリッフ不良の検知ができるので、鍛造不良、故障を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、アプセット鍛造システムの外観を示す外観図である。

【図2】図２は、グリップ機構のクランク機構部分の断面図である。

【図3】図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。

【図4】図４は、アプセッタ鍛造システムの制御装置の概要を示すブロック図である。

【図5】図５は、アプセッタ鍛造システムによるアプセット鍛造の動作例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［アプセット鍛造システム１の概要］
以下、本発明のアプセット鍛造のグリップ制御方法とそのシステムの第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、アプセット鍛造システム（以下、「アプセッタ」とも呼ぶ。）１の全体の外観を示す外観図である。アプセット鍛造システム１は、概略すると、アプセット鍛造を行う横打ちプレス２、アプセット鍛造時に鍛造素材Ｗを把持固定するグリップ機構３、鍛造素材Ｗをグリップ機構３に搬出入するワーク搬入・搬出ロボット４等からなる。横打ちプレス２は、電動機、フライホイール、クランク機構（偏芯軸、コネクティングロッド、ヘッダラム）、及び、ヘッダラムの駆動をＯＮ、ＯＦＦするクラッチ・ブレーキ等からなる、公知の一般的な鍛圧加工用のプレス機械である。本例の横打ちプレス２は、ヘッダラム（図示せず。）が水平方向（横方向）に駆動され、このヘッダラムに搭載されているアプセット金型１０で、鍛造素材Ｗの先端を所望の形に鍛造するタイプの鍛造用のプレス機械である。

【0013】

図２は、グリップ機構のクランク機構部分の断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。グリップ機構３は、鍛造素材Ｗをグリップ上金型３２、グリップ下金型３３からなる金型で把持固定するための機構であり、鍛造素材Ｗを横打ちプレス２のアプセット金型１０で鍛造するときに、把持固定する（図１参照）。グリップ下金型３３は、グリップ機構本体５に固定されている。グリップラム３１に固定されたグリップ上金型３２は、鍛造素材Ｗを把持するときに下降し（ｘ軸方向）、非鍛造時には上昇する。グリップ上金型３２の上下駆動機構は、後述するようにクランク機構である。アプセット鍛造システム１への鍛造素材Ｗの供給、送り、搬出は、ワーク搬入・搬出ロボット４等で行われる。

【0014】

図２は、グリップ機構３のクランク機構部分の断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。グリップ機構３は、横打ちプレス２でアプセット鍛造をするとき、鍛造素材を把持固定するためのものである。この鍛造素材Ｗの先端部は、横打ちプレス２のアプセット金型１０で所望の形状に鍛造される。図２、３に示すように、グリップ機構３は、回転運動を直線運動に変換するスコッチヨーク式と呼ばれているクランク機構を備えており、クランク機構により断面形状が角柱状のグリップラム３１を直線方向（ｘ軸方向（上下方向））に駆動して、鍛造素材Ｗを押圧して把持固定する。グリッブラム３１の下端部には、グリップ上金型３２がボルトにより着脱自在に固定されている。グリップ上金型３２に対向してグリップ下金型３３が、グリップ機構本体５に固定されている。グリップ上金型（移動金型）３２の下端部とグリップ下金型（固定金型）３３の上端部に形成された把持凹部３４で、鍛造素材Ｗを把持固定する。本例では、２組の把持凹部３４が備えており、この把持凹部３４で鍛造素材Ｗを把持後、横打ちプレス２のアプセット金型１０（図１参照）で鍛造素材Ｗの頭部に２工程で、所望のアプセット鍛造を行うものである。

【0015】

断面形状が角柱状のグリップラム３１は、グリップ機構本体５に形成された角柱状のラムガイド孔３５に挿入され上下方向（ｘ軸方向）に摺動自在に設けられている。グリップラム３１とラムガイド孔３５の間は強制潤滑されており、グリップラム３１は円滑に上下方向（ｘ軸方向）に摺動できる。グリップラム３１の上端部には、円柱状の穴である油圧シリンダ室３６が形成されている。油圧シリンダ室３６内には、ピストン４０が上下方向（ｘ軸方向）に摺動自在に挿入されており、このピストン４０は油圧で駆動される。油圧シリンダ室３６に加圧された圧油を導入することにより、グリップラム３１をｘ軸方向（下方）に駆動する。ピストン４０には、ピストンロッド４１の下端が一体になるように連結固定されている。ピストンロッド４１の上端は、概略の外形が箱型の角メタルケース５０の下部板５１にボルトで固定されている。

【0016】

角メタルケース５０は、下部板５１に平行して上部板５２を有しており、この下部板５１と上部板５２は、４本のボルト５３で連結され固定されている。ボルト５３には、下部板５１と上部板５２の間隔を保つための管材であるスペーサ５４が介在されている。従って、下部板５１と上部板５２との間は、立方体（略正六面体）の空間が形成され、この立方体の空間に直方体である角メタル６０が配置されている。角メタル６０は、角メタルケース５０内でｙ軸線方向のみ移動（摺動）可能である（図２参照）。角メタル６０の中心部には、貫通孔である円孔６１が空けられている。この円孔６１には、クランク軸６２が回転自在に挿入され支承されている。図３に示すように、クランク軸６２の両側には、支承軸６３を一体に有している。クランク軸６２の両側の支承軸６３は、角メタルケース５０の側板５５に回転自在に軸受で支持されている。支承軸６３の中心線とクランク軸６２の中心線は、一致せず偏心している（図２参照）。

【0017】

一方の支承軸６３には、これと同軸にクランク駆動歯車６５が一体に固定されている。クランク駆動歯車６５には、ピニオン歯車６６が噛み合っている。ピニオン歯車６６は、ＡＣサーボモータ６８の出力軸６７にキー等で固定されている。従って、ＡＣサーボモータ６８を起動してピニオン歯車６６を回転させると、支承軸６３が回転駆動させられ、支承軸６３と偏心しているクランク軸６２も旋回駆動される。このクランク軸６２が回転駆動されると、角メタルケース５０の下部板５１と上部板５２の間のクランク軸６２に、回転自在に支承されている角メタル６０は、グリップラム３１を上下（ｘ軸方向）に駆動するが、図２の左右方向（ｙ軸方向）には、角メタルケース５０内を摺動するのみである。即ち、グリップラム３１を上下（図２）には駆動しない。横打ちプレス２で鍛造素材Ｗを鍛造するとき、グリップラム３１を下方向（ｘ軸方向）駆動して、グリップ上金型３２とグリップ固定金型３３で鍛造素材Ｗを把持固定する。

【0018】

［制御装置７０］
図４は、アプセット鍛造システム１を制御するためのアプセット鍛造システム制御装置７０の概要を示すブロック図である。アプセット鍛造システム制御装置７０の制御装置７１は、PLC（Programmable Logic Controller）であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置、表示手段、入力手段、各種出力手段等からなり、各種機械をシーケンス制御する公知の汎用の制御手段である。制御装置７１には、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７２を介して、グリップラム位置検知センサー７３から位置信号が送られてくる。グリップラム位置検知センサー７３は、グリップラム３１、及びこれと一体のグリップラム下金型３３の位置を検知するためのものである。本例のグリップラム位置検知センサー７３は、具体的には、ＡＣサーボモータ６８の回転を検知するロータリエンコーダである。なお、このセンサーは、ロータリエンコーダではなく、グリップラム３１又は、これと一体のグリップラム下金型３３の位置を直接的に検知する近接センサー等であっても良い。

【0019】

また、制御装置７１には、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７２を介して、ヘッダラム位置信号センサー７４から送られてくる。ヘッダラム位置信号センサー７４は、横打ちプレス２のヘッダラム位置を取得するためのものである。具体的には、横打ちプレス２のクランク機構の回転を検知して、ヘッダラムの位置を検知するものである。制御装置７１は、上記センサーからのデータ等により、インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７５を介して、グリップ機構３を駆動するＡＣサーボモータ６８の回転の起動、停止制御をする。また、制御装置７１は、油圧シリンダ室３６への圧油の供給を電磁弁７６で行う。更に、制御装置７１は、横打ちプレス２のクラッチ＆ブレーキ７７のＯＮ、ＯＦＦにより、ヘッダラム（アプセット金型１０）の停止、駆動及びタイミングを制御をする。

【0020】

［アプセット鍛造システム１の動作概要］
以下、上記アプセット鍛造システム制御装置７０による、アプセット鍛造の作動の概要を説明する。図５の上段の線図は、グリップラム３１のストローク動作を示す線図である。図５の中段の線図は、グリップラム３１の油圧シリンダ室３６へ電磁弁７６を介して油圧を供給するタイミングを示すタイムチャートである。図５の下段の線図は、横打ちプレス機械２のヘッダラム（アプセット金型１０）のストローク動作を示す線図である。グリップ下金型３３に鍛造素材Ｗがワーク搬入・搬出ロボット４により、セットされる。この鍛造素材Ｗのセットが完了すると、グリップ機構３のＡＣサーボモータ６８を起動して、クランク軸６２を回転駆動し（１８０度）、グリップラム３１を下降させる。このグリップラム３１と一体のグリップ上金型３２が下降して、グリップ下金型３３との間で鍛造素材Ｗを把持固定する（図５上段の実線）。

【0021】

このグリップラム３１が下降開始後に、油圧シリンダ室３６への油圧の供給の電磁弁７６を開く。グリップラム３１が下死点に達すると、ＡＣサーボモータ６８の起動を停止する。このグリップラム３１が下死点に達する前、油圧シリンダ室３６への圧油を供給する電磁弁７６を開く。グリップラム３１が下死点に達した後、油圧シリンダ室３６の圧油は設定圧に達する（図５の中段）。これにより、グリップ上金型３２とグリップ固定金型３３は、クランク機構により直接的ではなく、圧油を介在して鍛造素材Ｗを把持することになる。このために、仮に、何らかのトラブルで圧油が設定値以上になると、リリーフ弁（図示せず。）を作動させて過負荷を防止する。グリップ金型上金型３２，グリップ下金型３３等の製作誤差、把持誤差等を吸収して、グリップ上金型３２、グリップ下金型３３を設定圧で密着させることができ、金型等の破損防止にもなる。

【0022】

設定圧に達したら、横打ちプレス２のクラッチ＆ブレーキ７７をＯＮすることにより、ヘッダラムをy軸線方向に駆動して、アプセット鍛造を行う（図５の下段）。横打ちプレス２のクランク機構が一回転（３６０度）させた後、クラッチ＆ブレーキ７７をＯＦＦにし、ヘッドラムを停止させる。ヘッダラムが下死点に達した後、電磁弁７６を開放して、圧油を戻す。この後、ＡＣサーボモータ６８を起動して、グリップラム３１を上昇させる。即ち、鍛造素材Ｗを把持しているグリップ上金型３２を上昇させて、鍛造素材Ｗの把持から開放し、一工程の鍛造が終了する。

【0023】

［その他の実施の形態］
前述した横打ちプレス２は、ヘッドラムを水平に駆動するものであったが、アプセット鍛造の種類によっては、鉛直方向に駆動されるプレス機械であっても良い。また、横打ちプレス２は、回転運動をクランクで直線運動に変換するコネクティングロッドを用いたクランク機構であるが、機構であれば、レバープレス、ナックルプレスであっても良い。同様に、グリップ機構３は、スコッチヨーク式と呼ばれているクランク機構であったが、コネクティングロッドを用いたクランク機構、レバープレス、ナックルプレスであっても良い。従って、本発明でいうクランク機構とは、これらの機構も含む概念である。

【符号の説明】

【0024】

Ｗ…鍛造素材
１…アプセット鍛造システム
２…横打ちプレス
３…グリップ機構
４…ワーク搬入・搬出ロボット
５…グリップ機構本体
１０…アプセット金型
３１…グリップラム
３２…グリップ上金型
３３…グリップ下金型
３４…把持凹部
３５…ラムガイド孔
３６…油圧シリンダ室
４０…ピストン
４１…ピストンロッド
５０…角メタルケース
５１…下部板
５２…上部板
５３…ボルト
５４…スペーサ
５５…側板
６０…角メタル
６１…円孔
６２…クランク軸
６３…支承軸
６５…クランク駆動歯車
６６…ピニオン歯車
６７…出力軸
６８…ＡＣサーボモータ
７０…アプセット鍛造システム制御装置
７１…制御装置
７２，７５…インターフェイス（Ｉ／Ｆ）
７３…グリップラム位置検知センサー
７４…ヘッダラム位置検知センサー
７６…電磁弁
７７…横打ちプレスのクラッチ＆ブレーキ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】