JP6575385B2

JP6575385B2 - 押出プレスの押出速度立上げ制御方法

Info

Publication number: JP6575385B2
Application number: JP2016024359A
Authority: JP
Inventors: 武治山本; 淳司植田; 幸男江本
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2036-02-12
Also published as: JP2017140638A

Description

本発明は、アルミニウム合金などを押出成形するための押出プレスの押出速度立上げ制御方法に関するものである。

一般に、金属材料、例えば、アルミニウム又はその合金材料などによるビレット（押出
材）を押出プレスにより押出す場合、油圧シリンダで駆動されるラムの先端部に押出ステムが取り付けられており、ダイスにコンテナを押し付けた状態で、ビレットをステムでコンテナ内に収納する。そして、ラムを更に油圧シリンダの駆動により前進させることにより、ビレットが押出ステムにて押圧される。そこで、ダイスの出口部から、成形された製品が押出される。

この従来型の押出プレスでは、並列に接続された複数台の可変容量型の油圧ポンプから
押出プレスの各油圧シリンダに高圧油を供給して押出プレスを作動させている。
そして、ラムの駆動については押出開始から製品の押出完了までには、製品を押出すのに省エネを図る為、最小限の必要台数の油圧ポンプをオンロードすることによって行われている。しかし、必要最小限の油圧ポンプをオンロードさせただけでは、作動油の流量が少ないために、製品がダイスより出始めるラムの所要圧力に達するまでにはかなりの時間がかかっていた。そのため、生産性の見地からは改善することが要望されていた。

特開２０１３−９１０７０公報

押出比の高い押出製品の押出においては、押出製品速度を所定の速度以下にするために押出速度が低く設定される。それにより押出に使用されるポンプ台数が少なくなる。そして押出に入る前の立上げ時において、押出速度に応じたポンプ台数ではラム内へ供給する作動油の絶対量が少なくなる。そのためラム圧力の上昇に時間が掛かり、所定の押出速度の立上げに時間が多くを要していた。

押出プレスの押出速度制御方法において、押出速度立上げ時、並列に接続された複数台の可変容量型の油圧ポンプの全台数を動作させるとともに、所定の押出速度までの速度立上げ過程においてラム圧力を検出し、前記ラム圧力が、予め設定したラム圧力Ｐ２に到達した後、前記油圧ポンプの台数を、所定の押出速度で押出をおこなわせるために必要な量の作動油をメインシリンダ及びサイドシリンダに供給可能な台数に減少させて、押出ステムの移動速度を所定の押出速度まで到達させ、
同一ダイスでの前記速度立上げ過程において、前記ラム圧力Ｐ２までの到達時間が、前回の前記速度立上げ過程と比較して１０％以上違う場合、複数で動作させる前記油圧ポンプの吐出量を増減させる押出速度制御を行う。

予め設定した前記ラム圧力Ｐ２は、製品が押し出され始めるときの前記ラム圧力として設定した押出圧力Ｐ１以下か、または前回の前記速度立上げ過程で計測した、製品が押し出され始めるときの前記ラム圧力である押出圧力以下とする。

前記油圧ポンプの台数を減少させる際に、不用の前記油圧ポンプの吐出量を略ゼロに制御するとともに、ローディングバルブをＯＦＦにしてアンロードにする。

本発明により、製品がダイスから押出される前の立上げ時間の短縮が可能となりアイドルタイムが減少し生産性が向上する。

本発明の押出プレスの制御方法に用いる油圧回路の構成を説明する図である。本発明の押出プレスのラム圧力、ラム速度の概略を説明した図である。

以下に、本発明の押出プレスの制御方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。図
１は実施の形態に用いる押出プレスの油圧回路の説明図である。
実施例では油圧ポンプの台数を３台、最小の油圧ポンプ台数を１台として説明する。
図に示す１０Ａ〜１０Ｃは可変容量型油圧ポンプ、１１Ａ〜１１Ｃは可変容量型油圧ポ
ンプ１０Ａ〜１０Ｃを駆動する電動機である。１２Ａ〜１２Ｃは可変容量型油圧ポンプ１
０Ａ〜１０Ｃの吐出量制御手段で、流量制御信号によって可変容量型油圧ポンプの傾転角
を制御し吐出量を調整する。そして、いずれの可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃは、
同一の最大吐出量で設定されている。

１４Ａ〜１４Ｃは、速度設定器４２で設定された設定値に基づいて求めた必要油量を供給するため、可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃを選択的にオンロードとアンロードを切り替える電磁切替弁、符号１５は油圧回路の圧力を設定するリリーフ弁である。メインシリンダ２０に圧油を供給する電磁切替弁１６が配され、サイドシリンダ２１には電磁切替弁１７を介して圧油が供給され、押出ステム２２を進退自在に移動させる。符号２３は、メインシリンダ２０及びサイドシリンダ２１により駆動され前進移動するラムである。押出ステム２２はラム２３と一体となって移動する。

符号３０は可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃの吐出量制御手段１２Ａ〜１２Ｃにパ
イロット圧力を供給するパイロット圧力の供給手段である。パイロット圧力の供給手段３
０は油圧ポンプ３１、油圧ポンプ３１を回転駆動する電動機３２、パイロット圧力を設定するリリーフ弁３３で要部が構成される。

そして、図１に示す可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃのポンプ吐出量は、制御装置４９により制御される。制御装置４９は、押出プレス装置の各工程動作の作動速度を設定する速度設定器４２、及び押出開始時に可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃの吐出量を拡大制御する速度制御部４９により基本構成され、予め速度設定器４２に設定された速度の設定値と、押出中に速度検出する速度センサー４６から出力される速度信号と比較して制御される速度制御部４９の出力値に応じてポンプ制御部１２Ａ〜１２Ｃの出力信号が可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃに出力され吐出量を制御して必要量を押出プレスに供給する構成となっている。

図２で本発明の押出プレスのラム圧力とラム速度のチャートを説明する。
ラム速度とはラム２３の移動速度で、言い換えれば押出ステム２２の移動速度とも言える。
ラム圧力とラム速度のチャートは３つの領域に分けられる。
（１）の領域はアップセットの領域である。
アップセットは、図示しないビレットをコンテナに挿入すると、ビレット径とコンテナ内径の寸法差により、ビレットとコンテナ内筒の間には隙間ができ、そこに空気が溜まってしまうので押出ステム２２によりビレットを圧縮して空気をダイス側に追い込むとともに押出ステム側より排出される。その後コンテナとダイスの間に隙間を設けてそこから空気を外部に逃がすというのがバープサイクルという工程である。
（１）の領域（バープサイクル後のビレットの潰し動作を含む）では、ビレットの潰し動作（アップセット）までは全台数の可変容量型油圧ポンプで動作する。
この領域にあるときには、電磁弁１４Ａ〜１４ＣをＯＮにし可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃの３台をすべてオンロードとする。

（２）の領域は押出開始後の押出速度の立上げの領域である。
この領域にあるときには、電磁弁１４Ａ〜１４ＣをＯＮにし可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃの３台をすべてオンロードとする。この時圧力センサー４３でラム圧力を検出している。
設定したラム圧力をＰ２とすると設定した押出圧力Ｐ１に対しては
Ｐ２＝（０．７〜０．８）Ｐ１となる。
押出開始から、圧力センサー４３でラム圧力を検出していき、設定したラム圧力がＰ２に到達すると、電磁弁の１４Ｂと１４ＣがＯＦＦの状態に、短い時間で切り替わり、また、可変容量型油圧ポンプ１０Ｂと可変容量型油圧ポンプ１０Ｃのそれぞれの傾斜角度が速やかに略ゼロの状態になり、アンロードの状態になるため吐出量は速やかに略ゼロとなる。
電磁弁１４ＡはＯＮとなった状態を継続するため可変容量型油圧ポンプ１０Ａのみでメインシリンダに作動油を送ることになる。

（２）の領域では、油圧ポンプからメインシリンダ２０に作動油を送る制御は２通り考えられている。１つ目は設定したラム圧力の前後でオープン制御であること、２つ目は設定したラム圧力の前ではオープン制御で、設定したラム圧力の後ではクローズド制御となることが考えられる。
従来であれば、工程毎に可変容量型油圧ポンプの台数を変えるという構成はあったが、本発明では１工程の中で可変容量型油圧ポンプの台数を変えるという構成になっている。

（３）の領域はラム速度、言い換えれば押出ステムの移動速度が所定の押出速度で押出を行っている状態で、電磁弁１４ＡがＯＮの状態で可変容量型油圧ポンプ１０Ａはオンロードの状態であるから、油圧ポンプ１０Ａによって作動油はメインシリンダに送られる。
ラム圧力は製品が押し出され始めるときが最も高く、このときの圧力を設定した押出圧力という。その後、ラム圧力はビレットの長さが短くになるにつれて、徐々に低くなっていく。一方ラム速度は一定の値を示している。

可変容量型油圧ポンプの吐出量を増減させることは、吐出量制御手段１２Ａ〜１２Ｃで可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃを、流量制御信号によって可変容量型油圧ポンプの傾転角を制御し吐出量を調整する構成になっている。

速度の立ち上がりを想定内に収めるためのポンプ吐出量Ｑは下記のように決定される。
（１）メインシリンダ内の圧縮される容積をＶ（Ｌ）とすると
Ｖ＝ＡｘＢｘγ
Ａ：ラム面積
Ｂ：ビレットの最大長さにおけるラムストローク
γ：作動油の圧縮率
（２）速度の立ち上がりを想定内に収めるためのポンプ吐出量をＱとすると
Ｖ＝（Ｑ／６０）ｘｔ
Ｑ＝６０ｘＶ／ｔ
ｔ：立上がり時間（ｓ）
Ｑ：速度の立ち上がりを想定内に収めるためのポンプ吐出量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）

立ち上がり時間が変動する要因
（１）圧力設定（ＰＭＰａ）の変動によるもの。
（２）ビレット長が変わることによるメインシリンダ内の容積Ｖの変動によるもの
例えば立ち上がり時間を一定にするため、上記の計算式により、速度の立ち上がりを想定内に収めるためのポンプ吐出量Ｑは計算できる。

想定内に収めるためのポンプ吐出量Ｑに対する増減の制御は想定内に収めるためのポンプ吐出量Ｑに決定した後、仮に実際の立ち上がり時間が想定内の時間にならない場合、その時間になるように時間比例でポンプ吐出量Ｑを増減させる。

例えば、立ち上げ時間が２秒で設定されたポンプ吐出量Ｑに対して、
（１）実際の立ち上げ時間が２．４秒であった場合、
時間が長すぎるのでポンプ吐出量Ｑ１は、ポンプ吐出量Ｑ１＝２．４／２ｘＱに増加させる。
（２）実際の立ち上げ時間が１．６秒であった場合、
時間が短かすぎるのでポンプ吐出量Ｑ２は、ポンプ吐出量Ｑ２＝１．６／２ｘＱに減少させる。
というように、ポンプ吐出量を増減させる。

例として通常の押出で、押出開始から設定したラム圧Ｐ２に達するのが２秒であるところが、２．４秒になったとする（２０％の遅れ）。この遅れを取り戻すために、可変容量型油圧ポンプ１０Ａ〜１０Ｃの３台での吐出量を通常１５００Ｌ／ｍｉｎのところを１８００Ｌ／ｍｉｎに変更して、押出開始から設定したラム圧Ｐ２に達する時間を２秒に戻すことにする。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。
本発明により、製品がダイスから押出される前の立上げ時間の短縮が可能となりアイドルタイムが減少し生産性が向上する。

１０Ａ〜１０Ｃ可変容量型油圧ポンプ
１１Ａ〜１１Ｃ電動機
１２Ａ〜１２Ｃ吐出量制御手段
１４Ａ〜１４Ｃ電磁切換弁
２０メインシリンダ
２１サイドシリンダ
２２押出ステム
２３ラム
４２速度設定器
４３圧力センサー
４４調節器
４５増幅器
４６速度センサー
４７比較器
４９制御装置

Claims

押出プレスの押出速度制御方法において、
押出速度立上げ時、並列に接続された複数台の可変容量型の油圧ポンプの全台数を動作させるとともに、所定の押出速度までの速度立上げ過程においてラム圧力を検出し、前記ラム圧力が、予め設定したラム圧力Ｐ２に到達した後、前記油圧ポンプの台数を、所定の押出速度で押出をおこなわせるために必要な量の作動油をメインシリンダ及びサイドシリンダに供給可能な台数に減少させて、押出ステムの移動速度を所定の押出速度まで到達させ、
同一ダイスでの前記速度立上げ過程において、前記ラム圧力Ｐ２までの到達時間が、前回の前記速度立上げ過程と比較して１０％以上違う場合、複数で動作させる前記油圧ポンプの吐出量を増減させることを特徴とする、押出プレスの押出速度制御方法。
予め設定した前記ラム圧力Ｐ２は、製品が押し出され始めるときの前記ラム圧力として設定した押出圧力Ｐ１以下か、または前回の前記速度立上げ過程で計測した、製品が押し出され始めるときの前記ラム圧力である押出圧力以下とすることを特徴とする請求項１に記載の押出プレスの押出速度制御方法。
前記油圧ポンプの台数を減少させる際に、不用の前記油圧ポンプの吐出量を略ゼロに制御するとともに、ローディングバルブをＯＦＦにしてアンロードにすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の押出プレスの押出速度制御方法。