サーボ冷間ロール成形機械によるテーパーポール成形の基礎的研究
拓殖大学工学部 機械システム工学科教授 小奈弘(平成 21 年度一般研究開発助成 AF-2009004)

キーワード：テーパーポール成形, サーボ冷間ロール成形機械

1. 研究の目的と背景

No4

テーパーポールの製造は加熱・軟化した真直な電縫鋼管をスピニング加工によって製造する方法と長手方向にテーパー状

No5 No6No3No2No1に切断されたブランク材をプレスブレーキによってUO成形した後に溶接する工程で製造する方法とがある. 両成形法とも生No7産効率が非常に低い点が課題である. 特に前者のスピニング加工による方法は加熱を伴うために製造コストが嵩むことは否めない. 一方, 筆者らは長尺製品の各断面において断面形状が
図 1 成形工程概略図

異なるフレキシブル断面材を冷間ロール成形機械によって製造できるサーボ冷間ロール成形機械の開発に成功したが, 本サ2-2 テーパーポール形状

ーボ冷間ロール成形機械をテーパーポールの製造に適用すれば上記の非生産性, 生産コストの課題などが解決できると考えテーパーポールの先端部分と後端部分の直径がそれぞれた. 本研究はこのような背景からテーパーポールを製造するた

60mm, 70mm であるテーパー状のパイプを板厚さ 0.5 mm のめのサーボ冷間ロール成形機械の開発, および本機械によるテSPCC 材から成形することを目標とした. 実験は図 2 に示すーパーポールの成形の可能性を検証したものである.

No.1 スタンド1 段で成形を行った. No.1 のエッジベンド成形
は先端側のエッジベンド成形量を 5, 10, 15, および 20 mm に

2. サーボ冷間ロール成形機械それぞれとったとき, 後端側のエッジベンド成形量は5.8, 11.7,2-1 テーパーポール成形工程

17.5, および 23.4mm になるように左右スタンドが断面中央に移動する制御を行った. エッジベンド成形による板端の曲げテーパーポールの成形は図１に示すように通常の電縫鋼管

半径は先端部, 後端部で 30 mm, 35 mm である.の成形と同じくエッジベンド成形, ブレークダウン成形, およ

テーパー状に切断されたブランク材の形状は図3 に示すようびスクイズ成形の工程で行うものとした. しかし, 通常の電縫である.

鋼管の成形は真直なパイプ成形であるのに対して本実験はテーパーポールであることから成形機械の構造は図2 に示すような構成にした.

No1スタンドNo２スタンドNo３スタンドNo４スタンド

エッジベンドNo５スタンドNo６スタンド

ブレークダウン

No７スタンド

スクイズフォーミング
図 2 テーパーポール成形装置全景概略図

ー 31 ーNo.1成成形

次ののようである. ①ブランク材,①②ガイドバーー, ③上下成形R1

ロ――ル, ④ロールクリアランス調調整サーボモーータ, ⑤左右ス
タン
ンド移動用サーボモータ, ⑥ス
スタンド方向転転換用サーボモータ
タ, ⑦下側ロール
ル駆動用三相誘誘導モータ, ⑧ブランク材引⑧
張りり用三相誘導モーータ, ⑨ブラン
ンク材引張り用用ロール, ⑩入R2り口口側ガイド, ⑪出口側ガイド, ⑫ロ―タリーーエンコーダ,⑬リ
リニアエンコーダ
ダ, ⑭KV1000 CCPU, ⑮MV サーーボアンプである.
図 5 は実験装置全全景である. 本装装置はエンコーーダーによって得らられた板幅変化, 送り量のパルルス信号を KV
V-1000 内蔵のCPU
U によって演算算処理した信号でで各種のサーボボモータの回転
図 3 No.1 スタンド
ドによるエッジベ
ベンド成形数をを制御してスタンンドを所定の位位置, 方向に保持持する. このためののラダープログララムは必要である.

2-3 サーボ冷冷間ロール成形機
機械の制御

図6
6 は本機械の主要要動作である. 左
左右スタンドのの板幅方向移動,テーパーポーール成形実験はは図4 に示すよううに板縁成形スタ
タンドと材料送り装装置を用いて行行った. 図中の番
番号①から⑮ははスタ
タンドの方向転換換, ロールクリア
アラン調整の各各動作の制御を行っってテーパーポーールの成形を行行う.

図 4 テーパーポ
ポ－ル成形実験装装置全景

図 5 実験
験装置全景図ー 32 ー

を板縁のの曲げ半径測定はは L = 4 mm 間隔における間x,R を求めた.
y 座標の値で求めた座た.

4. 実験結果
4-1 各種ロールクリアランスと板板縁の曲げ
図 9 はロールクリアランスを 0.
0.5mm 一定の設設定で成形を行ってて得られた製品のの場合についてて, 板縁部の水平平面からの高さ(縦軸軸)と板縁部まででの距離(横軸)のの関係を示してている. 図はクリア
アランスが 0.5 mmm 一定の場合合であるが, 表 1 の各設定クリ
図6エッジ
ジ成形を行う Noo.1 スタンドの主主要動作

アラ
ランスで得られたた製品について図9 と同様な方方法で整理したのがが図 10 である.

3. テーパーーポール成形実実験

C=0.55 測定値

3-1 ロールク
クリアランス調整
整10.00

テーパーポール
ルの成形は.パイ
イプ直径を連続続的に太くするたため8.00にロールクリアアランスを連続続的に広げる方法法をとった. 図 7 は6.00

下ロールに対しして 60 度傾けけてセットした上上ロールをサーボボモータで間隔調整整する様子を示示す. ロールクリ
リアランスは上ロ
ロー高さ(高さ(mm))

パイプの先端端側直径が 60mmm, 後端側直径径が 70 mm であある

4.00
2.00
0.00

ルベアリングボックスに取りり付けたギャッップセンサーによよって行ったが, ロロールクリアランスと電圧の関関係は 1 ボルト当当た

501020板板幅(mm)り 1.52mmm である. 実験験は各ロールクリ
リアランに対してて板縁の曲げ半径ととの関係を求め
めた.

151

図 9 板縁の曲げ状状況(ロールクリアランス 0.5mmm 一定)

ロールクリアラ
ランスは表 1 の 5 種類で行ったた.
クリアランスのの変化による曲率変化
9.00

C=0.5 測定値
値
C=1.0 測定値値

高さ(高さ(mm))

7.00

g

C=1.5 測定値
値

5.00

C=2.0 測定値
値
C=2.5 測定値
値

3.00
1.00
-1.00 0510

図 7 ロールクリアランス調整

15120

板
板幅(mm)

図 10 各種
種ロールクリアラ
ランスと板縁曲げ状況
表 1 ロールクリアラ
ランス設定値(単単位：mm)
1 で示すようにに板縁の曲げははロールクリアラ
ランスの変化と
図 10NO

12345

クリアランス
ス

0.5

1.0

1.5

2.02.55とももに変化することとが確認できる
る. しかし, 板縁縁近傍では円弧状にに成形されない. 板縁が直線状でであることを無無視して, 円弧
660.0

3-2 板縁曲げげ半径の測定

YR

R:ブランク
ク材曲率半径(mm)C:測定長長さ(mm)L:測定幅幅（mm)

L(X,Y)

CR-C

成形された製製品の板縁曲げげ半径は図8 に示示す方法で曲げ半半径

曲率半径(mm)

550.0
440.0
330.0
220.0
110.0
0.0
0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

1.70

1.90

2.110

ロールクリリアランス(mm)

ロンスと板縁曲率率半径
図 11 ロールクリアラン
図 8 板縁曲げ半径測板
測定状にに成形された部分分の半径の値をを用いて, 各ローールクリアラン

ー 33 ースに対する曲率半径で図 9, 10 を整理したのが図 11 である.
図11 からロールクリアランスを0.5 mm から2.0mm の間で連続的に変化させれば曲率半径が 32mm から 50mm に連続的に変化するテーパーポールの成形が可能であることがわかる.
4-2 FEM 解析法との比較
図 12 は上下ロールにかみ込まれた板縁の曲げ状態と上下ロール間におけるロールと鋼板の接触状況をしめすシミュレー
図 14 ロール通過後のロールクリアランスと板縁曲げり状況ションである.

図 15 ロールかみ込み時のロールクリアランスと板縁曲げり状況

図 12 上下ロールによる板縁曲げ状況のシミュレーション

図 16 ロール通過後のロールクリアランスと板縁曲げり状況

図 13 は各ロールクリアランスにおけるロールかみ込み時の板縁の曲げ状況である. 図 14 は各ロールクリアランスで成形された製品のロール通過後の(スプリングバックを生じたもの)板縁の曲げ状況を示している.
図 13, 14 は板縁の曲がり具合が明確でないため曲率半径で表示したのが図 15, 16 である.

図14 のシミュレーション結果は図10 の実験結果と傾向は一致しており板縁を完全な円弧に成形できないことがわかる. 電縫鋼管の成形では縁曲げを円弧にするために W ベンド工程をとっているがテーパーポール成形に W ベンド工程をどのように取り組むかの検討が必要である.

5. 結論
テーパーポ－ルを電縫鋼管の製造と同様な工程で成形ができるサーボ冷間ロール成形機械の試作を行った. 実験は第一段目のエッジベンド成形について本装置の有効性を確認した結果, ロールクリアランスをサーボモータで調整することによって連続的に直径が変化するテーパーポ－ルを成形することができた. しかし, 板縁を完全な円弧にするには更なる検討が必要であるなどのことがわかった. 最後に本研究は財団法人天田図 13 ロールかみ込み時の板縁曲がり状況

金属加工機械技術振興財団の一般研究開発助成を受けて行われたものである. ここに記して感謝の意を表します.

ー 34 ー