板金圧延はタンクメーカーにとって垂直的です

Jan 05, 2024

図 1. 垂直コイル供給システムのローリング サイクル中に、前縁が曲げロールの前で「カール」します。 次に、新たに切断された後縁を前縁に向かって押し、仮止めし、溶接してロールシェルを作成します。

金属製造に従事する人はおそらく、最初のピンチ、3 ロールのダブルピンチ、3 ロールの平行移動ジオメトリ、または 4 ロールの種類を問わず、ローリング マシンに精通しているでしょう。 それぞれに制限と利点がありますが、シートとプレートを水平位置でロールするという共通の特徴もあります。

あまり馴染みのないアプローチには、垂直方向に回転することが含まれます。 他の方法と同様、垂直ローリングには独自の制限と利点があります。 利点は、ほとんどの場合、2 つの課題のうち少なくとも 1 つに対処します。 1 つは圧延中のワークピースに対する重力の影響で、もう 1 つは非効率的な材料の取り扱いに関係します。 両方を改善することでワークフローが改善され、最終的には製造業者の競争力が向上します。

垂直ローリング技術は新しいものではありません。 そのルーツは、1970 年代に構築されたいくつかのカスタム システムに遡ります。 1990 年代までに、特定の機械メーカーは垂直圧延機を通常の製品ラインとして提供するようになりました。 この技術はさまざまな業界、特にタンク生産分野で採用されています。

垂直に製造されることが多い一般的なタンクや容器には、食品および飲料、乳製品、ワイン、ビール、製薬産業で使用されるものが含まれます。 石油貯蔵用の API タンク。 農業用または水の貯蔵用の溶接タンク。 垂直ローリングにより材料の取り扱いが大幅に軽減されます。 通常、より高品質の曲げが得られます。 そして、取り付け、位置合わせ、溶接といった生産の次の段階に、より効果的に供給されます。

材料の保管容量が限られている状況では、別の利点が発揮されます。 プレートまたはシートを垂直に保管すると、平らな場所に保管する場合よりもはるかに少ない面積で済みます。

大口径タンクのシェル (または「コース」) を水平ロールで転がすショップを考えてみましょう。 圧延後、作業者は仮付け溶接を行い、サイドフレームを下げ、圧延シェルを滑り外します。 薄いシェルは自重でたわんでしまうため、シェルを補強材やスタビライザーで支えるか、垂直位置まで回転させる必要があります。

水平位置から水平ロールにプレートを供給し、圧延後に取り外して傾けて積み重ねるだけという、このような膨大な量の取り扱いは、生産上のあらゆる種類の頭痛の種を引き起こす可能性があります。 垂直方向にローリングすることにより、ショップは中間の処理プロセスをすべて排除します。 シートまたはプレートは供給され、垂直方向に巻かれ、仮止めされ、次の操作まで垂直方向に持ち上げられます。 垂直に回転すると、戦車の砲弾は重力に逆らわないため、自重でたわむことはありません。

一部の垂直ローリングは、特に下流に送られて垂直方向で作業される小径タンク (通常は直径 8 フィート未満) の場合、4 ロール機械で発生します。 4 ロール システムにより、小径のシェルで顕著になる可能性がある、曲がっていない平らな部分 (ロールがプレートを掴む部分) を排除するための巻き直しが可能になります。

タンクの垂直圧延のほとんどは、3 ロールのダブルピンチ形状の機械で行われ、板金ブランクが供給されるか、コイルから直接供給されます (この方法はますます一般的になりつつあります)。 これらのセットアップでは、オペレーターは半径ゲージまたはテンプレートを使用してシェルの半径を測定します。 曲げロールがコイルの先端に接触するときに調整し、コイルが材料を送り続けるときに再度調整します。 コイルがきつく巻かれた内部に向かって送り続けると、材料のスプリングバックが増加し、オペレーターはロールを移動して、補償するためにより多くの曲げを誘発します。

スプリングバックはコイルの材質や種類によって異なります。 コイルの内径 (ID) が重要です。 他のすべての条件が等しい場合、コイルは 20 インチです。 ID は 26 インチに巻かれた同じコイルよりもきつく巻かれており、より大きなスプリングバックを示します。 ID。

図 2. 垂直ローリングは、多くの貯蔵タンクの現場設置に不可欠な部分となっています。 クレーンを使用して、プロセスは通常、上部のコースから開始され、下部のコースに向かって進みます。 上部コースの単一の垂直溶接シームに注目してください。

ただし、タンクの垂直ローリングは、重いプレートを水平ロールでローリングするのとは大きく異なることに注意してください。 後者の場合、オペレータはローリング サイクルの終了時にプレートの端が正確に嵌合するように作業します。 厳しい直径に圧延された重いプレートは簡単には再加工されません。

コイル供給垂直ロールでタンク シェルを形成する場合、シートはコイルから直接供給されるため、オペレーターは圧延サイクルの終了時にエッジを合わせることができません。 巻いている間、シートには前縁がありますが、コイルから切断されるまで後縁はありません。 これらのシステムの場合、コイルは実際の曲げロールの前で完全な円になるまで巻かれ、完成後に切断されます (図 1 を参照)。 この後、新たに切断された後縁が前縁に向かって押し込まれ、仮止めされてから溶接されて、ロールシェルが作成されます。

ほとんどのコイル供給セットアップにおけるプレベンディングとリロールは効率的ではありません。つまり、通常は廃棄される前縁と後縁からのドロップセクション (非コイル供給ローリングにおける曲げられていない平らなセクションに相当) が存在します。 そうは言っても、多くの操業では、垂直ロールによって得られるマテリアルハンドリングの効率を考えると、スクラップは小さな代償だと考えています。

それでも、一部の事業では、保有する材料を最大限に活用したいため、ローラーレベラー システムの統合を選択しています。 これらは、コイル加工ラインで見られる 4 つの高さのローラー レベラーを横向きにしたものに似ています。 一般的な構成には、アイドル ロール、矯正ロール、曲げロールを組み合わせて使用​​する 7 ロールおよび 12 ロールのレベラーが含まれます。 レベラーは、各砲弾の廃棄されるドロップセクションを最小限に抑えるだけでなく、システムの柔軟性も高めます。 つまり、このシステムでは、ロール状のコンポーネントだけでなく、平坦なブランクも製造できます。

このレベリング技術は、サービスセンターが使用する拡張レベリングシステムの結果を再現することはできませんが、レーザーまたはプラズマで切断できるほど平らな材料を生成することができます。 これは、製造業者がコイル状の材料を垂直方向の圧延作業と平坦な切断作業の両方に使用できることを意味します。

タンクセクションのシェルを転がすオペレーターが、プラズマ切断テーブル用のブランクのバッチを注文したと想像してください。 シェルを転がして下流に送った後、レベラーが垂直ロールに直接供給されないようにシステムを設定します。 代わりに、レベラーは希望の長さに切断できる平らな材料を供給し、プラズマ切断用の平らなブランクを作成します。

ブランクのバッチを切断した後、オペレーターはシステムを再構成してタンクシェルのローリングを再開します。 また、平らな材料を転がしているため、材料のばらつき (スプリングバックのレベルの違いなど) はあまり問題になりません。

産業および構造物製造のほとんどの分野では、製造業者は現場での製造と設置を簡素化および合理化するために工場での製造量を増やすことを目指しています。 ただし、大型タンクや同様に巨大な構造物の製造には、この規則は適用されません。これは主に、そのような作業で生じる材料の取り扱いに信じられないほどの課題が生じるためです。

現場で操作されるコイル供給垂直ロールは、材料の取り扱いを簡素化し、タンク製造プロセス全体を合理化します (図 2 を参照)。 金属コイルを作業現場に運ぶのは、一連の巨大なセクションを工場内で転がすよりもはるかに簡単です。 また、現場でローリングするということは、最大直径のタンクであっても、1 つの垂直溶接シームだけで製造できることを意味します。

レベラーを現場に導入すると、現場での作業がさらに柔軟になります。 これはフィールドタンク生産の一般的なオプションであり、追加機能により、製造業者は真っ直ぐなコイル材料を利用して現場でタンクデッキまたは底部を構築できるため、工場と作業場所間の輸送が不要になります。

図 3. 一部の垂直ロールは、現場のタンク生産システムと統合されています。 ジャッキは事前に転がしたコースを上方に持ち上げるため、クレーンが不要になります。

一部の現場作業では、独自のリフティング ジャッキと組み合わせて使用​​される切断ユニットや溶接ユニットなど、より大きなシステム内に垂直ロールが統合されているため、現場のクレーンが不要になります (図 3 を参照)。

タンク全体はトップダウンで構築されますが、プロセスは地上から始まります。 その仕組みは次のとおりです。コイルまたはプレート材料は、現場のタンク壁が立つ位置からわずか数インチの位置にある垂直ロールの中を移動します。 次に、壁がガイドに送られ、シートがタンクの全周に沿って送られるときにガイドがシートを運びます。 垂直方向のロールを止め、端を切断し、単一の垂直方向の縫い目を仮付けして溶接します。 次に、補強リブ コンポーネントがシェルに溶接されます。 次に、丸めたシェルをジャッキで上に持ち上げます。 このプロセスは、その下にある次のシェルに対して繰り返されます。

2 つの圧延部分の間に円周溶接が行われ、その後、タンク屋根のコンポーネントが所定の位置に組み立てられます。その間、構造はまだ地面に近い状態で、最上部の 2 つのシェルのみが組み立てられます。 屋根が完成すると、次のシェルに向けてジャッキが構造全体を持ち上げ、クレーンを必要とせずにプロセスが続行されます。

動作が最下位コースになると厚めのプレートが活躍します。 一部のフィールドタンクメーカーは、厚さ 3/8 ～ 1 インチのプレートを使用しており、場合によってはそれよりも重いものもあります。 もちろん、プレートはコイル状ではなく、長さも限られているため、これらの下部セクションには、丸めたプレートセクションを接続する複数の垂直溶接シームがあります。 いずれにせよ、現場で垂直機械を使用すると、プレート材料を 1 回で降ろし、現場で丸めてタンク建設に直接利用できます。

このようなタンク構築システムは、垂直ローリングによって (少なくとも部分的に) 可能になったマテリアルハンドリングの効率を典型的に表しています。 もちろん、他のテクノロジーと同様に、垂直ローリングもすべての用途に最適というわけではありません。 その適合性は、それがどのような処理効率を生み出すかによって決まります。

さまざまなジョブに対応する非コイル給電垂直ロールを設置する製造業者を考えてみましょう。そのほとんどは、事前曲げ (曲げられていない平面を最小限に抑えるためにワークの前縁と後縁を曲げる) が必要な小径のシェルです。 これらの作業は理論的には垂直方向のロールでも実行可能ですが、垂直方向の場合は事前曲げがはるかに面倒になります。 ほとんどの場合、プリベンドを必要とする多数のジョブを垂直ローリングすることは効率的ではありません。

材料の取り扱いの問題に加えて、製造業者は重力との戦いを避けるために (やはり、サポートされていない大きなシェルの反りを避けるために) 垂直ローリングを組み込んでいます。 しかし、操作中に、回転中にその形状を維持するのに十分な強度のプレートを回転させることだけが含まれる場合、そのプレートを垂直に回転させることはあまり意味がありません。

同様に、非対称のジョブ (楕円やその他の珍しい形状) は、多くの場合、必要に応じてオーバーヘッド サポートを備えた水平ロールで最もよく形成されます。 このような場合、サポートは重力によるたるみを防ぐだけではありません。 回転サイクルを通してワークをガイドし、ワークピースの非対称形状を維持するのに役立ちます。 このような作業を垂直方向に操作するという課題により、垂直ローリングの利点がすべて台無しになってしまう可能性があります。

同じ考え方がコーンローリングにも当てはまります。 コーンを回転させるには、ロール間の摩擦と、ロールの一方の端からもう一方の端までの異なる量の圧力が必要です。 円錐を垂直に回転させると、重力によってさらに複雑な操作が追加されます。 特殊なケースも存在するかもしれませんが、どう考えても、コーンを垂直に回転させるのは現実的ではありません。

3 ロールの幾何学変換マシンを垂直に使用することも、通常は現実的ではありません。 これらの機械では、下部の 2 つのロールが左右どちらかの方向に移動します。 トップロールは上下に調整可能です。 この調整により、これらの機械は複雑な形状を曲げたり、さまざまな厚さの材料を圧延したりすることができます。 ほとんどの場合、これらの利点は、垂直方向にローリングしても強化されません。

プレートロールを選択するときは、機械の生産用途を慎重かつ徹底的に調査し、考慮することが重要です。 垂直プレートロールは、従来の水平ロールに比べて機能が制限されていますが、適切な用途では重要な利点をもたらします。

水平型のプレート ロールと比較して、垂直型プレート ロールは通常、より基本的な設計、操作、および構造の特徴を備えています。 さらに、ロールは多くの場合、用途に対してオーバーサイズであるため、クラウニングを組み込む必要がなくなります (クラウニングが目前の作業に合わせて正しく調整されていない場合に、ワークピースにバレル効果や砂時計効果が発生します)。 アンコイラーと組み合わせると、ショップタンク全体に薄い材料が形成され、通常は直径 21 フィート 6 インチを超えません。 現場組立タンクのはるかに大きな直径の上部コースには、プレート生産では 3 以上の垂直溶接シームがあるのとは対照的に、1 つの垂直溶接シームしかない場合があります。

繰り返しますが、垂直回転の最大の利点は、薄い材料 (たとえば、1/4 または 5/16 インチまで) に対する重力の影響により、タンクまたは容器を垂直方向に構築する必要がある場合に発生します。 水平に生産すると、圧延部品の円形を保持するために補強リングまたは安定化リングの使用が強制されます。

垂直ロールの真の利点はマテリアルハンドリングの効率にあります。 シェルを操作する回数が減れば、損傷や再加工の可能性も減ります。 かつてないほど多忙を極める製薬業界からの需要が高まっているステンレスタンクを考えてみましょう。 乱暴に取り扱うと、外観上の問題が発生したり、さらに悪いことに不動態化層が破壊され、汚染された製品が生成される可能性があります。 垂直ロールは、切断、溶接、仕上げシステムと連携して動作するため、取り扱いの手間と汚染の可能性を減らすことができます。 これが起こると、製造業者は利益を得ることができます。