管板加工工場の機械におけるプレス加工の技術的専門的分析

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管板とは、円形の鋼板に管の外径よりわずかに大きい穴を開け、管を通して溶接して固定する役割を持つ部品です。 固定式管板の計算において、温度差のあるさまざまな運転条件でケーシングの軸方向応力、熱交換管の軸方向応力、および熱交換管と管板との間の引き剥がし力qを算出した際、これらのうちいずれか一つでも強度（または安定性）条件を満たさない場合は、伸縮継手を設置する必要がある。固定式管板の強度検算計算において、管板の厚さが決定された後、伸縮継手を設けない場合、時として管板の強度が不足することがあるが、伸縮継手を設けると管板の厚さで要件を満たすことができる。この場合、管板を薄くするために伸縮継手を設置することもできるが、材料消費量、製造の難易度、安全性、経済的効果などを総合的に評価して決定する必要がある。 固定管板式熱交換器でよく使用されるのはU字型伸縮継手で、構造がコンパクトでシンプル、補償性能に優れ、価格も安いといった利点があります。 管板の加工精度、特に管孔間隔や管径の公差、垂直度、表面粗さは、上記の化学装置の組み立ておよび使用性能に大きな影響を与えます。化学プラントの設備や発電所が大型化するにつれて、その管板の直径もますます大きくなっており、直径4m～5mの管板はよく見られる。大型管板の特徴は、管孔の数が多くて密であり、孔径が小さく深く、精度と表面の滑らかさに高い要求があることです。 第3種および第4種の圧力容器に使用される管板には、高い精度が求められる。従来の穴あけ方法は、大工による線引きとロッキングアームドリルによる穴あけである。化学プラントの容器が大型化するにつれて、管板の直径も増加し、厚さも徐々に厚くなっている。また、管板の加工には数値制御技術が導入され、数値制御ドリルマシンを用いて穴を開け、その後アームドリルで加工が行われている。マシニングセンターを用いた高効率かつ高精度な穴加工も、徐々に一部の大企業に受け入れられている。原子力発電、海水淡水化、および中央空調用熱交換器の分野において、大型で厚肉の管板への需要はますます高まる傾向にある。 実際の生産においては、成形工程に類似したプロセス試験、例えば引き抜き性能試験や膨張成形性能試験などを用いて材料の成形性能を評価し、完成品の品質と高い合格率を確保します。 プレス加工とは、プレス機と金型を用いて板、帯、管、型材などに外力を加え、塑性変形や分離を起こさせることで、所望の形状や寸法の部品（プレス部品）を得る成形加工方法です。プレス加工と鍛造はどちらも塑性加工（または圧力加工）に分類され、合わせて鍛造加工と呼ばれる。プレス用の材料は、主に熱間圧延および冷間圧延された鋼板と鋼帯です。 プレス部品は、鋳造品や鍛造品と比べて、薄く、均一で、軽く、強いという特徴があります。プレス加工により、他の方法では製造が困難な、補強リブや肋、凹凸、またはフランジを備えた部品を作成でき、剛性を高めることができる。精密な金型を使用するため、ワークの精度はマイクロメートル級に達し、繰り返し精度が高く仕様も均一で、穴や突起などをプレス加工することができます。 冷間圧延部品は、一般的にはもはや切削加工を行わないか、あるいはわずかな切削加工のみが必要である。熱間プレス部品の精度と表面状態は冷間プレス部品に劣るが、鋳造品や鍛造品よりは優れており、切削加工量も少ない。 プレス加工は効率的な生産方法であり、複合金型、特に多工程シングルステージ金型を使用することで、1台のプレス機上で複数のプレス工程を行うことができ、材料の巻き取りから矯正、切断、成形、仕上げまでの全自動生産を実現できる。生産効率が高く、労働環境も良く、生産コストも低いため、通常は1分間に数百個を生産できる。 工程別に分類すると、分離工程と成形工程の2つの大きなカテゴリーに分けられる。分離工程は打ち抜きとも呼ばれ、その目的は、プレス部品を一定の輪郭線に沿って板材から分離させると同時に、分離面の品質要件を満たすことです。成形工程の目的は、板材が破損することなく塑性変形を起こし、所望の形状および寸法の部品を作成することです。実際の生産では、一つのワークに複数の工程が組み合わせて適用されることがよくあります。打ち抜き、曲げ、せん断、押し出し、膨張成形、旋圧、矯正は、主なプレス加工の数種類です。 プレス用板材の表面および内部特性は、プレス成形品の品質に大きな影響を与える。そのため、プレス用材料は厚さが正確で均一であること、表面が滑らかで斑点や傷、擦り傷、表面の亀裂がないこと、降伏強度が均一で明らかな方向性がないこと、均一な伸び率が高いこと、降伏強度比が低いこと、加工硬化性が低いことが求められる。 プレス機器は、厚板の水圧プレスによる成形を除き、一般的には機械式プレスが使用される。現代の高速多工程式機械プレスを中心に、開巻機、矯正機、完成品集積・搬送用機器、金型ラック、迅速な金型交換装置などを配置し、コンピュータプログラムによって制御することで、高生産性の自動プレス三次元生産ラインを構築することができる。