プレスブレーキと版ロールの関係

この厚肉シリンダーは、プリベンダーとそれに続く高トン数のプレスブレーキを使用して、平らな部分のないように成形されました。

まず最初に: 成形操作で何を達成したいですか? さまざまなパーツを形成したいですか? 高い生産性が必要ですか? 優れたオペレータに良い部品を生産してもらいたいですか? の図を参照してください。図1。 2 つだけ選択できるとします。どれが最も重要ですか? プレスブレーキはさまざまな製品（図の上の円）に偏っているのに対し、プレートロールは高生産に偏っています。優秀なオペレーターがいれば、どちらも正確な部品を作ることができます。

ワークピースの幅にわたる大きな掃引半径があるとします。この仕事に最適な投資は、プレートロールとプレスブレーキのどちらでしょうか? もちろん、部品の形状、材料のグレード、厚さによって異なります。部品の量と予算も関係します。あなたの現在の能力を考えてください。どのようなプロセスがあなたの競争力を高めるのでしょうか？

正しい選択をするには、プレートロールとプレスブレーキが何を実現できるかを正確に知る必要があります。プレスブレーキは 90 度の曲げ以上の作業が可能で、プレートロールはロールシリンダー以上の作業を 1 日中行うことができます。

変数はたくさんあるので、どこから始めればよいかを知るのは難しいかもしれません。ただし、良い出発点は、各機械がどのようにしてワークピースに大きな半径を形成するのか、またそれをすべて可能にする制御、ツール、ロール構成を正確に知ることです (「図2）。

あらゆる成形プロジェクトは、降伏強度と引張強度、成形される半径、部品の長さを含む材料特性から始める必要があります。引張強度が高く、半径が狭いほど、より大きな圧力をかけて形成する必要があります。通常、圧力が大きくなるとたわみも大きくなり、機械の要件も変わります。

また、シートやプレートの厚さの最小値と最大値、材料の降伏や引張強さのばらつきなど、材料特性のばらつきも忘れないでください。これらはすべて成形部品に影響を与えます。プレスブレーキで成形する場合でも、プレートローラーで成形する場合でも、機械オペレーターは、新しいバッチの材料が床に当たり、それが指定された厚さの範囲の反対側にあることに気付いたときに生じる頭痛の種を知っています。

材料特性の変動はあらゆる金属成形作業において課題を引き起こしますが、大きな半径では最前線に躍り出る可能性があります。これは、その大きな半径がどのように形成されるか、およびスプリングバックの効果と関係があります。特定のプレスブレーキのボトミングまたはコイニングの設定を除いて、大きな半径を形成すると、材料の特性によって変化するスプリングバックやその他のプロセス変数の影響が増幅される可能性があります。材料の厚さや強度が均一であればあるほど、成形もより安定します。

プレスブレーキまたはプレートロールで成形する場合、目的は、ツールまたはロールがワークピースに接触する場所に平行な圧力線を維持することです。残念ながら、物理学はこの理想に反して作用し、たわみが発生します。プレスブレーキとプレートロールの両方に、機械のたわみを考慮したクラウニング方法が採用されています。機械がたわむと、機械の一方の端からもう一方の端まで成形圧力が一定ではなくなります。

プレスブレーキとプレートロールは両方とも、サイドフレームの剛性が最も高く、中央の剛性が最も低くなります。機械にクラウニングの方法がない場合、ワークピースは曲げ領域の中央を強制的に反らせることになります。

クラウニングはこの効果を打ち消します。プレスブレーキでは、これはプレスブレーキベッドの下に戦略的に配置されたウェッジなどの装置を使用して行われ、成形サイクル中に負荷がかかる前にプレクラウンを変更します。他のクラウニングシステムは油圧を使用します (「図3）。

図1成形操作で何を達成したいかを決めるときは、次の 3 つの要素を考慮してください。

プレートロールでは、クラウニングはロール内で行われます (「図4 ）。クラウン付きロールの直径は中央でわずかに大きくなり、その微妙な「膨らみ」がたわみを打ち消します。

クラウニングはロール自体に組み込まれているため、プレートロールは特定の厚さ範囲 (通常は機械の公称能力の約 75%) に対して最適なクラウニングを行うように設計されています。つまり、1インチのマシンです。公称圧延能力は 0.75 インチの最適なクラウニングを備えています。ただし、厚さ 0.25 インチの材料では過度のクラウニング (つまり、ロールの中央の膨らみが大きすぎる) がある可能性があります。過度のクラウニングは、ワークピースの中央を強く圧迫しすぎて、砂時計の形状を生成する可能性があります。逆に、クラウニングが不十分な場合は、シリンダーの直径が両端よりも中央で大きくなるバレル加工が発生する可能性があります。同じ効果で、中央が膨らみ、端が締まったカヌー形状の半径パーツを形成できます。

これを修正するために、特定のプレスブレーキとプレートロールには、センサーを使用して圧力を検出し、必要な補正を適用する動的クラウニングシステムが搭載されています。プレスブレーキの場合、これには、ベッドの下のウェッジまたは同様の機構を、適切な場所で適切な量だけ移動させることが含まれます。プレートロールでは、ダイナミッククラウニングシステムにより、ロール圧力を手動または自動で調整できます (「図5）。

プレスブレーキとプレートロールは両方とも、外観が重要な材料に使用できます。プレスブレーキの分野では、ウレタンパンチとダイ、およびウレタンテープがプレスブレーキで傷のない曲げを実現するのに役立ちます。また、プレートローリングの世界では、洗浄が簡単で、従来のロールほど頻繁にミルスケールが付着しない、研磨され精密研磨されたローラーを備えたプレートロールを注文できます。

もちろん、傷のない曲げには、正しい手順と慎重な工具の取り扱いが必要です。精密研磨されたローラーは硬化されていますが、それでも損傷する可能性があるため、オペレーターはローラーを通して何を送っているかを認識する必要があります。特に、機械が非常に小さな領域にすべての圧力を集中させる細い部品を圧延する場合には注意が必要です。

プレスブレーキの世界では、最小フランジ長が扱われます。従来の工具を備えた機械では、材料の端まで成形することができません。最小フランジ長さは通常、ダイ開口部のパーセンテージとして決定されます。基本的に、プレートは成形サイクル全体を通じてダイ上にしっかりと設置できる必要があります。とはいえ、インクリメンタルベンディング（これについては後で詳しく説明します）では、狭いダイ開口部を持つ鋭角なダイを使用することが多いため、フランジの最小要件は通常は問題になりません。また、「ウイング」ダイを測定したり回転させるためのストップが組み込まれた柔軟なウレタンダイなどの特別なツールセットを使用すると、一発でエッジ近く、あるいはエッジまでの半径を形成することができます。

場合によっては、プレートはまずプリベンダーと呼ばれる別の機械で曲げられ、実質的に平坦ではない素材の端に形成され、その後段階的に曲げるためプレスブレーキに運ばれます。これは厚肉パイプ業界で長い歴史を持つ技術であり、現在では他の分野にも波及しつつあります。このタイプの成形は、ノージングと呼ばれることもありますが、適切な機械と工具を使用して実行できます (「ノージング」を参照)。図6そして7）。

プレートローリングでは、前縁と後縁に曲がっていない平らな部分があります。通常、特に大きな直径に圧延された金属板やプレートでは、ほとんど目立ちません。しかし、ピンチロールには素材を保持する場所が必要なので、これは避けられません。

プリベンドと呼ばれる操作により、プレートの前縁と後縁の平らな部分が最小限に抑えられます。一般的なセットアップでは、オペレータは前縁と後縁にプレベンドを実行し、通常は用途と材料に応じて、材料の厚さの 1.5 ～ 2.5 倍の曲げられていない平らな部分を残します (「図8）。

重要な寸法のシリンダーのローリングでは、シリンダーをローリングし、長手方向の継ぎ目を溶接し、研削してから、曲げられていない平らな部分を除去するために再ロールする操作が選択される場合があります。しかし、ほとんどの場合、その小さな曲がっていない平らな部分が残ります。

図2プレスブレーキとロール曲げの両方で、大きな半径の曲げを形成できます。どちらが最適かは、アプリケーションの要件と、ファブショップの仕事の種類と量によって異なります。

溶接は別の問題を引き起こします。溶接電源は、近くのプレートロールの制御システムに極度の電気的損傷を引き起こす可能性があります。溶接のアースが機械ではなく部品上にあることを確認してください。電気的損傷の可能性が少しでもある場合は、プレートローラーの電子機器を保護する、アップグレードされたシールド電子システムに投資することが合理的かもしれません。

プレスブレーキが広く普及しているのには理由があります。非常に多用途であり、さまざまな機械が利用可能です。もちろん、開いた、鋭角、または 90 度など、さまざまな角度に曲げることができます。しかし、大きな半径の部品を形成することもでき、適切な工具を使用すれば円柱やその他の複雑な形状も形成できます。

一部のアプリケーションでは、大きな半径の曲げを作成するために特別なツールが必要です。より薄いゲージの用途では、柔軟なウレタンダイと組み合わせた円形または幅広の半月型パンチを使用すると、文字通り板金をパンチ形状の周りに「巻き付ける」ことができ、わずか数回の打撃で大きなスイープ半径を作成できます。

しかし、ブレーキでは、材料をバックゲージに当てて配置し、ラジアスパンチを V ダイに降下させる従来のエアベンディングによって、広い半径と円柱を形成することもできます。ただし、ワークを特定の角度に曲げるために金型空間の奥まで降下する代わりに、パンチは単に材料を金型の開口部にわずかに「ぶつける」だけです。各ストロークに続いて、意図した曲線が得られるまで、材料は前進し、段階的にバンプされます。そのため、段階的な曲げと呼ばれることもあります。

インクリメンタル曲げは、曲げ角度と、ある接点からもう一方の接点までの曲げ全体の円弧の長さを知ることから始まります。次に、オペレーターは、曲がり全体で何ステップまたはヒットするかを決定します。打撃数が多いほどピッチ（打撃間の間隔）が狭くなり、その結果として滑らかな曲線のフォームが得られます。

とはいえ、段階的に曲げるピッチが狭いと誤差が増幅されます。 90 度の増分曲げに 2 度ごとに 45 のステップがあり、それらの曲げのそれぞれが少しずれている場合、小さなエラーから始まるものが雪だるま式に大きな欠陥に発展する可能性があります。これが、一貫したプロセス変数 (工具、機械の再現性、材料の厚さなど) が非常に重要である理由の 1 つです。

金型の選択は、半径が金型開口部のパーセンテージとして形成され、パンチの貫通深さが曲げ角度を決定する従来のエア曲げとはまったく異なります。バンピングは通常、ピッチ幅の 2 倍の鋭角なダイ上で発生しますが、ダイの選択は用途によって異なります。いずれにしても、ピッチが広くなるほど、ダイの開口部が大きくなり、徐々に曲げが「きざみ」になり、外側の半径にはっきりとした曲げラインが現れます。

そのピッチはプログラムで設定されており、バックゲージを動かします。多くの用途では、オペレーターがプレートをバックゲージに押し付け、バックゲージが衝突するたびにプレートを前方に押します。とはいえ、プレスブレーキのオペレーターは、さまざまなゲージ方法を使用して、ハーフシリンダーやクォーターシリンダーやさまざまな複雑な形状をバンプできます。これらはすべて、ディープスロート (つまり、金型の後ろのスペース) を備えたプレスブレーキで容易に成形できます。。

プレートロールとは異なり、適切な工具、トン数、ベッド長を備えたプレスブレーキを使用すると、非常に厚い材料と薄い材料の両方を成形したり、シリンダーなどの信じられないほど多様な形状を成形したりできます。実際、多くのブレーキでは特別な工具を必要とせずに小径シリンダーを完全に形成できます。シリンダーはほぼ 360 度にバンプされ、パンチが最後のバンプを作成するのに十分なスペースが確保されます。プレスブレーキがシリンダーの直径に対応するのに十分な開いた高さを持っている場合、オペレーターがワークピースを取り外すことができるようにラムがパンチを持ち上げます。その後、最終的な長手方向の継ぎ目が溶接される前に、シリンダーの両端を一緒に押す治具に移動することができます。

もちろん、これは特定の直径と厚さのシリンダーに対してのみ機能します。用途によっては、工具やフレームの障害物により、プレスブレーキで完全な 360 度のシリンダーを形成できない場合があります。このような場合、部品を個別のセクションで形成し、溶接する必要がある場合があります。

プレスブレーキを適切なツールとゲージ構成で使用すると、円錐や円錐部分を形成することもできます。作動中のブレーキが円錐形セクションやシリンダーを曲げている様子を見ると、その主な長所と主な弱点の両方がわかります。その主な強みは、やはりその柔軟性です。ブレーキは成型のスイスアーミーナイフです。円錐形のセクションを形成し、その後に数回の 90 度の曲げを必要とする別のパーツを形成し、その後に狭いエッジのフランジを備えたパネルを形成できます。その後、2 つの真っ直ぐなフランジやその他の成形されたフィーチャの間であっても、プレートの端に徐々に曲げを加えることができます。これは、プレートロールでは不可能なことです。さまざまな部品形状を形成するための曲げシーケンス中にクリアランスを提供するために、ブレーキにはベッド全体にセグメント化されたツールを設けることができます。これもプレートローリングでは得られない利点です。

図3プリロードクラウニングが不適切なプレスブレーキを使用すると、部品に曲がりが生じる可能性があります。

ブレーキがコーンセクションを形成できるという事実は、柔軟性を示す例ですが、その際の速度が遅いため、弱点が明らかになります。一見単純な段階的な曲げでも、時間がかかり、非常に複雑な作業になる可能性があります。ほとんどの自動角度測定および補正装置（従来の空気曲げで動作するように設計された寸法測定レーザーやその他のセンサー）は、パンチが材料に刻む各段差で生じる非常にわずかな「角度」の問題を検出できません。そして、どんなにピッチが狭くても、ブレーキは回転しません。ワークピースに曲げ線を残して、ワークピースに衝突させる必要があります。適切なツールを使用すると、これらのラインを非常に微妙にすることができ、曲がりの外側の表面ではほとんど見えなくなることもありますが、依然として存在します。

そうは言っても、特定の生産環境ではブレーキの増分曲げ機能が有効に活用されています。たとえば、特定の特殊なプレスブレーキ (特殊な荷重、工具、測定システムを備えた大型のタンデム機械) は、非常に効率的にシリンダーを次から次へと成形できます。ただし、システム全体は製品または製品ファミリーを中心に設計されています。プログラムは設定されており、教材は一貫しています。フロント、バック、さらにはサイドゲージによりワークピースを安定させます。これらすべての要素が連携して、効率的で反復可能なプロセスを作成します (「図9）。

もちろん、これは典型的なジョブショップや製品混合率の高いメーカーでは標準ではありません。ブレーキが大きなシリンダーセクションの後に大きなシリンダーセクションを形成し、ピースを操作するために天井クレーンを縛り付け、オペレーターが次のジョブのバッチ (もちろん、まったく異なるもの) のセットアップに時間を費やしている間アイドル状態にある場合、プロセスは精査する価値があるかもしれない。それは深刻なボトルネックになる可能性があります。もしそうなら、適切なプレートロールが役立つかもしれません。

プレートロールとプレスブレーキのどちらを選択するかは、二者択一ではありません。これは主に、プレートロールを含むさまざまな種類の機械が利用できるためです。プレート圧延機にはさまざまな数のロールとロール構成があり、それぞれがさまざまな方法でロールを操作します。最も一般的なプレートロールマシンには次のようなものがあります。

スリーロール、ダブルイニシャルピンチ。これらの経済的なプレートロールは操作が簡単な傾向があります (「図10 ）。サイドロールは固定トップロールの左右両側に同軸上に配置されています。最初の供給ポイントの遠端にあるサイドロールは、プレートを直角にするのに役立つバックゲージとして機能するため、オペレーターは機械を操作するためにアシスタントを必要としません。

ダブルイニシャルピンチマシンにより、円筒成形時の仮曲げ作業が素早く行えます。シングル初期ピンチ機械では、遠いロールだけがプレベンドの初期ピンチを実行できます。つまり、オペレータはワークピースの一端をプレベンドしてから、同じロールが実行できるようにプレートを取り外し、回転し、調整する必要があります。 2 番目のプレベンドを反対側のエッジに行います。

ダブル初期ピンチ機械では、両方の下部ロールが固定上部ロールに向かって移動し、予備曲げのための最初のピンチを実行します。オペレーターはプレートを一度ロードするだけです。一番下のロールが最初のプレベンドを実行し、その後オペレーターが材料を送り込んで、一番下のロールが反対側のエッジで 2 番目のプレベンドを実行できるようにします。その後、シリンダーのローリングを開始できます。マシンのサイドロールは、コーンローリングを可能にするために傾けることもできます。

4本ロール機。これらにより、最も正確かつ最速の曲げが生成されます。サイドロールが垂直に移動して意図した曲げを作成する間、プレートを下部ロールと上部ロールの間にしっかりと保持します (「図11 ）。これにより、素早い予備曲げが可能になり、2 回目の予備曲げのために材料を取り外す必要がなく、プレートの供給はどちらの側でも行うことができます。各ロールには独立した軸があるため、精度が向上し、オペレーターのアシスタントが不要になります。

コーンローリングは比較的単純で、コーンの角度を確立するためにサイドロールを傾けます。下部ロールを傾けてコーンの主端を駆動することもできます。

3 ロール、可変ジオメトリ。これらの機械は、トップロールのサイズに応じて、最も広範囲の材料の厚さと種類を圧延できます。厚板および中板の曲げ加工に適しています。下部ロールは水平に移動し、上部ロールは垂直に移動します (「図12)、プレスブレーキ操作に精通している人なら誰でも認識できる成形動作が生じます。

図4プレートロールには、特定の範囲の材料と曲げ半径に合わせてクラウンが付けられます。上部のセットアップは過剰なクラウニング (砂時計効果)、中央のセットアップは不十分なクラウニング (バレル)、下部は最適なクラウニングを持っています。

プレスブレーキのような成形動作により、これらの可変形状機械は非常に柔軟になります。下部ロールをプレスブレーキの可変 V ダイと考えてください。下部ロールの間隔を広げると (V の幅が広くなり)、成形トン数が減り、機械で厚いプレートを成形できるようになります。ロールを互いに近づける (狭い V) と、機械は薄いプレートを小さな直径に圧延することができます。トップロールとサイドロールは、コーンの曲げを簡単にするために傾けることもできます。

一部のプレートロールには、プレスブレーキとプレートロールの間のギャップを埋めるのに役立つ機能が付いています。たとえば、次のようなシステムです。図13プレスブレーキラムに似た上部ビームがあり、トップロールを支持し、必要なロール圧力を加えて特定の半径を達成するように設計されており、そうでなければはるかに大きなロールが必要になります。プレスブレーキを使用する必要がある部品を高速で生産できます。

プレスブレーキと同様に、プレートロールは天井クレーンを拘束することができます。クレーンを自由にするために、一部のロールには CNC または NC のサイドサポートとオーバーヘッドサポートが付属しています。これらのサポートはシリンダーをサポートし、圧延中に自重でたるむことによる歪みを防ぎます。プレートロールは、電動ローディングテーブル、インフィードコンベア、パーツイジェクターと統合でき、これらすべてにより効率が向上し、最も重要なことにオペレータの安全が確保されます。

効率と安全性が問題の核心に迫り、特に効率は製造業者の製品構成に左右されます。大きなスイープ半径を持つ部品をもう一度考えてみましょう。プレスブレーキは柔軟な機械なので、部品を製造できる可能性は高いですが、効率的に製造できるでしょうか? そうでない場合、およびピースがロールの厚さと半径生成能力に適合する場合は、プレートロールの方が良い選択となる可能性があります。

もちろん、これはすべてショップの能力レベルと現在の負荷によって異なります。あらゆる製造作業の管理はチェスに似ています。ありがたいことに、ショップがその製品構成に適したプレスブレーキとプレートロールを備えていれば、どちらの機械もチェス盤上で最も効果的な駒の 1 つとなります。

カイル・ジョーゲンソンは、Revolution Machine Tools の CEO です。

しかし、あまり知られていない別のオプションもあります。それは、プレスブレーキとプレートロールのハイブリッドであるプレスロールベンディングマシンです。この機械には、上部に 3 つ、下部に 3 つの合計 6 つのロールがあり、それらが連携して動作して、希望の半径を形成します。

本質的に、これらのハイブリッド機械は、プレスブレーキラムの安定性と強度と、プレートロールの回転能力を組み合わせています。これらは、壁が厚く、直径が小さく、標準のプレートロールよりも長い部品を形成するのに役立ちます。

図 1. 図 2 図 3 図 1 図 4 図 5 図 6 7 図 8 図 2 図 3 図 9 図 10 図 11 図 12 図 4 図 13

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