JP6834508B2 - 押出プレスにおけるメインラムの押出速度制御方法および押出プレス - Google Patents
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Description
本発明は押出プレスに係り、押出プレスにおけるインバータモータによるメインラムの押出速度制御方法に関する。
一般に、金属材料、例えばアルミニウム又はその合金材料等によるビレットを押出プレ
ス装置により押出す場合、油圧シリンダで駆動されるメイン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、ビレットをビレットインサータによりコンテナ内に収納する。そして、メイン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。
ビレットを押し出した後は、コンテナをコンテナシリンダにより若干後退させて、ディスカードがコンテナから外れた位置からメインラムとコンテナを後退させる。
次に、コンテナとダイスとの間に切断装置の切断刃を送り込み、ダイス面に残ったビレット（ディスカードと称される。）を切り離す。その後は、メインラムを後退させて押出ステムをコンテナから抜き出し，次のビレットをコンテナに挿填して次サイクルの押出成形に移行する。
ス装置により押出す場合、油圧シリンダで駆動されるメイン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、ビレットをビレットインサータによりコンテナ内に収納する。そして、メイン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。
ビレットを押し出した後は、コンテナをコンテナシリンダにより若干後退させて、ディスカードがコンテナから外れた位置からメインラムとコンテナを後退させる。
次に、コンテナとダイスとの間に切断装置の切断刃を送り込み、ダイス面に残ったビレット（ディスカードと称される。）を切り離す。その後は、メインラムを後退させて押出ステムをコンテナから抜き出し，次のビレットをコンテナに挿填して次サイクルの押出成形に移行する。
従来の押出プレスでは、メインラムの押出速度が小さい時、ポンプの選択運転をした場合でも可変型吐出ポンプの傾板角の傾角が小さいと、ポンプの傾転角に対する吐出量のヒステリシスの影響が大きいため、低速時における押出速度への影響が大きい。よって押出速度が低速の時には速度が安定しないことがあった。
従来の押出プレスでは、押出プレスの低速押出速度が０．５〜１ｍｍ／ｓの場合、モータの回転数が定格回転数のためポンプの傾転率を１５〜３０％としなければならなく、ポンプの特性より傾転率が３０％未満になるとポンプの吐出量のバラツキが大きく、低速押出速度の精度が悪かった。
ポンプユニットから供給される油量を変化させることにより、メインシリンダに配したメインラムの押出速度を変化させる押出プレスのメインラムの押出速度制御方法において
可変型吐出ポンプの駆動軸にインバータモータを接続したポンプユニットを備えて、インバータモータの定格回転数で可変型吐出ポンプを駆動した場合に傾転率を３０％未満まで低下させる必要がある際に、インバータモータの回転数を減少させて、可変型吐出ポンプの傾転率を３０％以上とした。
可変型吐出ポンプの駆動軸にインバータモータを接続したポンプユニットを備えて、インバータモータの定格回転数で可変型吐出ポンプを駆動した場合に傾転率を３０％未満まで低下させる必要がある際に、インバータモータの回転数を減少させて、可変型吐出ポンプの傾転率を３０％以上とした。
前記インバータモータの回転数を減少させた際における押出プレスのメインラムの押出速度は０．５ｍｍ／ｓ〜１ｍｍ／ｓであるようにした。
前記インバータモータの回転数を減少させた際における可変型吐出ポンプの傾転率は３０％〜６０％であるようにした。
モータは誘導型のモータ又は同期モータであるようにした。
モータとポンプで形成されるポンプユニットから供給される油量を変化させることにより、メインシリンダに配したメインラムの押出速度を変化させる押出プレスにおいて、
該ポンプユニットが、可変吐出ポンプの駆動軸にインバータモータが接続されたポンプユニットであるようにした。
該ポンプユニットが、可変吐出ポンプの駆動軸にインバータモータが接続されたポンプユニットであるようにした。
本発明の、インバータモータと可変型吐出ポンプの組合せにより、メインラムの押出速度（メインラム速度と称することもある）が、０．５〜１ｍｍ／ｓの範囲の低速領域において、精度が向上することで、自動車熱交換器用押出多穴管等の押出が難しい製品の安定した品質向上が見込まれる。
本発明に係る押出プレスの制御方法の実施形態を、図面を参照しながら以下詳細に説明する。
本発明に用いる押出プレスを図１に示す。エンドプラテン１とメインシリンダ２を対向して配置し、両者を複数のタイロッド３によって連結している。エンドプラテン１の内側面には押出穴が形成されたダイス４を挟んでコンテナ５が配置され、コンテナ５内に図示しないビレット６を装填し、これをダイス４に向けて押出加圧することでダイス穴に応じた断面の押出製品が押出成形される。
押出作用力を発生させるメインシリンダ２は、メインラム９を内蔵し、これをコンテナ５に向けて加圧移動可能としている。このメインラム９の前端部にはコンテナ５のビレット装填穴と同芯配置されるように図示しない押出ステムがその先端に図示しないフィックスダミーブロックを密接させて、コンテナ５に向けて突出状態でメインクロスヘッド８を介して取付けられている。したがって、メインシリンダ２を駆動してメインクロスヘッド８を前進させると、押出ステムがコンテナ５のビレット装填穴に挿入され、装填されたビレット６の後端面を加圧して押出製品を押出すのである。
図示していないが、押出プレスには複数台のポンプユニットが取り付けられている。ポンプユニットはモータとポンプの組合せという構成になっている。ポンプの中には可変型吐出ポンプも含まれる。
例えば２７５０トンの押出プレスでは２２０ｋＷのポンプユニットが３台、１１０ｋＷのポンプユニットが１台、装備されている。これらのポンプユニットの組合せから
（１）２２０ｋＷ３台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度２４．５ｍｍ／ｓ
（２）２２０ｋＷ２台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度１７．５ｍｍ／ｓ
（３）２２０ｋＷ１台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度１０．５ｍｍ／ｓ
（４）１１０ｋＷ１台でメインラム速度３．５ｍｍ／ｓ
の速度を出すことが出来る。
即ち、メインラムの押出速度が３．５ｍｍ／ｓ以下になる低速の時に１１０ｋＷのポンプユニットが１台使用されることになる。
例えば２７５０トンの押出プレスでは２２０ｋＷのポンプユニットが３台、１１０ｋＷのポンプユニットが１台、装備されている。これらのポンプユニットの組合せから
（１）２２０ｋＷ３台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度２４．５ｍｍ／ｓ
（２）２２０ｋＷ２台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度１７．５ｍｍ／ｓ
（３）２２０ｋＷ１台＋１１０ｋＷ１台でメインラム速度１０．５ｍｍ／ｓ
（４）１１０ｋＷ１台でメインラム速度３．５ｍｍ／ｓ
の速度を出すことが出来る。
即ち、メインラムの押出速度が３．５ｍｍ／ｓ以下になる低速の時に１１０ｋＷのポンプユニットが１台使用されることになる。
図２は油圧駆動部であり、油圧駆動源となる可変型吐出ポンプ２５及び電磁比例弁２１、アンプ２８、傾転駆動装置２２を備える。可変型吐出ポンプ２５はポンプ部と、このポンプ部を回転駆動するインバータモータ２４を備える。この場合、インバータモータ２４はインバータ回路に接続した、交流誘導モータを用いる。
また、ポンプ部は斜板型ピストンポンプにより構成するポンプ機体を内蔵する。したがって、ポンプは斜板４１を備え、斜板４１の傾斜角となる斜板角を大きくすれば、ポンプ機体におけるポンプピストン４２のストロークが大きくなり、吐出流量が増加するとともに、斜板角を小さくすれば、同ポンプピストンのストロークが小さくなり、吐出流量が減少する。よって斜板角を所定の角度（傾転率）に設定することにより、吐出流量が所定の大きさに固定される固定吐出流量を設定することができる。
図２の回路図では電磁比例弁２１をレギュレータとし、電気信号でポンプの斜板角度を指令してレギュレータを制御する方法を示しているが、ポンプ吐出量が任意に制御可能であれば方法を問わない。
図３は可変型吐出ポンプの内部構造の図である。
図の中でポンプピストン４２の傾きａを傾転角という。この傾きａが大きいほど多くの油の吐出量を出すことが出来る。この傾きａは２７５０トンの押出プレスの１１０ｋＷのモータに取り付けられた可変型吐出ポンプでは最大約１５度である。傾転率とは１５度を１００％としたときの比率のことをいう。
すなわち１％が０．１５度である。
図の中でポンプピストン４２の傾きａを傾転角という。この傾きａが大きいほど多くの油の吐出量を出すことが出来る。この傾きａは２７５０トンの押出プレスの１１０ｋＷのモータに取り付けられた可変型吐出ポンプでは最大約１５度である。傾転率とは１５度を１００％としたときの比率のことをいう。
すなわち１％が０．１５度である。
従来では、例えば２７５０トンの押出プレスには基本的に２２０ｋＷのモータが３台、１１０ｋＷのモータ１台で構成されている。これらはすべて誘導モータである。この構成では押出プレスのメインラム９の速度にバラツキが生じていた。それを本発明では１１０ｋＷのモータをインバータモータにしてメインラムの押出速度のバラツキを小さくした。
本発明の押出速度の制御は押出開始から押出終了までの間で対応する。この間の押出速度は一定で例えば２７５０トンの押出プレスでは、回転速度で換算すると９００ｒｐｍである。
即ち、本発明の押出プレスでは、制御時の押出速度は操作パネルから制御速度の値を入力し制御盤のなかで演算を行って、必要に応じて、インバータ回転数を制御する構成になっている。
例えば押出速度を１ｍｍ／ｓより小さくする場合において、モータの定格回転数１８００ｒｐｍで傾転率が３０％未満になるケースでは、インバータモータで回転数を９００ｒｐｍにすることにより、傾転率を６０％にすることが可能になる。
本実施形態における押出プレスは、操作パネルに１ｍｍ／ｓと入力するとインバータモータの回転数を９００ｒｐｍに調整して、可変吐出型ポンプの傾転率を６０％にする自動的制御を行う。
即ち、本発明の押出プレスでは、制御時の押出速度は操作パネルから制御速度の値を入力し制御盤のなかで演算を行って、必要に応じて、インバータ回転数を制御する構成になっている。
例えば押出速度を１ｍｍ／ｓより小さくする場合において、モータの定格回転数１８００ｒｐｍで傾転率が３０％未満になるケースでは、インバータモータで回転数を９００ｒｐｍにすることにより、傾転率を６０％にすることが可能になる。
本実施形態における押出プレスは、操作パネルに１ｍｍ／ｓと入力するとインバータモータの回転数を９００ｒｐｍに調整して、可変吐出型ポンプの傾転率を６０％にする自動的制御を行う。
なお、図４に可変吐出型ポンプのポンプ傾転率指令と実傾転率の関係を表すグラフを示す。これによると、ポンプの傾転率（角）が大きくなっていく軌跡と、小さくなっていく軌跡との間にはヒステリシスがあり、これがポンプの吐出量のバラツキとなっている。この吐出量のバラツキが押出速度のバラツキになっている。
ポンプに発生するバラツキは（１）ポンプ系を制御しているアンプの制御用のバラツキ、（２）比例制御弁、傾転駆動装置の機械的なバラツキ、（３）ポンプの傾転角度の位置の精度（機械的や傾きのバラツキ）からくるものである。これがヒステリシスの原因となっている。
表１に押出速度に対するバラツキを示す。
表１の（１）がモータ回転数１８００ｒｐｍの場合で
表１の（２）がモータ回転数９００ｒｐｍの場合である。
表１の（１）がモータ回転数１８００ｒｐｍの場合で
表１の（２）がモータ回転数９００ｒｐｍの場合である。
バラツキ０．０５１ｍｍ／ｓと０．０２６ｍｍ／ｓについて説明する。
図４よりヒステリシスが１．５であったので、モータ回転数１８００ｒｐｍと９００ｒｐｍのそれぞれの場合でバラツキは
３．４ｍｍ／ｓ×０．０１５＝０．０５１ｍｍ／ｓと
１．７ｍｍ／ｓ×０．０１５＝０．０２６ｍｍ／ｓということになる。
モータ回転数が１８００ｒｐｍの場合は、押出速度が３．４ｍｍ／ｓにおける押出速度のバラツキが０．０５１ｍｍ／ｓなので、このバラツキをもとに
０．０５１（ｍｍ）÷押出速度（ｍｍ）÷２×１００
の式に基づいて、計算したものが表の値である。
モータ回転数が９００ｒｐｍの場合は、押出速度が１．７ｍｍ／ｓにおける押出速度のバラツキが０．０２６ｍｍ／ｓなので、このバラツキをもとに
０．０２６（ｍｍ）÷押出速度（ｍｍ）÷２×１００
の式に基づいて、計算したものが表の値である。
０．０２６（ｍｍ）÷押出速度（ｍｍ）÷２×１００
の式に基づいて、計算したものが表の値である。
この表において、押出速度が０．５ｍｍ／ｓと１ｍｍ／ｓの場合をモータ回転数が１８００ｒｐｍと９００ｒｐｍのそれぞれでバラツキを比較すると、押出速度０．５ｍｍ／ｓで±５．１％と±２．６％でバラツキは５１％まで小さくなっている。また押出速度１ｍｍ／ｓで±２．５５％と±１．３％でバラツキは５１％まで小さくなっている。
定格回転数が１８００ｒｐｍであるものを、インバータモータにすることにより回転数を９００ｒｐｍに減少させ、定格回転数であれば傾転率が３０％未満であったものを、回転数を減少させることにより傾転率を６０％にすることにより、バラツキのない安定した品質の製品を製造できるようになった。
以上のようにモータの回転数を５０％にして傾転率を略２倍にすると、ポンプからの油の吐出量は変わらず、かつバラツキが略半分になっていることがわかる。
また、傾転率は６０％以上でも使用できる。
また、傾転率は６０％以上でも使用できる。
本発明はインバータモータについて述べてきたが、サーボモータでもよい。
本発明の、インバータモータと可変型吐出ポンプの組合せにより、メインラムの押出速度（メインラム速度と称することもある）が、０．５〜１ｍｍ／ｓの範囲の低速領域において、精度が向上することで、自動車熱交換器用押出多穴管等の押出が難しい製品の安定した品質向上が見込まれる。
１ エンドプラテン
２ メインシリンダ
３ タイロッド
４ ダイス
５ コンテナ
６ ビレット
７ 押出ステム
８ メインクロスヘッド
９ メインラム
１０ サイドシリンダ
２１ 電磁比例弁
２２ 傾転駆動装置
２４ インバータモータ
２５ 可変型吐出ポンプ
２６ 傾転ポンプ制御用ポンプ
２７ モータ
２８ アンプ
４１ 斜板
４２ ポンプピストン
４３ 吸入口
４４ 吐出口
２ メインシリンダ
３ タイロッド
４ ダイス
５ コンテナ
６ ビレット
７ 押出ステム
８ メインクロスヘッド
９ メインラム
１０ サイドシリンダ
２１ 電磁比例弁
２２ 傾転駆動装置
２４ インバータモータ
２５ 可変型吐出ポンプ
２６ 傾転ポンプ制御用ポンプ
２７ モータ
２８ アンプ
４１ 斜板
４２ ポンプピストン
４３ 吸入口
４４ 吐出口
Claims (5)
- ポンプユニットから供給される油量を変化させることにより、メインシリンダに配したメインラムの押出速度を変化させる押出プレスのメインラムの押出速度制御方法において、
可変型吐出ポンプの駆動軸にインバータモータを接続したポンプユニットを備えて、入力する押出速度が、前記インバータモータの定格回転数で前記可変型吐出ポンプを駆動した場合に、前記可変型吐出ポンプの斜板の傾転率を３０％以下まで低下させる必要がある際に、前記インバータモータの回転数を減少させて、前記可変型吐出ポンプの前記斜板の傾転率を３０％以上とする自動的制御が行われることを特徴とする押出プレスのメインラムの押出速度制御方法。 - 前記インバータモータの回転数を減少させた際における前記押出プレスの前記メインラムの前記入力する押出速度は０．５ｍｍ／ｓ〜１ｍｍ／ｓであることを特徴とする請求項１に記載の押出プレスのメインラムの押出速度制御方法。
- 前記インバータモータの回転数を減少させた際における前記可変型吐出ポンプの前記斜板の傾転率は３０％〜６０％であ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メインラムの押出速度制御方法。
- 前記インバータモータは誘導型のモータ又は同期モータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の押出プレスのメインラムの押出速度制御方法
- モータとポンプで形成されるポンプユニットから供給される油量を変化させることにより、メインシリンダに配したメインラムの押出速度を変化させる押出プレスにおいて
該ポンプユニットが、可変型吐出ポンプの駆動軸にインバータモータが接続されたポンプユニットであって、
操作パネルから入力する押出速度が、前記インバータモータの定格回転数で前記可変型吐出ポンプを駆動した場合に、前記可変型吐出ポンプの斜板の傾転率を３０％以下まで低下させる必要がある際に、前記インバータモータの回転数を減少させて、前記可変型吐出ポンプの前記斜板の傾転率を３０％以上とする自動的制御を行う制御盤を備えることを特徴とする押出プレス。
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