金属スタンピングの大量生産中にストレートサイドプレスの隣に立ったことがあれば、その揺れをご存知でしょう。この低くゴロゴロとした振動は、作業環境を混乱させるだけでなく、機械の寿命を縮め、金型の摩耗を早め、時間の経過とともに部品の精度を損なう可能性もあります。ストレートサイドプレスのサプライヤーとして、私は金属加工業者と何年も仕事をしてきました。彼らは、おそらく直面しているであろう正確な振動の問題を解決するために私を呼んでくれました。部品が歪んだり、ベアリングがすぐに焼き切れたり、さらには絶え間ない揺れによるオペレーターの疲労さえも解決するために私を呼んできました。良いニュースは、ストレートサイドプレスの振動は避けられない欠陥ではないということです。そのほとんどは、設計、セットアップ、または運用における予測可能かつ修正可能なギャップに起因しています。この投稿では、ストレートサイドプレスの振動の科学を詳しく解説し、何百ものクライアントに対してテストしたソリューションを共有し、サプライヤーと提携することでこの問題を永久に解決できる方法を示します。
まず、ストレートサイドプレスが他のタイプのプレスよりも振動が大きい理由を理解しましょう。フレームのたわみを空中に分散させるオープンバックを備えたギャップ フレーム プレスとは異なり、ストレート サイド プレスは、より高いトン数 (重金属成形の場合は最大数千トン) を処理できるように、上下のクロス メンバーで接続された 2 つの垂直サイド フレームで構築されています。その剛性フレームはまさに、自動車のボディパネルや家電製品のハウジングなど、一か八かの大型部品に最適ですが、ストローク中に発生する振動力の罠でもあります。ラムが金型に衝突するたびに、クランクまたは偏心ドライブの直線運動が垂直方向と水平方向の力に変換され、フレームを通して跳ね返されます。これらの力のバランスが取れていない場合、または抑制されていない場合、その力は工場のフロア全体で感じる振動に変わります。
すべてのストレートサイドプレスが同じように作られているわけではありません。最も一般的な 2 つの設計は、ストレートサイド ダブル クランク プレスとストレートサイド偏心プレスで、それぞれに独自の振動トリガーが付いています。ストレートサイド ダブル クランク プレスは、同期してラムを上下に動かす 2 本の平行クランクシャフトを使用します。その主な振動は 2 つのクランク間のわずかなタイミングの不一致によって発生し、ラムの両側に不均一な負荷が生じます。対照的に、ストレートサイド偏心プレスは単一の偏心シャフトを使用してラムを駆動するため、その振動はシャフト内の質量の不均衡や、回転中に偏心シャフトが「ぐらつく」ベアリングの位置のずれによって発生することがよくあります。古い偏心プレスを使用している製造業者から、駆動モーターのベアリングが摩耗した後、振動が急増したとの電話が何度来たかわかりません。わずかな遊びでも偏心プレスが移動し、振動力が倍増するからです。
それでは、解決策に移りましょう。最初の、そして多くの場合最も影響力のあるステップは、機械の位置合わせと基礎を確認することです。これはほとんどのオペレータが無視する部分ですが、これが私たちが目にする持続的な振動問題の 60% の根本原因です。ストレートサイドプレスは、そのベースと同じくらい安定します。時間の経過とともに、特に地面の振動を常に引き起こす重い鍛冶場や鋸の近くにプレス機が設置されている場合、工場の床は沈下します。プレスフレームが完全に水平でない場合、ラムは上下に真っすぐに移動せず、わずかに傾いて荷重の分散が狂い、機械全体を揺るがす余分な水平方向の力が発生します。 1 フィートあたり 0.002 インチ (ストレート サイド プレスの ISO 規格) 以内に再水平し、1 回のシフトで振動が 30% 低下するまで、プレスが壊れたと思っていたクライアントもいます。
ここでのもう 1 つの重要な要素は基礎の設計です。現在のプレス機が防振なしでコンクリートパッドの上に直接設置されている場合、プレス機が生成するあらゆる力が実質的に増幅されます。中トン数のプレスの場合はプレス ベースと基礎の間にエラストマーまたはスプリングのアイソレーターを追加するか、高トン数 (1,000 トン以上) のモデルの場合は鉄筋コンクリート慣性ベースを追加することをお勧めします。慣性ベースはカウンターウェイトのように機能し、その質量がラムとドライブからの振動力を打ち消します。オハイオ州の顧客の 1 つは、500 トンのストレートサイド偏心プレスを所有しており、12,000 ポンドの慣性ベースを設置するまで、隣接するスタンピング ライン全体を揺るがしました。彼らは、高速走行中の振動レベルが 0.8g (床振動センサーを作動させるのに十分な高さ) から 0.2g に低下し、周囲の工場騒音と区別できないと報告しました。
次に、駆動系のバランス調整とメンテナンスについてです。ストレートサイド ダブル クランク プレスの場合、最大の振動要因はクランクの同期不良です。 2 本のクランクシャフトのタイミングが完璧に調整されていない場合、ダウンストローク中にラムの一方の側がもう一方の側よりも 0.001 インチ下がります。そのため、サイドフレームに不均一な力がかかり、ラムが反発するときにサイドフレームが曲がり、振動します。定期的なキャリブレーション - 24 時間 365 日生産を実行しているクライアントのために四半期ごとにこれを行い、これを修正します。レーザーアライメントツールを使用してストロークの上部と下部の 2 つのクランク間の距離をチェックし、タイミングギアを同期が 0.05 度以内に調整します。ストレートサイド偏心プレスの場合、偏心シャフトの質量の不均衡が主な問題です。新しいプレスには工場でバランスがとれた偏心シャフトが付属していますが、古いモデルではシャフトにグリースが蓄積したり、磨耗してバランスが崩れることがあります。ラムの偏心器の反対側にボルトオンのバランスウェイトを追加することで、回転振動が最大 40% 削減されます。これは、ドライブを完全に再構築することなく、数十台の古い印刷機で使用されている修正方法です。
金型と工具のセットアップも、小さな変更が大きな違いを生むもう 1 つの領域です。完璧に校正されたプレス機を使用している製造業者が、金型がラムの中心からずれて取り付けられているため、振動が発生するのを見てきました。プレス機がアンバランスな金型に力を加えると、荷重がラムの表面全体に均等に分散されないため、フレームが補正する必要があり、左右の揺れが生じます。ここでの解決策は簡単です。常にラムの中心線から 0.005 インチ以内にダイの中心を置くダイ クランプを使用し、ダイの重心がラムの軸と一致していることを確認します。ダイの中心に荷重が集中する深絞り加工の場合は、ラム全体に力を分散させるためにダイの周囲にサポート パッドを追加することもお勧めします。ミシガン州の自動車部品メーカーでは、数か月間不均一な負荷を引き起こしていた位置ずれした金型を再度クランプするだけで、振動が 25% 減少しました。
印刷機のアップグレードまたは交換を検討している場合は、最初から適切な設計を選択すると、印刷が開始される前に振動が排除されます。新しいクライアントと仕事をするときは、トン数、ストローク速度、部品サイズ、希望する稼働時間など、常にクライアントの生産ニーズについて尋ねます。高速、高精度のスタンピング加工 (厳しい公差が必要な電気部品など) の場合は、同期ドライブと剛性の高いフレームにより発生する振動が偏心設計よりもはるかに少ないため、ストレートサイド ダブル クランク プレスを推奨することがよくあります。より重く、より遅い運転（大型家電パネルの成形など）の場合、バランスの取れた駆動と慣性ベースを備えたストレートサイド偏心プレスの方が、安定性を犠牲にすることなく、よりコスト効率が高い場合が多いです。私たちは最近、ペンシルバニア州の HVAC 部品工場がバランスの悪い古い偏心プレスをストレートサイド ダブル クランク プレスに交換するのを支援しました。彼らは、金型の寿命が 2 倍になり、部品の不合格率が 8% から 1% に低下し、オペレータの疲労に関する苦情がほぼ消えたと報告しました。
見落とされがちな最後のステップは、監視とメンテナンスです。振動は突然発生する問題ではなく、部品が摩耗するにつれて時間の経過とともに発生します。振動が目に見えるようになるまで待っていると、すでにベアリング、クランクシャフト、サイドフレームに損傷が蓄積していることになります。小型で手頃な価格の振動監視システムを印刷機のサイドフレームとドライブシャフトに取り付けることをお勧めします。これらのセンサーは振動レベルをリアルタイムで追跡し、小さな問題が大きな故障に発展する前に、レベルがしきい値 (ほとんどの印刷機では通常 0.3g) を超えたときにアラートを送信します。当社のクライアントの 1 つは、週末のダウンタイム中にこのシステムを使用してメンテナンスをスケジュールしているため、振動関連の問題を解決するために完全な運用を一時停止する必要がありません。振動の問題を早期に発見するだけで、2 年間にわたって計画外のダウンタイムが 35% 削減されました。
結局のところ、ストレートサイドプレスの振動を減らすということは、高価な部品を問題に投入することではなく、揺れの原因を理解し、科学に裏付けられた的を絞った修正を適用することなのです。稼働中にぐらつき始めた古いストレートサイド偏心プレスを使用している場合でも、部品の精度が低下している新しいストレートサイド ダブルクランク プレスを使用している場合でも、解決策は通常、思っているよりも簡単です。基礎を水平にし、ドライブのバランスをとり、金型を調整し、変化を監視します。まだトラブルシューティングが必要な場合は、ストレート サイド プレスを知り尽くしたサプライヤーと協力する価値があります。当社はあらゆる業界の製造業者の振動の削減、機械寿命の延長、部品品質の向上を支援してきました。そして、お客様にも同様のことができます。絶え間ない揺れに対処するのをやめ、適切に調整された印刷機で何ができるかを確認する準備ができている場合は、具体的な生産ニーズと当社がどのように支援できるかについての会話を開始するために連絡してください。
参考文献
- ISO 16092-1:2019、工作機械 – プレス – 安全要件および検証 – パート 1: 機械プレスの一般要件
- 産業用プレスの振動: 原因、影響、および緩和戦略、Journal of Manufacturing Processes、2021 年、Vol. 67、452–463ページ
- ストレートサイド プレスの設計とパフォーマンスの最適化、製造および金属加工マガジン、2022 年、Vol. 58、No.4、28–33ページ
