JP2008238250A - 長尺形材の曲げ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置を小形化し、設置に要する占有面積を低減して、剛性の高い形材であっても曲げ加工することができる長尺形材の曲げ加工装置を提供する。
【解決手段】 端部下型９，１０と端部上型３１，３２とによって形材Ｗの両端部を挟着し、中央下型８によって形材Ｗの曲げ加工部Ｗ１を押圧して、形材Ｗに引張応力を発生させた状態で曲げ加工し、圧縮応力による座屈変形を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、剛性の高い長尺の形材（たとえば鉄道車両および自動車などの輸送車両の車体を構成する形材）を、大きな曲率であっても座屈変形を発生させずに曲げ加工することができる長尺形材の曲げ加工装置に関する。

鉄道車両や自動車などの輸送用機器では、車体の骨格が形材などによって構成されている。この形材は、車体形状に合わせて曲げ加工する必要があるが、形材の断面が大きく、曲げ加工部の曲率（＝１／曲率半径Ｒ）が大きい場合には、曲げ加工部の内側に圧縮応力による“しわ”状または波状の座屈変形が発生する。このような座屈変形を防止するための先行技術は、たとえば非特許文献１に、被加工材に引張力を与えながら曲げ加工する引張曲げ加工法として提案されている。

また、座屈変形を発生させずに曲げ加工する装置としては、ストレッチフォーミングマシンとも呼ばれる曲げ加工装置が知られており、この装置はたとえば特許文献１に記載されている。この先行技術の曲げ加工装置は、長尺の形材の両端部を把持部によって把持し、形材に一定の張力を与えながら形材の曲げ加工部を曲げ型に押し当てて曲げ加工を行うことによって、曲げ加工部に発生する圧縮応力を前記一定の張力による引張応力によって相殺し、曲げ加工部に座屈変形を発生させずに曲げ加工することが可能であるが、形材の材質が高強度である場合および断面性能が高い断面形状である場合には、曲げ加工することができないという問題がある。

また特許文献１の曲げ加工装置は、形材の曲げ加工部から両側に延びる両端部を把持する把持部が、曲げ型内に回動中心のある一対の回動アームに、各回動アームに沿って移動するようにそれぞれ設けられているため、装置全体の構成が大きく、回動アームの回動変位を許容することができる広い占有面積を要するという問題がある。

特開平９−２８５８２２号公報 日本塑性加工学会編 塑性加工技術シリーズ１４ 「曲げ加工 −高精度化への挑戦−」 コロナ社（p.182-p.183、p.190-p.191、図3.14） １９９５年１月１０日初版第１刷発行

本発明の目的は、装置を小形化し、設置に要する占有面積を低減して、剛性の高い形材であっても曲げ加工することができる長尺形材の曲げ加工装置を提供することである。

本発明は、長尺形材の曲げ加工装置において、前記形材の曲げ加工部に連なる両端部を、端部上型と端部下型とによってそれぞれ挟着し、前記曲げ加工部に中央下型を押し当てることによって、曲げ加工部に引張応力を発生させて曲げ加工することを特徴とする長尺形材の曲げ加工装置である。

本発明に従えば、形材のうちで曲げ加工しようとする曲げ加工部よりも長手方向両側に延びる両端部を端部下型と端部上型とによって挟着した状態で、前記曲げ加工部に中央下型を押し当てることによって、形材の曲げ加工部に引張応力を発生させて曲げ加工するので、形材の曲げ加工部、特に内側に圧縮応力が発生しない状態で曲げ加工することができ、曲げ加工による座屈変形の発生が防がれる。

また形材の両端部を端部下型と端部上型とによって挟着し、中間の曲げ加工部に中央下型を押し当てて曲げ加工するので、形材の曲げ加工部の曲率が大きい場合であっても、端部下型および端部上型に対する中央下型の上下方向の相対的な移動距離が変化するだけであり、装置全体が大形化せず、占有面積が増加しない。

また本発明は、前記端部上型および端部下型は、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すことを特徴とする。

本発明に従えば、端部上型および端部下型が形材の曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すので、各端部下型と中央下型とが曲げ加工状態における形材の線形に沿って配置され、形材に折れ曲がりが生じない。

さらに本発明は、前記端部上型および端部下型は、中央下型に連動して回動し、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すことを特徴とする。

本発明に従えば、端部上型および端部下型が中央下型に連動して回動し、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すので、形材の曲げ加工部に対する中央下型の押し当て量に応じて連続的に端部下型および端部上型の角度を変化させることができ、曲げ加工部に要求される曲率に拘らず、折れ曲がりを発生させずに、確実に所要の曲率に曲げ加工することができる。

さらに本発明は、中央下型は、複数の下型部分から成り、曲げ加工部を大きい曲げ角度に曲げ加工する下型部分から小さい曲げ角度に曲げ加工する下型部分の順序で順次的に上昇させることを特徴とする。

本発明に従えば、中央下型が複数の下型部分から成り、これらの下型部分を上昇させる順序として、大きい曲げ角度に曲げ加工する箇所に配置される下型部分を最初に上昇させ、次いで小さい曲げ角度に曲げ加工する箇所に配置される下型部分を上昇させるように上昇動作させるので、形材を大きな曲率に曲げ加工しようとする箇所から小さな曲率に曲げ加工しようとする箇所に向かって順次的に下型部分を押し当てられ、これによって曲げ加工部に発生する歪み応力を曲率がより小さい側へ分散させて、局部的な座屈変形の発生を防止することができる。

本発明によれば、長尺の形材の両端部を端部上型と端部下型とによって挟着した状態で曲げ加工部に中間下型を押し当てて、曲げ加工部に引張応力を発生させた状態で曲げ加工するので、剛性の高い形材であっても、座屈変形を発生させずに、形材を大きな曲率で曲げ加工することができる。また、形材の両端部を端部上型と端部下型とによって挟着し、曲げ加工部を中央下型によって押し当てる構成であるので、中央下型を形材に押し当てて曲げ加工を行っても、曲げ加工装置の占有面積が増加することはない。また前記従来技術のように、回動アームを回動させながら把持部を移動させる構成ではなく、中央下型の両側に端部上型および端部下型を設ける構成であるので、簡単な構成によって剛性の高い形材を曲げ加工することができる。

また本発明によれば、端部上型および端部下型が形材の曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すので、各端部下型と中央下型とが曲げ加工状態における形材の線形に沿って配置され、各端部下型と中央下型との間に上下方向の段差が発生せず、形材に折れ曲がりが生じることを防止することができる。

さらに本発明によれば、端部上型および端部下型が中央下型に連動して回動し、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すので、形材の曲げ加工部に対する中央下型の押し当て量に応じて連続的に端部下型および端部上型の角度を変化し、大きな曲率であっても、形材の折れ曲がりを防止し、確実に所要の曲率に曲げ加工することができる。

さらに本発明によれば、中央下型が複数の下型部分から成るので、大きな曲率に曲げ加工しようとする箇所から小さな曲率に曲げ加工しようとする箇所に向かって順次的に下型部分を押し当てて、形材の局部的な座屈変形の発生を防止することができる。

図１は本発明の実施の一形態の長尺形材の曲げ加工装置１を示す正面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。本実施形態の曲げ加工装置１は、基本的構成として、昇降装置２の基台３に搭載される下型４と、下型４の上方で前記昇降装置１の昇降体５によって昇降変位駆動される上型６と、下型４を上型６に近接する方向、すなわち上方へ押付け動作させる複数（本実施形態では３）の押上げ手段７とを含む。

下型４は、前記押上げ手段７によって昇降駆動される中央下型８と、中央下型８の両側に配置される一対の端部下型９，１０と、各端部下型９，１０を水平軸線ｍ１、ｍ２まわりに回動自在に支持する一対の支持体１１，１２とを含む。中央下型８は、複数（本実施形態では３）の下型部分１３，１４，１５に分割される。

押上げ手段７は、各下型部分１３，１４，１５を昇降駆動する複数（本実施形態では３）の油圧シリンダ１７，１８，１９から成り、各油圧シリンダ１７，１８，１９のピストン棒２０，２１，２２の先端部に、各下型部分１３，１４，１５が固定される。これらの油圧シリンダ１７，１８，１９は、各ピストン棒２０，２１，２２の軸線が鉛直な仮想一平面上で平行に配置され、基台３上に設置されたベースプレート２３にそれぞれ固定されている。

中央下型８の中央に配置される下型部分１３には、各端部下型９，１０を軸線ｍ１、ｍ２まわりに回動させるための押上げ突部２５が前記下型部分１３の一側面から突出して設けられる。また、各端部下型９，１０には、先端部の下面が前記押上げ突部２５の上面に接触し、中央の下型部分１３の上昇によって押上げられる押上げレバー２６，２７が設けられる。前記中央の下型部分１３が上昇すると、各押上げレバー２６，２７の先端部が押上げ突部２５によって上方へ押上げられ、各端部下型９，１０を軸線ｍ１、ｍ２まわりに回動させることができる。

前記上型６は、中央上型３０と、その両側に配置される一対の端部上型３１，３２と、中央上型３０の上部が下面に固定される上型フレーム３３と、中央上型３０の両側に配置され、上部が前記上型フレーム３３の下面に固定され、各端部上型３１，３２を支持する支持体３４，３５とを有する。各端部上型３１，３２は、各支持体３４，３５によって水平な軸線ｍ３、ｍ４まわりに回動自在に支持される。前述の各端部下型９，１０の各軸線ｍ１、ｍ２と各端部上型３１，３２の各軸線ｍ３、ｍ４とは、相互に平行であって、上型６が下型４に嵌合した状態では、各端部上型３１，３２の各軸線ｍ３、ｍ４は各端部下型９，１０の各軸線ｍ１、ｍ２と共通な一直線を成す。

図３は端部下型９，１０および端部上型３１，３２の構造を説明するための図である。なお、各端部下型９，１０および各端部上型３１，３２は左右対称に構成されるため、図３には各一方の端部下型９および端部上型３１だけが簡略化して示されている。各一方の端部下型９形材Ｗの長手方向一端部に下方から接触して押下する断面凹状の挟持面４０を有し、端部上型３１は、形材Ｗの長手方向一端部に上方から接触して押下する断面逆凸状の挟持面４１を有する。各挟持面４０，４１は、押上げレバー２６の前記押上げ突部２５に接触する下面と平行である。端部下型９の直円筒面の一部を成す摺動面９ａを有し、この摺動面９ａが前記支持体１１によって軸線ｍ１まわりに回動自在に支持される。

もう一方の端部下型１０もまた、前述の一方の端部下型９と同様に構成され、支持体１２によって軸線ｍ２まわりに回動自在に支持されている。

端部上型３１は、軸線ｍ３を中心とする直円筒面を一部を成す摺動面３１ａを有し、この摺動面３１ａが前記支持体３４によって軸線ｍ４まわりに回動自在に支持される。

もう一方の端部上型３２もまた、前述の一方の端部上型３１と同様に構成され、支持体３５によって軸線ｍ４まわりに回動自在に支持されている。

図４は中央下型８の構造を説明するための図である。前記中央下型８は、３つの下型部分１３，１４，１５から成る。中央の下型部分１３は、断面凸状であって、形材Ｗのフランジを押圧する一対の型面４５，４６（図２参照）と、形材Ｗの断面逆凹状のウエブのうちの各フランジに平行な底部を押圧する型面４７と有する。これらの型面４５，４６，４７は、軸線ｍ５を中心とする直円筒面の一部を成して、上方に凸に湾曲している。

両側の各下型部分１４，１５は、断面凸状であって、形材Ｗのフランジを押圧する一対の型面４８，４９；５１，５２と、形材Ｗの断面逆凹状のウエブのうちの各フランジに平行な底部を押圧する型面５０；５３とを有する。一方の下型部分１４の各型面４８，４９，５０は、中央の下型部分１３の軸線ｍ５を含む鉛直な仮想一平面に近接するにつれて上方に傾斜し、相互に平行な平面によって構成される。また、他方の下型部分１５の各型面５１，５２，５３は、中央の下型部分１３の軸線ｍ５を含む鉛直な仮想一平面に近接するにつれて上方に傾斜し、相互に平行な曲面によって構成される。

前記形材Ｗは、たとえば鉄道車両の構体の骨材として用いられる厚さ１，０ｍｍのステンレス鋼製の押出形材であるが、これに限るものではなく、アルミニウム合金、鉄、またはチタン合金から成る厚さ１，０ｍｍ〜１，５ｍｍの形材であってもよい。

また、上型８の中央上型３０もまた、前述の中央下型８の各型面４５，４６，４７；４８，４９，５０；５１，５２，５３と対向しかつ平行な型面５５，５６，５７（図２参照）を有する。相互に対向するこれらの型面４５，４６，４７；４８，４９，５０；５１，５２，５３および型面５５，５６，５７には、形材Ｗとの滑り摩擦力を低減するために、滑り性の良好な合成樹脂、たとえば厚さ１０ｍｍ程度のナイロン製のシートが貼着される。

図５は曲げ加工装置１によって形材Ｗに付与させる引張量を説明するための図である。曲げ加工装置１は、中心軸線Ｍを含む鉛直な仮想一平面に関して左右対称に構成されるため、一方の端部下型９および端部上型３１に対して中央下型８の押上げ動作によって発生する引張力について説明する。一方の端部下型９と一方の端部上型３１とによって形材Ｗの長手方向一端部が挟着された状態において、端部下型９および端部上型３１の各挟持面４０，４１は、形材Ｗの各フランジを挟着する挟持面を第１の挟持面４０ａ，４１ａとし、形材Ｗのウエブの底部を挟持する挟持面を第２の挟持面４０ｂ，４１ｂとし、第１の挟持面４０ａ，４１ａ間に挟着された形材Ｗの厚みＴの１／２の位置から回動中心となる軸線ｍ１までの距離をＬ２とし、第２の挟持面４０ｂ，４１ｂ間に挟着された形材Ｗの厚みＴの１／２の位置から前記軸線ｍ１までの距離をＬ２としたとき、形材Ｗのフランジにおける引張量Ｘ１は、
Ｘ１＝Ｌ１×ｔａｎθ …（１）

形材Ｗのウエブの底部における引張量Ｘ２は、
Ｘ２＝Ｌ２×ｔａｎθ …（２）
であり、これらの引張量Ｘ１，Ｘ２は、形材Ｗの破断伸び以上に引っ張りを与えると破断するため、各距離Ｌ１，Ｌ２によって調整することができる。また、端部下型９および端部上型３１の形材Ｗの挟着力を低くして形材Ｗを滑らせることによっても、前記引張量Ｘ１，Ｘ２を調整することができる。このような引張量Ｘ１，Ｘ２の調整によって、形材Ｗの破断を防止することができる。

図６は曲げ加工装置１によって形材Ｗに付与される曲げ加工荷重を説明するための図である。中央下型８による押上げ必要荷重Ｆは、
Ｆ＝（曲げ加工に必要な力Ｆ１）＋（左押上げレバー２６の押上げ力Ｆ２）
＋（右押上げレバー２７の押上げ力Ｆ３） …（３）
である。

したがって左押上げレバー２６によって形材Ｗに与えられる引張荷重Ｆ_ｈは、次の関係式、
Ｆ２×Ｌｋ＝（形材引張荷重Ｆ_ｈ）×（形材引張部の半径Ｒ３）
＋（端部上型の摩擦力Ｆ３）×（端部上型の半径Ｒ１）
＋（端部下型の摩擦力Ｆ４）×（端部下型の半径Ｒ２）
によって表されるモーメントの釣り合いを満たすように設定される。

図７は曲げ加工装置１による形材Ｗの曲げ加工動作を説明するための図であり、図７（１）は曲げ加工の開始時の状態を示し、図７（２）は曲げ加工の途中の状態を示し、図７（３）は曲げ加工の終了時の状態を示す。曲げ加工作業が開始されると、図７（１）に示されるように、形材Ｗのうちで曲げ加工しようとする曲げ加工部Ｗ１よりも長手方向両側に延びる両端部Ｗ２，Ｗ３を端部下型９，１０と端部上型３１，３２とによって挟着した状態で、図７（２）に示されるように、曲げ加工部Ｗ１に中央下型８を押し当てることによって、形材Ｗの曲げ加工部Ｗ１に引張応力を発生させ、形材Ｗの内側、すなわち本実施形態ではウエブの底部に圧縮応力が発生しない状態で曲げ加工することができ、曲げ加工によるしわなどの座屈変形の発生を防ぐことができる。

また形材Ｗの両端部Ｗ２，Ｗ３を端部下型９，１０と端部上型３１，３２とによって挟着し、中間の曲げ加工部Ｗ１に中央下型８を押し当てて曲げ加工するので、形材Ｗの曲げ加工部Ｗ１の曲率が大きい場合であっても、端部下型９，１０および端部上型３１，３２に対する中央下型８の上下方向の相対的な移動距離が変化するだけであり、装置全体が大形化せず、占有面積を増加させずに長尺の形材Ｗを曲げ加工することができる。

また、端部下型９，１０および端部上型３１，３２が形材Ｗの曲げ加工部Ｗ１の曲げ角度に等しい角度θを成すので、各端部下型９，１０と中央下型８とが曲げ加工状態における形材Ｗの線形に沿って、すなわち曲げ加工部Ｗ１と中央下型８との接線方向に配置されるので、形材Ｗに折れ曲がりを発生させずに曲げ加工することができる。

さらに、端部下型９，１０および端部下型３１，３２が中央下型８に連動して回動し、曲げ加工部Ｗ１の曲げ角度θに等しい角度を成すので、形材Ｗの曲げ加工部Ｗ１に対する中央下型８の押当て量に応じて連続的に端部下型９，１０および端部上型３１，３２の角度θを変化させることができる。したがって曲げ加工部Ｗに要求される曲率に拘らず、折れ曲がりを発生させずに、確実に所要の曲率に曲げ加工することができる。

さらに、中央下型８が複数の下型部分１３，１４，１５から成り、これらの下型部分１３，１４，１５を上昇させる順序として、大きい曲げ角度に曲げ加工する箇所に配置される下型部分１３を最初に上昇させ、次いで小さい曲げ角度に曲げ加工する箇所に配置される下型部分１４，１５を上昇させる。これによって形材Ｗを大きな曲率に曲げ加工しようとする箇所から小さな曲率に曲げ加工しようとする箇所に向かって順次的に下型部分を押し当て、曲げ加工部Ｗ１に発生する歪み応力を曲率がより小さい側へ分散させて、局部的な座屈変形の発生を防止することができる。

本発明の実施の一形態の長尺形材の曲げ加工装置１を示す正面図である。 図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。 端部下型９，１０および端部上型３１，３２の構造を説明するための図である。 中央下型８の構造を説明するための図である。 曲げ加工装置１によって形材Ｗに付与させる引張量Ｘ１，Ｘ２を説明するための図である。 曲げ加工装置１によって形材に付与される曲げ加工荷重を説明するための図である。 曲げ加工装置１による形材Ｗの曲げ加工動作を説明するための図であり、図７（１）は曲げ加工の開始時の状態を示し、図７（２）は曲げ加工の途中の状態を示し、図７（３）は曲げ加工の終了時の状態を示す。

符号の説明

１ 曲げ加工装置
２ 昇降装置
３ 基台
４ 下型
５ 昇降体
６ 上型
７ 押上げ手段
８ 中央下型
１０ 端部下型
１１，１２ 支持体
１３，１４，１５ 下型部分
１７，１８，１９ 油圧シリンダ
２５ 押上げ突部
２６，２７ 押上げレバー
３０ 中央上型
３１，３２ 端部上型
３３ 上型フレーム
３４，３５ 支持体
４０，４１ 挟持面
４８，４９，５０；５１，５２，５３ 型面
Ｗ 形材
Ｗ１ 曲げ加工部

Claims (4)

1. 長尺形材の曲げ加工装置において、前記形材の曲げ加工部に連なる両端部を、端部上型と端部下型とによってそれぞれ挟着し、前記曲げ加工部に中央下型を押し当てることによって、曲げ加工部に引張応力を発生させて曲げ加工することを特徴とする長尺形材の曲げ加工装置。
2. 前記端部上型および端部下型は、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すことを特徴とする請求項１記載の長尺形材の曲げ加工装置。
3. 前記端部上型および端部下型は、中央下型に連動して回動し、曲げ加工部の曲げ角度に等しい角度を成すことを特徴とする請求項２記載の長尺形材の曲げ加工装置。
4. 中央下型は、複数の下型部分から成り、曲げ加工部を大きい曲げ角度に曲げ加工する下型部分から小さい曲げ角度に曲げ加工する下型部分の順序で順次的に上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の長尺形材の曲げ加工装置。

Images