JP4043550B2 - 曲げ装置及び曲げ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前段部分に記載した曲げ装置、およびプレス機におけるアルミニウム製プロフィール材（形材）を曲げ加工するための曲げ方法に関するものである。特に、本発明は排他的ではないが、ＬＮＧタンク用の赤道プロフィール材の製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
液化ガスを貯蔵、輸送するために用いられる球形タンクは大型で、通常、直径が約４０ｍもある。大型球形タンクの赤道領域においては特別なプロフィール材が用いられ、プレス曲げ加工によって所望曲率に形成しなければならない。曲げ加工される赤道プロフィール材は、通常、長さ約１５ｍ、高さ約１ｍで、厚さほぼ２００mmを有し、その重量は５０００ｋｇを超える。完成した被加工材は高い寸法精度に関して条件に合致しなければならない。被加工材の寸法の故に、曲げ加工や、検査のため計測、および曲げの最終制御は実行が困難である。特に、計測および曲げ加工においては被加工材のスプリングバック（弾性的な変形回復）を考慮しなければならない。また、プレス機における被加工材の正確な移動ということも、その重量が大きいために困難である。さらに、赤道プロフィール材は中央水平面に関して非対称断面になっており、典型的には中央平面よりも下側箇所における方が、中央平面よりも上側の対応箇所よりも厚くなっている。従って、前記プロフィールは曲げ加工の間に捩れる傾向があり、一般的には曲げ加工中の捩れを防止するための特別な工程を採用するか、あるいは曲げ加工した後に捩れを除去するための修正工程を施すかのいずれかが必要となる。
【０００３】
従来の技術による曲げ装置は米国特許第３３３３４４５と、日本ＪＰ−Ａ−６１−１９９５１７(特開昭６１−１９９５１７号公報)およびＪＰ−Ａ−６１−１９９５１８(特開昭６１−１９９５１８号公報)に開示されている。これらの装置は、曲げ加工中の彎曲あるいはスプリングバックを既に考慮に入れて、概ね対照的な被加工材を曲げる装置である。被加工材を制御して動かすための従来技術による装置が日本公報ＪＰ−Ａ−５−１３１３３０（特開平０５−１３１３３０号公報）に開示されている。
【０００４】
本発明の目的は、赤道プロフィール材の曲げ加工段階、計測段階および調整曲げ段階、すなわち、捩れだけではなく反発作用とスプリングバックの両者を考慮に入れた調整曲げ段階が単一の工作ステーションで特に効率的な方法で行なうことができ、従って、好ましくは、全ての工作段階が１プロセスで実行されるような曲げ装置を提供することにある。本発明の他の目的は、曲げプレス機中で被加工材を簡単かつ正確に移動させることにある。実際の経験によれば、本発明装置を用いると、多くの場合、２倍を超える生産性の増加がある。さらに、正しく計測された被加工材が得られ、従って球形タンクの組立をより簡単なものにしている。別体計測ステーションが不要なので、空間も節約できる。
【０００５】
本発明の目的は、請求項１に記載したような方法によって達成される。
赤道プロフィール材のスプリングバックが装置の制御プログラム中に計算によって組み込まれているので、所望の曲げ結果は普通は２つの曲げ段階のみで達成される。もしも、加工プログラムが、プレスの動きの後ごとに計測トランスデューサーによる赤道プロフィール材の形状計測を含んでいれば、所望形状からの偏差は曲げプレスの動きの直後に確認される。調整作用は直ちに行なわれる。プロフィール材の曲げ加工は２つの曲げ工具、すなわち、曲げ部分の外側における雌工具と、曲げ部分の内側における雄工具とを用いて行なわれる。この場合には、非対称プロフィール材の捩れは、少なくとも２台のパワーシリンダー、すなわち、１台は曲げ加工しようとしているプロフィール材の一端に近いところで作動するパワーシリンダー、他の１台は前記曲げ工具を強制的に合体させるために、プロフィール材の反対側端部に近いところで作動するパワーシリンダー、この２台を使用することによって、曲げ加工中に制御することができる。プレス機の制御とそれに要する修正作用とのために、自動的なコンピューターによる計算が行なわれる。
【０００６】
コンピューター計算において、いわゆるＦＥＭプログラム、すなわち有限要素法プログラムあるいはその類似法を用いると有利であり、そのプログラムによって、当業界においてよく知られているように、計算作業や、形状測定作業、および付加的な修正作業とは、正確かつ迅速に行なわれる。このプログラムはまたプロフィールの非対称的な断面のみならず被加工材の特性を考慮しており、そのために修正曲げ加工が簡単に行なわれる。この曲げ加工は信頼性の高い方法で、しかも実際的には自動的に機能する。
【０００７】
被加工材は大きく重いが、それにもかかわらずそれは工作ステーションにおいては正確に動かさなければならない。プレス機内では、プレス機の爪に近いところに配置された駆動される移送ローラによって被加工材が動かされる。従って、曲げ加工と計測作業とに対して作業員はたった１人で済む。曲率半径が正確であることが重要である。このことは、被加工材を１つの曲げ位置から他の曲げ位置へ５〜３０ｃｍ，好ましくは約１０ｃｍというほんの短い距離を動かすことによって達成される。被加工材の移動距離は曲げポイントに接近して配置された計測車輪によって計測される。この車輪は移送ローラのコンピューター制御装置に連結されている。この装置は正確かつ迅速な移動をほとんど完全に自動的に実行する。
【０００８】
被加工材は摩擦力を最小限に減少させるエアクッション装置によって支持可能である。もしも、プレス機が過剰曲げを修正するために適した工具を有する場合には、修正作業は曲げ加工と同一の工作ステーションにおいて迅速に実行することができる。過剰曲げを伸ばすための工具は被加工材を曲げるための工具と同一であるが、その設置位置が被加工材の曲げ平面に関して逆転していること、また工具の形状に関してプロフィール材の非対称性を考慮に入れておく必要がある点において異なっている。
【０００９】
本発明は、また、プロフィール材の曲げ方法、および折曲されたプロフィール材に関するものであり、その曲げ加工は本発明による方法あるいは装置によって実行される。
【００１０】
本発明についての添付図面を引用して詳細に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図においては、１は５０００ＫＮを超える押圧力を加えることのできる曲げプレス機２を有する計測・曲げステーションを示している。球形タンクの赤道プロフィール材４の曲げ加工を制御するための計測装置３と、被加工材の形状に適合した曲げ工具５とが存在する。該プロフィール材は、その長さ方向に亘って均一な断面を有するが、中央水平面（すなわち、プロフィール材の頂部エッヂと底部エッヂとから等距離にある水平面）に関して非対称的になっている。プレス機は、安定した基礎に固定された剛性の大きな本体６を有する。計測装置３は、被加工材を計測して、その計測値をコンピューターからなる制御装置（図示せず）に供給するための計測トランスデューサーを有し、これは好ましくは曲げ位置の両側において２台存在する。図２に示したように、各計測位置において２つのトランスデューサー７が存在し、その１つはプロフィール材の頂部エッヂに近く、他の１つはプロフィール材の底部エッヂに近い。
【００１２】
赤道プロフィール材４は矢印８ａ，８ｂによって示した方向へ動かされる。前記計測トランスデューサー７は矢印９ａ，９ｂの方向において調節が可能である。プレス機２中で赤道プロフィール材４を動かすために、モータ駆動される移送ローラの対１０ａ，１１ａと１０ｂ，１１ｂが使用される。これらのローラは計測システム（図示せず）の制御ユニットから自動的に制御命令を受けるか、または手動制御によって受ける。プレス機の両側に移送ローラが存在する場合には固定機能が得られる。ローラ１１ａと１１ｂは被加工材４を移送ローラ１０ａ，１０ｂに対して安定的に押し付ける押圧ローラである。
【００１３】
赤道プロフィール材４の長手方向の移動量を計測するための計測車輪１２が存在している。プレス機の両側において、エアクッション基礎によって支持され被加工材支持体１３ａ，１３ｂが存在する。それらは横方向の支持要素１４ａ，
１４ｂを有する。支持体１３ａ，１３ｂは床上を簡単に移動でき、被加工材に追従するとともに、その重量を支えることができる。
【００１４】
計測トランスデューサー７は、各種の高さにおいて赤道プロフィール材４を計測するために、垂直方向に移動できるように作られている。またそれらを垂直方向に移動させる必要がないようにするために、多数のトランスデューサー７を設けてもよい。
【００１５】
プレス機は、被加工材を曲げるための、実線で示された工具５ａを有する。該工具５ａは、被加工材の曲げ部の外側における雌工具と、曲げ部の内側における雄工具とから成っている。該工具５ａは、外側および内側の工具支持体５に取り付けられている。
【００１６】
曲げ加工の開始時点においては、赤道プロフィール材４の一端は、プレス機２内の第１曲げ位置に位置され、赤道プロフィール材の他端は、プレス機の一方の側における２つの支持体１３ａ，１３ｂによって支持されている。トランスデューサー７を含む計測システムは、被加工材の彎曲とスプリングバックとを監視する作業のために調整されている。もしも、彎曲を修正しなければならない場合には、トランスデューサー７が、連続的な曲げ作業および矯正作業のために必要なデータを、連続的な計測によって正しい結果が得られるまで提供する。次に、赤道プロフィール材４は次の曲げ位置にまで移動され、これは代表的には以前の位置から約１０ｃｍ離れている。このように説明してきた操作が赤道プロフィール材４の全長に亘って繰り返される。この作業を進めている間には、エアクッションに支えられた支持体１３ａ，１３ｂは時々刻々調節しなければならず、あるいはその数を増加あるいは減少させなければならない。それらもまた被加工材に対して自動的に追従するように調節されている。
【００１７】
図２は雄の曲げ工具５ａを支持した内側の工具支持体を駆動するように配置された、２つのシリンダー１５′と１５″を示している。該シリンダーは垂直方向に離隔して配置されており、シリンダー１５′は、非対称プロフィール材４の上部エッヂ４′の近くで、雄型曲げ工具５ａに作用し、一方、シリンダ ー１５″は、非対称プロフィール材４の下部エッヂ４″の近くにおいて雄型曲げ工具５ａに作用する。前記工具支持体５、および従って曲げ工具５ａは、シリンダー１５′、１５″の軸線に対して直角になった水平軸線の周りで揺動することができる。この配置のゆえに、プロフィール材の一方のエッヂに対して、他方のエッヂに対するよりも大きな圧力をかけて、プロフィール材が曲げ加工中に捩れるのを防ぐことができる。曲げ加工中にトランスデューサー７を用いた計測を行なうことにより、制御装置は、曲げ結果を修正し、かつプロフィールの捩れを防止または修正するための制御信号を、雄型曲げ工具のシリンダーに供給することができる。
【００１８】
各計測位置における２つのトランスデューサー７が垂直方向で離隔されているため、前記制御装置はトランスデューサーによって供給された計測値から、プロフィールが曲げ加工中に捩られてしまったかどうかを決定することができる。捩れを防ぐために前記曲げ工具５ａが作動する場合には、前記計測値は、プロフィールが曲げ加工中に許容できない程度までには捩られていないことを確認するために使用することができる。
【００１９】
第１段階において、むしろ最終的な形状に近い粗曲げ加工を行ない、次に第２段階において最終曲げ加工を行なうことが利点である。従って、特に良好な曲げ結果が得られる。曲げ位置を互いに接近して選択することによって、赤道プロフィールは特に正確に曲げられるだろう。
【００２０】
プレス機は過剰曲げを真直化方向に戻すための、破線で示した工具５ｂを有していてもよい。該雄、雌型工具５ｂは被加工材を曲げるための雄、雌型工具５ａと類似しているが、その相対的な位置が被加工材の曲げ平面に関して逆転している点において異なる。従って、被加工材を曲げるための雌型工具５ａは曲げ部の外側に配置され、雄型工具５ａは曲げ部の内側に配置され、過剰曲げを伸ばすための雌型工具５ｂは曲げ部の内側に配置され、雄型工具５ｂは曲げ部の外側に配置されている。自然に、各工具の表面の形状は、その工具が係合するプロフィール材の側部と一致する。
【００２１】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲内において幾つかの修正を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による曲げ装置の模式的平面図。
【図２】図１に示された曲げ装置の要部欠截側面図。
【符号の説明】
１ 曲げステーション
２ 曲げプレス機
３ 計測装置
４ 赤道プロフィール材
５ 曲げ工具
７ トランスデューサー
１０ａ，１０ｂ ローラ
１１ａ，１１ｂ ローラ
１２ 計測車輪
１３ａ，１３ｂ 被加工材支持体
１４ａ，１４ｂ 支持要素

Claims (17)

1. 非対称断面を有し、上部および下部エッヂを有するアルミニウム製プロフィール材（４，４′，４″）をプレス機（２）で曲げ加工するための曲げ装置において、
   プロフィール材をプレス機を通して移動させるための手段（１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ）と、
   プレス機であって、該プレス機が、その長さ方向に沿って間隔をおかれた複数の曲げ箇所における独立した曲げ操作でプロフィール材（４，４′，４″）を曲げるための曲げ工具（５，５ａ，５ｂ）と、プロフィール材の上部エッヂ（４′）の近くで曲げ工具に作用するように位置した少なくとも１台の第１パワーシリンダー（１５′）と、プロフィール材の下部エッヂ（４″）の近くで曲げ工具に作用するように位置した第２パワーシリンダー（１５″）とを有する、プレス機と、
   プロフィール材の形状を測定するための計測装置（７）と、
   プレス機と組み合わされて、計測装置（７）による計測結果に基づいて、プロフィール材の曲げと曲げ制御の決定との両方に対して、プロフィール材のスプリングバックと捩れの両者を考慮して、第１および第２パワーシリンダー（１５′，１５″）に制御信号を供給する制御装置とを有する曲げ装置。
2. 制御装置は、プレス機内に配置されて、曲げ過程と曲げの修正とを制御し、曲げられたプロフィール材の形状の計測点検が、計測装置（７）により、前記プロフィール材が静止位置に位置している間に、各曲げ操作後にプレス機において行なわれる請求項１に記載された曲げ装置。
3. 計測装置（７）が、各曲げ操作に際しての曲げ箇所の近いところでプロフィール材（４，４′，４″）の形状を測定する計測トランスデューサーを含み、計測トランスデューサーが制御装置に接続されて、制御装置が、実際の曲げと所望の曲げ結果とを比較し、プレス機を制御して必要とされる追加の曲げ加工または再曲げ加工を実行し、プロフィール材のスプリングバックと捩れを考慮する請求項２に記載された曲げ装置。
4. 計測装置（７）が、垂直方向において離隔された位置において被加工材（４，４′，４″）を測定するための、少なくとも第１および第２のトランスデューサー（７）を含む請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
5. プロフィール材のスプリングバックと捩れを考慮するための計算が有限要素法による請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
6. 前記移動させるための手段は、曲げ工具（５，５ａ，５ｂ）の付近にローラ（１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ）を有する請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
7. プロフィール材と接触して、一つの曲げ箇所から別の曲げ箇所へのプロフィール材の動きを計測する計測車輪（１２）を有する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
8. プロフィール材を移動可能に支持する、エアクッション支持装置（１３）を更に有する請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
9. プレス機は、過剰な曲げを修正する装置を有する請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載された曲げ装置。
10. プレス機により非対称断面を有するアルミニウム製のプロフィール材（４，４′，４″）を請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載された曲げ装置により所望の最終形状に曲げる方法であって、
    プロフィール材を、少なくとも１回の通過において段階的に、プレス機を通して移動させることと、該通過時あるいは各々の通過時に、各段階的な移動停止の時間中に、プロフィール材の長さ方向に沿って間隔を置いた曲げ箇所で別の曲げ操作をプロフィール材（４）に対して行なうこととを含み、
    各曲げ操作において、プロフィール材に曲げ力を加えて、当初の位置から中間位置を通って最終位置までプロフィール材（４，４′，４″）を曲げ、続いて、プロフィール材に加えられた力を解除して、プロフィール材の弾性により前記最終位置から前記中間位置までスプリングバックさせる、プロフィール材（４，４′，４″）を所望の最終形状に曲げる方法において、
    前記曲げ力が、曲げ操作の間にプロフィール材が捩れる傾向を修正および防止するために、プロフィール材（４，４′，４″）の長さ方向に直角な方向において非均一であり、第１および第２パワーシリンダーを制御することにより制御されていることを特徴とする方法。
11. 各曲げ操作に関して、プロフィール材を曲げるために力を加える段階と、加えた力を解除する段階と、プロフィール材の形状を計測する段階とが１回あるいはそれ以上の回数だけ繰り返され、従ってプロフィール材の曲げと計測とが２段階あるいはそれ以上の段階においてなされる請求項１０に記載された方法。
12. 各曲げ操作において、当初位置から中間位置までのプロフィール材の曲げ操作が、前記制御装置により自動的に制御される請求項１０または請求項１１までのいずれか１項に記載された方法。
13. 各曲げ操作において、当初位置から中間位置までのプロフィール材の曲げ操作が、前記制御装置により自動的に制御され、前記曲げ操作は、所望の最終プロフィール材形状と、プロフィール材のスプリングバック特性と捩れ特性と計測されたプロフィール材の形状とを考慮に入れるようにプログラムされたコンピューター制御手段により制御される請求項１１に記載された方法。
14. 異なる曲げ位置へのプレス機を通るプロフィール材の移動も、前記制御装置により自動的に制御される請求項１０から請求項１２までのいずれか１項に記載された方法。
15. プロフィール材は、プレス機の両側で移動可能なエアクッション手段により支持される請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載された方法。
16. 前記複数の曲げ箇所が、５〜３０ｃｍの間隔で離れている請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載された方法。
17. 前記複数の曲げ箇所が、１０〜２０ｃｍの間隔で離れている請求項１６に記載された方法。

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