JP2006326667A - 金属管の熱間曲げ加工方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 曲げ加工に伴う応力アンバランスが不整変形につながらないようにして、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することのできる金属管の熱間曲げ加工方法及び装置を提供すること。
【解決手段】 曲げ加工される金属管1の先端側は中心軸12を中心に旋回する曲げアーム14の前方クランプ装置15で把持され、金属管1の後端側は加熱冷却装置16の後方に配置された推進装置18の後方クランプ装置21で把持され、加熱冷却装置16で加熱、冷却される金属管1を推進装置18で前進させて曲げアーム14の旋回で曲げ加工する作業を、両クランプ装置15,21で金属管1を弾性的縮径が生じる締め代を以て締め付けて行い、この締め付けにより、曲げモーメントの印加に伴って管中心の軌跡と直交する面内に生じる扁平化応力が軽減された状態で金属管1の曲げ加工を行う。
【選択図】 図3
【解決手段】 曲げ加工される金属管1の先端側は中心軸12を中心に旋回する曲げアーム14の前方クランプ装置15で把持され、金属管1の後端側は加熱冷却装置16の後方に配置された推進装置18の後方クランプ装置21で把持され、加熱冷却装置16で加熱、冷却される金属管1を推進装置18で前進させて曲げアーム14の旋回で曲げ加工する作業を、両クランプ装置15,21で金属管1を弾性的縮径が生じる締め代を以て締め付けて行い、この締め付けにより、曲げモーメントの印加に伴って管中心の軌跡と直交する面内に生じる扁平化応力が軽減された状態で金属管1の曲げ加工を行う。
【選択図】 図3
Description
本発明は、金属管を曲げ加工するための方法及び装置に係り、例えば、丸形鋼管や角形鋼管を熱間曲げ加工する際に利用できるものである。
直管を曲げ加工して曲り管にする高周波曲げ加工が高品質曲り管製造法の主流となっている。同法によれば直管と同材質の曲り管が得られる。また、直管の一部分に所望曲げ半径の曲り部を形成することも容易である。
直管状の金属管に熱間曲げ加工によって曲管部を形成するための従来技術として、下記の特許文献1が知られている。高周波誘導加熱を利用して熱間曲げ加工を行うこの特許文献1の装置は、曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えている。
また、この装置によって金属管の熱間曲げ加工を行うためには、先ず、金属管の両端部を上記2個のクランプ装置で把持し、次いで、金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による金属管の加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、金属管の前記前進により金属管の後端側へ順次進めて金属管の所望区間に曲げ加工を施すことにより、金属管の管軸方向の所望区間を曲げ加工された曲管部とするようにしている。
また、下記の特許文献2及び3には、金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら金属管を熱間曲げ加工する装置が示されている。
特公昭54−30915号公報
特開昭54−8154号公報
特開昭54−112769号公報
船内などの狭いスペースの配管には、場所をとらない小Rの曲り管がよいので、従来技術における曲げ加工下限である1.5〜3DR(曲げ半径Rの呼称管径Dとの比が1.5〜3)の曲り管が多用されてきたが、昨今の要請は1〜1.5DRといった極小レベルに及んできている。図19と、図19のS20−S20線断面図である図20は、呼称管径D、半径rの金属管を曲げ半径Rで曲げ加工したときを示しており、Cは圧縮側を、Tは引張側を夫々示し、また、N−N’は圧縮側Cと引張側Tの境界である中立位置を示している。
高周波曲げ加工は、直管を塑性加工して曲り管を得る技術であるから、T側(曲げ外側)では減肉(肉厚の減少)が、α=R/(R+r)=2R/(2R+D)の減肉比で起り、C側(曲げ内側)では増肉(肉厚の増加)が、β=R/(R−r)=2R/(2R−D)の増肉比で起る。なお、これらの式は、管軸方向の応力による偏差を無視した近似値である。
管軸方向の圧縮や引張りを加えない単純曲げ方式で1〜5DR(即ちR=1〜5D)の曲げ加工を行った場合、上記α、βは次の表1のようになる。
T側の減肉は、素管の肉厚マージン(+公差)によって補われることもあるが、それを当てにすることはできない。一方、どの程度までの減肉ならば通用するかと言うと、鋼管に関するJIS(日本工業規格)の寸法公差である−12.5%、すなわちα=0.875が一つの目安となる。そして、上記表1に見る通り、単純な曲げ加工では3DR以下の小R曲げ加工において、この目安は満たされない。
ついては、上記問題を解決する技術である「圧縮曲げ」が、前述の「1.5〜3DR曲げ時代」から行われてきた。圧縮曲げに関する開示は数多いが、その一例として、前述した特許文献2及び特許文献3にて開示された手法を挙げることができる。これらの手法にあっては、前述の高周波曲げ加工を、金属管に対して後方から推進力を加えると同時に、この推進力に対抗する逆推進力を金属管の前方から加えながら曲げ加工を進めている。因みに、上記開示技術における逆推進力の印加はシリンダによって行われている。
圧縮曲げを行うことで、T側、C側に共通の圧縮比が掛算される結果、表1のT側の減肉比αとC側の増肉比βは、例えば、次の表2のα’、β’の値に変る。
即ち、曲げ加工に伴うT側の減肉起因の肉厚不足の問題は圧縮曲げによって解決されることになり、事実、1.5〜3DRの範囲の小R曲げ加工では既に好調な実績を挙げてきた。
しかしながら、1〜1.5DRの範囲の極小R曲げ加工になると新たな問題が生じた。それは、曲げモーメントの更なる増大に伴う、管横断面(管中心の軌跡に直交する面)の扁平変形やC側(曲げ内側)管肉の蛇腹変形といった不整変形の増大であり、このような問題は、1〜1.5DRの範囲の極小R曲げ加工におけるC側の増肉比が上記表1及び表2に見るように、単純曲げでも1.5〜2、圧縮曲げでは2〜3という高い値となることにも現れている。即ち、C側の圧縮変形は曲げモーメントによってC側にもたらされる圧縮軸力で駆動されたものであるから、本来C側には座屈の要因が潜んでいるところへ、上記圧縮軸力ならびにこれに直交する管横断面内の応力や変形性のT−C方向アンバランスとその変動が、上記曲げモーメントの増大や圧縮曲げによる高い増肉比に対応した高いレベルで生じるところとなって、C側が極めて座屈しやすくなり、その結果、蛇腹変形が増大する。そして、上記要因は当然ながら曲げモーメントの反作用として生ずる扁平変形をも増大させるものであり、これらの蛇腹変形と扁平変形の両不整変形の増大が曲げ加工品の外観や性能に不具合をもたらすということになる。
上記管軸直交面内の応力や変形性のアンバランスのうち、特に上記の蛇腹変形につながりやすいものとして、(1)曲げモーメントの反作用として生じる管横断面内T−C方向の圧縮応力とこれに伴う管体の扁平変形に起因するC側の内外面間の応力アンバランス、(2)C側の圧縮軸力によってもたらされる据込増肉に伴う管内外面への管肉膨出量のアンバランスと、このアンバランスに由来する未加工直管部からの管肉立上り角度の管内外面アンバランス、(3)C側の圧縮軸力に反力として対抗する変形抵抗の管内外面温度アンバランスによって生じるT−C方向応力、(4)曲げ加工開始部のC側における非加工対象直管部からの増肉膨出立上り角度の管内外面アンバランス((1)〜(3)アンバランスの引き金ともなる)、等のアンバランスを挙げることができる。そして、これらのアンバランス自体が本質的に安定したものではなく、そのことがまた、アンバランスを助長する。
以上説明したように、金属管の熱間曲げ加工にあっては、管体に印加された曲げモーメントの反作用として、管体の曲げ外側(T側)と曲げ内側(C側)とに生じる応力に種々な形でのT−C間アンバランスが生じ、それらに起因して扁平変形やC側の蛇腹変形といった不整変形が管体に生じる。そして、上記応力アンバランス、延いては上記不整変形が、曲げ半径比すなわち曲げ半径Rの呼称管外径Dとの比R/Dが小となるほど生じやすい傾向にあること、更には、曲げ加工に伴うT側の減肉を軽減させるべく圧縮曲げ加工を採用した場合、曲げ半径比が小であるほど所要圧縮量が大となって不整変形が生じやすくなるという傾向が上乗せされることが、曲げ半径比の可能範囲をR/D≦1.5という範囲にまで拡張した曲げ加工の実現を妨げてきた。
ついては、曲げ加工に伴う上記管横断面内応力ひいては上記アンバランスが上記不整変形につながらないようにして、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することのできる曲げ加工技術の提供が課題となる。
本発明に係る金属管の熱間曲げ加工方法は、金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、前記加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による前記金属管の該加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで該金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって該金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を前記加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、該金属管の前記前進により該金属管の後端側へ順次進めて前記金属管の所望区間に曲げ加工を施す金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の前記推進装置への取付けのために該推進装置に配設されている後方クランプ装置と該金属管の前記曲げアームへの取付けのために該曲げアームに配設されている前方クランプ装置とによって夫々行う前記金属管の把持を、該金属管に対して管横断面内の曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け形態で且つ該金属管に弾性的縮径が生じる締め代を以て該金属管を締め付けて行い、この締め付け把持状態で前記曲げ加工を進める、ことを特徴とするものである。
上記本発明構成によれば、曲げ加工に伴う管体の不整変形すなわち管横断面の扁平変形やC側管肉の蛇腹変形が大幅に軽減されるという改善がもたらされて前記課題が解決される。上記改善がもたらされる理由については次のように推定される。
<扁平変形の軽減について>
扁平変形は、曲げ加工に際して管体に加えられる曲げモーメントに随伴して管横断面内に生じる応力(以下、説明の便宜上「扁平化応力」と呼ぶ)の面内異方性に起因する。この扁平化応力は、図1に示すように、管横断面内の、曲げ平面と直交するN−N’方位には引張応力σN−N’=p1、曲げ平面と平行するT−C方位には圧縮応力σT−C=−p2(なお、ここでの表記は、説明の便宜のために、piは圧力ディメンションの正の値であり、+piは引張モード、−piは圧縮モードを表すものとする)が生じるという、{σN−N’,σT−C}={p1,−p2}モードの面内異方性を有しており、この異方性が扁平変形をもたらしている。また、上記扁平化応力が生じる区間は、曲げモーメントの作用区間に対応して、管体のうちの後方クランプ装置から前方クランプ装置までの間に位置する区間の全域に亘っている。
扁平変形は、曲げ加工に際して管体に加えられる曲げモーメントに随伴して管横断面内に生じる応力(以下、説明の便宜上「扁平化応力」と呼ぶ)の面内異方性に起因する。この扁平化応力は、図1に示すように、管横断面内の、曲げ平面と直交するN−N’方位には引張応力σN−N’=p1、曲げ平面と平行するT−C方位には圧縮応力σT−C=−p2(なお、ここでの表記は、説明の便宜のために、piは圧力ディメンションの正の値であり、+piは引張モード、−piは圧縮モードを表すものとする)が生じるという、{σN−N’,σT−C}={p1,−p2}モードの面内異方性を有しており、この異方性が扁平変形をもたらしている。また、上記扁平化応力が生じる区間は、曲げモーメントの作用区間に対応して、管体のうちの後方クランプ装置から前方クランプ装置までの間に位置する区間の全域に亘っている。
本発明構成にあっては、図2に示すように、上記締め付け形態に(これの実施形態については後述する)おけるN−N’方位の圧縮荷重wN−N’=−p3の印加(p3>p1)により、扁平化応力のN−N’方位成分が前記p1(引張応力)から−p3(圧縮応力)に転換される。また、上記圧縮荷重印加の反作用として管体に生じるT−C方位の拡径作用が、クランプ装置による締め付けで阻止されて、管体はクランプ部材の内周面からT−C方位の圧縮反力wT−C=−p4を受けることで、扁平化応力のT−C方位成分が前記−p2(圧縮応力)から−p4(同じく圧縮応力)に変化する。ここで、上記−p4の強さは、クランプ部材の締め付け時のふところ深さ寸法に左右されるから、この寸法設定の微調整あるいは締め付けストロークの微調整によって加減できる。ついては、この圧縮反力−p4を、たとえば−p4≒−p3に設定することで、扁平化応力の面内異方性{σN−N’,σT−C}が、前記{p1,−p2}という典型的な異方性モードから上記の{−p3,−p4≒−p3}という略等方的なモードへと大幅軽減された状態となる。そして、この状態で曲げ加工を進めれば、曲げ変形に必要な曲げモーメントが印加されているにも拘らず、これに伴って生じる扁平化応力の面内異方性は大幅軽減しているから、この異方性を生因とする扁平変形の少ない曲げ加工が行えるものと考えられる。
なお、クランプ部にて管体に加えられるN−N’方位の圧縮荷重wN−N’ =−p3ならびに管体に加わるT−C方位の圧縮反力wT−C=−p4は夫々が両クランプ部間を占めて位置する非加熱状態の管体を経由して曲げ変形部まで弾性的に伝播し、ここでも扁平化応力の異方性を軽減する働らきをする。但し、上記伝播の距離に応じて力が弱まるから、これを補うように上記{−p3,−p4}値を設定し、あるいは、伝播の効率を高める処置を講じることが望ましい。因みに、前記弾性的縮径を生じさせる管体の締め付けも、上記伝播効率の高位確保に有効である。何故なら、上記締め付けによって管体がクランプ部材と力学的に一体化された状況が生じ、クランプ部材は前記推進装置による推進力や曲げモーメントの印加に必要な高剛性を本来与えられているから、上記の力学的一体化によって管体に実効的な断面剛性の向上がもたらされ、上記圧縮荷重や圧縮反力の伝播が、断面変形を生じにくくなっている管体を経由して効率よく且つ安定的に実現するということである。
ここで、上記弾性的縮径を生じさせる締め付けの度合については実験的に、0.01〜0.08%の縮径率となる締め付けが好適であると判断された。これは、0.01%未満では上述した扁平変形防止効果が有益なレベルで得られず、また、0.08%を超えると、曲げ製品の価値を減じる塑性変形起因のクランプ痕を生じる恐れが増すからである。
<蛇腹変形の軽減について>
蛇腹変形の軽減には、上記締め付け把持による扁平化応力の異方性の軽減(延いては、曲げ加工中の管体の真円度の向上)に伴う、前述した曲げ加工の際の各種のT−C方位応力・変形のアンバランスの軽減が先ず奏効する。加えて、締め付け把持によってもたらされる上記の管横断面剛性の実効的向上により、蛇腹変形を起動する管肉の座屈変形に対する抵抗性が大幅に高められることが更なる作用効果をもたらすものと考えられる。
蛇腹変形の軽減には、上記締め付け把持による扁平化応力の異方性の軽減(延いては、曲げ加工中の管体の真円度の向上)に伴う、前述した曲げ加工の際の各種のT−C方位応力・変形のアンバランスの軽減が先ず奏効する。加えて、締め付け把持によってもたらされる上記の管横断面剛性の実効的向上により、蛇腹変形を起動する管肉の座屈変形に対する抵抗性が大幅に高められることが更なる作用効果をもたらすものと考えられる。
以上の本発明において、後方クランプ装置を前記推進装置の最先端に配設し、該後方クランプ装置による金属管の把持を、金属管の曲げ加工の終了時における後方クランプ装置の位置が金属管の後端部と前記加熱冷却装置との間の金属管の後端部よりも前記加熱冷却装置に近い位置となるように把持位置を設定して行うことにより、後方クランプ装置から曲げ変形部までの距離が短くなって、上記の逆扁平化応力の曲げ変形部への伝播あるいは金属管の見掛け剛性の向上が効率よく実現される結果、扁平変形の軽減や蛇腹変形の発生の抑制を一層確実に行える。
また、前記曲げアームの旋回速度(dθ/dt)を曲げ加工開始段階における漸増過程を経て一定値に到達させることにより、前記推進装置によって推進される金属管の加熱冷却装置に対する相対前進速度(ds/dt)の曲げアームの旋回速度(dθ/dt)との比率(ds/dθ)、すなわち曲げ変形の実績曲率半径を、曲げ加工開始段階における漸減過程を経て一定値に到達させることで、曲げ加工を、その開始段階にて曲げ半径が曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径からこの定常曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工としてもよい。
これによると、曲げ加工開始段階での曲げ半径は、曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径から該定常曲げ半径へと変化するため、曲げ加工開始部のC側における非加工対象直管部からの増肉膨出の立上りを、急激な段差状ではなく、スロープ状にできることとなり、C側での蛇腹変形の発生の抑制を、その発生の初動要因を管軸方向に分散緩和させて一層有効に行えることになる。
さらに、加熱冷却装置と推進装置と曲げアームとを動作させて行う曲げ加工の開始に先立って、加熱冷却装置の初期位置を、加熱冷却装置による最高昇温部が曲げアームの旋回軸心を通って金属管の管軸と直交する垂線の該管軸との交点位置となるように定めた加熱冷却装置の定常位置よりも金属管の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで加熱冷却装置を定常位置に向かって移動させながら、加熱冷却装置の加熱装置だけを動作させて金属管の加熱を開始し、この後、定常位置までの途中位置から減速を開始して定常位置に到達させるとともに、該減速の開始から定常位置への到達までの動作と同期させて推進装置と曲げアームとに曲げ加工の開始から前記比率(ds/dθ)の一定値への到達までの動作を行わせるようにしてもよい。
これによると、曲げ加工が開始される前に、上記定常位置に向かって移動する加熱冷却装置の加熱装置で金属管の曲げ加工開始部は加熱されるため、該曲げ加工開始部の加熱温度を金属管の肉厚方向に渡って均一化した状態で曲げ加工を開始でき、このため、この加熱温度が金属管の内外で相違する場合に生ずる不整変形の発生を防止して金属管を曲げ加工できることになる。
また、曲げアームによって金属管の先端側に前記推進装置の推進力と逆方向の外力を作用させることにより、金属管の曲げ加工を、該金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら行うようにしてもよい。
この圧縮曲げ加工によると、金属管のC側とT側の境界である中立位置をT側へ移行させることができるため、曲げ加工に伴って減肉する該T側の減肉量を圧縮分だけ少なくでき、該T側の肉厚不足を解消することができる。
以上に説明した金属管の熱間曲げ加工方法は、金属管の呼称管径をDとし、曲げアームの有効旋回半径による金属管の定常曲げ半径をR0としたとき、金属管の曲げ加工をR0≦1.5Dという極小Rの範囲で実施する場合に特に有効となる。これは、R0≦1.5Dという極小Rの曲げにおいて扁平変形と蛇腹変形の問題が隘路となっており、本発明はこれを解決するものであることに加えて、上記極小R曲げにおいては前方クランプ装置から曲げ変形部までの距離が短く、ひいては後方クランプ装置から曲げ変形部までの距離も短くできて、曲げ変形部への前記圧縮荷重wN−N’ならびに圧縮反力wT−Cの弾性的伝播の効率が高位になるからである。
しかし、本発明に係る金属管の熱間曲げ加工方法は、1.5D<R0の範囲でも勿論実施することができる。
本発明に係る金属管の熱間曲げ加工装置は、曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された前記金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、前記金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて前記金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、前記金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて前記金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から前記金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、前記金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えた金属管の熱間曲げ加工装置において、前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とが、これらの装置による前記金属管の把持を、該金属管の管横断面内に曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け荷重を加えて行う構造となっている、ことを特徴とするものである。
この装置によると、上記異方性を持たせた締め付け力による締め付け形態で且つ弾性的縮径が生じる締め代を以て金属管を締め付けることができるため、前述した金属管の熱間曲げ加工方法を実行することができる。
この装置の前方クランプ装置と後方クランプ装置は、上述のように金属管を締め付け把持できる構造になっていれば、任意な構造のものでよい。その一例は、後方クランプ装置と前方クランプ装置とのうち、少なくとも前方のクランプ装置を、金属管を把持する2個のクランプ部材を有するものとし、これらのクランプ部材のうちの一方のクランプ部材を固定クランプ部材とし、他方のクランプ部材を、該固定クランプ部材に対して回動中心軸を中心に回動自在となっている回動クランプ部材とし、該回動クランプ部材を、回動中心軸を中心に回動することで固定クランプ部材と共同して金属管を把持させることができるようにし、該回動中心軸を、金属管の曲げ平面と直交する径線に対して傾斜した径線上に位置させることである。
この構造によると、前記圧縮荷重wN−N’と圧縮縮反力wT−Cを生じさせる締め付け形態と、前記弾性的縮径を生じさせるための締め付け力とが共に確保された締め付けを、簡単に且つ効率よく行うことができ、更には、曲げ加工に供する金属管の前方クランプ装置への取り付けも容易となる。
本発明によると、1.5DR以下の極小R曲げ加工についても、圧縮曲げを含めて、管横断面の扁平変形や曲げ内側での蛇腹変形を抑制して行えることとなって、曲げ半径比に係る従来の制約を払拭することができるという効果を得られる。
以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図3は、本実施形態に係る装置の全体平面図であり、該図3において、機台11には中心軸12が立設され、該中心軸12を中心に歯車13が回動自在となっており、曲げアーム14も該中心軸12を中心に旋回自在であり、該曲げアーム14は歯車13と結合されているため、曲げアーム14と歯車13は一体に旋回する。曲げアーム14の中心軸12側とは反対の端部側には、曲げ加工される金属管1の先端側を把持する前方クランプ装置15が配設されており、また、曲げ加工に供される金属管1を囲繞する形で環状の加熱冷却装置16が配設されている。該加熱冷却装置16は、前段側、即ち前方クランプ装置15側の加熱装置16Aと、後段側の冷却装置16Bとからなり、加熱装置16Aは、加熱装置16Aに囲繞されている金属管1の短区間を誘導加熱するための高周波電流が通電される誘導コイルを有するものであり、冷却装置16Bは、加熱装置16Aで赤熱温度まで加熱された金属管1の加熱部を追随的に冷却するためのもので、該加熱部に冷却水を噴射するための噴射手段を有する。
加熱冷却装置16は、サーボモータ等の駆動源17Aで駆動される送り装置17に連結され、該送り装置17を構成する送りねじ軸等の送り作用で加熱冷却装置16は、金属管1の管軸Aの方向へ前進、後進する。
加熱冷却装置16の後方には、金属管1を管軸Aの方向に前進させるための推進装置18が配置されており、該推進装置18は、金属管1の両側の油圧シリンダ19と、これらの油圧シリンダ19の加熱冷却装置16側に向いているピストンロッド19Aの先端が連結された推進部材20とを有する。推進装置18の加熱冷却装置16に近い最先端部材となっている該推進部材20に、金属管1の後端側を把持するための後方クランプ装置21が配設されている。油圧シリンダ19及び推進部材20は、前記機台11上に設置されたガイド部材22の上に配置されており、図3のS4−S4線断面図である図4で示されているように、該ガイド部材22には、推進部材20を金属管1の管軸Aの方向に案内する案内部22Aが設けられている。
図3で示されているように、前述した前方クランプ装置15は、加熱冷却装置16の前側領域に位置している曲げアーム14の一端側に配設されており、金属管1の後端側を後方クランプ装置21で推進装置18に取付けた後、前方クランプ装置15で金属管1の先端側を曲げアーム14に取付けて油圧シリンダ19のピストンロッド19Aを伸び動作させると、ガイド部材22の案内部22Aで案内移動される推進部材20によって金属管1は加熱冷却装置16に対して前進するとともに、該金属管1の先端側の進路は、曲げアーム14の他端側に設けられている中心軸12を中心とする該曲げアーム14の旋回によって弧状に規制されることになり、加熱冷却装置16の加熱装置16Aで赤熱温度まで前記短区間が加熱された金属管1に上記前進と上記進路規制とによって生ずる曲げモーメントが印加されることにより、該短区間は曲げ変形されるようになっている。
また、図3で示されているように、中心軸12を中心に回動自在な前記歯車13には、油圧シリンダ23のピストンロッド23Aに連結されたラック部材24が噛合しており、油圧シリンダ23はサーボバルブ装置で制御され、歯車13と一体に旋回する曲げアーム14の中心軸12を中心とする旋回速度は、推進装置18による金属管1の前進速度に対応して制御される油圧シリンダ23のピストンロッド23Aの動作速度に応じた速度となる。
なお、前記機台11には、曲げアーム14が図3で示されている初期位置よりも推進装置18側へ旋回するのを防止するためのストップ部材25が設けられている。
推進装置18に配設されている前記後方クランプ装置21は、図4で示されているように、四角枠状に形成された推進部材20の内部下側に固定配置された固定クランプ部材31と、推進部材20の内部上側に上下スライド自在に組み込まれたスライドクランプ部材32と、推進部材20の上面に取り付けられ、スライドクランプ部材32を上下動させる油圧シリンダ33とを有する。金属管1と両クランプ部材31,32のみを示している図6のとおり、両クランプ部材31,32には、図示した間隙δ1を残して金属管1にぴったり嵌合させることのできる寸法となっている半円形の凹部31A,32Aが形成され、スライドクランプ部材32が油圧シリンダ33で下動することにより、金属管1はこれらの凹部31A,32Aで把持される。
両クランプ部材31,32で金属管1を把持させたときには、この把持は、金属管1に、該金属管1の管径に対する凹部31A,32Aの上下深さに応じた弾性的縮径が生ずる締め代を以て行われ、即ち、図2で説明したように、金属管1のN−N’方位は弾性的縮径(前記0.01〜0.08%目安)を生じさせる圧縮荷重wN−N’を加える形で行われる。この圧縮荷重wN−N’の印加の反作用として、管体はT−C方向に拡径しようとするが、この反作用は、前述のように金属管1にぴったり篏合するように作られた両クランプ部材31,32の凹部31A、32Aによる受け止めにより阻止されて、拡径の進展の代りに両クランプ部材31、32からT−C方向の圧縮反力が管体に加わる。そして、この圧縮反力wT−Cは、上記N−N’方位の圧縮荷重wN−N’に応じた強さで生じるから、上記wN−N’の強さを上記目安の弾性的縮径を生じさせる範囲内で調整することにより、上記圧縮反力wT−Cをも上記目安の弾性的縮径を生じる強さに調整できることとなる。その結果金属管1は、N−N’方位にもT−C方位にも同程度の強さの圧縮応力が生じることとなり、扁平変形をもたらす扁平化応力の管横断面内異方性が、全方位に圧縮応力が生じている略等方的な状態に改善されて上記異方性起因の扁平変形が大幅に軽減される。
次に、曲げアーム14に配設されている前記前方クランプ装置15は、図3のS5−S5線断面図である図5で示されているように、曲げアーム14に固定されている固定クランプ部材34と、該固定クランプ部材34に対して回動中心軸35を中心に回動自在となっている回動クランプ部材36と、固定クランプ部材34の立上部34Bに金属管1の曲げ平面と平行する向きで取り付けられ、回動クランプ部材36を回動中心軸35を中心に回動させる油圧シリンダ37とを有する。回動中心軸35は金属管1の曲げ平面と直交する径線B上に配置されておらず、該径線Bに対して金属管1の中心から金属管1のC側(曲げ側)に図示θの角度だけ傾斜した径線D上に配置されている。
金属管1と両クランプ部材34,36のみを示している図7のとおり、固定クランプ部材34と回動クランプ部材36にも半円形の凹部34A,36Aが形成され、これらの凹部34A,36Aは、回動中心軸35とは反対側に位置している図示した間隙δ2を残して金属管1にぴったり嵌合させることのできる寸法となっているため、回動クランプ部材36が油圧シリンダ37のピストンロッド37Aで押圧されて回動中心軸35を中心に固定クランプ部材34側へ回動することにより、金属管1はこれらの凹部34A,36Aで把持される。このようにして金属管1が把持されたときには、図8で示すように、てこの原理によって回動クランプ部材36は、金属管1をN−N’方位にΔV=D(1−cosθ)/2のストローク(Dは金属管1の外径)で締め付けを加えることとなって、このΔVによって金属管1のN−N’方位には金属管1の圧縮弾性率等に応じた図2の圧縮荷重wN−N’が加わり、この圧縮荷重印加の反作用として、図4、図6のクランプ部材31,32の場合と同様に、T−C方位の図2の圧縮反力wT−Cがクランプ部材34,36によって生じ、これにより、前記後方クランプ装置21と同じ全周圧縮モードでの締め付け把持が実現する。
そして、これらのクランプ部材34、35による金属管1の弾性的縮径の締め付け把持についても、径線Bに対する径線Dの傾き角度θや金属管1の管径に対する凹部34A,36Aの深さの設定により、N−N’方位の圧縮荷重wN−N’の調整も、T−C方位の圧縮反力wT−Cの調整も、図4、図6のクランプ31、32部材の場合と同様に行うことができる。
上述の例では、クランプ部材31,32あるいは34,36として一体構造品を用いる形態を示したが、これらのクランプ部材として寄せ木細工構造品(たとえばオーバーサイズの本体部分と、金属管1にぴったり嵌合するライナー部分とをキー溝で組み合わせた構造のもの)を用いる形態としてもよい。この形態は、曲げ加工に供される金属管の外径寸法が多岐に亘る場合の対応策として有用である。
また、上記クランプ部材のT−C側凹部深さ等の微調整手段として金属管1と上記クランプ部材との間に適宜厚さの金属薄板片(いわゆるシム)を噛み込ませる形態も有用であり、特に、圧縮荷重wN−N’と圧縮縮反力wT−Cの比率を微調整したい場合において然りである。
上記寄せ木細工方式及びシム挿入手法は共にクランプ部材の形式を選ばずに適用できるが、特に適用しやすいのは、T側あるいはC側の凹部が一本の軌跡で形成されている図5、図7のクランプ部材34,36の形式のものである。
図9〜図12は、前述した送り装置17や、油圧シリンダ19のサーボバルブ装置、加熱冷却装置16、前方クランプ装置15、後方クランプ装置21等を動作させて行う金属管1の曲げ加工を、その作業の順番にしたがって示した図であり、これらの送り装置17等の動作による金属管1の曲げ加工は、コンピュータに記録されたプログラムによって以下のように行われる。
図9で示されているように、曲げ加工の開始前における加熱冷却装置16の初期位置Eは、曲げアーム14の中心軸12による旋回軸心Fを通って金属管1の管軸Aと直交する垂線Gの管軸Aとの交点位置Hを以て定めた加熱冷却装置16の定常位置Iよりも金属管1の先端側に偏倚させた位置となっている。この後、加熱冷却装置16は定常位置Iに向かって移動しながら加熱装置16Aだけを動作させて金属管1の加熱を開始し、定常位置Iまでの途中位置から加熱冷却装置16は減速を開始して定常位置Iに到達する。そして、後述する図13の説明で分かるように、この減速が始まると、推進装置18による金属管1の前進と曲げアーム14の中心軸12を中心とした旋回とによる金属管1の曲げ加工が開始される。
図10〜図12で示されている該曲げ加工では、金属管1の管軸Aの方向の短区間が加熱冷却装置16の加熱装置16Aによる誘導加熱によって環状に赤熱温度まで加熱され、推進装置18による金属管1の加熱冷却装置16に対する管軸A方向の前進と中心軸12を中心に軸心旋回する曲げアーム14で金属管1の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって金属管1に曲げモーメントが印加されることになり、このように金属管1に曲げモーメントが印加されることで、金属管1の赤熱温度まで加熱された前記短区間が曲げ変形され、そして、曲げ変形を終えた部分が加熱後に加熱冷却装置16の冷却装置16Bで追随的に冷却されることで、曲げ変形した部分はその曲げ変形した形状に固定化され、このようにして金属管1の管軸Aの方向の短区間が形状固定された曲げ変形部となる微分動作が行われることになり、この微分動作が金属管1の前記前進で金属管1の後端側へ順次進められることにより、金属管1の所望区間は曲げ加工されることになる。
図13は、以上の曲げ加工における金属管1の移動速度Jと加熱冷却装置16の移動速度Kの変化を示すタイムチャートであり、このタイムチャートには、金属管1の移動速度Jとの対比のために、図3で示した油圧シリンダ23のピストンロッド23Aの動作速度で設定される曲げアーム14の中心軸12を中心とする旋回速度L(dθ/dt)も示されている。また、図13の速度を表す縦軸において、+(プラス)は図3及び図9〜図12における右側への前進速度を示し、−(マイナス)は図3及び図9〜図12における左側への後進速度を示す。
図13の横軸における時間t1は図8で示されているときであり、この時間t1のときの加熱冷却装置16の初期位置Eは、前述したように、前記定常位置Iよりも金属管1の先端側に偏倚した位置となっている。この後、加熱冷却装置16は、図13の速度Kで示されているように、一定速度で後進し、この後進速度は時間t2から減少して時間t3においてゼロ、即ち加熱冷却装置16は停止状態になり、この時間t3において、加熱冷却装置16は定常位置Iに達している。そして、該加熱冷却装置16は時間t4まで定常位置Iに停止しており、次いで、加熱冷却装置16は時間t4から時間t5まで速度を増加させながら後進する。時間t5のときの状態が図12で示されている。一方、推進装置18による金属管1の前進は時間t1から時間t2まで行われず、該金属管1の前進は時間t2から開始され、この前進速度は、図13の速度Jで示すように、時間t3まで増加する。この後、金属管1は時間t3から時間t4まで一定速度で前進し、このときの状態が図10及び図11で示されており、金属管1の前進速度は時間t4から減少して時間t5においてゼロとなる。
以上の時間t1から時間t5までにおいて、金属管1の加熱冷却装置16に対する相対速度(即ち速度差J−K=ds/dt)は常に一定値であり、このため、加熱冷却装置16の加熱装置16Aから金属管1へ入力される熱量は、金属管1の単位長さ当たり一定量となっており、これにより、金属管1は均一加熱されるようになっている。
ところで金属管1が上述したように曲げ加工されると、曲げ加工されて塑性変形する曲げ変形部は、金属管1への前記曲げモーメントの印加に伴って管中心の軌跡と直交する管横断面内に生じる扁平化応力により、図14のMで示されているように、N−N’方向に長径化して扁平変形しようとする。
しかし、本実施形態に係る装置では、金属管1の曲げ加工は、金属管1の先端側が前方クランプ装置15で、金属管1の後端側が後方クランプ装置21で夫々把持されて行われ、これらの把持は、前述したように、金属管1に弾性的縮径が生ずる締め代を以て行われるとともに、該締め付け形態は、金属管1に曲げ加工の曲げ平面と直交する方位N−N’の圧縮荷重を加え、且つ曲げ平面と平行するT−C方位の金属管1の拡径を阻止する締め付け形態となっている。そして、上記方位N−N’の圧縮荷重と、その反作用であるT−C方位の拡径が上記締め付け形態により阻止されることで金属管1に加わるT−C方位の圧縮反力とは、曲げ加工中の金属管1の曲げ変形部に弾性的に伝達されることになり、これによって該曲げ変形部の扁平化応力の管横断面内異方性が軽減され、扁平変形等の不整変形が軽減されることになる。
その結果、たとえば、図14のMのように扁平変形しようとする金属管1の扁平程度を、図14のPの程度に軽減することが可能となる。また、C側での蛇腹変形の発生を抑えて金属管1を曲げ加工でき、また、金属管1の呼称管径をDとし、曲げアーム14の有効旋回半径による金属管1の定常曲げ半径をR0(図12を参照)としたとき、金属管1の曲げ加工をR0≦1.5Dの範囲で、より具体的には、1<R0≦1.5Dの範囲で行うことも可能となる。
また、本実施形態では、図12で示されているように、後方クランプ装置21は前記推進装置18の最先端に配設されており、これにより、金属管1の曲げ加工の終了時における後方クランプ装置21の位置が、金属管1の後端部と加熱冷却装置16との間の金属管1の後端部よりも加熱冷却装置16に近い位置となるように設定されているため、後方クランプ装置21の把持位置から前記曲げ変形部までの距離が短くなって、曲げ変形部へのN−N’方位の圧縮荷重やT−C方位の圧縮反力の伝達を一層有効的に行うことができ、扁平変形やC側での蛇腹変形の発生の抑制を一層確実に行える。
また、本実施形態では、図13で示されている曲げアーム14の旋回速度Lのうち、時間t2と時間t3との間における旋回速度(dθ/dt)は、L1で示されているように、時間に対してほぼ比例的に増加しており、この例では図3で示された油圧シリンダ23のピストンロッド23Aの動作速度が前述したサーボバルブ装置で制御されることにより、曲げ加工開始段階となっている時間t2から時間t3までの曲げアーム14の旋回速度(dθ/dt)は、漸増過程を経て一定値に到達している。このため、推進装置18による金属管1の加熱冷却装置16に対する相対前進速度(J−K=ds/dt)と曲げアーム14の旋回速度(L=dθ/dt)との比率(ds/dθ)、言い換えると曲げ半径Rは、時間t2と時間t3との間の漸減過程を経て一定値に到達している。
図15のQは、時間に対する金属管1の曲げ半径Rの変化を示している。上述のように、金属管1の加熱冷却装置16に対する相対前進速度(J−K=ds/dt)と曲げアーム14の旋回速度(L=dθ/dt)との比率(ds/dθ)が変化すると、図15のQのうちのQ1部分に示すように、時間t2と時間t3との間の金属管1の曲げ加工開始段階において、曲げ半径Rが、曲げアーム14の有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径R0よりも大きい半径からこの定常曲げ半径R0へと変化するグラデイション(ぼかし)曲げ加工が実現されることになる。
このグラデイション曲げ加工によると、図16で示されているとおり、金属管1の曲げ加工開始部1AのC側における金属管先端側の非加工対象直管部1Bからの管内外の増肉膨出の立上りを急激な段差状ではなく、スロープ状とすることができ、これにより、曲げ加工開始部1AのC側での蛇腹変形の発生の抑制をさらに一層有効に行えることになる。
さらに、本実施形態では、前述したように、図13の時間t2からの金属管1の曲げ加工の開始に先立って、加熱冷却装置16の初期位置Eを定常位置Iよりも金属管1の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで、加熱冷却装置16を定常位置Iに向かって移動させながら、加熱冷却装置16の加熱装置16Aだけを動作させて金属管1の加熱を開始するため、上記グラデイション曲げ加工及び定常曲げ半径R0による定常曲げ加工が開始される前に、上記曲げ加工開始部1Aの加熱温度を金属管1の肉厚方向に渡って均一化しておくことができる。これにより、金属管1のC側の増肉による管肉の膨出が管内側と管外側で均一化されることで前記管内外へのスロープ状の立上り角度(図16のS1とS2)が略同等となって、上記蛇腹変形の発生が更に確実に抑制される。
また、本実施形態では、図13で示されている曲げアーム14の旋回速度Lのうち、時間t4と時間t5との間における旋回速度(dθ/dt)も、L2で示されているように、時間に対してほぼ比例的に減少しており、ここでも前記油圧シリンダ23のピストンロッド23Aの動作速度が前述したサーボバルブ装置で制御されることにより、曲げ加工終了段階となっている時間t4から時間t5までの間の曲げアーム14の旋回速度(L=dθ/dt)は、漸減過程を経てゼロになっている。このため、推進装置18による金属管1の加熱冷却装置16に対する相対前進速度(J−K=ds/dt)と曲げアーム14の旋回速度(L=dθ/dt)との比率(ds/dθ)、言い換えると曲げ変形Rは、時間t4と時間t5との間の漸増過程を経て大きな値に到達している。
これによると、図15のQのうちのQ2部分に示すように、時間t4から時間t5までの間の金属管1の曲げ加工終了段階においても、曲げ半径Rが、曲げアーム14の有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径R0からこの定常曲げ半径R0よりも大きい曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工を実現できることになる。
このグラデイション曲げ加工によると、前記管肉の膨出の立上りがスロープ状となり、また、曲げ加工終了段階では金属管1の温度が既に肉厚方向に均一化されているから、図16で示されているとおり、金属管1の曲げ加工終了部1CのC側における金属管後端側の非加工対象直管部1Dからの管内外の増肉膨出立上り角度S3とS4を略同等とすることができ、これにより、曲げ加工終了部1CのC側でも蛇腹変形の発生を抑制できることになる。
また、本実施形態では、図13の金属管1の移動速度Jと曲げアーム14の旋回速度Lとの比較で分かるように、時間t2から時間t5までの旋回速度Lは、移動速度Jに対応する旋回速度よりも少し遅い速度となっている(なお、図13におけるL=dθ/dtの表示は、「J=金属管1の移動速度」との関係が判るように、曲げアーム14の有効半径R0を乗じて曲げアーム14の有効旋回周速に変換した表示尺度になっている)。この速度差により、金属管1に推進装置18の推進力と逆方向の圧縮荷重を曲げアーム14から作用させながら行う圧縮曲げ加工が実現されて、T側の減肉量が圧縮分だけ低減することになる。この場合には、図17で示されているように、金属管のC側(圧縮側)とT側(引張側)の境界である中立位置N−N’は、金属管1の中心を通る位置U1からT側へ寄った位置U2へ偏倚している。
なお、このような圧縮曲げ加工を行うことでC側の増肉量が増加する場合においても、上記グラデイション曲げ加工等を行うことによって該C側に蛇腹変形が生ずるのをより確実に防止できる。
また、本実施形態によると、曲げアーム14に配設された前方クランプ装置15の回動クランプ部材36を回動中心軸35を中心に回動させる油圧シリンダ37は、図5で示されているように、金属管1の曲げ平面と平行する向きとなっているため、該油圧シリンダ37についてのメンテナンス等の作業を容易に行える。
図18は、別実施形態に係る前方クランプ装置45を示す。該前方クランプ装置45は、曲げアーム14に固定立設された固定クランプ部材46と、該固定クランプ部材46に回動中心軸47,48で上下回動自在に連結された第1及び第2回動クランプ部材49,50と、下側の第2回動クランプ部材50に軸51で取付けられたブラケット52と、該ブラケット52に取付けられた油圧シリンダ53とを有し、該油圧シリンダ53のピストンロッド53Aは上側の第1回動クランプ部材49に連結されている。上記3個のクランプ部材46,49,50には金属管1の外周形状と対応する円弧状凹部46A,49A,50Aが形成され、ピストンロッド53Aが伸び動作することによってこれらの凹部46A,49A,50Aで金属管1は把持される。
この実施形態の前方クランプ装置45でも、前述実施形態の前方クランプ装置15及び後方クランプ装置21と同様の締め付け形態によって金属管1を把持することができる。
なお、この前方クランプ装置45を後方クランプ装置として採用してもよい。また、前記実施形態の前方クランプ装置装置15を後方クランプ装置として採用してもよく、前記実施形態の後方クランプ装置21を前方クランプ装置として採用してもよい。
本発明は、曲げ半径比(R/D)が小さい金属管の曲げ加工を、R/D≦1.5といった範囲についても管横断面の扁平変形や曲げ内側の蛇腹変形が生じるのを抑制して行うために利用することができる。
1 金属管
12 中心軸
14 曲げアーム
15,45 前方クランプ装置
16 加熱冷却装置
16A 加熱装置
16B 冷却装置
17 送り装置
18 推進装置
21 後方クランプ装置
34 固定クランプ部材
35 回動中心軸
36 回動クランプ部材
A 管軸
12 中心軸
14 曲げアーム
15,45 前方クランプ装置
16 加熱冷却装置
16A 加熱装置
16B 冷却装置
17 送り装置
18 推進装置
21 後方クランプ装置
34 固定クランプ部材
35 回動中心軸
36 回動クランプ部材
A 管軸
Claims (8)
- 金属管の管軸方向の短区間を加熱冷却装置の前段の加熱装置で誘導加熱により環状に赤熱させながら、前記加熱冷却装置の後方に配置された推進装置による前記金属管の該加熱冷却装置に対する管軸方向の前進と軸心旋回する曲げアームで該金属管の先端側の進路が弧状に規制される進路規制とによって該金属管に曲げモーメントを印加することで前記赤熱させた短区間を曲げ変形させて行く過程と、該過程にて曲げ変形を終えた部位を前記加熱冷却装置の後段の冷却装置で追随的に冷却することで前記曲げ変形させた形状を固定する過程と、を以て構成される曲げ加工の微分動作を、該金属管の前記前進により該金属管の後端側へ順次進めて前記金属管の所望区間に曲げ加工を施す金属管の熱間曲げ加工方法において、
前記金属管の前記推進装置への取付けのために該推進装置に配設されている後方クランプ装置と該金属管の前記曲げアームへの取付けのために該曲げアームに配設されている前方クランプ装置とによって夫々行う前記金属管の把持を、該金属管に対して管横断面内の曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け形態で且つ該金属管に弾性的縮径が生じる締め代を以て該金属管を締め付けて行い、この締め付け把持状態で前記曲げ加工を進める、ことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。 - 請求項1に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記後方クランプ装置を前記推進装置の最先端に配設し、該後方クランプ装置による前記金属管の把持を、前記金属管の曲げ加工の終了時における該後方クランプ装置の位置が前記金属管の後端部と前記加熱冷却装置との間の前記金属管の後端部よりも前記加熱冷却装置に近い位置となるように把持位置を設定して行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
- 請求項1又は2に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記曲げアームの旋回速度(dθ/dt)を曲げ加工開始段階における漸増過程を経て一定値に到達させることにより、前記推進装置によって推進される前記金属管の前記加熱冷却装置に対する相対前進速度(ds/dt)の前記曲げアームの旋回速度(dθ/dt)との比率(ds/dθ)を、曲げ加工開始段階における漸減過程を経て一定値に到達させることで、前記曲げ加工を、その開始段階にて曲げ半径が前記曲げアームの有効旋回半径によって定まる定常曲げ半径よりも大きい半径からこの定常曲げ半径へと変化するグラデイション曲げ加工とすることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
- 請求項3に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記加熱冷却装置と前記推進装置と前記曲げアームとを動作させて行う前記曲げ加工の開始に先立って、前記加熱冷却装置の初期位置を、該加熱冷却装置による最高昇温部が前記曲げアームの旋回軸心を通って前記金属管の管軸と直交する垂線の該管軸との交点位置となるように定めた該加熱冷却装置の定常位置よりも前記金属管の先端側に偏倚させた位置としておき、次いで該加熱冷却装置を該定常位置に向かって移動させながら、該加熱冷却装置の加熱装置だけを動作させて前記金属管の加熱を開始し、この後、前記定常位置までの途中位置から減速を開始して該定常位置に到達させるとともに、該減速の開始から該定常位置への到達までの動作と同期させて前記推進装置と前記曲げアームとに前記曲げ加工の開始から前記比率(ds/dθ)の一定値への到達までの動作を行わせることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記曲げアームによって前記金属管の先端側に前記推進装置の推進力と逆方向の外力を作用させることにより、前記金属管の曲げ加工を、該金属管に管軸方向の圧縮荷重を加えながら行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の呼称管径をDとし、前記曲げアームの有効旋回半径による前記金属管の定常曲げ半径をR0としたとき、前記金属管の曲げ加工をR0≦1.5Dの範囲で行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
- 曲げ加工される金属管の短区間を誘導加熱するための誘導コイルが前段に配され、且つ後段には、該誘導コイルで加熱された前記金属管の加熱部を追随的に冷却するための冷却装置が配された、前記金属管の前記短区間を囲繞して配設される環状の加熱冷却装置と、該加熱冷却装置の後方にて前記金属管の後端側を把持する後方クランプ装置が最先端に配された、前記金属管を管軸方向に前進させるための推進装置と、前記加熱冷却装置の前側領域にて前記金属管の先端側を把持する前方クランプ装置が一端側に配され且つ他端側には前記加熱冷却装置の定常位置から前記金属管の管軸と直交する方向に離間して位置する旋回軸心が設けられた、前記金属管の先端側の進路を弧状に規制するための曲げアームと、を備えた金属管の熱間曲げ加工装置において、
前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とが、これらの装置による前記金属管の把持を、該金属管の管横断面内に曲げ平面と直交する方位の圧縮荷重を加えるとともに該曲げ平面と平行する方位の拡径を阻止する締め付け荷重を加えて行う構造となっている、ことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工装置。 - 請求項7に記載の金属管の熱間曲げ加工装置において、前記後方クランプ装置と前記前方クランプ装置とのうち、少なくとも前記前方のクランプ装置は前記金属管を把持する2個のクランプ部材を有しており、これらのクランプ部材のうちの一方のクランプ部材は固定クランプ部材であり、他方のクランプ部材は、該固定クランプ部材に対して回動中心軸を中心に回動自在となっている回動クランプ部材であり、該回動クランプ部材は前記回動中心軸を中心に回動することで前記固定クランプ部材と共同して金属管を把持し、前記回動中心軸は前記金属管の前記曲げ平面と直交する径線に対して傾斜した径線上に位置していることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工装置。
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