JP2014117704A - ロール曲げ加工方法及びロール曲げ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルな成形が可能なロール曲げ加工で、加工面内のしわ及び座屈の発生無く曲げ加工を行うことを可能にするロール曲げ加工方法を提供する。
【解決手段】曲げ加工を行う被加工材の曲げの外側に配置された一対の外側ロールと、被加工材の曲げの内側に配置された内側ロールによって被加工材を挟持し、一対の外側ロールと内側ロールで被加工材を押圧して曲げモーメントを与えつつ一対の外側ロールと内側ロールを回転させて被加工材を給送し曲げ加工を行うロール曲げ加工装置において、被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転速度を被加工材の給送方向前側の外側ロールの回転速度に対して小さくするかまたは被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転方向を被加工材の給送方向前側の前記外側ロールに対して逆回転させて被加工材に引張力を与え、引張機構で被加工材に引張負荷をかけることで、曲げ加工時の応力集中によって起こる加工面内のしわ、座屈などの発生を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロール曲げ加工時に発生する加工面内のしわ、座屈、ねじれ等の不整変形を抑制したロール曲げ加工方法及びこれを用いたロール曲げ加工装置に関する。

ロール曲げ加工は、少なくとも３つのロールを用いて長尺の被加工材を曲げ加工する加工方法であり、ロール押込み量の曲率を多様な調整で対応できる、フレキシブルな曲げ加工方法である。このため、多品種少量製品の曲げ加工において従来引張曲げで必要とされてきた金型製作時間を削除することができる。一方、ロール曲げ加工には、不整変形が生じやすいという問題がある。不整変形の発生は被加工材の断面形状が複雑になるほど生じやすく、一般構造物に使用されるステンレス曲げ品には不向きである。このため、従来、ステンレス曲げ品の長手方向に曲率を付与する曲げ加工方法としては、引張曲げ加工や回転引き曲げ加工が多く用いられている。

特許文献１は、曲げ内側及び曲げ外側に位置する一対のフランジ及びウエブを有し、ウエブよりも幅方向に張り出した突出フランジを有するアルミニウム合金押出形材のロール曲げ加工を開示している。突出フランジの曲げ内側の面を受けロールで支持し、かつ突出フランジの曲げ外側の面に押さえロールで載荷しながら曲げ加工して、長手方向に曲率を付与する。

また、特許文献２は、曲げ加工にダイを必要とせず、各種曲率半径の曲げ加工に対応し、さらに軸引張り力を容易に負荷可能な引張曲げ加工装置を開示している。加工用素材の先端を支持し、旋回により加工用素材を引張るアームと、アームの旋回によって移動する加工用素材に曲げ変形を与える複数の加工用ロールと、加工用ロールを通過した加工用素材を所定軌跡に沿って案内支持する複数の巻取ロールと、加工用素材に抵抗力を与え軸引張力を負荷する抵抗力付与手段として摩擦部材を有する。

特開２０１０−９４７０６号公報 特開２００４−１４１９２７号公報

一般的な中空材等を曲げる方法としては、先にあげた特許文献１のようなロール曲げ加工方法が考えられるが、対象物の曲げＲが型に依存するために自由なＲを作り出すことができない。また、特許文献２のような引張曲げ加工方法では、曲げＲを自由に作成することが可能であるものの、薄肉等の座屈しやすい構造で断面を維持しながら曲げ成形することが困難である。ロール曲げ加工の際に発生する不整変形としては、断面変形、加工面内のしわ、座屈、ねじれなどが考えられ、特に加工面内のしわ及び座屈の発生は、後の工程での修正が困難であるため、致命的な欠陥である。

上記のような問題から、従来、長手方向に曲率を付与する曲げ加工方法としては、特許文献２のような引張曲げ等が用いられてきたが、製品形状が変わるごとに金型製作が必要となるため多品種少量製品の製造には向かない。また、引張曲げは、被加工材の把持部分が無駄になり材料歩留まりが悪い。したがって、本発明の目的は、フレキシブル成形が可能で、加工面内のしわ及び座屈の発生無く、歩留まりの良い曲げ加工を行うことを可能にするロール曲げ加工方法及びロール曲げ加工装置を提供することにある。

本発明は、曲げ加工を行う被加工材の曲げの外側に配置された一対の外側ロールと、被加工材の曲げの内側に配置された内側ロールによって被加工材を挟持し、一対の外側ロールと内側ロールで被加工材を押圧して曲げモーメントを与えつつ一対の外側ロールと内側ロールを回転させて被加工材を給送し曲げ加工を行うロール曲げ加工装置において、被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転速度を被加工材の給送方向前側の外側ロールの回転速度に対して小さくするかまたは被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転方向を被加工材の給送方向前側の前記外側ロールに対して逆回転させて被加工材に引張力を与えることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブル成形が可能で、加工面内のしわ及び座屈の発生無くロール曲げ加工を行うことができる。

ロール曲げ加工装置のロール配置と各ロールの移動方向を示す模式図。 ロール曲げ加工装置のロール配置と各ロールの移動方向を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明のロール曲げ加工方法で成形される被加工材断面を示す模式図。 本発明の実施例１におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。 本発明の実施例１におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。 本発明の実施例２におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。 本発明の実施例２におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。 本発明の実施例３におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。 本発明の実施例３におけるロール曲げ加工装置を示す模式図。

以下、本発明によるロール曲げ加工方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、一般的なロール曲げ加工方法の例について説明する。いずれの図も装置全体を現しているわけではなく、ロールと被加工材の位置関係のみを記載している。このようなロール曲げ加工には、曲げ内側に配置する内側ロール１Ａと、曲げ外側に配置する外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの、少なくとも３つのロールが必要となる。

図１、図２に、その最小の形態の例として３つのロール１の配置を示す。図１は、ロール曲げ加工装置のロール配置と各ロールの移動方向を示す模式図である。図２は、図１と逆方向の各ロール移動方向を示す模式図である。

図１に示すように、内側ロール１Ａと外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの間に被加工材２を厚さ方向に挟んで配置する。

次いで、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの移動方向４への移動と、内側ロール１Ａの回転方向３Ａへの回転起因の駆動力による被加工材２の長手方向５Ａへの駆動により被加工材に曲げモーメントを与え、長手方向の曲率を付与する。長手方向の曲率の量は外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの移動方向４への移動量で調整する。

図２は、図１と逆方向の動作を表している。また、回転方向３Ａまたは３Ｂへの回転起因の駆動力は、被加工材２と内側ロール１Ａとの摩擦力により発生するため、１回あたりの被加工材２の移動方向５Ａまたは５Ｂへの移動量が大きいほど駆動力は大きくなるが、逆に１回あたりの被加工材２の移動方向５Ａまたは５Ｂへの移動量を大きくすると、座屈が発生しやすくなる。

このとき、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの移動と内側ロール１Ａの回転のタイミングは、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの移動の方が先でもよいし同時でもよいが、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃの移動と内側ロール１Ａの回転のタイミングが同時の場合の方が、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃ移動時に発生する座屈を抑制する効果がある。尚、移動方向４への移動は相対移動であればよいので、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃを移動させるのに代えて、内側ロール１Ａを移動方向４へ移動させてもよいし、内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃを全て移動方向４へ移動させても良い。これは、この後の本発明の実施例においても同様である。

次に、本発明におけるロール曲げ加工を実施するときの図１のＡ−Ａ断面部の被加工材２の断面形状の模式図を図３Ａ〜３Ｈに示す。

図３Ａは、対象形状断面の例として平板の例を示し、図３ＢはＬ字型断面の例を示す。また、図３Ｃは中空材の例として四角管の例を示し、図３Ｄは開口中空材の例としてチャンネル材の例を示す。また、図３Ｅ、図３Ｆは開口中空材の別の例としてＣ型チャンネル材の例を示す。また、図３Ｇは中実角鋼の例を示し、図３Ｈは中実丸鋼の例を示す。

このとき、図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｇに示したいずれかの断面形状においても、そのコーナー部は図３Ｆに示したＲ形状を有してもよい。いずれの断面形状の場合も、上下左右のどの辺を曲げてもよいが、図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆの形状は非対称断面、中空材、開口であり加工面以外の変形である面外変形が発生するが、加工において発生する応力集中起因の面外変形は十分抑制できるため、本発明におけるロール曲げ加工方法及びその装置を活用できる。

実施例１は、本発明におけるロール曲げ加工を実施する際に、曲げ内側に引張構造を付加したロール曲げ加工方法及びロール曲げ加工装置の例を示す。

図４は、本発明の実施例１におけるロール曲げ加工装置を示す模式図である。図５は図４と逆方向に被加工材を給送した場合を示すロール曲げ加工装置を示す模式図である。図４、図５は、被加工材２を移動する際、被加工材２を挟み込んで引張力を有する機構として曲げ内側に回転ローラを有する回転式ダンパーを付与した例である。

図４に示すように、被加工材２の給送方向を移動方向５Ａとし、その方向に回転する内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃを設ける。さらに外側ロール１Ｂに付随する回転式ダンパー６Ａ、外側ロール１Ｃに付随する回転式ダンパー６Ｂを設け、回転式ダンパー６Ｂの被加工材２への移動方向を７Ａとする。

ここで、回転式ダンパー６Ｂを図示しない移動手段により被加工材２及び外側ロール１Ｃに押し付け、回転式ダンパー６Ｂと外側ロール１Ｃで被加工材２を挟み込んで外側ロール１Ｃの回転速度を外側ロール１Ｂの回転速度よりも小さくし、被加工材２の移動方向５Ａとは逆方向の負荷をかける事によって、被加工材２への引張力が付与される。

このとき、回転式ダンパー６Ｂは、被加工材２に一定の押圧力を与える移動部材とばねを有する。具体的には、回転式ダンパー６Ｂは送りネジとばね等を備え、外側ロール１Ｃとの距離を維持しつつ自由に動ける構造とすることで、被加工材２のＲ形状が変形してもこれに追従して常に被加工材２に応力を付加できる構造とする。また、このとき、被加工材２の給送方向前側にある外側ロール１Ｂについては、回転式ダンパー６Ａを移動方向７Ｂにリトラクトして被加工材２への付加力を切り離すことにより、外側ロール１Ｃによる被加工材２への引張力を効果的に付加することができる。

また、図５に示すように、被加工材２の給送方向を移動方向５Ａとは逆方向の移動方向５Ｂとした時、回転式ダンパー６Ａを被加工材２及び外側ロール１Ｂに押し付け、外側ロール１Ｂの回転速度を外側ロール１Ｃの回転速度よりも小さくし、回転式ダンパー６Ａと外側ロール１Ｂで被加工材２を挟み込み、被加工材２の移動方向５Ｂとは逆方向の負荷をかける事によって、被加工材２への引張力が付与される構造となっている。

このとき、回転式ダンパー６Ａは外側ロール１Ｂとの距離を維持し自由に動ける構造とすることで、被加工材２のＲ形状が変形しても常に被加工材２に応力を付加できる構造とする。また、このとき、被加工材２の給送方向前側にある外側ロール１Ｃについては、回転式ダンパー６Ｂを移動方向７Ｂにリトラクトして被加工材２への付加力を切り離すことにより、外側ロール１Ｂによる被加工材２への引張力を効果的に付加することができる。

尚、回転式ダンパー６Ａ、６Ｂを省略し、外側ローラ１Ｂ、１Ｃの回転速度を調整して被加工材２の給送方向前側に対して被加工材２の給送方向後側の方を小さくする構成としてもよい。

このように図４、図５の動作を繰り返し被加工材２の曲げ加工を行い、被加工材２に対し引張力を付加することにより、より効果的にしわを抑制しつつ所定の曲げ加工を行うことができる。

次に本発明の実施例２について説明する。図６は、本発明の実施例２によるロール曲げ加工装置を示す模式図である。図７は、図６と逆方向へ被加工材を給送する場合のロール曲げ加工装置を示す模式図である。図６、図７は、本発明におけるロール曲げ加工をロールの回転数を変化することで実施する例を示す。

図６はロールの駆動用として内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃを持ち、それぞれに被加工材２と内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃとの拘束をおこなう従動ロール８Ａ、従動ロール８Ｂ、従動ロール８Ｃを持ち、被加工材２の移動方向５Ａを順方向とし、それぞれの回転数を、
ロール回転数９Ａ＞ロール回転数９Ｂ＞ロール回転数９Ｃ
の順とすることで、回転数すなわち回転速度の差異により外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃ間での被加工材２への引張力が付与される構造となっている。

また、図７に示すように、ロールの駆動用として内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃを持ち、それぞれに被加工材２と内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂ、外側ロール１Ｃとの拘束をおこなう従動ロール８Ａ、従動ロール８Ｂ、従動ロール８Ｃを持ち、被加工材２の移動方向５Ｂを順方向とし、それぞれの回転数を外側ロール１Ｃ、内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂの順に、回転数を
ロール回転数９Ｆ＞ロール回転数９Ｅ＞ロール回転数９Ｄ
の順に下げることで、その回転数すなわち回転速度の違いにより、被加工材２への引張力が付与される構造となっている。図６、図７の動作を繰り返し被加工材２の曲げ加工を行う。

尚、それぞれのローラ回転数を変化させる方法としては、例えばそれぞれのローラを駆動するモータの回転数を所望の回転数に制御することで実現できる。

また、従動ロール８Ａ、８Ｂ、８Ｃを省略するようにしても良い。

次に、実施例３について、図３Ａに示した被加工材２の形状を用いて、図８、図９を参照して説明する。図８は、本発明の実施例３によるロール曲げ加工装置を示す模式図である。図９は、図８と逆方向に給送する場合のロール曲げ加工装置を示す模式図である。図８、図９は、実施例３のロール曲げ加工方法及びその装置において、被加工材２の周囲に配置されるロールの配置の一例を示す。

図８に示すように、被加工材２を移動方向５Ａに給送する場合に、内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｂの回転方向を被加工材２の移動方向５Ａと同じ順方向の３Ａとし、被加工材２の給送方向後側の外側ロール１Ｃの回転方向を被加工材２の移動方向５Ａとは逆方向の３Ｂとし、被加工材２に対し引張力を付加する。

また、図９に示すように、被加工材２を移動方向５Ｂに給送する場合に、内側ロール１Ａ、外側ロール１Ｃの回転方向を被加工材２の移動方向５Ｂと同じ順方向の３Ｂとし、被加工材２の給送方向後側の外側ロール１Ｂの回転方向を被加工材２の移動方向５Ｂとは逆方向の３Ａとし、被加工材２に対し引張力を付加する。

図８、図９の動作を繰り返し被加工材２の曲げ加工を行い、被加工材２に対し引張力を付加することにより、効果的にしわを抑制することができる。また、しわの発生する要因として、曲げ加工の際、曲げ内側に圧縮力、曲げ外側に引張力が働くため、曲げ内側の板厚が厚くなり、曲げ外側の板厚は薄くなる傾向になり、このときの、曲げ内側に生じる圧縮応力が過大になることにより、板厚の増加だけではカバーしきれなかった圧縮応力によってしわが生じる。このため、しわの発生しやすい曲げ内側に引張力を付加した機構を配置すると、より効果的にしわを抑制することができる。

１Ａ、・・・・・・・・・・内側ロール
１Ｂ、１Ｃ・・・・・・・外側ロール
２・・・・・・・・・・・被加工材
６Ａ、６Ｂ・・・・・・・回転式ダンパー
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ・・・・従動ロール

Claims (10)

1. 曲げ加工を行う被加工材の曲げの外側に配置された一対の外側ロールと、前記被加工材の曲げの内側に配置された内側ロールによって前記被加工材を挟持し、前記一対の外側ロールと前記内側ロールで前記被加工材を押圧して曲げモーメントを与えつつ前記一対の外側ロールと前記内側ロールを回転させて前記被加工材を給送し曲げ加工を行うロール曲げ加工装置において、
   前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転速度を前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールの回転速度に対して小さくするかまたは前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転方向を前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールに対して逆回転させて前記被加工材に引張力を与えることを特徴とするロール曲げ加工装置。
2. 請求項１において、前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールに、前記被加工材を挟んで対向するダンパー部材を設け、該ダンパー部材と前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールで前記被加工材を押圧して、該被加工材に引張力を与えることを特徴とするロール曲げ加工装置。
3. 請求項２において、前記ダンパー部材は回転ローラを有する回転式ダンパーであることを特徴とするロール曲げ加工装置。
4. 請求項２または３において、前記ダンパー部材は前記被加工材に一定の押圧力を与える移動部材とばねを有することを特徴とするロール曲げ加工装置。
5. 請求項１において、前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールの回転速度＞前記内側ロールの回転速度＞前記被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転速度とし、前記被加工材に引張力を与えることを特徴とするロール曲げ加工装置。
6. 請求項５において、前記一対の外側ロールと、前記内側ロールは、各々前記被加工材を挟んで対向する従動ロールを有することを特徴とするロール曲げ加工装置。
7. 請求項１において、前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転方向を、前記被加工材の給送方向に対し逆方向に設定したことを特徴とするロール曲げ加工装置。
8. 曲げ加工を行う被加工材の曲げの外側に配置された一対の外側ロールと、前記被加工材の曲げの内側に配置された内側ロールによって前記被加工材を挟持し、前記一対の外側ロールと前記内側ロールで前記被加工材を押圧して曲げモーメントを与えつつ前記一対の外側ロールと前記内側ロールを回転させて前記被加工材を給送し曲げ加工を行うロール曲げ加工方法において、
   前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転速度を前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールの回転速度に対して小さくするまたは前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転方向を前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールに対して逆回転させて前記被加工材に引張力を与えることを特徴とするロール曲げ加工方法。
9. 請求項８において、前記被加工材の給送方向前側の前記外側ロールの回転速度＞前記内側ロールの回転速度＞前記被加工材の給送方向後側の外側ロールの回転速度とし、前記被加工材に引張力を与えることを特徴とするロール曲げ加工方法。
10. 請求項８において、前記被加工材の給送方向後側の前記外側ロールの回転方向を、前記被加工材の給送方向に対し逆方向に設定したことを特徴とするロール曲げ加工方法。

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