プレス ブレーキの曲げシミュレーションの長所と、工場の下流側の支援

May 20, 2023

ZhakYaroslav写真/iStock/Getty Images Plus

曲げの触手は精密板金工場のあらゆる箇所に及びます。 金属は成形時に伸びますが、その伸びを正しく考慮しないと、上流側のブランク サイズが間違ってしまい、下流側での溶接や組み立ての適合が不十分になる可能性があります。

曲げ加工が面倒な場合は、他のほとんどすべての作業も同様です。したがって、板金の曲げ加工をより予測可能にするための適切な計画、プロセスの文書化、および戦略が重要になります。 そのために、曲げシミュレーションが前面に出てきました。 近年、製造業者はこのようなシミュレーションを使用して、製造前を効果的にデジタル化し、問題が雪だるま式に大きくなり、製造現場に混乱が生じる前に、たとえ見積中でも問題を早期に発見することができました。

曲げは、特にエンジニアリングの担当者が各曲げに必要な工具や公差を考慮しない場合、非常に多くの点で混乱を招く可能性があります。 空気曲げ半径を変更すると、ダイの開口部を変更する必要があり、その後、正しいブランク サイズを実現するために必要なすべての曲げ計算も変更する必要があります。

「多くの製造業者は、顧客からフラット パターンを受け取る可能性があります」と、ミネソタ州フォレスト レイクにある Hexagon の Radan ソフトウェアの北米板金ソリューション担当セールス ディレクターである Doug Wood 氏は述べています。 「そうです。顧客からフラット パターンを受け取ることになるかもしれませんが、どのくらいの頻度でそれを修正する必要がありますか? そのコンポーネントを設計した人は、貴社が所有するプレス ブレーキと工具を知っていますか?」

その多くは板金曲げの基本に遡ります。 空気曲げでは、ダイの幅が異なると、結果として得られる半径と曲げ許容値 (K 係数によって定義される軸の位置を伴う、シフトされた中立軸に沿った半径の円弧の長さ) が変化し、これにより成形部品の最終寸法が変化します。 これにより、必要な成形部品の寸法を達成するために必要な曲げ差し引きと必要なブランク サイズが変化します。 残念なことに、板金の曲げは簡単ではありません。 半径を間違えると、他のほとんどすべてが台無しになり、オペレーターは機械の前で「機能させる」のに苦労することになります。

「プログラミングの世界では、切る前に曲げるのが先だ」とスペインに本拠を置くソフトウェア会社ランテック社の米国コマーシャルディレクター、アヌパム・チャクラボルティ氏は語る。 「理由は非常に簡単です。使用するプレス ブレーキ ツールに基づいてフラット パターンを作成します。」

依然として一般的な、機上プレス ブレーキ プログラミングでは、工具のセットアップと曲げシーケンスの開発のすべての責任がプレス ブレーキのリードまたはオペレーターにあります。 「これは多くの場合、多くの試行錯誤と大量のスクラップにつながります」とチャクラボルティ氏は述べ、オペレーターやブレーキリードに問題はないと付け加えた。 この課題は、すべての変数が考慮される前に、本末転倒で現場に注文を押し付けるという、店舗の伝統的な曲げ加工の方法に起因しています。

マシン上でのプログラミングがスムーズに進んだとしても、非生産的な時間が発生します。 プレス ブレーキ ラムが動かず、良い部品を生産していなければ、利益は得られません。 1 つの困難な仕事が他の仕事をスケジュールより遅れさせる可能性があります。 オペレーター間やシフト間のコミュニケーションの誤りにより、さらなる不確実性が生じます。 また、成形全体に過度のばらつきがあると、工場全体の他の作業に支障をきたす可能性があります。

利用可能なツールや曲げ方法 (通常は空気曲げ) に基づいて設計されていない部品をオペレーターが受け取った場合、オペレーターはただ仕事を頑張ってやり遂げる可能性があります。 曲げシーケンスを変更して、寸法誤差を部品の別のそれほど重要ではない部分に押し込みます。 工具の衝突を回避するために設定を変更したり、曲げプログラム全体を通じてピースを確実かつ正確に保持できるように独自の測定戦略を実装したりします。 これらすべてをどの程度文書化するかはオペレーターによって異なりますが、いずれにしても、それはより大きな問題をカバーする絆創膏にすぎません。部品は利用可能なツールを念頭に置いて設計されていません。

部品を曲げることができること、および工場で使用される工具と曲げ方法 (エア曲げまたはボトミング) を考慮した設計を行うことができる作業が早ければ早いほど、より良い結果が得られます。 また、アセンブリを単一のコンポーネントとして形成して、溶接、固定、組み立てのコストをすべて排除することはできないでしょうか? 関係者が説明したように、自動見積と曲げシミュレーションは、ショップがこれらの質問に早期に答えるのに役立ち、理想的には製造業者を競合他社と区別するのに役立ちます。 これらの質問を早い段階で頻繁に行うことで、部品サプライヤーを製造パートナーに変えることができます。

オフラインでの曲げのシミュレーションにより、製造性の問題を早期に発見し、曲げクリアランスのリリーフを含むダイ幅やパンチの形状など、現場で利用可能な実際のツールを組み込むことができます。 ランテックシステムズ株式会社

曲げ加工の非効率性は、営業、見積もり、エンジニアリング、ショップ、そして (特に) 顧客自身の間の比喩的な縦割り構造から生じます。 ファブ ショップの見積担当者と CAD/CAM ジョッキーは、特定のジョブに対して SolidWorks、Inventor、STEP、またはその他のデータが豊富なファイルを受け取る場合があります。 他のジョブの場合は、PDF だけが必要になる場合があります。

「情報を交換することで、ファブショップはコストを削減できるはずだ」とウッド氏は語った。 「最終的には、使用しているツールに基づいてフラット パターンを変更する必要があります。したがって、SolidWorks によって展開されたフラット パターンを取得することもできますが、STEP ファイルなどの中間交換ファイルを要求したほうが良い場合もあります。 SolidWorks [または他の 3D CAD] モデル ファイル。そうすることで、ショップのプレス ブレーキと工具を適用し、実際に SolidWorks モデル自体のメタデータを更新させることができます。」

ここからは、曲げ線付近または曲げ線上のフィーチャ、または非常に狭くて形成が難しいフランジなど、基本的な製造容易性設計 (DFM) の問題が発生します。 また、設計には 2 つの垂直な曲げの間に必要な逃げ (溶接ノッチ) がありますか?

「[適切な]ノッチがないと、曲げたときに金属がひどく変形してしまいます。これは、最初から解決しなければならない多くの設計上の問題のうちの 1 つにすぎません。それはおそらく、顧客に電話して、救済措置の追加について尋ねることも含まれます。重要なのは、これらの話し合いをできるだけ早く前もって行うことです。」

それは、ボストンに本拠を置き、クラウドベースの見積および運用プラットフォームを提供する Paperless Parts の共同創設者兼最高技術責任者である Scott Sawyer 氏です。 このプラットフォームはマシン固有の曲げシミュレーターではないが、エンジニアは DFM チェックのさまざまな「しきい値」を調整できると述べています。 同氏は、これらのしきい値を定義するには適切なバランスを取ることが必要であると付け加えた。 ガードレールを設置しすぎると、会社は収益性の高い仕事を逃す可能性があります。

DFM を開始する前に、見積エンジニアは 3D CAD ファイル自体の忠実度を判断する必要があります。 エンジニアは、部品をフラット パターンに展開する SolidWorks 内でシート メタル パッケージを使用する場合があります。 完璧ではないかもしれませんが (たとえば、ショップで利用可能なダイの幅が考慮されていない可能性があります)、出発点としては良いでしょう。

ただし、ショップが適切な情報なしで CAD ファイルを扱わなければならない場合 (つまり、板金の特異性が考慮されていない場合)、問題が発生します。 また、複数回の変換が行われた可能性もあり、「その結果、忠実度がいくらか失われてしまった」とソーヤー氏は言う。 「また、一部の CAD パッケージでは、最初にその CAD パッケージで作成されていないパーツを展開するときに問題が発生します。長年パーツを展開してきた後、私たちはますます多くの奇妙なケースに対処してきました。」 エッジと面が正しく接続されていないか、直線エッジが実際にはスプライン (小さなセグメントの集合) である可能性があり、デザイン ファイルの処理全体が混乱します。

「基本的に、設計ファイルは問題ないように見えますが、内部ではあらゆる種類の奇妙なものが見つかります」とソーヤー氏は述べ、シートメタルを展開するソフトウェアの能力は常に向上していると付け加えた。

Sawyer 氏は、適切な展開によりネスティングが改善され、特に本番ジョブでは重要であると付け加えました。 確かに、空白のサイズが完全に予測されなければ、短期間のジョブの勝敗はおそらく決まりません。 しかし、量が増えると、「材料が作業コストの大きな部分を占めます。おそらく、同じ厚さのコンポーネントが多数あり、それらすべてのコンポーネントをネストすることができます。」 ブランクのサイズを間違えると、ネスティングでの材料の収量が変化する可能性があります。 小さな差かもしれませんが、競争入札ではそれが勝敗を分けることになるかもしれません。

設計によっては、完全なモデルが利用可能であっても、標準化がまだ不十分な場合があります。 角度や寸法公差の指定方法など、コールアウトは異なる場合があります。 半径が指定される可能性がありますが、顧客はその半径が何であるかを本当に気にしているのでしょうか、それとも別の指定された寸法が重要なのでしょうか?

数字は、この複雑で機能豊富なシート メタル パーツの曲げシーケンスを示します。 Radan、Hexagon プロダクション ソフトウェア

全国の小さな店舗では、見積もり担当者やセールス エンジニアが印刷物を手に、誰かのオフィスや製造現場を訪れます。 これを形にできるでしょうか？ 曲げ線に近い穴は問題になりますか?

良いニュースは、少なくとも入札が提出される前の早い段階で質問が行われていることです。 悪いニュースは、特に見積部門が未処理の作業を行っている場合には、作業に時間がかかることです。 ファブショップが仕事を失うのは、見積もりが高すぎるためではなく、見積もりが遅すぎることが原因であることが非常に多いです。

したがって、特にデジタル設計ファイルが利用可能な場合には、ソフトウェアと曲げシミュレーションを見積もることが重要になります。 一部の見積ソフトウェアは、曲げ線に近い穴やその他のフィーチャ、最適なダイ幅に対して狭すぎるフランジ、リターン フランジとの工具干渉の問題など、特定の危険信号を挿入するようにカスタマイズできます。

一部のショップでは、これよりさらに一歩進んで、実際に初期曲げシミュレーションを通して作品を送ります。 オハイオ州シンシナティに拠点を置く SigmaNest と SigmaBend の製品所有者である Dakota Baird 氏は、「オフラインの曲げプログラミングは比較的迅速に行うことができます」と述べています。 「一部のツールでは、ソフトウェアのすべての要素の使用方法を知らなくても、これらのシミュレーションを実行できます。パーツをロードすると、ソフトウェアがレビューして、それが可能かどうかを判断します。不可能な場合は、少し知識のある人がそのときです。」 （ベンドプログラミングにおける）より多くの経験が関与する必要があるでしょう。」

このようなシミュレーションにより、ジョブが実際に利用可能なツールで形成できるかどうかを簡単に確認できます。 そうでない場合、曲げ戦略を変更できますか (経験豊富なブレーキ プログラマーなら知っていることです)。 それとも、サプライヤーのカタログから入手した新しい工具、たとえばリターンフランジのクリアランスを深くしたグースネックや、穴の近くで曲げたり、狭いフランジを形成したりする際の歪みを軽減するウィングダイなどでうまくいくのでしょうか? この質問への答えを簡単にするために、曲げシミュレーション パッケージには主要な工具サプライヤーのカタログが統合されています。

この段階で達成できる DFM 作業が多ければ多いほど、より良い結果が得られます。 これには、ショップが使用するツールに関連した部品の設計も含まれます。 「部品が特定の半径を中心に設計されている場合、その半径を達成するためにツールセットを選択する必要があります」と Chakraborty 氏は言います。 「曲げシミュレーションは、これらのツールに基づいて、特定の半径が達成されることを計算します。それが許容されるかどうかは、製造現場ではなく、曲げシミュレーション中に決定されます。」

見積エンジニアが DFM にどれだけ深く取り組むかは、ショップの商習慣と見積戦略によって異なります。 疑問は尽きないように思えます。 その仕事は工場の中核能力の範囲内にありますか、つまり、工場には成形 (従来のベッドの長さを必要とする共通の工具や曲げ) のための余剰能力がありますか? 部品が大きい場合、1 人のオペレーターが繰り返しそれを扱うことができますか、それともそのオペレーターに助けが必要になるでしょうか (これが作業の人件費に影響します)。 オペレーターが苦労していると、品質の問題だけでなく、床の安全性や人間工学の問題も発生します。重力で支えられていない大きなワークピースに重みがかかると、再現性のある曲げを実現するのは困難になります。

それとも、その作業には、最小限のベッド長または特定のプレス ブレーキ スタイル (たとえば、O フレーム ブレーキの代わりに側面にクリアランスのある C フレーム) が必要な長い曲げが含まれますか? 部品の特徴には特別な工具が必要ですか? 特に狭いダイ開口部を必要とする厚いワークの場合、トン数に関する懸念はありますか? フランジの長さが短いことを心配する必要はありますか? パンチの先端やダイのショルダーなど、表面や傷に問題はありますか? ウレタン ツールやテープが必要ですか? ショップには工具や適切な機械が用意されているかもしれませんが、どれくらいの頻度で入手できるのでしょうか?

多くの人はできるだけ完全に見積もりを出し、あらゆる影響を考慮することを好みますが、やはり、最も早い見積もりが入札を勝ち取ることがよくあります。 見積もりプロセスに入力されるデータが増え、見積もりおよびシミュレーション ソフトウェアが向上するほど、最も迅速な見積もりであっても、より正確で包括的なものになります。

ジョブが獲得されると、曲げシミュレーションを含む注文処理とスケジューリングが本格的に開始されます。 ここでの曲げシミュレーションでは、材料、機械のスタイル (アップアクトまたはダウンアクト、O フレーム、C フレーム、ベッドの長さ、トン数)、およびツーリング (パンチ、ダイ幅、必要なオープン高さを達成するためのツーリング エクステンダーの使用) が考慮されます。 、最適な曲げ順序、貫通深さ、および結果として得られる成形トン数を考慮して、機械のトン数容量を安全に下回るようにします。

ソフトウェアは、多軸バックゲージの機能を組み込んで、曲げシーケンスをシミュレートします。 シグマネスト

「シミュレーション中には、これらすべての要素やその他の要素が考慮されます」とチャクラボルティ氏は述べた。 「これにより、ツールだけでなく曲げシーケンスも正しく選択できるようになります。」

プログラマによっては、ソフトウェア内の「お気に入り」ツール、通常はショップが使用できるように常備している一般的に使用されるツールのグループを特定する場合があります。 さらに、いくつかの設計ファイルを取得し、使用可能な工具、ベッドの長さ、バックゲージ機能、トン数を考慮して、複数のプレス ブレーキに対してそれらをソフトウェアで自動的に処理して、どのプレス ブレーキが成形可能で、どのプレス ブレーキが成形できないかを確認する場合もあります。

多くの操作では、一部のジョブがシミュレートされ、高度な制御を備えた機械 (通常は新しい) で切断や曲げが行われる場合があります。 オペレータはプログラムをダウンロードし、曲げ加工を開始します。 また、企業の好みやベスト プラクティスに応じて、一部のソフトウェアでは、オペレーターが一定の制約内で、望ましい曲げシーケンスを選択できるようになります。

新しいプレス ブレーキは、コントロールで 3D 曲げシミュレーションを提供します。すべてエラー防止機能が組み込まれており、画面上で上面と底面の色が異なり、視覚的なステップバイステップの指示が表示されます。 古いコントロールを備えた古いマシンにはこれがない可能性がありますが、情報源が説明したように、これはシミュレートできないという意味ではありません。

古いブレーキをモデル化して、プログラマーがシミュレーションを実行できるようにすることができます。 次に何が起こるかは、マシンとアプリケーションの要件によって異なります。 場合によっては、古いコントローラが受け取るメディアに応じて、プログラマがジョブ プログラムをエクスポートして、古いコントローラに転送することができます。 また、シミュレーションにより、プログラマが画像を伴う詳細なステップバイステップのセットアップ シートを作成できる場合もあります。 いずれにせよ、このプログラムはオフラインで使用できることが実証されており、最も古いプレス ブレーキであっても、機上プログラミングが不要になるか、少なくとも合理化されます。

「古いマシンでは、通常、曲げプログラムはそれほど長くありません」とウッド氏は言いました。「したがって、段階的な画像と指示、適切なデータを提供できれば、戦いの 10 分の 9 は勝ったことになります」 、バックゲージ設定、およびそのジョブを処理するためのすべての関連データ。」

特定のワークピース、またはプロセス内角度測定機能を備えたブレーキの場合、最初の部分が適切な部分であることがわかります。 多少の調整が必要になるかもしれませんが、いずれにしても、ブレーキでの曲げテストは重要ではなくなります。

オペレーターはプログラムのメモを作成し、それがシミュレーション ファイルにフィードバックされる場合があります。 部品は、たとえば 16 ガから最もよく曲がる可能性があります。 特定のサプライヤーの A36 材料 (すべてのゲージには厚さの許容範囲があり、厚さが変化すると曲げ結果も変化します)。 プログラム ノートはすべて将来の実行のために保存され、全員が参照できるため、異なるオペレーター間や異なるシフト間でのコミュニケーションの誤りはありません。

繰り返しになりますが、シミュレーションに含まれるデータが多ければ多いほど、より良いデータが得られます。これには、特定のサプライヤーからの特定の材料がどのように形成されるかが含まれます。 ベアード氏の説明によると、「一部の製造業者はクーポン テストを実行します。たとえば、さまざまなタイプの軟鋼の場合、正方形のテスト クーポンを使用し、さまざまな角度で曲げ、特定の属性を測定し、ソフトウェアの特定のフィールドにデータを入力します。その時点で、 、ソフトウェアはそのデータを使用し、1 つの軟鋼には特定の K ファクターを使用しますが、別のサプライヤーからのこの軟鋼については、K ファクターをわずかに調整します。」

適切なソフトウェアを装備すれば、今日のプログラマーは、曲げることを超えて全体像に集中できるようになります。 カットブランクの特性はどうですか？ マイクロタブが必要な場合、成形前にエッジのバリ取りが行われますか? そうでない場合、それらのタブの位置がブレーキのバックゲージに干渉しますか? また、外観要件を満たしながら最適な曲げ再現性を確保するための木目方向の要件は何ですか? 多くのシミュレーション パッケージは、切断時の変数が曲げ時の変数と矛盾しないように、ネスティングと成形の間でデータを共有します。

見積ソフトウェアを使用すると、コーナー リリーフや狭い曲げ半径の問題など、製造性の問題を最初から検出できます。 ペーパーレス部品

また、ジョブの最適な順序は何ですか? 切断オペレーターは、材料の歩留まりを最適化し、同様の材料をグループ化したいと考えています。 溶接と組み立てでは、できるだけ早く作業を進めるために必要なすべての部品が必要です。 真ん中は曲げ加工で、オペレータは共通の設定でスループットを最適化したいと考えています。つまり、1 つの共通の工具設定で複数のジョブを形成できます。

「曲げソフトウェアを使用すると、部品を加工する順序を最適化できます」とベアード氏は言います。 「すでに解決されたプログラムとその工具セットアップを確認でき、基本的に作業順序に関するガイドラインを提供します。たとえば、次の作業の前に、特定のブレーキ ツールを必要とするすべての部品を最初に切断することを確認したい場合があります。」次に、そのデータは切断機に転送され、ネスティング ソフトウェアによって、最適なタイミングで切断機から取り出される順序でデータがネストされます。」

スケジュールの立てやすさも重要な要素となります。 「理想的な」作業は、共通の工具と従来のブレーキのベッド長を必要とするもので、工場のプレス ブレーキの大部分を経由して行うことができます。 しかし、ある作業で特別な工具や広いベッドを備えたブレーキが必要な場合はどうなるでしょうか? 別のジョブで C フレーム ブレーキのサイド クリアランスが必要なため、O フレーム マシンでは実行できない場合はどうすればよいでしょうか?

「曲げシミュレーションは視覚化を提供しますが、現実世界を置き換えるものではありません」と Chakraborty 氏は述べ、シミュレーションは与えられたデータを使用して機能しますが、他のテクノロジーと同様に、潜在的な結果をすべて予測することはできないと付け加えました。

ここでは、経験豊富なブレーキオペレーターが重要な役割を果たします。 ソフトウェアは特定の問題にフラグを立てる可能性がありますが、ブレーキオペレーターはそれらの問題が克服できることを知っています。 これは、大きくて薄いワークピース (オペレータが曲げ精度に影響を与えることなく操作できる柔軟なシート) の場合、ツールの衝突の問題である可能性があります。 おそらく、ツールがヘムの素材の厚さの 2 倍を空気で曲げるような、複雑なヘムの曲げが存在する可能性があります (おそらく、ヘムは素材の厚さの正確に 2 倍ではないため、結果を予測するのが困難です)。

これらすべては、知識を曲げることがこれまで同様に重要である理由を示しています。 唯一変更されるのは、その適用方法です。 経験豊富な曲げ加工の専門家が床で厳しいセットアップを行ったり、生産性の高い機械を固定したりする代わりに、現在はシミュレーションを実行し、何が機能するのか、なぜ機能するのかについてオペレーターと話し合い、切断作業から部品がどのように提供され、下流に流れるかを検討しています。曲げた後。 これは確かに文化的な変化ですが、製造業者が知識を曲げる必要性が減ったわけではありません。

チャクラボルティ氏は「曲げシミュレーションの未来は機械学習と人工知能だ」と述べ、最も困難な作業であっても「機械学習アルゴリズムに組み込まれているため、現場で追跡できる」と付け加えた。

現在、生産管理ソフトウェアは、店舗運営マネージャーがさまざまな仮定のシナリオを実行して、注文をリリースする最適な時期と最適なルーティングを決定するのに役立ちます。 ジョブが実行され、データが収集されると、好循環が始まります。

「それは、業務のデジタルツインを持つことです」とウッド氏は述べ、今日のソフトウェアは、カスタムブレーキツールやカスタムバックゲージの「仮想トライアウト」を含む、さまざまな「もしも」のルーティングシナリオを通じて部品を運ぶことができ、すべてはシステムから直接インポートできると付け加えた。設計された 3D CAD プログラム。

そのデータを取得できるソフトウェアを備えた運用管理者は、フローを完璧にし、将来の作業で実際のコストを推定コストに近づけることができます。 これが実現すると、カスタム ファブ ショップの運営はより予測可能になり、収益性が高まり、最終的にはより良い職場になります。