(57)【要約】　　　（修正有）【課題】ワークの板厚のバラツキや、ワーク表面の潤滑剤の塗布状態に関わらず、ワークを短時間で昇温させることができ、よって生産性の向上に寄与することができるプレス成形方法およびプレス成形装置を提供する。【解決手段】上型４と下型７によってワーク８を成形する際に、上下の金型間にワーク８を挟持した状態で、金型４，７間の荷重を所定値に保持するとともにヒーター９により金型４，７を介してワーク８を加熱し、この後上下の金型４，７を相対的に近接させてワーク８を成形する。【選択図】　　　　　図１
2004098125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下の金型によってワークを成形する際に、上下の金型間にワークを挟持した状態で、金型間の荷重を所定値に保持するとともに金型を介してワークを加熱し、この後上下の金型を相対的に近接させてワークを成形することを特徴とするプレス成形方法。
【請求項２】
数値制御可能なプレス機を用い上下の金型によってワークを成形するプレス成形装置であって、
上型および／または下型内に配され、上下の金型間にワークを挟持した際にその金型を介してワークを加熱するワーク加熱手段と、上下の金型間の荷重を検出する荷重検出手段と、上型の下降動作を制御する上型制御手段とを備え、
前記上型制御手段は、上下の金型によってワークを挟持する位置まで上型を下降させた後、前記荷重検出手段によって検出される金型間の荷重を所定値に保持し、その後上型を下降させるように前記上型の位置を制御するように構成されることを特徴とするプレス成形装置。
【請求項３】
上下の金型によってワークを挟持した後の時間経過を計測する計時手段を設け、前記上型制御手段は、前記計時手段により計測される時間が所定時間に達したときに前記上型を下降させるように制御するものである請求項２に記載のプレス成形装置。
【請求項４】
上下の金型によってワークを挟持した後のワークの昇温状態を検出する温度検出手段を設け、前記上型制御手段は、前記温度検出手段により検出されるワークの昇温状態が所定値に達したときに前記上型を下降させるように制御するものである請求項２に記載のプレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金等の難加工材の成形に適用して好適なプレス成形方法およびプレス成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、マグネシウム合金は、アルミニウム合金に代わる軽量化材料として注目されており、携帯電話機やノートパソコンのような小型通信機器・事務用機器等の筐体の用途に用いられている。しかしながら、このマグネシウム合金は、塑性加工が容易に行えないことから、従来は、溶融成形に適した金属素材を用い、ダイキャスト法やチクソモールディング法で成形を行うようにされていた。
【０００３】
これに対して、マグネシウム合金をプレス機によって成形する試みがなされており、例えば特許文献１もしくは特許文献２において提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２４６３８６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５２７２９号公報
【０００５】
前記特許文献１に記載された成形方法は、マグネシウム合金薄板素材（ワーク）をアルゴンガス等で充満した電気式加熱炉内に装入して２００〜４５０℃に加熱し、次いでそのワークを加熱炉内から取り出してプレス機まで搬送し、１００〜５４０℃に加熱されたプレス機の金型内で所定の形状に鍛造成形するものである。
【０００６】
一方、前記特許文献２に記載された成形方法は、数値制御可能なプレス機によって加工を行うもので、ワークを加熱するためのヒーターを埋め込んだ金型を用い、スライドの下降運動を一定位置で停止させ、停止中に金型内のヒーターでワークを加熱し、その後ワークを金型で成形するようにしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に記載された成形方法では、加熱炉で加熱したワークを一旦取り出してプレス機まで搬送するために、搬送途中でワークの温度が低下して成形に支障を来たす恐れがあり、また成形工程が煩雑で生産性の点で難点があるといった問題点がある。
【０００８】
これに対して、前記特許文献２に記載された成形方法では、プレス機の内部でワークの加熱と成形とを行うように構成されていることから、加工途中でのワークの搬送工程が不要となり、この搬送時にワーク温度が低下するという問題点を解消できるという利点を有している。しかし、この成形方法の場合、ワークの加熱時に一定時間、スライド高さを一定位置に保持するように構成されているために、ワークの板厚のバラツキまたはワーク表面の潤滑状態のバラツキによってそのワークの昇温状態が安定しないという問題点がある。
【０００９】
このことを図６によってより詳細に説明する。この図６は、板厚３．０ｍｍのワークを金型で加熱する場合に、スライドを位置決め制御することによって一定位置に停止させた時のワークの昇温状態の変化を調査した結果を示すグラフである。ここで、上下の金型は２５０℃に維持されている。図中、破線は上下の金型間隔を３．０ｍｍで停止させて保持したとき、一点鎖線は上下金型間隔を３．１ｍｍで保持したとき、二点鎖線は３．２ｍｍで保持したときのワークの昇温時間を示している。この図から明らかなように、ワークの板厚と金型間隔とが完全に一致しているとき（破線）には、約４秒間で２５０℃に達するのに対し、ワークの板厚に対して金型間隔が０．１ｍｍずれている場合（一点鎖線）には、倍近い昇温時間がかかっており、また０．２ｍｍずれている場合（二点鎖線）には、４倍近い時間がかかっても２５０℃まで昇温していない。
【００１０】
この結果に基づけば、ワークの板厚には通常０．１ｍｍ程度のバラツキがあることから、この板厚のバラツキを考慮してワークの温度コントロールを精度良く行うには、スライドの一時停止時間を十分に確保する必要が生じることになり、生産性の悪化を招くという問題点が生じることになる。また、生産性を上げるためには、ワークの板厚や潤滑状態を厳しく管理する必要が生じることになる。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ワークの板厚のバラツキや、ワーク表面の潤滑剤の塗布状態に関わらず、ワークを短時間で昇温させることができ、それによって生産性の向上に寄与することのできるプレス成形方法およびプレス成形装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明によるプレス成形方法は、
上下の金型によってワークを成形する際に、上下の金型間にワークを挟持した状態で、金型間の荷重を所定値に保持するとともに金型を介してワークを加熱し、この後上下の金型を相対的に近接させてワークを成形することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、上下の金型によってワークを成形する際に、上型が下降されて上下の金型間にワークが挟持され、この状態で金型間の荷重が所定値に保持されるとともに、金型を介してワークが加熱され、この後、上下の金型によるワークの挟持状態を維持したままそれら金型が相対的に近接されてワークが成形される。こうして、ワークを別装置にて予め加熱することなく、金型内でワークの加熱と成形とを効率的に行うことができる。
【００１４】
本発明のプレス成形方法によれば、ワークを上下の加熱された金型で挟持する際に、上型を一定位置で停止させるのではなく、上下の金型間の荷重を所定値に保持するようにされているので、ワークの板厚にバラツキがあった場合においても、あるいはワーク表面の潤滑剤の塗布状態にバラツキがあった場合においても、それらに関係なく、ワークが金型によって一定圧力で保持されるため、ワークの位置によって昇温状態にバラツキが生じることがない。また、ワークが一定圧力で金型によって強く挟まれるため、ワークと金型との接触面積を上げることができて金型からワークへの熱伝達率が向上し、短時間でワークを昇温させることができる。この結果、マグネシウム合金のような難加工材であっても、高品質の製品を容易に成形することができ、しかも生産性の向上を実現することができる。
【００１５】
次に、第２発明によるプレス成形装置は、
数値制御可能なプレス機を用い上下の金型によってワークを成形するプレス成形装置であって、
上型および／または下型内に配され、上下の金型間にワークを挟持した際にその金型を介してワークを加熱するワーク加熱手段と、上下の金型間の荷重を検出する荷重検出手段と、上型の下降動作を制御する上型制御手段とを備え、
前記上型制御手段は、上下の金型によってワークを挟持する位置まで上型を下降させた後、前記荷重検出手段によって検出される金型間の荷重を所定値に保持し、その後上型を下降させるように前記上型の位置を制御するように構成されることを特徴とするものである。
【００１６】
この第２発明は、前記第１発明によるプレス成形方法を具体的に実現するためのプレス成形装置に関わるものであって、上下の金型によってワークを成形する際に、上型制御手段の制御によって、上下の金型間にワークが挟持される位置まで上型が下降され、この状態で金型間の荷重が所定値に保持される。また、その際、ワーク加熱手段によって金型を介してワークが加熱される。そして、その後、上下の金型によるワークの挟持状態を維持したまま上型制御手段の制御によって上下の金型が相対的に近接されてワークが成形される。こうして、第１発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１７】
前記第２発明においては、上下の金型によってワークを挟持した後の時間経過を計測する計時手段を設け、前記上型制御手段は、前記計時手段により計測される時間が所定時間に達したときに前記上型を下降させるように制御することができる（第３発明）。また、上下の金型によってワークを挟持した後のワークの昇温状態を検出する温度検出手段を設け、前記上型制御手段は、前記温度検出手段により検出されるワークの昇温状態が所定値に達したときに前記上型を下降させるように制御しても良い（第４発明）。このように、上下の金型間の荷重を所定値に保持する時間は、計時手段にて計時することによって検知しても良いし、あるいは温度検出手段にてワークの昇温状態を検出することによって検知しても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるプレス成形方法およびプレス成形装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には、本発明の一実施形態に係るフリーモーションプレスにおける金型の概略構成図が示され、図２には、本実施形態のフリーモーションプレスのシステム構成図が示されている。また、図３（ａ）（ｂ）には、本実施形態のフリーモーションプレスによる成形過程が模式的に示されている。なお、本実施形態では、マグネシウム合金製の金属素材（以下、「ワーク」という。）を成形する場合を例にとって説明する。
【００２０】
本実施形態のフリーモーションプレス１においては、スライド２の下面に上板３を介して上型（パンチ）４が固定され、ボルスタ５の上面に下板６を介して下型（ダイ）７が固定されている。そして、下型７の上面にはワーク８が載置され、スライド２の昇降運動によって上型４と下型７との間でワーク８を挟圧することによってそのワーク８の成形がなされるように構成されている。
【００２１】
前記上型４および下型７の内部には、加熱源としてのヒーター９が埋設されている。このヒーター９は熱電対（金型温度検出手段）１０に接続されるとともに、その温度が後述するコントローラ１４内の温度制御手段によって制御され、それによって上型４および下型７を介してそれら各金型４，７間に挟持されるワーク８に熱伝達され、このワーク８が所望の成形温度に加熱されるようになっている。
【００２２】
一方、前記フリーモーションプレス１において、スライド２は、サーボモータ１１の回転によって回転伝達部材１２および動力変換装置１３を介して昇降動される。そして、コントローラ１４からの指令信号によって前記サーボモータ１１への指令電流値が調整されることで、前記スライド２のスライドモーション、ストローク、速度などが任意に設定され、かつそのスライド２の昇降運動が数値制御されるように構成されている。この数値制御を行うために、前記スライド２とプレスフレーム１５との間にはセンサロッド１６ａと検出ヘッド１６ｂとよりなるリニアスケール（スライド位置検出手段）１６が配されて、検出ヘッド１６ｂ内部の位置検出部によりスライド２の位置がボルスタ５の上面からの高さとして検出され、また前記プレスフレーム１５には歪ゲージ（荷重検出手段）１７が貼付されて、この歪ゲージ１７により検出される歪の大きさに基づいてスライド２に加わる荷重が検出され、これらリニアスケール１６および歪ゲージ１７による検出値が前記コントローラ１４に入力されるように構成されている。また、前記コントローラ１４には前記熱電対１０からの金型温度の検出値も入力される。ここで、金型がワークに接触した際の金型の表面近傍の温度は、一旦下降した後に上昇するという挙動を示すため、この金型温度の下降と上昇の傾向を元にワークの温度上昇が推定される。
【００２３】
また、前記コントローラ１４には計時手段としてのタイマが内蔵されるとともに、スライド２を上下動させるサーボモータ１１に制御信号を出力するサーボモータ制御手段（本発明における上型制御手段に相当する。）が内蔵されている。このサーボモータ制御手段は、リニアスケール（位置検出手段）１６および歪ゲージ（荷重検出手段）１７からの信号に基づいて、スライド２の位置制御を実行するか、荷重制御を実行するかを判定する判定手段と、サーボモータ１１へ出力する指令値（電流値）を演算する指令値演算手段と、この指令値演算手段による演算結果をサーボモータ１１へ出力する指令値出力手段とを含むものである。
【００２４】
次に、図４に示されるタイムチャートを参照しつつ、本実施形態のフリーモーションプレス１によるワーク８の成形手順について説明する。
【００２５】
まず、図３（ａ）に示されるように、下型７上に常温のワーク８をセットし、スライド２を上死点Ａから下降させることによって上型４を下降させる。このとき、スライド２の位置はリニアスケール１６によってモニタされ、スライド２は位置制御されつつ下降する。次いで、図３（ｂ）に示されるように、上型４がワーク８の表面に接触する位置（接触点）Ｂに達すると、スライド２の下降動作を停止し、上型４と下型７間でワーク８を挟持する。このとき、前記判定手段による判定によってスライド２の制御は位置制御から荷重制御に切り替わり、荷重検出手段１７により検出される荷重値が所定の設定荷重になるように、前記指令値演算手段によってサーボモータ１１への指令電流値が調整される。こうして、上型４および下型７でワーク８を一定荷重で保持しながら、上型４および下型７でワーク８をタイマで計時される所定時間保持し、この間にヒーター９により上型４および下型７を介してワーク８を最適成形温度に加熱する。なお、図４の点Ｂ〜点Ｃ間においては、上型４および下型７間の荷重が所定値に保持されることから、スライド２はコントローラ１４からの信号によって微妙に昇降制御されることになる。
【００２６】
この後、タイマにより計測される時間が経過すると、スライド２の荷重制御は再び位置制御に切り替わり、リニアスケール１６によって検出されるスライド２の位置が所定の位置、言い換えれば下死点Ｄに至るように、前記指令値演算手段によってサーボモータ１１への指令電流値が調整され、スライド２が下死点Ｄまで下降されてワーク８の成形が行われる。この成形は、ワーク８が最適成形温度に加熱された後に行われるため、容易にかつ支障なく行われ、これによって高品質の製品を得ることができる。
【００２７】
こうして成形が終了すると、スライド２は上死点Ｅまで上昇して１サイクルが終了する。なお、製品は図示されない離型手段にて金型内から取り出される。
【００２８】
次に、本実施形態のプレス成形方法の効果を確認するために、図６に示されるのと同様、板厚３．０ｍｍのワークを金型で加熱する場合に、スライドを加圧制御することによって一定圧力で保持した場合のワークの昇温状態の変化を調査した。図５にはその調査結果（実線で示す。）が、スライドを位置決め制御した場合の結果（図６）と併せて示されている。この結果から明らかなように、スライドを一定位置で停止させてワークを加熱する方法は、ワークの厚みのバラツキによって温度上昇時間にバラツキが生じていて、ワークの正確な温度管理が困難であるのに対し、スライドを一定荷重で保持する方法（本実施形態の方法）では、金型が確実にワークに接触するため、温度上昇時間にバラツキがなく、ワークの正確な温度管理が可能になっていることがわかる。
【００２９】
同様にして、ワーク表面に油性黒鉛潤滑剤を塗布したものについて昇温時間の調査を行った。この結果、金型をワークに完全に接触した位置でスライドを停止させた場合（図６の破線のもの）と、金型をワークに接触させた状態でスライドを一定荷重で保持した場合（本実施形態のもの）には、潤滑剤の有無によってワークの昇温時間に変化は認められなかったが、他の２水準（図６の一点鎖線のものと二点鎖線のもの）では、潤滑剤の有無によってもワークの昇温時間にバラツキが生じることがわかった。
【００３０】
このように、本実施形態のプレス成形方法によれば、ワークを上下の加熱された金型で挟持する際に、上型を一定位置で停止させる従来方法に比べて、ワークの板厚や潤滑状態にバラツキがあった場合でも、ワークの昇温状態にバラツキが生じることがない。したがって、金型からワークへの熱伝達率が向上し、短時間でワークを昇温させることが可能となって、生産性を更に向上させることができる。
【００３１】
また、本実施形態によれば、金型４，７内でワーク８の加熱と成形とを行うことができるので、電気式加熱炉等の別装置でワークを予備加熱する必要がない。したがって、装置構成を簡素化できるとともに、加熱炉からプレス機へのワークの搬送工程が不要になるので、生産性を向上させることができる。
【００３２】
本実施形態においては、上下の金型間の荷重を所定値に保持する時間を計時手段（タイマ）によって計時するものについて説明したが、温度検出手段にてワークの昇温状態を検出し、ワークの温度が所定温度になったときに成形を開始するようにしても良い。
【００３３】
本実施形態においては、マグネシウム合金製のワークを成形するものについて説明したが、本発明は、チタン合金、アルミニウム合金、ステンレス等の他の難加工材に対しても適用できるのは言うまでもない。
【００３４】
本実施形態においては、ヒーター９を上型４と下型７の双方に埋設するものについて説明したが、このヒーター９は、上型４もしくは下型７のいずれか一方に埋設するようにする実施形態も可能である。
【００３５】
本実施形態においては、フリーモーションプレスを例にとって説明したが、本発明に用いられるプレス機は、スライドを下降途中で停止できる機構を備えたものであれば機械プレスであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るフリーモーションプレスにおける金型の概略構成図である。
【図２】図２は、本実施形態のフリーモーションプレスのシステム構成図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、本実施形態のフリーモーションプレスによる成形過程を示す模式図である。
【図４】図４は、本実施形態のフリーモーションプレスによる成形手順を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、上下金型間隔および保持加圧力の違いによるワークの昇温状態の変化を調査した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、上下金型間隔の違いによるワークの昇温状態の変化を調査した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　　　フリーモーションプレス
２　　　　　　スライド
４　　　　　　上型
５　　　　　　ボルスタ
７　　　　　　下型
８　　　　　　ワーク
９　　　　　　ヒーター
１０　　　　　熱電対
１１　　　　　サーボモータ
１４　　　　　コントローラ
１６　　　　　リニアスケール
１７　　　　　歪ゲージ
【図１】
2004098125.tif 000003
【図２】
2004098125.tif 000004
【図３】
2004098125.tif 000005
【図４】
2004098125.tif 000006
【図５】
2004098125.tif 000007
【図６】
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