JP2544001B2

JP2544001B2 - パイプの曲げ加工方法

Info

Publication number: JP2544001B2
Application number: JP2097592A
Authority: JP
Inventors: 直紀野尻
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1990-04-16
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH03297517A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、パイプの曲げ加工方法に関する。

（従来の技術）自動車には、所定の形状に曲げ加工された多数のパイ
プ部品が使用されている。例えば、エンジン部品である
エキゾースト・マニホールドにあっては、ステンレス製
のパイプを使用することによって、排気効率の向上を図
ると共に、剛性や耐久性に支障をきたすことなく部品の
軽量化を図っている。

パイプを所定形状に曲げるための曲げ加工方法につい
ては、パイプの肉厚、曲げ角度、あるいは、パイプ部品
の形状等に応じて各種の方式があるが、そのうちの一例
として、第11図に示すような「引き曲げ方式」と称され
るものがある。

この方式にあっては、先ず、回転可能な曲げ型１に対
し、締付け型２によりパイプＰを締付け、このパイプＰ
の背部を圧力型３で抑さえておく。そして、この状態の
下で曲げ型１を回転してゆき、曲げ型１の回転に伴っ
て、パイプＰを曲げ型１の外周形状に引き曲げるように
したものである。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上述したエキゾースト・マニホールドは、
多数の部品が搭載される狭小なエンジンルーム内に取付
けられるものであるため、レイアウト上の制約を受け、
曲率半径の小さい曲げ加工（以下、極小曲げ加工）を行
わなければならない場合がある。この「極小曲げ加工」
とは、パイプの中心線での曲率をＲとし、パイプの外径
をｄとすると、Ｒ≦1.5dとなる場合の曲げ加工を表すも
のである。

この極小曲げ加工を前述した曲げ加工方法によって行
った場合、パイプＰの素材は、曲げの外側部分では引っ
張りの力を、曲げの内側部分では圧縮の力を受けるため
に、曲げ部分にわれ、しわ等が発生することがあり、所
望のパイプ部品を得ることができなかった。この加工不
良状態を示すと第12図の通りであり、第12図（Ａ）に示
されるように、曲げ外側壁が内側にひけて曲げ部分の中
空孔が偏平断面ａになっているもの、同図（Ｂ）に示さ
れるように、曲げ外側壁にわれｂが生じているもの、同
図（Ｃ）に示されるように、曲げ内側壁にしわｃが生じ
ているものがある。われｂが発生したパイプ部品では流
体が外部に漏洩するため好ましくないのは当然である
が、偏平断面ａとなったもの、あるいは、しわｃが発生
したものにあっても、パイプ内部を流れる流体の通路抵
抗が増加するので好ましいものではない。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するために
なされたものであり、前記われ等の加工不良を発生する
ことなく、パイプの極小曲げ加工を行い得るパイプの曲
げ加工方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明は、パイプの外周に
当接する受溝が形成され回転可能な曲げ型に対し、締付
け型によりパイプを締付け、前記曲げ型の回転に伴って
パイプを前記曲げ型の前記受溝に沿って曲げるパイプの
曲げ加工方法であって、前記曲げ型と該曲げ型に対向す
る前記締付け型とにより前記パイプを締付けると共に、
前記曲げ型の前記受溝に連なる受溝が形成され前記曲げ
型に隣接するワイパと該ワイパに対向する圧力型とによ
り前記パイプを挟持した後に、前記パイプの挟持側から
締付け側に向かう軸方向の加圧力を前記パイプに対して
加えつつ、前記曲げ型を曲げ開始位置から曲げ終了位置
まで回転させ、この回転に伴って前記パイプを前記曲げ
型の前記受溝に沿って曲げるようにしてなり、前記パイ
プの曲げ開始から曲げ終了に至るまでの前記加圧力の加
圧速度のパターンと前記曲げ型の回転速度のパターンと
を相似にしたことを特徴とするパイプの曲げ加工方法で
ある。

（作用）まず、パイプを締付け型により回転可能な曲げ型に締
付けると共に、曲げ型に隣接するワイパと圧力型とによ
り挟持する。

その後、パイプの挟持側から締付け側に向かう軸方向
の加圧力をパイプに対して加えつつ、曲げ型を曲げ開始
位置から曲げ終了位置まで回転させる。

すると、パイプの曲げの外側部分にはパイプの素材が
押し込まれ、また、曲げの内側部分では素材の押し込み
がワイパにより規制されながら、パイプは曲げ型の回転
に伴いこの曲げ型の受溝に沿って曲げられることにな
る。

しかも、パイプの曲げ開始から曲げ終了に至るまで加
圧速度のパターンと回転速度のパターンとが相似である
ため、加圧力によるパイプの送り量と曲げ型の回転によ
るパイプの送り量との間に差が生じることはない。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１〜６図は、本発明のパイプの曲げ加工方法を具体
化したパイプベンダ装置を示すものである。

このパイプベンダ装置を概説すれば、パイプの送り及
びヒネリを行う走行装置６と、パイプの曲げ加工を行う
曲げ加工機構８と、曲げ加工の際に軸方向の加圧力をパ
イプに加える加圧機構21とを有し、第10図（Ａ）、
（Ｂ）に示されるようなパイプ部品を製造するために使
用される。このパイプ部品は、前述したエキゾースト・
マニホールドであり、狭小なエンジンルーム内における
レイアウト上の制約を満足させるために極少曲げ加工Ｋ
が施されている。そして、このパイプベンダ装置は、パ
イプの送り、パイプのヒネリ、曲げ角度等を数値制御す
ることによって、パイプの曲げ加工を所定の方向、角度
に連続的に行っている。更に、曲げ加工の際には、前記
曲げ加工機構８における曲げ速度と前記加圧機構21にお
ける押し速度とが同期制御されるようになっている。

更に詳述すると、パイプベンダ装置は、第１、２図に
示すように、装置本体としてのベッド４を有し、この上
端面には、後述する曲げ加工機構８に向かう方向に延伸
するレール５が設けられている。このレール５上には、
レール５の延伸方向及びこれと直交する方向に移動可能
なテーブル20が取付けられており、該テーブル20に、走
行装置としてのキャリッジ６が固定されている。キャリ
ッジ６の先端には、パイプＰの一端を保持すると共にパ
イプＰにヒネリを加えるために、軸心を中心として両方
向に回動自在にチャック７が設けられている。該チャッ
ク７が所定角度だけ回動するのに伴ってパイプＰも前記
所定角度だけ回動して、前記ヒネリが加えられるように
なっている。このチャック７を回転させるとヒネリ用モ
ータがキャリッジ６に内蔵されており、また、テーブル
20自身をレール５に沿って進退移動させる送り用モータ
がテーブル20に設けられている。

曲げ加工機構８は、ベッド４の端部に設けられてお
り、パイプＰの軸方向所定位置を挟持する挟持部９と、
パイプＰを締付けると共に曲げ加工を行う締付け部10と
から構成されている。

前記挟持部９は、第４図に示すように、支持板11を介
してベッド４に固定されており、パイプＰの曲げ内側部
分に位置しパイプＰの曲げ内側壁に当接するワイパ12が
前記支持板11に取付けられている。このワイパ12は、パ
イプＰの曲げ加工の際に曲げ内側壁にしわが生じるのを
防止するためのものであり、パイプＰの外径、曲げ半径
に応じて交換あるいは取付け位置を調整してボルトによ
り固定されている。ワイパ12におけるパイプＰ側の端面
には、断面略半円形の受溝12aが形成されている。一
方、前記支持板11のパイプＰの曲げ外側部分には、油圧
により駆動される第１油圧シリンダ13が設けられてお
り、このシリンダ13のロッド14の先端には前記ワイパ12
に対向する圧力型３が連結されている。これにより、圧
力型３はパイプＰの曲げ外側壁に対して進退可能となっ
ており、圧力型３におけるパイプＰ側の端面には、断面
略半円形の受溝3aが形成されている。そして、前記キャ
リッジ６に保持されたパイプＰがワイパ12の受溝12aに
沿って搬入された後、油圧シリンダ13が駆動され圧力型
３が前進移動することにより、受溝12a、3aでパイプＰ
を挟持するようになっている。

また、前記締付け部10は、第３、５図に示すように、
回動軸17を中心としてベッド４に対して回動自在に設け
られており、前記回動軸17には、上端面に係合溝15aが
形成された曲げロール15が連結固定されている。この曲
げロール15の上部には、第１図に示すように、前記回動
軸17と同軸に円筒形状の曲げ型１が、その下端面に形成
された凸部1bが前記係合溝15aと係合した状態で装着さ
れている。この曲げ型１は、パイプＰの曲げ半径に応じ
て複数個の曲げ型１が用意されており、パイプ部品の曲
げ半径に適した曲げ型１に交換して使用されるようにな
っている。各曲げ型１の外周面には、断面略半円形の受
溝1aが形成されている。前述したワイパ12は、この曲げ
型１に隣接すると共に、受溝12aが曲げ型１の受溝1aと
連らなる位置に調節されて、支持板11に取付けられてい
る。一方、前記曲げロール15に取付けられたブラッケト
16には、油圧により駆動される第２油圧シリンダ18が設
けられており、このシリンダ18のロッド19の先端には前
記曲げ型１に対向する締付け型２が連結され、これによ
り、締付け型２はパイプＰの外側壁に対して進退可能と
なっている。締付け型２におけるパイプＰ側の端面に
は、断面略半円形の受溝2aが形成されている。そして、
前記挟持部９によりパイプＰを挟持した後、油圧シリン
ダ18が駆動され締付け型２が前進移動することにより、
受溝1a、2aでパイプＰを締付けるようになっている。ま
た、ベッド４には、締付け部10を曲げ開始位置と曲げ終
了位置との曲で回動させる駆動部としての第３油圧シリ
ンダ26が内蔵されており、この油圧シリンダ26のロッド
27の先端には、前記回動軸17に設けられたピニオン28と
噛み合うラック29が連結されている。

加圧機構21は、第１図に示すように、キャリッジ６に
保持されると共に前記挟持部９により把持されたパイプ
Ｐに対して、キャリッジ６側から軸方向の加圧力を加え
るものであって、テーブル20の下面には、チェーン24が
引っ掛けられている。また、減速機構23、クラッチ、案
内ローラ25を介して前記チェーン24を駆動する電動モー
タ22が前記ベッド４に取付けられている。そして、チェ
ーン24を駆動しテーブル20自体を牽引することによっ
て、前記加圧力が作り出されるようになっている。この
ような加圧力の値は、パイプ部品の曲げ半径、曲げ角度
等により決定され、パイプＰの曲げ初めから曲げ終了ま
で追従して加えられるようになっている。加圧力の一例
を示すと以下の通りである。

パイプ外径ｄ 42.7mm パイプ肉厚 2.0mm パイプ材質ステンレス曲げ半径Ｒ 60mm 曲げ角度 90度 R/d 1.4（極小曲げ加工）の場合加圧力 3.2ton である。

ところで、曲げ加工の際における締付け部10の曲げ速
度と加圧機構21の押し速度との制御には、第８図に示す
ような制御がある。すなわち、この場合の制御にあって
は、加圧機構21は定速度制御（速度V0）の下で前進して
いるのに対し、締付け部10は曲げ開始では加速し曲げ終
了では減速するという加減速制御の下で回転している。
しかしながら、上記制御を採用した場合には、加圧機構
21の加圧によるパイプの送り量と締付け部10の回転によ
るパイプの送り量との間に差が生じることになるため、
締付け部10の締付け型２とパイプＰとに「滑り」が発生
し、高精度のパイプ部品を製造することができないとい
う不具合を招く虞がある。

本発明者は、「滑り」の発生をなくして上記不具合を
解消するためには、締付け部10の曲げ速度と加圧機構21
の押し速度との制御を同期制御すれば良いことを開発す
るに至った。

そこで、第７図に示すように、本実施例にあっては、
加圧機構21の押し速度を検出する押し速度検出手段31
と、締付け部10の曲げ速度を検出する曲げ速度検出手段
32とが入出力部を介して制御部30に接続されており、ま
た、この制御部30には、加圧機構21のモータ22、締付け
部10の第３油圧シリンダ26等が接続されている。前記押
し速度検出手段31として、光電パルスを利用して速度を
検出するパルスカウンタ等がテーブル20あるいはキャリ
ッジ６に取り付けられている。また、曲げ速度検出手段
32として、エンコーダ等が締付け部10の回動軸17に取り
付けられている。

そして、制御部30は、第９図に示すように、押し速度
検出手段31及び曲げ速度検出手段32からの信号に基づい
て、加圧機構21のモータ22を加減速制御する。つまり、
パイプＰの曲げ開始から曲げ終了に至るまで加圧力の加
圧速度のパターンと曲げ型１の回転速度のパイプとが相
似となるように、加圧機構21の押し速度を、締付け部10
の加減速制御に同期させて加減速制御している。このよ
うな同期制御を採用することにより、加圧機構21の加圧
によるパイプの送り量と締付け部10の回転によるパイプ
の送り量との間に差が生じないようにしている。

尚、図示は省略するが、パイプの曲げ加工の際には、
従来公知の心金（マンドレル）が使用され、キャリッジ
６側からパイプＰ内に嵌合させた状態で曲げ加工を行う
ことにより、曲げ部におけるパイプＰの偏平化、及び、
しわの発生が防止されるようになっている。

次に、本実施例の作用を説明する。

上述したパイプベンダ装置を用いてパイプＰを曲げ加
工するには、第１〜３図に示されるように、パイプ部品
の外径、曲げ半径に応じた曲げ型１を選択し、これを曲
げロール15上に装着する。また、ワイパ12を、その受溝
12aが前記曲げ型１の受溝1aに連らなる位置に調節し
て、支持板11に取付ける。そして、第１、第２油圧シリ
ンダ13、18のロッド14、19は、ともに後進位置にあり、
圧力型３、締付け型２はパイプＰに対して後退してい
る。

前記パイプＰの一端は、キャリッジ６先端のチャック
７に保持されており、テーブル20をパイプＰの軸方向及
びこれと直交する方向に調整移動することにより、パイ
プＰの曲げ内側壁は、ワイパ12と曲げ型１の受溝12a、1
aのそれぞれに当接している。

この状態の下で、パイプ部品の曲げ加工されない部分
つまり直線部分に応じた距離分だけ、テーブル20を曲げ
加工機構８側に前進させる。その後に、挟持部９の第１
油圧シリンダ13を駆動して圧力型３を前進させ、ワイパ
12と圧力型３の両受溝12a、3aでパイプＰを挟持すると
共に、締付け部10の第２油圧シリンダ18を駆動して締付
け型２を前進させ、曲げ型１と締付け型２の両受溝1a、
2aでパイプＰを締付ける。

そして、電動モータ22を駆動してチェーン24によりテ
ーブル20を牽引することにより予め設定された値の加圧
力をパイプＰに作用させたまま、第３油圧シリンダ26を
駆動させ、締付け部10を回動軸17を中心として第３図に
示す曲げ開始位置から第６図に示す曲げ終了位置まで回
動する。このとき、曲げ型１の回動に伴って、パイプＰ
の曲げ外側壁Poは引っ張りの力を受けるが、軸方向には
所定の加圧力が加えられているため、これらの両方の力
によって、曲げ外側壁PoにはパイプＰの素材が押し込ま
れることになることから、曲げ外側壁Poの薄肉化による
われが発生することはない。一方、曲げ内側壁に連なる
部分はワイパ12の受溝12aに当接しており、また、曲げ
内側壁では回動に伴う圧縮力をもともと受けているた
め、曲げ内側壁に軸方向の加圧力が作用してもパイプＰ
の素材は曲げ内側壁には押し込まれることはなく、前記
加圧力は、ワイパ12が当接しているパイプＰの肉厚が増
加することによって吸収されている。従って、前記加圧
力を加えても、この力はワイパ12によて規制されるの
で、曲げ内側壁にしわが生じることはない。前述したパ
イプ外径、肉厚、加圧力等の条件の下で曲げ加工したパ
イプ部品を検査したところ、ワイパ12に当接したパイプ
Ｐを肉厚は、約20％増加したに過ぎず、かつ、パイプＰ
の内周面にはしわが生じていないため、流体の通路抵抗
を増加させることにはならないことも判明した。更に、
パイプＰ内部に嵌合された心金によって、パイプＰの曲
げ部分の内周面を平坦化して、パイプＰの内側壁Piのし
わの発生が阻止されると共に、曲げ部分の中空孔の偏平
化が阻止されている。このように曲げ加工不良を阻止し
ながら、パイプＰが回動軸17を中心として曲げ型１の受
溝1aに沿って、第６図に示すように曲げられることにな
る。

しかも、加圧機構21の押し速度を、第９図に示したよ
うに、締付け部10の加減速制御に同期させて加減速制御
しているため、加圧機構21の加圧によるパイプの送り量
と締付け部10の回転によるパイプの送り量との間に差が
生じることはない。従って、締付け部10の締付け型２と
パイプｐとに「滑り」が発生することはなく、よ一層高
精度のパイプ部品を製造することが可能となる。

そして、第６図に示す状態で第２油圧シリンダ18のロ
ッド19を後進させ、締付け型２をパイプＰに対して後退
させた後に、第３油圧シリンダを駆動して締付け部10を
曲げ開始位置まで戻すことによって、パイプＰの曲げ加
工の１サイクルが完了する。次のサイクルに進む場合に
は、パイプ部品の直線部分に応じてテーブル20を前進さ
せたり、前サイクルにおける曲げ方向と異なる方向に曲
げるときには、チャック７を所定角度回動させた後に、
上述した曲げ加工の１サイクルを行い、これを繰り返す
ことによって、パイプＰは所定の方向、角度に連続的な
曲げ加工が行われる。

上述したように、本実施例にあっては、Ｒ≦1.5dとな
る極小曲げ加工を、加工不良を生じることなく行うこと
が可能となり、また、数値制御されるパイプベンダ装置
の曲げ加工装置を組込むことによって、高精度の連続的
な曲げ加工が施された高品質のパイプ部品、例えば、エ
キゾースト・マニホールドを得ることが可能となる。

しかも、加圧機構21と締付け部10とを同期制御しなが
ら曲げ加工を行うため、締付け部10の締付け型２とパイ
プＰとに「滑り」が発生することはなく、より一層高精
度のパイプ部品を製造することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものでな
く、例えば、パイプＰに軸方向の加圧力を加える加圧機
構21を、油圧により駆動されるアクチュエータにより構
成してもよい。

また、パイプＰを連続的に曲げ加工しない場合には、
走行装置６は必要とせず、このときには、パイプにおけ
る挟持側の端部に押圧ブロックを当接させ、このブロッ
クに加圧機構21を設けても良い。

更に、上記実施例では、加圧機構21の押し速度の制御
を締付け部10の加減速制御に同期させる場合を示した
が、本発明は、パイプＰの曲げ開始から曲げ終了に至る
までの加圧力の加圧速度のパターンと曲げ型１の回転速
度のパターンとが相似であれば良く、実施例の場合とは
逆に、締付け部10の曲げ速度を、加圧機構21の定速度制
御（第８図参照）のように制御することも理論上可能で
ある。

（発明の効果）上述したように、本発明によれば、パイプに対して軸
方向の加圧力を加えつつ、パイプの曲げ加工を行うよう
にしたため、パイプの曲げ外側部分においては薄肉化に
よるわれの発生が防止でき、また、曲げの内側部分では
ワイパにより前記加圧力を規制するようにしたため、曲
げ部分の内側においてはしわの発生が防止できる。

しかも、パイプの曲げ開始から曲げ終了に至るまでの
加圧力の加圧速度のパターンと曲げ型の回転速度のパタ
ーンとを相似にしたため、加圧力によるパイプの送り量
と曲げ型の回転によるパイプの送り量との間に差が生じ
ることがなくなり、締付け型とパイプとの「滑り」が発
生せず、より一層高精度にパイプの曲げ加工を行い得る
という実用上多大な効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のパイプの曲げ加工方法を具体化した
曲げ加工装置を組込んだパイプベンダ装置の側面図、第
２図は、同パイプベンダ装置の平面図、第３図は、曲げ
加工前の同装置の要部を示す平面図、第４図は、第３図
のIV−IV線に沿う断面図、第５図は、第３図のＶ−Ｖ線
に沿う断面図、第６図は、曲げ加工後の同装置の要部を
示す平面図、第７図は、同装置における加圧機構と締付
け部の駆動制御を行う制御部の概略ブロック図、第８図
は、加圧機構の押し速度と締付け部の曲げ速度の制御の
一例、第９図は、上記パイプベンダ装置における加圧機
械の押し速度と締付け部の曲げ速度の制御の一実施例、
第10図（Ａ）、（Ｂ）は、同装置により曲げ加工された
パイプ部品を示す斜視図、第11図は、一般的な曲げ加工
方法の一例を示す斜視図、第12図（Ａ）〜（Ｃ）は、曲
げ加工の際に生じる加工不良を示す断面図である。１……曲げ型、1a……受溝、２……締付け型、３……圧力型、４……ベッド（装置本体）、９……挟持部、10……締付け部、 12……ワイパ、12a……受溝、 26……第３油圧シリンダ（駆動部）、 21……加圧機構、Ｐ……パイプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】パイプの外周に当接する受溝が形成され回
転可能な曲げ型に対し、締付け型によりパイプを締付
け、前記曲げ型の回転に伴ってパイプを前記曲げ型の前
記受溝に沿って曲げるパイプの曲げ加工方法であって、
前記曲げ型と該曲げ型に対向する前記締付け型とにより
前記パイプを締付けると共に、前記曲げ型の前記受溝に
連なる受溝が形成され前記曲げ型に隣接するワイパと該
ワイパに対向する圧力型とにより前記パイプを挟持した
後に、前記パイプの挟持側から締付け側に向かう軸方向
の加圧力を前記パイプに対して加えつつ、前記曲げ型を
曲げ開始位置から曲げ終了位置まで回転させ、この回転
に伴って前記パイプを前記曲げ型の前記受溝に沿って曲
げるようにしてなり、前記パイプの曲げ開始から曲げ終
了に至るまでの前記加圧力の加圧速度のパターンと前記
曲げ型の回転速度のパターンとを相似にしたことを特徴
とするパイプの曲げ加工方法。