ロール成形

ロール成形は、roll-formingまたはrollformingとも綴られ、長い金属板(通常はコイル状の鋼板)を連続的に曲げて所望の断面形状にする圧延の一種です。金属板は連続したスタンドに取り付けられたロール群を通過し、各ロール群は所望の断面形状 (プロファイル) が得られるまで、曲げの増分部分のみを実行します。ロール成形は、長さが長く、大量に一定プロファイルの部品を製造するのに最適です。

さまざまな断面プロファイルを製造できますが、各プロファイルには慎重に作成されたロール ツール セットが必要です。ロールの設計は、プロファイル断面のシーケンスであるフラワー パターンから始まり、ロールの各スタンドに 1 つのプロファイルがあります。次に、フラワー パターン プロファイルからロールの輪郭が作成されます。ロール セットはコストが高いため、ロール設計の開発や検証、および成形プロセスの最適化にコンピューター シミュレーションがよく使用され、スタンドの数と最終製品の材料応力が最小限に抑えられます。

ロール成形されたセクションは、同様の形状の押し出し成形よりも優れている可能性があります。ロール成形された部品は、押し出し成形プロセスよりも軽量で、壁を薄くでき、冷間状態で加工硬化されるため強度が増します。部品は仕上げを施したり、塗装したりして製造できます。さらに、ロール成形プロセスは押し出し成形よりも迅速で、エネルギーも少なくて済みます。^{[1] [2]}

ロール成形機は、同じロールを使用してさまざまなサイズや材料の厚さの形状を製造できます。サイズの変更は、手動調整またはコンピューター制御によってロール間の距離を可変にすることで実現され、迅速な切り替えが可能になります。これらの専用ミルは、標準化されたプロファイルと厚さの金属スタッドとトラックが使用される軽量フレーム業界で広く使用されています。たとえば、1 つのミルで、さまざまなゲージ (例: 20 から 12 GA) の亜鉛メッキ鋼板から、さまざまなウェブ (例: 3-5/8 インチから 14 インチ)、フランジ (例: 1-3/8 インチから 2-1/2 インチ)、およびリップ (例: 3/8 インチから 5/8 インチ) の寸法の金属スタッドを製造できます。

ロール成形ラインは、連続操作で部品のパンチングと切断を行うために、複数の構成で設定できます。部品を長さに切断するために、単一のブランクがロールミルを通過するプレカットダイ、またはロール成形プロセスの後にプロファイルが切断されるポストカットダイを使用するようにラインを設定できます。ロール成形ラインでパンチングすることにより、穴、ノッチ、エンボス、またはせん断形状にフィーチャを追加できます。これらの部品フィーチャは、プレパンチアプリケーション (ロール成形の開始前)、ミッドラインパンチングアプリケーション (ロール成形ライン/プロセスの途中)、またはポストパンチングアプリケーション (ロール成形の完了後) で実行できます。一部のロール成形ラインでは、上記のパンチまたは切断アプリケーションのいずれか 1 つだけが組み込まれていますが、他のラインでは、1 つのラインでアプリケーションの一部またはすべてが組み込まれています。

ロール成形は、製造プロセスの中でも最も単純なものの 1 つです。通常は、幅 1 インチ (2.5 cm) ～ 20 インチ (51 cm)、厚さ 0.004 インチ (0.10 mm) ～ 0.125 インチ (3.2 mm) の大きな金属板コイルから始まり、アンコイラーで支えられます。ストリップはエントリ ガイドに通され、材料がミルのロールを通過するときに適切に位置合わせされます。各ロール セットは、材料が目的の形状になるまで曲げを形成します。ロール セットは通常、スタンドで支えられた 1 対の水平平行シャフトに重ねて取り付けられます。サイド ロールやクラスター ロールを使用すると、精度と柔軟性を高め、材料にかかる応力を抑えることもできます。成形されたストリップは、ロール成形ミルの前、ミル間、またはロール成形ラインの終了時に長さに合わせて切断できます。

形状の可能性は非常に広く、断面が均一であれば閉じた形状も含めることができます。一般的なシートの厚さは 0.004 インチ (0.10 mm) から 0.125 インチ (3.2 mm) の範囲ですが、これを超えることもあります。長さは、圧延プロセスによる影響をほとんど受けません。部品の幅は通常 1 インチ (2.5 cm) 未満ではありませんが、20 インチ (51 cm) を超えることもあります。主な制限はプロファイルの深さで、ロールによって生じる応力と深さとともに増加する表面速度差のため、通常は 4 インチ (10 cm) 未満に制限され、6 インチ (15 cm) を超えることはほとんどありません。

• 許容誤差は、断面形状の幅については±0.015インチ（0.38 mm）、深さについては±0.060インチ（1.5 mm）以内に抑えることができます。^[3]

生産速度は材料の厚さと曲げ半径に大きく依存しますが、必要なステーション数やステップ数によっても影響を受けます。厚さ 0.7 インチ (18 mm) の低炭素鋼の材料の厚さの 50 倍の曲げ半径の場合、8 ステーションで毎分 85 フィート (26 m/分)、12 ステーションで毎分 55 フィート (17 m/分)、または 22 ステーションで毎分 50 フィート (15 m/分) の範囲になります。

一つの製品が形を整えるのにかかる時間は、単純な関数t = (L + n⋅d) / Vで表すことができます。ここで、Lは成形される製品の長さ、nは成形スタンドの数、dはスタンド間の距離、Vはロールを通るストリップの速度です。^[3]

一般的に、ロール成形ラインは、用途に応じて毎分 5 ～ 500 フィート (毎分 1.5 ～ 152.4 メートル) 以上の速度で稼働します。場合によっては、パンチングまたはカットオフの用途が制限要因となることもあります。

製造に取り組む際に考慮すべき事項としては、たとえば潤滑、プロセスが材料特性に与える影響、コスト、そしてもちろん安全性などがあります。

潤滑は、ロールダイスとワークピースの表面の間に不可欠なバリアを提供します。ツールの摩耗を減らし、作業のスピードを上げます。この表は、潤滑剤の種類、その用途、および潤滑剤を使用するのに最適な金属を示しています。

このプロセスが材料の特性に与える影響は最小限です。^{[説明が必要]}物理的および化学的特性は実質的に変化しませんが、材料の機械的特性について言えば、このプロセスによって加工硬化、微小亀裂、または曲げ部分の薄化が発生する可能性があります。

ロール成形のコストは比較的低い。プロセスのコストを計算する際には、セットアップ時間、設備およびツールのコスト、積み込み/積み下ろし時間、直接労働率、間接費率、設備およびツールの償却などを考慮する必要がある。
このプロセスでは安全性も少し問題となる。考慮する必要がある主な危険は、移動するワークピース（最大毎分 800 フィート（240 m/分））、高圧ロール、または鋭く切断された金属エッジの取り扱いである。^[3]

• 板金
• スキンパス
• 構造形状の圧延
• チューブビーディング
• ロール曲げ
• 引き出しスライドロール成形機

• ハルモス、ジョージ T. ロール成形ハンドブック、CRC プレス、2005 年。ISBN 0-8247-9563-6 
• Dobrev, Atanas、George T. Halmos (1993)。「21 世紀に向けたロール成形」。製造技術者協会。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
• トッド、ロバート (1994)。製造プロセスリファレンスガイド。ニューヨーク：インダストリアルプレス社。ISBN 0-8311-3049-0。