JP2004090039A

JP2004090039A - キャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法

Info

Publication number: JP2004090039A
Application number: JP2002255004A
Authority: JP
Inventors: Kozo Yano; 矢野　巧造
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】フレーム構成用の異形断面管材を曲げ加工の最小曲げコーナ部から、その曲げ金型を用いて以後の彎曲形成部をも部分曲げを行わせ、要求される曲線状に近似させた曲げ加工を一連の操作で行えるようにする。
【解決手段】異形断面の管材１を曲げ加工するに際し、目的フレーム部材としての最小曲率半径に合わせた回転曲げ型を用いて、まず最小曲率半径の曲り部２を成形し、その後に前記曲り部２を形成された管材１を、所定の間隔Ｐ１，Ｐ２・・で前記回転曲げ型による曲げ中心となる位置に移動させて浅い角度θ１，θ２・・にて曲げる操作を順次複数個所に施して、前記最小曲率半径の曲り部２以後の部分曲げ区間３を、見掛け上の大曲率で彎曲形状に成形する。
【選択図】　　　　　図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として建設機械におけるキャブフレームの要部を構成する異形断面管材の曲げ加工方法に関するものであって、極小曲がり部に継手を要することなく、かつ複雑な加工を施すことなく一連の加工によって所望の曲線形状に曲げることができるキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、油圧ショベルや作業機を装備して走行できる各種建設機械、あるいは農業用機械などの車体に装架される運転室（キャブ）にあっては、軽量化を図るとともに、外観デザインを見栄えのよいものとするために、機能性を所有させた異形断面の鋼管をフレームに使用する構成のものが多くなりつつある。
【０００３】
また、このキャブでは、その周囲に窓や扉などが設けられて、それらの装着部では気密性が要求されることや開閉操作を円滑に行えるように、取付面に多くの加工を施さねばならない。その付加加工を容易にすることや直接的に構造部材の側面を利用できるようにすることから、それらに則した外形を所有する形状に成形された管材、すなわち異形断面鋼管が採用されている。なかでも、油圧ショベルに採用されるキャブでは、その前面窓ガラスを開いて作業ができるようにする必要から、一般にキャブ内の前面部から天井部にかけて前記前面窓ガラスを開閉させるためのガイドレールが設けられている。このようなことから、フロントピラーとルーフサイドメンバとの繋ぎ目となるコーナ部で円滑な案内ができるように、かつ見栄えをよくすることから当該部分を曲線状にすることが要求されている。
【０００４】
このようなことから異形断面の管材を使用すると、通常の鋼管のように断面がほぼ均等な形状ではないので、小さな曲率で曲げ加工をすることが困難とされ、そのために、例えば図８に示されるように、曲がり部をエルボ状に成形された接続部品１００を用いて、その両端１０１に直線状の異形断面管材１１０を接続して組立てるような方式が採用されている（例えば、特開２０００−１９８４６８号公報参照）。前記接続部品１００は、板金，プレス加工で形成したものを溶接で一体に接合したものや、鋳鋼製品などが用いられている。
【０００５】
このような異形断面の管材を使用してキャブのフレームを構成するにあたっては、曲線状のコーナ部となる継手状の部品を用いると、どうしても接続部分で溶接する必要が生じて製作上多くの手数を要するのみならず、外観上も好ましくない。また、結合部が溶接されるために、どうしても疲労強度の劣化が避けられず、破損の要因となっている。
【０００６】
そこで、このような問題点を解決するために、本出願人は、先願になる特願２００１−６３８８７号並びに特願２００１−６６４４８号に開示されるように、異形断面の管材を用いてフロントピラーからルーフサイドメンバまでを一本の管材を用いて曲げ加工したものを提案している。なお、管材を極小半径で曲げ加工する技術としては、例えば特開平１１−３１９９５７号公報によって知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記先願発明に係る曲げ加工されたフレームのメンバでは、コーナ部を極小半径で曲げ加工することに重点を置いているために、その曲がり部の内径側に軸線に沿った窪み部分を積極的に形成して外観を損なうことなくコーナ部を所望の円弧曲面に形成することについて実施可能としたのであるが、使用されるキャブの全体デザインについて、フロント側を曲面にすることで外観がより美的なものとなることからフロントピラー全体を彎曲させることが要求されるようになった。しかしながら、従来の異形断面の管材をその曲率が前記コーナ部のような局所で曲げる操作については、解決されたが、それよりも曲率が大きい円弧を描いた曲線状に加工することについては、別個に曲げ加工する成形用の設備を必要とし、一旦コーナ部の曲げ加工を施した中間製品を、別な設備（加工装置）に掛けて所要の曲率に曲げ加工しなければならないので、工費が嵩み、生産効率が悪い、という問題点がある。
【０００８】
しかも、前記のような曲げ加工で得られた製品は他の部品の取付基準面として使用するのが難しい。そのために、キャブのデザインが変更される（例えば、曲率が変わる）と、その都度加工用の成形金型やその加工用ベンダーを用意しなければならなくなり、コストアップは避けられないという問題点がある。
【０００９】
本発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、フレーム構成用の異形断面管材を曲げ加工の最小曲げコーナ部から、その曲げ金型を用いて以後の彎曲形成部をも部分曲げを行わせ、要求される曲線状に近似させた曲げ加工を一連の操作で行えるキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前述された目的を達成するために、本発明によるキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法は、
異形断面の管材を曲げ加工するに際し、目的フレーム部材としての最小曲率半径に合わせた曲げ金型を用いて、まず最小曲率半径の曲り部を成形し、その後に前記曲り部を形成された管材を、所定の間隔で前記曲げ金型による曲げ中心となる位置に移動させて浅い角度にて曲げる操作を順次複数個所に施して、前記最小曲率半径の曲り部以後を、見掛け上の大曲率で彎曲形状に成形することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、異形断面の管材を一つの曲げ金型を使用して、その曲げ金型による最小曲率半径の曲げ加工に続いて所定の間隔にて被加工管材を順次移動させて、前記曲げ金型により浅い角度に曲げる操作を繰り返す複合曲げ加工でもって、一本の異形断面の管材を一連の操作で所望の曲げコーナ部から終端までの区間を見掛け上の大曲率で彎曲形状とすることができるので、曲げ加工工程の集約が可能となり、設備費や金型など初期投資が著しく低減でき、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。また、曲げコーナ部以降については、その曲げ間隔と曲げ角度との調整によって、デザイン上要求される所要の曲げ形状に形成でき、異形断面の管材が所有する機能面や意匠面を有効に活用できるという効果が得られる。
【００１２】
前記発明において、曲げ加工される管材は、ベンダーの曲げ金型による曲げ加工位置から送り出される部分を未加工部分と同レベルに保持されるようにすることが好ましい。こうすることにより、複合曲げされる管材にねじれなどの歪が生じるのを防止できる。
【００１３】
また、前記発明において、曲げ加工される管材は、フレームとして組立てられる際の基準面となる側を下向きにして曲げ加工位置に供給されるのが好ましい。こうすることで、複合曲げ操作を行う時の管材の送り操作や保持操作が容易になって、工作性を良好にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明によるキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法の具体的な実施の形態につき、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１には、本発明に係る曲げ加工方法によって得られるキャブフレーム部材の一例を一部切欠いて表わす全体図が示されている。図２には本実施形態における管材の曲げ加工方法を実施する管材曲げ加工装置の概略構成図が示されている。また、図３〜図６には加工要領説明図が、それぞれ示されている。
【００１６】
本実施形態で加工されるキャブフレーム構成部材１０（主要メンバの一部であるフロントピラーからルーフサイドメンバとなるもの）としては、図１に部分拡大して示されるような異形断面の管材１が用いられる。その異形断面の管材１は、断面形状が一側面（図上の下側）を平坦面１ａにされ、その反対側面（図上の上側）の半分（図上左側）を円弧曲面１ｂにして、その反対側面の残り半分（図上右側）を段付平面１ｃに形成され、かつその段付平面１ｃに連接する端面１ｄを平面に形成されたものである。このような断面形状の管材１は、その円弧曲面１ｂ部分が主に意匠面とされ、段付平面１ｃおよび平坦面１ａを持つ部分が機能面として利用されるものになっている。
【００１７】
このような異形断面の管材１を曲げ加工するには、図２によって表わされるような曲げ加工装置２０によって、曲げコーナ部（曲り部２）とそれより下端部までの部分曲げ区間３を彎曲成形するのである。
【００１８】
その曲げ加工装置２０の概要を説明すると、機台２１の上部で軸線方向に往復移動できる支持台２２があって、この支持台２２上に加工する管材１の形状寸法に応じて前後・左右に位置調整可能にされて前記管材１を上下方向にクランプできるクランパー２３（押え部材２３ａと受け台２３ｂと油圧シリンダ２３ｃとで構成されている。以後単にクランパー２３という）が設けてある。また、機台２１の前端部上には回転曲げ型３０（本発明における曲げ金型に相当する）が機台内部に組み込まれる図示されない駆動手段によって所要回転角の範囲で水平面上で回動できるように設けられている。また、前記回転曲げ型３０とクランパー２３との間で回転曲げ型３０寄り位置には、プレッシャーダイ２４と補助受支部材２５とが被加工管材（以下、単に管材１という）を挟んで対峙配設されている。なお、前記クランパー２３およびプレッシャーダイ２４と補助受支部材２５は、管材１と接する部分をその管材１の外形に沿うように接触内面の形状を整えられている。
【００１９】
前記回転曲げ型３０は、回転ダイス３２とその管材受部（ダイ溝３２ａ）に対向して管材１を挟みつけるクランプダイ３３とからなり、その回転ダイス３２は管材１の段付平面１ｃ部から端面１ｄと平坦面１ａの一部を受けるダイ溝３２ａが周面に設けられ、上下に分割されて把持力を付加されるようになっている。また、クランプダイ３３は、前記回転ダイス３２とともに回動できる受支ブラケット３１上に支持されて、管材１の円弧曲面１ｂと平坦面１ａの一部を受入れるダイ溝３３ａが設けられ、曲げ操作時には回転ダイス３２側に推力を加えて管材１を回転ダイス３２とで把持してともに回動するように関係付けられている。
【００２０】
また、前記プレッシャーダイ２４には管材１を補助受支部材２５とで挟み付け得るように管材１の軸線に直交する推力が付加できるとともに、その軸線に沿ってスライドできる機能も付与されている。前記プレッシャーダイ２４には軸線方向にスライドさせる油圧シリンダ２６が接続されている。また、機台２１の後端部には管材１の内部にマンドレル２７を挿入して回転曲げ型３０により曲げ操作される際に管材１の原形を維持できるようにする推力付勢手段２８が設けられている。さらに、回転曲げ型３０のサイド位置には、コーナ部の曲げ加工をされた管材をそのまま水平状態に維持させて、それ以降の部分曲げ操作を円滑に行えるようにする管材の支持手段２９が付設されている。この支持手段２９としては上面が平坦なテーブル、あるいはローラコンベアのように支持する物品、ここでは管材を部分曲げするための送り操作が円滑なように滑りをよくする受け面を備えたものが好ましい。なお、前記プレッシャーダイ２４およびクランプダイ３３における管材１に対する把持力付勢手段２４ａ，３３ａとしては、例えば図示されるようなスクリューによるもの、あるいは油圧シリンダが用いられる。図中符号２７ａはマンドレルの支持軸で、推力付勢手段２８の出力部と着脱可能に連結されている。
【００２１】
次に、前述のような曲げ加工装置２０を用いて異形断面の管材１を曲げ加工する方法について、図２および図３〜図５によって説明する。
【００２２】
このキャブフレーム構成部材１０の曲げ加工については、最小曲げ加工を行う操作の第１工程と、彎曲状に曲げ加工を行う操作の第２工程とに分かれ、これらを前述の曲げ加工装置２０において連続的に行うのである。
【００２３】
まず、第１工程では、所定長さの管材１を曲げ加工装置２０上に、内部にマンドレル２７を挿入させてフレーム構成部材１０としての最小曲げ部位置が回転曲げ型３０の回転ダイス３２とクランプダイ３３とによって挟み付けられるように位置させる。この準備時点では、クランパー２３の位置を管材の後端部に近い位置でクランプできるように支持台２２を機台２１上にて設定させておく（図２において実線ａで表わされる、および図３（１）参照）。
【００２４】
次いで、クランパー２３によって管材１の後部をクランプさせて固定する。これと同時に回転曲げ型３０のクランプダイ３３およびプレッシャーダイ２４の把持力付勢手段２４ａ，３３ａを作動させて回転ダイス３２とで管材１の曲げ加工部を把持させる（図３（２）参照）。その後において回転曲げ型３０の図示されない駆動手段によって受支ブラケット３１と回転ダイス３２を図３（２）に矢印ｂで示す方向に回動させる。
【００２５】
回転曲げ型３０が回動を開始すると回転ダイス３２とクランプダイ３３は、管材１を両側から抱えた状態で回動し、ダイ内に位置する部分の管材１を回転ダイス３２に沿わせて移動させることになる。言換えると、管材１は曲げられる。この際、回転ダイス３２とクランプダイ３３は、同一回転角で回動される。したがって、クランプダイ３３は回転ダイス３２に対して回転半径の大きい側に位置するので、大きく回動変位することになる。この状態で両者によって挟持された状態の管材１は、回転ダイス３２側よりもクランプダイ３３側の部分が大きく変形することになるが、曲げ開始位置では内部にマンドレル２７が挿入されているので、内向きに変形しようとする働きを阻止される。この際、管材１の曲げ操作に追従するようにしてクランパー２３には、受け台２３ｂを介して油圧シリンダ２３ｄにより徐々に推進力（矢印ｃ）を付勢することで管材１の曲り外側部に生じる軸方向の引張応力を低減されるように操作する。なお、このとき、プレッシャーダイ２４も付属する油圧シリンダ２６を作動させて徐々に矢印ｄで示されるように推進させる（図３（２）参照）。
【００２６】
やがて、図４（３）に示されるように、回転曲げ型３０の回動が進行すると、回転ダイス３２とクランプダイ３３によって把持された部分とその後続部分が回転ダイス３２のダイ溝に沿って曲げられる。この曲げ操作が進行する際、管材１の曲り部２では、塑性変形に伴って管材後部をクランパー２３によって把持されると同時に曲り開始部分でプレッシャーダイ３３により半径方向への移動を阻止されるので、曲げ操作の進行に応じてクランパー２３に付勢される推力を適度に付与して曲り部２に生じる応力が過度に作用しないようにする。
【００２７】
こうして所要回転角まで曲げ操作が加えられると、管材１は、図４（４）によって表わされるように、所要の回転角（図５（５）または図６参照）に曲げられる。その後は、回転曲げ型３０のクランプダイ３３の把持力付勢手段３３ａ、およびプレッシャーダイ２４の把持力付勢手段２４ａによる把持付勢力を解除して、支持台２２を所定距離前進させ、前述の最小曲率半径での曲り部２を含む管材１の前部を支持手段２９上に移動させる。
【００２８】
続いて第２工程となる彎曲形状の曲げ加工工程に移行する。この曲げ工程では、先の第１工程において最小曲げされた管材１の曲り部２から後端までの長さ寸法を所望の曲率で仕上がるように加工する。
【００２９】
まず、管材１がクランパー２３以外の個所での把持を開放された状態で、前記曲り部２の終端位置Ｑ（管材１の後端に続く側）から前記クランパー２３による把持側の方向への所定距離Ｐ１分支持台２２を前進させて、管材１を曲げ位置に送り出す（図５（５）参照）。この状態で先に曲げられた管材１の先端部側は支持手段２９によって当初と同様の状態、すなわち、水平状態に保持されている。
【００３０】
管材１が所定距離Ｐ１送られると、前述のように回転ダイス３２とクランプダイ３３とによって管材が把持される。また、プレッシャーダイ２４と補助支持部材２５とによる把持操作も併せ行われる。もちろん、マンドレル２７は所定の位置に維持されている。
【００３１】
こうした状態で回転曲げ型３０を、予め設定されている曲げ角度θ１だけ回動させて管材１の直線部分を浅く曲げる（図５（６）参照）。この曲げ操作時では、前述の曲り部２を曲げるほどの大きな応力が管材１に生じることはないが、曲げ操作に際して前記の場合と同様に管材１を保持して行われるので、目的の部分曲げされるところ以外に変形を生じることはない。
【００３２】
前記操作が終了すれば、再び回転ダイス３２とクランプダイ３３とによる把持力を解除し、またプレッシャーダイ２４による補助支持部材２５との挟持力も解除することにより、管材１は後端部を除いて解放される。
【００３３】
その後は再び支持台２２を所定距離移動させて、管材１を先の部分曲げ位置から所定距離Ｐ２前方に送り出す。この送り操作が終わると、前記要領で管材１を回転曲げ型３０およびプレッシャーダイ２４と補助支持部材２５による把持固定状態にして、回転ダイス３２を所要回転角θ２回動させることによって、当該個所での部分曲げが行われる。
【００３４】
以後、前記同様にして管材１を所定距離Ｐ３送って所要角度θ３回動させる。なお、曲げ操作部が管材１の終端に近い状態になると、送り操作後にクランパー２３による管材１の把持位置をその把持力が保持できる範囲で管材の終端に移動させて保持することにより、加工後の余剰長さを少なくして最終曲げ位置から製品としての後端までの距離Ｐ４を確保できる。
【００３５】
このようにして最小曲率半径での曲げ部２を形成した後、その曲げ加工装置２０上で被加工管材（管材１）を取外すことなく、予め設定されている送り量に応じて順次その管材１を移動させ（送り）、その都度浅い回転角で部分曲げ加工を施すことにより、図６に例示するように複数個所で部分曲げされた区間が全体的に見れば、見掛け上大きな曲率で彎曲された状態に形成されることになる。
【００３６】
このようにして製作されたフレーム構成部材１０は、例えば図７に示されるように、キャブ４０のフロントピラー１１からルーフサイドメンバ１２までを一本の異形断面の管材にてなる部材として使用でき、その円弧曲面１ｂ（図１参照、以下同様）によって意匠面の機能美が醸成でき、また、段付平面１ｃや端面１ｄによって例えばドアのシール構造部を付加するのを容易にし、平坦面１ａを用いて横繋ぎ部材１４，１５などによる接続組立を容易にするなど、異形断面管材の機能性をより有効に発揮させることができるのである。
【００３７】
上記実施形態のものでは、その態様を明示するために、極端な屈曲形状で表わしているが、その部分曲げを行う位置の数、言換えると送り量を少なくして、かつ曲げ回転角を小さくすれば、無理なく美麗に彎曲形状に仕上げることができる。なお、管材の曲げ加工については、前述のように最後まで加工装置上から管材を取外すことなく加工できるので、管材のクランプ・アンクランプおよび送り量などを自動制御するようにすれば、効率よく所望の曲線状に曲げ加工できることになる。したがって、従来のように、多くの成形型や冶具を用意しなくともデザインの設定に対応させて加工できることになり、製作のコストダウンを図ることができる。
【００３８】
以上の説明では、フロントピラーからルーフサイドメンバを一連に曲げ加工する実施形態について記載したが、これに限定されるものではなく、必要に応じてその他の部位についても同様の手順で曲げ加工することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る曲げ加工方法によって得られるキャブフレーム部材の一例を一部切欠いて表わす全体図である。
【図２】図２は、本実施形態における管材の曲げ加工方法を実施する管材曲げ加工装置の概略構成図である。
【図３】図３は、加工要領説明図（１）である。
【図４】図４は、加工要領説明図（２）である。
【図５】図５は、加工要領説明図（３）である。
【図６】図６は、第二工程の加工要領説明図である。
【図７】図７は、この加工方法で得られる部材を用いたキャブの骨格斜視図である。
【図８】図８は、従来の異形断面管材の曲り部接続態様を表わす図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　異形断面の管材（管材）
１ａ　　　　　　　　　円弧曲面
１ｂ　　　　　　　　　平坦面
１ｃ　　　　　　　　　段付平面
２　　　　　　　　　　曲り部
３　　　　　　　　　　部分曲げ区間
１０　　　　　　　　　フレーム構成部材
１１　　　　　　　　　フロントピラー
１２　　　　　　　　　ルーフサイドメンバ
２０　　　　　　　　　曲げ加工装置
２１　　　　　　　　　機台
２２　　　　　　　　　支持台
２３　　　　　　　　　クランパー
２４　　　　　　　　　プレッシャーダイ
２５　　　　　　　　　補助受支部材
２７　　　　　　　　　マンドレル
２９　　　　　　　　　管材の支持手段
３０　　　　　　　　　回転曲げ型
３２　　　　　　　　　回転ダイス
３３　　　　　　　　　クランプダイ

Claims

異形断面の管材を曲げ加工するに際し、目的フレーム部材としての最小曲率半径に合わせた曲げ金型を用いて、まず最小曲率半径の曲り部を成形し、その後に前記曲り部を形成された管材を、所定の間隔で前記曲げ金型による曲げ中心となる位置に移動させて浅い角度にて曲げる操作を順次複数個所に施して、前記最小曲率半径の曲り部以後を、見掛け上の大曲率で彎曲形状に成形することを特徴とするキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法。
曲げ加工される管材は、ベンダーの曲げ金型による曲げ加工位置から送り出される部分を未加工部分と同レベルに保持されるようにする請求項１に記載のキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法。
曲げ加工される管材は、フレームとして組立てられる際の基準面となる側を下向きにして曲げ加工位置に供給される請求項１に記載のキャブフレーム用異形断面管材の曲げ加工方法。