JP2006088178A - パイプの曲げ加工装置および方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 回転引き曲げにより比較的大きな曲げ半径に曲げ加工中の薄肉パイプの曲げ内側にしわを発生させない簡素な装置構成のパイプの曲げ加工装置および方法を提供する。
【解決手段】 パイプＷの曲げ形状に対応した溝２Ｕをもつ回転可能な曲げ型２と、パイプの一端部を前記曲げ型に固定するクランプ８と、パイプの曲げ形状に対応した溝３Ｕをもち該溝と曲げ型の溝とでパイプを挟持してパイプの軸方向に移動可能な押し型３と、押し型を曲げ型に向けて加圧する加圧手段（加圧用アクチュエータ４）に加え、パイプの他端部を掴んで管軸引張荷重を付加可能な引張手段（チャック６、引張用アクチュエータ５）を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パイプの曲げ加工装置および方法に関し、詳しくは回転引き曲げによるパイプの曲げ加工装置および方法に関する。

回転引き曲げでは、一般に、パイプの曲げ形状に対応した溝をもつ回転可能な曲げ型と、パイプの一部を前記曲げ型に固定するクランプと、パイプの曲げ形状に対応した溝をもち該溝と前記曲げ型の溝とでパイプを挟持してパイプの軸方向に移動可能な押し型と、該押し型を前記曲げ型に向けて加圧する加圧手段とを有する曲げ加工装置が使用される。

この類の曲げ加工装置では、曲げ内側のしわ発生を抑制するために、曲げ型に接触する直前のパイプの曲げ内側になる部位に当接させるワイパーを設けることが知られている（特許文献１）。また、小半径に曲げる際の減肉を抑制するために、押し型をパイプ軸方向にパイプとの滑りなく移動させてパイプに軸方向の圧縮力を付加する手段が知られている（特許文献１、２）。
特開平２−２９０６２２号公報 特開平３−８１０１９号公報

しかしながら、上記従来の曲げ加工装置では、曲げ内側のしわ発生を抑制するためにワイパーを設けるか、あるいは、押し型を曲げ型に向けて加圧する加圧手段以外に押し型をパイプ軸方向に移動させる駆動手段を設け、この駆動手段により曲げ加工の途中でパイプ軸方向の圧縮力を変化させる必要があり、装置が複雑になる問題があった。ワイパーなしでパイプの軸方向の圧縮力を変えずに、薄肉パイプ（とくに肉厚対外径の比ｔ/Ｄが０．０３以下のもの）を曲げ加工すると、曲げ半径Ｒが、例えば６００ｍｍ程度以上であるような、比較的大きい場合でも、曲げ内側（曲げ内周部側）にしわが発生する。

本発明は、この問題を解決し、回転引き曲げにより比較的大きな曲げ半径に曲げ加工中の薄肉パイプの曲げ内側にしわを発生させない簡素な装置構成のパイプの曲げ加工装置および方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、パイプの曲げ加工部（すなわち、曲げ型に倣わせようとする部分）に絞り加工（縮径加工）を施すと共に、パイプに該パイプの軸方向（管軸方向）張力を付与することにより、曲げ内側のしわ発生を抑制できることを見出し、本発明をなした。

すなわち、本発明は、パイプの曲げ形状に対応した溝をもつ回転可能な曲げ型と、前記パイプの一端部を前記曲げ型に固定するクランプと、前記パイプの曲げ形状に対応した溝をもち該溝と前記曲げ型の溝とで前記パイプを挟持して該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、該押し型を前記曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、前記パイプの他端部を掴んで管軸引張荷重を付加可能な引張手段とを有するパイプの曲げ加工装置である。この装置（本発明装置）では、曲げ型の溝の弧長と押し型の溝の弧長の和が、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいものが好ましい。

また、本発明は、上記本発明装置を用い、前記曲げ型と前記押し型の溝間にパイプを挟持して前記加圧手段で加圧して曲げ加工部を絞り加工すると同時に前記引張手段で管軸引張荷重を付加しながら回転引き曲げ加工することを特徴とするパイプの曲げ加工方法である。この方法（本発明方法）では、前記管軸引張荷重を下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、前記絞り加工を下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように施すことが好ましい。

記
管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。

本発明装置によれば、パイプの曲げ加工部に絞り（縮径）加工と管軸方向張力とを同時に付与しながら曲げ加工を行うことができ、本発明装置を用いて管軸方向張力を付与しながら回転引き曲げと絞りの組み合わさった加工を施す本発明方法によれば、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。

図１は、本発明装置の一例を示す平面図であり、曲げ加工開始前の状態を示している。この装置では、装置台１上に略四分円形状の曲げ型２が回転軸２Ａで回転可能に軸支され、回転軸２Ａの回転はギアチェーン等を介して油圧シリンダからなる回転用アクチュエータ１０で付勢される。曲げ型２の曲り形状部（パイプＷを倣わせる部位）にはパイプの曲げ形状に対応した溝２Ｕが設けられている。

また、回転軸２Ａにはクランプフレーム９が回転可能に軸支され、クランプフレーム９にはパイプＷの先端部（曲げ加工の開始端部）を押し型３の曲り始端部に固定するためのクランプ８が設けられている。

また、パイプＷの曲げ反力を受けるレール状の押し型３が、クランプフレーム９の初期位置との隣接位置に配置され、ダンパーレールガイド７でパイプＷの未曲げ部の軸方向に移動可能に支持されている。押し型３のパイプＷ対面側にはパイプＷの曲げ形状に対応した溝３Ｕが設けられている。ダンパーレールガイド７には、押し型３を曲げ型２に向かう方向（図１ではＹ方向）に加圧する加圧手段として油圧シリンダからなる加圧用アクチュエータ４が装着されている。なお、初期位置のクランプフレーム９との位置の取り合いの関係上、加圧用アクチュエータ４の加圧軸の延長線は回転軸２Ａを通らず、回転軸２Ａからいくぶん離れた位置を通る。

ここまでの構成は従来と同様であるが、本発明装置では従来にない引張手段を有する。この引張手段として、図１の例では、管軸方向をＹ方向と直交するＸ方向に平行させてセットされたパイプＷの後端部（曲げ加工の終了端部）をチャック６で掴んで油圧シリンダからなる引張用アクチュエータ５で管軸引張荷重を付加可能に構成したものを装置台１に配設した。

この引張手段により、回転引き曲げ加工中のパイプＷに管軸方向張力を付与することができ、また、加圧用アクチュエータ４の加圧により曲げ加工部に絞り加工を付加できて、ワイパーを用いなくても、曲げ内側のしわ発生を抑制することができる。

もっとも、溝２Ｕ、３Ｕの弧長の和が素管周長以上であると、パイプの曲げ加工部に十分な絞り加工を付与するのが難しくなるから、溝２Ｕ、３Ｕの弧長の和は、素管周長未満とするのが好ましい。

図１に示した本発明装置の例を用いて回転引き曲げ加工を行うには、まず、パイプＷを図１のように管軸方向をＸ方向と平行にしてセットし、クランプ８でパイプＷの先端部を押し型３の曲り始端部に固定する。次に、パイプＷの後端部をチャック６で掴む。なお、引張用アクチュエータ５は、曲げ加工中のパイプＷに所定の管軸引張荷重が加わるように予め油圧を調整しておく。次に、加圧用アクチュエータ４の油圧を調整し、曲げ型２と押し型３とで挟まれたパイプＷに所定の加圧力を作用させる。次に回転用アクチュエータ１０を作動させ、曲げ型２を時計回りに回転させる。

この回転に伴い、クランプフレーム９も同期回転し、先端部をクランプ８で曲げ型２に固定されているパイプＷは、曲げ型２の曲り形状に倣って曲げ加工される。パイプＷに押し付けられている押し型３は、その溝３Ｕと押し型３の溝２ＵとでパイプＷを挟圧することにより生じる管周方向の加圧力でパイプＷを縮径させながら左方向に直進移動する。このとき、パイプＷには引張用アクチュエータ５からの管軸引張荷重により管軸方向張力が発生している。すなわち、曲げ加工部は、絞り加工と管軸方向張力を同時に受けながら回転引き曲げ加工される。

上記のように、本発明方法によれば、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。このとき、管軸引張荷重を、下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、かつ、絞り加工を、下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように付加すると、しわ発生抑止効果がさらに顕著となるため好ましい。

記
管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。

もっとも、管軸方向張力比が１．０超となるように管軸引張荷重を付加しようとすると、該荷重を付加する動力源としての例えば油圧シリンダ等の能力を含め大規模な設備が必要となるため、管軸方向張力比は１．０以下とするのが好ましい。

また、３．０％を超える大きな曲げ部周長絞り率を得ようとすると、過大な加圧力を要して装置が大規模化し、しかも、上述のように加圧用アクチュエータ４の加圧軸の延長線が曲げ型２の回転軸２Ａを通らない本発明装置の構造では、曲げ型２に過大な曲げモーメントが作用して曲げ型２の破損の危険性もあって現実的でないため、曲げ部周長絞り率は３．０％以下とするのが好ましい。

なお、本発明方法では、パイプの偏平化を抑制するために、パイプの内面側にマンドレル（芯金）を設置して曲げ加工を行ってもよい。

図１に例示した形態の本発明装置を用い、表１に示す対象パイプに表１に示す条件で曲げ加工を施し、曲げ内側のしわ発生の程度を調べた結果を表１に示す。管軸方向張力比は、引張用アクチュエータの設定を変えることにより変化させた。曲げ部周長絞り率は、曲げ型、押し型の溝の弧長を変更すると共に加圧用アクチュエータ４の加工力を調整することにより変化させた。

表１より、本発明例ではワイパーなしで、曲げ内側のしわ発生を防止することができた。

本発明は、曲り管が必要な配管、機械部品、電気部品など幅広い工業分野に利用することができる。

本発明装置の一例を示す平面図である。

符号の説明

Ｗ パイプ（管）
１ 装置台
２ 曲げ型
３ 押し型
２Ｕ、３Ｕ 溝
２Ａ 回転軸
４ 加圧用アクチュエータ（加圧手段）
５ 引張用アクチュエータ（引張手段）
６ チャック（引張手段）
７ ダンパーレールガイド
８ クランプ
９ クランプフレーム
１０ 回転用アクチュエータ

Claims (4)

1. パイプの曲げ形状に対応した溝をもつ回転可能な曲げ型と、前記パイプの一端部を前記曲げ型に固定するクランプと、前記パイプの曲げ形状に対応した溝をもち該溝と前記曲げ型の溝とで前記パイプを挟持して該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、該押し型を前記曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、前記パイプの他端部を掴んで管軸引張荷重を付加可能な引張手段とを有するパイプの曲げ加工装置。
2. 前記曲げ型の溝の弧長と前記押し型の溝の弧長の和が、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さい請求項１記載のパイプの曲げ加工装置。
3. パイプの曲げ形状に対応した溝をもつ回転可能な曲げ型と、前記パイプの一端部を前記曲げ型に固定するクランプと、前記パイプの曲げ形状に対応した溝をもち該溝と前記曲げ型の溝とで前記パイプを挟持して該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、該押し型を前記曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、前記パイプの他端部を掴んで管軸引張荷重を付加可能な引張手段とを有するパイプの曲げ加工装置を用い、前記曲げ型と前記押し型の溝間にパイプを挟持して前記加圧手段で加圧して曲げ加工部を絞り加工すると同時に前記引張手段で管軸引張荷重を付加しながら回転引き曲げ加工することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
4. 前記管軸引張荷重を下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、前記絞り加工を下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように施す請求項３記載のパイプの曲げ加工方法。
   記
   管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
   曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
   ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。
   

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