６．新型冲压机械
最近关于冲压机械的话题，围绕着是否能够达到无切削成形，冲压机械本身的高精度，高刚性和高机能的伺服冲床的普及等而展开。由此而引发了各个产业领域对塑性加工其成形方法，产品精度，生产性等各方面的革新。EFM作为有利于地球环境的制造方法而受众人关注，大型专业厂家在对制造方法的评价上不仅关注成本缩减，对于如何减少CO2的排出量也成为重要课题。
本章从高水平日本的”制造工业”的大背景中、如何实现多工位冲压加工高精度，高附加价值产品的生产稳定性的视角，向大家介绍UL(Ultimate)冲床的对象制品事例。 |
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６－１ 开发UL系列的理念
UL冲床是以提高产品精度、延长模具寿命、加强通用性能为目的，以「精度高于模具的压力机」为理念得以开发的。
６－２ UL冲床的特征
在此介绍的UL冲床，完全开发了其成形时的高精度，高刚性特性。与普通冲床相比，其明显差别就在于产品精度和模具寿命的体现。
UL冲床的３要素
1. 零间隙 (球形4面导向)
高精度、允许高偏心荷重
2. 无连杆单点式构造
小型化、移动方便
高刚性、少热变位
3. 高剛性一体化机座
多工位成形 |
图24－ UL冲床的基本构造 | |
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如图24所示，UL的驱动、通过stock yoke机构的无连杆单点式紧凑型构造、滑块挠曲小、适用于有如锻造加工的集中荷重。而且由于冲床的高度变低，成形时机架延伸变形少，而且高刚性设计相对应，延伸变形值只有普通冲床的1/2以下、成形时对产品底厚精度产生影响的滑块下死点变动小。
滑块的4面导向方式采用的是、与背面为球形挠性导轨面接触的零间隙导向、相对工作台上面的滑块上下运动时的直角度能够达到JIS特级数微米。
对于UL来说、偏心荷重作用于成形时的受圧部是滑块驱动部的①、下滑块导向的前后②,③和上滑块导向的前后④,⑤ 共5点、通过这些受圧部来保持滑块的精度。因为多工程成形是由冲切，拉伸，弯曲等作业开始高度不同组合起来的复合成形、所以偏心荷重在1行程内左右方向转换、实际上UL可以被称为9点支撑压力成形机。
中型冲压机承受成形荷重的机架采用的是一体环形构造、 不仅提高了与延伸相关的纵刚性，而且提高了与高偏心荷重的相关的横刚性。
UL最大的特点是包括偏心荷重的影响在内其实际成形时的动态精度高。图25所示的测试条件，行程长80mm、滑块的左右尺寸是1200 mm、能力2500kN的冲床中心开始在左450mm的位置作用600kN的偏心荷重时、图26显示，此时的滑块横向偏移量是20μm。
普通冲床必须考虑冲床的导轨的发热情况，一般导轨间隙30μm以上、滑块的横向移位最小也要60μm。而且普通冲床承受所允许的偏心荷重时其滑块和工作台平行度多为JIS 3級。
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图25－UL冲床的偏心荷重测试 |
图26－偏心荷重作用时的横向移位量0kN UL冲床 | |
| UL冲床能够进行顺送和多工位加工，图27所示 为带送料线的2500kN的UL冲床生产线、图28所示 配有多工位装置的UL冲床。 |
图27－能力2500kN顺送成形用UL冲床 |
图28－多工位成形用UL冲床 | |
６－３ UL冲床对象加工产品
UL冲床不仅可用于板金成形的顺送和多工位加工、因其高剛性及耐集中荷重強的特性，如果附属机座反顶装置的话也可用于鍛造加工，是具有极高通用性的冲床。在此向大家介绍，现在最为受客户关注的高精密切断、在具有偏心荷重的板金成形方面活用锻造技术的FCF工法1)、及可以利用冷间锻造的三个领域的对象产品。
1) 精密切断
現在、UL在精密切断领域使用最多。精密切断主要分为图29的精冲(FB)和图31的简易精冲２种。总之必须有凸模和凹模的间隙必须是0.02mm以下精密模具、冲床的动态精度直接对切断面和模具寿命产生影响。最近多工程中伴随偏心荷重的複合成形的需求增加，UL的性能，精度更加适合于这类成形。
一般为补充冲床精度不足，总是努力改进模架的导柱和模具，甚至设计零间隙的辊式导向和副导向。对UL来说，多数不需要进行这些对策。而且如果使用动态精度高的UL，模具可以使用超硬合金、避免模具寿命因加工咬合而产生的消耗、从而产生飞跃性的提高。
图30在切断加工同时追加弯曲、凸台和压延加工、使用FB模具顺送成形的事例。在这些事例最适合使用这种无需避开偏心荷重、横向剛性高达零间隙的UL冲床。 |
图29－精密冲裁(FB)的原理 |
图30－顺送成形的FB成形事例 | |
图31所示に示す精加工作为简易精密切断法，外形部分必须使用切断面的时候、设定冲孔和冲模的间隙0.02mm，冲模取圆形。对于复杂形状和延伸性小的材料存在难度，适用于板材厚，形状比较简单的产品。模具的间隙越小、切断面越稳定、因为咬合等原因降低模具的寿命。这个领域的模具可以由使用普通冲床直接改用UL、UL的高动态精度拓展了其生产的对象产品、和FB一样可以提高产品精度和模具的寿命。
图32是包含拉伸工序的顺送成形、活用增加凸部精加工的同时进行全切断面加工歯形部品。 |
图31－精加工的原理 |
图32－顺送成形中的精加工 | |
2) 板金和锻造的复合成形 (FCF工法)
FCF工法1)作为板金和锻造的复合成形、如图33所示边缘、段差･差厚、局部形状等的有效成形、从而部品的轻量化和无切削的高付加价值冲压成形受到关注、因此UL成为此领域的标板。 |
图33－FCF工法的成形事例 |
图34－顺送成形中的精加工 | |
图34是顺送成形中、边缘板厚镦压为1/2，凸起角部成直角、省略切削工程达到无切削化加工。
图35是为了显示UL的精度・刚性的有利性的示范样品。有意在6000kN的UL冲床偏左侧安装模具、加工時取下导柱。加工工程是镦压、凸台、精加工的顺送成形、成形荷重中心是由冲床中心向左452mm、1900kN处。(图36)
镦压厚度的左右差如图37所示在UL-6000上为0.005mm、3500kN，拉伸冲压上为0.035mm、有滑块的全心倾斜影响。以往产品的差值在无影响范围内被忽视，今后将不可避免面临高精度化。凸台部的角左右差别如果通过肉眼来确认的话，使用UL冲床的样品无法看出差别，而使用拉伸冲压的产品可以看出左右量的差别。而且、UL是取下导柱在偏心荷重状态下进行的加工确保100%的切断面。 |
图35－边缘材質: SPCC 板厚: 2.6mm |
图36－模具安装条件 |
图37－镦压厚度比较条件 | |
3) 冷间锻造
如图38所示，冷间锻造是以汽车的机能部品为中心能够进行高精度，高附加价值的成形。这些产品的精度大致由三种方式决定，图39所示的①通过模具决定尺寸、②由冲床下死点决定尺寸、③由调模决定的尺寸。 |
图38－冷间锻造的成形事例 |
图39－产品精度的主要要素 | |
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图39所示： 複合押出し：复合挤出；据込み：镦压；前方押出し：前方挤出；后方押出し：后方挤出；
利用UL冲床的高精度・高刚性，高动态精度的特征、能够提高冷间锻造以下项目及提高模具寿命。
① 提高内外径的偏差精度和衬套的弯曲精度
② 提高产品的厚度精度
③ 5～7工程的高精度多工位成形
UL冲床的具体对象产品包括第2章的图1～图4中介绍的等速球节部品、伞齿轮等齿形部品、带内旋角的花键轴等。
７． 结束语
本文主要介绍了冷间锻造的对象产品和冲压机械的特征。塑性加工是以无切削加工为中心不断改进，通过高精度，高刚性和伺服技术等扩大冲压机械的机能。为了降低成本，重点是通过成形系统的稳定生产来提高成本性能。。
UL冲床与伺服冲床是完全不同的非常简单的机械。执着的追求极尽的精度和刚性推动了冲压成形的革新。冲压机械行业中不变的主题就是通过提高动态精度来变换模具构造和材质、提高冲床的成形速度、产品精度、模具寿命，来实现高精度、高附加值成形的稳定生产。能够体会到在21世纪激烈的竞争环境里“真才实干”的强大。
作为日本得以自豪的”熔合技术”結晶的UL冲床，希望其差别化为冲压技术的提高做出贡献。
参考文献
1) 中野隆志：塑性と加工，42－484 (2001)，22－26
2) 中川威雄：薄板のプレス加工(実教出版株式会社)，30-33 |
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