JP2006231337A

JP2006231337A - 金属パイプの曲げ加工方法

Info

Publication number: JP2006231337A
Application number: JP2005044922A
Authority: JP
Inventors: Dakejiyu Matsumoto; 岳樹松本
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】金属パイプのいずれの曲げ加工部位においても、しわ等が生じ難い金属パイプの曲げ加工方法を提供する。
【解決手段】ストレート管状の金属パイプ５の両端部を下型２における一対のパイプ端支持部２２に固定する。そして、金属パイプ５の内部に液圧Ｐ１を付与すると共に、下型２の両パイプ端支持部２２間に設けられたＶ字状凹部２１からなる液圧室に液圧Ｐ２を付与する。液圧Ｐ２は、山型凸状の成形用可動型（上型３）による押圧を受ける側に露出した金属パイプ５の表側半外周面の反対側にあたる金属パイプ５の裏側半外周面に作用する。かかる液圧付与状態のもとで、上型３により金属パイプ５の略中央部をその表側半外周面から裏側半外周面へと向かうパイプの直交方向に押圧することにより、しわ等をほとんど生じないパイプ曲げが実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液圧を作用させながら金属パイプに曲げ加工を施す金属パイプの曲げ加工方法に関する。

特許文献１は、金属製の管素材（金属パイプ）に対し曲げ半径の小さな曲げ加工を良好に行うと共に、管素材の曲げ部のつぶれ現象、しわ、偏平等を抑制することを目的とした管の曲げ成形加工方法を開示する。その方法によれば、曲げ成形の対象となるストレート金属パイプの両端部を上下型間に挟持固定して該パイプを水平に保持すると共に、該パイプの内部に加圧液体（水又は油）を充填する。そして、パイプに内圧を付与した状態で、下型に装備された山型凸状の成形用ポンチを垂直上動させ、このポンチによってパイプ中央部を下から上に押圧する。こうして前記山型凸状の成形用ポンチに設けられた成形半円形溝と、上型に設けられた山型凹状の成形半円形溝とによって曲げ成形後の管形状を規定しつつ、管素材の曲げ加工とバルジ加工とを同時に行っている。この方法によれば、図４（Ｂ）に示すように中央部分が「く」の字形に折れ曲がった金属パイプが得られる。

特許文献１の方法は、金属パイプ内部に液圧を付与しつつ曲げ加工を行うことでしわ等を抑制するという着想において、在来型のパイプベンダを用いた単純な曲げ加工よりも優れていると言える。しかしながら、次に述べる理由により、特許文献１に開示された方法でもその目的を完全に達成することは難しい。

特許文献１の方法では、パイプ中央の曲げ部（図４（Ｂ）の「く」の字の中央頂点に相当する部位５１）については、加工開始から加工終了に到るまで成形用ポンチが常にパイプに接触する。このため、パイプの外からのポンチによる押圧作用と、パイプの内からの液圧による押圧作用とが相俟って、パイプ中央の曲げ部にしわ等が生じ難いのは確かである。しかし、パイプの両端付近の二つの曲げ部（図４（Ｂ）の「く」の字の両端頂点に相当する部位５２）に関しては、これらの曲げ部が前記山型凸状の成形用ポンチによる直接的な付形又は型拘束を受けるのは成形用ポンチが作動終点に達した瞬間であり、それまでの間はパイプの外からの押圧作用を全く受けない状態にある。このため、当該パイプ両端付近の二つの曲げ部においては、曲げの内側にあたる部位（図４（Ｂ）の符号５２ａを付した部位）にしわ等が生じ易い。本発明はかかる事情に鑑みてなされたものである。

特開２００２−２１９５２６号公報

本発明の目的は、金属パイプのいずれの曲げ加工部位においても、しわ等が生じ難い金属パイプの曲げ加工方法を提供することにある。

本発明は、ストレート管状の金属パイプの両端部を成形時固定手段で支持固定すると共に、その金属パイプを山型凸状の成形用可動型で押圧することにより、金属パイプに曲げ加工を施す方法において、金属パイプの内周面に液圧（Ｐ１）を付与した状態、且つ、前記山型凸状の成形用可動型による押圧を受ける側に露出した金属パイプの表側半外周面の反対側にあたる金属パイプの裏側半外周面に対して液圧（Ｐ２）を付与した状態のもとで、前記山型凸状の成形用可動型により金属パイプの略中央部を、その表側半外周面から裏側半外周面へと向かう該パイプと直交する方向に押圧することを特徴とする金属パイプの曲げ加工方法である。

本発明においては、前記金属パイプの内周面に付与される液圧（Ｐ１）は、金属パイプを膨張させない程度の大きさに設定され、前記金属パイプの裏側半外周面に付与される液圧（Ｐ２）は、前記金属パイプの内周面に付与される液圧（Ｐ１）に等しいか又はそれよりも大きく設定されていることが好ましい。

［作用］
この金属パイプの曲げ加工方法によれば、山型凸状の成形用可動型が金属パイプの略中央部を直交方向に押圧するに従い、成形時固定手段に保持固定された金属パイプの両端部を除く金属パイプの残りの部分が、当初のストレート管形状から成形用可動型の山型凸形状に準じた形に次第に変形し、最終的には成形用可動型の山型凸形状に対応して折れ曲がった形に成形される（図４（Ｂ）参照）。

成形用可動型による押圧過程を通じて、金属パイプはその内周面に所定の液圧（Ｐ１）を受け続けるのみならず、成形用可動型による押圧を受ける側の反対側にあたる裏側半外周面にも所定の液圧（Ｐ２）を受け続ける。この金属パイプの裏側半外周面に作用する液圧（Ｐ２）は、一種の流動性ダイクッションとなって金属パイプの裏側半外周面（但し成形時固定手段に保持された金属パイプ両端部を除く）を均等に裏支えする。それ故、成形時固定手段による拘束を受けるパイプ両端部に連なる二つの曲げ部については、成形用可動型による押圧動作が終了する瞬間に当該可動型による最終的な付形又は型拘束をはじめて受けることになるという特別な事情があったとしても、前記パイプ内液圧（Ｐ１）と相俟った前記液圧（Ｐ２）の持続的なダイクッション効果によって、当該パイプ両端付近の曲げ部ではしわ等の発生が効果的に抑制される。

尚、金属パイプの裏側半外周面に付与される液圧（Ｐ２）を、金属パイプの内周面に付与される液圧（Ｐ１）に等しいか又はそれよりも大きく設定することで、パイプの曲げ部におけるしわ等の発生を更に効果的に抑制することができる。

［付記］本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
付記１．金属パイプの曲げ加工装置であって、Ａ：金属パイプの両端部を支持する一対のパイプ端支持部、及び、前記一対のパイプ端支持部に支持された金属パイプの裏側半外周面によって液密に区画される液圧室を有するパイプ保持型と、Ｂ：前記パイプ保持型の液圧室に対して進入離脱可能であると共に、前記一対のパイプ端支持部に支持された金属パイプの略中央部をその表側半外周面から裏側半外周面へと向かう該パイプと直交する方向に押圧可能に設けられた山型凸状の成形用可動型と、Ｃ：前記液圧室に所定の液圧（Ｐ２）を付与するための第１の圧力調整機構と、Ｄ：前記一対のパイプ端支持部に支持された金属パイプ内に所定の液圧（Ｐ１）を付与するための第２の圧力調整機構とを備えてなる金属パイプの曲げ加工装置。この装置を用いれば、上記金属パイプの曲げ加工方法を円滑に実施することができる。

本発明の金属パイプの曲げ加工方法によれば、金属パイプのいずれの曲げ加工部位においても、しわ等の発生を効果的に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２に示すように、金属パイプ５の曲げ加工に用いる装置は、金属パイプ５の保持固定及び静水圧付与に関与するパイプ保持型としての下型２と、その下型２に対して接近離間可能に設けられた成形用可動型としての上型３とを備えている。

下型２は、その中央部において縦断面形状が略逆二等辺三角形状にへこんだＶ字状の凹部２１を有している。このＶ字状凹部２１の前後にあたる下型の前後両端部にはそれぞれ、ストレート管状の金属パイプ５の両端部を支持するための一対のパイプ端支持部２２が形成されている。各パイプ端支持部２２は、雨樋のように横断面が半円形状をした水平に延びる溝として構成されており、その半円形溝の半径は加工対象となる金属パイプ５の半径にほぼ対応している。下型の前記Ｖ字状凹部２１の底面部２１ａにも、前記パイプ端支持部２２の半円形溝と同様、雨樋のように横断面が半円形状をした溝２１ａが形成されている。即ち下型２にあっては、一方のパイプ端支持部２２からＶ字状凹部の底面部２１ａを経由して他方のパイプ端支持部２２に到る領域に一連の半円形溝が構築されている。

下型２は更に、前記Ｖ字状凹部２１の左右両側に設けられた二つの平行な側壁２３，２４を有している。二つの側壁２３，２４間の間隔は、加工対象となる金属パイプ５の直径に対応するように設定されている。このため、ストレート管状の金属パイプ５を下型２の上に載せて両パイプ端支持部２２間に水平に配置した場合には、金属パイプ５の下側面（裏側半外周面）、Ｖ字状凹部の底面部２１ａ及び二つの側壁２３，２４によって囲まれる逆三角形状の領域には、液密な液圧室が区画形成される。この液圧室は、下型のＶ字状凹部２１の底に貫通形成された圧力調整用孔２５を介して、加圧ポンプ等からなる第１の圧力調整機構２６に連通している。

下型２の上方に配設された成形用可動型としての上型３は概して、前記下型のＶ字状凹部２１の形状に対応した逆二等辺三角形状、つまり下に凸の山型凸状に形成されている。上型３の底面部３１ａを構成する二つの傾斜辺部には、前記パイプ端支持部２２の半円形溝と同様、雨樋のように横断面が半円形状をした溝３１ａが形成されている。その半円形溝３１ａの半径は加工対象となる金属パイプ５の半径にほぼ対応している。また、上型３の幅（左右方向長さ）は、下型の二つの側壁２３，２４の対向面間の間隔にほぼ対応している。このため、上型３は、下型２のＶ字状凹部２１（つまり液圧室）に対して進入離脱可能となっている。

上型３は垂直駆動機構３２と作動連結されており、この垂直駆動機構３２によって、下型２の上方にある待機位置（図２に示す位置）と、下型のＶ字状凹部２１内に深く進入した曲げ加工終了位置（図３に示す位置）との間を移動可能となっている。

次に、上記の装置を用いた金属パイプ５の曲げ加工手順について説明する。

事前準備として、上型３を下型２の上方の待機位置に配置すると共に、下型２のＶ字状凹部２１には加圧用液体としての水（冷水又は温水のいずれも可）を満たしておく。加工対象となるストレート管状の金属パイプ５の両端部にはそれぞれシール用パンチ４１を装着し、当該金属パイプ５内に加圧用液体としての水（冷水又は温水のいずれも可）を予め満たしておく。そして、この金属パイプ５の両端部を下型の二つのパイプ端支持部２２にそれぞれセットし、固定具４２でもって金属パイプ５を下型２に保持固定する。

前記固定具４２は、上型３での押圧加工時に金属パイプ５の両端部がパイプ端支持部２２から浮き上がるのを防止するためのものである。故に本実施形態では、パイプ端支持部２２及び固定具４２により、金属パイプ５の両端部を下型２に保持固定するための成形時固定手段が構成される。なお、金属パイプ５の内部は、各シール用パンチ４１内の連通路を介して第２の圧力調整機構４３（図２及び図３参照）に連通している。第２の圧力調整機構４３は、前記第１の圧力調整機構２６と同様、加圧ポンプ等から構成される。

続いて、第２の圧力調整機構４３を作動させ、金属パイプ５の内圧を所定の目標圧Ｐ１にまで上昇させる。この目標圧Ｐ１は、好ましくは金属パイプ５を膨張させない程度のぎりぎりの高圧力である。例えば金属パイプ５が外径５０ｍｍ、厚さ２〜３ｍｍの鋼管の場合、目標圧Ｐ１は１０〜３０ＭＰａの範囲にあることが好ましい。また、金属パイプ５の内圧上昇とほぼ同時に第１の圧力調整機構２６を作動させ、Ｖ字状凹部２１内の液圧室の内圧を所定の目標圧Ｐ２にまで上昇させる。この目標圧Ｐ２は、前記目標圧Ｐ１にほぼ等しいか又はそれよりも若干高い程度の高圧力であることが好ましい。しわの防止効果を確実ならしめるという観点からは、Ｐ１＜Ｐ２であることが望ましい。

金属パイプ５の内部及び下型２の液圧室への加圧が完了したら、上型３を待機位置から曲げ加工終了位置に向けて下動させる。すると、山型凸状の上型３が水平に支持された金属パイプ５の中央部を鉛直方向に押圧するに従い、下型２に保持固定された金属パイプ５の両端部を除く金属パイプ５の中央部分が、当初のストレート管形状から上型３の山型凸形状に準じた形に次第に変形し、最終的にはその山型凸形状にほぼ対応した「く」の字状に折れ曲がった形に成形される（図３参照）。なお、この間、金属パイプ５の内圧及び下型２の液圧室の内圧は、前記目標圧Ｐ１及びＰ２をそれぞれ維持するように第１及び第２の圧力調整機構２６，４３によってフィードバック制御される。

上型３による押圧動作の開始から終了に到るまでの間、金属パイプ５の中央で「く」の字の中央頂点に相当する曲げ部５１のうち曲げの内側にあたる内側部位５１ａ（図４（Ｂ）参照）は、上型３の山型頂部による外からの押圧作用及びパイプ内圧Ｐ１による内からの押圧作用を終始受け続ける。また、前記曲げ部５１のうち曲げの外側にあたる外側部位５１ｂは、パイプ内圧Ｐ１による内からの押圧作用及び液圧室内圧Ｐ２による外からの押圧作用を終始受け続ける。このため、パイプ中央の曲げ部５１の内側部位５１ａ及び外側部位５１ｂともに、しわ等が生じることはほとんどない。

他方、金属パイプ５の両端付近であってパイプ端支持部２２及び固定具４２による拘束を受けることで結果的に折れ曲がる二つの曲げ部５２（即ち「く」の字の両端頂点に相当する二つの曲げ部５２、図４（Ｂ）参照）は、上型３が図３の曲げ加工終了位置に達した瞬間に当該上型３による付形又は型拘束をはじめて受けるものであるが、上型３による押圧動作の開始から終了に到るまでの間、金属パイプ５の下側面（裏側半外周面）には液圧室内圧Ｐ２が常に作用している。つまり、上型３による押圧動作の全期間を通じて、液圧室の液圧Ｐ２が一種のダイクッションとなって金属パイプ５の下側面のほぼ全体を均等に裏支えする。少なくとも、金属パイプ両端付近の各曲げ部５２のうち曲げの内側（曲げの縮み側）にあたる内側部位５２ａは、パイプ内圧Ｐ１による内からの押圧作用及び液圧室内圧Ｐ２による外からの押圧作用を終始受け続ける。それ故、当該内側部位５２ａにしわ等が生じることはほとんどない。

尚、金属パイプ両端付近の各曲げ部５２のうち曲げの外側にあたる外側部位５２ｂは、曲げの伸び側にあたると共にパイプ内圧Ｐ１による内からの押圧作用を終始受けるため、当該外側部位５２ｂにしわ等が生じることはほとんどない。

このように本実施形態の金属パイプ５の曲げ加工方法によれば、金属パイプ５の３つの曲げ部（５１，５２）のいずれにおいても、しわ等の発生を効果的に抑制することができる。また、金属パイプ５の各曲げ部に無理な歪みが残ることもなく、極端な減肉を生ずることもないので、曲げられた金属パイプ５に対して追加の加工（例えばバルジ成形等）を施したとしても、曲げ部においてワレ等の問題を生ずることがほとんどない。更には、曲げ加工後の金属パイプ５の形状及び寸法の安定性にも優れている。

［変更例］
上記実施形態では、パイプ保持型としての下型２における液圧室を主としてＶ字状凹部２１により構成したが、下型２の液圧室の底面部（２１ａ）を曲げ加工完了時の金属パイプ５の「く」の字形状に対応させることは本発明の必須要件ではない。例えば図５に示すように、下型２の一対のパイプ端支持部２２間における液圧室の形をほぼ断面方形状とすることにより、成形用可動型としての上型３が曲げ加工終了位置に達したときに金属パイプ５の裏側半外周面が液圧室の底面部に非接触となってもよい。つまり、本発明の曲げ加工方法では、上型３が金属パイプ５の曲げ形状を規定する要素であり、下型２は金属パイプ５の保持固定及びパイプの裏側半外周面に対して液圧を付与するための液圧室を区画することを主たる役割とするに過ぎない。

金属パイプの曲げ加工装置の概要を示す斜視図。パイプ曲げ加工開始時の状態を示す概略縦断面図。パイプ曲げ加工終了時の状態を示す概略縦断面図。（Ａ）曲げ加工前の金属パイプの正面図、（Ｂ）曲げ加工後の金属パイプの正面図。金属パイプの曲げ加工装置の変更例を示す図３相当の概略縦断面図。

符号の説明

２…下型（パイプ保持型）、３…上型（成形用可動型）、５…金属パイプ、２１…下型のＶ字状凹部、２２…下型のパイプ端支持部、２６…第１の圧力調整機構、４１…シール用パンチ、４２…固定具（２２及び４２は成形時固定手段を構成する）、４３…第２の圧力調整機構。

Claims

ストレート管状の金属パイプの両端部を成形時固定手段で支持固定すると共に、その金属パイプを山型凸状の成形用可動型で押圧することにより、金属パイプに曲げ加工を施す方法において、
金属パイプの内周面に液圧（Ｐ１）を付与した状態、且つ、前記山型凸状の成形用可動型による押圧を受ける側に露出した金属パイプの表側半外周面の反対側にあたる金属パイプの裏側半外周面に対して液圧（Ｐ２）を付与した状態のもとで、前記山型凸状の成形用可動型により金属パイプの略中央部を、その表側半外周面から裏側半外周面へと向かう該パイプと直交する方向に押圧することを特徴とする金属パイプの曲げ加工方法。
前記金属パイプの内周面に付与される液圧（Ｐ１）は、金属パイプを膨張させない程度の大きさに設定され、前記金属パイプの裏側半外周面に付与される液圧（Ｐ２）は、前記金属パイプの内周面に付与される液圧（Ｐ１）に等しいか又はそれよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の金属パイプの曲げ加工方法。