JP7184340B2

JP7184340B2 - 高圧スライド加工装置

Info

Publication number: JP7184340B2
Application number: JP2019024302A
Authority: JP
Inventors: 吉治小田切; 陽一瀧沢; 学湯本
Original assignee: 長野鍛工株式会社
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: JP2020131207A

Description

本発明は、金属材料に相当ひずみを導入するための高圧スライド加工装置に関する。

従来、金属材料に相当ひずみを与えることで、新たな特性を付与する手法が幾つか知られている。

例えばHPS(High-Pressure Sliding)法は、高圧スライド加工装置に配された上下の金型間で加工対象となる金属材料を加圧挟持しつつ、加圧方向と略直交する方向に上下の金型を相対的にスライド移動させることにより金属材料に相当ひずみを付与する手法である（例えば、特許文献１参照）。

このHPS法によれば、金属材料に相当ひずみを多量に導入して高密度な転位を形成することで組織をナノあるいはサブミクロンサイズに微細化し、強度、弾性、延性、剛性等の向上、結晶配向の制御等が実現される。

従って、金属材料の加工容易性を向上したり、金属材料に新たな機能的特性を付与できるなど、様々な特性の向上が期待される。

特開２００９－６１４９９号公報

ところで、このHPS法を実現するための高圧スライド加工装置は、例えば上記特許文献１の図１にも示されるように、左右方向に移動する水平移動金型と、上下方向から挟圧する上下金型とを備え、水平移動金型と上金型及び下金型との間の凹凸嵌合溝構造の溝部に帯状の金属材料を配した状態で相対移動させることで相当ひずみの導入加工を行うものである。

また、このような高圧スライド加工装置は、金属材料を挟持した状態で往復のスライド動作をさせれば、金属材料に対し効率的に相当ひずみの導入を行うことも可能であり、この点、上述の凹凸嵌合溝構造を有する従来の高圧スライド加工装置は、水平移動金型を、水平移動方向の一側端に配設したシリンダで押し引き動作させれば、一応の往復動作は可能とも思われる。

しかし、上下方向からの非常に大きな圧力下で金属材料を左右方向へスライドさせるべく十分な押圧力を得るためには十分とは言い難く、押し動作で力を発揮するシリンダを左右両側に配する必要があった。

また、仮に水平移動金型の両側にシリンダを配した場合、実際は相当な大きさの油圧プレス装置が移動金型の両側方のスペースを占め、更には凹凸嵌合溝構造の溝部に金属材料が配されている関係上、金属材料へのアプローチ、すなわち、金属材料の供給や、加工済金属材料の除去、未加工の金属材料の配置などの際に、凹溝両側壁や左右のプレス装置が邪魔になるなど、作業効率的な側面において未だ改善の余地が残されていた。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、金属材料への加工の自由度が高く、しかも、加工作業時の効率に優れた高圧スライド加工装置を提供する。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る高圧スライド加工装置では、（１）上下方向に移動する昇降クランプと、同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、前記昇降クランプを前記摺動クランプに前記金属材料を介して圧接させて同金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成した。

また、本発明に係る高圧スライド加工装置では、以下の点にも特徴を有する。
（２）前記金属材料が挟圧される仮想の挟圧平面は、前記第１及び第２のシリンダの稼動軸線よりも上方としたこと。
（３）前記金属材料の違う位置を両クランプ間に配置するフィーダ、又は新たな別の金属材料を両クランプ間に配置するロボットを備えたこと。
（４）前記昇降シリンダ、第１水平シリンダ、第２水平シリンダをそれぞれ独立して駆動する制御部を備えること。
（５）前記制御部は、いずれか一方の水平シリンダを進出させた際、いずれか他方のシリンダは、前記摺動クランプを介して前記一方のシリンダより受ける力が所定の力未満であれば前記一方のシリンダに抗してピストン位置を保持する一方、所定の力以上であれば前記一方のシリンダに屈してピストンを縮める制御を行うこと。
（６）前記制御部は、加工硬化の進展に応じて昇降シリンダの挟圧力を上昇させる制御を行うこと。
（７）前記制御部は、所定量の相当ひずみ導入に際し、前記第１及び第２の水平シリンダによる往復動作により相当ひずみの導入を可能としたこと。
（８）前記摺動クランプには前記金属材料を加熱又は冷却する加熱冷却部が備えられていること。

本発明に係る高圧スライド加工装置では、上下方向に移動する昇降クランプと、同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、前記昇降クランプを前記摺動クランプに前記金属材料を介して圧接させて同金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成したため、金属材料への加工の自由度が高く、しかも、加工作業時の効率に優れた高圧スライド加工装置を提供することができる。

また、前記金属材料が挟圧される仮想の挟圧平面は、前記第１及び第２のシリンダの稼動軸線よりも上方とすれば、昇降クランプと摺動クランプとによる金属材料の挟持面の左右側方側に障害となる構造が殆ど無いため、作業をより効率的に行うことが可能となり、しかも、材料の送り装置やロボットなどの付帯設備を配設するスペースを確保することもできる。

また、前記金属材料の違う位置を両クランプ間に配置するフィーダ、又は新たな別の金属材料を両クランプ間に配置するロボットを備えることとすれば、金属材料に対して相当ひずみを導入する工程を更に自動化することができる。

また、前記昇降シリンダ、第１水平シリンダ、第２水平シリンダをそれぞれ独立して駆動する制御部を備えることとすれば、いずれかのシリンダの状態に拘わらず他のシリンダを所望の状態とすることができるため、加工自由度の高い高圧スライド加工装置とすることができる。

また、前記制御部は、いずれか一方の水平シリンダを進出させた際、いずれか他方のシリンダは、前記摺動クランプを介して前記一方のシリンダより受ける力が所定の力未満であれば前記一方のシリンダに抗してピストン位置を保持する一方、所定の力以上であれば前記一方のシリンダに屈してピストンを縮める制御を行うこととすれば、所定の背圧をかけながら金属材料に対し相当ひずみの導入加工を行うことができる。

また、前記制御部は、加工硬化の進展に応じて昇降シリンダの挟圧力を上昇させる制御を行うこととすれば、バリの発生を抑制することができる。

また、前記制御部は、所定量の相当ひずみ導入に際し、前記第１及び第２の水平シリンダによる往復動作により相当ひずみの導入を可能とすれば、材料の状態に応じて相当ひずみの導入を行うことができる。

また、前記摺動クランプには前記金属材料を加熱又は冷却する加熱冷却部が備えられていることとすれば、金属材料を加工に適した温度に調整することができる。

本実施形態に係る高圧スライド加工装置の構成を示した模式図である。上部金型及び下部金型近傍の構成を示した模式断面図である。相当ひずみの導入過程を示した説明図である。相当ひずみの導入過程を示した説明図である。背圧制御の概念を示した説明図である。高圧スライド加工装置の電気的構成を示したブロック図である。第１の動作例に係るタイミングチャートである。第１の動作例を示した説明図である。第２の動作例に係るタイミングチャートである。第２の動作例を示した説明図である。第３の動作例に係るタイミングチャートである。第３の動作例を示した説明図である。第４の動作例に係る相当ひずみの導入過程を示した説明図である。第４の動作例に係るタイミングチャートである。第４の動作例を示した説明図である。

本発明は、金属材料にHPS加工を施すための高圧スライド加工装置に関するものであり、特に、金属材料への加工の自由度が高く、しかも、加工作業時の効率に優れた高圧スライド加工装置を提供するものである。

以下、本実施形態に係る高圧スライド加工装置について、図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａの正面外観を示した模式図である。

図１に示すように高圧スライド加工装置Ａは、金属材料Ｍの加工を行う装置本体部１０と、同装置本体部１０の制御等を行う制御盤１１とで構成している。

装置本体部１０は、金属材料Ｍを上方より挟圧する挟圧機構１２と、金属材料Ｍを左右方向へスライドさせて相当ひずみの導入を行うスライド機構１３と、これら挟圧機構１２やスライド機構１３を支える複数の梁１４ａにより構成された支持構造体１４とで構成している。

挟圧機構１２は、支持構造体１４の上部の梁１４ａに固定配置した昇降シリンダ１５と、同昇降シリンダ１５のピストン１５ａの先端に固設した上部金型１６と、昇降シリンダ油圧駆動設備１７とで構成している。

昇降シリンダ１５は、ピストン１５ａが上下方向に進退する向きで配設されており、ピストン１５ａを伸縮させて、上部金型１６を金属材料Ｍに所定の圧力や速度で押し当てて挟圧したり、上部金型１６を上昇させる。

また、この昇降シリンダ１５は、支持構造体１４の上部に配された昇降シリンダ油圧駆動設備１７の油圧回路により接続されている。昇降シリンダ油圧駆動設備１７は、油圧を発生させて昇降シリンダ１５を駆動させる設備である。

また昇降シリンダ油圧駆動設備１７には、制御盤１１と電気的に接続された昇降シリンダ駆動回路１７ａが備えられている。昇降シリンダ駆動回路１７ａは、制御盤１１からの制御信号に応じて油圧ポンプ等の駆動を行う電気的な回路であり、昇降シリンダ油圧駆動設備１７から昇降シリンダ１５へ油圧を供給し、ピストン１５ａを所定の速度や圧力で駆動させる。

ピストン１５ａに配された上部金型１６は、後述の下部金型３２と対をなす金型であって昇降クランプとして機能する部材であり、金属材料Ｍと直接に接触して金属材料Ｍに挟圧力を与え、更には相当ひずみを与える役割を有する。上部金型１６は図２に示すように、金型ベース１８と、金型本体１９とで構成している。

金型ベース１８は、ピストン１５ａの先端に金型本体１９を配するためのベースの役割を有する部材であり、上面側にはピストン１５ａの先端と嵌合するピストン取付凹部１８ａが形成されている。

また、金型ベース１８の下面側には、金型本体１９の取付部となる金型本体取付凹部１８ｂが形成されており、金型本体取付凹部１８ｂには、側面プレート１８ｃやウェッジプレート１８ｄ、底板プレート１８ｅ等と共に金型本体１９が固設されている。

金型本体１９は、金属材料Ｍと接触し、後述の下部金型３２と協動して挟圧を行うための部位であって、略中央部には凸状の接触面１９ａが形成されており、破線にて示すように、その頂部近傍にて金属材料Ｍを挟圧しつつ相当ひずみの付与を行う。

また、金型ベース１８の内部には、例えば紙面表裏方向へ向け、金型本体取付凹部１８ｂを囲うように加熱管２０と冷却管２１とが配されており、加熱冷却部２２が構築されている。

これら加熱管２０や冷却管２１は、金型本体取付凹部１８ｂに取り付けられた金型本体１９の加熱や冷却を行って金属材料Ｍの加工時の温度を調整するためのものであり、制御盤１１の制御により金型本体１９の温度状態を制御可能としている。なお、加熱や冷却は公知の手段を採用することができ、例えば加熱管２０は電気的乃至電磁的加熱を、また冷却管２１は水冷など媒体を介した冷却を採用することができる。

一方、スライド機構１３は、図１に示すように、加工部２５と、第１水平シリンダ２６と、第１水平シリンダ油圧駆動設備２７と、第２水平シリンダ２８と、第２水平シリンダ油圧駆動設備２９とで構成している。

加工部２５は金属材料Ｍに対して加工を施すための部位であり、基台３０と、同基台３０上に固定して配した枠台３１と、同枠台３１上で摺動移動可能に配置した下部金型３２とを備えている。

基台３０は、高圧スライド加工装置Ａの設置面Ｇに設置された加工部２５のベースとなる部分である。

枠台３１は、下部金型３２の摺動を所定方向及び所定範囲内に規制するための台であり、具体的には、図１において紙面左右方向への摺動は許容しつつ、紙面前後方向への摺動は規制する。

下部金型３２は、前述の上部金型１６と対をなす金型であって摺動クランプとして機能する部位であり、上部金型１６と同様に金属材料Ｍと直接に接触して金属材料Ｍに挟圧力を与え、更には相当ひずみを与える役割を有する。下部金型３２は図２に示すように、スライダ３３と、金型本体３４とで構成している。

スライダ３３は、金型本体３４を装着した状態で、枠台３１に形成された摺動凹部３１ａに沿って摺動し、金属材料Ｍに相当ひずみを導入するための移動体である。スライダ３３の下面側は摺動凹部３１ａの幅と略同幅に形成した摺動部３３ａを備えており、枠台３１の壁部３１ｂにより規制された範囲内でスライダ３３が摺動することとなる。

また、スライダ３３の上面側には、金型本体３４の取付部となる金型本体取付凹部３３ｂが形成されており、金型本体取付凹部３３ｂには、側面プレート３３ｃやウェッジプレート３３ｄ、底板プレート３３ｅ等と共に金型本体３４が固設されている。

金型本体３４は、金属材料Ｍと接触し、前述の上部金型１６と協動して挟圧を行うための部位であって、略中央部には凸状の接触面３４ａが形成されており、その頂部近傍にて金属材料Ｍを挟圧しつつ相当ひずみの付与を行う。

また、スライダ３３の内部には、前述の金型ベース１８の内部と同様に、例えば紙面表裏方向へ向け、金型本体取付凹部１８ｂを囲うように加熱管２０と冷却管２１とが配されており、加熱冷却部２２が構築されている。なお、上部金型１６及び下部金型３２のいずれの加熱冷却部２２においても、金型本体１９,３４の加熱冷却効率を良好とすべく、断熱材等により構築した断熱層を必要な箇所に適宜形成することもできる。

図１の説明に戻り、スライド機構１３を構成する第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、昇降シリンダ１５により押圧されている下部金型３２を左右水平方向へ摺動させるためのシリンダであり、下部金型３２を介して同一軸線上に各ピストン２６ａ,２８ａをそれぞれ対向させた状態で配設している。

また、ピストン２６ａ,２８ａの先端にはそれぞれ、プッシャー２６ｂ,２８ｂを配設している。このプッシャー２６ｂ,２８ｂは、第１水平シリンダ２６や第２水平シリンダ２８にて生起した押圧力を下部金型３２へ伝達するための部材であり、下部金型３２の側面に当接させて下部金型３２を摺動させる。

また、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、支持構造体１４の上部に配された第１水平シリンダ油圧駆動設備２７及び第２水平シリンダ油圧駆動設備２９にそれぞれ接続されている。第１水平シリンダ油圧駆動設備２７及び第２水平シリンダ油圧駆動設備２９は、油圧を発生させて第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８を駆動させる設備である。

第１水平シリンダ油圧駆動設備２７や第２水平シリンダ油圧駆動設備２９には、それぞれ制御盤１１と電気的に接続された第１水平シリンダ駆動回路２７ａや第２水平シリンダ駆動回路２９ａが備えられている。第１水平シリンダ駆動回路２７ａや第２水平シリンダ駆動回路２９ａは、制御盤１１からの制御信号に応じて油圧ポンプ等の駆動を行う電気的な回路であり、第１水平シリンダ油圧駆動設備２７や第２水平シリンダ油圧駆動設備２９から第１水平シリンダ２６や第２水平シリンダ２８へ油圧を供給し、ピストン２６ａやピストン２８ａを所定の速度や圧力で駆動させる。

また、上述した昇降シリンダ１５や第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８は、制御盤１１からの制御信号に応じ、昇降シリンダ油圧駆動設備１７や第１水平シリンダ油圧駆動設備２７、第２水平シリンダ油圧駆動設備２９を介して駆動するが、いずれのシリンダも、他のシリンダの動作とは無関係に独立して所定の圧力や速度、シリンダの進退を行えるようにしている。

すなわち、昇降シリンダ１５や第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８はそれぞれ、独立した油圧駆動設備１７,２７,２９を備え、制御盤１１からの駆動信号に応じ独立して稼動するフリーモーションが実現されている。

次に、このような構成を備えた高圧スライド加工装置Ａの基本的な動作について説明する。まず図３（ａ）に示すように、上部金型１６の金型本体１９と下部金型３２の金型本体３４との間に金属材料Ｍを配置し、昇降シリンダ１５の駆動によりピストン１５ａを進出させて金型本体１９を金属材料Ｍへ向けて下降させる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、昇降シリンダ１５により所定の圧力Ｐ１で金属材料Ｍを挟圧し、更に水平シリンダ（ここでは、第１水平シリンダ２６）を駆動させピストン２６ａを進出させることにより、プッシャー２６ｂを介して下部金型３２を所定の圧力又は速度（ここでは、圧力Ｐ２）で押圧する。

ここで、このときの金属材料Ｍの状態について図４を参照しつつ説明する。図４は、図３（ｂ）にて破線の丸で示した部分における金属材料Ｍの状態を示す説明図である。図４において金属材料Ｍの断面部分に示すハッチングは、導入された相当ひずみの状態を模式的に示している。

図４（ａ）は圧力Ｐ２を付与する前の状態を示しており、上部金型１６の金型本体１９に追従する金属材料Ｍの上面Ｍｕ（網掛けで示す）と、下部金型３２の金型本体３４に追従する金属材料Ｍの下面Ｍｄ（網掛けで示す）との間には、昇降シリンダ１５による圧力Ｐ１の付与に伴って下方へ向け力Ｆ１が働くと共に、同力Ｆ１に対する抗力Ｆ１’が働き、金属材料Ｍが挟圧される。なおこの時点では、まだ相当ひずみは導入されていない。

ここで第１水平シリンダ２６による圧力Ｐ２の付与に伴い、下部金型３２がスライドして力Ｆ２が付与されると、図４（ｂ）にて傾斜湾曲したハッチングで示すように上面Ｍｕと下面Ｍｄとの間に相当ひずみが導入され、金属材料Ｍの肉厚内部に相当ひずみ導入部Ｓが形成されることとなる。

このとき、図３（ｃ）に示すように、金型本体３４は金型本体１９の直下よりスライド分だけオフセットした位置となり、金属材料Ｍは金型本体１９や金型本体３４への追従に伴って若干変形する。

この状態で上部金型１６を上昇させることにより、相当ひずみ導入部Ｓが形成された金属材料Ｍを得ることも可能であるが、更に復路動作を行って相当ひずみ導入量を多くすることもできる。

すなわち、図３（ｃ）にて白抜きの横矢印で示すように、圧力Ｐ２を加えたシリンダと対向する水平シリンダ（ここでは、第２水平シリンダ２８）を駆動させピストン２８ａを進出させることにより、プッシャー２８ｂを介して下部金型３２を所定の圧力又は速度（ここでは、圧力Ｐ３）で押圧する。

これにより下部金型３２は紙面左方へ摺動し、図３（ｄ）に示すように、上部金型１６と下部金型３２は、図３（ａ）と同様の原点位置に復帰し、金属材料Ｍは概ね元の状態に戻ることとなる。このときの金属材料Ｍには図３（ｃ）の段階の金属材料Ｍよりも多い相当ひずみが導入されている。

このように、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａによれば、上述のような工程を経ることで、金属材料Ｍに対しＨＰＳ法により相当ひずみの導入を行うことができる。

また特に、従来の高圧スライド加工装置の金型は、凹凸嵌合溝構造を備えた水平移動金型と上金型及び下金型との間の溝部に帯状の金属体を配して挟圧していたが、このような従来構造と比較して水平方向四方からの金属材料Ｍへのアプローチが容易化されている点で特徴的である。

すなわち、図１において金属材料Ｍと共に一点鎖線で示したように、金属材料Ｍが上部金型１６と下部金型３２とで挟持される面を含む仮想平面（以下、挟圧平面Ｓ１と称する。）が、第１水平シリンダ２６や第２水平シリンダ２８の押圧の軸線Ｊよりも上方であり、特に、下部金型３２に直接接するプッシャー２８ｂよりも上方としているため、図１において紙面手前－奥行方向である前後方向に余裕があるのは勿論のこと、金属材料Ｍの左右方向いずれにもスペースが形成されることとなり、金属材料Ｍへのアプローチ極めて容易となり、金属材料Ｍの送り装置やロボットなど、ＨＰＳ加工の自動化等に必要な付帯設備を配設することができる。

なお、上述してきた動作は、高圧スライド加工装置Ａにより金属材料Ｍに相当ひずみを導入するための基本動作の一例であり、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａは更に様々な動作を行うことも可能である。

具体例を挙げると、例えば、昇降シリンダ１５による挟圧下において、金属材料Ｍに対し、背圧をかけながら相当ひずみを導入することもできる。図５は、この背圧をかけながらの相当ひずみ導入の過程を示した説明図である。

図５（ａ）に示すように、昇降シリンダ１５により金型本体１９を介して金属材料Ｍを圧力Ｐ１で挟圧した状態において、背圧の設定値をＰとして金属材料Ｍに相当ひずみの導入を行うに際し、第１水平シリンダ２６により圧力Ｐ２（ただし、背圧の設定値Ｐを下回る値の圧力）が付与されている間は、第２水平シリンダ２８のピストン２８ａを固定したり、第２水平シリンダ２８により圧力Ｐ２と同じ圧力Ｐ３を付与することで、下部金型３２の摺動を規制する。

そして、第１水平シリンダ２６からの圧力Ｐ２を徐々に高め、設定背圧Ｐを上回る圧力Ｐ２に達すると、第２水平シリンダ２８は設定背圧Ｐと同じ圧力Ｐ３で下部金型３２を押圧することにより、いわば第２水平シリンダ２８が第１水平シリンダ２６からの押圧力に押し負けるような状態で金属材料Ｍに背圧（設定背圧Ｐ）を付与しながら加工を行うことができる。

また本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａは、更に様々な動作を行うことが可能であるが、これらの動作については、高圧スライド加工装置Ａの電気的構成について説明した後に追って説明する。

次に、これらの構成等を踏まえ、高圧スライド加工装置Ａの電気的構成について図６を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａでは、前述の如く金属材料Ｍの送り装置やロボットなどの付帯設備を任意で配設し自動化や半自動化することも可能であるため、ここでは金属材料Ｍの送り装置４０を備えた高圧スライド加工装置Ａとして説明する。

図６は、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａの電気的構成を示したブロック図である。制御盤１１内に構築される制御部４１は、その構成としてＣＰＵ４５、ＲＯＭ４６、ＲＡＭ４７等を備えており、高圧スライド加工装置Ａの稼動に必要なプログラムを実行可能としている。

具体的には、ＲＯＭ４６はＣＰＵ４５の処理において必要なプログラム等が格納されており、ＲＡＭ４７はそのプログラム等の実行に際し一時的な記憶領域として機能する。

また制御部４１には、操作スイッチ１１ａやタッチパネル１１ｂ、第１水平シリンダ圧力センサ２６ｃ、第２水平シリンダ圧力センサ２８ｃ、昇降シリンダ駆動回路１７ａ、第１水平シリンダ駆動回路２７ａ、第２水平シリンダ駆動回路２９ａ、温度調整回路４９、送り装置４０が接続されている。

操作スイッチ１１ａやタッチパネル１１ｂは、図１に示すように制御盤１１に配設されたスイッチやパネルであり、高圧スライド加工装置Ａの使用者が所望の動作をさせたり、プログラムを入力するために使用する。

第１水平シリンダ圧力センサ２６ｃや第２水平シリンダ圧力センサ２８ｃは、それぞれ第１水平シリンダ２６や第２水平シリンダ２８に備えられた圧力センサである。これら両圧力センサ２６ｃ,２８ｃは、抗力を検知するセンサであり、例えば他方の水平シリンダより受ける圧力を検知して背圧の制御等に資するものである。

すなわち、制御部４１は、いずれか一方の水平シリンダを進出させた際、両圧力センサ２６ｃ,２８ｃからの情報に基づき、いずれか他方のシリンダは、前記摺動クランプを介して前記一方のシリンダより受ける力（例えば圧力Ｐ２）が所定の力（例えば設定背圧Ｐ）未満であれば前記一方のシリンダに抗してピストン位置を保持する一方、所定の力以上（例えば、圧力Ｐ２≧設定背圧Ｐ）であれば前記一方のシリンダに屈してピストンを縮める制御を行う。

昇降シリンダ駆動回路１７ａや、第１水平シリンダ駆動回路２７ａ、第２水平シリンダ駆動回路２９ａは、それぞれ油圧駆動設備１７や第１水平シリンダ油圧駆動設備２７、第２水平シリンダ油圧駆動設備２９に配設された駆動回路である。これら駆動回路は、前述のように、制御部４１からの制御信号に応じ、油圧ポンプを駆動させるなどして、昇降シリンダ１５や第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８を所定の圧力や速度で独立して稼動させる。

温度調整回路４９は、制御部４１からの制御信号に基づき、上部金型１６の金型ベース１８内に構築された加熱冷却部２２や、下部金型３２のスライダ３３内に構築された加熱冷却部２２による各金型の加熱や冷却を行うための回路である。

具体的には、例えば金型の加熱にあたっては、各金型に配された加熱管２０内に配されている発熱体に通電し、その電流や電圧を制御することにより加熱調整したり、冷却にあたっては、冷却管２１に流通させる冷却水のポンプ駆動を制御することにより冷却調整が行われる。

送り装置４０は、挟圧機構１２の上部金型１６とスライド機構１３の下部金型３２との間に金属材料Ｍを配置したり、既に配置されている金属材料Ｍの挟圧位置を変更したり、加工済の金属材料Ｍを除いて新たな金属材料Ｍに取り替えを行うための装置である。この送り装置４０は、ローラ等によって構成した装置でも良く、また、ロボットを採用することも可能である。特に本実施形態では、プッシャー２６ｂやプッシャー２８ｂの上方位置近傍、挟圧平面Ｓ１近辺において送り装置４０による作業スペースが確保されており、金属材料Ｍの移動や置換作業が容易化されている。なお、以下の説明においてこれらの動作を単に配置、位置の変更、置換等と称する。

次に、制御部４１において所定の処理が実行されることにより実現される、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａの特徴的な動作について、図７～図１４を参照しつつ説明する。なお以下の説明において、第１水平シリンダ２６と第２水平シリンダ２８とのいずれか一方を進出させ他方を後退させる場合、この他方の後退させるシリンダは必要に応じて前述の背圧をかけることもできる。

図７は第１の動作例に係るタイミングチャートであり、図８は第１の動作例における加工工程を示した説明図である。第１の動作例は、金属材料Ｍに対し往路のみHPS加工を行う片押加工の例である。片押加工は図７に示すようにまず第１ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８をそれぞれ待機位置とする。

次に第２ステップにおいて、昇降シリンダ１５を進出させて図８（ａ）に示すように上部金型１６を降下させ、金属材料Ｍを下部金型３２との間でクランプする。このとき、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、待機位置のままである。

次に第３ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６を進出させ、図８（ｂ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う。このとき、第２水平シリンダ２８は、後退動作を行わせる。

次に第４ステップにおいて、図８（ｃ）に示すように昇降シリンダ１５を後退させて金属材料Ｍをクランプ状態から開放すると共に、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８の動作を一時的に停止させる。

次に第５ステップにおいて、昇降シリンダ１５は待機位置とし、後退を完了させる。第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、引き続き動作を一時的に停止する。なお、昇降シリンダ１５はこれ以降、第８ステップに至るまで待機位置を保持する。

次に、第６ステップにおいて第１水平シリンダ２６を後退させると共に、第２水平シリンダ２８を前進させる。すなわち、図８（ｄ）に示すように、金属材料Ｍを挟圧していない状態で、第１水平シリンダ２６を第３ステップで進出させた分だけ後退させつつ、第２水平シリンダ２８を後退させた分だけ進出させ、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８を待機位置の状態とする（第７ステップ）

次に、第８ステップにおいて、送り装置４０を駆動させ、金属材料Ｍの配置、位置の変更、置換等を行って片押加工の処理を終える。

次に、第２の動作例として、金属材料Ｍに対し往復でHPS加工を行う往復加工について説明する。図９は第２の動作例（往復加工）に係るタイミングチャートであり、図１０は第２の動作例（往復加工）における加工工程を示した説明図である。

往復加工は図９に示すようにまず第１ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８をそれぞれ待機位置とする。

次に第２ステップにおいて、昇降シリンダ１５を進出させて図１０（ａ）に示すように上部金型１６を降下させ、金属材料Ｍを下部金型３２との間でクランプする。このとき、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、待機位置のままである。

次に第３ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６を進出させ、図１０（ｂ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（往路動作）。このとき、第２水平シリンダ２８は、後退動作を行わせる。

次に第４ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８の動作を一時的に停止させる。

次に第５ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第２水平シリンダ２８を進出させ、図１０（ｃ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（復路動作）。このとき、第１水平シリンダ２６は、後退動作を行わせる。なお、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８のこの動作により、両シリンダは待機位置に復帰することとなり、併せて昇降シリンダ１５を退避させて待機位置へ移動させる（第６ステップ）。

次に第７ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８を待機位置とし、送り装置４０を駆動させることにより、金属材料Ｍの配置、位置の変更、置換等を行って往復加工の処理を終える。

次に、第３の動作例として、金属材料Ｍに対し、前述の往復動作を連続的に行う場合（以下、連続往復加工）について説明する。図１１は第３の動作例（連続往復加工）に係るタイミングチャートであり、図１２は第３の動作例（連続往復加工）における加工工程を示した説明図である。

連続往復加工は図１１に示すようにまず第１ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８をそれぞれ待機位置とする。

次に第２ステップにおいて、昇降シリンダ１５を進出させて図１２（ａ）に示すように上部金型１６を降下させ、金属材料Ｍを下部金型３２との間でクランプする。このとき、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、待機位置のままである。

次に第３ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６を進出させ、図１２（ｂ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（往路動作）。このとき、第２水平シリンダ２８は、後退動作を行わせる。

次に第５ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第２水平シリンダ２８を進出させ、図１２（ｃ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（復路動作）。このとき、第１水平シリンダ２６は、後退動作を行わせる。なお、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８のこの動作により、両シリンダは待機位置に復帰することとなり、併せて図１２（ｄ）に示すように昇降シリンダ１５を退避させて待機位置へ移動させる（第６ステップ）。

次に第７ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８を待機位置とし、第８ステップにおいて送り装置４０を駆動させることにより、金属材料Ｍの配置、位置の変更、置換等を行って、前述の第２の動作例にて説明した往復加工と同様の一連の処理を完了する。そして、この連続往復加工では、この第２ステップから第８ステップの過程を繰り返し行うことで、図１２（ｅ）～（ｈ）に示すように、連続的な往復加工によるＨＰＳ加工が実現される。

次に、第４の動作例として、金属材料Ｍに対し、金属材料Ｍの挟圧位置を変更しながら、スライド方向を違えつつジグザクに相当ひずみ導入領域の形成を行う加工（以下、連続ジグザグ加工）について説明する。具体的には、図１３（ａ）に示すように、まず金属材料Ｍの所定の位置Ｘ１を挟圧して矢印の方向へ下部金型３２をスライドして相当ひずみの導入を行い、次いで図１３（ｂ）に示すように、白抜き矢印の方向へ金属材料Ｍ自体を移動させて挟圧位置を位置Ｘ２とする。

そして、この位置Ｘ２において、位置Ｘ１とは逆方向へスライドしつつ相当ひずみの導入を行い、次いで図１３（ｃ）に示すように白抜き矢印の方向へ金属材料Ｍを移動させ挟圧位置を位置Ｘ３とした上で、位置Ｘ２とは逆方向へスライドしつつ相当ひずみの導入を行うものである。

図１４は第４の動作例（連続ジグザグ加工）に係るタイミングチャートであり、図１５は第４の動作例（連続ジグザグ加工）における加工工程を示した説明図である。

連続ジグザグ加工は図１４に示すようにまず第１ステップにおいて、昇降シリンダ１５、第１水平シリンダ２６、第２水平シリンダ２８をそれぞれ待機位置とする。

次に第２ステップにおいて、昇降シリンダ１５を進出させて図１５（ａ）に示すように上部金型１６を降下させ、金属材料Ｍを下部金型３２との間でクランプする。このとき、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８は、待機位置のままである。

次に第３ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６を進出させ、図１５（ｂ）に示すように下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（往路動作）。このとき、第２水平シリンダ２８は、後退動作を行わせる。これにより、図１３（ａ）に示した相当ひずみ導入部の形成が行われる。

次に第４ステップにおいて、昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８の動作を一時的に停止させる。なお、両水平シリンダの動作は、第８ステップまで一時的に停止状態である。

次に、第５ステップにおいて、昇降シリンダ１５を退避させて待機位置へ移動させる（第６ステップ）。

次に第７ステップにおいて送り装置４０を駆動させることにより、金属材料Ｍの位置の変更（材料フィード）を行い、続いて昇降シリンダ１５を降下させて金属材料Ｍをクランプする（第８ステップ）。

次に、第９ステップにおいて第３ステップとは逆に、第２水平シリンダ２８を進出させ、下部金型３２をスライドさせて金属材料Ｍに対して側方からの力を付与し相当ひずみの導入を行う（復路動作）。このとき、第１水平シリンダ２６は、後退動作を行わせる。これにより、図１３（ｂ）に示した相当ひずみ導入部の形成が行われる。

次に、第１０ステップにおいて昇降シリンダ１５はクランプ状態のままとしつつ、第１水平シリンダ２６及び第２水平シリンダ２８の動作を一時的に停止させ、その後昇降シリンダ１５を退避させて待機位置へ移動させる（第１１ステップ）。

そして、昇降シリンダ１５が待機位置に移動した後に（第１２ステップ）、金属材料Ｍの位置の変更（材料フィード）又は金属材料Ｍの取出が行われる（第１３ステップ）。また、この連続ジグザグ加工では、この第２ステップから第１３ステップの過程を繰り返し行うことで、連続的なジグザグ加工によるＨＰＳ加工が実現される。

上述してきたように、本実施形態に係る高圧スライド加工装置Ａによれば、上下方向に移動する昇降クランプと、同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、前記昇降クランプを前記摺動クランプに圧接させて前記金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成したため、金属材料への加工の自由度が高く、しかも、加工作業時の効率に優れた高圧スライド加工装置を提供することができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、本発明は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１１制御盤
１２挟圧機構
１３スライド機構
１５昇降シリンダ
１６上部金型
１９金型本体
２２加熱冷却部
２６第１水平シリンダ
２８第２水平シリンダ
３２下部金型
３３スライダ
３４金型本体
４０送り装置
４１制御部
４９温度調整回路
Ａ高圧スライド加工装置
Ｍ金属材料
Ｓ相当ひずみ導入部
Ｓ１挟圧平面

Claims

上下方向に移動する昇降クランプと、
同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、
前記昇降クランプを前記摺動クランプに前記金属材料を介して圧接させて同金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、
前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成した高圧スライド加工装置であって、
前記昇降シリンダ、第１水平シリンダ、第２水平シリンダをそれぞれ独立して駆動する制御部を備え、
同制御部は、加工硬化の進展に応じて昇降シリンダの挟圧力を上昇させる制御を行うことを特徴とする高圧スライド加工装置。
上下方向に移動する昇降クランプと、
同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、
前記昇降クランプを前記摺動クランプに前記金属材料を介して圧接させて同金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、
前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成した高圧スライド加工装置であって、
前記摺動クランプには前記金属材料を加熱又は冷却する加熱冷却部が備えられていることを特徴とする高圧スライド加工装置。
上下方向に移動する昇降クランプと、
同昇降クランプの直下に配置され、その上面に金属材料を載置した状態で左右方向へ摺動可能に構成した摺動クランプと、
前記昇降クランプを前記摺動クランプに前記金属材料を介して圧接させて同金属材料を両クランプ間で挟圧する昇降シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の一側へ向けて進出し前記摺動クランプを一側へ摺動させる第１水平シリンダと、
前記金属材料が挟圧された状態で、前記左右方向の他側へ向けて進出し前記摺動クランプを他側へ摺動させる第２水平シリンダと、を備え、
前記昇降シリンダによる両クランプの挟圧下で、前記第１及び／又は第２のシリンダの稼動により、前記金属材料に相当ひずみを導入すべく構成した高圧スライド加工装置であって、
前記金属材料が挟圧される仮想の挟圧平面は、前記第１及び第２のシリンダの稼動軸線よりも上方としたことを特徴とする高圧スライド加工装置。
前記制御部は、いずれか一方の水平シリンダを進出させた際、いずれか他方のシリンダは、前記摺動クランプを介して前記一方のシリンダより受ける力が所定の力未満であれば前記一方のシリンダに抗してピストン位置を保持する一方、所定の力以上であれば前記一方のシリンダに屈してピストンを縮める制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の高圧スライド加工装置。
前記制御部は、所定量の相当ひずみ導入に際し、前記第１及び第２の水平シリンダによる往復動作により相当ひずみの導入を可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項４に記載の高圧スライド加工装置。
前記金属材料の違う位置を両クランプ間に配置するフィーダ、又は新たな別の金属材料を両クランプ間に配置するロボットを備えたことを特徴とする請求項１～５いずれか１項に記載の高圧スライド加工装置。