図 1. 一般にパネル曲げとして知られる CNC 曲げでは、金属が所定の位置にクランプされ、上部と下部の曲げブレードがポジティブ フランジとネガティブ フランジを形成します。
一般的な板金工場では、曲げシステムを組み合わせて使用している場合があります。もちろん、曲げ機が最も一般的ですが、店舗によっては曲げやパネル折り曲げなどの他の成形システムにも投資しているところもあります。これらすべてのシステムにより、特殊なツールを使用せずにさまざまな部品の形成が容易になります。
量産における板金成形も発展しています。このような工場は、製品固有のツールに依存する必要がなくなりました。現在では、コーナー成形からプレスやロール曲げまで、パネル曲げとさまざまな自動形状を組み合わせた、あらゆる成形ニーズに対応するモジュラーラインを備えています。これらのモジュールのほぼすべては、製品固有の小さなツールを使用して操作を実行します。
最新の自動板金曲げラインでは、「曲げ」という一般的な概念が使用されています。これは、一般にパネル曲げと呼ばれるもの (CNC 曲げとも呼ばれる) を超えたさまざまなタイプの曲げが提供されるためです。
CNC 曲げ (図 1 および 2 を参照) は、主にその柔軟性により、依然として自動生産ラインで最も一般的なプロセスの 1 つです。パネルは、ロボット アーム (パネルを保持して移動する特徴的な「脚」を備えたもの) または特別なコンベア ベルトを使用して所定の位置に移動されます。シートに事前に穴が開けられている場合、コンベアはうまく機能する傾向があり、ロボットが動きにくくなります。
曲げる前に 2 本の指を下から突き出してパーツの中心を決めます。その後、シートがクランプの下に収まり、クランプがワークを下げて所定の位置に固定します。下からカーブするブレードは上に移動して正のカーブを作成し、上からカーブするブレードは負のカーブを作成します。
ベンダーは、両端に上下のブレードが付いた大きな「C」の字型だと考えてください。シェルフの最大長は、湾曲したブレードの後ろのネックまたは「C」の後ろの部分によって決まります。
この工程により曲げ速度が速くなります。一般的なフランジは、ポジティブまたはネガティブに関わらず、0.5 秒で形成できます。湾曲したブレードの動きは無限に変化するため、単純なものから非常に複雑なものまで、さまざまな形状を作成できます。また、CNC プログラムで曲げプレートの正確な位置を変更することにより、曲げの外側半径を変更することもできます。インサートがクランプツールに近づくほど、部品の外径は小さくなり、材料の厚さの約 2 倍になります。
この可変制御により、曲げシーケンスに関しても柔軟性が得られます。場合によっては、片側の最終曲げがマイナス (下向き) の場合、曲げブレードを取り外し、コンベア機構がワークピースを持ち上げて下流に搬送します。
従来のパネル曲げには、特に美観が重要な作業に関しては欠点があります。湾曲したブレードは、曲げサイクル中にブレードの先端が 1 か所に留まらないように動く傾向があります。その代わり、プレス ブレーキの曲げサイクル中にシートが肩の半径に沿って引きずられるのと同じように、わずかに引きずられる傾向があります (ただし、パネル曲げでは、曲げブレードと点間部品が接触するときにのみ抵抗が発生します)外面）。
別の機械で折り曲げる場合と同様に、回転曲げを入力します (図 3 を参照)。このプロセス中に、工具がワークピースの外面上の 1 つの点に常に接触するように、曲げビームが回転します。最新の自動スイベル曲げシステムのほとんどは、用途の必要に応じてスイベル ビームが上下に曲がるように設計できます。つまり、上向きに回転して正のフランジを形成し、新しい軸の周りを回転するように再配置して、負のフランジを曲げることができます (逆も同様)。
図 2. このパネル曲げセルは、従来のロボット アームの代わりに、特別なコンベア ベルトを使用してワークピースを操作します。
二重回転曲げとして知られる一部の回転曲げ操作では、2 つのビームを使用して、正の曲げと負の曲げを交互に含む Z 形状などの特殊な形状を作成します。シングルビーム システムでは回転を使用してこれらの形状を折りたたむことができますが、すべての折り線にアクセスするにはシートを回転する必要があります。ダブルビームピボット曲げシステムにより、シートを裏返さずに Z 曲げのすべての曲げラインにアクセスできます。
回転曲げには限界があります。自動化されたアプリケーションに非常に複雑な形状が必要な場合は、曲げブレードの動きを無限に調整できる CNC 曲げが最適な選択です。
回転キンクの問題は、最後のキンクが負の場合にも発生します。 CNC 曲げの曲げブレードは前後に移動できますが、回転曲げビームはこのように移動できません。最後の負の曲がりには、誰かが物理的に押す必要があります。これは人間の介入が必要なシステムでは可能ですが、完全に自動化された曲げラインでは現実的ではないことがよくあります。
自動化ラインは、パネルの曲げや折り畳み、いわゆる「水平曲げ」オプションに限定されません。この場合、シートは平らなままで、棚は上下に折り畳まれます。他の成形プロセスにより可能性が広がります。これらには、プレス ブレーキとロール ベンディングを組み合わせた特殊な操作が含まれます。このプロセスは、ローラー シャッター ボックスなどの製品の製造のために発明されました (図 4 および 5 を参照)。
ワークピースが曲げステーションに搬送されているところを想像してください。フィンガーは、ブラシテーブル上および上部パンチと下部ダイの間でワークピースを横方向にスライドさせます。他の自動曲げプロセスと同様に、ワークピースは中心に配置され、コントローラーは折り線がどこにあるかを認識しているため、金型の後ろにバックゲージが必要ありません。
プレス ブレーキを使用して曲げを実行するには、オペレータがプレス ブレーキの前で行うのと同じように、パンチをダイの中に下げて曲げを行い、指でシートを次の曲げラインまで進めます。この操作では、従来の曲げ機と同様に、半径に沿って衝撃曲げ (ステップ曲げとも呼ばれる) を実行することもできます。
もちろん、プレス ブレーキと同じように、自動生産ラインでリップを曲げると、曲げ線の跡が残ります。半径が大きい曲げの場合、衝突のみを使用するとサイクル タイムが長くなる可能性があります。
ここでロールベンディング機能が活躍します。パンチとダイが特定の位置にあると、ツールは効果的に 3 ロール パイプ ベンダーに変わります。上部のパンチの先端は上部の「ローラー」であり、下部の V ダイのタブは下部の 2 つのローラーです。機械のフィンガーがシートを押して半径を作成します。曲げたり回転させたりした後、上部パンチが上方に移動して邪魔にならないようにし、指で成形品を作業範囲外に押し出す余地を残します。
自動化システムの曲げでは、大きく幅の広い曲線がすぐに作成される可能性があります。ただし、一部のアプリケーションでは、より高速な方法があります。これをフレキシブル可変半径と呼びます。これは、もともと照明業界のアルミニウム部品用に開発された独自のプロセスです (図 6 を参照)。
プロセスを理解するには、ハサミの刃と親指の間にテープを滑らせたときにテープに何が起こるかを考えてください。彼は体をひねる。同じ基本的な考え方が可変半径曲げにも当てはまります。ツールを軽く優しくタッチするだけで、非常に制御された方法で半径が形成されます。
図 3. 回転しながら曲げたり折り曲げたりする場合、ツールがシートの外面の 1 か所に接触したままになるように、曲げビームが回転します。
薄いブランクが所定の位置に固定され、その下に成形される材料が完全に支えられていると想像してください。曲げツールが下降し、材料に押し付けられ、ワークピースを保持するグリッパーに向かって前進します。工具の動きにより張力が生じ、金属がその後ろで一定の半径だけ「ねじれ」ます。金属に作用する工具の力によって、誘発される張力の量とその結果生じる半径が決まります。この動きにより、可変半径曲げシステムは非常に迅速に大きな半径の曲げを作成できます。また、1 つの工具で任意の半径を作成できるため (繰り返しになりますが、形状は形状ではなく工具が加える圧力によって決まります)、このプロセスでは製品を曲げるのに特別な工具は必要ありません。
板金のコーナーの成形には独特の課題が伴います。ファサード（外装）パネル市場向けの自動化プロセスの発明。このプロセスにより溶接の必要性がなくなり、美しく湾曲したエッジが生成されます。これは、ファサードなどの高度な外観要件にとって重要です (図 7 を参照)。
必要な量の材料を各隅に配置できるように、空の形状を切り抜きます。特殊な曲げモジュールは、隣接するフランジに鋭いコーナーと滑らかな半径の組み合わせを作成し、その後のコーナー形成のための「事前曲げ」拡張を作成します。最後に、コーナリング ツール (同じまたは別のワークステーションに統合されている) によってコーナーが作成されます。
自動化された生産ラインは一度設置されれば、不動の記念碑にはなりません。レゴブロックで建物を作るようなものです。サイトは追加、再配置、再設計できます。アセンブリ内の部品のコーナーで二次溶接が必要だったとします。製造性を向上させてコストを削減するために、エンジニアは溶接を廃止し、リベット接合を使用して部品を再設計しました。この場合、自動リベット留めステーションを折り線に追加できます。また、ラインはモジュール式であるため、完全に解体する必要はありません。それは、大きな全体に別のレゴのピースを追加するようなものです。
これらすべてにより、自動化のリスクが軽減されます。数十の異なる部品を順番に生産するように設計された生産ラインを想像してください。このラインで製品固有のツールが使用され、製品ラインが変更される場合、ラインの複雑さを考慮すると、ツールのコストが非常に高くなる可能性があります。
しかし、柔軟なツールを使えば、企業はレゴブロックを再配置するだけで新製品を完成させることができるかもしれない。ここにいくつかのブロックを追加し、他のブロックを再配置すると、再び実行できます。もちろん、それほど簡単ではありませんが、生産ラインを再構成することも難しい作業ではありません。
レゴは、ロットやセットに関係なく、オートフレックス ライン全般を表す適切な比喩です。製品固有のツールを使用せずに、製品固有のツールを使用して生産ラインの鋳造パフォーマンス レベルを達成します。
工場全体が大量生産を目指しており、完全生産化は容易ではありません。工場全体のスケジュールを変更するには、長時間のシャットダウンが必要になる場合があり、年間数十万、さらには数百万のユニットを生産する工場にとってはコストがかかります。
ただし、一部の大規模板金曲げ作業、特に新しいスレートを使用する新しいプラントでは、キットに基づいて大量の成形が可能になりました。適切なアプリケーションを使用すれば、莫大な利益が得られます。実際、ある欧州メーカーはリードタイムを 12 週間から 1 日に短縮しました。
これは、バッチからキットへの変換が既存のプラントでは意味がないと言っているわけではありません。結局のところ、リードタイムを数週間から数時間に短縮することで、莫大な投資収益率が得られます。しかし、多くの企業にとっては、初期費用が高すぎてこのステップに踏み切れない可能性があります。ただし、新規または完全に新規のラインの場合は、キットベースの生産が経済的に合理的です。
米。 4 曲げ機とロール成形モジュールを組み合わせたこのモジュールでは、パンチとダイの間にシートを配置して曲げることができます。ローリングモードでは、パンチとダイは、材料を押し込んで半径を形成できるように配置されます。
キットベースの大量生産ラインを設計する場合は、供給方法を慎重に検討してください。曲げラインは、コイルから材料を直接受け入れるように設計できます。材料は巻き戻され、平らにされ、所定の長さに切断され、スタンピングモジュールを通過し、その後、単一の製品または製品ファミリー用に特別に設計されたさまざまな成形モジュールを通過します。
これはすべて非常に効率的に聞こえますが、これはバッチ処理のためのものです。ただし、ロール曲げラインをキット生産に変換することは現実的ではないことがよくあります。異なる部品のセットを連続して形成するには、異なるグレードと厚さの材料が必要になる可能性が高く、スプールを交換する必要があります。これにより、最大 10 分のダウンタイムが発生する可能性があります。高/低バッチ生産の場合は短い時間ですが、高速曲げラインの場合は長時間になります。
同様の考え方が従来のスタッカーにも当てはまり、吸引機構が個々のワークピースをピックアップし、スタンピングおよび成形ラインに供給します。通常、1 つのサイズのワークピース、場合によっては異なる形状の複数のワークピースを収容するスペースしかありません。
ほとんどのキットベースのフレキシブル ワイヤには、シェルビング システムが最適です。ラックタワーには数十種類の異なるサイズのワークを保管でき、必要に応じて1つずつ生産ラインに供給できます。
自動化されたキットベースの生産には、特に成形に関して信頼性の高いプロセスも必要です。板金曲げの分野で働いたことがある人なら誰でも、板金の特性が異なることを知っています。厚さ、引張強さ、硬度はロットごとに異なり、これらすべてが成形特性を変化させます。
これは折り線の自動グループ化では大きな問題ではありません。製品とそれに関連する生産ラインは通常、材料の変動を許容するように設計されているため、バッチ全体が仕様の範囲内に収まっていなければなりません。しかし、場合によっては、ラインでは補正できないほど素材が変化することもあります。このような場合、100 個の部品を切断および成形していて、いくつかの部品が仕様から外れている場合は、5 つの部品を再実行するだけで、数分で次の操作に使用できる 100 個の部品が得られます。
キットベースの自動曲げラインでは、すべての部品が完璧である必要があります。生産性を最大化するために、これらのキットベースの生産ラインは高度に組織化された方法で稼働します。生産ラインが、たとえば 7 つの異なるセクションを順番に実行するように設計されている場合、自動化はラインの最初から最後までその順序で実行されます。パート #7 に問題がある場合、オートメーションがその単一のパートを処理するようにプログラムされていないため、パート #7 を再度実行することはできません。代わりに、ラインを停止して部品番号 1 からやり直す必要があります。
これを防ぐために、自動折りラインはリアルタイムのレーザー角度測定を使用して各折り角度を迅速にチェックし、機械が不一致を修正できるようにします。
この品質チェックは、生産ラインがキットベースのプロセスをサポートしていることを確認するために重要です。プロセスが改善されると、キットベースの生産ラインはリードタイムを数か月、数週間から数時間、または数日に短縮し、時間を大幅に節約できます。
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Andy Billman が The Fabricator ポッドキャストに参加し、製造業でのキャリア、Arise Industrial の背後にあるアイデアについて語ります。
投稿日時: 2023 年 5 月 18 日