JP5033120B2 - 形材を成形加工する生産ラインおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、平らな金属ストリップから長さ方向に沿って形状（profile）が変化する形材（profile）を成形し、曲げ加工する方法に関する。本発明は、また、テープ・リールから繰り出される平らな金属ストリップから長さ方向に沿って横断面が変化する形材を連続的に成形するための生産ラインに関する。生産ラインは、巻き出し機と、ローラ・レベラと、ストリップを横方向に切断する打込機（stamp）とストリップの縁部を切断するエッジカッタと、多数のロール成形ユニットを有するロール成形部とを含み、ここにエッジカッタおよびロール成形ユニットは、個別に変位することができ、横方向に案内されて製造されつつある形材の最終的外観を連続的に変化させることができる。

ＷＯ０２／４３８８６Ａ１が、「立てはぜ継ぎ」として知られるタイプの屋根板の縁を折り曲げ、成形するように使用するロール成形機を記載している。屋根板の幅はその長さ方向に沿って変化するが、垂直な縁部は全長に沿って同じ形状となっている。

長さ方向に沿って変化する形状を有し、低い固有応力と共に高い曲率精度を有する湾曲薄板金形材の経済的な製造を提供することが本発明の一目的である。

この目的は、主として、ストリップの縁を切断して予成形シート素材とし、個別に横方向に変位し、回転できる多数のロール成形ユニットで形材の側部を折り曲げ、成形した形材の側部をローラ対で圧延して形材が湾曲するように片側を薄くし、ロール成形ユニットの横方向変位およびその角運動を制御するのに使用するコンピュータ・プログラムと同じコンピュータ・プログラムによってローラ対を制御し、ローラ対が側部をたどり、それらの軸線と軸線間のラインが圧延されつつある表面に対して常に直角に維持されるようにする本発明の方法に従うことで達成される。

本発明による生産ラインは、ロール成形ラインの後にある曲げステーションを含み、この曲げステーションは、形材の側部をたどり、形材の側部を部分的に薄くなるように圧延し、形材を成形しながら曲げたりねじったりするように制御できるローラ対を含み、ローラ対は、そのねじりを可能にするように回転することができ、１対のローラの軸線と軸線間のラインが圧延中に圧延されつつある側部に対して常に直角に保持され得るように支持体によって支持されている。

本発明は、添付した特許請求の範囲の請求項によって定義されている。

図面は、本発明による方法を実施できる本発明による機器を示している。
図１は、生産ラインを概略的に側面図で示している。
図２は、図１のラインの上からの図を示している。
図３は、図２の３−３線に沿った断面図で、パンチを拡大して概略的に示す図である。
図４は、図２の４−４線に沿った断面図で、成形済みの形材を湾曲加工するための第１の曲げユニットを拡大して概略的に示す図である。
図５は、図２の５−５線に沿った断面図で、成形済みの形材を湾曲加工するための第２の曲げユニットを拡大して概略的に示す図である。
図６、７は、先の図に示す機器において、形成されるストリップの横断面を示しており、横断面のコーナが図８の６−６線および７−７線をたどる状態を示す図である。
図８は、図６、７に示す成形済みのストリップを示している。
図９は、Ｃ字形形材成形時の生産ラインの最終ロール成形工程を示している。
図１０は、形材成形前の、縁部を切断し、パンチ加工したストリップの一部を示している。
図１１、１２は、図１３および図２の１１−１１線、１２−１２線によって特定した、チューブ成形ユニット前後の断面を示している。
図１３は、上から見たチューブ成形ユニットを拡大して概略的に示している。
図１４は、真っすぐな形材フランジの圧延中に上から見た図４の一部を概略的に示している。
図１５は、湾曲形材フランジの圧延を示す、図１４に対応する図である。

〔好ましい図示実施形態の説明〕
図１、２は、金属ストリップ１０をコイル９から巻きもどすための巻き出し機１１と、金属ストリップ１０を平らにするためのローラ・レベラ１２と、初回打込機１３と、ストリップ１０の両側縁部のためのエッジカッタステーション１４、１５と、除去したストリップの縁部を集めるための廃棄物ミル１６と、ストリップを或る形状に折り曲げるための、ストリップ１０の両側縁部に対する４つのロール成形ユニット１７〜２０および２１〜２４と、成形済みの形材を湾曲させるための２つの曲げユニット２６、２７を含む曲げステーション２５と、成形済みの形材を閉じるためのチューブ成形ユニット２８と、閉じた形材の継目を溶接するための溶接ユニット２９と、完成した形材を最終切断するための終端カッタ３０とを含む生産ラインを概略的に示している。

図３は、初回打込機１３を拡大して示しており、これは、角度カッタ３１を有し、ストリップの中心でスタンピング加工を開始し、そのストローク長がスリットの長さを決定するようになっている。

エッジカッタステーション１４、１５は、個別に側方（すなわち、ストリップの方向に対して横方向）に変位できる。ロール成形ユニット１７〜２４は、すべて、同じ構成であり、個別に変位できる。ロール成形ユニットは、ロール成形ユニット１７について示すように、縦列の２対のローラ３５、３６を支持するキャリアを有し、側方に変位できると共に垂直軸線まわりに回転できる。図９は、２対の成形ローラ３７、３８；３９、４０で最終的なＣ字形形材５０を与えるためにストリップの各側部に行う最終ロール成形工程を示している。

図６、７は、非対称的な横断面および長さ方向で変化する横断面を有する完成したＣ字形形材５０の２つの横断面を示している。形材の縁には参照符号５１、５２が付けてあり、そのコーナには参照符号５３〜５６が付けてある。形材に折り曲げる前のストリップの一部が図８に示してある。後でコーナになる形体（feature）が、図６、７に示した横断面に成形する前の破線で図８に示してある。Ｃ字形形材はコーナ５４、５５間に中央フランジ７６と、コーナ５３、５４間およびコーナ５５、５６間にある２つの直立側部７７、７８（壁または側部としても形成されていてもよい）と、コーナ５３、５６と縁部５１、５２の間の２つの内向きの側部フランジ７９、８０とを有するものとして形成され得る。

以下、様々な横断面を有するＣ字形形材の製造について説明する。

ローラ・レベラー１２は、テープ・リール９から巻きもどされるストリップを平らにし、ラインを通して前方に送る。形材長さの端となる予定の金属が初回打込機１３に達したときに送りは止められ、横方向スリットが打ち抜かれる。一つのシート長さの後端および次のシート長さの前端が同じ長さを持たない場合、たとえば、図１０に示すように前端が先行シートの後端よりも幅広の場合、まず、スリット６０が後端用に作られ、次いでストリップが或る距離前方に送られてしまったならば、スリット６１が前端用に作られる。両者間にある長さ部分は後述するように、前記両長さ部分が最終的に切り離されるときに廃棄片となる。図１０は、パンチ加工し、縁部を切断してしまった後のストリップを示している。スリットの長さは、最終形材のコーナ５３、５６がスタンピングにより除去され、コーナ５３、５６と端部５１、５２の間の平らな部分のみが最終形材に残るように適合される。スリットは、下方からスリットを通って入り込むツールを用いて最終形材を切り離すことが後で可能となるように充分な幅を持って作られる。

縁部の切断は、図示のように打ち抜きの後に実施してもよいし、打ち抜き前に実施してもよい。完成した形材の縁部を外方へ折り曲げようとしている場合には、成形前に縁部を切断する必要はない。この場合、ロール成形後であるが曲げ作業前に縁部を切断することが可能である。しかしながら、特に図示のような機械は一般的な用途に使用できるので、図示のようにロール成形前に縁部を切断すると有利である。

ストリップの各側方にある第１の２つのロール成形ユニット１７、１８および２１、２２は、それらの成形ローラが最も外側のコーナ５３、５６をたどる、すなわち、図８に示すライン５３、５６をたどるように制御する。各ロール成形ユニットにおいて縦列になっている対の成形ローラによる工程は２つある。したがって、各ローラ対は、必ずしも図８におけるラインを正確にたどらず、このラインと正確に一致してねじられることもない。しかしながら、これらのラインは段階的な曲線を有し、その誤差がなんら実際的な重要性を持たないほど小さいということを意味する。また、各ロール成形ユニット１７〜２４で３つのロール成形工程を行うことが可能な場合も多い。必要に応じて、ライン内にいくつかのロール成形ユニットを有し、コーナ毎にいくつかのロール成形工程を行い、図示の４つのコーナよりも多いコーナをロール成形できるようにすることも可能である。ここで使用する「コーナ」なる用語は、図示のような鋭いコーナのみならず、湾曲した形のコーナも意味する。図示のようにストリップの両側部に対して対称的にロール成形を実施する必要もない。

ストリップ上の或るポイントがロール成形ユニット１８、２２を通過したとき、コーナ５３、５６が完全に成形され、次いでコーナ５４、５５のロール成形が始まる。ストリップが最終的なロール成形工程を通過してしまったならば、ストリップの最終的な成形が達成される。この場合、形材が開いたＣ字形形材であるときには、形材は、処理または成形されることなく、曲げステーション２５、チューブ成形ユニット２８および溶接ユニット２９を通過する。第１スリット６０が終端カッタ３０に達したとき、ストリップの送りが停止し、カッタがスリットを上方に通過し、形材を完全に切り離す。次いで、ストリップは前方に送られ、スリット６１が終端カッタ３０に達したときに停止させられる。次いで、形材がこの位置で切断され、形材の中間部分は廃棄物になる。完全なストリップでの手順に代わるものとしてロール成形前にストリップを完全に切り離すことが可能であるが、一緒に保持されるストリップでの手順が好ましい。当然、たとえば、ハット形材のようなＣ字形形材以外の形材を成形することも可能である。図示の数よりも多いロール成形ユニットを使用する場合、図示の数よりも多いコーナを持つ形材を成形できる。ロール成形ユニットが個別に制御できるので、各形材についてどれくらいのロール成形ユニットをコーナ用に使用すべきかを決めることができる。

閉じたＣ字形形材を成形しようとしている場合、図９に示す要領で形材内に成形用ローラを導入する必要があるので、形材をその最終形態にロール成形することはできない。したがって、ロール成形は、図１１に示すような形状で終り、形材を垂直方向ローラ６５−６８と一緒に１つまたはいくつかの工程を経てプレス加工するロール成形ユニット２８で、図１、２の両方に示し、図１３に拡大して示すように水平ローラ６９、７０が底を支える。こうして、形材は、図１２に示す閉じた形態となり、次いで、形材が弾力で開くことができないように直ぐそばに位置する溶接ユニット２９によって直接シーム溶接される。

図４、５は、形材を曲げたり、ねじったりしたいときに使用される２つの曲げユニット２６、２７を示している。形材５０には図６と同じ参照符号を付けてあるが、すべての参照符号が図４に示してあるわけではない。

図４に示す曲げユニット２６をさらに詳しく説明する。曲げユニット２６は、２つの独立したフレーム２６Ａ、２６Ｂからなり、その各々がローラ対８２、８４および８３、８５を支持している。各ローラ対は、形材５０の内側に位置するカウンタ・ローラ８２、８３を有し、これらのカウンタ・ローラは、垂直に立っている形材５０の側部の上部と接触するように調節できる。ローラ８４、８５は、壁または側部の外面と接触する。こうして、曲げユニット２６は、形材５０の１つの側部に対する１つのローラ対８２、８４を有し、形材の第２の側部に対する１つのローラ対８３、８５を有することになる。これらのローラ対は、後述する要領で独立して変位できるように支持されている。

フレーム２６Ａ、２６Ｂが、支持フレーム３１、３２によって支持されており、これらの支持フレームは、機械のフレームによって支持された支持用車軸３３、３４によって限られた程度で回転できる。フレーム２６Ａ、２６Ｂは、支持フレーム３１、３２のレール８６、８７に沿って垂直方向に変位できる。カウンタ・ローラは、レール９２Ａ、９２Ｂに沿って側方へ摺動できるユニット９０、９１によって支持されており、ローラ８４、８５は、レール９５Ａ、９５Ｂに沿って摺動することによって変位できるユニット９３、９４によって支持されている。カウンタ・ローラおよびローラ８２〜８５は、これらのローラがとる角度が破線９６によって示唆したような円の部分表面に沿って関連したユニット９０、９１、９３、９４内で限られた程度に調節することができ、ローラ間のギャップがより狭くなり、一方向において金属を圧延して連続的に薄くするように調節できるので形材に適合させることができる。この調節を実施するための、そして力を加えるための種々のパワーユニットは図面には示していない。たとえば、パワーユニットは液圧ユニットでもよい。

形材は、形材の垂直方向の側部を上方へ徐々に薄くするためにローラが大きい力で、そしてその垂直方向の側部または壁に対して或る角度で押されるときに、下方へ湾曲させられることになる。ローラは、その後に位置する支持体およびガイド・ローラで補佐されて形材に全ての３次元の正確な形態を与えるようになっている。これらの支持体およびガイド・ローラは図示していない。

図５に示すユニット２７は、先に説明し、図４に示したユニット２６と同様の構造を有する。したがって、図５に示すユニットは以下では詳しく説明しない。同等の構成要素には図４と同じ参照符号が付けてある。ローラ８４、８５は、形材５０が上方へ湾曲するように形材５０の垂直側部を圧延して形材５０の中央フランジに向かって徐々に薄くなるように配置してある。

形材を側方へ曲げるためには、両ユニットのローラを同じ側で使用し、形材の片側の完成垂直方向側部が薄くなり、反対方向に形材を曲げる。形材をねじるためには、ユニット２６のローラを形材の一方の垂直側部に使用し、ユニット２７のローラを形材の第２の垂直側部に使用する。

図１４、１５は、曲げローラ対のうちの一対、すなわち、対８２、８４での圧延作業中の、図６、７における形材５０の一方の側部７８を上から見た状態で示している。図１４の側部７８は機械と平行であるが、図１５の側部７８は曲げられることを示してある。支持フレーム３１、すなわち、ローラ対８２、８４の支持体は、その支持車軸３３まわりに、すなわち、ローラ８４の中心を通過した状態で示す軸線ＩＩＩまわりに回転し、ローラ対８２、８４の軸線間のラインＩＩが側部７８に対して常に垂直となるようになっている。支持フレーム３１の回転は、ロール成形ユニットの回転に対応する。

したがって、ローラ８４、８５の圧延力を制御することによって形材を自由に選んだ方向に曲げることが可能である。また、所望の方向に形材をねじることも可能である。また、形材を同時に曲げ、ねじるように４つすべてのローラを同時に制御することも可能である。

曲げユニット後に位置するユニット、すなわちチューブ成形ユニット２８、溶接ユニット２９および終端カッタ３０を、垂直、水平の両方に変位させることは当然可能であり、形材を曲げ、ねじるのに使用しようと思う場合にはこれらのユニットを回転させることも当然可能である。

ねじり、変位などのための機械で利用できる手段のすべてが図面に示しているわけではない。これらの手段のすべては、所望の結果を与えるべく同時に作動するようにプログラム可能なコンピュータ・システムにより制御される。片側のロール成形ユニット１７、１８または２１、２２および同じ側の曲げローラ８２、８４または８３、８５は、同じコンピュータ・プログラムによって制御され、その結果、形材５０の両側部を折り曲げ、コーナ５４、５８を成形するためのローラ成形ユニットおよびこれらの側部を圧延するローラ対は、形材５０の製造中およびその曲げ中に側方変位および角回転（angular turning）の両方に関して同様の要領で動くことになる。また、レール８６、８７に沿った曲げユニットの部分２６Ａ、２６Ｂの動きがコンピュータによって制御されると適切である。形材の側部が一定の高さを有する場合にはこの動きは不要である。

形材のロール成形、曲げ加工のための統合機械を上に示してきたが、これが好ましいことは多い。しかしながら、ロール成形のための１つの機械と曲げ加工のための１つの機械を設け、同じプログラムを使用して側部を折り曲げるためにロール成形ユニットを制御し、上述した要領で側部をたどるために曲げローラを制御することも可能である。

生産ラインを概略的に側面図で示している。 図１のラインの上からの図を示している。 図２の３−３線に沿った断面図で、パンチを拡大して概略的に示す図である。 図２の４−４線に沿った断面図で、成形済みの形材を湾曲加工するための第１の曲げユニットを拡大して概略的に示す図である。 図２の５−５線に沿った断面図で、成形済みの形材を湾曲加工するための第２の曲げユニットを拡大して概略的に示す図である。 先の図に示す機器において、形成されるストリップの横断面を示しており、横断面のコーナが図８の６−６線をたどる状態を示す図である。 先の図に示す機器において、形成されるストリップの横断面を示しており、横断面のコーナが図８の７−７線をたどる状態を示す図である。 図６、７に示す成形済みのストリップを示している。 Ｃ字形形材成形時の生産ラインの最終ロール成形工程を示している。 形材成形前の、縁を切断し、パンチ加工したストリップの一部を示している。 図１３および図２の１１−１１線によって、特定したような、チューブ成形ユニット前後の断面を示している。 図１３および図２の１２−１２線によって、特定したような、チューブ成形ユニット前後の断面を示している。 上から見たチューブ成形ユニットを拡大して概略的に示している。 真っすぐな形材フランジの圧延中に上から見た図４の一部を概略的に示している。 湾曲形材フランジの圧延を示す、図１４に対応する図である。

Claims (7)

1. 長さ方向に沿って変化する横断面を有する形材（５０）を平らな金属ストリップ（１０）から成形し、曲げまたはねじりのいずれかまたは両方を行う方法において、互いに独立して側方へ変位可能で、回転可能な多数のロール成形ユニット（１７、１８；２１、２２）で金属ストリップの側部（７７、７８）を折り曲げ、そして成形済みの形材の側部をローラ対（８２、８４；８３、８５）で圧延してそれらの縁部の一つで薄くなるようにして、形材を曲げまたはねじること、ならびに該ローラ対を、ロール成形ユニットの側方変位およびその角運動を制御するために使用するのと同じコンピュータ・プログラムによって制御して、該ローラ対に側部をたどらせ、また、薄くするため各ローラ対における対のローラの軸線に対して直角であり、対のローラの軸線間に延びるライン（ＩＩ）を、圧延されつつある側部に対して常に直角に維持すること、を特徴とする方法。
2. ローラ対（８２、８４；８３、８５）の圧延ギャップを、これらローラ対を通しての形材（５０）の送り中に変化させ、このようにして、長さ方向に沿った形材の曲率を変えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ロール成形および曲げ加工を統合した生産ラインで行うことであって、そこで金属ストリップをテープ・リール（９）から巻きもどし、その縁部を最終製品に適した形態に切断した後、縁部を切断しているストリップをロール成形することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. ロール成形作業の前にストリップを完全に切り離すことなく生産ラインにおいてストリップ(１０)に横方向スリット（６１、６２）を切ること、およびロール成形作業後に終端カッタ（３０）がストリップを切り離し、ストリップから製造した形材長さの後端を切り離すこと、を特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
5. ２つの端部のところに異なった幅寸法を有する形材長さを製造し、一つの形材長さの後端を形成する１つのスリット（６０）と、後続の形材長さの前端を形成するために切断されるさらに別のスリット（６１）との間のストリップの幅を調節し、それからストリップを両方のスリットのところで後続の終端カッタ（３０）で切断することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. テープ・リール（９）から巻きもどされる平らな金属ストリップ（１０）から、長さ方向に沿って変化する横断面を有する形材を連続的に成形するための生産ラインであって、巻き出し機（１１）と、ローラ・レベラ（１２）と、ストリップを横方向に切断するための打込機（１３）と、ストリップの縁部を切断するためのエッジカッタ（１４）と、それに続く多数のロール成形ユニットを備えるロール成形部（１７〜２４）とを含み、それにより製造されつつある形材（５０）の最終外観を連続的に変化させるためにエッジカッタおよびロール成形ユニットが側方へ独立して変位、案内され得る生産ラインにおいて、ロール成形部（１７〜２４）の後に曲げステーション（２５）が設けてあり、この曲げステーション（２５）が、形材（５０）の側部をたどり、側部を部分的に圧延して薄くなるようにし、形材を成形するにつれて曲げたり、ねじったりするように案内され得るローラ対（３７〜４０）を含み、薄くするためローラ対が回転できる支持体（３１、３２）により支持されていてローラ対を回転させることができるようになっていて、１つのローラ対のローラの軸線と軸線の間のラインが圧延されつつある側部に対して常に垂直に保持され、前記ラインは前記軸線に対して垂直であることを特徴とする上記生産ライン。
7. 曲げステーションが、２つの曲げユニット（２６、２７）を含み、一方の曲げユニットがラインに沿って他方の曲げユニットの後に装備してあり、各１つの曲げユニットが、曲げステーションの中央線の両側に位置するローラ対を含むことを特徴とする、請求項６に記載の生産ライン。

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