JP5967395B2 - ベンディングプレス機における金型交換方法と金型台車 - Google Patents

Description

本発明は、ラインパイプ等に使用される大径かつ厚肉の溶接鋼管を、複数回の３点曲げプレス成形して製造するベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換方法と、その金型交換に用いる金型台車に関するものである。

従来、ラインパイプや鋼構造物等に使用される大径かつ厚肉の鋼管としては、一般に、所定の幅、長さ、厚さを有する素材鋼板を、Ｕ字状にプレス成形した後、Ｏ字状にプレス成形し、その後、突合せ部を溶接して素材鋼管とし、さらにその素材鋼管を周方向に拡大（いわゆる拡管）して真円度を高めたいわゆる「ＵＯＥ鋼管」が広く用いられている。また、近年では、ラインパイプ等に使用される鋼管は、安全性の向上や大型化の面から、大径化や長尺化、厚肉化のみならず、素材鋼板の高強度化が進められている。

しかし、上述したＵＯＥ鋼管の製造方法では、厚肉化、長尺化かつ高強度化した素材鋼板をＵ字状、Ｏ字状にプレス成形するためには、多大なプレス荷重が必要となるため、従来のＵＯＥ鋼管製造設備では製造範囲が制限されたり、生産性が大きく低下したりするという問題点が生じている。

そこで、大径、長尺、厚肉かつ高強度の鋼管を製造する際におけるプレス荷重を低減する技術して、素材鋼板の両幅端部に曲げ（いわゆる端曲げ）を付与した後、鋼板を幅方向に所定量ずつ送りながら複数回の３点曲げプレス成形を行って開口部を有する略円筒形（オープン管）に成形し、次いで、上記オープン管の開口部を突き合せて溶接し、拡管して形状を矯正して鋼管を製造するプレスベンド法が開発・実用化されている。

図１は、上記プレスベンド法による鋼管の製造方法を模式的に説明した図である。この製造方法では、まず、両幅端部を端曲げ（クリンピングプレス）した素材鋼板１の一方の板幅端部から板幅中央に向って、パンチ２と一対のダイ３とを組み合わせて複数回の３点曲げプレス成形をして鋼板の板幅中央を除く片側半分を円弧状に成形し（前半プレス）、次いで同様に、もう一方の板幅端部から板幅中央に向って複数回の３点曲げプレス成形をして鋼板の板幅中央を除く残りの片側半分を円弧状に成形して略Ｃ字状とし（後半プレス）、最後に、残された板幅中央部をプレス成形（最終プレス）して開口部を有する略円筒形（オープン管）とし、その後、該開口部を突合せて溶接することにより製造するのが一般的である。なお、素材鋼板に端曲げを付与しない場合もある。

上記３点曲げプレス成形に用いるベンディングプレス機は、素材鋼板の送り方向に所定の間隔をもって配置された１対のダイと、該１対のダイ間を上下に昇降可能なパンチを有しており、上記パンチで上記ダイの上に載せられた素材鋼板を押圧し、曲げ加工を施すものである。上記パンチは、被加工材である鋼板と直接接触するパンチ２の先端部に取り付けられた金型（以降、単に「金型」ともいう。）と、プレス機本体に連結し、上記金型を先端に保持するパンチ支持体（以降、「ビーム」ともいう）とから構成され、両者は着脱可能に固定ボルトで締結されているのが普通である。また、上記ビームは一体物であるが、金型は、着脱作業やハンドリングが容易なように、複数個のセグメントから構成されているのが普通である。

なお、金型の交換方法としては、小型の曲げ加工機やパンチプレス機における工具の交換方法について、幾つかの提案がなされている（例えば、特許文献１〜４を参照。）。しかしながら、これらの方法は、小型の曲げ加工機やパンチプレス機にのみ用いることができる技術であり、大口径を製造するベンディングブレス機の金型交換に適用するのは不向きである。

特開平１１−００５１３１号公報 特開２００１−２７６９３６号公報 特開２００２−０９６１２０号公報 特開２００１−１５００３２号公報

ところで、上記パンチ先端部に取り付けられた金型は、製造する鋼管サイズ（内径、外径）や素材鋼板（厚さ、強度）の変化に応じて、交換する必要がある。
しかし、従来技術においては、図２（ａ）に示したように、鋼板と直接接する金型表面の曲率半径Ｒ（先端Ｒ）は比較的小さいものを使用していたため、鋼管サイズや素材鋼板の変化に対応できる範囲が広い反面、曲げ加工部が局部的となることから、成形後の鋼管の真円度に劣り、また、小刻みにプレス成形する必要があることから、プレス回数が多くなり、生産性に劣るという問題があった。

そこで、上記対策として、図２（ｂ）に示したように、鋼管径に合わせて先端Ｒを大きくし、パンチの幅を広くすることで、真円度を高めたり、生産性を高めたりすることが行われている。しかし、上記のようにパンチ幅を広げたり、先端Ｒを大きくしたりすると真円度や生産性が向上する反面、鋼管サイズや素材強度の変化に応じて、頻繁に金型を交換することが必要となる。特に、金型の幅が広くなると、プレス加工に要する荷重が大きくなるだけでなく、鋼板の送り量がダイ間距離に対して小さく、ダイ上の素材鋼板の形状が、パンチの軸芯に対して左右非対称となるような場合には、金型を取り付けたビームの付け根に大きな曲げモーメントが掛かるため、パンチの耐久強度を容易に超えるようになる。そのため、鋼管サイズや素材鋼板、プレス条件の変更に応じて、パンチ先端部の金型を頻繁に交換してやることが必要となる。

従来、上記金型の交換方法としては、例えば、大きなダミー板の上に新たな金型を載置した後、上記ダミー板を、素材鋼板をブレス機に供給する搬送設備を用いて水平方向に搬送し、上記新たな金型をパンチ（ビーム）の直下近傍まで移動し、次いで、パンチを降下して新たな金型の近傍位置のダミー板と接触させた状態とし、ボルトの締結を解除して金型をビーム先端から取り外し、次いで、前述した搬送設備でダミー板を移動して新たな金型をビーム直下に移動し、新たな金型をビーム先端に嵌合させ、ボルトで締結して取り付けるという一連の工程により行っていた。

そのため、従来の金型交換方法では、ダミー板を水平方向に精度よく移動できないため、また、ダミー板の上に載せた状態では金型の位置を微調整できないため、ビームの直下に新たな金型を供給することができず、金型のビーム先端への取り付けに長時間を要していた。また、金型が複数のセグメントに分割されているため、前述した交換作業を繰り返す必要があるため、１回の金型交換に多大の時間が必要となり、作業能率を著しく低下させていた。さらに、金型交換にはパンチを昇降させる必要上、プレス機の電源を切ることができないので、安全確保のために幾重もの安全対策を講じる必要があり、生産性の低下が避けられなかった。
また、特許文献１〜４に記載の方法は、小型の曲げ加工機やパンチプレス機にのみ用いることができる技術であり、大口径を製造するベンディングブレス機の金型交換にそのまま適用できる技術ではない。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換を短時間で効率よく、かつ、安全に行うことができる金型交換方法を提案するとともに、その方法に用いる金型台車を提供することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、分割された複数の金型セグメントを一括して載置することができる金型台車を用意し、該台車をプレス機下方の一対のダイ間をパンチの長さ方向に沿って移動させることで、パンチの直下に金型を精度よく位置決めして供給することができること、さらに、その台車の移動を、プレス機の設置されたプレス成形後の鋼管を搬出する鋼管搬出装置を用いて行うことが好ましいことに想到し、本発明を開発するに至った。

すなわち、本発明は、１対のダイと該ダイ間を昇降するパンチとでダイ上の鋼板を曲げ加工するベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換方法であって、上記パンチ直下への金型の搬入および上記パンチ直下からの金型の搬出を、上記１対のダイ間をパンチの長さ方向に移動可能な金型台車に載置して行うとともに、上記金型台車のパンチ直下への搬入およびパンチ直下からの搬出を、上記プレス機に配設された鋼管搬出装置を用いて行うことを特徴とするベンディングプレス機における金型交換方法である。

また、本発明の上記金型交換方法は、上記金型台車の金型収納部を上昇させ、パンチ先端に当接した状態で、パンチ先端からの金型の取り外し、および、パンチ先端への金型の取り付けを行うことを特徴とする。

また、本発明の上記金型交換方法は、上記金型収納部内の金型台に載置した金型のパンチ長さ方向と直交する方向の位置調整を、金型を載置したまま上記金型台を移動させることにより行うことを特徴とする。

また、本発明の上記金型交換方法は、上記金型が複数のセグメントに分割されているときには、上記金型の交換を一括して行うことを特徴とする。

また、本発明の上記金型交換方法は、複数のセグメントを、シムで連結した複数のセットに分け、該セット単位で金型台車への積み降ろしを行うことを特徴とする。

また、本発明は、１対のダイと該ダイ間を昇降するパンチとでダイ上の鋼板を曲げ加工するベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換に用いる金型台車であって、上記ベンディングプレス機に設置されたプレス加工後の鋼管を搬出する装置で、上記１対のダイ間をパンチの長さ方向に移動可能としてなることを特徴とするベンディングプレス機における金型交換用の金型台車である。

また、本発明の上記金型台車は、金型を収納する金型収納部を有するとともに、上記金型収納部を昇降する昇降機構を有することを特徴とする。

また、本発明の上記金型台車は、上記金型収納部に収納した金型のパンチ長さ方向に直角な方向の位置調整を、金型を載置した金型台ごと行う位置調整機構を有することを特徴とする。

本発明によれば、ベンディングプレス機における金型交換を、短時間で効率的に行うことができるので、厚肉、長尺かつ高強度の大径溶接鋼管を高い生産性をもって製造することが可能となる。

プレスベンド法による鋼管の製造方法を模式的に説明する図である。 パンチ先端の金型幅が鋼管製造に及ぼす影響を説明する図である。 ベンディングプレス機のパンチの構造の説明する例図である。 金型台車の断面構造を説明する図である。 金型交換（取り外し方法）の手順を説明する図である。 金型台車における金型取り外し作業を説明する図である。 複数に分割された金型の取り扱い方法を説明する図である。

本発明は、１対のダイと該ダイ間を昇降するパンチとでダイ上の鋼板を曲げ加工するベンディングプレス機における、パンチ支持体の先端に取り付けられた金型の交換方法に関するものである。
図３は、本発明で用いるベンディングプレス機のパンチの構造を例示した図である。上記のパンチは、プレス機本体７に取り付けられたパンチ支持体４（ビーム）と、該ビームの先端（下端）に固定ボルト６によって取付けられた金型５とから構成されている。金型のビーム先端と当接する側には、ビーム下端部が嵌合する溝８が形成されており、該溝部とビーム先端との間には、スペーサー９が挿入されている。

上記金型は、一体物であることもあるが、通常は、金型の製作性やハンドリング性などを考慮し、複数のセグメントに分割されているのが普通である。先述したように、従来、上記金型の交換においては、金型のプレス機の下方位置への搬送およびプレス機の下方位置からの搬出を、金型をダミー板の上に載せて移動させることによって行っていた。しかし、上記方法では、ビーム先端に金型を精度よく位置決めすることができず、取り付けに多大に時間を要し、生産性を阻害する原因となっていた。また、パンチを動かす必要上、プレス機の電源を入れたままで、交換作業を行う必要があるため、安全確保のために幾重もの安全対策を講じる必要があり、生産性に及ぼす悪影響が避けられなかった。

そこで、本発明は、上記パンチ直下への金型の搬入および上記パンチ直下からの金型の搬出を、プレス機下部に設置された１対のダイ間をパンチの長さ方向に移動する金型台車に載置して行うこととした。
上記金型台車は、プレス作業中は、プレス機とは別の位置に置かれており、金型交換を行う際には、プレス成形後の鋼管（オープン管）を搬出する搬出ラインに、クレーン等で搭載する。上記金型台車は、複数のセグメントに分割された金型を一括して載置できる長さを有しており、その台車の長さ方向のプレス機側端部には連結機構、例えば、上向き（または下向き）のフックが設けられている。一方、プレス機に設けられているプレス成形後の鋼管を搬出する鋼管搬出装置には、上記金型台車の連結機構と連結する別の連結機構、例えば、下向き（または上向き）のフックが設けられている。

そして、上記金型台車のプレス機外からプレス機パンチ直下への搬入は、上記金型台車側の連結機構と鋼管搬出装置側の連結機構とを連結し、鋼管搬出装置を鋼管搬出のときとは逆方向に移動させることで行うことができる。
一方、上記金型台車のプレス機パンチ直下からプレス機外への搬出は、プレス成形後の鋼管を搬出するための鋼管搬出装置に設けられた押出治具を金型台車に当接し、あるいは上記金型台車側の連結機構と鋼管搬出装置側の連結機構とを連結し、鋼管搬出装置を鋼管搬出方向に移動させることで行うことができる。
ここで、上記鋼管搬出装置の移動手段（駆動源）については、特に制限はなく、例えば、モータなどの動力源に接続されたチェーンあるいはベルト等によって駆動するようにしてもよい。

また、上記金型台車は、例えば、図４の下部に破線で示したように、Ｖロールで構成された搬送ライン上を走行するようにしてもよいし、金型台車の下部に車輪を取り付けてレール上を走行するようにしてもよいし、それらを併用してもよく、特に制限はない。なお、上記Ｖロールを採用する場合には、プレス機下部のＶロールは、プレス作業時には、作業に支障を来たさないよう下降して退避しており、金型交換時のみ上昇させる構造とするのが好ましい。

また、図４に、パンチの長さ方向に直角方向（以降、「幅方向」ともいう）の断面を示したが、上記金型台車１０は、台車基部１１と、上部の金型収納部１２とから構成され、上記金型収納部１２は幅方向断面形状がＨ字状で、上部の凹部には、金型を載置する金型台１３が設けられている。さらに、上記金型収容部の両側には、金型台１３の位置調整機構としての位置調整ボルト１４が設けられており、上記ボルトを回転させることで、金型収納部の凹部内の金型台１３を、金型を載置した状態のまま幅方向位置を微調整できるようになっている。この位置調整ボルト１４を用いることで、新たな金型をパンチ支持体（ビーム）の先端に容易かつ迅速に精度よく嵌合させることができる。

また、上記台車基部１１と金型収納部１２は分離しており、台車基部側に配設された昇降機能としての油圧ジャッキ１５によって金型収納部１２を昇降させることができる。これにより、新たな金型をパンチ下端に取り付ける際には、金型を、金型収納部内の金型台に載置したまま上昇させてパンチ先端（ビーム先端）に当接させることができ、また、金型をパンチ先端から取り外す際には、金型収納部を上昇させて金型台に金型を当接させてから取り外すことができる。したがって、金型交換作業のうち、例えば、プレス機下部で作業者がパンチ先端部と金型とを固定ボルトで締結したり締結を解除したりする作業を行う場合においても、金型プレス機本体を作動させる必要がないので、金型交換をより安全に行うことができる。

上記金型台車を用いた本発明の金型交換方法は、以下の手順で行う。
＜金型の取り外し＞
図５および図６を用いて、金型の取り外し方法について説明する。
・ステップ１：空の金型台車１０を、台車置場から鋼管搬出ライン１６上に搭載する（図５（ａ）））
・ステップ２：鋼管搬出装置１７を金型台車１０の位置まで移動させ、連結する（図５（ｂ））。
・ステップ３：鋼管搬出装置１７で、金型台車１０をプレス機７のパンチ２直下まで移動する（図５（ｃ）、図６（ａ））。
・ステップ４：金型台車上部の金型収納部１２を油圧ジャッキ１５で上昇させ、収納部内の金型台１３とパンチ先端の金型５とを当接させる（図５（ｄ）、図６（ｂ））。
・ステップ５：固定ボルト６の締結を解除し、パンチ先端（ビーム先端）から金型５を取り外す（図５（ｄ）、図６（ｃ））。
・ステップ６：金型収納部１２を金型５とともに降下し、金型台車基部１１上に受ける（図５（ｅ）、図６（ｄ））。
・ステップ７：鋼管搬出装置１７で、金型台車１０をプレス機外に押出して、鋼管搬出ライン１６上に載せる（図５（ｆ））。
・ステップ８：金型台車１０を、鋼管搬出ライン１６から撤去する。

＜金型の取り付け＞、
次に、金型の取り付け方法について説明する。なお、この方法は、先述した金型の取り外し方法と、ほぼ逆の順序で行えばよいので、説明図は省略する。
・ステップ１：新たな金型５を載置した金型台車１０を、鋼管搬出ライン１６上に搭載する。
・ステップ２：鋼管搬出装置１７を金型台車１０の位置まで移動させ、連結する。
・ステップ３：鋼管搬出装置１７で、金型台車１０をプレス機７のパンチ２直下まで移動する。
・ステップ４：金型台車上部の金型収納部１２を油圧ジャッキ１５で上昇させ、収納部内の新たな金型５の溝部８とパンチ支持体４（ビーム）先端とを嵌合させる。この際、金型の幅方向位置は、金型台１３の位置調整ボルト１４を用いて微調整を行う。
・ステップ５：固定ボルト６を締結し、金型５をビーム４の先端に取り付ける。
・ステップ６：金型収納部１２を降下させ、金型台車基部１１に受ける。
・ステップ７：鋼管搬出装置１７で、金型台車１０を押出し、鋼管搬出ライン１６上に載せる。
・ステップ８：金型台車１０を、鋼管搬出ライン１６から撤去する。

なお、本発明のベンディングプレス機におけるパンチ交換方法は、金型が複数のセグメントに分割されている場合には、作業効率上、複数のセグメントを個々に交換するのではなく、一体として、一括して行うことが好ましい。しかし、金型の長さが長いときには、金型台車上に金型を一度に載置することが難しいことがある。斯かる場合には、複数のセグメントからなる金型を、小さな数の複数のセグメントを連結した複数のセットに分け、上記セット単位で金型台車上に載置するようにするのが好ましい。

この場合、上記セットは、各セグメントの接合部に平行ピンを埋設するとともに、金型上部に形成した溝部８に挿入するスペーサーの長さをセットの長さとしてボルトで締結した構造とするのが好ましい。さらに、上記各セット同士の連結部は、一方のセットのスペーサーをセットの端部から突出させ、他方のセットの端部に上記突出したスペーサーが嵌り込むスペーサー欠落部を設けて、両セットがスペーサーを介して連結するようにするのが好ましい。

こうすることで、複数のセグメントからなる金型を幅方向の位置ずれなく、金型台車上に載置することができ、ひいては、パンチ支持体（ビーム）への金型の取り付けを精度良く行うことが可能となる。図７は、９つのセグメントに分割された１つの金型を、３つのセグメントから構成された３つのセットの分けた例を示したものである。なお、複数のセットを金型台車上に載置する順番は、スペーサー欠落部を設けたセットから先に行うのが好ましい。

外径が２０〜５６ｉｎｃｈ、管厚が１２．７〜５０．８ｍｍの溶接鋼管を製造することが可能なベンディングプレス機の金型交換に、[００１１]に記載したダミー板を用いる従来技術の方法（比較例）と、本発明の金型交換方法（発明例）の２法を用いて行い、所要時間を比較した。なお、金型は、全長が１３．５ｍで、図７に示したように、９つのセグメントに分割されており、３セグメントを１セットとして、ハンドリングを行った。
その結果、本発明例の金型交換時間は、従来技術の比較例に比べて約１／３近くまで短縮することができた。

１：素材鋼板
２：パンチ
３：ダイ
４：パンチ支持体（ビーム）
５：金型
６：固定ボルト
７：プレス機本体
８：嵌合溝
９：スペーサー
１０：金型台車
１１：金型台車基部
１２：金型収納部
１３：金型台
１４：位置調整機構（位置調整ボルト）
１５：昇降機構（油圧ジャッキ）
１６：鋼管搬出ライン
１７：鋼管搬出装置
１８：平行ピン

Claims (8)

1. １対のダイと該ダイ間を昇降するパンチとでダイ上の鋼板を曲げ加工するベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換方法であって、
   上記パンチ直下への金型の搬入および上記パンチ直下からの金型の搬出を、上記１対のダイ間をパンチの長さ方向に移動可能な金型台車に載置して行うとともに、上記金型台車のパンチ直下への搬入およびパンチ直下からの搬出を、上記プレス機に配設された鋼管搬出装置を用いて行うことを特徴とするベンディングプレス機における金型交換方法。
2. 上記金型台車の金型収納部を上昇させ、パンチ先端に当接した状態で、パンチ先端からの金型の取り外し、および、パンチ先端への金型の取り付けを行うことを特徴とする請求項１に記載のベンディングプレス機における金型交換方法。
3. 上記金型収納部内の金型台に載置した金型のパンチ長さ方向と直交する方向の位置調整を、金型を載置したまま上記金型台を移動させることにより行うことを特徴とする請求項１または２に記載のベンディングプレス機における金型交換方法。
4. 上記金型が複数のセグメントに分割されているときには、上記金型の交換を一括して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のベンディングプレス機における金型交換方法。
5. 複数のセグメントを、シムで連結した複数のセットに分け、該セット単位で金型台車への積み降ろしを行うことを特徴とする請求項４に記載のベンディングプレス機における金型交換方法。
6. １対のダイと該ダイ間を昇降するパンチとでダイ上の鋼板を曲げ加工するベンディングプレス機におけるパンチ先端の金型交換に用いる金型台車であって、
   上記ベンディングプレス機に設置されたプレス加工後の鋼管を搬出する装置で、上記１対のダイ間をパンチの長さ方向に移動可能としてなることを特徴とするベンディングプレス機における金型交換用の金型台車。
7. 金型を収納する金型収納部を有するとともに、上記金型収納部を昇降する昇降機構を有することを特徴とする請求項６に記載のベンディングプレス機における金型交換用の金型台車。
8. 上記金型収納部に収納した金型のパンチ長さ方向に直角な方向の位置調整を、金型を載置した金型台ごと行う位置調整機構を有することを特徴とする請求項６または７に記載のベンディングプレス機における金型交換用の金型台車。

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