(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚板の円筒曲げに用いるプレス成形金型において、上型を構成するポンチと、同ポンチに対峙して設置位置を固定され同ポンチの下死点を規定する受け台と、同受け台を挟んで左右両側に対峙し、かつ、長手方向に複数組分割して配置され、それぞれ独立して対向方向に往復動可能の第１、第２のダイスを設け、各ダイスは、前記往復動方向軸線におけるスラスト軸受を形成する球面部を備えたスクリュー部材により移動可能に支持され、前記受け台、および第１、第２のダイスにより下型を構成したことを特徴とするプレス成形金型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラドラムなどの圧力容器を製作するプレス成形金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８に基づいて従来のこの種プレス成形金型の概要について説明する。
ボイラドラムなどの厚板の円筒成形を行う方法の一例としては、プレスを用いた円筒曲げと言われるものがある。
【０００３】
この円筒曲げによる厚板の成形状況を図８に示すと、左右両端をハンドリング用治具０４、０４’で支持されて搬入された板材０１の一部を上金型０２を構成するポンチと、下金型０３を構成するダイスの間に挟み込んで加圧し、同加圧部分を円弧に成形した後、後続の未成形部分が成形位置に来るように板材０１を順次移送し、前記と同様に加圧成形を繰り返し、順次円筒状に曲げて行く。
【０００４】
また、従来の他の方法としては、特開平６−３９４４０号公報にも紹介されているものがあり、上金型と下金型に隙間をあけたいわゆるエアーベント方式でダイスの汎用化、加工工程の自動化を図る様にしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記一例として説明した従来のものにあっては、形状計測や成形形状の調整、加工工程等におけるマテハン等に多大な工数が必要となっており、受注品の納期の短縮は至難の技になると言う問題がある。
【０００６】
しかもこの形式のものにあっては、精度良く成形するためには、製品形状に沿った金型を設ける必要があるが、この種加工品は受注品に相当し、製品個数が少ないこと、及び板厚の公差が大きいこと等が金型の割り掛け費が増大する要因になる等々のことから、コスト低減の観点からも問題のあるものであった。
【０００７】
また、前記他の例のものでは、以下の様な問題があることから自動的に精度良く曲げることが困難であった。
【０００８】
すなわち、加工する板は厚板で、その素材は熱間圧延材であり、例えば板厚２００ｍｍ、幅が３０００ｍｍの板では、±２ｍｍ程度の板厚公差があり、エアーベンド方式で形成する場合に最も影響の大きい板厚のばらつきが大きく、成形形状の保証ができないという問題がある。
【０００９】
しかも、前記厚板は熱間圧延材であることから、板材毎に加工履歴、熱履歴に起因する残留応力の分布が異なり、加工後のスプリングバック量も大きく異なるという問題がある。
【００１０】
また、加工工程に採用される大型プレスは液圧プレスが多く、かつ、ストロ−ク制御が可能なプレスでも精度確保に必要なストロークの制御精度が十分でないことにより、その精度が保証できない場合が多いという問題がある。
【００１１】
更にまた、一般に板を２次元に曲げると反りが発生するが、その状態で円筒形状に曲げると、円筒の中央部の円周が端部の円周よりも短くなって鼓型の形状となり、このエアーベンド方式では、この反りを抑制することが難しく、製品によっては、後工程の溶接が困難になる場合が生じるという問題がある。
【００１２】
本発明は前記した従来のものにおける種々の不具合を解消し、製品形状が変化しても容易に追従して対応でき、かつ製品精度の向上を図ることのできる好適なプレス成形金型を提供することを課題とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決すべくなされたもので、厚板の円筒曲げに用いるプレス成形金型において、上型を構成するポンチと、同ポンチに対峙して設置位置を固定され同ポンチの下死点を規定する受け台と、同受け台を挟んで左右両側に対峙し、かつ、長手方向に複数組分割して配置され、それぞれ独立して対向方向に往復動可能の第１、第２のダイスを設け、各ダイスは、前記往復動方向軸線におけるスラスト軸受を形成する球面部を備えたスクリュー部材により移動可能に支持され、前記受け台、および第１、第２のダイスにより下型を構成したプレス成形金型を提供するものである。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、その外郭構成として、上型を構成するポンチに対応する下型を、受け台と、これを挟んで左右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第１のダイス、及び第２のダイスとの三者で構成し、第１、第２のダイスの位置をその対向方向で適宜移動して受け台との間隔を調整することにより、製品の曲げ形状を制御し、多種多様の曲げ形状に対応できるので、製品形状が変化してもその都度新しい金型を用意する必要等はなく対応でき、また、製品の形状修正等にも対応できる等々応用性にも富んだプレス成形金型を得るものである。
【００１６】
しかも本発明は、前記外郭構成に加えて前記第１、第２のダイスを長手方向に複数組分割して配置し、それぞれ独立して対向方向に往復動可能に構成したので、下型を構成するものの中、第１のダイスと第２のダイスは長手方向、換言すれば成形加工される板材の幅方向、に複数組に分割され、かつ、それぞれの対のものは他の対のものと独立して制御、調整できるので、任意の組のダイス間隔を必要に応じて調整することにより、板材の幅方向における変位の差を抑制し、製品の反りの発生を防止するようにし、また、前記第１、第２のダイスは前記往復動方向軸線におけるスラスト軸受を形成する球面部を備えたスクリュー部材により移動可能に支持して構成したので、成形加工時に発生する加工反力を前記スラスト軸受により吸収することが出来、安全、かつ安定作業をなし得るものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
後述する本発明の実施の形態を得るに至る参考例を図１ないし図３に基づいて説明する。
【００１８】
１は成形加工される厚い板材、２はポンチ、４、４′は板材１のハンドリング用治具、５、５′は互いに対向して配置された一対のダイス、６は同ダイス５、５′の間で前記ポンチ２の加圧方向に対向して配置され、ポンチ２の下死点を規定する受け台である。
【００１９】
すなわち、従来の例として前記に説明したものと同様に製品の内径にほぼ等しい曲率半径Ｒを有するポンチ２を上金型とし、同上金型に対してプレステーブル１３上に配列された前記受け台６およびこれを挟んで相対向した左右一対のダイス５、５′の３部材で下金型を構成している。
【００２０】
また、ダイス５、５′はそれぞれ油圧シリンダ７、７′に連結し、図中矢印を付して示す様に互いに対向する方向で往復移動可能に構成されている。
【００２１】
なお、板材１の成形加工中に成形反力がダイス５、５′に負荷されるため、油圧シリンダ７、７′はダイス５、５′の位置を保持するために図示省略の制御装置を別途設けて油圧の制御を行っている。
【００２２】
また、同様に図示省略しているが、ハンドリング用治具４、４′から連なるロープ１４、１４′の先端は、板材１をハンドリングするクレーンまたはマニピュレータが設けられており、かつ、ポンチ２については、図中矢印で示す様に同ポンチ２を重力方向に加圧移動する加圧源が設けられている。
【００２３】
前記の様に構成された参考例のものは以下の様に作用する。
まず、圧力容器の円筒部を成形する場合、一般に製品の形状精度は内径と最小板厚で規定されているので、製品の内径形状を決めるポンチ２の形状は、製品とほぼ同等の曲率半径を有する形状を選択することにより、製品の曲率半径精度を確保する。
【００２４】
一方、油圧シリンダ７、７′を作動してダイス５、５′を左右に移動し、その位置を調整することにより、製品の曲げ形状を制御することが可能である。
【００２５】
すなわち、図２、図３には、板厚１８０ｍｍの板材１を用いて、図２に示す様にポンチ２の作動方向をｙ方向、ダイス５の移動方向をｘ方向とし、また、ｘ方向におけるダイス５、５′の間隔を２Ｌ（ポンチ２の下死点から一方のダイス５までの長さをダイス幅Ｌとしている）として板材１を成形した場合の断面形状に及ぼすダイス幅Ｌの影響を示すが、ダイス幅Ｌを４００ｍｍと狭くすれば、その時の板材１の内面形状と外面形状は、それぞれ小丸でプロットしたＡ１  、Ａ２  で示すように板材１は深く曲がり、これに対して同ダイス幅Ｌを６００ｍｍと広くすれば、前記同様に内面形状と外面形状は、それぞれ小三角でプロットしてＢ１  、Ｂ２  で示すように浅く曲がることになる。
【００２６】
この様にダイス５、５′の位置の調整により成形加工する形状が制御できるので、板厚が厚くなると浅く曲がり、反対に薄いと深くなる板厚の公差による変形の差については、ダイス幅Ｌをコントロールすることにより調整できると言い換え得ることになる。
【００２７】
また、ダイス５、５′の下部に受け台６を設置することにより、ストローク制御ではない液圧プレスについても下死点が制御でき、安定した成形加工が可能となる。また、ポンチ２と受け台６で板材１を挟み込み、プレスの最大荷重を負荷することができるので、反りを抑制することも可能となる。
【００２８】
そしてまた、加工条件を第１ステップとして実際よりも浅く設定し、成形加工後成形形状を計測し形状誤差を計測する。次いで第２ステップで修正加工としてダイス幅を変更して成形することにより、ばらつきの大きい熱間圧延材でも精度良く成形できる。
【００２９】
以上のような作用の結果として、参考例によるプレス成形金型の使用により、以下のような効果を得られるものである。
【００３０】
すなわち、製品形状に対応した上下金型のセットを準備する必要がなく、下金型については汎用の金型として用いることができるので、製品に対する金型の割り掛け費が減少し、コストを低減することができる。
【００３１】
また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因する変形（特にスプリングバック）の違いが現れる厚板の熱間圧延材の成形においても、成形形状の微調整が簡単に対応可能であり、形状修正工数を低減できる。
【００３２】
そしてまた、汎用のプレス機械にそのまま搭載可能であり、プレス機械の改良などの為に余分な経費の発生が生じないため、製品へプレス機械の減価償却費用が加算されて高額化することはない。
【００３３】
次に本発明の実施の形態を図４乃至図７に基づいて説明する。
図示省略しているが、本実施の形態においても上金型としては前記参考例と同様に製品内径にほぼ等しい曲率半径を有するポンチを用いている。
【００３４】
一方、下金型は受け台６を中央にして左右一対となり、複数組の対に分割された分割ダイス８、８′で構成されており、左右の分割ダイス８、８′と受け台６との３者により下金型が構成されるという基本概念は前記参考例のものと同一である。
【００３５】
ただし、本実施の形態においては、分割ダイスと称呼し記述する様に、左右のダイスは長手方向、換言すれば成形加工される板材の幅方向、に複数組に分割されており、図４では５分割されたものを示している。
【００３６】
そして分割ダイス８、８′の個々のものについては、その中代表する一対を取り上げて説明すると、それぞれがスクリュー９、９′とナット１０、１０′を用いた伝達機構を有しており、ナット１０、１０′は分割ダイス８、８′に図示省略のピンとねじを用いて固定し、スクリュー９、９′はベアリングケース１１、１１′で保持されてモータ１２、１２′に連結し、同モータ１２、１２′によりスクリュー９、９′を回転させ、その回転力をナット１０、１０′で直線方向の動きに変換して分割ダイス８、８′を往復動させる機構となっている。
【００３７】
なお、成形加工時に発生する加工反力については、スクリュー９、９′のつば部とベアリングケース１１、１１′の間を球面受け構造としておくことにより、これがスラスト軸受けとなり、同加工反力を吸収する。
【００３８】
その他分割ダイス８、８′の移動量はモータ１２、１２′の回転数の制御により、任意に調整され得ることは改めて説明を加えるまでもなく理解されよう。
【００３９】
また、受け台６はプレステーブル１３上に固定されていること、そして、図示省略しているが、板材を搬入し、加工位置に設置し、搬出するハンドリングを行うクレーン又はマニピュレータは前記参考例と同様なものを用いれば良い。
【００４０】
なお、ここでは分割ダイス８、８′を移動する機構として、モータ１２、１２′の回転を直線運動に変換する機構を採用した例を説明したが、この移動機構としては前記参考例のもののように、油圧シリンダを採用しても良いことは勿論である。
【００４１】
前記の様に構成された本実施の形態は以下の様に作用する。
まず、圧力容器の円筒部を成形する場合、一般に製品の形状精度は内径と最小板厚で規定されているので、製品の内径形状を決めるポンチ２の形状は、製品とほぼ同等の曲率半径を有する形状とすることにより、製品の曲率半径精度を確保することは前記した参考例と同様である。
【００４２】
加えて、本実施の形態では、受け台６を中央にして、分割ダイス８、８′を左右に対称に配置しているので、各分割ダイス８、８′の位置を、対峙する一対のもの、または長手方向に分割する対の相互間において独立して適宜制御調整することにより、製品の曲げ形状、および製品の反り等長手方向の変形の差を制御することが可能となる。
【００４３】
図６及び図７に板厚１８０ｍｍ，板幅９０００ｍｍの板材１を成形した場合の長手方向（Ｚ方向）に及ぼすダイス形状の影響を示すが、分割ダイス８、８′の位置調整を行わない直線のダイスで加工した場合には、図７にプロット線Ｍで示す様に変形が大きく、反りが生じ、板材の中央部と板材の端では円筒に曲げた時に円筒の半径で４ｍｍ程度異なる鼓型の変形となる。
【００４４】
これに対して、図４にも示している様に、分割ダイス８、８′の群の中、中央部の組合せのものの間隔を狭くなる様に調整して加工を行うことにより、図７にプロット線Ｎで示す様に、前記反りは抑制することができたものである。（なお、この反りについては、図６においては、実線で普通に発生する反りを、また、破線でその修正を示している。）
また、板材１として熱間圧延材を用いる場合には、同熱間圧延材は本来的に板厚公差が大きいものであるが、本実施の形態の様に分割ダイス８、８′をその名の示す通り長手方向で分割しているため、板材１の板面内での板厚の公差に対応して調整可能であり、加工精度を向上することができるものである。
【００４５】
また、前記参考例のものと同様に、分割ダイス８、８′下部に受け台６を設置することにより、ストローク制御ではない液圧プレスについても下死点が制御でき、安定した成形が可能となると共に、ポンチ２と受け台６で板材１を挟み込み、プレスの最大荷重を負荷することができるので、反りを抑制することも可能となる。
【００４６】
そしてまた、前記参考例のものと同様に、加工条件を第１ステップとして実際よりも浅く設定し、成形加工後成形形状を計測し形状誤差を計測する。次いで第２ステップで修正加工としてダイス幅を変更して成形することにより、ばらつきの大きい熱間圧延材でも精度良く成形できる。
【００４７】
以上のような作用の結果として、本実施の形態によるプレス成形金型の使用により、以下のような効果を得られるものである。
【００４８】
すなわち、製品形状に対応した上下金型のセットを準備する必要がなく、下金型については汎用の金型として用いることができるので、製品に対する金型の割り掛け費が減少し、コストを低減することができる。
【００４９】
また、板厚公差が大きく、加工履歴に起因する変形（特にスプリングバックや反り）の違いが現れる熱間圧延材である厚板の成形においても、成形形状の微調整が簡単に対処可能であり、形状修正工数を低減できる。
【００５０】
そしてまた、汎用のプレス機械にそのまま搭載可能であり、プレス機械の改良などの為に余分な経費の発生が生じないため、製品へプレス機械の減価償却費用が加算されて高額化することはない。
【００５１】
以上、本発明を図示の実施の形態について説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、外郭構成として、まず、厚板の円筒曲げに用いるプレス成形金型を、上型を構成するポンチと、同ポンチに対峙して設置位置を固定され同ポンチの下死点を規定する受け台と、同受け台を挟んで左右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第１、第２のダイスを設け、前記受け台、第１のダイス、および第２のダイスにより下型を構成したので、上型を構成するポンチに対応して下型を構成する三要素である受け台と、これを挟んで左右両側に対峙して配置され対向方向に往復動可能の第１のダイス、及び第２のダイスとの中、前記第１、第２のダイスの位置をその対向方向で適宜移動調整することにより、製品の曲げ形状を制御し、多種多様の曲げ形状に対応できるので、製品形状が変化してもその都度新しい金型を用意する必要等はなく対応でき、また、製品の形状修正等にも対応できる等々応用性にも富んだプレス成形金型を得ることができ、装置自体のコスト低減、ひいては製品の価格低減等に大きく寄与することができたものである。
【００５３】
しかも本発明は、前記外郭構成に加えて前記第１、第２のダイスを長手方向に複数組分割して配置し、それぞれ独立して対向方向に往復動可能に構成したので、下型を構成するものの中、第１のダイスと第２のダイスは長手方向、換言すれば成形加工される板材の幅方向、に複数組に分割され、かつ、それぞれの対のものは他の対のものと独立して制御、調整できるので、任意の組のダイス間隔を必要に応じて調整することにより、板材の幅方向における変位の差を抑制し、製品の反りの発生を防止するようにし、また、前記第１、第２のダイスは前記往復動方向軸線におけるスラスト軸受を形成する球面部を備えたスクリュー部材により移動可能に支持して構成したので、成形加工時に発生する加工反力を前記スラスト軸受により吸収することが出来、安全、かつ安定作業をなし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例に係るプレス金型の構成を示す模式図である。
【図２】図１のプレス金型で成形した製品の概要を金型と共に示した説明図である。
【図３】図１のプレス金型で成形した製品の断面形状をグラフ上に表示した説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るプレス金型のうち下金型の構成の平面を示す模式図である。
【図５】図４の下金型の縦断面図である。
【図６】図４のプレス金型で成形される製品の長手方向形状の説明図である。
【図７】図４のプレス金型で成形される製品の長手方向形状をグラフ上に表示した説明図である。
【図８】従来のプレス金型の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１            板材
２            ポンチ
４、４′      ハンドリング用治具
５、５′      ダイス
６            受け台
７、７′      油圧シリンダ
８、８′      分割ダイス
９、９′      スクリュー
１０、１０′    ナット
１１、１１′    ベアリングケース
１２、１２′    モータ
１３            プレステーブル
１４、１４′    ロープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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