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ストリップ成形機におけるストリップ送りの基本原理の理解
送り精度が部品品質および工具寿命を決定する理由
ストリップ供給の精度を最適化することは、部品のスタンピング精度およびプログレッシブダイの寿命に大きな影響を与えます。供給にわずか0.1mm程度の偏差が生じても、部品が各成形ステーションを通過する過程でその誤差が累積します。その結果、アライメントのずれが発生し、工具に過剰な応力が加わるとともに、不良品（スクラップ）の発生率が高まります。2023年に『Journal of Manufacturing Processes』誌に掲載された最近の研究によると、供給の不均一性はダイの摩耗を約30％加速させる可能性があります。さらに、厚さ0.8mmのステンレス鋼などの高強度材では、スプリングバック現象が顕著になり、公差管理がさらに困難になります。マイクロンレベルでの供給の一貫性を維持することで、ブランキング工程におけるエッジの変形を防ぎ、厄介なバリの発生も低減できます。その結果、工具の状態が長期間良好に保たれ、大量生産ラインにおいては工具の有効寿命が最大40％延長される場合もあります。
コアコンポーネント：デコイラー、レベラー、NCサーボフィーダー、およびプログレッシブダイ統合
4つの同期システムにより、高精度のストリップ送りを実現します：
- デコイラー ：コイルを巻き解くとともに、一定の張力を維持します
- リベラー ：マルチローラーによる補正で、コイルセットおよびクロスボウを除去します
- NCサーボフィーダー ：プログラマブルな動作プロファイルにより材料を送り進めます
- プログレッシブダイ ：パイロットガイド式の位置決めで、順次加工を行います
このセットアップにおいて、すべての要素が正しく連携して動作することが非常に重要です。サーボフィーダーの滑りを運転中に回避するためには、レベラーが1メートルあたり約0.5mmの平面度を維持する必要があります。同時に、ダイに設けられたパイロットピンは、金属ストリップが各ステーション間を移動する際にその位置を正確に合わせる役割を果たします。近年では、こうした要素をすべて統合制御する先進的なシステムの多くが、クローズドループ制御機構を採用しています。なぜこれほど優れた性能を発揮できるのでしょうか？ サーボフィーダー自体に注目してください——その分解能は0.01mm未満に達し、そのため、毎回のプレスストロークの直前にストリップが正確な位置に配置されます。こうした要素がすべてスムーズに協調して機能すると、工程間の無駄な待ち時間が大幅に削減されます。また、すべてが正しく連携した場合に製造業者が達成できる驚異的な生産速度も見逃せません。多くの自動車製造現場では、1分間に120ストロークを超える速度が実現されており、これはほんの数年前までは不可能と思われていたスピードです。
材料特性に応じたストリップ供給のモーションプロファイル最適化
台形プロファイル vs. S字カーブプロファイル：速度・加速度・エッジ品質のバランスを取る
運動プロファイルの選択は、部品の品質一貫性を保ち、工具寿命を延ばす上で極めて重要です。台形プロファイルは、1.5mmの炭素鋼などの比較的厚手の材料に非常に適しています。これは、加速が速く、加工中の速度が安定しているためです。このような材料では、エッジの変形は実質的に問題になりません。ただし、台形プロファイルにおける急激な方向転換には注意が必要です。この方向転換により振動が発生し、寸法精度に悪影響を及ぼします。特に0.1mm以下の薄箔材ではその影響が顕著です。こうした課題に対しては、S字カーブプロファイルが優れた効果を発揮します。S字カーブプロファイルでは、加速度を段階的に増加させ、いきなり最大値に達するような急激な加速を回避します。昨年のASME（米国機械学会）の研究によると、この手法により、ピーク機械応力が約40％低減されます。より滑らかな始動・停止により、銅合金などの繊細な材料のエッジを保護できます。ただし、生産サイクル時間は若干長くなり、おおよそ15～25％の増加となります。また、0.5mmのアルミニウム板に対する高速スタンピング加工では、S字カーブプロファイルを採用することで、微小亀裂の発生を実質的に抑制しつつ、1分間に80個以上の高生産性を維持することが可能です。
| プロファイルタイプ | 材料の厚さに最適 | エッジ欠陥の低減 | 速度への影響 |
|---|---|---|---|
| トラペゾイド | ＞1.2 mm | 最小限 | ＋20％高速 |
| S曲線 | ＜1.0 mm | 最大60%まで | －15％低速 |
薄板（例：0.8mm SS）におけるスプリングバックおよび慣性誤差の緩和
1.0mm未満の薄いステンレス鋼ストリップは、成形後の弾性復元により顕著なスプリングバックを示します。これは高精度部品における寸法ずれの主な原因です。また、急減速時に材料が降伏点を超えて伸びることで、慣性誤差がこの現象をさらに悪化させます。これらの影響を相殺するためには、以下の対策を講じます。
- 最大ジャンク値を50 m/s³未満に設定した加速度制限付きSカーブを採用する
- サイクル間における応力緩和を確保するため、フィーダーの停止時間（ドウェルタイム）を校正する
- ダイス入口にひずみゲージを設置して、リアルタイムでのプロファイル調整をトリガーします
0.8mmのステンレス鋼（SS）アプリケーションにおいて、ピーク加速度を0.8Gから0.5Gへ低下させることで、スプリングバックのばらつきを32％削減できます。同時に、送り速度は45m／分以上を維持します。クローズドループ張力制御により、材料の流れがさらに同期化され、慣性関連の薄肉化を悪化させるタイミングドリフトが解消されます。
一貫したストリップ供給を実現するためのクローズドループ制御およびシステム統合
ライン全体における張力のマッチング：±2 PSI以内のばらつきでタイミングドリフトを解消
ストリップ成形機ライン全体で一貫した張力を維持することで、厄介なタイミング問題の発生を防ぎます。圧力変動が2 PSIを超えると、材料が滑ったり座屈したりし始め、部品の位置ずれを引き起こし、長期的にはダイスに損傷を与える原因となります。多くの最新式操業では、デコイラー、レベラー部、フィーダー装置など、各主要ポイントに圧力センサーを設置した閉ループ制御システムを採用しています。これらのセンサーから得られるデータは、メイン制御ボックスへ直接送信され、張力を±1.5 PSIという狭い範囲内に保つために、ブレーキ設定を常時微調整し、サーボモーターの回転速度を自動的に制御します。このような高精度な制御を実現することは、現場において非常に大きな効果をもたらします。工場では、大量生産作業において不良品（スクラップ）を25～30％削減できたとの報告があり、また、ランダムな送りずれによる損傷がなくなるため、工具の寿命も大幅に延びています。
レベラー出口からのリアルタイムセンサフィードバック → NCサーボフィーダー指令
レベルラー出口に設置されたセンサーは、ストリップ張力、位置情報、および表面の全体的な状態など、いくつかの重要な要素をリアルタイムで監視しています。さらに驚くべきことに、これらの情報はほぼ瞬時にNCサーボフィーダーへ送信され、フィーダーがその動きを即座に調整できるようになります。例えば、材料の厚さに変化が生じた場合でも、システムは加速度をリアルタイムで自動調整します。このようなリアルタイムでの補正により、プログレッシブダイ成形工程の後工程で問題が発生するのを未然に防止できます。このシステム全体の性能は非常に高く、最近の測定によると、オペレーターによる手動介入の必要性が約40％削減されています。また、フィード精度も極めて高く、毎分100ストロークを超える高速運転時においても、±0.05 mm以内の精度を維持します。このような高精度により、複雑なストリップ成形工程においても、部品の品質が一貫して高い水準で保たれます。
ストリップ成形機に最適なフィーダーの種類を選定・適用する
グリッパー式フィーダー vs. ローラー式フィーダー：板厚、送り速度、表面感度に基づく選定基準
グリッパー式フィーダーとローラー式フィーダーのどちらを選ぶかを検討する際、考慮すべき主な要点は3つあります。すなわち、材料の厚さ、生産速度の要件、および材料表面の状態が重要かどうかです。グリッパー式システムは、0.5mm未満の極めて薄い材料を1分間に120個以上の高速で加工する場合に最も適しています。また、±0.1mm程度の非常に厳しい公差を実現できます。ただし注意が必要なのは、グリッパーが金属の光沢面やコーティング面を傷つけたり、痕を残したりする可能性がある点です。一方、ローラー式フィーダーは異なるアプローチを取ります。1.2mmを超える比較的厚手の材料に対してはより優しく、特殊な非マーク（無傷）ローラーを採用しているため、表面に痕を残しません。ただし、そのデメリットとして、ほとんどのローラー式システムは最大で約100spm（ストローク／分）までしか対応できません。また、ステンレス鋼やその他の弾性のある合金については、特に注意深く取り扱う必要があります。ローラー式フィーダーでは、適切な張力設定を行うことで、送り工程中の変形を最小限に抑えることができます。いずれのシステムを採用するにしても、事前に既存のプログレッシブダイとの互換性を確認・試験することが賢明です。なぜなら、不適合な組み合わせは、後々高額なアライメント問題を引き起こす原因となるからです。
| 特徴 | グリッパー給紙機 | ローラー送り装置 |
|---|---|---|
| 材料の厚さ | 0.5mm未満の薄板材に最適 | 1.2mmを超える厚板材に最適 |
| 回転速度性能 | 高速（120spm以上） | 中速（100spm未満） |
| 表面感度 | 精密な表面に傷を付けるリスクあり | 敏感な仕上げ面への傷付きが発生しない |
| 精度 | フィードバック制御による±0.1mm精度 | 張力センサを要する±0.2mm精度 |
ストリップ成形機におけるストリップ送りの基本に関するFAQ
1. ストリップ成形機におけるストリップ送りとは何ですか？
ストリップ送りとは、スタンピングや切断などの加工工程において、ストリップ状の材料をストリップ成形機内で正確に送り出し・位置決めするプロセスを指します。
2. ストリップ送りにおける精度が重要な理由は何ですか？
ストリップ送りの精度は、正確なスタンピングの実現、金型の摩耗低減、バリの最小化、および工具寿命の最適化にとって極めて重要です。
3. ストリップ送りに関与する主要な構成要素は何ですか？
主要な構成要素には、デコイラー、レベラー、NCサーボフィーダー、およびプログレッシブダイがあり、これらが連携して同期したストリップ送りを実現します。
4. 台形（トラペゾイド）プロファイルとS字プロファイルはストリップ送りにどのような影響を与えますか？
台形プロファイルは厚手材に適しており、より高速な送りが可能です。一方、S字プロファイルは、繊細な材料に対してエッジ欠陥や応力を低減します。
5. 薄板ストリップではどのような課題が生じますか？
薄板状のストリップはスプリングバックおよび慣性誤差を生じるが、加速度制限付きプロファイルおよびひずみゲージを用いることでこれらの誤差を軽減できる。