JP2008516771A - 溝付管へと成形される薄板の縁条帯を縁曲げ加工するための方法および縁曲げ加工プレス装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、溝付管へと成形される平らな薄板の縁条帯を縁曲げ加工するための方法および縁曲げ加工プレスであって、プレスフレーム内に固定配置されて達成すべき曲げ半径に対応した輪郭を有する上型と、この上型に対向して垂直移動可能な下型と、を有し、プレスフレーム内で所定の位置で挟持された薄板の縁条帯が上型と下型との間で所要の縁輪郭へと縁曲げ加工可能であるものに関する。下型（３、３’）が直線状の動作面を備えておりかつ回動軸線（６、６’）の周りを揺動可能に支承されており、揺動範囲は少なくとも、縁曲げ加工中に下型（３、３’）の動作面と縁条帯（２）の下面との間で継続して面接触することが可能となるような大きさになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溝付管へと成形される薄板を縁曲げ加工するための請求項１の前文に記載された方法に関する。

公知のＵＯＥ法によって溝付管へと成形される平らな薄板を縁曲げ加工する場合では、薄板の縁条帯はＵプレス内ではまったく成形されず、Ｏプレス内での極めて大きなプレス圧力でのみ、完成管の円形状へと成形することが可能となっている。それゆえ、一般的には、まず縁条帯はさまざまな縁曲げ加工型を有する縁曲げ加工プレスによって極力良好に円形状へと縁曲げ加工され、製造上の要因により縁条帯の末端領域は殆ど変形されないまま留まることとなる。完成管では検出されるべき、このいわゆるルーフエッジは、多大な支出をしなければ修正できないため、極力小さく抑えもしくは防止する必要がある。

溝付管において平行に対向する帯材エッジは後続の縦シーム溶接のため薄板厚に応じて通常対応する帯材エッジ面取り部（例えばＸ形開先）を備えている。

平らな薄板の縁条帯を縁曲げ加工する技術の現状では、公知の縁曲げ加工プレスは、プレスフレーム内に固定配置されて達成すべき曲げ半径に対応した輪郭を有する上型と、該上型に対向して垂直移動可能な下型とから構成されている。

プレスフレーム内の所定の位置で挟持された薄板の縁条帯が上型と下型との間に配置されており、上型方向への下型の垂直移動によって縁条帯は所要の縁輪郭に縁曲げ加工可能になっている。

このような縁曲げ加工プレスが例えば特許文献１、特許文献２または特許文献３により公知であり、これらは平らな薄板の縁条帯の縁曲げ加工時に未変形となる末端領域の問題を扱っている。

これら公知のプレスでは、欠点として薄板エッジにある面取り部が製造プロセスに起因して縁曲げ加工中に塑性変形し、このことによって許容できない肉厚の低下が発生することがある。時として極めて顕著な変形に起因するものであると、後続の溶接によってもこの帯材エッジの欠陥は確実に対処されることができないこととなる。このようなことが要因となって、欠陥を有する管の追加作業が時間および費用のかかるものとなっている。

この問題についての包括的研究がもたらした認識によれば、公知のプレスにおけるこれらの変形が引き起こされる要因は、曲げ加工の過程が下型に導入される線状力を介して帯材エッジに導入され、鋼の弾性限度を超えると塑性変形、すなわち帯材エッジの変形が引き起こされることにある、とされている。この作用は、薄板厚の増加および／または鋼強度の高まりに伴って強まることとなる。

上型方向への下型の垂直運動に起因して、例えば凸面構成された上型に対応して凹面構成された下型では、特に縁曲げ加工開始時、この段階では製造プロセスに起因して下型輪郭と薄板輪郭との間に大きな角度差が現れるために、帯材エッジが変形する危険性が特別大きくなる。加えて、下型から薄板エッジへ導入される線状力によっては、初期段階のときの局所的な応力集中がきわめて大きくなる。

さらに、下型が縁条帯の輪郭に追従して上型に絶えず接近し、最後には線接触が面接触に移行するため、縁曲げ加工の過程中にこの局所的な応力集中が小さくなることも、研究から判明することとなった。

ルーフエッジの形成を最少にするためには、特許文献４によれば、縁曲げ加工されるエッジ領域の半径にその凸面状もしくは凹面状周面輪郭が一致した上側および下側縁曲げ加工ローラに縁条帯を通すことが試みられている。

このように２段階で作用する縁曲げ加工機構に掛かるかなりの支出は別として、このような構造によっても、塑性加工開始時に帯材エッジで導入される線状力は回避することができない。

他の欠点としては、縁条帯の転動変形によって薄板エッジのロールアウトが防止できず、そのためエッジ領域に波打ちが生じることがある。

さらなる欠点としては、縁曲げ加工ローラの周面輪郭によって縁条帯の曲げ半径が確定されていることがある。これは、管直径の変化時に、異なる周面輪郭を有することに対応した数の縁曲げ加工ローラを準備しなければならないことを意味する。

独国特許出願公開第２６４１５７３号明細書 独国特許出願公開第４３１１２２８号明細書 独国特許発明第２５１０４８８号明細書 独国特許出願公開第２３６５５１５号明細書

そこで本発明の課題は、縁曲げ加工プレスにおいて溝付管へと成形される平らな薄板を縁曲げ加工するための方法を明示し、溶接に備えた帯材エッジの塑性変形もしくは潰れ、それとともに完成管の溶接シーム領域で肉厚低下を確実に回避でき、異なる管直径に対しても、少ない数の型を利用して応用することが可能となるようにすることにある。

この課題は、請求項１の前文により、特徴部分と合せて解決される。有利な諸構成は従属請求項の対象である。

本発明の教示によれば、この課題を解決するために、既に縁曲げ加工過程の開始時に下型の動作面と縁条帯の下面との面接触する状態が保証され、縁曲げ加工過程全体の間この面接触した状態が保持されるようになった方法が応用されることとなる。その際有利には、未変形の帯材エッジの領域を極力小さく抑えるために、縁条帯の末端領域のみが当接している。

この製造プロセスの方式によって、本来ならば縁曲げ加工の開始時に面取り薄板エッジに発生する局所的な応力集中が確実に回避され、局所的な応力超過による塑性変形が排除されることとなる。この有利な製造プロセスの方式は下型の複合運動によって達成され、垂直移動と回動軸線の周りでの同時に発生する揺動とによって下型が上型の輪郭に追従し、縁曲げ加工開始前に、縁曲げ加工される縁条帯と面接触したままとなる。

第１実施形態によれば、回動軸線は下型の内部に位置することが可能であり、揺動は例えば下型内に配置される回動可能に支承されたピンを介して行うことが可能である。

縁曲げ加工中、運動力学に基づいて、縁条帯と下型の動作面との間に相対移動が生じ、そのことから力作用点が帯材エッジから離れる方向に移動することになる。これにより、帯材厚および素材に依存して、時として縁条帯の未変形の末端領域が僅かに拡大することがある。

縁曲げ加工プレスの設計時にこの作用を絶対に回避する必要がある場合、有利な一構成によれば回動軸線は下型の動作面と縁条帯の下面との間の当接する平面上に存在している。

その際、下型は縁曲げ加工過程全体の間で、上型の輪郭に追従しながら、下型に関して限定された当接部（回動軸線）の周りを揺動することとなる。

この揺動は、例えば、球形の凹形状に構成される受容部内で下型が揺動可能に支承されていることによって実現することが可能である。

この支承において下型の力作用点は球形の直径の中心点によって確定される。縁条帯の縁曲げ加工時に力作用点は縁条帯の曲げ輪郭に対応して薄板エッジ上で僅かに外方に移動し、その結果、縁条帯の未変形の領域が有利にはさらに減少することとなる。

球形の凹形状で支承することの他にさらなる他の支承方式も考えられ、同時に垂直移動可能となっており、かつ縁曲げ加工過程全体の間で面接触が起きるように揺動可能に下型が構成されていることが、特に本質となっている。

本発明に係る方法の他の本質的な利点は、異なる曲げ半径を生成するために、単にさらなる１つの対応する下型を用意する必要があるだけということにある。

本発明に係る下型は、管直径にそれぞれ対応した上型の輪郭に下型が自動的に追従するために、交換を行う必要がなくなる。このことにより調達、保守および組立時にかなりの費用が節約されることとなる。

本発明のその他の特徴、利点および詳細は図示実施例についての以下の説明から明らかとなる。

型の内部に回動軸線を有する本発明に係る下型の第１実施形態が縁条帯の縁曲げ加工直前の原理図で図１ａに示してある。

縁条帯２を縁曲げ加工するために薄板は、縁曲げ加工される縁条帯の領域の外側で、詳しくは図示しない曲げ加工プレスのプレスフレーム４内で所定の位置で、挟持され、生成される曲げ半径に合せた輪郭を有する上型１の下方に位置決めされている。

縁曲げ加工される縁条帯２の末端領域８はＵＯＥ成形された溝付管の溶接用に傾斜面７を備えている。

縁条帯２の末端領域８の下方で、本発明に係る下型３は垂直移動可能、かつ同時に回動軸線６の周りを回動可能に配置されている。

縁曲げ加工過程の開始と共に、本発明によれば、下型３の動作面が縁条帯２の下面と面接触し、下型の動作面の部分領域のみが縁条帯２の下面に当接することとなる。というのも縁曲げ加工中、運動力学に基づいて、下型３と縁条帯２との間の当接する平面において力作用点の相対移動が発生するからである。

図１ｂに示すように、下型３は縁曲げ加工過程全体の間、下型３の垂直・回動複合運動に起因して縁条帯２の下面と継続して面接触したままとなる。これにより縁条帯２の末端領域８において、特に傾斜面７で、線状荷重およびそれから帰結する応力集中は塑性変形と共に確実に回避されることとなる。

動作の過程における運動力学に基づいて、縁条帯２の下面に対する下型３の力作用点の移動Ｐ→Ｐ’が起こることとなる。力作用点は実際の曲げ半径に応じて薄板２のエッジから僅かに離れる方に移動することとなる。

図２ａがやはり縁条帯の縁曲げ加工直前の原理図で示す本発明に係る下型の他の実施形態は下型と縁条帯との当接する平面に回動軸線を有する。

下型の内部に回動軸線６を有する図１に示す下型３の代わりにいまや下型３’が使用され、回動軸線６’は下型３’の力作用点Ｐとして下型３’の動作面と縁条帯２の下面との間の当接する平面にある。その際、下型３’は縁曲げ加工過程全体の間、上型１の輪郭に追従しながら、この力作用点ＰもしくはＰ’（回動軸線６’）の周りを揺動する。

このため本発明によれば下型３’は球形の凹形状に構成される型受容部５内で揺動可能に支承されており、この支承において下型３’の力作用点ＰもしくはＰ’は球形の直径の中心点によって確定される。

図２ｂに対応して、縁条帯２の縁曲げ加工時に下型３’は面接触した状態を保持しながら上型１の輪郭に追従し、これにより、特に縁条帯２の傾斜面７で過荷重もしくは変形が有利には回避されることとなる。

さらに、この支承方式では下型３’の力作用点Ｐ→Ｐ’は実際の曲げ輪郭に対応して薄板の下面上で外方に移動することとなる。

この移動の結果、縁条帯２の未変形の領域は有利に減少することとなる。

型の内部に回動軸線を有する本発明に係る下型を縁条帯の縁曲げ加工直前の原理図で示す。 図１ａと同様の図であるが、但し曲げ加工完了状態である。 図１ａと同様の図であるが、但し下型と縁条帯との当接する平面に回動軸線を有する。 図２ａと同様の図であるが、但し曲げ加工完了状態である。

符号の説明

１ 上型
２ 縁条帯
３、３’ 下型
４ プレスフレーム
５ 型受容部
６、６’ 回動軸線
７ 傾斜面
８ 末端領域
Ｐ、Ｐ’ 力作用点

Claims (7)

1. プレスフレーム内に固定配置されて達成すべき曲げ輪郭に対応した輪郭を有する上型と、該上型に対向して垂直移動可能な下型と、を備えた縁曲げ加工プレスによって溝付管へと成形される平らな薄板を縁曲げ加工するための方法であって、前記プレスフレーム内の所定の位置で挟持された前記薄板の縁条帯が前記上型と前記下型との間の一工程で所要の縁輪郭へと縁曲げ加工される方法において、
   縁曲げ加工過程の開始と共に、前記下型の動作面と当接する前記縁条帯の下面が面接触し、前記縁曲げ加工過程の全体の間に、面接触した状態が、垂直移動と、回動軸線の周りで同時に発生する揺動と、を有する前記下型の複合運動によって保持されることを含む、方法。
2. 前記縁曲げ加工過程全体の間、前記縁条帯の末端領域のみが面接触することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 溝付管へと成形される平らな薄板の縁条帯を縁曲げ加工するための縁曲げ加工プレスであって、プレスフレーム内に固定配置されて達成すべき曲げ半径に対応した輪郭を有する上型と、該上型に対向して垂直移動可能な下型と、を有し、前記プレスフレーム内の所定の位置で挟持された前記薄板の前記縁条帯が前記上型と前記下型との間で所要の縁輪郭へと縁曲げ加工されることが可能になっている縁曲げ加工プレス装置において、
   前記下型（３、３’）が、直線状の動作面を備えておりかつ回動軸線（６、６’）の周りで揺動可能に支承されており、揺動範囲は少なくとも、縁曲げ加工中に前記下型（３、３’）の動作面と前記縁条帯（２）の下面との間で継続して面接触することが可能となるような大きさになっていることを特徴とする縁曲げ加工プレス装置。
4. 前記回動軸線（６）が前記下型（３）の内部に存在していることを特徴とする、請求項３に記載の縁曲げ加工プレス装置。
5. 前記下型（３）が、回動可能に支承されたピンを備えていることを特徴とする、請求項４に記載の縁曲げ加工プレス装置。
6. 前記回動軸線（６’）が、前記下型（３’）の動作面に関しては、前記縁条帯（２）の下面の確定された力作用点（Ｐ、Ｐ’）になっていることを特徴とする、請求項３に記載の縁曲げ加工プレス装置。
7. 球形の凹形状に構成される型受容部（５）内で前記下型（３’）が揺動可能に支承されていることを特徴とする、請求項６に記載の縁曲げ加工プレス装置。

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