JP2016508885A

JP2016508885A - 可撓性成形ローラーを備える無金型板材成形装置

Info

Publication number: JP2016508885A
Application number: JP2015561253A
Authority: JP
Inventors: ビョンスカン; ジュンソクユン
Original assignee: University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University
Current assignee: University Industry Cooperation Foundation of Pusan National University
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2016-03-24
Also published as: KR101309228B1; US20160221053A1; WO2014137044A1

Abstract

本発明は、無金型板材成形装置に関するものであり、上下に対応するように配列され、それぞれ様々な曲げ率で撓まれる二つの回転可能な成形ローラーと、各成形ローラーに一方の端が固定され、長さが調節可能なように構成されて、長さに応じて前記成形ローラーの曲げ率および二つの成形ローラー間の間隔を調節する多数のローラー調節部材と、を備え、前記ローラー調節部材により前記成形ローラーの曲げ率および間隔を調節することにより板材の成形形状が異なってくることを特徴とする。このような構成を有する無金型板材成形装置は、目的とする形状が変更される場合に手軽に成形形状を修正することができて多品種少量の板材の成形に適しており、しかも、窪みやしわを引き起こさないというメリットがあり、素材の周縁まで成形可能であり、板材の厚さや大きさに制限されずに成形可能である。

Description

本発明は、無金型板材成形装置に係り、さらに詳しくは、曲げ率が変更可能な可撓性成形ローラーを用いる多品種少量板材の成形に適した無金型板材成形装置に関する。

一般に、厚板または薄板などの板材を成形するためには、図１に示すように、上部および下部に目的とする形状に見合う金型１を製作してこれらの間に板材３を配置した後、プレス装置を用いて板状製品を成形および製作していた。

しかしながら、この種の従来の金型を用いた板材成形装置は、同じ曲面形状を有する製品は量産可能であるが、目的とする形状が修正または変更される場合、これを反映するためには新たな金型を製作しなければならないため、金型の設計費および最終製品の生産コストが増加してしまい、多品種少量生産には向いていない。

また、たとえ目的とする形状が修正されないとしても、金型を一時的にまたは永久的に使用しない場合、保管、メンテナンスおよび廃棄などに伴う追加コストが発生した。

このような問題を解消するために、大韓民国特許登録第１０−１０３４５９２号などは、図２に示すように、上部金型１１ａおよび下部金型１１ｂがそれぞれ別々に上下動可能なように構成される多数のパンチよりなる多点板材成形装置を開示している。このような多点板材成形装置は、目的とする形状が修正または変更されたとき、上下部金型のパンチの高さを調節して成形形状を手軽に変更することができる。しかしながら、それぞれのパンチヘッドの曲げ率半径およびパンチ間の高さ差により板材と成形装置との間に不規則的な空間が生じてしまい、これにより、局部的に小さな曲げ率半径を有する曲面や角部を有する曲面が成形し難く、板材の周縁は成形され難いため切り出すが、これは、素材の無駄使いにつながるという問題があった。また、板材の厚さが比較的に厚い厚板の場合とは異なり、板材の厚さが薄い薄板を成形する場合、各パンチの大きさに応じて窪みや生じたり局部的にしわが生じたりするという問題があった。これを解消するために、図３に示すように、多数の成形パンチ２１ａ、２１ｂと板材２３との間にウレタンなどの素材で形成された弾性パッド２５を配置して成形する方法が開発されたが、弾性パッドの材質および目的とする形状に応じてそれぞれのパンチの長さを再び調節しなければならず、これは、装置の運用性や成形精度の低下につながるという欠点があった。

さらに、従来の金型成形装置と多数のパンチを用いた多点成形装置は、金型の大きさに応じて板材の最終形状の大きさが制限されて、大型の板材を成形するためには最終形状を分割成形して追加的な機械的加工および溶接などによる接合を通じて最終製品を製造したり、板材に直接的に熱を加えて熱により発生する残留応力を用いて曲面を成形したりしていた。しかしながら、このような追加加工などは成形コストおよび期間を増加させる原因となった。

大韓民国特許第１０−１０３４５９２号明細書

そこで、本発明は、上述した問題を解消して単純な構成を有することから、目的とする形状が変更される場合に手軽に成形形状を修正することができて多品種少量の板材の成形に適しており、しかも、窪みやしわを引き起こさない無金型板材成形装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、素材の周縁まで成形可能であり、板材の厚さや大きさに制限されずに成形可能な無金型板材成形装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するための本発明による無金型板材成形装置は、上下に対応するように配列され、それぞれ様々な曲げ率で撓まれる二つの回転可能な成形ローラーと、各成形ローラーに一方の端が固定され、長さが調節可能なように構成されて、長さに応じて前記成形ローラーの曲げ率および二つの成形ローラー間の間隔を調節する多数のローラー調節部材と、を備え、前記ローラー調節部材により成形ローラーの曲げ率および間隔を調節することにより板材の成形形状が異なってくることを特徴とする。
すなわち、本発明による無金型板材成形装置は、上下に置かれた二つの成形ローラーの間において板材を成形することから構成が簡単であるだけではなく、長手方向に板材の大きさに制限されずに成形可能であり、ローラー調節部材により成形ローラーの曲げ率および間隔を調節して手軽に成形形状を修正することができて多品種少量板材の成形に適している。

好ましくは、前記ローラー調節部材は、内部ねじ線を有する外部部材および外部ねじ線を有する内部部材を備え、前記外部部材および内部部材間の螺合長さに応じて前記ローラー調節部材の長さが調節される。

このように、ローラー調節部材の長さの調節により成形ローラーの曲げ率は種々に調節可能であり、これにより、単一曲げ率、二重曲げ率、複曲げ率、多重曲げ率、捩れた形状などの板材を成形することができる。

さらに好ましくは、前記外部部材は成形ローラーに固定され、前記内部部材はモーターに連結されて、モーターの回転により前記ローラー調節部材の長さが調節される。また、各ローラー調節部材が別途のモーターを備えて、あるいは、一つまたは複数のモーターが移動しながらローラー調節部材を調節することができる。このように、モーターを用いてローラー調節部材の長さを手軽に調節することができる。

また、好ましくは、前記外部部材は成形ローラーに固定され、外部部材の成形ローラーに固定される端部には回動可能なローラーガイドが配設され、前記ローラーガイドは、成形ローラーが係合される、半円よりも大きな円弧状溝を有する。すなわち、成形ローラーが回動可能な溝に係合されたままでローラー調節部材の長さが調節されることにより、成形ローラーの様々な曲げ率が手軽に変更可能である。

本発明の装置を用いて板材を成形するときには、前記二つの回転可能な成形ローラーの間に被成形板材を挟み込み、この板材が成形ローラーの間を通過するように引っ張って成形してもよい。また、上部または下部の一つの成形ローラーは、両端がローラー回転モーターに連結されてモーターにより駆動されるように構成されてもよく、上下の成形ローラーが両方ともモーターにより駆動されるように構成されてもよい。この場合、駆動成形ローラーは、その回転により成形ローラーの間に挟み込まれている被成形板材を押し出して成形する。

好ましくは、前記成形ローラーは、多数の鋼線を巻き付けて形成してもよく、このとき、成形ローラーの外面に巻き付けられた鋼線は、板材と接触する外側面が平らになるように研削加工されることが好ましい。あるいは、成形ローラーの外面には、板材と接触する外側面が平らになるように長円状の断面を有する鋼線が巻き付けられてもよい。このように、外面が平らな成形ローラーの連続した曲面に沿って板材を成形することにより、局部的な窪みやしわなしに滑らかな成形面が得られる。

このような構成を有する本発明の無金型板材成形装置は、上下二つの成形ローラーの形状およびこれらの間の間隔を調節して板材を成形することから、構成が簡単であり、設置空間が比較的に狭く、金型製作コスト、保管およびメンテナンスにかかるコストが大幅に節減されるという効果がある。
また、ローラー調節部材を用いて成形ローラーの曲げ率および間隔を調節して成形形状を種々に変更することができて多品種少量板材の成形に適しているだけではなく、板材の長さに制限されずに大型の板材が成形可能あり、しかも、追加加工が不要である。
さらに、多数のパンチを用いずに成形ローラーの連続した曲面に沿って板材を成形することから、素材の周縁まで成形可能であり、薄板の場合にも窪みやしわが発生しないというメリットがある。

従来の金型板材成形装置を概略的に示す図である。従来の多点板材成形装置を概略的に示す図である。従来の弾性パッドを備えた多点板材成形装置を概略的に示す図である。本発明の一実施形態による無金型板材成形装置を概略的に示す斜視図である。図４の無金型板材成形装置に用いられるローラー調節部材の一実施形態を示す斜視図である。図５のローラー調節部材がモーターに取り付けられた例を示す部分断面図である。図５のローラー調節部材がモーターに取り付けられた他の例を示す図である。図４の無金型板材成形装置に用いられる成形ローラーの一構成例を示す図である。図８の成形ローラーの変形例を示す図である。二つの成形ローラーの間において板材を成形する一実施形態を示す図である。二つの成形ローラーの間において板材を成形する他の実施形態を示す図である。本発明による無金型板材成形装置に伴う板材成形の一例であり、板材を凸状に成形するときの上下成形ローラーの配置を示す断面図である。図１２の上下成形ローラーの配置に伴う板材の成形形状を示す図である。本発明による無金型板材成形装置による板材成形の他の例であり、板材を鞍状に成形するときの上下成形ローラーの配置を示す断面図である。図１４の上下成形ローラーの配置に伴う板材の成形形状を示す図である。本発明による無金型板材成形装置による板材成形のさらに他の例であり、板材を捩れた形状に成形するときの上下成形ローラーの配置を示す断面図である。図１６の上下成形ローラーの配置に伴う板材の成形形状を示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態による可撓性成形ローラーを備える無金型板材成形装置について詳細に説明する。
図４は、本発明の一実施形態による無金型板材成形装置１００を概略的に示す図である。同図に示すように、本発明による板材成形装置１００には、水平に配列された二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂが互いに上下に対応するように配置される。これらの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂは、それぞれ様々な曲げ率で柔軟に撓まれるように構成される。

各成形ローラー１０１ａ、１０１ｂには曲げ率を調節するために多数のローラー調節部材１０３が設けられるが、図５には前記ローラー調節部材１０３の一例が示されており、図６は、これをさらに具体的に示す一部断面図である。同図に示すローラー調節部材１０３は、内部ねじ線を有する外部部材１０５および外部ねじ線を有する内部部材１０７を備えて、内部部材１０７が外部部材１０５に嵌め込まれて螺合されるように構成され、外部部材１０７および内部部材１０５間の螺合長さに応じてローラー調節部材１０３の長さが調節される。

また、ローラー調節部材１０３は、長さを調節し易くするために、図６に示すように、モーターに連結されてもよい。すなわち、外部部材１０５は成形ローラーに固定され、内部部材１０７はモーターに連結されて、モーターの回転により内部部材１０３の外部部材１０５への取付深さが変わってローラー調節部材１０３の全体的な長さが調節される。このとき、それぞれのローラー調節部材１０３には別途のモーターが配設されてもよいが、図７に示すように、一つまたは多数のモーターが移動しながら多数のローラー調節部材１０３を調節するように構成されてもよい。
このため、一つまたは多数のモーターによりそれぞれの内部部材１０３を回転させてローラー調節部材１０３の長さを調節し、これにより、外部部材１０５の一方の端に連結された成形ローラーの形状および上下成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が調節される。

図５および図６に戻り、ローラー調節部材１０３の成形ローラー１０１ａ、１０１ｂに固定される端部、すなわち、図面の実施形態における外部部材１０５の下端部には回動可能なローラーガイド１０９が設けられてもよいが、ローラーガイド１０９には、成形ローラー１０１ａ、１０１ｂが係合される、半円よりも大きな円弧状溝１０９ａが配設される。二つの水平に置かれた成形ローラー１０１ａ、１０１ｂに対して多数のローラー調節部材１０３が垂直に配列されるので、成形ローラー１０１ａ、１０１ｂが係合される回動可能なローラーガイド１０９はローラー調節部材１０３の長さを調節して成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの曲げ率を変更するとき、成形ローラーが自然に撓まれるようにする。

図８および図９は、前記成形ローラーの構成例を示している。同図に示すように、成形ローラー１０１ａは、多数の鋼線を多重に巻き付けて形成してもよい。このとき、成形ローラー１０１ａの最外郭面に巻き付けられた鋼線は、板材と接触する外側面１１１が平らになるように研削加工されることが好ましい。このように成形ローラー１０１ａが板材と接触する面１１１を平らに形成することにより、局部的な窪みやしわが形成されることを防ぐことができる。あるいは、成形ローラー１０１ａの最外郭面に長円状の断面を有する鋼線を巻き付けて板材と接触する面１１１ａを平らに形成してもよい。図面には一つの成形ローラー１０１ａのみ示したが、もう一つの成形ローラー１０１ｂもこれと同じ構成を有する。

さらに、成形ローラー１０１ａ、１０１ｂは、図４に示すように、両端がローラー回転モーター１１３に連結されて自動的に回転するように構成されてもよいが、この場合、板材１０２は、図１０に示すように、上下成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの間に挟み込まれたままで成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの回転により押し出されながら成形される。このとき、板材１０２の成形形状は、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの形状およびこれらの間の間隔により決定され、これらの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの形状および間隔は、目的とする形状に応じて、上述したように、ローラー調節部材１０３により調節される。あるいは、ローラー回転モーター１１３は、上部成形ローラー１０１ａまたは下部成形ローラー１０１ｂのうちの一方にのみ連結されて駆動力を伝えてもよく、あるいは、ローラー回転モーターが省略されてもよい。ローラー回転モーターがない場合には、図１１に示すように、上下成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの間に板材１０２を挟み込み、反対側で引っ張って成形する。板材１０２の成形形状もまた、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの形状およびこれらの間の間隔により決定され、これは、ローラー調節部材１０３により調節される。

このように、可撓性成形ローラーの形状および間隔を調節して板材を成形することにより、目的とする形状の変更により手軽に成形形状を修正することができ、連続した成形面を提供する上下二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂに板材１０２を挟み込んで成形するので、窪みやしわが形成される虞がない。

以下、このような構成を有する本発明による無金型板材成形装置を用いて板材を成形する方法を具体的な成形例を挙げて説明する。

本発明による板材成形装置１００においては、上下に対応する二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの曲げ率およびこれらの間の間隔により板材１０２の成形形状が決定される。すなわち、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が狭い個所においてはこれらの間に挟み込まれて成形される板材の長さの変化量が大きく、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が広い個所においては成形される板材の長さの変化量が小さいという原理により板材１０２の曲面が成形される。
例えば、図１２に示すように、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が中間部ｃにおいては狭く形成され、周縁ａおよびｅにおいては広く形成されて全体的にａ＝ｅ＞ｂ＝ｄ＞ｃの間隔で配列される場合、図１３に示すように、板材１０２の長さの変化量は中間部ｃ'が大きく、周縁ａ'およびｅ'は小さいため全体的にｃ'＞ｂ'＝ｄ'＞ａ'
＝ｅ'となり、これにより、凸状に成形される。

また、図１４に示すように、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が中間部ｃにおいては広く形成され、周縁ａおよびｅにおいては狭く形成されて全体的にｃ＞ｂ＝ｄ＞ａ＝ｅの間隔で配列される場合、図１５に示すように、板材１０２の長さの変化量は中間部ｃ'が小さく、周縁ａ'およびｅ'は大きくて全体的にａ'＝ｅ'＞ｂ'＝ｄ'＞
ｃ'となり、これにより、鞍状状に成形される。

他の例として、図１６に示すように、二つの成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が一方向に次第に広くなって全体的にｅ＞ｄ＞ｃ＞ｂ＞ａの間隔で配列される場合、図１７に示すように、板材１０２の長さの変化量はａ'＞ｂ'＞ｃ'＞ｄ'＞ｅ'となり、こ
れにより、捩れた形状に成形される。

このように、ローラー調節部材１０３の長さの調節により成形ローラー１０１ａ、１０１ｂの曲げ率および間隔を種々に調節することができ、これにより、板材１０２を様々な形状に成形することができる。したがって、本発明の板材成形装置は、多品種少量板材の成形に適しているだけではなく、板材の周縁まで成形可能であり、板材の長さに制限されずに成形可能である。

各成形ローラー１０１ａ、１０１ｂには曲げ率を調節するために多数のローラー調節部材１０３が設けられるが、図５には前記ローラー調節部材１０３の一例が示されており、図６は、これをさらに具体的に示す一部断面図である。同図に示すローラー調節部材１０３は、内部ねじ線を有する外部部材１０５および外部ねじ線を有する内部部材１０７を備えて、内部部材１０７が外部部材１０５に嵌め込まれて螺合されるように構成され、内部部材１０７および外部部材１０５間の螺合長さに応じてローラー調節部材１０３の長さが調節される。

また、ローラー調節部材１０３は、長さを調節し易くするために、図６に示すように、モーターに連結されてもよい。すなわち、外部部材１０５は成形ローラーに固定され、内部部材１０７はモーターに連結されて、モーターの回転により内部部材１０７の外部部材１０５への取付深さが変わってローラー調節部材１０３の全体的な長さが調節される。このとき、それぞれのローラー調節部材１０３には別途のモーターが配設されてもよいが、図７に示すように、一つまたは多数のモーターが移動しながら多数のローラー調節部材１０３を調節するように構成されてもよい。
このため、一つまたは多数のモーターによりそれぞれの内部部材１０７を回転させてローラー調節部材１０３の長さを調節し、これにより、外部部材１０５の一方の端に連結された成形ローラーの形状および上下成形ローラー１０１ａ、１０１ｂ間の間隔が調節される。

Claims

上下に対応するように配列され、それぞれ様々な曲げ率で撓まれる二つの回転可能な成形ローラーと、
各成形ローラーに一方の端が固定され、長さが調節可能なように構成されて、長さに応じて前記成形ローラーの曲げ率および二つの成形ローラー間の間隔を調節する多数のローラー調節部材と、
を備え、
前記ローラー調節部材により前記成形ローラーの曲げ率および前記成形ローラーの軸方向の各地点において被成形板材が通過する二つの成形ローラー間の間隔を調節することにより板材の成形形状を調節することを特徴とする無金型板材成形装置。
前記ローラー調節部材は、内部ねじ線を有する外部部材および外部ねじ線を有する内部部材を備え、前記外部部材および内部部材間の螺合長さに応じて前記ローラー調節部材の長さが調節されることを特徴とする請求項１に記載の無金型板材成形装置。
前記外部部材は前記成形ローラーに固定され、前記内部部材はモーターに連結されて、前記モーターの回転により前記ローラー調節部材の長さが調節されることを特徴とする請求項２に記載の無金型板材成形装置。
前記外部部材は前記成形ローラーに固定され、前記外部部材の前記成形ローラーに固定される端部には回動可能なローラーガイドが配設され、前記ローラーガイドは、前記成形ローラーが係合される、半円よりも大きな円弧状溝を有することを特徴とする請求項２に記載の無金型板材成形装置。
前記二つの回転可能な成形ローラーの間に被成形板材を挟み込み、前記板材が成形ローラーの間を通過するように引っ張って成形することを特徴とする請求項１に記載の無金型板材成形装置。
前記成形ローラーのうちの一つ以上は両端がローラー回転モーターに連結されて駆動されて、駆動成形ローラーの回転により前記成形ローラーの間に挟み込まれている被成形板材を押し出して成形することを特徴とする請求項１に記載の無金型板材成形装置。
前記成形ローラーは、多数の鋼線を巻き付けて形成することを特徴とする請求項１に記載の無金型板材成形装置。
前記成形ローラーの外面に巻き付けられた鋼線は、板材と接触する外側面が平らになるように研削加工されることを特徴とする請求項７に記載の無金型板材成形装置。
前記成形ローラーの外面には、板材と接触する外側面が平らになるように長円状の断面を有する鋼線が巻き付けられることを特徴とする請求項７に記載の無金型板材成形装置。