JP2020028886A

JP2020028886A - 三次元プレス装置

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Publication number: JP2020028886A
Application number: JP2018154368A
Authority: JP
Inventors: 智文成瀬; Tomofumi Naruse
Original assignee: Miyoshi Ship Building Co Ltd
Current assignee: Miyoshi Ship Building Co Ltd
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: JP7166600B2

Abstract

【課題】プレス加工の際の大きな荷重にも耐えうる三次元プレス装置を提供する。【解決手段】三次元プレス装置１は、上部プレス部１０と、下部プレス部４０と、上部プレス部１０と下部プレス部４０との少なくとも一方を鉛直方向に動かすプレス部駆動装置６０と、を備え、上部プレス部１０と下部プレス部４０との間に挟んだ被加工板５を所望の曲面に曲げ加工する三次元プレス装置１において、上部プレス部は、上部架台１５と、複数の上部ピストンロッド２１と、隣接する上部ピストンロッドを鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する上部スライド連結機構２５，２６と、上部ロッド駆動装置２８と、を備え、下部プレス部４０は、下部架台４５と、複数の下部ピストンロッド５１と、隣接する下部ピストンロッド５１を鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する下部スライド連結機構５５，５６と、下部ロッド駆動装置５８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工板を曲面にプレス成形する三次元プレス装置に関する。

船舶の船首や船尾の外板は、複雑な三次元曲面に曲げ加工する必要があり、従来、このような曲げ加工は、熟練の作業者が手作業（ぎょう鉄）により行っている。一方、三次元曲面の曲げ加工の省力化、効率化を図るために、鋼板を三次元曲面にプレス加工する三次元プレス装置の開発も行われており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。

特許文献１，２においては、被加工板の上方及び下方に二次元に配列した複数のピストンロッド（ポンチ）を設置し、各ピストンロッドの高さを調整しながらプレスすることで、三次元曲面加工を行っている。

特開昭５１−６２４７１号公報特公平７−２２７９１号公報

しかし、船舶の外板の曲げ加工用の三次元プレス装置は未だ実用化されておらず、現在も熟練作業者の手作業により行われているのが現状である。一つの要因としては、プレス加工の際に、被加工板に斜めに先端ヘッドが接触するピストンロッドに対して水平横方向の大きな荷重が掛かり、ピストンロッドを保持するフレーム等がこのような強大な荷重に耐えられないからと考えられる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、プレス加工の際の大きな荷重にも耐えうる三次元プレス装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明に係る三次元プレス装置は、上部プレス部と、下部プレス部と、前記上部プレス部と前記下部プレス部との少なくとも一方を鉛直方向に動かすことで、前記上部プレス部と前記下部プレス部とを相対的に移動させるプレス部駆動装置と、を備え、前記上部プレス部と前記下部プレス部との間に挟んだ被加工板を所望の曲面に曲げ加工する三次元プレス装置において、前記上部プレス部は、上部架台と、前記上部架台から下方へ突出する、互いに平行に設置される複数の上部ピストンロッドと、隣接する前記上部ピストンロッドを鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する上部スライド連結機構と、前記上部ピストンロッドをそれぞれ独立して前記上部架台に対して鉛直方向にスライド駆動させる上部ロッド駆動装置と、を備え、前記下部プレス部は、下部架台と、前記下部架台から上方へ突出する、互いに平行に設置される複数の下部ピストンロッドと、隣接する前記下部ピストンロッドを鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する下部スライド連結機構と、前記下部ピストンロッドをそれぞれ独立して前記下部架台に対して鉛直方向にスライド駆動させる下部ロッド駆動装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る三次元プレス装置によれば、隣接するピストンロッドが鉛直方向にスライド自在に連結されており、プレス加工時にピストンロッドに水平方向の荷重がかかったとしても安定して正確な位置での曲げ加工を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る三次元プレス装置の正面図である。図２は、本発明の実施形態に係る上部ピストン部の一部水平断面図である。図３は、本発明の実施形態に係るピストンロッドの構成を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る三次元プレス装置によるプレス加工動作を説明するための図である。図５は、本発明の実施形態に係る三次元プレス装置によるプレス加工動作を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、三次元プレス装置１は、基台８と、上部プレス部１０と、下部プレス部４０と、プレス部駆動装置６０と、制御装置７０とを備え、長尺の被加工鋼板５を送りながら順次所望の三次元曲面にプレス加工する。

上部プレス部１０は、上部架台１５と、上部ピストン部２０とを備える。図２に示すように、上部ピストン部２０は、水平面に対して二次元に配列設置された複数の上部ピストンロッド２１と、上部ピストンロッド２１をそれぞれ独立して、鉛直方向にスライド駆動する上部ロッド駆動装置２８とを備えている。

上部ピストンロッド２１は、上部架台１５に対して鉛直方向にスライド自在であり、三次元プレス装置１の幅方向に20本、送り方向に10本、すなわち合計200本設置されている。上部ピストンロッド２１は、ヘッド２２と、ロッド本体２３とを備える。図３（ａ）は、上部ピストンロッド２１の正面図、図３（ｂ）は、上部ピストンロッド２１の平面図、図３（ｃ）は、上部ピストンロッド２１の側面図、図３（ｄ）は、上部ピストンロッドの水平断面図である。

ヘッド２２は、ロッド本体２３の先端に設置され、プレス加工時に被加工鋼板５に接触する部材であり、先端に向かって凸の半球形状である。ロッド本体２３は、水平断面が正方形となる四角柱形状であり、側面に形成された、連結凸条２５と、連結凹溝条２６とを備えている。

連結凸条２５及び連結凹溝条２６は、隣接する上部ピストンロッド２１を鉛直方向にスライド自在に連結する上部スライド連結機構として機能する。連結凸条２５は、ロッド本体２３の側面に設置された鉛直方向に延在する凸条片であり、ボルト２５ａにより、ロッド本体２３の側面に固定されている。連結凹溝条２６は、同じくロッド本体２３の側面に形成された鉛直方向に延在する溝である。なお、連結凸条２５は、凸条片をロッド本体２３に後付けするのではなく、削り出しによりロッド本体２３に一体に形成するようにしても良い。

本実施形態では、アリ溝（蟻溝）方式のスライド連結機構が採用されており、アリ溝状の連結凹溝条２６内にアリ型の連結凸条２５が端部から鉛直方向に挿入されることで、連結凸条２５が水平方向に連結凹溝条２６から抜けず、且つ、連結凸条２５と連結凹溝条２６が鉛直方向にスライド自在に、両者が連結される。

もちろん、スライド連結機構は、アリ溝方式に限定されるものではなく、隣接する上部ピストンロッド２１を鉛直方向にスライド自在に連結する機構であれば適宜採用することができ、例えば、連結凸条２５及び連結凹溝条２６の水平断面がＴ字形のＴスロット方式であっても良い。

但し、連結凸条２５が連結凹溝条２６内に端部からスライド自在に挿入されると、連結凸条２５が連結凹溝条２６から水平方向に抜けて外れないように連結する必要がある。よって、水平断面において、連結凹溝条２６は入口の幅が狭く奥が広くなる形状であると共に、連結凸条２５も連結凹溝条２６の形状に合わせて先端が幅広くなる形状であるのが望ましい。

本実施形態では、全ての上部ピストンロッド２１が連結されており、隣接するロッド本体２３の相対する一方の側面には連結凸条２５が形成され、他方の側面には連結凹溝条２６が形成されている。

したがって、上部ピストン部２０の周縁に設置された上部ピストンロッド２１を除いて、上部ピストンロッド２１は、四つの全ての側面に連結凸条２５又は連結凹溝条２６が形成されている（図２、図３参照）。本実施形態では、ロッド本体２３の隣接する2つの側面に連結凸条２５が形成され、残りの2つの側面に連結凹溝条２６が形成されている。

また、上部ピストン部２の周縁に設置された上部ピストンロッド２１のロッド本体２３は、隣接するロッド本体２３が存在しないで外表面に露出する側面には、連結凸条２５及び連結凹溝条２６の何れも形成されていないが、隣接するロッド本体２３と相対する側面には、連結凸条２５又は連結凹溝条２６が形成されている。

このように、全ての上部ピストンロッド２１を隣接する上部ピストンロッド２１とスライド自在に連結することで、ある上部ピストンロッド２１に水平方向の大きな力が作用したとしても、周囲の上部ピストンロッド２１と連結されているために水平方向に動くことなく、正確な位置での曲げ加工を実現することができる。

上部ロッド駆動装置２８は、油圧シリンダー式の駆動装置であり、各上部ピストンロッド２１に対して、それぞれ独立して上部ロッド駆動装置２８が設置されている。もちろん、上部ロッド駆動装置２８の駆動方式としては、油圧シリンダー以外のものを採用することができ、例えば、スクリュージャッキ式であっても良い。

下部プレス部４０は、上部プレス部１０と同じ構成であり、上部プレス部１０の下方に、上下反転して設置されている。下部プレス部４０は、下部架台４５と、下部ピストン部５０とを備える。

下部ピストン部５０は、水平面に対して二次元に配列設置された複数の下部ピストンロッド５１と、下部ピストンロッド５１をそれぞれ独立してスライド駆動する下部ロッド駆動装置５８とを備えている。下部ピストンロッド５１は、下部架台４５に対して鉛直方向にスライド自在であり、三次元プレス装置１の幅方向20本、送り方向10本、すなわち合計200本設置されている。

下部ピストンロッド５１は、上部ピストンロッド２１と同じ構成であり、ヘッド５２と、ロッド本体５３とを備える。ロッド本体５３は、水平断面が正方形となる四角柱形状であり、側面に、連結凸条５５と、連結凹溝条５６とを備える。連結凸条５５と連結凹溝条５６は、隣接する下部ピストンロッド５１を鉛直方向にスライド自在に連結する下部スライド連結機構として機能する。

ここで、上部ピストンロッド２１及び下部ピストンロッド５１は、平面視において20cm×20cmの正方形状である。プレス部１０，４０は、幅方向において20本、送り方向において10本のピストンロッド２１，５１から構成されており、プレス部１０，４０によるプレス加工領域の大きさは、幅方向4m、送り方向2mである。また、半球状のヘッド２２，５２の半径は10cmであり、ピストンロッド２１，５１の鉛直方向の長さ（高さ）は、30cmである。

プレス部駆動装置６０は、上部プレス部１０全体を基台８に対して下方に移動させる駆動装置であり、油圧シリンダーである。もちろん、プレス部駆動装置６０の駆動方式も油圧シリンダー以外の駆動方式に適宜変更可能である。

制御装置７０は、三次元プレス装置１の動作を制御する装置であり、上部ロッド駆動装置２８、下部ロッド駆動装置５８、プレス部駆動装置６０等の駆動を制御する。

以上、三次元プレス装置１の構成について説明したが、続いて、三次元プレス装置１による被加工鋼板５のプレス加工時の動作について説明する。図４及び図５は、三次元プレス装置１の加工動作を説明するための図である。また、図５（ａ）は、ピストンロッド２１，５１の高さを調節し、プレス加工前の被加工鋼板５をセットした状態を示す図、図５（ｂ）は、プレス部駆動装置６０により上部プレス部１０を下降させてプレス加工を行っている状態を示す図である。

本実施形態では、幅3.5m、長さ12m、板厚10mmの船舶外板である被加工鋼板５を所定の三次元曲面に加工する場合について説明する。プレス加工にあたっては、長尺の被加工鋼板５の一方の端部から三次元プレス装置１に送り込み、順次曲げ加工を行う。

また、三次元プレス装置１のプレス加工領域は、幅4m、送り方向長さ2mであり、被加工鋼板５の送りについては、所定の領域のプレス加工後、順次、1.5mずつ送りながら、プレス加工を行う。よって、被加工鋼板５のプレス加工領域は、前回のプレス加工領域と送り方向において0.5mの部分が重畳して行われる。

三次元曲面のプレス加工にあたっては、まず、上部ピストン部２０の上部ピストンロッド２１及び下部ピストン部５０の下部ピストンロッド５１を、間に挟まれる被加工鋼板５が所望の三次元曲面にプレス成形仕上げされるように、それぞれ所定の高さに位置させる。

具体的には、制御装置７０に被加工鋼板５の所望の三次元曲面の設計データを入力することで、制御装置７０が、被加工鋼板５の所定の位置に対するピストンロッド２１，５１のスライド位置を求める演算を行う。

この演算結果に基づき、制御装置７０は、三次元プレス装置１のプレス加工領域に位置する被加工鋼板５に対応して、上部ロッド駆動装置２８を制御して、各上部ピストンロッド２１を算出したスライド位置へ位置させると共に、下部ロッド駆動装置５８を制御して、各下部ピストンロッド５１を演算したスライド位置へ位置させる。

なお、制御装置７０は、三次元曲面の設計データに基づいて、上部ピストンロッド２１及び下部ピストンロッド５１のスライド位置を計算する際に、被加工鋼板５のスプリングバックを考慮して計算するように構成されている。

具体的には、スプリングバック補正率をＡ%とし、平らな被加工鋼板５の表面に接触する基準位置からのスライド量に補正率分だけ加算した量を補正スライド量として、ピストンロッド２１，５１をスライドさせる。例えば、Ａ＝10であれば、スライド量が10cmの場合、補正スライド量は11cmとなる。

鋼板への曲げ加工の場合、圧縮・引張応力の反発により曲げ角度が開く、スプリングバッグの現象が生じるため、ピストンロッド２１，５１の位置を算出する際に、スプリングバッグ補正処理を行っておくことで、プレス加工後にスプリングバッグが生じた状態で所望の三次元曲面を実現することができる。

また、本実施形態では、被加工鋼板５と接触するピストンロッド２１，５１のヘッド２２，５２が半球状であるため、ピストンロッド２１，５１のスライド位置を算出する際に、ピストンロッド２１，５１と被加工鋼板５の接点を容易に求めることができ、三次元曲面の設計データからピストンロッド２１，５１のスライド位置を容易に算出することができる。

ピストンロッド２１，５１の所定位置へのスライド完了後、被加工鋼板５を上部プレス部１０と下部プレス部４０との間の所定のプレス位置に設置する（図４参照）。なお、被加工鋼板５の初回のプレス加工時には、その先端がプレス加工領域の送り方向の下流端部よりも20cm離れた位置となるように設置する。被加工鋼板５の先端部分にピストンロッド２１，５１のヘッド２２，５２を確実に接触させるためである。

続いて、プレス部駆動装置６０により、上部プレス部１０を下降させることで、上部ピストンロッド２１と下部ピストンロッド５１との間に被加工鋼板５が挟まれ、プレス加工が行われる。

被加工鋼板５と接触するヘッド２２，５２は、所望の三次元曲面を形成するようにそれぞれスライド位置を調整済みであるため、上部ピストンロッド２１と下部ピストンロッド５１との間に挟まれた被加工鋼板５は、所望の三次元曲面に曲げ加工される。

曲げ加工後、プレス部駆動装置６０により上部プレス部１０を引き上げ、被加工鋼板５の曲がり形状を確認する。曲がりが足りなければ、スプリングバック補正率を増加し、再度曲げ加工を行う。所定の場所の曲げ加工完了後、残りの部分の曲げ加工を行う場合には、被加工鋼板５を送り方向に1.5m移動させ、残りの部分のプレス加工を上述した方法と同様に行う。

三次元プレス装置１のプレス加工領域の送り方向長さは2mであるが、先のプレス加工部分と50cm重畳させて次のプレス加工を行うことで、被加工鋼板５を確実に所望の三次元曲面に曲げることができる。

このように、被加工鋼板５の所定の部分のプレス加工と被加工鋼板５の送りを繰り返し、被加工鋼板５の後端部分のプレス加工まで行うことで、被加工鋼板５全体を所望の三次元曲面に曲げ加工することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本実施形態によれば、隣接するピストンロッド２１，５１をスライド連結機構により鉛直方向にスライド自在に連結しているので、各ピストンロッド２１，５１の独立した鉛直方向の自在なスライドを実現しつつ、被加工鋼板５に接触したピストンロッド２１，５１に水平方向の大きな反力が作用しても、水平方向にずれたりすることなく、正確な位置での曲げ加工を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、三次元プレス装置を構成する部材の形状やサイズ、素材等は適宜変更可能である。

１三次元プレス装置
８基台
１０上部プレス部
１５上部架台
２０上部ピストン部
２１上部ピストンロッド
２２ヘッド
２３ロッド本体
２５連結凸条
２６連結凹溝条
２８上部ロッド駆動装置
４０下部プレス部
４５下部架台
５０下部ピストン部
５１下部ピストンロッド
５２ヘッド
５３ロッド本体
５５連結凸条
５６連結凹溝条
５８下部ロッド駆動装置
６０プレス部駆動装置
７０制御装置
５被加工鋼板

Claims

上部プレス部と、下部プレス部と、前記上部プレス部と前記下部プレス部との少なくとも一方を鉛直方向に動かすことで、前記上部プレス部と前記下部プレス部とを相対的に移動させるプレス部駆動装置と、を備え、前記上部プレス部と前記下部プレス部との間に挟んだ被加工板を所望の曲面に曲げ加工する三次元プレス装置において、
前記上部プレス部は、
上部架台と、
前記上部架台から下方へ突出する、互いに平行に設置される複数の上部ピストンロッドと、
隣接する前記上部ピストンロッドを鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する上部スライド連結機構と、
前記上部ピストンロッドをそれぞれ独立して前記上部架台に対して鉛直方向にスライド駆動させる上部ロッド駆動装置と、を備え、
前記下部プレス部は、
下部架台と、
前記下部架台から上方へ突出する、互いに平行に設置される複数の下部ピストンロッドと、
隣接する前記下部ピストンロッドを鉛直方向に相対的にスライド自在に連結する下部スライド連結機構と、
前記下部ピストンロッドをそれぞれ独立して前記下部架台に対して鉛直方向にスライド駆動させる下部ロッド駆動装置と、を備えることを特徴とする三次元プレス装置。
前記上部スライド連結機構は、隣接する一方の上部ピストンロッドの相対する側面に形成された上部連結凸条と、他方の上部ピストンロッドの相対する側面に形成された、前記上部連結凸条が挿入されて連結される上部連結凹溝条と、を備え、
前記下部スライド連結機構は、隣接する一方の下部ピストンロッドの相対する側面に形成された下部連結凸条と、他方の下部ピストンロッドの相対する側面に形成された、前記下部連結凸条が挿入されて連結される下部連結凹溝条と、を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の三次元プレス装置。
前記上部スライド連結機構は、前記上部連結凹溝条が水平断面において入口の幅が狭く奥が幅広くなるよう構成され、前記上部連結凸条が水平断面において先端が幅広くなるように構成され、前記上部連結凸条と前記上部連結凹溝条とがスライド自在に連結されると、水平方向に抜けないように構成されており、
前記下部スライド連結機構は、前記下部連結凹溝条が水平断面において入口の幅が狭く奥が幅広くなるよう構成され、前記下部連結凸条が水平断面において先端が幅広くなるように構成され、前記下部連結凸条と前記下部連結凹溝条とがスライド自在に連結されると、水平方向に抜けないように構成されていることを特徴とする請求項２記載の三次元プレス装置。
前記上部ピストンロッド及び前記下部ピストンロッドは、プレス加工時に前記被加工板に接触する先端ヘッドの部分が半球状であることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の三次元プレス装置。
入力された所定の曲面形状データに基づいて、前記被加工板を所定の曲面形状に曲げ加工するための前記上部ピストンロッド及び前記下部ピストンロッドのスライド位置を算出し、前記上部ロッド駆動装置及び前記下部ロッド駆動装置を駆動して、前記上部ピストンロッド及び前記下部ピストンロッドを前記スライド位置にスライド駆動させる制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記スライド位置を算出する際に、前記被加工板のスプリングバックを考慮したスプリングバック補正処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項記載の三次元プレス装置。