JP2009279618A - 金属管の温度差曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適度なプッシャー推力で実行されるアーム旋回自由な温度差曲げ加工方法の実現
【解決手段】金属管１の先端側の進路を旋回自由な旋回アーム４にて弧状に規制するとともに後端側からプッシャー６にて推進しながら長手方向短区間を加熱装置３にて環状に誘導加熱することにより金属管１を曲げ加工するに先立って、環状加熱部に係る温域および温度を加熱装置３に設定する値を決定する際に、減肉率の要求値と曲げ半径の要求値と金属管の形状値とから目標中立軸θe を算出しておき、温域および温度の設定値を決定するときに、力の釣り合い条件を課すことに加えて、目標中立軸θe より背側Ｔに低温域θt を限定するという付加条件も課す。
【選択図】 図１

Description

この発明は、金属管の先端側の進路を旋回アームにて弧状に規制するとともに金属管を後端側からプッシャーにて推進しながら金属管の長手方向短区間を加熱装置にて環状に誘導加熱することにより金属管を曲げ加工する金属管の曲げ加工方法に関する。
詳しくは、環状加熱部の周方向について温域および温度を設定して行う金属管の温度差曲げ加工方法に関する。
更に詳しくは、旋回アームを旋回自由にして行ういわゆる通常曲げにて温度差曲げ加工を実施するのに好適な温域および温度の設定値の決定方法に関する。
なお、温域は、温度設定区域の意味であり、詳しくは、環状加熱部を周方向で幾つかの区間に分割して各区間に温度を設定できるようになっている加熱装置を用いることを前提として、環状加熱部に係る温度設定可能な周方向分割区間といった意味である。

図７に平面図を示した金属管曲げ加工装置は（特許文献１参照）、加工対象の金属管１を先端側から後端側へ順に曲げ変形させるものであり、そのために、金属管１を後端側から推進するプッシャー６と、金属管１を曲げる直前のところで支持および案内するガイドローラ２と、金属管１の長手方向短区間を環状に誘導加熱する冷却機能付き加熱装置３と、旋回端部のクランパ５で金属管１の先端部を把持して金属管１の先端側の進路を弧状に規制する旋回アーム４とを備えている。また、この金属管曲げ加工装置にあって、旋回アーム４は、基端部が単に軸支されて旋回自由になっており、加熱装置３は、誘導加熱による環状加熱部の周方向について温域および温度を設定しうるようになっている。

そして、このような加工装置を用いて金属管に温度差曲げ加工を行うとき、曲げ内側（腹側）が高温になり曲げ外側（背側）が低温になるよう、温度差を付けることにより、具体的には環状加熱部に係る温域および温度を加熱装置３に設定することにより、背側の減肉率を少なく抑えることができる。
このように、温度差曲げ加工方法によれば減肉率が抑制されるので、金属管１の材質及び形状と曲げ半径とが要求仕様等で指定されているのに加え、背側の減肉率も要求仕様等で指定されている場合には、金属管の温度差曲げ加工方法が有用である。

金属管１の材質指定により加熱適合の温度範囲が定まり、金属管１の形状指定により環状加熱部の周長ひいては温域範囲が定まるので、その範囲内で適切な温域および温度を選定して、減肉率が要求値に収まるよう温度差を付けるのであるが、加工装置を用いて温度差曲げ加工を実行するに先立って、金属管１の環状加熱部に係る温域および温度の設定を加熱装置３に行う必要があり、更にその設定に先立って環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定する必要がある。そして、その決定を環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて行うことにより減肉率の要求を満たす決定方法も知られている。

図８（ａ）にフローチャートを示した決定方法では（特許文献２参照）、温域および温度を仮決めし、この仮決め値での変形抵抗応力から真の曲げ変形中立位置（中立軸）を算出し、その変形中立位置から減肉率を算出し、この算出値と減肉率の要求値との一致判定を行う。そして、これらの仮決めと演算と判定とを繰り返して、減肉率の算出値と要求値との差が許容値以内に入ったら、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている。

図８（ｂ）にフローチャートを示した決定方法では（特許文献２参照）、繰り返し工程に先立つ工程として、減肉率の要求値から目標の曲げ変形中立位置（目標中立軸）を算出し、温域分割数と温度を本決めするようになっている。そして、繰り返し工程では、温域分割角度を温域分割角度を仮決めし、この仮決め値での変形抵抗応力から真の曲げ変形中立位置（中立軸）を算出し、この算出した中立位置と算出済みの中立位置（目標中立軸）との一致判定を行うようになっている。それから、一致後の工程では、温域分割角度を本決めし、これで総て本決めされた温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている。なお、減肉率の要求値から目標中立軸を算出することに関しては、変形前後の体積一定条件の式に経験上の数値を入れた関係式が開示されている。

図９にフローチャートを示した決定方法では（特許文献３参照）、先工程として、減肉率の要求値と曲げ半径の要求値と金属管の形状とから目標の中立軸を算出するようになっている。繰り返し工程では、環状加熱部に係る温域および温度を仮決めし、この仮決め値での変形抵抗等から中立軸を算出し、この算出した中立軸と算出済みの目標中立軸との一致判定を行うようになっている。後工程では、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている。なお、減肉率の要求値などから目標中立軸を算出することに関しては、金属管の形状を規定する幾つかの寸法のうち、肉厚中心までの半径が採用され、これを含んだ近似式が開示されている。

ところで、旋回アーム４に旋回方向とは反対方向のトルクを加えて行ういわゆる圧縮曲げも知られており（例えば特許文献４参照）、この圧縮曲げによれば温度差をつけないで或いは小さな温度差をつけただけで減肉率等に関する要求を満たすことができるが、反対方向トルクの付加される圧縮曲げには、そのようなトルク付加のない通常曲げに比べて、より大きな推力が必要になる。しばしば必要な推力が数割ほど増加する。そして、それに適う大形で頑丈な加工装置は高価で台数も限られるため、アーム旋回自由な温度差曲げ加工が依然として多用されている。

特開昭６３−１７１２２０号公報 特開平０５−２７７５７１号公報 特開平１１−２２１６２２号公報 特開２０００−１５３３１１号公報

上述した従来の金属管の温度差曲げ加工方法では、環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、温域および温度を仮決めして算出した減肉率が要求値になるまで演算を繰り返したり、先ず減肉率の要求値等から目標中立軸を算出しておいて温域および温度を仮決めして算出した中立軸が目標中立軸になるまで演算を繰り返したりして、温域および温度を本決めしていた。しかも、温域および温度の仮決めに関しては、熱処理に伴う当然の限定事項である加熱適合の温度範囲の中から温度を選出することと、環状加熱部の一周分の角度である２π（３６０゜）の温域範囲の中で温域を区切ることしか、考慮されていなかった。その範囲内であれば他の条件は課されることなく温域および温度が仮決めされ、環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて適否判定がなされていた。

しかしながら、このような無条件・無指針に近い従来方法で決定した温域および温度を加熱装置に設定して金属管に温度差曲げ加工を行っているうち、プッシャーの推力が小さくて済むと期待されているアーム旋回自由な温度差曲げ加工であるにもかかわらず、プッシャーに予想を超えて大きな推力の要求されることがあり、場合によっては圧縮曲げ時の推力を上回ることすらあった。当初の経験では背側の低温域を広げて腹側の高温域を狭めるとプッシャー推力が小さくなったことから、そのような予想の下で温域および温度を仮決めしていたが、その予想に反してプッシャー推力が過大になる場合もあることが分かってきた。とはいえ、どのような場合に予想から外れるのかを明確に判定することができるような条件まで分かっていたわけではなかった。

そこで、その付加条件を明確にすべく種々の解析を試行し、中立軸に着目して解析してみたところ、中立軸が設定値決定の判別基準だけでなく設定値選定の限定基準としても役立つことが分かってきた。すなわち、環状加熱部に係る温域および温度の選び方は多岐に及ぶため、要求を満たす設定値が複数・多数存在することが多く、その場合、中立軸が高温域に入っているのか、低温域に入っているのか、更には低温域にどれほど入っているのかによって、必要なプッシャー推力の異なることが判明した。

図１０（ａ），（ｂ）に示した曲管部の横断面図を引用して詳述する。両図は何れも温域を背側Ｔの低温域と腹側Ｃの高温域とに二分割したものであるが、両温域の境界でもある低温域範囲θt や，素管の肉厚を維持している中立軸θe を示す角度を、内径と外径との中間の二点鎖線円の中心から背側Ｔへ延びた仮想直線を基準にして規定すると、（ａ）は、低温域範囲θt が中立軸θe より小さく中立軸θe が高温域に入っている場合の例であり、（ｂ）は、低温域範囲θt が中立軸θe より大きくて中立軸θe が低温域に入っている場合の例である。

クロスハッチングで図示した低温域の変形抵抗σt は加熱温度が低いために抵抗力が大きく、散点模様で図示した高温域の変形抵抗σc は加熱温度が高いために抵抗力が小さい、という物性が金属管の環状加熱部にある。また、中立軸θe より背側Ｔの部分は引張力が作用して減肉するところであるため変形抵抗の増加がプッシャー推力の増加を引き起こさないのに対し、中立軸θe より腹側Ｃの部分は圧縮力が作用して増肉するところであるため変形抵抗の増加がプッシャー推力の増加を引き起こす、という特性が金属管の環状加熱部にあることも判明した。

そのため、低温域範囲θt が中立軸θe より小さくて中立軸θe の背側Ｔに限定されている場合は（図１０（ａ）参照）、プッシャー推力が温域の選定によって大きく変化して不所望に大きくなるということがない。これに対し、低温域範囲θt が中立軸θe より大きい場合は（図１０（ｂ）参照）、中立軸θe から腹側Ｃへ出ている低温域部分の大きな変形抵抗σt に起因して、必要なプッシャー推力が大きくなる。
そこで、金属管に温度差曲げ加工を行うときに低温域範囲θt を中立軸θe より背側Ｔに限定すれば、プッシャー推力の予想外の増大を回避できると、期待される。

本発明は、かかる知見に基づいて案出されたものであり、環状加熱部に係る温域および温度の設定値の決定に際して中立軸を基準とした付加条件を課すことにより、適度なプッシャー推力で実行されるアーム旋回自由な金属管の温度差曲げ加工方法を実現することを課題とする。

本発明の金属管の温度差曲げ加工方法は（解決手段１）、このような課題を解決するために創案されたものであり、曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回自由な旋回アームと，前記金属管を後端側から推進するプッシャーと，前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱するものであってその環状加熱部の周方向について温域および温度を設定しうる加熱装置とを備えていて前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置を用いて行う金属管の温度差曲げ加工方法において、減肉率の要求値と曲げ半径の要求値と前記金属管の形状値とから前記金属管の曲げ部に係る目標の中立軸を算出し、この目標中立軸かそれよりも背側に低温域を限定し前記目標中立軸よりも腹側は総て高温域にするという付加条件の下で前記環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定し、それを前記加熱装置に設定して前記金属管の曲げ加工を行うことを特徴とする。

また、本発明の金属管の温度差曲げ加工方法は（解決手段２）、上記解決手段１の金属管の温度差曲げ加工方法であって、前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、前記付加条件を満たす温域の設定値を先に決定した後、要求を満たす温度の設定値を探索して、それから温度の設定値を決定することを特徴とする。

さらに、本発明の金属管の温度差曲げ加工方法は（解決手段３）、上記解決手段１，２の金属管の温度差曲げ加工方法であって、前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、前記金属管曲げ加工装置を用いて前記金属管を曲げるときに前記金属管の曲げ部の中立軸を前記目標中立軸と一致させるのに必要となる前記プッシャーの推力である曲げ推力を算出するとともに、前記金属管を純曲げモーメントで曲げたと仮定したときの前記金属管の曲げ部の中立軸を算出し更にこの純曲げ中立軸を前記目標中立軸に移動させるのに必要となる前記プッシャーの推力である移動推力を算出して、前記曲げ推力と前記移動推力との一致判定を行うことを特徴とする。

このような本発明の金属管の温度差曲げ加工方法にあっては（解決手段１）、減肉率の要求値と曲げ半径の要求値と金属管の形状値とから金属管の曲げ部に係る目標の中立軸が先に算出され、環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するときには、目標中立軸かそれよりも背側に低温域を限定し目標中立軸よりも腹側は総て高温域にするという条件も付加される。このような従来は無かった付加条件も課して決定することにより、既述した知見によれば、適度なプッシャー推力で実行されるアーム旋回自由な金属管の温度差曲げ加工方法が実現される。

また、本発明の金属管の温度差曲げ加工方法にあっては（解決手段２）、環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するとき、温域の設定値は先に決定して不確定要素を減らしてから、残った温度についてだけ設定値の探索を行うようにしたことにより、探索時の不確定要素が少なくなって、演算負担が軽減される。
特に、温域を背側の低温域と腹側の高温域との二分割にした場合には、高温域の温度の設定値に経験上の標準温度を採用すれば、低温域の温度の設定値についてだけ探索すれば良く、不確定要素がたった一つで済むので、計算が簡便かつ迅速に行えることとなる。

さらに、本発明の金属管の温度差曲げ加工方法にあっては（解決手段３）、環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定にするとき、プッシャー推力を算出して一致判定に供するようにしたことにより、実施態様が増えて多様になるうえ、プッシャー推力の確認やプッシャー推力を用いた更なる評価や判定なども付随させて迅速かつ容易に行うことができる。

このような本発明の金属管の温度差曲げ加工方法について、これを実施するための具体的な形態を、以下の実施例１〜５により説明する。
図１〜２に示した実施例１は、上述した解決手段１（出願当初の請求項１）を具現化したものである。また、図３に示した実施例２や，図４に示した実施例３は、上述した解決手段２（出願当初の請求項２）を具現化したものであり、図５に示した実施例４は、その変形例である。さらに、図６に示した実施例５は、上述した解決手段３（出願当初の請求項３）を具現化したものである。

本発明の金属管の温度差曲げ加工方法の実施例１について、図面を引用して説明する。図１は、（ａ）が金属管１の曲げ加工に用いる金属管曲げ加工装置の要部平面図、（ｂ）が金属管１の曲管部の横断面図、（ｃ）が低温域範囲θt の好適な選定範囲を示す式、（ｄ）が温度差決定（即ち環状加熱部に係る温域および温度の決定）のフローチャートである。また、図２は、（ａ），（ｂ）何れも目標中立軸θe の算出式であり、（ａ）が正確な式、（ｂ）が簡略式である。

ここでも、使用する金属管曲げ加工装置は既述したもので良く（図１（ａ），図７参照）、曲げ加工される金属管１の先端側の進路を旋回アーム４で弧状に規制したうえで、金属管１の長手方向短区間を加熱装置３で環状に誘導加熱しながら、曲げ加工される金属管１をプッシャー６で前進させることにより、金属管１の環状加熱部に生じた曲げモーメントＭで金属管１を曲げるようになっている。また、環状加熱部に係る温域および温度を加熱装置３に設定して背側Ｔと腹側Ｃとに温度差をつけることにより、旋回アーム４を旋回自由にしたままでも減肉率の要求を満たすことができるようになっている。

アーム旋回が自由なため、プッシャー推力Ｐが圧縮曲げの推力より小さくて済むことが期待されているが、ここでは、期待が外れないよう即ちプッシャー推力Ｐの過大化を確実に回避できるよう、環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際して付加条件を課すようになっている。
具体的には（図１（ｄ）参照）、従来と同様に先工程と繰り返し工程と後工程とを行って設定値を決定するが、先工程としては、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の形状値とから目標中立軸θe を算出するようになっている（ステップＳ１１）。

また、繰り返し工程では、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという付加条件の下で環状加熱部に係る温域および温度を仮決めし（ステップＳ１２）、この仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出し（ステップＳ１３）、この算出した減肉率と要求値αとの一致判定を行うようになっている（ステップＳ１４）。一致判定では差が１．５％程度以下になれば一致したとして実用上問題ない。後工程では、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている（ステップＳ１５）。

この図１（ｄ）の温度差曲げ加工方法が既述した図８，図９の従来方法と本質的に相違するのは、温域および温度の仮決め（ステップＳ１２）に際して、加熱適合の温度範囲や一周分の温域範囲といった当然の範囲限定に加えて、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという付加条件も課されている点である。この付加条件付き工程は従来の決定方法に無かったものである。
具体的には（図１（ｂ），（ｃ）参照）、プッシャー推力Ｐの抑制のため低温域範囲θt が目標中立軸θe 以下に限定され、残りは総て高温域にされるので、腹側Ｃを含む大半が高温域に含められるが、高温域が背側Ｔに迫りすぎると温度差が広がるので温度差の抑制の観点からは低温域範囲θt を目標中立軸θe の４分の３以上にとどめると良い。なお、背側Ｔの低温域は更に細区分化されていても良いが、高温域は一区間である。

また、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の形状値とから目標中立軸θe を算出する際には（ステップＳ１１）、金属管１が内周面も外周面も円形を保って曲がるという仮定で構築された厳密式か、プッシャー推力Ｐが小さくなる安全側に導くよう考慮された簡略式か、何れかを用いるのが好ましい。厳密式は、具体的な式を図２（ａ）に示したが、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の外径Ｄと金属管１の素管肉厚ｔ0 とから金属管１の曲げ部に係る増肉率βや，平均肉厚ｔm ，平均半径ｒを算出したうえで最終的に目標中立軸θe を算出するものである。これに対し、簡略式は、具体的な式を図２（ｂ）に示したが、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の外径Ｄと近似計算用の係数Ｋとから直ちに目標中立軸θe を算出するものである。その係数Ｋとしては、”１”より小さい例えば”０．９２”が用いられる。

なお、金属管１の環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するために、温域および温度の仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出する手法は、従来と同様でも良く、力の釣り合い条件に基づく他の公知手法でも良く、解析式を演算するのでも良く、数値演算にて近似値を得るのでも良い。
加熱装置３への温域および温度の設定も、従来同様でも他の手法でも良く、例えば、誘導子の幅や付加導体の幅を変えたり、冷却水の吹付け位置や水量を変えても良い。

図３に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した実施例１と相違するのは、金属管１の環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという上記の付加条件を満たす温域の設定値を先に決定した後、減肉率の要求値αを満たす温度の設定値を探索して、それから温度の設定値を決定するようになっている点である。端的に言うと、温域および温度の仮決め時に温域を先に仮決めしてから温度の仮決め探索を行うようになっている点が相違している。

具体的には、先工程では、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の形状値とから目標中立軸θe を算出するようになっている（ステップＳ３１）。
繰り返し工程では、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという付加条件の下で先ず温域を仮決めし（ステップＳ３２）、その後で温度を仮決めし（ステップＳ３３）、この仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出し（ステップＳ３４）、この算出した減肉率と要求値αとの一致判定を行うようになっている（ステップＳ３５）。

そして、減肉率が要求値αの許容範囲に達していないときには、不一致と判定して（ステップＳ３５，Ｎｏ）、加熱適合温度範囲の探索が終了するまでは温度の仮決めから繰り返し（ステップＳ３６，Ｎｏ）、加熱適合温度範囲の探索が終了したら温域の仮決めまで戻って繰り返すようになっている（ステップＳ３６，Ｙｅｓ）。
減肉率が要求値αの許容範囲に達して一致と判定したら（ステップＳ３５，Ｙｅｓ）、後工程に移るが、後工程では、やはり、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている（ステップＳ３７）。

図４に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した実施例１と相違するのは、実施例２と同じく、金属管１の環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという上記の付加条件を満たす温域の設定値を先に決定した後、減肉率の要求値αを満たす温度の設定値を探索して、それから温度の設定値を決定するようになっている点である。
図４に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した実施例２と相違するのは、温域および温度の仮決めについて、温域を先に本決めしてから温度の仮決め探索を行うようになっている点である。

具体的には、先工程では、減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の形状値とから目標中立軸θe を算出し（ステップＳ４１）、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという付加条件の下で先ず温域を本決めするようになっている（ステップＳ４２）。繰り返し工程では、温度を仮決めし（ステップＳ４３）、この仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出し（ステップＳ４４）、この算出した減肉率と要求値αとの一致判定を行って、一致しないときには温度の仮決めから繰り返すようになっている（ステップＳ４５）。一致後の後工程では、やはり、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている（ステップＳ４６）。この場合、温域の決め直しは行わないので、加熱適合温度範囲の探索が終了した段階で設定値が決まらなければ、他の加工方法を検討することとなる。

図５（ａ）に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した図３の実施例２と相違するのは、仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出する工程（ステップＳ３４）が仮決め値での変形抵抗等から中立軸を算出する工程（ステップＳ５１）になり、算出した減肉率と要求値αとの一致判定を行う工程（ステップＳ３５）が算出中立軸と目標中立軸θe との一致判定を行う工程（ステップＳ５２）になった点である。

また、図５（ｂ）に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した図４の実施例３と相違するのは、仮決め値での変形抵抗等から減肉率を算出する工程（ステップＳ４４）が仮決め値での変形抵抗等から中立軸を算出する工程（ステップＳ５３）になり、算出した減肉率と要求値αとの一致判定を行う工程（ステップＳ４５）が算出中立軸と目標中立軸θe との一致判定を行う工程（ステップＳ５４）になった点である。

何れの金属管の温度差曲げ加工方法にあっても、環状加熱部に係る温域および温度の設定に先立つ設定値の決定に際して、一致判定に用いる物理量が減肉率から中立軸になっただけであり、環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて一致判定が適切になされることに変わりはない。

図６に温度差決定のフローチャートを示した本発明の金属管の温度差曲げ加工方法が上述した図４の実施例３と相違するのは、環状加熱部に係る温域および温度の設定に先立つ設定値の決定に際して一致判定に用いる物理量が減肉率から推力になった点と、算出した推力を実機の推力と比較することで実施可能な設定値を探すようになった点である。

環状加熱部に係る温域および温度の設定に先立つ設定値の決定に際して一致判定に用いる物理量を減肉率から推力に換えるために、曲げ推力Ｐ１と移動推力Ｐ２という二つの推力を算出するようになっている。曲げ推力Ｐ１は、上述した図１（ａ）の加工装置を用いて金属管１を曲げるときに金属管１の曲げ部の中立軸を目標中立軸θe と一致させるのに必要となるプッシャー６の推力である。移動推力Ｐ２は、金属管１を仮に純曲げモーメントで曲げたと仮定したときの金属管１の曲げ部の中立軸（純曲げ中立軸）を目標中立軸θe に移動させるのに必要となるプッシャー６の推力である。曲げ推力Ｐ１も移動推力Ｐ２も環状加熱部における変形抵抗等の力の釣り合い条件に基づいて算出される。

具体的な工程は、やはり先工程と繰り返し工程と後工程とからなり、先工程では減肉率の要求値αと曲げ半径の要求値Ｒと金属管１の形状値とから目標中立軸θe を算出し（ステップＳ６１）、目標中立軸θe かそれよりも背側Ｔに低温域を限定し目標中立軸θe よりも腹側Ｃは総て高温域にするという付加条件の下で先ず温域を本決めするようになっている（ステップＳ６２）。
繰り返し工程では、温度を仮決めし（ステップＳ６３）、この仮決め値での変形抵抗等から純曲げ中立軸を算出する（ステップＳ６４）。すなわち、金属管１を仮に純曲げモーメントで曲げたと仮定したときの金属管１の曲げ部の中立軸を算出する。

さらに、繰り返し工程では、仮決め値での変形抵抗等から曲げ推力Ｐ１を算出し（ステップＳ６５）、先ほど算出した純曲げ中立軸を目標中立軸θe に移動させる移動推力Ｐ２も算出し（ステップＳ６６）、これらの曲げ推力Ｐ１と移動推力Ｐ２との一致判定を行うようになっている（ステップＳ６７）。両推力Ｐ１，Ｐ２が許容範囲で一致しないときには温度の仮決めから繰り返し（ステップＳ６７，Ｎｏ）、一致したときには両推力Ｐ１，Ｐ２が実機のプッシャー推力を超えないか否かの更なる判定も行い（ステップＳ６８）、実機の推力が足りれば（ステップＳ６８，Ｙｅｓ）、後工程に移行する。

一方、実機の推力が不足していれば（ステップＳ６８，Ｎｏ）、繰り返し工程にとどまって、加熱適合温度範囲の探索が終了するまでは温度の仮決めから繰り返すようになっている（ステップＳ６９，Ｎｏ）。なお、加熱適合温度範囲の探索が終了したら（ステップＳ６９，Ｙｅｓ）、温度差曲げを諦めて、他の加工方法たとえば圧縮曲げを検討するようにもなっている（ステップＳ７１）。
両推力Ｐ１，Ｐ２の一致に加えて実機の推力の要件も満たしたときの後工程では、やはり、温域と温度を本決めし、その温域と温度を加熱装置に設定してから温度差曲げ加工を実行するようになっている（ステップＳ７２）。

［その他］
上記の実施例５では、算出推力が実機推力の要件を満たしたところで仮決めによる探索を止めて本決めしていたが、温域および温度の全範囲のうち、目標中立軸θe 基準の背側Ｔに低温域を限定するという条件を付加した範囲について、その範囲を等ピッチ又は不等ピッチで分割して、分割点のうち推力の一致判定を満たすものを総て探索してから、算出推力が最小になる温域および温度を選出するようにしても良い。あるいは、線形計画法などの公知演算手法により、力の釣り合い条件および目標中立軸θe 基準の上記付加条件の下でプッシャー推力を最小にする温域および温度を探索するようにしても良い。
これにより、金属管曲げ加工装置の選択の幅が広がる。

本発明の実施例１について、金属管の温度差曲げ加工方法を示し、（ａ）が加工に用いる装置の要部平面図、（ｂ）が曲管部の横断面図、（ｃ）が低温域の範囲を示す式、（ｄ）が温度差決定のフローチャートである。 （ａ），（ｂ）何れも目標の中立軸を算出する式であり、（ａ）が正確な式、（ｂ）が簡略式である。 本発明の実施例２について、温度差決定のフローチャートである。 本発明の実施例３について、温度差決定のフローチャートである。 本発明の実施例４について、（ａ），（ｂ）何れも温度差決定のフローチャートである。 本発明の実施例５について、温度差決定のフローチャートである。 金属管の温度差曲げ加工に用いる従来装置の要部平面図である。 （ａ），（ｂ）何れも従来の温度差決定のフローチャートである。 従来の温度差決定のフローチャートである。 （ａ），（ｂ）何れも曲管部の横断面図であり、課題と考察を説明するためのものである。

符号の説明

１…金属管、２…ガイドローラ、３…加熱装置、
４…旋回アーム、５…クランパ、６…プッシャー

Claims (3)

1. 曲げ加工される金属管の先端側の進路を弧状に規制する旋回自由な旋回アームと，前記金属管を後端側から推進するプッシャーと，前記金属管の長手方向短区間を環状に誘導加熱するものであってその環状加熱部の周方向について温域および温度を設定しうる加熱装置とを備えていて前記金属管を先端側から後端側へ順に曲げ変形させる金属管曲げ加工装置を用いて行う金属管の温度差曲げ加工方法において、減肉率の要求値と曲げ半径の要求値と前記金属管の形状値とから前記金属管の曲げ部に係る目標の中立軸を算出し、この目標中立軸かそれよりも背側に低温域を限定し前記目標中立軸よりも腹側は総て高温域にするという付加条件の下で前記環状加熱部における力の釣り合い条件に基づいて前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定し、それを前記加熱装置に設定して前記金属管の曲げ加工を行うことを特徴とする金属管の温度差曲げ加工方法。
2. 前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、前記付加条件を満たす温域の設定値を先に決定した後、要求を満たす温度の設定値を探索して、それから温度の設定値を決定することを特徴とする請求項１記載の金属管の温度差曲げ加工方法。
3. 前記環状加熱部に係る温域および温度の設定値を決定するに際し、前記金属管曲げ加工装置を用いて前記金属管を曲げるときに前記金属管の曲げ部の中立軸を前記目標中立軸と一致させるのに必要となる前記プッシャーの推力である曲げ推力を算出するとともに、前記金属管を純曲げモーメントで曲げたと仮定したときの前記金属管の曲げ部の中立軸を算出し更にこの純曲げ中立軸を前記目標中立軸に移動させるのに必要となる前記プッシャーの推力である移動推力を算出して、前記曲げ推力と前記移動推力との一致判定を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された金属管の温度差曲げ加工方法。

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