説明

押出プレス及び押出プレスの制御方法

【課題】押出工程における油圧ポンプ及び油圧ポンプを駆動する電動機及びポンプを効率の良い状態で運転するとともにポンプの運転台数を削減して、エネルギーの消費が少ない押出プレス及び押出制御方法を提供すること。
【解決手段】油圧ポンプの吐出量を制限して圧力を優先する制御部及び油圧ポンプの圧力を制限して吐出量を優先する制御部を備えて、圧力の優先制御で一本目を押出と共に押出時の負荷圧力を検出し、該検出した圧力に応じて前記いずれかの制御部を選択して油圧ポンプを駆動する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム合金などを押出成形するための押出プレス及び押出プレスの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、金属材料、例えば、アルミニウム又はその合金材料などによる押出材(ビレット)を押出プレスにより押出す場合、油圧シリンダで駆動されるメインラムの先端部にステムが取付けられており、ダイスにコンテナを押し付けた状態で、ビレットをステムでコンテナ内に収納する。そして、メインラムをさらに油圧シリンダの駆動により前進させることにより、ビレットがステムにて押圧される。そこで、ダイスの出口部から、成形された製品が押出される。
【0003】
この従来型の押出プレスでは、並列に接続された複数台の可変容量型の油圧ポンプから押出プレスの各油圧シリンダに高圧油を供給して押出プレスを作動させている。そして、例えばメインラムを駆動するメインシリンダへの圧油の供給は、ステムの作動速度設定器で設定された設定値に基づいて必要油量を求め、その必要油量が可変容量型油圧ポンプ1台分の最大吐出量以下の場合は、可変容量型油圧ポンプ1台を駆動して同ポンプから吐出油によって必要油量を供給するように流量制御するとともに、残りの可変容量型油圧ポンプを停止させる。また、必要油量が可変容量型油圧ポンプ1台乃至数台分の最大吐出量より多いときは、最大吐出状態又はそれに近い値で駆動した1乃至複数台の可変容量型油圧ポンプからの吐出油と、その不足分を補うように可変吐出状態で駆動した1台の可変容量型油圧ポンプからの吐出油とによって必要油量を供給するように流量制御すると共に、残りの可変容量型油圧ポンプを停止させる。
【0004】
さらに、必要油量が連続的に変化する場合は、前記可変容量型油圧ポンプを順次駆動して必要油量を連続的に供給し、且つ、そのつなぎの部分で先に駆動した可変容量型油圧ポンプが最大吐出量となる以前に次の可変容量型油圧ポンプを駆動すると共に、必要油量の変化に応じて先に駆動した可変容量型油圧ポンプの吐出量と、新たに駆動した可変容量型油圧ポンプの吐出量とを同時に可変制御して必要油量を連続的に供給するようにしている。(特許文献1参照)
【0005】
ところで、前述した従来型の押出プレスに用いる可変容量型油圧ポンプは、ポンプ仕様値の最大吐出量又はそれに近い値で前記押出プレスの仕様最大押出力となる吐出圧力が得られるように設定して、制御されている。このように設定された可変容量型油圧ポンプでは、負荷圧力が低い場合であっても可変容量型油圧ポンプ1台分の吐出量を増大させるように制御することができない。図6に、従来の押出プレスに用いる可変容量型油圧ポンプで設定された吐出圧力と吐出量との関係を示す。
そして、製品押出時の押出速度やメインシンリンダに作用する負荷圧力は押出プレス仕様の最大値で用いられることは少なく、最大値の70%〜80%の範囲で使用されることが一般的である。このため、負荷圧力が小さいにも拘らず駆動される可変容量型油圧ポンプの台数は設定された押出速度によって一義的に決定される。
【0006】
例えば、1台の最大吐出量が同一である可変容量型油圧ポンプ3台で構成した押出プレスを用い、押出速度を75%に設定したときは、3台のポンプを駆動することになり、1台目と2台目のポンプは最大吐出量で運転される。しかし、3台目のポンプは最大吐出量の凡そ25%程度で運転されることから、3台目の可変容量型油圧ポンプ及び可変容量型油圧ポンプを駆動する電動機は駆動時の効率が悪く、押出工程時に無駄な電力を消費するといった問題があった。
一方、例えば1台の最大吐出量が同一である可変容量型油圧ポンプ4台で構成した押出プレスを用い、押出速度を75%に設定したときは、3台の可変容量型油圧ポンプは最大吐出量で駆動され、4台目の可変容量型油圧ポンプはアンロードの状態となる。しかし、押出速度を設定80%に設定したときは、4台目の可変容量型油圧ポンプは最大吐出量の凡そ20%程度で駆動されることになり、4台目の可変容量型油圧ポンプ及び可変容量型油圧ポンプを駆動する電動機は駆動時の効率が悪く、押出工程時に無駄な電力を消費する。
以上のように従来技術では、押出プレスの特定の押出速度設定範囲において、可変容量型油圧ポンプ及び可変容量型油圧ポンプを駆動する電動機を効率の良い状態で運転することができず、押出工程時に無駄な電力を消費していた。
【特許文献1】特公平2−58482号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、その目的は、押出工程における油圧ポンプ及び油圧ポンプを駆動する電動機及びポンプを効率の良い状態で運転するとともにポンプの運転台数を削減して、エネルギーの消費が少ない押出プレス及び押出制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の目的を達成するため、本発明の請求項1に係る押出プレスは、複数台の可変容量型の油圧ポンプが並列に接続され押出プレスの油圧シリンダに作動油を供給し、予め設定した作動速度に基づき油圧ポンプの必要吐出量を求めて前記油圧ポンプを選択的に駆動する押出プレスにおいて、前記押出プレスの制御装置は、油圧回路の最大圧力値(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出して求めた吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御部と、油圧回路の最大吐出量(Qmax)と、該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出して求めた圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御部と、押出時の最大負荷圧力値(P2)を検出する負荷圧力検出部と、該検出した最大負荷圧力値(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算する演算部と、を備え、一本目の押出は前記圧力優先制御部により前記油圧ポンプの吐出量を制御して行うとともに、前記検出した最大負荷圧力値(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算し、二本目以降の押出は前記演算した差圧に基づき前記圧力優先制御部又は前記吐出量優先制御部のいずれかを選択し、前記押出プレスの作動速度に基づき選択的に前記油圧ポンプを駆動するとともに、前記油圧ポンプの必要吐出量を制御することを特徴としている。
【0009】
本発明の請求項2に係る押出プレスの制御方法は、複数台の可変容量型の油圧ポンプが並列に接続され押出プレスの油圧シリンダに作動油を供給し、予め設定した作動速度に基づきポンプの必要吐出量を求めて前記油圧ポンプを選択的に駆動する押出プレスの制御方法において、油圧回路の最大設定圧力(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出した吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御と、油圧回路の最大吐出量(Qmax)と該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出した圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御とを選択的に用い、一本目の押出は前記圧力優先制御で前記油圧ポンプの必要吐出量を制御して行い、押出時の最大負荷圧力(P2)を検出するとともに、該検出した最大負荷圧力(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算し、二本目以降の押出は、前記演算した差圧が零(0)又はプラスのときは前記圧力優先制御により前記油圧ポンプの吐出量を制御し、前記演算した差圧がマイナスのときは前記吐出量優先制御により前記油圧ポンプの必要吐出量を制御する特徴としている。
【発明の効果】
【0010】
以上のように、請求項1に係る押出プレスでは、制御装置に油圧回路の最大圧力値(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出して求めた吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御部と、油圧回路の最大吐出量(Qmax)と、該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出して求めた圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御部と、を備えた。そして、前記押出プレスの作動速度設定値に基づき前記油圧ポンプを選択的に駆動するとともに、前記油圧ポンプの必要吐出量を制御することとした。
このため、特定の押出速度の設定範囲においてポンプの駆動台数を削減することができる。さらに、油圧ポンプ及び油圧ポンプを駆動する電動機の駆動時の効率が改善され、押出工程時の無駄な電力を削減することができる。
【0011】
また、一本目の押出時に負荷圧力を検出するとともに基準となる設定圧力値との差圧を演算し、該演算結果に基づいて油圧ポンプの制御回路を選択するので、煩わしい運転操作を行うことなくエネルギー量を削減した押出を行うことができる。
【0012】
請求項2に係る押出プレスの制御方法では、油圧回路の最大設定圧力(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出した吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御と、油圧回路の最大吐出量(Qmax)と該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出した圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御とを選択的に用い、一本目の押出は前記圧力優先制御で前記油圧ポンプの吐出量を制御して行い、押出時の最大負荷圧力(P2)を検出するとともに、該検出した最大負荷圧力(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算し、二本目以降の押出は、前記演算した差圧が零(0)又はプラスのときは前記圧力優先制御により前記油圧ポンプの必要吐出量を制御し、前記演算した差圧がマイナスのときは前記吐出量優先制御により前記油圧ポンプの必要吐出量を制御することとした。
このため、特定の押出速度の設定範囲においてポンプの駆動台数を削減することができる。さらに、油圧ポンプ及び油圧ポンプを駆動する電動機の駆動時の効率が改善され、押出工程時の無駄な電力を削減することができる。
【0013】
また、一本目の押出時に負荷圧力を検出するとともに基準となる設定圧力値との差圧を演算し、該演算結果に基づいて油圧ポンプの制御回路を選択するので、煩わしい運転操作を行うことなくエネルギー量を削減した押出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下に、本発明の押出プレス及び押出プレスの制御方法の実施形態を、図面を参照して説明する。
【0015】
図1は実施形態に係る押出プレスの油圧回路と制御系統の説明図である。図に示す10A〜10Cは可変容量型油圧ポンプ、11A〜11Cは油圧ポンプを駆動する電動機である。12A〜12Cは可変容量型油圧ポンプの吐出量制御手段で、流量制御信号によってポンプの傾転角を制御し吐出量を調整する。そして、いずれの可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cも同一仕様で構成されている。13は油圧回路を構成する各機器等にパイロット圧力を供給する定吐出型の油圧ポンプである。
14A〜14Cは各可変容量型油圧ポンプのアンロードとオンロードを切替るための電磁式切替弁、15は油圧回路の圧力を設定するリリーフ弁である。電磁式切替弁16がメインシリンダ20に圧油を供給するように配されている。サイドシリンダ21には電磁式切替弁17を介して圧油が供給され、押出ステム22を進退自在に移動させる。
符号18は、押出時の負荷圧力を検出するための圧力検出センサを示している。
【0016】
図1の油圧回路は制御装置31により制御される。制御装置31は、ビレット押出時の最大負荷圧力値(P2)が圧力検出センサ18の検出信号として入力される圧力検出部32と、該検出した最大負荷圧力(P2)とポンプ吐出設定圧力(P1)との差圧を演算する演算部33と、圧力優先制御部34と、吐出優先制御部35と、ポンプ制御部36及び押出プレスの作動速度を設定する速度設定部37とで基本構成されている。そして、予め速度設定部37に設定された速度設定値に応じてポンプ制御部36の出力信号が各油圧機器に出力されるとともに、可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cの吐出量を調整して必要量を押出プレスに供給する。
【0017】
図2に可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cで設定した吐出圧力と吐出量との関係を示す。図に示すように、圧力優先制御において圧力と流量の最大値は、押出回路の最大圧力値(Pmax)と可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cを駆動する電動機11A〜11Cの定格負荷容量から算出した吐出量(Q1)で設定されている。また、吐出量優先制御において圧力と流量の最大値は、可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cの最大吐出量(Qmax)と電動機11A〜11Cの定格負荷容量から算出して求めた圧力値(P1)で設定されている。
破線で示す曲線は可変容量型油圧ポンプ10A〜10Cを駆動する電動機11A〜11Cの定格動力を示し、何れの制御においても電動機の最大負荷は同一となる可変容量型油圧ポンプの吐出量と吐出圧力の組み合わせとなる。本実施形態においては、好ましい値としてP1x1.2=Pmax、Q1x1.2=Qmaxの関係とした。
【0018】
図3に押出プレスの作動速度とポンプオンロードの関係を示す。図1に示す油圧回路における各可変容量型油圧ポンプのオンロード及びアンロードのタイミング(選択閾値)が、圧力優先制御では図3(a)の如く、吐出量優先制御では図3(b)の如く制御される。
図3(a)に示すように、3台のポンプ吐出量の総計が作動速度の100%(Q1の3倍)であり、各可変容量型油圧ポンプはそれぞれ3分の1を負担する。そして、圧力優先制御において可変容量型油圧ポンプのオンロード及びアンロードの選択閾値は、2台目が33.3%、3台目が66,6%となる。
図3(b)は吐出量優先制御を示し、可変容量型油圧ポンプの吐出量を圧力優先制御の120%(Qmax=1.2xQ1)に設定した。従って、吐出量優先制御において可変容量型油圧ポンプのオンロード及びアンロードの選択閾値は、2台目が40.0%、3台目が80.0%となる。なお、吐出量優先制御における可変容量型油圧ポンプ吐出量の総計は、前述した圧力優先制御と同量(Q1の3倍)である。
【0019】
図4に制御回路とポンプオンロードの関係を示す。図に示すように圧力優先制御において可変容量型油圧ポンプ10Bは33.3%の作動速度の設定値でオンロードするが、吐出量優先制御においては40%の作動速度の設定値でオンロードとなる。同様に可変容量型油圧ポンプ10Cは66.6%が80%に変更となり、例えば、押出速度の設定を75%とした場合、圧力優先制御では可変容量型油圧ポンプを3台必要とするが、吐出優先制御では可変容量型油圧ポンプを2台しか必要としない。
このように吐出量優先制御においては、可変容量型油圧ポンプ1台あたりの吐出量を増やし、同じ作動速度の設定値であっても、(例えば速度設定値67%から79%の範囲において、)吐出量優先制御に比べ駆動する可変容量型油圧ポンプ台数を少なくすることができる。
【0020】
次に、図5を参照して制御の選択フローについて説明する。本発明における押出プレスの作動工程は公知であり詳細な説明は省略する。
押出スタート(ステップ101)に先立ち予め押出速度等の諸条件を制御装置31の速度設定部37に設定する。メインシリンダ20及びサイドシリンダ21に圧油を供給し、ステム22が前進移動して一本目のビレットが押圧され押出材が押出される。このときの押出制御は圧力優先制御により行われる(ステップ102)。
一本目のビレット押出時の最大負荷圧力値(P2)を圧力センサ18で検出し、検出信号が圧力検出部32に送られる(ステップ103)。予め設定された圧力値(P1)との差圧を演算部33で演算するとともに、押出を継続して一本目の押出が終了する(ステップ104)。
【0021】
次いで、公知の工程を経て二本目の押出が開始されるが、前述した差圧の演算において、差圧が零(0)又はプラス、即ち検出した負荷圧力値(P2)が圧力値(P1)と同じ又は大きいときは前記圧力優先制御で油圧ポンプの吐出量を制御して押出を行い(ステップ111)、所定の押出本数N本の押出が完了するまで運転をN−1回繰り返して押出が終了する(ステップ112)。
演算した差圧がマイナス、即ち検出した負荷圧力値(P2)が圧力値(P1)より小さいときは吐出量優先制御で前記油圧ポンプの吐出量を制御して押出を行い(ステップ121)、所定の押出本数N本の押出が完了するまで運転をN−1回繰り返して押出が終了する(ステップ122)。
【0022】
可変吐出型油圧ポンプを6台用いる場合のポンプ選択閾値は以下のようになる。即ち、圧力優先制御における1台あたりのポンプ吐出量は全体の6分の1を負担し、閾値は2台目が16.66%、3台目が33.33%、以降ポンプ台数の整数倍として設定され6台目は83.3%であり、各閾値でポンプはオンロードされる。吐出量優先回路においては、ポンプ吐出量を圧力優先回路の1.2倍と設定したので、閾値は2台目が20%、3台目が40%、以降ポンプ整数倍として設定され5台目の閾値は80%となる。このため、6台目の可変吐出型油圧ポンプを駆動することなくメインシリンダ及びサイドシリンダに供給する必要油量を確保することができる。
【0023】
例えば前述した速度設定値67%から79%の範囲において従来では5台の可変吐出型油圧ポンプを駆動する必要であったが、吐出量優先回路による押出プレスの制御を用いた本発明においては4台の油圧ポンプを駆動することで押出が可能であり、油圧ポンプ2台をアンロード状態とすることができる。このため、エネルギーの消費が少ない押出プレス及び押出制御方法とすることができる。
【0024】
本発明の実施の形態において、一本目の押出における負荷圧力を検出して二本目以降の押出制御手段を選択してポンプ吐出量を制御することとしたが、予め押出時の負荷圧力が明確な場合においては、負荷圧力の検出と基準値との差圧の演算を行わず負荷に応じた制御手段で押出を行う回路構成であっても良い。
また、吐出量優先制御で押出を行うに際して、駆動しない可変吐出型油圧油圧ポンプをアンロード状態で保持することなく可変吐出型油圧ポンプを駆動する電動機を停止させ、押出工程完了直前の所定のタイミングで再起動する手段が制御装置に設けられることは好ましい。
【0025】
また、前記電動機を停止する制御に替えて、可変吐出型油圧ポンプを駆動する電動機にサーボモータを備え、該電動機の回転速度を変更する制御手段によってポンプのオンロード及びアンロードが行われる構成であっても良い。
実施の形態において、可変吐出型油圧ポンプ3台及び6台を用いた構成で説明したが、使用する可変吐出型油圧ポンプの台数はこれに限るものではなく、2台を含む複数台で構成されても良い。
【0026】
以上説明したように、可変吐出型油圧ポンプを駆動する電動機の負荷容量を変更することなく押出プレスの負荷状況に応じて可変吐出型油圧ポンプの吐出量を変更することができる制御手段を設けたので、押出工程における可変吐出型油圧ポンプ及び油圧ポンプを駆動する電動機を効率の良い状態で運転するとともに、可変吐出型油圧ポンプの駆動台数を削減して、エネルギーの消費を少なくした押出プレス及び押出プレスの制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明の押出プレスの油圧回路と制御系統を説明する図面である。
【図2】本発明の可変吐出型油圧ポンプの吐出圧力と吐出量の関係を説明する図面である。
【図3】本発明の押出プレスの作動速度とポンプオンロード閾値との関係を示す説明図であり、図3(a)は圧力優先制御を、図3(b)は吐出量優先制御を示す。
【図4】本発明の圧力優先制御と吐出量優先制御におけるポンプオンロード閾値の違いを説明する図面である。
【図5】本発明の押出プレスの動作を説明するフローチャートである。
【図6】従来の可変吐出型油圧ポンプ吐出圧力と吐出量の関係を説明する図面である。
【符号の説明】
【0028】
10A〜10C 可変吐出型油圧ポンプ
11A〜11C 電動機
12A〜12C 吐出量制御手段
14A〜14C 電磁式切替弁
15 リリーフ弁
18 圧力検出センンサ
20 メインシリンダ
21 サイドシリンダ
31 制御装置
32 圧力検出部
33 演算部
34 圧力優先制御部
35 吐出量優先制御部
36 ポンプ制御部
37 速度設定部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数台の可変容量型の油圧ポンプが並列に接続され押出プレスの油圧シリンダに作動油を供給し、予め設定した作動速度に基づき油圧ポンプの必要吐出量を求めて前記油圧ポンプを選択的に駆動する押出プレスにおいて、
前記押出プレスの制御装置は、油圧回路の最大圧力値(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出して求めた吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御部と、
油圧回路の最大吐出量(Qmax)と、該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出して求めた圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御部と、
押出時の最大負荷圧力値(P2)を検出する負荷圧力検出部と、
該検出した最大負荷圧力値(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算する演算部と、を備え、
一本目の押出は前記圧力優先制御部により前記油圧ポンプの吐出量を制御して行うとともに、前記検出した最大負荷圧力値(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算し、
二本目以降の押出は前記演算した差圧に基づき前記圧力優先制御部又は前記吐出量優先制御部のいずれかを選択し、
前記押出プレスの作動速度に基づき選択的に前記油圧ポンプを駆動するとともに、前記油圧ポンプの必要吐出量を制御することを特徴とする押出プレス。
【請求項2】
複数台の可変容量型の油圧ポンプが並列に接続され押出プレスの油圧シリンダに作動油を供給し、予め設定した作動速度に基づきポンプの必要吐出量を求めて前記油圧ポンプを選択的に駆動する押出プレスの制御方法において、
油圧回路の最大設定圧力(Pmax)と、該最大圧力値(Pmax)と前記油圧ポンプを駆動する電動機の定格負荷容量から算出した吐出量(Q1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する圧力優先制御と、
油圧回路の最大吐出量(Qmax)と該最大吐出量(Qmax)と前記電動機の定格負荷容量から算出した圧力値(P1)とが設定されて前記油圧ポンプを制御する吐出量優先制御とを選択的に用い、
一本目の押出は前記圧力優先制御で前記油圧ポンプの必要吐出量を制御して行い、押出時の最大負荷圧力(P2)を検出するとともに、該検出した最大負荷圧力(P2)と前記圧力値(P1)との差圧を演算し、
二本目以降の押出は、前記演算した差圧が零(0)又はプラスのときは前記圧力優先制御により前記油圧ポンプの吐出量を制御し、
前記演算した差圧がマイナスのときは前記吐出量優先制御により前記油圧ポンプの必要吐出量を制御することを特徴とする押出プレスの制御方法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate


【公開番号】特開2009−22993(P2009−22993A)
【公開日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−190354(P2007−190354)
【出願日】平成19年7月23日(2007.7.23)
【出願人】(300041192)宇部興産機械株式会社 (268)
【Fターム(参考)】