サーボプレスのメリット｜成形性・生産性と向いている加工

サーボプレスの仕組みとモーション制御

本記事では、クランクやリンクなどの機構をサーボモーターで駆動する機械式サーボプレスを扱います。モーターの回転を機構へ伝え、金型を取り付けたスライドを動かします。通常のクランク式・リンク式機械プレスは、機構によってスライドの動きが決まります。機械式サーボプレスは、機種の設定範囲内でスライド速度、減速する位置、停止位置、保持時間を変更できます。

代表的な設定は、材料を加工しない空走区間を速くし、金型が被加工材へ接触する前に減速する動きです。加工中にスライドを停止する動き、下死点付近で保持する動き、上死点まで戻らずに往復する振り子モーションもあります。使用できるモーションと速度は機種によって変わります。

モーションを決める際は、加工荷重が生じる各スライド位置について、使用予定機種の加圧能力とトルク能力を確認します。加工に必要なエネルギーを仕事能力と比べ、ストロークの範囲も確認してください。モーションの変更後も、これらの能力と使用条件を満たす設定が必要です。

サーボプレスのメリット｜成形性・生産性・金型への効果

サーボプレスのメリットは、加工に必要な区間へ速度変更や停止を加えられることです。製品形状、被加工材、金型に合うモーションを検討し、割れ・しわ、加工時間、接触時の衝撃がどう変わるかを試加工で比較します。設定値や荷重波形の保存には、使用する機種の記録機能が必要です。

鋼板の深絞りを対象とした研究では、成形途中で一時停止するモーションにより、応力緩和を利用して成形限界を高めた結果が報告されています。効果は停止時間や温度などの条件によって変わります。また、アルミニウム合金の熱間型鍛造の研究では、スライド速度や下死点での保持によって、金型への材料の充満状態や加工荷重が変化しました。実際の製品では、材質、温度、潤滑、金型形状を含めて試加工の条件を決めます。

ラインの生産性は、プレスの動きと、材料送り、トランスファ、製品取出し、検査にかかる時間を含めて評価します。空走や上昇の時間を短縮するモーションを検討するときは、送りと搬送が完了する時間も確認してください。加工域の低速区間や保持時間を増やすと、その区間の所要時間は長くなります。機械のストローク数と、実際に同じ時間内に得られた良品数を分けて記録し、品質と生産性を比較します。

変更前後で、不良数、主要寸法、加工時間、荷重、金型の摩耗箇所と再研磨間隔を記録します。

設備費と運転費も含めて導入効果を評価してください。電力使用量を比較する場合は、生産した良品数や稼働時間も記録し、比較の条件をそろえます。

サーボプレスが向いている加工と効果が出やすい条件

加工中の速度や停止時間を変えて、材料流動、加工荷重、寸法への影響を評価したい加工では、サーボプレスを検討できます。深絞り、曲げ、コイニング、冷間・熱間鍛造、圧入、かしめなどが対象です。順送・トランスファ加工では、材料送りや搬送とスライドの動きを組み合わせて、生産時間を検討します。

現在の機械プレスで品質と生産数を満たしている高速打抜きでは、導入によって改善したい項目を明確にし、設備費や運転費を含めて比較します。材料のばらつき、潤滑不足、金型の剛性不足、刃先の摩耗が現物や記録から確認できた場合は、その問題に対応する材料管理、潤滑、金型の修正や保全を検討してください。

順送加工で振り子運転を検討する例

例えば、順送加工の上昇区間を短くしたい場合は、金型図面と現行の運転記録から、材料が金型から離れる位置、材料送りに必要な高さ、送りが完了する時間を整理します。振り子モーションの上昇端を検討する際は、パイロットの抜け、材料送り、センサーの検出、金型や周辺装置との干渉、安全機能が成立する条件を、設備・金型担当者と確認してください。

試加工では、変更したモーション、材料送りの待ち時間、不良の種類と数、主要寸法、同じ時間内に得られた良品数を記録します。送りの待ち時間が残る場合は、スライドの動きと送り側の所要時間を並べて、どの区間が生産時間を制約しているかを調べます。この例は検討の進め方であり、設定値や生産数の向上を保証するものではありません。

サーボプレスの導入前に確認する金型・設備仕様

サーボプレスを選ぶ前に、製品図面、被加工材、金型、生産予定数量を用意します。プレス機では、加圧能力、荷重が生じるスライド位置、トルク能力、仕事能力、ストローク、ダイハイト、ボルスター寸法を確認してください。

試加工前に準備する情報

• 製品図面、被加工材の材質・板厚・生産予定数量を用意する
• 既存金型の外形寸法、閉じた高さ、重量、取付方法を確認する
• 現在の不良について、発生位置、不良数、主要寸法、金型の摩耗箇所を記録する
• 検討する機種で使用できるモーション、加工域の加圧力、ストロークを確認する
• 不良数、主要寸法、加工時間、荷重、金型の再研磨間隔を記録する

機械式サーボプレスの安全対策は、機種の制動機構と作業方法に合わせて設計します。プレス機械構造規格では、サーボシステムによる減速・停止に故障が生じた場合にも、スライドを停止できるブレーキを要求しています。また、安全装置管理指針は、機械的摩擦を利用したブレーキを備えない機械式サーボプレスについて、安全囲いなどで身体が金型の危険な箇所へ入らないノー・ハンド・イン・ダイの措置を求めています。設備・安全担当者と使用機種に適用される要件を確認し、材料供給、金型交換、段取り、保全時の作業方法へ反映してください。