JP2005161342A - 管材の引き曲げ加工条件算出方法及び装置並びに管材の引き曲げ加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転引き曲げ加工において、管材の材料特性、製品形状や寸法等が種々変わった場合にも適正な成形条件を迅速に求める。
【解決手段】回転可能なフォームドロール１と、管材３をフォームドロール１に固定するクランプダイ５と、管材３の曲げ外側をフォームドロール１の径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレール７とを備えた管材の引き曲げ加工装置を用いて、管材を引き曲げ加工する際に、プレッシャーレール７の加圧力を、管材３とフォームドロール１とが常に接触した状態の時の加圧力と、管材３及びフォームドロール１間に座屈発生限界間隙が生ずる状態となる時の加圧力との間になるように制御しながら加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、管材の引き曲げ加工条件算出方法及び装置並びに管材の引き曲げ加工方法及び装置に関する。

管材を所定形状に曲げるための曲げ加工法として、一般に、図１１に示されるような引き曲げ加工装置を用いた引き曲げ加工方法が知られている。この引き曲げ加工方法では、クランプダイ５２により管材５４をフォームドロール５１に固定した後、プレッシャーレール５３により管材５４の曲げ外側をフォームドロール５１の径方向外側から加圧して管材５４をフォームドロール５１に押し付け保持し、この状態でフォームドロール５１を円周方向に回転させることにより、管材５４を曲げ加工する。

このような引き曲げ加工方法において成形条件が適正でない場合には、加工後の管材５４に座屈や割れ等が発生することがある。これらの座屈や割れの発生は管材５４の材質や回転引き曲げ成形条件に大きく依存する。

従来、引き曲げ加工方法における成形条件の設定は、熟練工の経験に基づく勘によって行われていた。そのため、適正な成形条件の下で実際に加工するまでに何度も成形条件を変更して試行錯誤を繰り返す必要があり、また、そのようにして座屈や割れの発生を防ぐことがてきたとしても形状誤差が大きいという問題があった。

そこで、熟練工の勘やコツによることなく客観的な基準に基づいて成形条件を設定する方法として、予め、曲げ角度、パイプ径、曲げ半径、断面２次モーメントや降伏点の各データをインプットしてスプリングバックの補正値を算出しておき、その算出値を基に曲げ角度を制御する手法がある（例えば、特許文献１等参照）。
特開平８−１９２２３０号公報

しかしながら、上記公報に記載されている手法では、材質及び成形条件についてのデータベースが予め整っている場合には経験式に基づいてスプリングバック量を求め適正な成形条件を設定することができるが、材質や成形条件が未知の場合には新たに経験式を作るための実験が必要になる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、回転引き曲げ加工において、管材の材料特性、製品形状や寸法等が種々変わった場合にも適正な成形条件を迅速に求めることができる管材の引き曲げ加工条件算出方法及び装置並びに管材の引き曲げ加工方法及び装置を提供することを解決すべき技術課題とするものである。

上記課題を解決する本発明の管材の引き曲げ加工条件算出方法は、回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工条件を算出する方法であって、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第１の軌跡算出工程と、前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第１の軌跡算出工程で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件で、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を算出する第１のレール加圧力算出工程と、前記管材と前記フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第２の軌跡算出工程と、前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第２の軌跡算出工程で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件で、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を算出する第２のレール加圧力算出工程と、前記第１のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力と前記第２のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力との間において加圧力を変化させてＦＥＭ解析を実施し、前記管材の周長が目標とする範囲に入る加圧パターンを求める加圧パターン算出工程と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の管材の引き曲げ加工条件算出方法は、好適な態様において、前記座屈発生限界間隙を前記管材の外径の８％に設定する。

ここに、前記座屈発生限界間隙とは、フォームドロール及びプレッシャーレール間の間隙（管材及びフォームドロール間の間隙に相当）であって、座屈が発生しない限界値をいう。

本発明の管材の引き曲げ加工条件算出装置は、回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工条件を算出する装置であって、少なくとも前記管材の材料特性、摩擦係数及び加工前管材形状を入力する管材条件入力手段と、成形条件を入力する成形条件入力手段と、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第１の軌跡演算手段と、前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第１の軌跡演算手段で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件、並びに前記管材条件入力手段及び前記成形条件入力手段でそれぞれ入力した入力値に基づいて、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を演算する第１のレール加圧力演算手段と、前記管材と前記フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第２の軌跡演算手段と、前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第２の軌跡演算手段で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件、並びに前記管材条件入力手段及び前記成形条件入力手段でそれぞれ入力した入力値に基づいて、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を演算する第２のレール加圧力演算手段と、前記第１のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力と前記第２のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力との間において加圧力を変化させてＦＥＭ解析を実施し、前記管材の周長が目標とする範囲に入る加圧パターンを求める加圧パターン演算手段と、と備えたことを特徴とするものである。

ここに、前記管材の材料特性とは、管材のヤング率、応力−歪み関係やポアソン比等をいう。

また、前記加工前管材形状とは、加工前における管材の外径、肉厚及び管長等をいう。

また、前記成形条件とは、前記フォームドロールの回転速度、フォームドロールの形状及びフォームドロールの孔型形状並びに前記プレッシャーレールの孔型形状等をいう。

本発明の管材の引き曲げ加工条件算出装置は、好適な態様において、前記座屈発生限界間隙を前記管材の外径の８％に設定する。

本発明の管材の引き曲げ加工方法は、回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工方法であって、前記プレッシャーレールの加圧力を、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態の時の加圧力と、該管材及び該フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態となる時の加圧力との間になるように制御しながら加工することを特徴とするものである。

本発明の管材の引き曲げ加工装置は、回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置であって、
前記プレッシャーレールの加圧力を、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態の時の加圧力と、該管材及び該フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態となる時の加圧力との間になるように制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、管材の材料特性、製品形状や寸法等が種々変わった場合にも、試し成形を数多く行うことなくシュミレーションによって、適正な回転引き曲げ成形条件を迅速に見出すことができる。そのため、試し成形に要する時間や材料費等を削減できる。また、適正化された成形条件で成形した曲げ成形品は、座屈を生じることなくかつ周長等の寸法精度が良好となり、製品の歩留まりや生産性が向上する。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は本実施の形態に係る管材の引き曲げ加工装置を示し、装置要部を半割状態にした断面図である。また、図２は図１に示した管材の引き曲げ加工装置のフォームドロールを示す平面図である。

まず、図１及び図２に示す本実施形態に係る管材の引き曲げ加工装置について説明する。

この管材の引き曲げ加工装置は、偏心した位置を回転中心Ｏとして図示しない装置本体に回転自在に支持されるフォームドロール１と、このフォームドロール１に管材３の一部（一端部）を固定するクランプダイ５と、管材３の曲げ外側をフォームドロール１の径方向（以下の説明において「径方向」とはフォームドロール１の径方向をいう。）から加圧して該フォームドロール１に管材３を一定圧力で押圧するプレッシャーレール７とを備えている。

なお、フォームドロール１の回転中心Ｏは、図２に示されるように、直線（曲げ成形を実施する延長線）Ｐとの距離が８０ｍｍとなり、かつ、回転中心Ｏとこの直線Ｐ上の点（フォームドロール形状の中心）Ｑとのなす角度が４５度となる位置に設けられている。

フォームドロール１の外周面には所望する曲げ形状に対応した形状の曲げ加工部１１が形成されている。この例では、曲げ加工部１１は、直線状水平部１１１と、弧状部１１２と、直線状垂直部１１３とが連続して形成されてなる（図２参照）。そして、この曲げ加工部１１には、断面が半円状の溝部（孔型）１１ａが連続して設けられている。曲げ加工部１１の周方向に連続する形状としては、特に限定されず、弧状部のみにより曲げ加工部１１を構成してもよいし、また曲率半径の異なる複数の弧状部が連続して設けられた構成としてもよい。また、曲げ加工部１１の溝部１１ａの断面形状、すなわちフォームドロール１の孔型形状としては、楕円、その他の曲面、及びそれら曲面の一部にフラット部を設けた形状等、種々のものを採用することができる。

プレッシャーレール７は、曲げ加工時において管材３をフォームドロール１に押圧するとともに、曲げ加工の進行とともに管軸方向（図１中の矢印Ａ方向）及びフォームドロール１の径方向（図１中の矢印Ｂ方向）に移動可能に構成されている。このプレッシャーレール７は、図示しない油圧ジャッキ等により駆動される。

また、プレッシャーレール７のフォームドロール１に対向する面には、フォームドロール１の外周面と同様に断面が半円状の溝部（孔型）７ａよりなる曲げ加工部７１が形成されている。すなわち、このプレッシャーレール７の孔型形状も、フォームドロール１と同様、半円状とされている。なお、このプレッシャーレール７の孔型形状は、フォームドロール１の孔型形状と同様に、楕円、その他の曲面、及びそれら曲面の一部にフラット部を設けた形状等、種々のものを採用することができ、フォームドロール１の孔型形状と異なってもよい。そして、このプレッシャーレール７の曲げ加工部７１の溝部７ａと前述のフォームドロール１の曲げ加工部１１の溝部１１ａとの間に管材３が挟持されて曲げ加工が行われることになる。

上記のような管材の引き曲げ加工装置によって管材を曲げ加工するための加工条件を算出する方法について、以下概説する。

本発明者等は、管材の引き曲げ加工において加工後の管材に座屈が発生する状況を実機において種々観察し、その防止対策を検討する中でフォームドロール１及びプレッシャーレール７間の間隙量と座屈発生との間に相関関係があることを見出した。そして、フォームドロール１及びプレッシャーレール７間の間隙量とフォームドロール１の孔型底部（溝部１１ａの底部。以下、同様）及び管材３の外周部間の間隙量との間に相関関係があるとの推定の下、ＦＥＭシュミレーション実験を繰り返してそのことを確認した。そこで、フォームドロール１の孔型底部及び管材３の外周部間の間隙量をある一定の範囲内に制御できれば、管材の引き曲げ加工において座屈を抑制できることを見出した。

本発明の管材の引き曲げ加工条件算出方法は、上記知見に基づいてなされたものであり、具体的には、フォームドロール１の孔型底部と管材３の外周部との間の間隙量を決定するプレッシャーレール７のレール加圧力をＦＥＭシュミレーションにより算出するものである。

以下、この方法を実現する管材の引き曲げ加工条件算出装置について説明する。

図３はこの管材の引き曲げ加工条件算出装置の構成を示すブロック図であり、この装置は、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算装置）３１と、記憶手段としてのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やハードディスク装置等のメモリ２１と、入力手段としてのキーボード２３と、外部記憶手段駆動装置としてのＦＤ（フロッピーディスク）駆動装置３７と、同じく外部記憶手段駆動装置としてのＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３９と、ＦＤやＣＤ−ＲＯＭ以外の他の記録媒体２２からデータを読み取り・書き込み可能な外部記憶手段駆動装置２４と、表示手段としてのＣＲＴ２５と、入力手段としてのマウス（ポインティングデバイス）２９と、出力手段としてのプリンタ２７とを備えている。そして、この装置は、オペレータの操作により、管材の引き曲げ加工における加工条件の算出を半自動的に又は自動的に行うことができるものである。

メモリ２１は、予め作成された汎用ＦＥＭ解析プログラム及びその他必要なデータを記憶するものである。

キーボード２３は、管材条件入力手段及び成形条件入力手段を構成し、引き曲げ加工される管材３に関する情報や成形条件等の種々の情報を入力するためのものである。

ＣＲＴ２５は、入力されたデータを表示したり、入力情報に基づく解析結果等を必要に応じて表示したりするものである。プリンタ２７は、入力されたデータや入力情報に基づく解析結果等を必要に応じてプリント出力するものである。

マウス２９は、ＣＲＴ２５に表示されたアイコンの選択により、選択された処理命令、データ等を入力するためのものである。

ＦＤ駆動装置３７は、ＦＤに記録されたプログラムやデータを読み取ったり、あるいはＦＤにデータを書き込んだりすることが可能なように構成される。そして、ＦＤに記録されたプログラムやデータは、このＦＤ駆動装置３７を介してメモリ２１に格納される。同じくＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３９は、ＣＤ−ＲＯＭに記録されたプログラムやデータを読み取ったり、あるいはＣＤ−ＲＯＭにデータを書き込んだりすることが可能なように構成される。そして、ＣＤ−ＲＯＭに記録されたプログラムやデータは、このＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３９を介してメモリ２１に格納される。また、外部記憶手段駆動装置２４は、他の記録媒体２２からプログラムやデータを読み取ったり、あるいは該記録媒体２２にデータを書き込んだりすることが可能なように構成される。そして、この記録媒体２２に記録されたプログラムやデータは、外部記憶手段駆動装置２４を介してメモリ２１に格納される。

なお、記録媒体２２としては、磁気テープやカセットテープなどのテープ系、ＦＤ等の磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光ディスクや光磁気ディスク（ＭＯディスク）などのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）や光カードなどのカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどの半導体メモリ等を採用することができる。

また、ここでいうプログラムとは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソースプログラム形式のプログラム、圧縮処理されたプログラム、又は暗号化されたプログラム等を含む概念である。

ＣＰＵ３１は、キーボード２３やマウス２９から入力された情報に基づいて各種の演算を行い、この演算結果に基づいて作図等を行う各種の機能を有する。このＣＰＵ３１の各種の機能は、ＦＤ３３やＣＤ−ＲＯＭ３５等からＦＤ駆動装置３７やＣＤ−ＲＯＭ駆動装置３９等を介してメモリ２１に格納されたプログラムが必要に応じて読み出されることにより実行される。また、ＣＰＵ３１は、ＣＲＴ２５への表示や、プリンタ２７による印刷出力の制御を行う。

図４は、図３に示す管材の引き曲げ加工条件算出装置装置を用いて引き曲げ加工条件を算出する手順を示している。

以下、図２に示したフォームドロール１を用いて、外径：φ６５、肉厚２．３ｍｍ、材質：引張り強度５９０ＭＰａ級炭素鋼の管材３を引き曲げ加工するための加工条件算出方法を図４に基づいて説明する。

＜管材条件及び成形条件入力工程＞
まず、引き曲げ加工される管材３に関する情報、及び成形加工条件をキーボード３から入力する（ステップ１）。

管材３に関する情報としては、管材３の材料特性（ヤング率、応力−歪み関係やポアソン比等）、管材３の摩擦係数や加工前管材形状（加工前における管材３の外径、肉厚及び管長等）等がある。また、成形加工条件としては、フォームドロール１の回転速度、フォームドロール１の形状及びフォームドロール１の孔型形状並びにプレッシャーレール７の孔型形状等がある。

＜第１の軌跡算出工程＞
入力された情報に基づいて、第１の軌跡演算手段が、フォームドロール１とプレッシャーレール７とが常に接触した状態でフォームドロール１が回転する場合のロール回転角に対するプレッシャーレール７の径方向移動軌跡を幾何学的に算出する（ステップ３）。

なお、この例ではフォームドロール１とプレッシャーレール７とが接触した状態のときに、管材３の外周部とフォームドロール１の孔型底部とが接触している場合を想定している。すなわち、この例では、管材３の外周部とフォームドロール１の孔型底部とが接触した状態で、フォームドロール１の端面とプレッシャーレール７の端面とが接触している。したがって、フォームドロール１とプレッシャーレール７とが常に接触した状態とは管材３の外周部とフォームドロール１の孔型底部とが常に接触した状態を意味する。

第１の軌跡演算手段はＣＰＵ１がプログラムを実行することにより実現される。以下に示す第１のレール加圧力演算手段、第２の軌跡演算手段、第２のレール加圧力演算手段及び加圧パターン演算手段も同様に、ＣＰＵ１がプログラムを実行することにより実現される。

フォームドロール１が回転するときの回転軌跡を図５に示すとともに、このとき算出された軌跡を図６の実線で示す。図６は縦軸がプレッシャーレール７の径方向変位（ｍｍ）、すなわち径方向の位置（ｍｍ）を示し、横軸がフォームドロール１の回転角（ｄｅｇ）を示している。

＜第１のレール加圧力算出工程＞
次に、第１のレール加圧力演算手段は、フォームドロール１を回転駆動させながらプレッシャーレール７をステップ３で第１の軌跡演算手段により求めた軌跡に沿って径方向に移動させる変位制御条件、及びステップ１で入力した入力値に基づいてＦＥＭ解析を実施し、その時のロール回転角に対応するレール加圧力を演算する（ステップ５）。

演算されたレール加圧力のロール回転角に対応した変化状態を示すグラフを図７の実線で示す。図７は縦軸がプレッシャーレール７の径方向加圧力（ｔｏｎ）を示し、横軸がフォームドロール１の回転角（ｄｅｇ）を示している。

＜第２の軌跡算出工程＞
入力された情報に基づいて、第２の軌跡演算手段が、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間に座屈発生限界間隙が生ずる状態でフォームドロール１が回転する場合のロール回転角に対するプレッシャーレール７の径方向移動軌跡を幾何学的に算出する（ステップ７）。算出された軌跡を図６の破線で示す。 ここにいう座屈発生限界間隙とは、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間の間隙（管材３とフォームドロール１との間の間隙に相当）であって、座屈が発生しない限界値をいう。つまり、管材３とフォームドロール１との間の間隙が大きくなるほど、座屈が発生し易くなるが、これが発生しない最大の間隙をいう。

この座屈発生限界間隙は、発明者の知見によれば、管材の外径の８％（より好ましくは６％）である。この座屈発生限界間隙が管材の外径に比例していることは、発明者が実験で見出したものである。これは、種々の外径を有する管材について、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間の間隙（管材３とフォームドロール１との間の間隙）を種々変化させて（管材の外径の０％〜１３％）引き曲げ実験を行い、管材の外径に対する各間隙について座靴の発生の有無を調査することで得られたものである。外径６５φ、５５φの管材についての調査結果を表１に示す。

表１から分かるように、管材とフォームドロール１との間の間隙が管材の外径の８％以内であれば、座屈がほとんど発生しなかった。また、この間隙が５％以内であれば、外径６５φ、５５φのいずれの管材においても、座屈が全く発生しなかった。したがって、前述したように、座屈発生限界間隙は管材の外径の８％（より好ましくは６％）と認定したものである。

再び、図４に戻って、加工条件算出方法を説明する。

＜第２のレール加圧力算出工程＞
第２のレール加圧力演算手段が、フォームドロール１を回転駆動させながらプレッシャーレール７をステップ７で第２の軌跡演算手段により求めた軌跡に沿って径方向に移動させる変位制御条件、及びステップ１で入力した入力値に基づいてＦＥＭ解析を実施し、その時のロール回転角に対応するレール加圧力を演算する（ステップ９）。演算されたレール加圧力のロール回転角に対応した変化状態を示すグラフを図７の破線で示す。

＜加圧パターン算出工程＞
次に、ステップ５で第１のレール加圧力演算手段により求めた前記レール加圧力とステップ９で第２のレール加圧力演算手段により求めた前記レール加圧力との間において（図７の実線と破線との間）、加圧力がロール回転角に対応して変化する加圧パターンを設定する（ステップ１１）。この加圧パターンの設定は、オペレータが自己の経験に基づいて設定してもよいし、あるいはプログラムによって設定するようにしてもよい。

加圧パターンの一例を図８に実線で示す。なお、図８において、一点鎖線は、ステップ５で第１のレール加圧力演算手段により求めた接触時（間隙０ｍｍ時）のレール加圧力を示し、破線は、ステップ９で第２のレール加圧力演算手段により求めた間隙あり（８％）時のレール加圧力を示す。

次に、加圧パターン演算手段が、入力ステップ１１で設定した加圧パターンに基づいて引き曲げ加工を行うＦＥＭ解析を実施し、そのときの製品周長を求め、この周長がフォームドロール１の回転角の全ての範囲で、所定の許容値の範囲内であるか否かを判断する（ステップ１３）。図９は、所定の許容値の範囲内であるが否かを判断するためのグラフで、縦軸が製品周長（ｍｍ）、横軸がフォームドロール１の回転角（ｄｅｇ）である。

ステップ１３の判断において、許容範囲を超えた場合には、ステップ１１に戻って加圧パターンを新たに設定して、ステップ１３の処理を繰り返す。

なお、加圧パターンの設定は、プログラムで行う場合には加圧パターン演算手段が行う。

以上の処理を繰り返して、加圧パターン演算手段の解析結果から製品周長がフォームドロール１の回転角の全ての範囲で、所定の許容値の範囲内であると判断したときには、その加圧パターンを成形条件として設定する（ステップ１５）。

ここに、製品周長がフォームドロール１の回転角の全ての範囲で所定の許容値の範囲内であるとは、図９に示されるように、許容値を定める２本の直線Ｓ及びＭの範囲内に加圧パターンがあることをいう。なお、この直線Ｓ及びＭは、素管の外周長と曲げ加工条件の縮径率の許容される範囲により設定することができる。また、図９において、一点鎖線は接触時（間隙０ｍｍ時）の加圧パターンを示し、破線は間隙あり（８％）時の加圧パターンを示す。

以上のように、本実施の形態によれば、適正な回転引き曲げ成形条件を試し成形を数多く行うことなくシュミレーションにより見出すことができる。したがって、試し成形に要する時間や材料費等を削減できる。

なお、以上のようにして求めた加圧パターンによって実際に引き曲げ加工を行うには、求めた加圧パターンになるように図１に示したプレッシャーレール７を制御しながら引き曲げ加工を行えばよい。

上記実施の形態によって求めた加圧パターンによって、図１に示した装置で実際の引き曲げ加工を行ったところ、図１０に示すように、加工後の管材３において、座屈が生じることはなく、また、周長等の寸法精度も良好であった。

したがって、上記実施の形態によって求めた加圧パターンによって引き曲げ加工を行うことにより、管材に座屈を生じることなくかつ周長等の寸法精度を良好にすることができ、製品の歩留まりや生産性を向上させることが可能となる。

なお、上記の実施の形態では、フォームドロール１（厳密にはフォームドロール１の鍔部（プレッシャーレール７と対向する端面））とプレッシャーレール７とが接触した状態のときに、管材３の外周部とフォームドロール１の孔型底部とが接触する場合を想定して説明した。しかし、フォームドロール１の設計によっては、管材３の外周部とフォームドロール１の孔型底部とが丁度接触した状態で、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間に一定の隙間が生じる場合がある。このような場合に、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間の間隙を規定するには、この初期間隙がある状態を基準として（すなわち間隙が無い状態として）、座屈発生限界間隙を設定するようにすればよい。具体的には、初期間隙が５ｍｍの場合において、フォームドロール１とプレッシャーレール７との間の間隙が８ｍｍになったときに座屈が発生したとすれば、座屈発生限界間隙は８ｍｍ−５ｍｍ＝３ｍｍとなる。

本発明の一実施形態に用いる管材の引き曲げ加工装置の説明図である。 図１に示した管材の引き曲げ加工装置におけるフォームドロールの説明図である。 本発明の一実施形態に係る管材の引き曲げ加工条件算出装置の構成図である。 本発明の一実施形態に係る管材の引き曲げ加工条件を算出する手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るフォームドロールが回転するときの回転軌跡を示す図である。 本発明の一実施形態におけるプレッシャーレールの径方向移動軌跡を示すグラフである。 本発明の一実施形態におけるプレッシャーレールの加圧力変化を示すグラフである。 本発明の一実施形態におけるプレッシャーレールの加圧パターンの一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態において周長が所定の許容値の範囲内であるか否かを判断するためのグラフである。 本実施の形態によって引き曲げ加工した加工後の状態を示す図である。 従来の管材の引き曲げ加工装置の説明図である。

符号の説明

１…フォームドロール ３…管材
５…クランプダイ ７…プレッシャーレール

Claims (6)

1. 回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工条件を算出する方法であって、
   前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第１の軌跡算出工程と、
   前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第１の軌跡算出工程で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件で、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を算出する第１のレール加圧力算出工程と、
   前記管材と前記フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第２の軌跡算出工程と、
   前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第２の軌跡算出工程で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件で、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を算出する第２のレール加圧力算出工程と、
   前記第１のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力と前記第２のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力との間において加圧力を変化させてＦＥＭ解析を実施し、前記管材の周長が目標とする範囲に入る加圧パターンを求める加圧パターン算出工程と、
   を備えたことを特徴とする管材の引き曲げ加工条件算出方法。
2. 前記座屈発生限界間隙を前記管材の外径の８％に設定したことを特徴とする請求項１記載の管材の引き曲げ加工条件算出方法。
3. 回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工条件を算出する装置であって、
   少なくとも前記管材の材料特性、摩擦係数及び加工前管材形状を入力する管材条件入力手段と、
   成形条件を入力する成形条件入力手段と、
   前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第１の軌跡演算手段と、
   前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第１の軌跡演算手段で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件、並びに前記管材条件入力手段及び前記成形条件入力手段でそれぞれ入力した入力値に基づいて、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を演算する第１のレール加圧力演算手段と、
   前記管材と前記フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態で該フォームドロールが回転する場合のロール回転角に対する前記プレッシャーレールの径方向移動軌跡を幾何学的に求める第２の軌跡演算手段と、
   前記フォームドロールを回転駆動させながら前記プレッシャーレールを前記第２の軌跡演算手段で求めた軌跡で前記径方向に移動させる変位制御条件、並びに前記管材条件入力手段及び前記成形条件入力手段でそれぞれ入力した入力値に基づいて、ＦＥＭ解析を実施し、その時のレール加圧力を演算する第２のレール加圧力演算手段と、
   前記第１のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力と前記第２のレール加圧力算出工程で求めた前記レール加圧力との間において加圧力を変化させてＦＥＭ解析を実施し、前記管材の周長が目標とする範囲に入る加圧パターンを求める加圧パターン演算手段と、
   を備えたことを特徴とする管材の引き曲げ加工条件算出装置。
4. 前記座屈発生限界間隙を前記管材の外径の８％に設定したことを特徴とする請求項３記載の管材の引き曲げ加工条件算出装置。
5. 回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置における引き曲げ加工方法であって、
   前記プレッシャーレールの加圧力を、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態の時の加圧力と、該管材及び該フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態となる時の加圧力との間になるように制御しながら加工することを特徴とする管材の引き曲げ加工方法。
6. 回転可能なフォームドロールと、管材を該フォームドロールに固定するクランプダイと、該管材の曲げ外側を該フォームドロールの径方向から加圧して曲げ加工の進行とともに管軸方向及び該径方向に移動可能なプレッシャーレールとを備えた管材の引き曲げ加工装置であって、
   前記プレッシャーレールの加圧力を、前記管材と前記フォームドロールとが常に接触した状態の時の加圧力と、該管材及び該フォームドロール間に座屈発生限界間隙が生ずる状態となる時の加圧力との間になるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする管材の引き曲げ加工装置。

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