JP2007090422A - パイプの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工の初期でのパイプの曲げ外側の局所減肉の発生を有効に防止し得るパイプの曲げ加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】曲げ型１にパイプ10の曲げ始点部を固定し、押し型２でパイプの曲げ反力を受けつつ曲げ型を順方向に回転させて、パイプを曲げ型の曲がり形状に倣わせるパイプの曲げ加工方法において、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の力F1と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の力F2とを付与可能としておき、第１、第２の力の制御モードを、第１の力のモーメントが逆方向、第２の力のモーメントが順方向で、且つ第１、第２の力のモーメントの合成が、パイプ自体の抵抗分と曲げ用工具の抵抗分からなるパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となるように初期設定して、曲げ加工を開始する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パイプの曲げ加工方法および装置に関する。

パイプ（金属管例えば鋼管）の曲げ加工は、一般に、曲げ型にパイプの曲げ始点部を固定し、押し型でパイプの曲げ反力を受けつつ曲げ型を順方向に回転させることで、パイプを曲げ型周縁の曲がり形状に倣わせるという方法により行われる。この方法の実施にあたっては、回転可能に軸支された曲げ型と、曲げ型にパイプの曲げ始点部を固定する固定手段と、曲げ型との間にパイプを挟持しつつ直進移動可能に保持された押し型と、曲げ型の回転を駆動する回転駆動手段と、押し型をパイプへの押付け可能に加圧する加圧手段とを有するパイプ曲げ加工装置が使用される。

上記装置による曲げ加工中のパイプの曲げ内側には、座屈によるしわが発生する場合が多いので、これを抑制するために、同側の加工直前の未加工部分に接触させるワイパを設けることが知られている（例えば特許文献１）。又、上記装置による曲げ加工中のパイプの曲げ外側には、曲げ内側との伸び差による減肉が発生する場合が多いので、これを抑制するために、曲げ加工中のパイプに軸方向圧縮力を付加する手段を設けることが知られている（特許文献１〜４）。又、曲げ部断面の偏平化を抑制するためパイプ内にマンドレルを設けることが知られている。
特開平０２−２９０６２２号公報 特開昭５８−２０５６２０号公報 特開昭６１−２２２６３４号公報 特開平０３−０８１０１９号公報

然しながら、上記した従来の技術では、曲げ型の回転軸を順方向に回転駆動しながらパイプに軸方向圧縮力を加えるようにしても、例えば図５に示すように、曲げ加工の初期の段階で、加工されたパイプの曲げ外側に大きな局所減肉が発生し、時には割れに至ってしまうという問題があった。
本発明は、この問題を解決し、曲げ加工の初期でのパイプの曲げ外側の局所減肉の発生を有効に防止し得るパイプの曲げ加工方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、曲げ型の回転軸に回転駆動力を加えて逆方向のモーメントを発生させつつ、パイプにパイプ軸方向の押し力を加えて前記逆方向のモーメントに打ち勝つ順方向のモーメントを発生させることにより曲げ型を順方向に回転させると、曲げ加工の初期でのパイプの曲げ外側の局所減肉の発生を有効に防止できることを見出し、本発明をなした。

即ち、本発明は、以下の通りである。
［請求項１］ 曲げ型にパイプの曲げ始点部を固定し、押し型でパイプの曲げ反力を受けつつ曲げ型を順方向に回転させて、パイプを曲げ型の曲がり形状に倣わせるパイプの曲げ加工方法において、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の力と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の力とを付与可能としておき、第１、第２の力の制御モードを、第１の力のモーメントが逆方向、第２の力のモーメントが順方向で、且つ第１、第２の力のモーメントの合成が、パイプ自体の抵抗分と曲げ用工具の抵抗分とからなるパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となるように初期設定して、曲げ加工を開始することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。

［請求項２］ 曲げ加工の初期を経過後、前記制御モードを、第１、第２の力のモーメントが共に順方向で且つこれらモーメントの合成が前記パイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となり且つ第１の力のモーメントが第２の力のモーメントよりも大となるように切替えることを特徴とする請求項１記載の方法。
［請求項３］ 回転可能に軸支された曲げ型と、該曲げ型にパイプの曲げ始点部を締結する締結手段と、曲げ型との間にパイプを挟持しつつ直進移動可能に保持された押し型と、押し型をパイプへの押付け可能に加圧する加圧手段と、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の動力手段と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の動力手段と、第１、第２の動力手段の出力を、曲げ加工の初期には前者が逆方向、後者が順方向の状態で曲げ加工が進行し、曲げ加工の初期を経過後は両者が共に順方向の状態で曲げ加工が進行するように制御する動力制御手段とを有するパイプの曲げ加工装置。

［請求項４］ 前記第２の動力手段がパイプの曲げ終点側の端部と連結され、或いは更に、パイプの座屈防止用として、パイプの中間部に転動若しくは摺動自在に当接するパイプガイド手段を有する請求項３記載のパイプの曲げ加工装置。
［請求項５］ 前記第２の動力手段がパイプの中間部と連結された請求項３記載のパイプの曲げ加工装置。

本発明によれば、曲げ加工の初期での曲げ外側の局所減肉の発生を有効に防止することができ、配管部品、構造用鋼管部品、自動車排気用鋼管部品等、鋼管を曲げて使用する部品の薄肉化、小Ｒ曲げが達成できる。

本発明では、曲げ加工の初期において、第１の力のモーメントを逆方向（負の値とする）、第２の力のモーメントを順方向（正の値とする）とし、これらのモーメントの合成がパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となるようにする。パイプ曲げモーメントは、パイプ自体の曲げ抵抗モーメントに曲げ用工具（押し型、ワイパ、マンドレル等）の抵抗分が加算されたものである。

これにより、曲げ加工の初期に、パイプ軸方向の圧縮応力が強化されて、曲げ外側の局所減肉を有効に抑制できる。
曲げ加工の初期を経過した後は、第１の力のモーメントを逆方向としたままでは、曲げ角が大きくなると、曲げ型の曲がり形状にパイプが倣わなくなり、むしろ曲げ型のカリバー面（パイプを外周形状に対応した溝孔面）からパイプが離れるようになる。そこで、曲げ加工の初期を経過した後は、第１、第２の力のモーメントを順方向とし、第１の力のモーメントを第２のそれよりも大きくする、通常の制御モードに切替えるのが好ましい。

尚、第１、第２の力のモーメントは次式で算出され、パイプ曲げ抵抗モーメントはパイプの機械的性質、サイズ及び曲げ形状、及び曲げ用工具の機械的性質、サイズ、パイプとの接触状態等の関数として予め実験により決定される。
第１の力のモーメント＝第１の力×曲げ型の回転軸に連結したスプロケットの半径
第２の力のモーメント＝第２の力×曲げ型外周の曲率半径
但し、第１の力は曲げ型の回転軸に連結したスプロケットの外周接線方向に作用し、第２の力は曲げ型の外周接線方向に作用するものとする。

曲げ加工の初期とは、曲げ型の回転角度が曲げ開始時の０°から、曲げ途中の所定の角度に達するまでの期間である。この所定の角度は20°〜40°の範囲内から適宜選択するのがよい。所定の角度を20°未満にとった場合、十分な効果が得られない。一方、所定の角度を40°超にとった場合、パイプが曲げ型の曲がり形状に倣わなくなる。
上記曲げ加工方法を実施するには、回転可能に軸支された曲げ型と、該曲げ型にパイプの曲げ始点部を締結する締結手段と、曲げ型との間にパイプを挟持しつつ直進移動可能に保持された押し型と、押し型をパイプへの押付け可能に加圧する加圧手段と、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の動力手段と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の動力手段と、第１、第２の動力手段の出力を、曲げ加工の初期には前者が逆方向、後者が順方向の状態で曲げ加工が進行し、曲げ加工の初期を経過後は両者が共に順方向の状態で曲げ加工が進行するように制御する動力制御手段とを有するパイプの曲げ加工装置を用いるのが好ましい。

このような装置では、第１、第２の動力手段の出力が夫々第１、第２の力の源である。曲げ加工の制御モードの初期設定、及び初期経過後の切替えは、動力制御手段を用いて行い得る。第１の動力手段は、例えば、曲げ型の回転軸に連結したスプロケットに取付けたギアに巻いたチェーンを流体圧シリンダ（油圧シリンダ、エアシリンダ等、以下同じ）で順逆何れの方向にも付勢可能に構成したもの等が好ましく用い得る。第２の動力手段は、例えば、パイプの曲げ終点側の端部を掴み具等で流体圧シリンダと連結し、この連結点を介して流体圧シリンダがパイプをパイプ軸方向に押圧可能に構成したもの等が好ましく用い得る。

動力制御手段は、通常の油圧コントローラ等の制御機器に、曲げ加工の初期には第１の力が逆方向、第２の力が順方向の状態で曲げ加工が進行し、曲げ加工の初期を経過後は第１、第２の力が共に順方向の状態で曲げ加工が進行するように制御する制御モードの組込むことにより構成し得る。尚、制御モードの切替え時点である曲げ加工の初期の終点は、通常の角度センサで計測した曲げ型の回転角度の計測値と、曲げ加工の初期の終点の回転角度として設定した参照値との一致判定により検出し得る。

尤も、パイプが比較的小径で薄肉の場合、パイプの曲げ終点側の端部を押圧すると、パイプの中間部（パイプ軸方向の押圧点から曲げ型との接触開始点までの間の部分）に座屈が生じ易いから、パイプの座屈防止用として、パイプの中間部内の適宜の部位に転動若しくは摺動自在に当接するパイプガイド手段を設けることが好ましい。転動自在なものとしてはガイドローラ、摺動自在なものとしてはガイドシューが挙げられる。又、パイプと第２の動力手段との連結点を、パイプの端部にとる代わりに、パイプの中間部内の適宜の部位にとるようにしてもよい。これによっても、同様にパイプの座屈を防止可能である。

尚、従来と同様、必要に応じて、パイプの曲げ内側のしわ発生防止用として、曲げ型のパイプ入側のパイプ外面と接触させるワイパを設置してもよく、又、パイプの偏平化抑制用として、パイプの内面側にマンドレル（芯金）を設置してもよい。

図１、図２は、本発明の実施例１を示す概略平面図であり、図１は曲げ加工の開始時点、図２は曲げ加工の初期を経過後の状態を示している。曲げ型１は回転軸1Aにより回転可能に軸支されている。曲げ型１にはパイプ10の曲げ始点部が締結手段３により締結されている。押し型２はガイドレール4Aにより曲げ型１との間にパイプ10を挟持しつつ直進移動可能に保持され、加圧手段４は油圧シリンダにてガイドレール4Aを介して押し型２をパイプ10への押付け可能に加圧し、パイプ２の曲げ反力に対抗可能としている。

回転軸1Aは第１の動力手段５で加えられる第１の力F1により回転駆動される。第１の動力手段５は、回転軸1Aに連結したスプロケットと補助軸5Cにギアを設け、これらギア間にチェーン5Bを巻回し、チェーン5Bの順逆双方向走行を、両端に作業ロッドを有する油圧シリンダからなる背圧シリンダ5A（これが第１の力F1の源である）により付勢するように構成されている。尚、チェーン5Bには張力調整用ロッド5Dが介装されている。

パイプ10は第２の動力手段６で加えられる第２の力F2によりパイプ軸方向に押圧される。第２の動力手段６は、油圧シリンダからなる管ブースター6A（これが第２の力F2の源である）の作業ロッド先端に設けたチャック（掴み具）6Bでパイプ10の曲げ終点側の長さ端部と連結し、この連結点を介して管ブースター6Aによりパイプ10がパイプ軸方向に押圧されるように構成されている。

動力制御手段７は、背圧シリンダ5Aと管ブースター6Aの油圧を加減する油圧コントローラからなり、これには、次のような制御モードが組込まれている。
（第１モード） 曲げ開始からの曲げ型１の回転角度が、20〜40°の範囲から選択して設定したモード切替角度に達するまでは、図１に示すように第１の力F1が逆方向(F1<0)、第２の力F2が順方向(F2>0)で、これらの力のモーメントの合成（M1＋M2＝F1×r1＋F2×r2）がパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となるように設定した目標値に一致するように制御する。
（第２モード） 曲げ型１の回転角度が前記モード切替角度に達して以降は、図２に示すように第１、第２の力が共に順方向(F1>0,F2>0)で、これらの力のモーメントの合成（M1＋M2＝F1×r1＋F2×r2）がパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となり、且つ(M1＝F1×r1)>(M2＝F2×r2)となるように制御する。尚、曲げ型１の回転角度は、回転軸1Aに設置した図示しない角度センサにより計測し、動力制御手段７に送るようにしている。

尚、パイプ10の曲げ内側のしわ発生防止用として、曲げ型１のパイプ入側のパイプ外面と接触させるワイパ11を設置している。

図３は、本発明の実施例２（曲げ加工開始時点）を示す概略平面図である。これは、実施例１において、パイプ10の座屈防止用としてパイプ中間部を転動自在に拘束するガイドローラ（パイプガイド手段）８を設けたものである。

図４は、本発明の実施例３（曲げ加工開始時点）を示す概略平面図である。これは、実施例１において、チャック6Bでパイプ10を掴む位置を、パイプ端部からパイプ中間部へ変更したものであり、実施例２と同様のパイプ座屈防止効果がある。尚、チャック6Bは、パイプ中間部を掴めるように、実施例１とは異なる形状に設計されている。

実施例１の曲げ加工装置を用い、表１に示す鋼管に表１に示す条件で曲げ角度90°の曲げ加工を施し、曲げ外側の局所減肉率を調べた。その結果を表１に示す。局所減肉率は、曲げ外側の管軸方向肉厚分布を測定した結果を用いて次式で算出した。
局所減肉率＝（曲げ角度40°超での最小肉厚−曲げ角度40°以下での最小肉厚）／曲げ角度40°超での最小肉厚×100（％）
表１より、本発明例では曲げ加工の初期の局所減肉が抑制されたことがわかる。

本発明の実施例１（曲げ加工開始時点）を示す概略平面図である。 本発明の実施例１（曲げ加工の初期を経過後）を示す概略平面図である。 本発明の実施例２（曲げ加工開始時点）を示す概略平面図である。 本発明の実施例３（曲げ加工開始時点）を示す概略平面図である。 従来の方法で曲げ加工した鋼管の曲げ外側に生じた局所減肉の１例を示す管軸方向の肉厚分布図である。

符号の説明

１ 曲げ型
1A 回転軸
２ 押し型
３ 締結手段
４ 加圧手段
4A ガイドレール
５ 第１の動力手段
5A 背圧シリンダ
5B チェーン
5C 補助軸
5D 張力調整用ロッド
６ 第２の動力手段
6A 管ブースター
6B チャック（掴み具）
７ 動力制御手段
８ ガイドローラ（パイプガイド手段）
10 鋼管（パイプ）
11 ワイパ
F1 第１の力
F2 第２の力
O 曲げ型回転中心

Claims (5)

1. 曲げ型にパイプの曲げ始点部を固定し、押し型でパイプの曲げ反力を受けつつ曲げ型を順方向に回転させて、パイプを曲げ型の曲がり形状に倣わせるパイプの曲げ加工方法において、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の力と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の力とを付与可能としておき、第１、第２の力の制御モードを、第１の力のモーメントが逆方向、第２の力のモーメントが順方向で、且つ第１、第２の力のモーメントの合成が、パイプ自体の抵抗分と曲げ用工具の抵抗分からなるパイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となるように初期設定して、曲げ加工を開始することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
2. 曲げ加工の初期を経過後、前記制御モードを、第１、第２の力のモーメントが共に順方向で且つこれらモーメントの合成が前記パイプ曲げ抵抗モーメントよりも大となり且つ第１の力のモーメントが第２の力のモーメントよりも大となるように切替えることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 回転可能に軸支された曲げ型と、該曲げ型にパイプの曲げ始点部を締結する締結手段と、曲げ型との間にパイプを挟持しつつ直進移動可能に保持された押し型と、押し型をパイプへの押付け可能に加圧する加圧手段と、曲げ型の回転軸を回転駆動する第１の動力手段と、パイプをパイプ軸方向に押圧する第２の動力手段と、第１、第２の動力手段の出力を、曲げ加工の初期には前者が逆方向、後者が順方向の状態で曲げ加工が進行し、曲げ加工の初期を経過後は両者が共に順方向の状態で曲げ加工が進行するように制御する動力制御手段とを有するパイプの曲げ加工装置。
4. 前記第２の動力手段がパイプの曲げ終点側の端部と連結され、或いは更に、パイプの座屈防止用として、パイプの中間部に転動若しくは摺動自在に当接するパイプガイド手段を有する請求項３記載の装置。
5. 前記第２の動力手段がパイプの中間部と連結された請求項３記載の装置。

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