６．新型沖壓機械
最近關于沖壓機械的話題，圍繞著是否能夠達到無切削成形，沖壓機械本身的高精度，高剛性和高機能的伺服沖床的普及等而展開。由此而引發了各個產業領域對塑性加工其成形方法，產品精度，生產性等各方面的革新。EFM作為有利于地球環境的制造方法而受眾人關注，大型專業廠家在對制造方法的評價上不僅關注成本縮減，對于如何減少CO2的排出量也成為重要課題。
本章從高水平日本的”制造工業”的大背景中、如何實現多工位沖壓加工高精度，高附加價值產品的生產穩定性的視角，向大家介紹UL(Ultimate)沖床的對象制品事例。 |
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６－１ 開發UL系列的理念
UL沖床是以提高產品精度、延長模具壽命、加強通用性能為目的，以「精度高于模具的壓力機」為理念得以開發的。
６－２ UL沖床的特征
在此介紹的UL沖床，完全開發了其成形時的高精度，高剛性特性。與普通沖床相比，其明顯差別就在于產品精度和模具壽命的體現。
UL沖床的３要素
1. 零間隙 (球形4面導向)
高精度、允許高偏心荷重
2. 無連桿單點式構造
小型化、移動方便
高剛性、少熱變位
3. 高剛性一體化機座
多工位成形 |
圖24－ UL沖床的基本構造 | |
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如圖24所示，UL的驅動、通過stock yoke機構的無連桿單點式緊湊型構造、滑塊撓曲小、適用于有如鍛造加工的集中荷重。而且由于沖床的高度變低，成形時機架延伸變形少，而且高剛性設計相對應，延伸變形值只有普通沖床的1/2以下、成形時對產品底厚精度產生影響的滑塊下死點變動小。
滑塊的4面導向方式采用的是、與背面為球形撓性導軌面接觸的零間隙導向、相對工作臺上面的滑塊上下運動時的直角度能夠達到JIS特級數微米。
對于UL來說、偏心荷重作用于成形時的受圧部是滑塊驅動部的①、下滑塊導向的前后②,③和上滑塊導向的前后④,⑤ 共5點、通過這些受圧部來保持滑塊的精度。因為多工程成形是由沖切，拉伸，彎曲等作業開始高度不同組合起來的復合成形、所以偏心荷重在1行程內左右方向轉換、實際上UL可以被稱為9點支撐壓力成形機。
中型沖壓機承受成形荷重的機架采用的是一體環形構造、 不僅提高了與延伸相關的縱剛性，而且提高了與高偏心荷重的相關的橫剛性。
UL最大的特點是包括偏心荷重的影響在內其實際成形時的動態精度高。圖25所示的測試條件，行程長80mm、滑塊的左右尺寸是1200 mm、能力2500kN的沖床中心開始在左450mm的位置作用600kN的偏心荷重時、圖26顯示，此時的滑塊橫向偏移量是20μm。
普通沖床必須考慮沖床的導軌的發熱情況，一般導軌間隙30μm以上、滑塊的橫向移位最小也要60μm。而且普通沖床承受所允許的偏心荷重時其滑塊和工作臺平行度多為JIS 3級。
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圖25－UL沖床的偏心荷重測試 |
圖26－偏心荷重作用時的橫向移位量0kN UL沖床 | |
| UL沖床能夠進行順送和多工位加工，圖27所示 為帶送料線的2500kN的UL沖床生產線、圖28所示 配有多工位裝置的UL沖床。 |
圖27－能力2500kN順送成形用UL沖床 |
圖28－多工位成形用UL沖床 | |
６－３ UL沖床對象加工產品
UL沖床不僅可用于板金成形的順送和多工位加工、因其高剛性及耐集中荷重強的特性，如果附屬機座反頂裝置的話也可用于鍛造加工，是具有極高通用性的沖床。在此向大家介紹，現在最為受客戶關注的高精密切斷、在具有偏心荷重的板金成形方面活用鍛造技術的FCF工法1)、及可以利用冷間鍛造的三個領域的對象產品。
1) 精密切斷
現在、UL在精密切斷領域使用最多。精密切斷主要分為圖29的精沖(FB)和圖31的簡易精沖２種。總之必須有凸模和凹模的間隙必須是0.02mm以下精密模具、沖床的動態精度直接對切斷面和模具壽命產生影響。最近多工程中伴隨偏心荷重的複合成形的需求增加，UL的性能，精度更加適合于這類成形。
一般為補充沖床精度不足，總是努力改進模架的導柱和模具，甚至設計零間隙的輥式導向和副導向。對UL來說，多數不需要進行這些對策。而且如果使用動態精度高的UL，模具可以使用超硬合金、避免模具壽命因加工咬合而產生的消耗、從而產生飛躍性的提高。
圖30在切斷加工同時追加彎曲、凸臺和壓延加工、使用FB模具順送成形的事例。在這些事例最適合使用這種無需避開偏心荷重、橫向剛性高達零間隙的UL沖床。 |
圖29－精密沖裁(FB)的原理 |
圖30－順送成形的FB成形事例 | |
圖31所示に示す精加工作為簡易精密切斷法，外形部分必須使用切斷面的時候、設定沖孔和沖模的間隙0.02mm，沖模取圓形。對于復雜形狀和延伸性小的材料存在難度，適用于板材厚，形狀比較簡單的產品。模具的間隙越小、切斷面越穩定、因為咬合等原因降低模具的壽命。這個領域的模具可以由使用普通沖床直接改用UL、UL的高動態精度拓展了其生產的對象產品、和FB一樣可以提高產品精度和模具的壽命。
圖32是包含拉伸工序的順送成形、活用增加凸部精加工的同時進行全切斷面加工歯形部品。 |
圖31－精加工的原理 |
圖32－順送成形中的精加工 | |
2) 板金和鍛造的復合成形 (FCF工法)
FCF工法1)作為板金和鍛造的復合成形、如圖33所示邊緣、段差･差厚、局部形狀等的有效成形、從而部品的輕量化和無切削的高付加價值沖壓成形受到關注、因此UL成為此領域的標板。 |
圖33－FCF工法的成形事例 |
圖34－順送成形中的精加工 | |
圖34是順送成形中、邊緣板厚鐓壓為1/2，凸起角部成直角、省略切削工程達到無切削化加工。
圖35是為了顯示UL的精度・剛性的有利性的示范樣品。有意在6000kN的UL沖床偏左側安裝模具、加工時取下導柱。加工工程是鐓壓、凸臺、精加工的順送成形、成形荷重中心是由沖床中心向左452mm、1900kN處。(圖36)
鐓壓厚度的左右差如圖37所示在UL-6000上為0.005mm、3500kN，拉伸沖壓上為0.035mm、有滑塊的全心傾斜影響。以往產品的差值在無影響范圍內被忽視，今后將不可避免面臨高精度化。凸臺部的角左右差別如果通過肉眼來確認的話，使用UL沖床的樣品無法看出差別，而使用拉伸沖壓的產品可以看出左右量的差別。而且、UL是取下導柱在偏心荷重狀態下進行的加工確保100%的切斷面。 |
圖35－邊緣材質: SPCC 板厚: 2.6mm |
圖36－模具安裝條件 |
圖37－鐓壓厚度比較條件 | |
3) 冷間鍛造
如圖38所示，冷間鍛造是以汽車的機能部品為中心能夠進行高精度，高附加價值的成形。這些產品的精度大致由三種方式決定，圖39所示的①通過模具決定尺寸、②由沖床下死點決定尺寸、③由調模決定的尺寸。 |
圖38－冷間鍛造的成形事例 |
圖39－產品精度的主要要素 | |
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圖39所示： 複合押出し：復合擠出；據込み：鐓壓；前方押出し：前方擠出；后方押出し：后方擠出；
利用UL沖床的高精度・高剛性，高動態精度的特征、能夠提高冷間鍛造以下項目及提高模具壽命。
① 提高內外徑的偏差精度和襯套的彎曲精度
② 提高產品的厚度精度
③ 5～7工程的高精度多工位成形
UL沖床的具體對象產品包括第2章的圖1～圖4中介紹的等速球節部品、傘齒輪等齒形部品、帶內旋角的花鍵軸等。
７． 結束語
本文主要介紹了冷間鍛造的對象產品和沖壓機械的特征。塑性加工是以無切削加工為中心不斷改進，通過高精度，高剛性和伺服技術等擴大沖壓機械的機能。為了降低成本，重點是通過成形系統的穩定生產來提高成本性能。。
UL沖床與伺服沖床是完全不同的非常簡單的機械。執著的追求極盡的精度和剛性推動了沖壓成形的革新。沖壓機械行業中不變的主題就是通過提高動態精度來變換模具構造和材質、提高沖床的成形速度、產品精度、模具壽命，來實現高精度、高附加值成形的穩定生產。能夠體會到在21世紀激烈的競爭環境里“真才實干”的強大。
作為日本得以自豪的”熔合技術”結晶的UL沖床，希望其差別化為沖壓技術的提高做出貢獻。
參考文獻
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(実教出版株式會社)，30-33 |
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