JP2012135786A

JP2012135786A - 鋼管の曲げ加工法

Info

Publication number: JP2012135786A
Application number: JP2010289082A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Nakauma; 健一朗中馬; Katsuhide Nishio; 克秀西尾; Atsushi Kurobe; 淳黒部
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP5525434B2

Abstract

【課題】回転引き曲げ加工法を用いて薄肉鋼管の曲げ加工を行う際、曲げ加工部にしわや偏平が起こらず、しかも効率よく曲げ加工を行うことが可能な方法を提供する。
【解決手段】鋼管内に非圧縮性流体を圧入し、流体圧を負荷した状態で曲げ加工を行う際、第一の封止部材と、当該第一の封止部材と連結部材を介して連設された第二の封止部材を有する封止装置を用い、前記第一の封止部材を被加工鋼管の曲げ起点に位置させたとき、第二の封止部材を曲げ起点から曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲に位置するようにして鋼管曲げ部にのみ前記流体圧を負荷した状態で曲げ加工を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車などの輸送機器や機械部品、建設等の構造用途に供せられる鋼管の曲げ加工法に関するものである。

一般的に鋼管に曲げ加工を施す方法として、鋼管内に芯金を設置した状態で曲げ型とクランプとで鋼管を挟持した後に、曲げ型の周方向に沿ってクランプを移動させつつ曲げ型を回転させることで鋼管の曲げ加工を行う回転引き曲げ加工法が多用されている。
しかし、この曲げ加工法で薄肉鋼管を曲げた場合、剛性が厚肉鋼管よりも低いため加工部の内側にしわが生じる問題や、鋼管が偏平してしまう（楕円状に変形してしまう）問題がある。

一方で、従来から、回転引き曲げ加工法において、しわの発生や偏平化を抑制するために、鋼管内部に流体を圧入して鋼管を曲げる加工法が、各種提案されている。
例えば特許文献１では、曲げ加工を行う鋼管の両端に、水圧調整弁とエアー抜きの機能を持ち合わせた封止栓を取り付け、鋼管内に非圧縮性流体を直接圧入して３本ロールにより曲げ加工を行う方法を提案している。

また、引用文献２では、曲げ型と締め型により鋼管を挟持し、鋼管の両端部に栓手段を取り付けた後に鋼管内に液体を注入し、加圧した状態で曲げ加工を行うことを提案している。
さらに特許文献３では、可撓性を有する連結部材の両端に遮断部材を取り付けた治具を準備し、曲げ型と締め型により鋼管を挟持するとともに前述の治具を鋼管内に装入し、前記遮断部材間に液体を注入し、加圧した状態で曲げ加工を行うことを提案している。

特開平９−３８７２６号公報特開２００２−２５４１１２号公報特許第３７７３３０７号公報

ところで、特許文献１，２で提案された方法では、鋼管内部に直接流体を圧入した状態で鋼管の曲げ加工を行うので、しわの発生や偏平化は抑制できるが、鋼管全体に流体を充填させる必要があることや、封止栓の取付け、取扱いに手間がかかるため、加工時間が長くなり生産性は必ずしも良くない。
また特許文献３で提案された方法でも鋼管曲げ部全体に流体を圧入した状態で曲げ加工を行っている。そして、鋼管の曲げ始めと曲げ終りの両端部に封止栓が挿入されているため、加工後に封止栓を抜き取る作業が困難である。しかも、多段曲げ加工を行う際、封止栓を引き抜く作業が必要であるため、多段曲げ加工においても作業が困難である。すなわち、生産性の点で大きな問題がある。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、回転引き曲げ加工法を用いて薄肉鋼管を曲げる際、曲げ加工部にしわや偏平が起こらず、しかも効率よく曲げ加工を行うことが可能な方法を提供することを目的とする。

本発明の鋼管の曲げ加工法は、その目的を達成するため、鋼管内に非圧縮性流体を圧入し、流体圧を負荷した状態で鋼管を曲げる回転引き曲げ加工法であって、被加工鋼管の曲げ起点を0°とした時に曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲の鋼管曲げ部にのみ前記流体圧を負荷した状態で曲げ加工を行うことを特徴とする。
第一の封止部材と、当該第一の封止部材と連結部材を介して連設された第二の封止部材を有する封止装置を用い、前記第一の封止部材を被加工鋼管の曲げ起点に位置させたとき、第二の封止部材を曲げ起点から曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲に位置するようにして鋼管の曲げ加工を行うことが好ましい。

本発明により提供される鋼管の曲げ加工法では、固定している封止栓と固定していない封止栓の間を金属製チェーン等で繋ぐことで、２つの封止栓の間にのみ水圧を加えることが可能になる。これにより曲げ加工時に被加工材料の変形が進行する部位である曲げ起点（曲げ角度0°）から曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲の鋼管曲げ部にのみ水圧を加えた状態で曲げ加工を行うことができる。
固定していない封止栓は、曲げ角度5°＜θ≦45°の鋼管曲げ部に設置されているため、曲げ加工後に封止栓を抜くことが容易である。したがって、多段曲げ加工も容易に行える。また、曲げ起点（曲げ角度0°）から曲げ角度5°＜θ≦45°の鋼管曲げ部にしか水を加えていないため、鋼管内に水を充填する時間を短くすることができ、生産性良く鋼管を曲げ加工することができる。

従来の液圧曲げ加工法の概略図鋼管曲げ部に液圧を負荷した本発明液圧曲げ加工法の概略図本発明液圧曲げ加工法を用いた加工手順の概略図曲げ角度θ＞45°の鋼管曲げ部に液圧を負荷した時の本発明による液圧曲げ加工法固定していない第二の封止栓の設置位置を説明する図（曲げ角度θ(°))

鋼管に曲げ加工を施す場合、被加工鋼管にしわの発生や偏平化を起こさせないようにするために、例えば図１に示すように鋼管全体に流体を圧入した状態で回転引き曲げ加工を行っている。
図１に見られるように、被加工鋼管の両端に封止栓が嵌めこまれていると、鋼管内の広い領域に流体を圧入する必要があり、また加工の度に封止栓を外し、水を抜き取る作業があるため、生産性が低くなる。さらに曲げ型とクランプで封止する方法では構造上、多段曲げ加工を行うことが不可能である。

そこで、本発明者等は、封止栓の配置位置を被加工鋼管の変形が進行する部位の前後の狭い領域にすることにより、被加工鋼管内への流体圧入時間を短縮し、曲げ加工の効率を上げる手法について鋭意検討を重ねてきた。
その過程で、固定している第一の封止栓とこの固定している第一の封止栓に金属チェーン等の連結部材を介して繋がっている固定していない第二の封止栓の２つの封止栓の間にのみ流体圧を加えることが可能となれば、被加工鋼管の変形が進行する部位の前後の狭い領域にのみ流体圧を加えることが可能となることを見出した。
以下、その詳細を説明する。

まず、本発明方法の概略を、図２を用いて説明する。
本発明の回転引き曲げ加工法は、曲げ型１、クランプ２、サイドブースター３、バックブースター４及びワイパー５から構成された装置を用いる。バックブースター４には、被加工鋼管６内に伸びる支持体７の先端に取り付けられた第一の封止栓８と、この第一の封止栓８に金属チェーン９を介して位置及び向きの変動可能に取り付けられた第二の封止栓１０が連設されている。そして被加工鋼管６内に伸びる支持体７及びその先端の第一の封止栓８の内部には流体を通すための貫通孔１１が穿たれており、支持体７他端には前記貫通孔１１を介して流体を圧入するための液圧ポンプ１２が取り付けられている。
なお、第一の封止栓８及び第二の封止栓１０の外周には、被加工鋼管６との間の液密性を確保させるためにＯリング１３が装着されている。
そして、被加工鋼管の変形が進行する部位の前後の領域にのみ流体圧を加えている。

ところで、図１や図２で示されるような回転引き曲げ加工装置を用いて鋼管に曲げ加工を行うとき、被加工鋼管自身の変形度合いが大きい領域はワイパー先端の近傍である。そして、被加工鋼管自身の変形が進む際に拘束がないとしわが発生したり、偏平したりする。
そこで、本発明者等は、この被加工鋼管自身の変形度合いが大きい領域、すなわちワイパー先端の近傍のみに高圧の流体圧を負荷すればしわの発生や偏平化を抑制できると推測したものである。

続いて、本発明の具体例方法を説明する。
図３（ａ）に示すようにＯリングを装着した第一の封止栓８と固定していない第二の封止栓１０の２つの封止栓を使用する。２つの封止栓間に流体圧を負荷させても軸方向に破断しない金属チェーン９で繋いでいる。そして、第一の封止栓外周のワイパー先端対応部位にＯリングが装着されている。
この状態で２つの封止栓間に流体圧を負荷した状態で曲げ加工を実施する。

変形が進行する部位に流体圧が負荷されているので、しわ、偏平を抑制した成形が可能となる。
詳細は後記するが、鋼管内に流体圧を負荷する部分は曲げ起点（曲げ角度0°）から曲げ角度5°＜θ≦45°の鋼管曲げ部のみで十分であるため、鋼管に圧力流体を充填する時間が短くなり、その分加工時間が短くなる。また、図３（ｂ）に示すように曲げ加工後に固定していない第二の封止栓１０が曲げ角度5°＜θ≦45°の鋼管曲げ部に設置されているため、封止栓を引き抜くことが容易である。その結果、生産性良く曲げ加工を行うことができる。

鋼管の用途によっては多段に曲げられた形状のものが多くあり、本発明法を適用すれば、多段曲げ加工が容易に行える。
図３（ａ）、（ｂ）に示す態様で第一段目の曲げ加工を行った後、図３（ｃ）に示すように曲げ位置を変えて再度曲げ加工を行えば、封止栓の取外しで水抜きを行うことなく、第二段目の曲げ加工が容易に行える。この作業を連続的に行うことで多段曲げ加工が可能となる。

ここで、鋼管内に流体圧を負荷する部分を曲げ角度5°＜θ≦45°の鋼管曲げ部のみとした。その上限値の設定理由について説明する。
図４に曲げ角度θ＞45°の鋼管曲げ部に流体圧を負荷した液圧曲げ加工法を示す。図４（ａ）に示すように曲げ角度θ＞45°の鋼管曲げ部に固定していない第二の封止栓を設置しても曲げ成形は可能である。しかしながら、図４（ｂ）に示すように第二の封止栓を鋼管曲げ部から抜き取る際、封止栓のエッジが鋼管曲げ部に強く接触し鋼管曲げ部が破断する（図中Ａ部）ことがある。また鋼管の板厚が厚い場合、封止栓エッジの接触による鋼管の破断はないが、第二の封止栓が抜けなくなり、場合によっては金属チェーンが破断する（図中Ｂ部）こともある。

このように、固定していない第二の封止栓設置位置が深いと引き抜きが困難となり、曲げ成形ができなくなることがあるため、その設置位置は曲げ角度θ≦45°にする必要がある。
なお、下限の曲げ角度5°＜θの鋼管曲げ部設置位置は後記の実施例の結果に基づいている。

オーステナイト系のステンレス鋼管を用いて曲げ加工試験を行った。
表１にオーステナイト系ステンレス鋼管の寸法と機械的性質について示す。また表２に加工条件を示す。
曲げ半径（パイプ中心）を80mm、設定曲げ角度を90°、液圧曲げ加工法で使用した水圧を6MPaにした。

被加工鋼管の曲げ起点である0°付近に第一の封止栓を設置し、固定していない第二の封止栓は、曲げ角度である5°から75°付近に設置し、曲げ成形性を調査した。
供試材は、しわや破断が発生しやすい板厚が0.6mmのオーステナイト系ステンレス鋼管を用いた。鋼管内に金属製チェーンでつながっている２つの封止栓を挿入した状態で非圧縮性流体を圧入し、流体圧を6MPaにした状態で曲げ加工を行った。

図５に示すように固定している第一の封止栓は、曲げ起点である0°付近に設置した。表３に実施結果について示す。
比較例として、通常の加工である芯金を使用した回転引き曲げ加工法では、しわが生じた。実施例２〜５では、しわのない加工が可能となったが、実施例１のように固定していない第二の封止栓を曲げ角度θが5°の曲げ部に設置し水圧を負荷した条件ではしわが発生した。鋼管曲げ部に水圧を負荷させる領域が狭いため、水圧の負荷が加わっていない曲げ内側でしわが発生したと考えられる。

実施例２に示すように固定していない第二の封止栓を曲げ角度θが7°の曲げ部に設置し水圧を負荷した条件では曲げ成形が可能であった。
また、実施例３〜５のように固定していない第二の封止栓を曲げ角度θが15°〜45°の曲げ部に設置し水圧を負荷した条件でも曲げ成形が可能であった。この結果から曲げ外側と曲げ内側ともにほぼ一定の板厚変化率となっている領域でも曲げ角度θが45°までは曲げ成形が可能であることがわかった。

実施例６、７に示すように固定していない第二の封止栓を曲げ角度θが50°、75°の曲げ部に設置し水圧を負荷した条件では曲げ成形が可能であったが、曲げ加工後に固定していない封止栓を抜き取る際、鋼管曲げ部に破断が生じたため曲げ成形が不可であった。これは加工後に固定していない第二の封止栓を抜き取る際、封止栓のエッジ部が鋼管曲げ部に接触し破断が生じたからである。
これらの結果から、5°＜曲げ角度θ≦45°の鋼管曲げ部に固定していない封止栓を設置することで曲げ成形が可能となった。

Claims

鋼管内に非圧縮性流体を圧入し、流体圧を負荷した状態で鋼管を曲げる回転引き曲げ加工法であって、被加工鋼管の曲げ起点を0°とした時に曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲の鋼管曲げ部にのみ前記流体圧を負荷した状態で曲げ加工を行うことを特徴とする鋼管の曲げ加工法。
第一の封止部材と、当該第一の封止部材と連結部材を介して連設された第二の封止部材を有する封止装置を用い、前記第一の封止部材を被加工鋼管の曲げ起点に位置させたとき、第二の封止部材を曲げ起点から曲げ角度5°＜θ≦45°の範囲に位置するようにして鋼管の曲げ加工を行う請求項１に記載の鋼管の曲げ加工法。