JP7224266B2

JP7224266B2 - 金属材の曲げ加工方法およびその装置

Info

Publication number: JP7224266B2
Application number: JP2019185147A
Authority: JP
Inventors: 雅啓中原; 健太 ▲濱▼島
Original assignee: 大同マシナリー株式会社
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2023-02-17
Anticipated expiration: 2039-10-08
Also published as: JP2021058917A

Description

本発明は、金属材を複数のロールで曲げ加工する金属材の曲げ加工方法およびその装置に関するものである。

金属板等の金属材を円筒状に曲げ加工するロールベンダー(曲げ加工装置)は、径方向に離間する２本の下ロールと、両下ロールの間の上方に位置する１本の上ロールとを備え、上ロールと下ロールとの間に挟持した金属材をロールの回転によって送りつつ、上ロールを下降して金属材を圧下することで曲げ加工するよう構成されている(例えば、特許文献１参照)。

前記ロールベンダーでは、曲げ加工の対象とし得る最大幅の金属材を曲げ加工することができる上ロールの圧下力を最大として、その最大圧下力で上ロールを金属材に押し付けて曲げ加工する際に、該上ロールの撓み量が適正な曲げ加工が可能な適正範囲内になると共に上ロールが損傷することのないように、上ロールの強度(直径)や該上ロールの支持機構の剛性が設計されている。

特開２００４－２９８９１１号公報

ユーザーニーズの多様化に伴い、１基のロールベンダーで、広範囲の幅寸法の金属材を曲げ加工することが求められている。ロールベンダーでは、上ロールの強度や、該上ロールの支持機構の剛性は、前述したように、最大幅の金属材を適正に曲げ加工し得るように設計される。

ここで、曲げ加工時に金属材に加える上ロールによる圧下力は、幅寸法が小さくなる程小さくすることができる。その反面、幅と厚みとの比率が極端に小さくなる幅寸法の金属材を曲げ加工する際には、上ロールに集中荷重が加わる。そして、上ロールに集中荷重が加わる状態で、圧下力を最大圧下力まで上げてしまうと、上ロールに作用する曲げ応力が過大となり、上ロールの撓み量が適正範囲を超えて加工不良が生じたり、上ロールが損傷するおそれがある。そのため、上ロールの強度や支持機構の剛性を、安全率を見込んで高く設定する必要が生じ、装置が大型化すると共にコストが高くなる問題を招いていた。また、上ロールの強度を高くするために直径を大きくすると、曲げ加工可能な曲率が限定されてしまう問題もあった。

すなわち本発明は、前記従来の技術に内在する前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、上ロールを損傷等することなく金属材を適正に曲げ加工することができる金属材の曲げ加工方法およびその装置を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項１の発明に係る金属材の曲げ加工方法は、
金属材の移動方向の前後に離間する２本の下ロールと、両下ロール間の上方に位置する上ロールとを備え、これら上ロールと２本の下ロールとの間を通過する金属材を、３本のロールで加圧して曲げ加工する曲げ加工方法において、
前記金属材の曲げ加工に際し、前記上ロールおよび下ロールを加圧手段によって相対的に近接移動することで金属材に加えられる加圧力が、金属材の移動方向と交差する幅寸法に応じて設定された制限加圧力を超えないように前記加圧手段を制御して金属材を曲げ加工するようにしたことを要旨とする。
請求項１の発明では、金属材の曲げ加工に際し、ロールから加えられる加圧力が、金属材の幅寸法に応じて設定した制限加圧力を超えないように加圧手段を制御するようにしたので、上ロールに過大な曲げ応力が作用するのを防ぐことができ、上ロールが大きく撓んで加工不良が生じたり、上ロールが損傷することを未然に防止し得る。また、上ロールの強度やその支持機構の剛性を必要以上に大きくする必要はなくなるので、装置が大型化するのを抑制し得ると共に、曲げ加工可能な曲率の範囲も広げることができる。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、請求項２の発明に係る金属材の曲げ加工装置は、
金属材の移動方向の前後に離間する２本の下ロールと、両下ロール間の上方に位置する上ロールとを備え、これら上ロールと２本の下ロールとの間を通過する金属材を、３本のロールで加圧して曲げ加工する曲げ加工装置において、
前記上ロールおよび下ロールを相対的に近接移動して、３本のロールにより前記金属材に加圧力を加える加圧手段と、
前記金属材に加えられる加圧力を検出する圧力検出手段と、
前記加圧手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記圧力検出手段での検出圧力が、金属材の移動方向と交差する幅寸法に応じて設定された制限加圧力を超えないように前記加圧手段を制御するよう構成したことを要旨とする。
請求項２の発明では、金属材の曲げ加工に際し、ロールから加えられる加圧力が、金属材の幅寸法に応じて設定した制限加圧力を超えないように加圧手段を制御するよう構成したので、上ロールに過大な曲げ応力が作用するのを防ぐことができ、上ロールが大きく撓んで加工不良が生じたり、上ロールが損傷することを未然に防止し得る。また、上ロールの強度やその支持機構の剛性を必要以上に大きくする必要はなくなるので、装置が大型化するのを抑制し得ると共に、曲げ加工可能な曲率の範囲も広げることができる。

請求項３に係る発明は、
前記制御手段は、曲げ加工可能な金属材の幅寸法の範囲を複数の幅区分に区分し、各幅区分に含まれる幅寸法の金属材の曲げ加工に際し、各幅区分毎に設定された制限加圧力を超えないように前記加圧手段を制御するよう構成したことを要旨とする。
請求項３の発明では、曲げ加工可能な金属材の幅寸法の範囲を複数の幅区分に区分し、各幅区分毎に制限加圧力を設定するよう構成したので、設定する制限加圧力の数を抑えることができて制御が容易となる。

本発明に係る金属材の曲げ加工方法およびその装置によれば、上ロールを損傷することなく金属材を適正に曲げ加工することができる。また、装置が大型化するのを抑制し得ると共に、曲げ加工可能な曲率の範囲も広げることができる。

実施例に係る曲げ加工装置の概略図である。実施例に係る曲げ加工装置の概略断面図である。実施例に係る曲げ加工装置の制御ブロック図である。

次に、本発明に係る金属材の曲げ加工方法およびその装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。

図１、図２は、実施例に係る金属材の曲げ加工装置としてのロールベンダー１０を示すものであって、該ロールベンダー１０は、１本の上ロール１２と、２本の下ロール１４,１６とを備え、これら３本のロール１２,１４,１６の間に金属材１８を通過させることで、該金属材１８を円筒状となるように曲げ加工し得るよう構成される。ロールベンダー１０は、基礎フレーム２０に、所要間隔離間して一対の支持部材２２,２２が昇降可能に支持されると共に、該一対の支持部材２２,２２間に、前記上ロール１２が回転可能に架設される。各支持部材２２は、加圧手段としての油圧シリンダ２４により昇降移動するよう構成され、一対の油圧シリンダ２４,２４を同期して作動することで、上ロール１２は下ロール１４,１６に対して近接・離間するよう平行に昇降移動する。また、上ロール１２は、その中心軸Ｏを通って前記２本の下ロール１４,１６の軸心を結んだ線分Ｋに垂直な垂線Ｓに沿って昇降可能に構成されて、金属材１８に付与する曲率に応じた位置(曲げ位置)に、前記油圧シリンダ２４,２４によって移動するよう構成される。油圧シリンダ２４,２４は、図３に示す制御手段２６によって同期して作動するよう制御される。

前記一方の支持部材２２に駆動モータ(駆動手段)２８が配設され、該駆動モータ２８が上ロール１２に連結されており、駆動モータ２８を正転方向および逆転方向に回転駆動することで、上ロール１２を正転方向および逆転方向に回転し得るよう構成される。そして、３本のロール１２,１４,１６で金属材１８を挟持した状態で、駆動モータ２８により上ロール１２を回転することで、金属材１８が所定方向に送られる。

図２に示す如く、前記基礎フレーム２０に、前記上ロール１２の中心軸Ｏと交差する方向(材料移動方向)に移動自在な移動台３０が配設され、該移動台３０に前記下ロール１４,１６が材料移動方向の前後に離間して回転可能に配設されている。移動台３０には油圧シリンダ等の移動手段３２(図３参照)が連結されており、金属材１８の曲げ加工に際し、両下ロール１４,１６を材料移動方向の前後に移動可能に構成される。なお、移動台３０には、下ロール１４,１６を下側から支持する複数のバックアップロール３４が回転可能に支持されている。

図３に示す如く、前記制御手段２６には、前記油圧シリンダ２４,２４に作動油を供給する油圧ポンプ３６,３６が接続されて、該油圧ポンプ３６,３６を制御することで、油圧シリンダ２４,２４によって前記上ロール１２が昇降移動する。また、制御手段２６には、前記駆動モータ２８および移動手段３２が、該駆動モータ２８および移動手段３２を制御可能に接続される。また、制御手段２６には、曲げ加工中の金属材１８に作用する上ロール１２の圧下力(加圧力)を検出する圧力検出手段３８が電気的に接続され、該圧力検出手段３８での検出圧力が制御手段２６に入力される。圧力検出手段３８としては、例えば油圧シリンダ２４,２４やその油圧回路に設けた圧力センサを用いることができる。更に、制御手段２６には、タッチパネル等の入力手段４０が接続されており、該入力手段４０によって、曲げ加工する金属材１８の厚み寸法、幅寸法(材料移動方向と交差する方向の寸法)、材質等の各種の材料情報を入力し得るよう構成される。

ここで、ロールベンダー１０において、金属材１８を圧下力Ｐで曲げ加工する際に上ロール１２に作用する曲げ応力δは、上ロール１２の直径Ｄ、上ロール１２の支持部材２２,２２による支持間距離Ｌ、金属材１８の幅寸法Ｗとすると、次式で得られる。なお、πは円周率である。
式：δ＝Ｐ×(Ｌ／４－Ｗ／８)／(π×Ｄ³／３２)
そして、ロールベンダー１０では、前記式により得られる曲げ応力δが、上ロール１２の撓み量が適正範囲を超えることがなく、かつ上ロール１２が損傷しない許容値以下となるように、金属材１８の幅寸法Ｗに応じて圧下力Ｐを制限するよう構成される。ロールベンダー１０で曲げ加工の対象とし得る最大幅の金属材１８を曲げ加工することができる上ロール１２の最大圧下力をＰ₀、金属材１８の幅寸法Ｗに応じて制限する制限圧下力(制限加圧力)をＰ₁とした場合に、制限圧下力Ｐ₁は最大圧下力Ｐ₀より小さい値に設定される。実施例では、曲げ加工可能な金属材１８の幅寸法の範囲を複数の幅区分に区分し、各幅区分毎に制限圧下力Ｐ₁が設定される。例えば、金属材１８の幅寸法の範囲を、最大の幅寸法から所定範囲ずつ小さくなる幅区分を、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３・・・Ｎｎとした場合に、制限圧下力Ｐ₁の値が対応してＰ₁１、Ｐ₁２、Ｐ₁３・・・Ｐ₁ｎとして設定される。そして、制御手段２６では、入力された金属材１８の幅寸法が、例えば幅範囲Ｎ２に含まれる場合は、曲げ加工に際して上ロール１２の圧下力が制限圧下力Ｐ₁２を超えないように制限する。具体的には、前記圧力検出手段３８から入力される検出圧力が制限圧下力Ｐ₁２を超えないように、前記油圧ポンプ３６,３６を介して油圧シリンダ２４,２４を制御手段２６が制御する。なお、前記曲げ応力δの許容値は、試験等によって求められる。

〔実施例の作用〕
次に、前述のように構成された実施例のロールベンダー１０の作用につき、曲げ加工方法との関係で説明する。

前記金属材１８を円筒体に曲げ加工するに際し、前記制御手段２６に、加工対象となる金属材１８の厚み寸法、幅寸法、材質等の材料情報および最終的に与える曲率を、前記入力手段４０を介して入力する。制御手段２６は、入力された材料情報に基づいて、前記油圧シリンダ２４,２４(油圧ポンプ３６,３６)、駆動モータ２８および移動手段３２を制御し、上ロール１２を垂線Ｓに沿いつつ所要タイミングで昇降する動作と、下ロール１４,１６が垂線Ｓを基準として金属材１８の送り方向または反送り方向へ所要タイミングで一体的に変位する動作とを行わせることにより、金属材１８は入力された曲率の円筒状に成形される。

前記下ロール１４,１６に対して上ロール１２を近接するように前記油圧シリンダ２４,２４で該上ロール１２を下降することで、上下のロール１２,１４,１６間の金属材１８が圧下されて曲げ加工される。この曲げ加工時には、前記圧力検出手段３８からの検出圧力が制御手段２６に入力される。制御手段２６は、検出圧力が、予め入力された金属材１８の幅寸法に応じて設定した制限圧下力Ｐ₁を超えないように、前記油圧シリンダ２４,２４を制御する。従って、金属材１８の曲げ加工に際し、上ロール１２から加えられる圧下力が、金属材１８の幅寸法に応じて設定した制限圧下力Ｐ₁を超えないので、上ロール１２に過大な曲げ応力が作用するのを防ぐことができ、上ロール１２が大きく撓んで加工不良が生じたり、上ロール１２が損傷することを未然に防止し得る。また、上ロール１２の強度やその支持機構の剛性を、安全率を見込んで必要以上に大きくする必要がなくなるので、装置が大型化するのを抑制し得ると共に、曲げ加工可能な曲率の範囲も広げることができる。

前記制御手段２６では、曲げ加工可能な金属材１８の幅寸法の範囲を複数の幅区分に区分し、各幅区分毎に制限圧下力Ｐ₁を設定しているので、設定する制限圧下力Ｐ₁の数を抑えることができて制御が容易となる。

ここで、ロールベンダー１０は、金属材１８の最終的な仕上げ加工や矯正加工を作業者による手動制御で行うことができるように、自動制御から手動制御に切り替える切替手段を備えている。そして、仕上げ加工や矯正加工に際しては、手動制御に切り替えたもとで、作業者が制御手段２６に接続するコントローラ等の操作手段を操作して、前記油圧シリンダ２４,２４(油圧ポンプ３６,３６)、駆動モータ２８、移動手段３２を制御することが行われる。実施例のロールベンダー１０は、手動制御においても、金属材１８の幅寸法に応じた制限圧下力Ｐ₁を超えないように、油圧シリンダ２４,２４(油圧ポンプ３６,３６)を制御するよう構成されており、作業者の誤操作等によって上ロール１２に過大な曲げ応力が作用するのを防止することができる。

〔変更例〕
本願は、前述した実施例の構成に限定されるものでなく、その他の構成を適宜に採用することができる。
１．実施例では、金属材の幅寸法を入力手段によって入力するよう構成したが、金属材の幅寸法を測定する測定手段を設け、該測定手段の測定結果が制御手段に入力される構成を採用することができる。または、工場の上位コンピュータから金属材の幅寸法等の材料情報が、制御手段に入力される構成を採用することもできる。
２．実施例では、上ロールを昇降移動する加圧手段として油圧シリンダを挙げたが、加圧手段は、支持部材に連繋したボールネジを回転する電気モータ等、各種公知の手段を採用することができる。なお、加圧手段として電気モータを用いる場合は、電気モータの電流(トルク)を制御することで、上ロールの圧下力を制限する構成とすればよい。また、加圧手段として電気モータを用いる場合の圧力検出手段としては、該電気モータのトクル変動から金属材に加えられる加圧力を検出する手段を用いることができる。
３．実施例では、上ロールを加圧手段によって昇降移動するよう構成したが、定位置に保持した上ロールに対して両下ロールを加圧手段(油圧シリンダや電気モータ)によって昇降移動することで、両下ロールに載置した金属材を上ロールとの間で曲げ加工する構成を採用し得る。
４．実施例では、両下ロールを一定の軸心間距離に保持したもとで一体的に水平方向に移動するよう構成したが、両下ロールを夫々独立して水平方向に移動する構成を採用し得る。
５．実施例では、上ロールを回転駆動して金属材を移動させるよう構成したが、下ロールを駆動モータで回転して金属材を移動するようにしたり、上下のロールを夫々駆動モータで回転して金属材を移動する構成を採用することができる。
６．実施例では、複数の幅区分毎に制限圧下力(制限加圧力)を予め設定したが、制御手段に入力された金属材の幅寸法から、上ロールに許容値以上の曲げ応力が作用しない制限圧下力(制限加圧力)を、制御手段が前記式に基づいて演算する構成を採用することができる。

１２上ロール，１４下ロール，１６下ロール，１８金属材
２４油圧シリンダ(加圧手段)，２６制御手段，３８圧力検出手段
Ｐ₁ 制限圧下力(制限加圧力)

Claims

金属材(18)の移動方向の前後に離間する２本の下ロール(14,16)と、両下ロール(14,16)間の上方に位置する上ロール(12)とを備え、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間を通過する金属材(18)を、３本のロール(12,14,16)で加圧して曲げ加工する曲げ加工方法において、
前記金属材(18)の曲げ加工に際し、前記上ロール(12)および下ロール(14,16)を加圧手段(24)によって相対的に近接移動することで金属材(18)に加えられる加圧力が、金属材(18)の移動方向と交差する幅寸法に応じて設定された制限加圧力(P₁)を超えないように前記加圧手段(24)を制御して金属材(18)を曲げ加工するようにした
ことを特徴とする金属材の曲げ加工方法。
金属材(18)の移動方向の前後に離間する２本の下ロール(14,16)と、両下ロール(14,16)間の上方に位置する上ロール(12)とを備え、これら上ロール(12)と２本の下ロール(14,16)との間を通過する金属材(18)を、３本のロール(12,14,16)で加圧して曲げ加工する曲げ加工装置において、
前記上ロール(12)および下ロール(14,16)を相対的に近接移動して、３本のロール(12,14,16)により前記金属材(18)に加圧力を加える加圧手段(24)と、
前記金属材(18)に加えられる加圧力を検出する圧力検出手段(38)と、
前記加圧手段(24)を制御する制御手段(26)とを備え、
前記制御手段(26)は、前記圧力検出手段(38)での検出圧力が、金属材(18)の移動方向と交差する幅寸法に応じて設定された制限加圧力(P₁)を超えないように前記加圧手段(24)を制御するよう構成した
ことを特徴とする金属材の曲げ加工装置。
前記制御手段(26)は、曲げ加工可能な金属材(18)の幅寸法の範囲を複数の幅区分に区分し、各幅区分に含まれる幅寸法の金属材(18)の曲げ加工に際し、各幅区分毎に設定された制限加圧力(P₁)を超えないように前記加圧手段(24)を制御するよう構成した請求項２記載の金属材の曲げ加工装置。