JP2008000752A - パイプ曲げ加工条件算出システム、パイプ曲げ加工条件算出プログラム、およびパイプベンダ - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間にパイプの曲げ加工条件を算出する。
【解決手段】 本発明のパイプ曲げ加工条件算出システムは、曲げ部の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部についてスプリングバックの影響を加味しつつ加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、加工条件算出手段は、位置関係判定手段の判定結果が許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、目標の形状を得るための曲げ加工条件をパイプベンダに提供するためのパイプ曲げ加工条件算出システム、曲げ加工条件をコンピュータに算出させるためのプログラム、および目標の形状のベンディングパイプを作製するパイプベンダに関し、コンピュータを用いた金属加工技術の分野に属する。

パイプを複数箇所（少なくとも一箇所）で曲げて目標の形状のベンディングパイプを作製する場合、スプリングバックを考慮する必要があるのは当業者にとっては当然のことである。スプリングバックを考慮せずに目標の形状のペンディングパイプを作製すると、特に曲げ部が多いほど最終加工形態のベンディングパイプは目標形状のベンディングパイプとは程遠い形状になり、例えばベンディングパイプがハイドロフォーミング用パイプとして型に入れられる場合、型に収まらないことがある。

この対処として、スプリングバックを考慮して目標の形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出する方法として、例えば特許文献１に記載の方法がある。この方法では、有限要素法を利用してスプリングバックを考慮した曲げ加工条件を算出する。

特開２００５−１６１３３２公報

しかしながら、特許文献１の方法の場合、有限要素法を利用したものであるため、目標の形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出するのに時間を要し、特に曲げ部が多くなると、曲げ各条件の算出に著しく長時間を要することになる。

また、各曲げ部が目標の形状になるように該各曲げ部に対応する曲げ加工条件を算出するため、曲げ部を多数備える形状のベンディングパイプの場合、各曲げ部に対応する加工条件を算出した計算において含まれる許容できる計算誤差が累積し、その結果、算出されたベンディングパイプの全体形状と目標のベンディングパイプの全体形状との間に、目標のベンディングパイプが収まるフォーミングパイプを作製するための型に算出されたベンディングパイプが収まらないというような形状の違いが生じることがある。

これの対処として、計算誤差の累積による影響を小さくするために有限要素法による計算を緻密にやることが考えられるが、その分さらに計算に時間を要することになる。

そこで、本発明は、有限要素法を使用せずに短時間で、また曲げ部を多数備えるベンディングパイプであっても、目標の形状のベンディングパイプを得るための最適な曲げ加工条件を算出することができるパイプ曲げ加工条件算出システムと、コンピュータに目標の形状のベンディングパイプを得るための最適な曲げ加工条件を算出させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムと、スプリングバックを考慮しつつ目標の形状のベンディングパイプを作製することができるパイプベンダとを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明は、パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するパイプ曲げ加工条件算出システムであって、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、加工条件算出手段は、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、当初の曲げ加工条件または位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段が備えられていることを特徴とする。

一方、請求項４に記載の発明は、パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するためにコンピュータを駆動させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムであって、コンピュータを、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段、及び目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段として機能させると共に、前記加工条件算出手段として機能させるときは、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出するように機能させることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項４に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、コンピュータを加工条件算出手段として機能させるときは、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正するように機能させることを特徴とする。

さらに、請求項６に記載の発明は、前記請求項４又は請求項５に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、コンピュータを、当初の曲げ加工条件又は位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段として機能させることを特徴とする。

そして、請求項７に記載の発明は、パイプに曲げ加工を行うパイプ曲げ装置を備え、所定の曲げ加工条件に基いてパイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダであって、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出すると共に、前記パイプ曲げ装置は、前記曲げ加工条件又は補正曲げ加工条件のいずれかに基いてパイプに曲げ加工を行うことを特徴とする。

本発明によれば、請求項１に記載するように、目標形状のパイプの中心線上に設けた複数の比較点と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味して算出した算出形状におけるパイプ中心線上の対応する比較点との位置関係を判定し、その判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合に、判定結果がその許容範囲に収まるように当初の曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することにより、当初の曲げ加工条件または補正曲げ加工条件のいずれかがパイプベンダに提供されることになる。その結果、目標形状または該目標形状と比較して許容できる範囲内の形状の曲げ加工品が得られることになる。具体的に言えば、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ順次曲げ加工されたパイプの形状を算出した算出形状と目標形状とを比較するとき、先に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の位置関係の違いが次に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の位置関係の違いに現れることを考慮した上で、対応しあう比較点の位置関係の違いが許容範囲内に収まるような加工条件が算出されるから、算出された曲げ加工条件によって加工された全体形状が目標形状から大きく逸脱するといったことがない。また、各曲げ部におけるスプリングバックの影響は、中心線に対しての例えば材料力学的な計算で算出されるので、有限要素法を用いる場合に比較して計算時間が短縮されることになる。

また、請求項２に記載の発明によれば、補正曲げ加工条件を算出するときに、
曲げ角度を優先的に補正するので、曲げ半径を優先的に補正する場合に比較して、パイプベンダにおけるローラを異なる径のものに交換する頻度が低減される。

また、請求項３に記載の発明によれば、当初の曲げ加工条件又は位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出するようにしたから、この加工条件で得られたパイプをハイドロフォーミングで加工するパイプ素材とする場合に、その加工の適否の判定したり、ハイドロフォーミング加工のシミュレーション用データとして用いたりすることができる。

一方、請求項４〜請求項６に記載の発明によれば、これらの発明に係るプログラムをコンピュータに搭載して実行すれば、請求項１〜請求項３に記載のシステムと同様の効果が得られる。

さらに、請求項７に記載の発明によれば、曲げ加工条件が必要に応じて自動的に補正されて、目標形状とほぼ一致した形状のパイプ製品が得られるパイプベンダが実現されることになる。

まず、本発明がすることは、目標の形状のベンディングパイプを得るために適切なパイプの曲げ加工条件を求めることである。したがって、本発明を理解するために、まず、パイプの曲げ加工、すなわちベンディングパイプの作製方法について簡単に説明する。

図１は、パイプを曲げ加工するパイプベンダの構成を概略的に示す図である。図に符号１０で示すパイプベンダは、概略、ローラ状の曲げ金型１２と、曲げ金型１２にパイプＰを押し当てるクランパ１４を備えたクランプ１６と、パイプＰを該パイプＰの中心線を中心として回転させる回転チャック１８と、パイプＰを送り方向２０に送るパイプＰの搬送機構２２と、曲げ加工時にパイプＰを抑えるための抑えローラ２４とから構成される。また、パイプベンダ１０は、３つのＸａ軸、Ｙａ軸、Ｚａ軸（図面に対して直交する方向に伸びる軸）からなる直交座標系（以下、「基準座標系」と称する。）を備える。なお、方向２０は、Ｘａ軸方向である。

曲げ金型１２とクランプ１６は、協働してパイプＰを曲げる手段として機能する。

曲げ金型１２は、送り方向２０と直交する（Ｚａ軸方向の）回転中心線を有するローラ形状であって、所定の周速で回転可能に構成されている。パイプＰは、曲げ金型１２の外周面に沿って曲げ加工され、パイプＰの曲げ部の曲げ半径Ｒは、曲げ金型１２の回転中心線から外周面までの距離とパイプＰの断面半径との和で決定される。

クランプ１６は、曲げ金型１２の回転中心線を中心として旋回可能であって、曲げ金型１２の回転中心線に向かって進退可能なクランパ１４を備える。クランプ１６は、パイプＰと曲げ金型１２とが最初に接触する位置（基準座標系の原点の位置で、以下、「曲げ開始位置」と称する。）Ｏで、クランパ１４を進行させることによりパイプＰを曲げ金型１２に押し当てる（曲げ金型１２にクランプする。）。クランプ状態で曲げ金型１２の回転に合わせて曲げ開始位置Ｏから旋回角θｍだけ旋回したとき、クランパ１４を後退させて曲げ金型１２へのパイプＰへの押し当てを解除する（曲げ金型１２からアンクランプする。）。この曲げ金型１２と協働した動作により、曲げ半径Ｒで曲げ角度がθｍの曲げ部Ｂが形成される。

なお、クランプ１６の旋回角は変更可能で、それにより所望の曲げ角度を備える曲げ部が形成される。

回転チャック１８は、パイプＰを該パイプＰの中心線を中心として回転させるものである。回転チャック１８は、曲げ加工が実行されていないときに（すなわち、クランプ１６がアンクランプ状態であるとき）、曲げ金型１２に当接する前のパイプＰの部分を保持してパイプＰを所望の角度で回転させるように構成されている。

搬送機構２２は、パイプＰを方向２０、厳密にはパイプＰの中心線が基準座標系のＸａ軸と一致するように、曲げ金型１２の周速と一致する搬送速度でパイプＰを搬送するように構成されている。

抑えローラ２４は、曲げ加工時において曲げ金型１２とパイプＰの当接を維持するためのもの、具体的に言えば、曲げ加工中、クランパ１６のクランパ１４によって曲げ金型１２に押し当てられているパイプＰの部分以外の部分が該曲げ金型１２から離れないようにするためのものである。

このようなパイプベンダ１０によれば、搬送機構２２から送られたパイプＰは、パイプＰの先端からある距離の部分でクランプ１６によって曲げ金型１２にクランプされて所望の曲げ角度の曲げ部が形成され、また、ある曲げ部が形成される直前に回転チャック１８により回転されることにより、パイプＰは所望の形状のベンディングパイプに曲げ加工される。

次に、パイプベンダ１０に与えられる曲げ加工条件について説明する。

図２は、図３の曲げ加工条件テーブルにしたがって加工されたベンディングパイプＰ１と、ベンディングパイプＰに加工される前のパイプＰ１’を示している。なお、ベンディングパイプＰ１とパイプＰ１’は中心線のみを示している。ここでは、説明を簡単にするためにスプリングバックが発生しないものとする。

図３に示す曲げ加工条件テーブルによれば、まず、最初の曲げ部Ｂ１は、パイプＰ１’の先端から距離Ｆ１の地点を曲げ部先端点として曲げ角度θ１で形成される。距離Ｆ１は、パイプＰ１’の先端が曲げ開始位置Ｏからその先に搬送機構２２によって送られた量でもあることから送り量と呼ぶこととする。

次に、送り量Ｆ１に続いて送り量Ｆ２でパイプＰ１’を送った地点（先端からＦ１＋Ｆ２の地点）を曲げ部先端点として曲げ角度θ２の曲げ部Ｂ２が形成される。この曲げ部Ｂ２の形成が開始される前、すなわちパイプＰ１’は、クランプ１６によって曲げ金型１２にクランプされる前に、回転チャック１８によって角度φ２だけパイプＰ１’の中心線を中心として回転される。

最後に、さらに送り量Ｆ３でパイプＰ１’を送った地点（先端からＦ１＋Ｆ２＋Ｆ３の地点）を曲げ部先端点として曲げ角度θ３の曲げ部Ｂ３が形成される。この曲げ部Ｂ３の形成が開始される前に、回転チャック１８によってパイプＰ１’は角度φ３だけ該パイプＰ１’の中心線を中心として回転される。

なお、図２や図３に示すように３つの曲げ部Ｂ１〜Ｂ３の曲げ半径はＲ１で共通である。すなわち１つの曲げ金型でベンディングパイプＰ１の曲げ部Ｂ１〜Ｂ３は形成されている。

以上の図３に示す曲げ加工条件テーブルにしたがう工程を経て、ベンディングパイプＰ１が形成される。

ここからは、本発明である、目標形状のベンディングパイプを得るためにパイプベンダに提供する適切なパイプの曲げ加工条件を算出するシステムについて説明する。

本発明に係るシステムは、パイプ曲げ加工時に考慮しなければならないスプリングバックに対策したもので、スプリングバックの影響を加味しつつ目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出するためのものである。

そのために、本発明の一実施形態のシステムは、図４に示すように、コンピュータ１００を中心として構成され、コンピュータ１００は、中央処理装置１０２と、キーボードや記憶媒体（図示せず）などの曲げ加工条件を算出するために必要な情報がユーザから入力されるための入力装置１０４と、算出した曲げ加工条件をユーザに出力するための出力装置１０６と、曲げ加工条件を算出するために必要なプログラムやテーブルを記憶する記憶装置１０８とを有する。

中央処理装置１０２は、入力装置１０４や出力装置１０６を制御するとともに、記憶装置１０８にアクセス可能に構成されており、具体的に言えば、入力装置１０４を介して入力された情報と記憶装置１０８に記憶されているプログラムやデータを用いて曲げ加工条件を算出し、算出した曲げ加工条件を出力装置１０６に出力するように構成されている。

入力装置１０４は、ユーザから目標形状のベンディングパイプの情報をコンピュータ１００に取り込むためのもので、具体的には、ベンディングパイプの材料となるパイプの情報や目標形状の情報をユーザから得るためのものである。例えば、入力装置１０４がキーボ−ドであって、出力装置１０６がディスプレイである場合、後述するように記憶装置１０８に記憶されている図５に示すパイプ情報テーブルをディスプレイに画像表示し、パイプの全長Ｌ、外径ｄ１、内径ｄ２、ヤング率Ｅ、降伏応力σｙ、硬化係数Ｅｈの数値をキーボードで入力させてパイプの情報をコンピュータ１００に取り込む。

また、目標形状の情報は、図３に示す曲げ加工条件テーブルと同様のテーブルで表現され、例えば、後述するように記憶装置１０８に記憶されている図６に示す目標形状情報テーブルをディスプレイに画像表示し、目標形状のベンディングパイプが備える複数の曲げ部１〜ｎに関する、各曲げ部が形成されるパイプ上の位置を示す送り量Ｆ１〜Ｆｎ、回転角度φ１〜φｎ、曲げ半径Ｒ、曲げ角度θ１〜θｎの数値がユーザによるキーボード入力を介してコンピュータ１００に取り込まれる。

出力装置１０６は、ディスプレイやプリンタなどであって、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件の情報を出力したり、目標形状のベンディングパイプを画像として出力したりするように構成されている。

記憶装置１０８には、図７に示すように、曲げ加工条件をコンピュータ１００に算出させるためのプログラムや、その他のプログラムとして例えば、算出した曲げ加工条件を用いて加工されてなるベンディングパイプの板厚分布を解析するプログラムなどが記憶されている。

また、記憶装置１０８には、各種のテーブルが記憶されており、上述したパイプ情報テーブルと目標形状テーブル、それ以外に、図３のテーブルと同様の図８に示すような曲げ加工条件テーブルと、パイプベンダが使用可能な曲げ金型の種類と曲げ半径のデータを示した図９に示すような可能曲げ半径テーブルとが記憶されている。

次に、パイプ曲げ加工条件算出システムが実行する、すなわち曲げ加工条件算出プログラムにより駆動されたコンピュータ１００が実行する曲げ加工条件の算出動作の一例をフローによって説明する。

図１０は、曲げ加工条件の算出動作のフローの一例を示している。

まず、ステップＳ２００において、ユーザのコンピュータ１００の入力装置１０４を介する入力によりベンディングパイプの材料となるパイプの情報を取得する。これにより、図５に示すようなパイプ情報テーブルが取得される。

次に、ステップＳ２１０において、ユーザのコンピュータ１００の入力装置１０４を介する入力により目標形状情報テーブルを取得する。これにより、例えば、図１１に示すベンディングパイプＰｇが形成されるための図６に示すような目標形状情報テーブルが取得される。

続くステップＳ２２０において、ステップＳ２１０において取得した目標形状情報テーブルから、目標形状のベンディングパイプの中心線（以下、「目標中心線」と称する。）を算出し、目標中心線を構成する複数の点それぞれの座標を算出する。例えば、図１２に示すように、上述した基準座標系における目標中心線ＣＬｇを構成する複数の点それぞれの座標を算出する。

なお、簡単に補足すると、パイプの中心線を構成する複数の点それぞれの基準座標系における座標は次の考えのもとで算出することができる。

すなわち、搬送機構による送り、曲げ金型による曲げ加工、回転チャックの回転のいずれかが行われるたびに、パイプの中心線を構成する複数の点それぞれの座標は変化することである。

このような場合の中心線の座標を求める一例の考え方を説明する。まず、図１３に示すように、搬送機構２２によりパイプＰがＸａ軸方向にΔｘａだけ送られると、中心線ＣＬ上の点Ｃｎは、Ｘａ座標成分がΔｘａだけ増分した基準座標系の座標に移動する。ＣｎがＣｎ’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「送り座標変換」と称する。

また、図１４に示すように、回転チャック１８によりパイプＰが角度Δφ回転されると、中心線ＣＬ上の点Ｃｎは、Ｘａ座標の値は変わらず、Ｙａ−Ｚａ平面と平行な平面上においてＸａ軸を中心として角度Δφだけ回転移動される。ＣｎがＣｎ’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「回転座標変換」と称する。

さらに、図１５に示すように、曲げ金型１２によって曲げ角度Δθで曲げ半径Ｒの曲げ部Ｂが形成されると、中心線ＣＬ上の点Ｃｎは、Ｚａ座標の値は変わらず、Ｘａ−Ｙａ平面上において曲げ金型１２の回転中心線を中心としてΔθだけ回転移動される。ＣｎがＣｎ’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「曲げ座標変換」と称する。

したがって、搬送機構による送り、曲げ金型による曲げ加工、回転チャックの回転のいずれかが行われるたびに、対応する送り座標変換、回転座標変換、曲げ座標変換のいずれかが中心線ＣＬを構成する点に対して実行される。それにより、複雑な形状の中心線ＣＬを構成する複数の点それぞれの基準座標系における座標を算出することができる。

図１０に戻り、ステップＳ２３０において、目標中心線ＣＬｇの形状を画像（図１２に示すような画像）として出力装置１０６に出力する。代わりとしてまたは加えて、中央処理装置１０２が、ステップＳ２００において取得したパイプ情報テーブルと目標中心線ＣＬｇの形状とに基づいて目標形状のベンディングパイプの画像（図１１に示すような画像）を出力してもよい。

次に、ステップＳ２４０において、図１６に示すように、目標中心線ＣＬｇを構成する点から複数の比較点Ｃ０〜Ｃｅを定義する。比較点Ｃ０は目標中心線ＣＬｇの先端点（いわゆるパイプの先端）であり、比較点Ｃｅは目標中心線ＣＬｇの後端点であり、残りの比較点は、曲げ部先端点、曲げ部中点、曲げ部後端点である。

ステップＳ２４０において比較点の定義が終わると、続くステップＳ２５０において複数の比較点Ｃ０〜Ｃｅが付された目標中心線ＣＬｇの画像（図１６に示すような画像）を出力装置１０６に出力する。

次に、本システム（コンピュータ１００）が算出した形状のベンディングパイプ（詳細は後述する。）と目標形状のベンディングパイプとの間の許容できる形状の違い（許容誤差）を、ステップＳ２６０においてユーザから入力装置１０６を介して知る。具体的には、ユーザの入力装置１０６を介する入力により、目標形状のベンディングパイプの比較点と、本システム（コンピュータ１００）が算出した形状のベンディングパイプの対応する比較点との間の許容できる距離の値を取得する。

ステップＳ２７０において、曲げ加工条件テーブルを作成する。ここでは、テーブル上の各パラメータをステップＳ２１０で所得した目標形状情報テーブルのパラメータと同一とした図８に示すような曲げ加工条件テーブルを作成する。

ステップＳ２８０において、ステップＳ２７０で作成された（または後述するステップ３６０において補正された）曲げ加工条件テーブルを用いてパイプを曲げ加工した場合に各曲げ部に発生するスプリングバックの影響を算出する。具体的には、曲げ加工条件テーブルに示す複数の曲げ部Ｂ１〜Ｂｎそれぞれについて、ステップＳ２００において取得したパイプ情報テーブルを参照するとともに曲げ加工条件テーブルに示す曲げ半径Ｒと曲げ角度θを用いて、スプリングバック後の曲げ角度θ’を算出する。

例えば、曲げ部Ｂ１について説明する。曲げ半径Ｒ１および曲げ角度θ１の曲げ部Ｂ１を形成すると、スプリングバック後の曲げ半径Ｒ１’は数１に示す式から求められる。

数１に示す式において、ｄ１、ｄ２、σｙ、Ｅ、Ｅｈは、パイプ情報テーブルから提供される、外径、内径、降伏応力、ヤング率、硬化係数である。

スプリングバックが発生した後の曲げ半径Ｒ１’が求まると、スプリングバックが発生した後の曲げ角度θ１’は数２に示す式から求めることができる。

ステップ２９０において、曲げ角度比αを算出する。曲げ角度比αは、曲げ加工条件テーブルの曲げ角度θをスプリングバック後のθ’で割った値で、１以上の値である。曲げ角度比αを各曲げ部Ｂ１〜Ｂｎごとに算出する。

ステップＳ２９０において各曲げ部Ｂ１〜Ｂｎの曲げ角度比αが求まると、ステップＳ３００において曲げ加工条件テーブルの曲げ角度θを、曲げ角度θに曲げ角度比αを積算して求まる曲げ角度をθａに補正変更する。補正されてなる曲げ角度補正済み曲げ加工条件テーブルを図1７に示す。

続く、ステップＳ３１０において、ステップＳ２２０において目標形状テーブルから目標中心線を算出したように、スプリングバックの影響を加味しつつ曲げ角度補正済み曲げ加工条件テーブルの曲げ加工条件で加工されたパイプの中心線の形状を算出する。以下、算出された形状のパイプ中心線は、目標中心線をスプリングバックの影響を加味して補正したものとみなせるため「補正中心線」と称する。

さらに、ステップＳ３２０において、ステップＳ２４０において目標中心線上に複数の比較点を定義したように、補正中心線上にも複数の比較点を定義する。補正中心線上に定義される比較点の位置や数は、目標中心線上に定義した比較点の位置や数と同一である。

ステップＳ３３０においては、目標中心線上の複数の比較点それぞれと、対応する補正中心線上の比較点との位置関係を判定する。判定は、目標中心線上の比各比較点と補正中心線上の対応する比較点との間の距離が、ステップＳ２６０において取得した許容誤差を超えているか否かを判定する。わかりやすく説明すると、図１８のように、補正中心線ＣＬａと目標中心線ＣＬｇとを基準座標系に配置してみると、それぞれの後端点Ｃ０とＣ０’との間にスプリングバックの影響による距離が発生しているのがわかる。このＣ０とＣ０’のように、対応しあう比較点の間の距離が許容誤差を超えているか否かを判定する。

ステップＳ３４０において、ステップＳ３３０における判定の結果、目標中心線の各比較点と対応する補正中心線の比較点の複数の組のうち、その間の距離が許容誤差を超える組が少なくとも１つある場合、ステップＳ３５０に進む。そうでない場合、ステップＳ３７０に進む。

ステップＳ３５０においては、記憶装置１０８に記憶されている図９に示す可能曲げ半径テーブルを参照してパイプベンダが使用可能な異なる曲げ半径Ｒを選択する。例えば、次に半径が小さい曲げ半径Ｒを選択する、または予め可能曲げ半径テーブルにおいて複数の曲げ半径Ｒに順序付けがなされていて、その順序にしたがって選択する。

次に、ステップＳ３６０において、ステップ２７０において作成した曲げ加工条件テーブルの曲げ半径を先のステップＳ３５０において選択した異なる曲げ半径に変更補正する。例えば、曲げ半径Ｒ２に変更補正された曲げ半径補正済み曲げ加工条件テーブルを図１９に示す。そして、ステップＳ２８０に戻る。

ステップＳ３７０においては、ステップＳ３３０において否と判定された時の曲げ加工条件テーブルを、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件テーブルとして出力装置１０６を介してユーザに出力する。

ステップ３７０において、算出した曲げ加工条件が出力されると曲げ加工条件算出のフローが完了する。

本実施形態によれば、各曲げ部についてスプリングバックの影響を加味しつつ順次曲げ加工されたパイプの形状を算出した算出形状と目標形状とを比較するとき、先に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の間の距離が次に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の間の距離に影響として現れることを考慮した上で、対応しあう比較点の間の距離が許容誤差に収まるように補正された加工条件が算出されることになる。また、算出された曲げ加工条件によって加工されたパイプの全体形状が目標形状から大きく逸脱するといったことがない。さらに、各曲げ部におけるスプリングバックの影響は、中心線に対しての例えば材料力学的な計算で算出されるので、有限要素法を用いる場合に比較して計算時間が短縮されることになる。

以上、一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、算出した曲げ加工条件から有限要素法を用いて、図２０に示すようなベンディングパイプの板厚分布や図２１に示すような相当ひずみ分布を算出して出力してもよい。図２０のベンディングパイプＰｘや図２１のベンディングパイプＰｙにおいて、板厚やひずみの分布は等高線のように表現される。その場合、コンピュータの記憶装置に板厚分布解析プログラムや相当ひずみ分布解析プログラムを記憶させておく必要がある。

本発明によって算出された曲げ加工条件で作製されたベンディングパイプがハイドロフォーミングされる場合、板厚分布や相当ひずみ分布の情報がハイドロフォーミング持に役に立つからである。

また、本発明の曲げ加工条件算出の方法は、パイプの断面形状に大きく影響されない。上述の実施形態においてパイプの断面形状は円形であるが、図２２に示すような正方形断面形状のパイプＰｚにも実施可能である。なぜなら、本発明は、上述するようにパイプの中心線に基づいて曲げ加工条件を算出するためである。

上述の実施形態においては、パイプベンダとパイプ曲げ加工条件算出システムは別体であるが、一体化されてもよい。例えば、パイプベンダに目標形状をユーザが入力したときに、パイプベンダ内の制御部が目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出し（すなわち、制御部が、上述の実施形態のシステムのように機能し）、算出した曲げ加工条件に基づいてパイプ曲げ機構がパイプを曲げ加工するようなパイプベンダが実現可能である。

また、上述の実施形態において、ベンディングパイプの曲げ半径は共通であるが、各曲げ部毎に曲げ半径が異なるようなベンディングパイプの曲げ加工条件も算出可能なのは当業者にも明らかである。しかしながら、曲げ加工条件を算出し終わるために必要な時間は、曲げ部の数に比例する。

本発明は、パイプの曲げ加工に関わるあらゆる装置に、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を提供することが可能である。

パイプベンダの構成を概略的に示す図である。 曲げ加工条件を説明するための図である。 図２に関連する曲げ加工条件テーブルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るパイプ曲げ加工条件算出システムの構成を示す図である。 記憶装置に記憶されているパイプ情報テーブルを示す図である。 記憶装置に記憶されている目標形状情報テーブルを示す図である。 記憶装置の構成を示す図である。 記憶装置に記憶されている曲げ加工条件テーブルを示す図である。 記憶装置に記憶されている可能曲げ半径テーブルを示す図である。 システムのパイプ曲げ加工条件の算出動作のフローを示す図である。 目標形状のベンディングパイプを示す図である。 目標中心線を示す図である。 目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。 異なる目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。 さらに異なる目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。 複数の比較点を付した目標中心線を示す図である。 曲げ角度が補正された曲げ加工条件テーブルを示す図である。 目標中心線と補正中心線を基準座標系に配置した図である。 曲げ半径が補正された曲げ加工条件テーブルを示す図である。 ベンディングパイプの板厚分布を示す図である。 ベンディングパイプの相当ひずみ分布を示す図である。 本発明で曲げ加工条件の算出が可能な断面形状のパイプを示す図である。

Claims (7)

1. パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するパイプ曲げ加工条件算出システムであって、
   曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、
   パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、
   前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、
   各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、
   目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、
   前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
2. 前記請求項１に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、
   加工条件算出手段は、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正することを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
3. 前記請求項１又は請求項２に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、
   算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段が備えられていることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
4. パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するためにコンピュータを駆動させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムであって、
   コンピュータを、
   曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段、
   パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段、
   前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段、
   各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段、及び
   目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段として機能させると共に、
   前記加工条件算出手段として機能させるときは、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出するように機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
5. 前記請求項４に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、
   コンピュータを加工条件算出手段として機能させるときは、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正するように機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
6. 前記請求項４又は請求項５に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、
   コンピュータを、算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段として機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
7. パイプに曲げ加工を行うパイプ曲げ装置を備え、所定の曲げ加工条件に基いてパイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダであって、
   曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、
   パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、
   前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、
   各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、
   目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、
   前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出すると共に、
   前記パイプ曲げ装置は、前記曲げ加工条件又は補正曲げ加工条件のいずれかに基いてパイプに曲げ加工を行うことを特徴とするパイプベンダ。

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