JP2000094043A - 金属管曲げ加工装置 - Google Patents
金属管曲げ加工装置Info
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Abstract
際に、曲げ内側の肉厚増加する部分の塑性変形を安定し
て生じさせ、良好な曲げ加工を可能とする曲げ加工装置
を提供する。 【解決手段】 金属管11の管軸方向の小領域を誘導加
熱する誘導子12の管外面に対向する内面のうち、金属
管11の肉厚増加の大きい管外面11bに対向する部分
の管軸方向のプロフィル40を、管外面11bにほぼ一
定間隔で沿った形状とし、金属管11の加熱を安定さ
せ、温度変動に基づく不整変形の発生を抑制して良好な
曲げ加工を可能とする。
Description
を利用して連続的に曲げ加工する金属管曲げ加工装置に
関する。
て、図6に示すように、曲げ加工すべき金属管1の管軸
方向の小区間を誘導子2で塑性変形容易な温度に加熱し
て加熱部3を形成し、その金属管1を管移動装置(図示
せず)によって矢印A方向に移動させることによって、
その加熱部3を管軸方向に移動させながら、同時に金属
管1の先端をクランプした曲げアーム5を支点Oを中心
として旋回させて加熱部3に曲げモーメントを付与しそ
の加熱部3に曲げ変形を生じさせ、且つ曲げ変形を生じ
た直後の領域に誘導子2から冷却水等の冷却媒体6を吹
き付けて冷却、固化させる構成の連続曲げ加工装置が使
用されている。
1には曲げアーム5を旋回させる程度の圧縮力しか作用
しないため、金属管の中心軸線P−Pの近傍が曲げ中立
軸線(曲げ前後で管軸方向の長さが変化しない位置)と
なり、曲げ外側では肉厚減少が生じ、曲げ内側では肉厚
増加が生じている。また、曲げ外側に生じる肉厚減少を
防止するため、曲げ加工時に金属管に管軸方向の大きい
圧縮力を作用させる構成としたものも知られている(例
えば、特公昭54−30915号公報参照)。この種の
連続曲げ加工においては、金属管の曲げ内側では曲げ変
形と共に大きい圧縮力が作用してとりわけ大きい肉厚増
加を生じており、圧縮により肉厚増加を生じさせるよう
な塑性変形は不安定になり勝ちであるので、ジャバラ等
の不整変形を生じることが多い。そこで、従来は加熱幅
の適正化、加熱温度の適正化、安定化等を図ることで不
整変形を防止していた。
げ加工において、曲げ加工の対象とする金属管の肉厚を
大きくしたり、曲げ半径を小さくしたり、或いは曲げ外
側の肉厚減少を抑制するため金属管に大きい圧縮力を作
用させたりして、曲げ内側に生じる肉厚増加を大きくし
た場合(例えば、曲げ内側での管外面側への肉厚増加量
が5mmを超えるような場合)に問題が生じることが判
明した。すなわち、このような場合には、図7に示すよ
うに、曲げ内側で管外面に生じる肉厚増加量が大きくな
るため、誘導子2の出口側では管外面1aが誘導子2の
角部2aにきわめて接近し、誘導子による入熱量が増大
し、誘導子2と管外面との間隔の微小な変動でも入熱量
が大きく変動する。また、冷却媒体6の管体への投射角
度が変化し加熱部に冷却媒体が跳散して加熱部が不規則
に部分冷却されることもある。このため、加熱部3の温
度が不安定となって塑性変形抵抗が変動してしまい、曲
げ変形や肉厚増加のバランスを損なって不安定化し、ジ
ャバラ等の不安定な変形を生じてしまう。特に、金属管
の肉厚を大きくした場合には、誘導子による入熱量を大
きくする必要があることから、温度管理が一層困難とな
り、曲げ変形や肉厚増加のバランスが崩れやすく、良好
な曲げ加工が高能率で行えないという問題があった。な
お、誘導子2と管外面との間隔を大きくすれば、温度変
動は幾分か抑制できるが、加熱効率が悪くなり、必要な
加熱熱量を供給できない場合も生じ、解決策とはならな
い。
もので、肉厚の大きい金属管に対する曲げ加工、曲げ半
径の小さい曲げ加工、或いは曲げ外側の肉厚減少を防止
するために大きい圧縮力を加えて行う曲げ加工等の、曲
げ内側に大きい肉厚増加を伴う曲げ加工を、良好に行う
ことの可能な金属管の曲げ加工装置を提供することを目
的とする。
内側に大きい肉厚増加を生じても、金属管の曲げ変形を
生じる領域の誘導加熱を安定させて温度変動を抑制する
ために、誘導子の、金属管外面と向き合う内面の管軸方
向のプロフィルを、少なくとも曲げ内側の管外面と向き
合う、中心角θが60°〜180°の範囲内では、曲げ
変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位
置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルに形成
するという構成としたものである。この構成とすると、
金属管の曲げ内側の管外面が肉厚増加した状態におい
て、管外面と誘導子内面との間隔が、管軸方向にほぼ一
定に保たれることとなり、従って、局部的に間隔の小さ
い領域が存在しないため、金属管の誘導加熱が安定し、
温度変動を抑制でき、曲げ変形及び肉厚増加を安定して
生じさせることができる。このため、金属管を安定して
曲げ加工でき、良好な外観を備えた曲げ管を能率よく製
造できる。
対し、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間隔を一
定範囲に維持する誘導子位置制御機構を装備することが
好ましい。このような誘導子位置制御機構を設けると、
曲げ加工の際に金属管のたわみ等によって、金属管の誘
導子で加熱される領域の位置が管軸に直角方向に変動し
ても、常に、曲げ内側における誘導子内面と管外面の間
隔を一定範囲に維持でき、金属管の加熱が安定し、一層
良好な曲げ加工を行うことができる。
の形態を説明する。図1は本発明の一つの実施の形態に
よる金属管の曲げ加工装置の概略平面図である。11は
曲げ加工すべき金属管、12は、その金属管11の管軸
方向の小区間を誘導加熱して塑性変形容易な加熱部13
を形成する誘導子であり、金属管11の曲げ変形を生じ
た直後の部分に冷却水等の冷却媒体14を吹き付ける構
成となっている。誘導子12の構造及びその保持機構に
ついては後述する。15は、金属管11の一端を保持
し、該金属管11を管軸方向に(矢印A方向に)移動さ
せる管移動装置であり、金属管を誘導子に対して相対的
に移動させる手段を構成している。この実施の形態にお
ける管移動装置15は、曲げ加工装置の基準軸線Q−Q
に平行に配置されたガイドレール16と、そのガイドレ
ール16に案内されて走行する走行台車17を備えてお
り、その走行台車17に金属管11を把持するクランプ
(図示せず)が設けられている。20は、金属管11の
先端を把持するクランプ21を備え、支点Oを中心に旋
回可能な曲げアームであり、金属管11の前進によって
支点Oを中心に旋回し、金属管の加熱部13に曲げモー
メントを加えて曲げ変形させる曲げモーメント付与手段
を構成している。
子12に高周波電流を供給するトランス、24はそのト
ランス23を支持するトランス架台であり、基準軸線Q
−Qに直角方向に延びる一対のレール25を備えてい
る。トランス23は、両側に車輪26を備え、その車輪
26をレール25に乗せており、これにより基準軸線Q
−Qに直角な矢印B−B方向に移動可能である。30
は、金属管の曲げ内側における誘導子内面と管外面の間
隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構であり、こ
の実施の形態では、トランス23に保持されたガイド架
台31と、金属管11の曲げ内側に対向する位置でガイ
ド架台31と誘導子12を連結した支持板32と、その
支持板32に誘導子12の近傍に位置するように取り付
けられた間隙調整用ボルト33及びナット34等を備え
ており、間隙調整用ボルト33の先端には金属管11に
接触させるためのコロ35が取り付けられている。ま
た、トランス23とトランス架台24との間には、復元
用スプリング37が取り付けられ、トランス23を常時
基準軸線Q−Qから離れる方向に押している。この構成
により、間隙調整用ボルト33の先端のコロ35は常
時、金属管11の曲げ内側で且つ曲げ加工直前の部分に
押し付けられていて、金属管の曲げ内側における誘導子
内面と管外面の間隔を一定に維持しており、例え、図示
したように、金属管11が基準軸線Q−Qよりも曲げ中
心側(支点O側)にたわんでも、誘導子12はそのたわ
みに追従して移動し、金属管の曲げ内側における誘導子
内面と管外面の間隔を一定に保つことができる。
は、金属管11の曲げ変形を生じている部分及び誘導子
12を示す概略断面図、図3(a)は金属管11を図2
の矢印C−C方向に見た概略断面図、図3(b)は誘導
子12の端部の誘導コイル12cを図2の矢印D−D方
向に見た概略正面図である。図2、図3(a)に示すよ
うに、この実施の形態で曲げ加工している金属管11は
肉厚の厚いものであり、金属管11の曲げ内側に位置す
る管壁11aは曲げ変形すると共に肉厚が大きく増加し
ている。このため、曲げ内側の管外面11bは、管壁1
1aが厚み変化を生じることなく曲げ変形したと想定し
た場合の管外面11cよりも曲げ中心側に膨出した形状
となっている。すなわち、曲げ内側の管外面11bは、
変形を生じはじめる位置から変形が進行した方向(図2
で金属管11の進行方向)に向かって、曲げと膨出が加
算されて曲げ中心側に急激に傾斜するような形状とな
り、冷却媒体14を吹き付けられている冷却点11dで
肉厚増加が止まり、それ以降は滑らかな円弧状になって
いる。そして金属管11が矢印A方向に進行して曲げ加
工が連続的に行われる間、管外面11bは図2に示した
形状に保たれる。また、金属管11の円周方向における
肉厚増加を生じる部分は、図3(a)に示すように、曲
げ内側の頂点Eを中心とする中心角θ1 (通常、θ1 は
180〜200度程度)の範囲であり、肉厚増加量は頂
点Eで最も大きく、頂点Eから離れるにつれて小さくな
っている。
イル12a、12b、12cで構成されており、その3
個の環状コイル12a、12b、12cは、金属管11
の曲げ内側の管外面11bと向き合う内面の管軸方向の
プロフィル(この実施の形態では、各コイル12a、1
2b、12cの内面に接するように引いた曲線40が形
成する形状)が、曲げ変形の進行に伴って管の肉厚変化
と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実質的に沿
ったプロフィルとなるように、すなわち、図示した曲げ
中心側に急激に傾斜したような形状の管外面11bの管
軸方向のプロフィルに実質的に沿った(間隔をほぼ一定
とした)プロフィルとなるように、定められている。
のようなプロフィルを与える領域は少なくとも、管外面
に、安定した誘導加熱を行う上で無視できない程度以上
の肉厚増加を生じさせる範囲とするものであり、例え
ば、図3(a)に示すように、増肉が中心角θ1 の範囲
に生じるとした場合、図3(b)に示すように、その中
心角θ1 よりも少し小さい中心角θ2 の範囲内とする。
肉厚増加の大きさや、生じる範囲は、金属管の肉厚や曲
げ半径等の条件によっても異なるが、多くの場合、無視
できない肉厚増加を生じる範囲は、曲げ内側の頂点Eを
中心とする中心角60°〜180°の範囲内であるの
で、管外面11bに沿ったプロフィルを与える範囲(中
心角θ2 の範囲)は、少なくとも、曲げ内側の管外面と
向き合う、中心角60°〜180°の範囲内とすればよ
い。なお、その他の領域では、誘導子12の内面のプロ
フィルは基準軸線Q−Q(図1参照)に平行とする。誘
導子12の内面の管軸方向のプロフィルを前記した構成
とする具体的方法としては、肉厚増加を生じていない領
域に対向して配置される環状コイル12a、12bは、
金属管12の外周面に対して誘導加熱に適した間隔(例
えば、3〜10mm程度)をあけて同心状に配置しうる
真円状のものとし、肉厚増加を生じる領域に対向して配
置される環状コイル12cは、図3(b)に示すよう
に、曲げ内側の中心角θ2 を除いた領域12caは他の
環状コイル12a、12bと等しい円弧で構成し、中心
角θ2 の範囲内の領域12cbは肉厚増加した金属管外
面から所定の距離だけ離れた曲線状のものとすればよ
い。
と同様に曲げ加工が行われる。すなわち、図1におい
て、曲げ加工すべき金属管11の管軸方向の小区間を誘
導子12で塑性変形容易な温度に加熱しながら、その金
属管11を管移動装置15によって矢印A方向に移動さ
せ、同時に金属管11の先端をクランプした曲げアーム
20が支点Oを中心として旋回することで加熱部13に
曲げモーメントを付与しその加熱部13に曲げ変形を生
じさせ、曲げ変形を生じた直後の領域に誘導子12から
冷却媒体14を吹き付けて冷却、固化させることで金属
管11が連続的に曲げ加工される。この曲げ加工を行う
に際し、金属管12はその中心軸線P−Pが装置の基準
軸線Q−Qに一致するようにセットされるが、曲げ加工
のために金属管11を矢印A方向に押し、曲げアーム2
0で曲げモーメントを加えた時、金属管11は曲げ中心
方向に撓む傾向があり、金属管11の加熱部13は基準
軸線Q−Qから曲げ中心方向にずれてしまう。もし、誘
導子12を定位置に固定していると、誘導子12と金属
管11の間隔が変動し、加熱量が変動して不安定となる
が、この実施の態様では、誘導子位置制御機構30が誘
導子12を金属管11の変位に追従して移動させ、金属
管11の曲げ内側における管外面と誘導子12内面との
間隔を一定に保っている。このため、不安定な変形を生
じやすい曲げ内側においても、誘導子12による金属管
11の加熱が安定し、安定した曲げ変形を生じさせるこ
とができる。また、図2に拡大して示すように、曲げ変
形により、曲げ内側の管壁11aが内外に肉厚増加し、
管外面11bが急激に曲げ中心側に傾斜した形状となる
が、その管外面11bに対向した誘導子12の内面のプ
ロフィル40が、管外面11bと実質的に同一な形状で
あるので、誘導子12と管外面11bとの間隙はほぼ一
定に保たれ、図7に示す従来例のように間隔がきわめて
小さくなる領域がない。このため、誘導子12による管
壁11aの加熱が安定し、ジャバラ等の不整変形を生じ
ることなく安定して曲げ加工を行うことができ、例え
ば、管の肉厚が12〜150mm、管外径Dと肉厚Tの
比、すなわち、D/Tが3程度というような厚肉管に対
しても良好に曲げ加工することができる。また、曲げ半
径Rと管外径Dの比、すなわちR/Dが1.5程度とい
うような小R曲げでも、良好に曲げ加工することができ
る。
御機構30として、金属管11の変位によって誘導子1
2及びそれを保持したトランス23が動かされる構成の
ものを用いたが、誘導子位置制御機構30はこれに限ら
ず、適宜変更可能である。例えば、トランス23を矢印
B−B方向に移動させる機構を設けておき、金属管11
の変位をセンサで検出し、その検出値に応じてトランス
23を移動させる構成としてもよい。また、前記実施の
形態では誘導子位置制御機構30が、誘導子12を金属
管11の曲げ平面内においてのみ金属管11の変位に追
従させる構成であるが、金属管11が曲げ平面に直角方
向にもたわむ恐れがある場合には、更に誘導子12を曲
げ平面に対して直角方向にも金属管11の変位に追従さ
せる構成とすることもでき、これにより誘導子12の内
面と金属管11の曲げ内側の管壁との間を一層正確に一
定に維持できる。更に、金属管11の曲げ加工時に生じ
る金属管11の変位が予測できる場合には、上記のよう
な変位追従型の誘導子位置制御ではなく、予測される変
位に対応した位置に事前に誘導子を位置させるように調
整する方式としてもよい。また、金属管11の曲げ変形
を生じる部分の直前に、ガイドローラ等を設けて金属管
11の変位を阻止する構成とした場合には、誘導子位置
制御機構30は省略してもよい。
す図2、図3と同様な図面である。図4、図5に示す実
施の形態では、誘導子12Aが円筒状の一体構造の環状
コイルで構成されており、金属管11の曲げ内側の管外
面11bと向き合う内面の管軸方向のプロフィルが、曲
げ変形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面
位置の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルとな
るように、すなわち、図示した曲げ中心側に急激に傾斜
したような形状の管外面11bの管軸方向のプロフィル
に実質的に沿った(間隔をほぼ一定とした)プロフィル
となるように、定められている。更に具体的には、図4
から良く分かるように、誘導子12Aの内面のうち金属
管11の増肉変形を生じている部分に対向する部分を大
きく直線状に切り欠いた斜面42とし、誘導子12Aの
内面の管軸方向のプロフィルを折線状に形成している。
そしてその斜面42を形成する領域は、図5(a)、
(b)に示すように、管外面への肉厚増加を生じる領域
(中心角θ1 )のうち、安定した誘導加熱を行う上で無
視しえない程度の肉厚増加を生じる領域(中心角θ2)
としている。この場合においても斜面42を形成する中
心角θ2 の範囲は、通常、60°〜180°である。こ
の構成の誘導子12Aにおいても、管外面に対向する内
面の管軸方向のプロフィルが、曲げ加工時の金属管11
の曲げ内側の管外面11bと実質的に同一な形状である
ので、誘導子12Aと管外面11bとの間隙がほぼ一定
に保たれており、誘導子12Aによる管壁11aの加熱
が安定し、ジャバラ等の不整変形を生じることなく安定
して曲げ加工を行うことができる。図4に示すように、
誘導子12Aの内面のプロフィルとして折線状を採用す
ると、誘導子12Aの製造が容易となる利点が得られ
る。
管の管軸方向の小区間を加熱するための誘導子として、
その誘導子の、金属管外面と向き合う内面の管軸方向の
プロフィルを、少なくとも曲げ内側の管外面と向き合
う、中心角θが60°〜180°の範囲内では、曲げ変
形の進行に伴って管の肉厚変化と共に生じる管外面位置
の管径方向の変位に実質的に沿ったプロフィルに形成し
たものを用いたことにより、曲げ加工の進行中、金属管
の曲げ内側の管外面が肉厚増加した状態での管外面と誘
導子内面との間隔が、管軸方向にほぼ一定に保たれるこ
ととなり、金属管の加熱が安定し、曲げ変形を生じる部
分での温度変動が小さくなって、曲げ変形及び肉厚増加
が安定して生じ、曲げ内側における肉厚増加が大きくな
るような条件下での曲げ加工を安定して行うことがで
き、良好な外観を備えた曲げ管を能率よく製造できると
いう効果を有している。
状とすると、誘導子の構造を簡単とでき、製造が容易と
なる利点が得られる。更に、上記構成の誘導子を用いた
曲げ加工装置に対し、曲げ内側における誘導子内面と管
外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構を
装備しておくと、曲げ加工の際に金属管のたわみ等によ
って、金属管の誘導子で加熱される領域の位置が管軸に
直角な方向に変動しても、常に、曲げ内側における誘導
子内面と管外面の間隔を一定範囲に維持でき、金属管の
加熱が安定し、一層良好な曲げ加工を行うことができる
という利点が得られる。
加工装置の概略平面図
導子12を示す概略断面図
見た概略断面図 (b)は誘導子12の端部の誘導コイル12cを図2の
矢印D−D方向に見た概略正面図
示す図2と同様な概略断面図
見た概略断面図 (b)は誘導子12Aを図4の矢印G−G方向に見た概
略正面図
属管の曲げ変形を生じている部分及び誘導子を示す概略
断面図
Claims (3)
- 【請求項1】 曲げ加工すべき金属管の管軸方向の小区
間を加熱する環状の誘導子と、前記金属管を前記誘導子
に対して管軸方向に相対的に移動させる手段と、前記金
属管の、誘導子によって加熱された領域に曲げモーメン
トを加えて曲げ変形させる曲げモーメント付与手段を有
する金属管曲げ加工装置において、前記誘導子の、金属
管外面と向き合う内面の管軸方向のプロフィルを、少な
くとも曲げ内側の管外面と向き合う、中心角θが60°
〜180°の範囲内では、曲げ変形の進行に伴って管の
肉厚変化と共に生じる管外面位置の管径方向の変位に実
質的に沿ったプロフィルに形成したことを特徴とする金
属管曲げ加工装置。 - 【請求項2】 前記誘導子のプロフィルを折線状に形成
した、請求項1記載の金属管曲げ加工装置。 - 【請求項3】 更に、曲げ内側における誘導子内面と管
外面の間隔を一定範囲に維持する誘導子位置制御機構を
装備した、請求項1記載の金属管曲げ加工装置。
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