大径金属へら絞り加工 : 高トン数CNC旋盤、マンドレル工具および構造物DFM

導入

大径金属へら絞り加工外径 1,000 mm (約 40 インチ) から 4,000 mm (160 インチ) 以上にわたる、幅広でシームレスな軸対称コンポーネントの形成に重点を置いています。都市水処理ベルマウス、農業用サイロ カバー、航空宇宙ロケット タンク ドーム、パラボラ アンテナ反射鏡、産業用ファン吸気口、発電所ベンチュリなどの大型コンポーネントの製造には、極度の油圧力と特殊な機械運動学が必要です。この規模の部品の従来のスタンピングまたはプレス絞り方法では、大規模なダイセットと数千トンのプレスに天文学的な設備投資が必要です。

対照的に、大直径のCNC 金属へら絞り加工高推力の油圧ローラーを使用して、専用の雄マンドレル上に大きな金属ブランクを段階的に形成します。大容量のへら絞り加工旋盤は、局所的な接触点に大きな成形圧力を集中させることで、大型の円板や厚板素材を効率的に加工します。このアプローチは、重工業、エネルギー、航空宇宙OEMでシームレスな構造的完全性、厳しい真円度公差、優れた材料利用を実現します。

機械の運動学と高トン数の装置の要件

直径が数メートルを超える円形のブランクを加工するには、材料の変形中に巨大なラジアル荷重とアキシアル荷重を吸収するように構築された頑丈なへら絞り加工機械が必要です。

頑丈な鋳鉄製マシンベッドと高トルクスピンドル

機械の剛性:

旋盤は、強力なローラー推力 (多くの場合 100 kN を超え、500 kN 以上) の下でも幾何学的位置を維持するために、振動を減衰する巨大な鋳鉄または応力緩和溶接鋼のベッドを備えています。

高トルクドライブ:

スピンドル駆動モーターは、ローラーが外側リムのスイープに沿って移動する際に、びびり、失速、または速度変動を発生させることなく、大径のワークピース上で滑らかで一定の表面速度 (CSS) を維持するために、高い低速トルクを供給する必要があります。

デュアルローラーシンクロナイズドスライド

力のバランス:

デュアルローラーCNCスライドはワークピースの反対側で連携して動作します。対向するローラーの力がスピンドル軸全体のラジアル荷重のバランスをとり、スピンドルのたわみ、振れ、または大径ブランクの不均一な肉薄化を防ぎます。

油圧心押台サポートおよび外フランジホルダー

ブランク安定化:

大きな円形のブランクは、マンドレル面に平らに押し付けられる前に、外側の縁に沿ってはためいたり、曲がったり、反ったりする傾向があります。幅広の圧力プレートと外側の補助フランジサポートローラーを備えた重い油圧心押し台が、最初のブレークダウンパス全体にわたってブランクをピンと張った状態に保持します。

DFMと大規模シェルのマテリアル フロー メカニクス

大径のスピニング部品を設計するには、厳しい材料変位、フープ応力、および広い表面積にわたる重量分布を管理する必要があります。

フランジのしわとフープ応力の制御

変形の課題:

ローラーがマルチメートルブランクの中心から外周に向かってスイープすると、周囲の材料の直径が大幅に収縮する必要があります。この集まりにより、外縁に沿って強い圧縮フープ応力が生じます。

緩和戦略:

マルチパスCNCツールパスは、前方の敷設パスと安定化する後方スイープを組み合わせます。補助ガイド ローラーまたは油圧ブランク ホルダーは、外側のリムを平らに保ち、波状のエッジの座屈を防ぐために継続的に背圧を加えます。

拡張スイープ全体での材料の薄化の管理

ウォールコントロール:

材料は広い表面積にわたって引き伸ばされるため、急な円錐形または放物線形の側壁に沿って壁の厚さは自然に薄くなる傾向があります。エンジニアは、初期のブランク厚さの許容値またはせん断へら絞り加工計算を利用して、最終部品が構造壁の最小要件を満たしていることを保証します。

分割および加工された溶接ブランク

原材料の制限:

標準的なミルロールシート幅では、2.5 ～ 3 メートルを超える単一ピースの円形ブランクを収容できないことがよくあります。このような場合、大きなブランクは、 へら絞り加工の前に、小さなプレートを精密溶接し、溶接の継ぎ目を面一に研磨し、ブランクの応力を除去することによって作成されます。

大規模ツーリングのアーキテクチャと材料の選択

大直径のへら絞り加工用のマンドレル設計は、構造剛性、熱安定性、重量管理、工具の経済性のバランスをとります。

モジュール式および鋳造ツーリング構造

鋳鉄およびダクタイル鋳鉄マンドレル:

大量生産の場合、大きなマンドレルは高密度ダクタイル鋳鉄から鋳造され、最終プロファイルにCNC機械加工されます。鋳鉄は、固体工具鋼ブロックよりも低い材料コストで高い圧縮強度と振動減衰を実現します。

加工鋼および複合マンドレル:

低～中量生産または大規模なプロトタイプドームの場合、マンドレルは、旋盤スピンドルにかかる工具重量を最小限に抑えるために、厚い鋼板または高密度複合層で被覆された中空の製造鋼リブフレームワークを備えています。

ローラーアセンブリとベアリング負荷

耐久性の高いローラー:

成形ローラーは、過熱することなく継続的な高トン数のスラスト荷重に耐えるように設計された頑丈なテーパーローラーベアリングによってサポートされた、大半径のタングステンカーバイドまたは硬化合金鋼のリムを使用しています。

二次加工と旋盤内加工

大型のスピン部品は、取り扱い、輸送、二次機械への再固定が困難です。その結果、 CNC へら絞り加工センターは二次オペレーションをへら絞り加工スピンドルに直接統合して、生産を合理化します。

旋盤内エッジトリミングと溶接準備面取り

精密エッジング:

高速超硬トリミングツールまたはプラズマ切断アタッチメントは、部品がスピンドル上で回転しながら、不規則な外側リムを正確な軸方向長さの公差に合わせてトリミングし、下流のアセンブリ接合のための V または J ベベル溶接準備を切断します。

圧延補強ビードと構造フランジ

リムの補強:

2,000 mm シェルの外縁に沿って外部ビードまたは内部ビードを転がすことにより、構造上の剛性が大幅に向上し、材料の重量を追加することなく、取り扱い、風荷重、整備作業中のたわみを防止します。

表面平滑化とインプロセス研磨

表面の準備:

統合されたプラニシング ローラーは、シェルを取り付けたまま微細な溝やスイープ ラインを滑らかにし、塗装、粉体塗装、または現場での設置に備えて広い表面を準備します。

まとめ

大口径金属へら絞り加工は、重機OEM 、航空宇宙請負業者、およびエネルギー製造業者に、コスト効率の高い高精度の大型シェル部品の製造方法を提供します。高トン数のマルチローラーCNC旋盤、設計されたモジュール式マンドレル、および統合された二次トリミング操作を活用することで、メーカーは、大型の板金プレートを、厳しい現場での使用に耐えるように構築されたシームレスで完全性の高い回転部品に変換します。