JP2725425B2 - 金属管の曲げ加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は金属管の曲げ加工方法に係り、特に、誘導加
熱により金属管を局部的に加熱しながら回動可能に設け
られた曲げアームによって変形を与える曲げ加工方法の
改良に関するものである。

従来の技術 鋼管，アルミニウム管などの金属管に曲げ加工を行う
に際して、（ａ）金属管をその長手方向へ送り出す送出
し装置と、（ｂ）その金属管を局部的に誘導加熱する加
熱コイルと、（ｃ）前記金属管の送出し方向において前
記加熱コイルと略同じ位置にその金属管から曲げ半径だ
け離間した回動中心まわりの回動可能に配設されるとと
もに前記金属管が固定される曲げアームとを有し、前記
送出し装置により金属管が送り出されるとともに前記曲
げアームによって進行方向が曲げられることにより、前
記加熱コイルによって加熱された部分を変形させて曲げ
加工を行うようにしたものがある。

ところで、このような曲げ加工方法においては、曲げ
内周側部分に圧縮変形を加えるとともに曲げ外周側部分
に引張変形を加えることによって曲げ加工が行われるた
め、曲げ外周側部分ではその引張変形によって肉厚が薄
くなり、これが強度等の点で問題となることがある。こ
れに対し、前記加熱コイルのコイル幅を、曲げ加工の曲
げ外周側では大きく、曲げ内周側では小さくすることに
より、金属管の曲げ外周側部分の加熱温度を低下させ、
その曲げ外周側部分の変形を少なくして減肉を軽減する
ことが考えられている。特開昭61−46327号公報に記載
されている装置はその一例である。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このように曲げ外周側部分の加熱温度
を低下させ、引張応力による変形量を少なくして減肉を
軽減すると、それだけ曲げ内周側部分の圧縮変形量が増
大し、その曲げ内周側部分で座屈が発生し易くなるとい
う問題があった。このような問題は、特に径寸法や肉厚
寸法が小さい金属管に曲げ半径が小さい曲げ加工を行う
場合に顕著となる。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、そ
の目的とするところは、曲げ内周側部分の座屈を誘発す
ることなく曲げ外周側部分の減肉を軽減することにあ
る。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するためには、曲げ外周側部分が偏
平となるようにすれば良く、本発明は、前記（ａ）送出
し装置，（ｂ）加熱コイルおよび（ｃ）曲げアームを有
し、その送出し装置により金属管が送り出されるととも
に前記曲げアームによって進行方向が曲げられることに
より、前記加熱コイルによって加熱された部分を変形さ
せて曲げ加工を行うに際して、前記加熱コイルとしてコ
イル幅が周方向において異なるものを用いることによ
り、前記金属管の曲げ外周側における加熱部分の幅寸法
を曲げ内周側における加熱部分の幅寸法よりも大きくす
るとともに、加熱調理手段によりその曲げ外周側の加熱
温度が曲げ内周側の加熱温度と同程度以上になるように
したことを特徴とする。

なお、コイル幅が異なる加熱コイルを用いて加熱幅を
変化させた場合、コイル幅が狭い部分では加熱温度が高
くなるが、冷却水等により部分的に冷却したり、加熱コ
イルと金属管との間の隙間を大きくしたり、透磁率の高
い磁性材で加熱コイルを部分的に覆蓋したりしたりする
加熱調整手段により、コイル幅すなわち加熱幅に拘らず
加熱温度を調整することが可能なのである。

作用および発明の効果 このような曲げ加工方法によれば、金属管の曲げ外周
側部分はその加熱幅が大きいとともに、加熱温度は曲げ
内周側と同程度以上でその変形抵抗は曲げ内周側部分と
同程度以下になるため、曲げ加工時の引張応力によりそ
の曲げ外周側部分は偏平し易くなり、これにより減肉が
軽減される一方、曲げ内周側部分では加熱幅が小さいと
ともに曲げ外周側部分の減肉を軽減するために圧縮変形
量が増大することもないため、小径薄肉の金属管に曲げ
半径が小さい曲げ加工を行う場合でも座屈の発生が抑制
されるのである。

なお、かかる本発明の曲げ加工方法は、例えば外径寸
法Ｄが54mm程度以下、肉厚寸法ｔが3mm程度以下の小径
薄肉金属管に対して曲げ半径が1.6D程度以下の曲げ加工
を行う場合に特に優れた効果を発揮するが、それ以外の
金属管の曲げ加工にも利用できることは勿論である。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

先ず、第１図は本発明方法を好適に実施し得る曲げ加
工装置の要部を示す正面図で、冷却水等の冷却液10が収
容された冷却槽12の側壁には挿通穴14が形成され、シー
ル部材16を介してロッド18が軸方向の移動可能に配設さ
れている。ロッド18は送出し装置の一部を構成するもの
で、その軸心が略水平となる姿勢で配置されているとと
もに、油圧シリンダ或いはサーボモータ等によりその軸
心方向、すなわち図の左右方向へ駆動されるようになっ
ている。ロッド18の冷却槽12内に突き出す先端部には、
曲げ加工を行うべき金属管20の後端部が係止され、その
状態でロッド18が右方向へ突き出されることにより、金
属管20が略水平な右方向へ送り出される。冷却槽12内に
は、直径寸法が金属管20の外径寸法よりも僅かに大きい
ガイド穴を備えたガイド22が立設されており、金属管20
はそのガイド22により中心線ｌが前記ロッド18と略同心
となる姿勢に保持され、その長手方向へ送り出される。
なお、上記冷却液10は、金属管20の中心線ｌと略一致す
る高さまで満たされており、金属管20の下側半分を冷却
するようになっている。

上記冷却槽12内であってガイド22の右側には、内径寸
法がガイド22のガイド穴の内径寸法より僅かに大きい加
熱コイル24が、中心線ｌと略同心に位置固定に配設され
ており、金属管20はガイド22に案内されつつこの加熱コ
イル24内を挿通させられる。加熱コイル24には高周波発
振器から高周波電流が通電されるようになっており、こ
れにより、加熱コイル24内を挿通させられる金属管20が
局部的に誘導加熱される。かかる加熱コイル24は、第２
図にも示されているように、コイル幅が略等しい略180
°の範囲の第１部分24aと、その第１部分24aに連続して
コイル幅が次第に大きくなる第２部分24bとから成るも
ので、第１部分24aが下側となり、第２部分24bのコイル
幅が最も大きい部分が真上となる姿勢で配置されてい
る。また、加熱コイル24の左端面および外周面には、透
磁率の高い磁性材26が瞬間接着剤等の固着手段により一
体的に装着されており、この磁性材26を通して磁気回路
が形成されることにより、加熱コイル24による加熱範囲
が金属管20の送り方向における上流側、すなわち第１図
の左側へ拡大することを防止している。

上記加熱コイル24の略真下の位置には、略水平で且つ
前記中心線ｌに対して略直角となる姿勢で回動軸28が配
置され、曲げアーム30がその回動軸28の軸心まわりの回
動可能に配設されている。回動軸28は、曲げ半径Ｒに応
じて上下方向へ移動させられ、中心線ｌとの離間距離が
その曲げ半径Ｒと一致する位置に位置決めされるように
なっているとともに、曲げアーム30にはクランパ32が設
けられ、金属管20がその曲げアーム30に固定されるよう
になっている。

そして、このように構成された曲げ加工装置を用いて
金属管20に曲げ加工を行う際には、先ず、ロッド18の先
端部に金属管20を係止させるとともに、その金属管20の
先端がガイド22および加熱コイル24を挿通させられる位
置まで送り出し、曲げアーム30が略垂直とされた状態に
おいて、加熱コイル24から右方向へ突き出す金属管20の
先端部をクランパ32により曲げアーム30に固定する。

次に、上記加熱コイル24に高周波電流を通電し、その
加熱コイル24による加熱部分における金属管20の加熱温
度が、その金属管20を変形させ得る所定の温度まで達し
たら、送出し装置により金属管20を右方向へ押し出す。
この時、金属管20の先端部は曲げアーム30に固定されて
いるため、その進行方向が下方へ徐々に変更され、金属
管20に曲げ応力が作用させられる。このため、上記加熱
コイル24によって加熱された最も変形し易い部分が変形
させられるとともに、この加熱部分は送出し装置による
送出しにより相対的に金属管20の基端側、すなわちロッ
ド18に係止されている側へ徐々に移動し、その加熱部分
に順次変形が加えられて金属管20は第１図に示されてい
るように曲げ加工される。

ここで、本実施例の加熱コイル24は、金属管20の曲げ
内周側すなわち下方に位置する第１部分24aのコイル幅
は小さく、曲げ外周側すなわち上方に位置する第２部分
24bでは上方に向かう程コイル幅が広くなっているた
め、この加熱コイル24による加熱幅は、曲げ内周側部分
では比較的狭く、曲げ外周側部分では比較的広い。ま
た、コイル幅が狭い曲げ内周側部分の加熱温度はコイル
幅が広い曲げ外周側部分の加熱温度に比較して高くなる
が、その曲げ内周側部分は冷却液10によって冷却される
ため、金属管20はその全周に亘って略均一に加熱される
とともに、曲げ内周側部分の加熱幅の拡大が良好に防止
される。冷却液10を収容している冷却槽12は加熱調整手
段に相当する。第３図において斜線で示す範囲Ｅは、上
記加熱冷却作用や前記磁性材26による加熱範囲の拡大抑
制作用により、金属管20が最終的に略均一に加熱される
加熱範囲であり、この加熱範囲Ｅにおける変形抵抗は略
等しくなる。

なお、上記加熱範囲Ｅや加熱温度を調整するために、
更に加熱コイル24と金属管20との間の隙間を不均一とし
たり、冷却液10による冷却効果を上げるために、その冷
却液10を撹拌したり循環させたりすることも可能であ
る。

そして、このように金属管20の曲げ外周側部分の加熱
幅が大きいとともに、その加熱温度が曲げ内周側と略等
しくて変形抵抗が同程度である場合には、曲げ加工時の
引張応力により曲げ外周側部分は偏平し易くなり、これ
により減肉が軽減される。一方、曲げ内周側部分では加
熱幅が小さいとともに、曲げ外周側部分の減肉を軽減す
るために圧縮変形量が増大することもないため、小径薄
肉の金属管に曲げ半径が小さい曲げ加工を行う場合でも
座屈の発生が抑制される。特に、本実施例では冷却槽12
を設けて曲げ内周側部分を冷却するようになっているた
め、その曲げ内周側部分の加熱幅が一層小さくされ、座
屈の発生を効果的に防止できるのである。

因に、金属管20として外径Ｄが28.6mm、肉厚ｔが1.2m
mのSUS430ステンレス鋼管を用いて、送出し装置の送出
し荷重を5ton,送り速度を3mm/秒、加熱コイル24の最小
コイル幅を約1mm,最大コイル幅を約15mm、その加熱コイ
ル24に通電する高周波電流の周波数を100kHz,出力を20k
VA、加工初期の加熱温度を1000℃にそれぞれ設定して曲
げ加工を行ったところ、座屈を生じることなく曲げ半径
1.4D（≒40mm）以下の曲げ加工を行うことが可能であっ
た。なお、上記曲げ加工時における約1000℃の加熱範囲
Ｅは、曲げ内周側部分で約3mm、曲げ外周側部分で15mm
〜20mm程度であった。

また、加工時の曲げ外側中心の肉厚ｔ′を測定し、次
式（１）に従って減肉率を求めたところ、約５％であっ
たのに対し、コイル幅が均一（5mm）の加熱コイルを用
いるとともに、その加熱コイルの近傍に設けられたノズ
ルから冷却水を20l/分の水量で金属管の全周に噴射して
冷却する従来法において、上記と同じ加工条件で曲げ加
工を行った場合の減肉率は約20％であった。

また、第４図は、コイル幅が均一な加熱コイルを用い
て曲げ加工を行った場合の、曲げ中心線（伸び量０）よ
りも外周側部分における伸び量の変化の一例を示す図で
あり、減肉率はこの伸び量に対応して曲げ外側中心に近
くなる程大きくなる。これに対し、上記実施例の加熱コ
イル24は、この伸び量の増加に対応させて曲げ外側中心
に向かう程コイル幅が広くされ、曲げ外側中心に向かう
程加熱範囲を広くして偏平し易くし、これにより、伸び
による減肉を防止しているのである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
したが、本発明は更に別の態様で実施することもでき
る。

例えば、前記実施例では冷却槽12を設けて曲げ内周側
部分を冷却するようになっているが、冷却水や冷却空気
を噴射するノズル等を配置したり、加熱コイル24の第１
部分24aと金属管20との間の隙間を大きくして加熱効率
を低下させたりするようにしてもよい。第１部分24aを
磁性材26によって完全に覆蓋することにより、加熱効率
を低下させることもできる。なお、加熱幅が広い曲げ外
周側部分の加熱温度が曲げ内周側部分の加熱温度より高
くなるようにすることも可能である。

また、前記実施例の加熱コイル24には、金属管20の送
出り方向における上流側である左端面および外周面に磁
性材26が設けられているが、右端面にも磁性材26を設け
るようにしても良い。

また、上記磁性材26は必ずしも加熱コイル24に一体的
に装着する必要はなく、加熱コイル24に近接して別体に
設けることも可能であり、更にその磁性材26を省略する
こともできる。

また、前記実施例の中で具体的に説明した金属管20の
寸法や材質、送出し荷重等の加工条件はあくまでも一例
であり、適宜変更できることは勿論である。

その他一々例示はしないが、本発明は当業者の知識に
基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実施すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を好適に実施できる曲げ加工装置の
一例を説明する図である。第２図は第１図の装置の加熱
コイルを示す斜視図である。第３図は第１図の装置にお
ける金属管の加熱範囲を示す図である。第４図はコイル
幅が等しい加熱コイルを用いた場合の曲げ外周側部分に
おける伸び量を示す図である。 12:冷却槽（加熱調整手段） 20:金属管、24:加熱コイル 30:曲げアーム

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属管をその長手方向へ送り出す送出し装
   置と、該金属管を局部的に誘導加熱する加熱コイルと、
   前記金属管の送出し方向において前記加熱コイルと略同
   じ位置に該金属管から曲げ半径だけ離間した回動中心ま
   わりの回動可能に配設されるとともに前記金属管が固定
   される曲げアームとを有し、前記送出し装置により金属
   管が送り出されるとともに前記曲げアームによって進行
   方向が曲げられることにより、前記加熱コイルによって
   加熱された部分を変形させて曲げ加工を行うに際して、 前記加熱コイルとしてコイル幅が周方向において異なる
   ものを用いることにより、前記金属管の曲げ外周側にお
   ける加熱部分の幅寸法を曲げ内周側における加熱部分の
   幅寸法よりも大きくするとともに、加熱調整手段により
   該曲げ外周側の加熱温度が曲げ内周側の加熱温度と同程
   度以上になるようにしたことを特徴とする金属管の曲げ
   加工方法。