JP3631641B2 - 金属管曲げ条件決定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の曲げ条件を決定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属管を所定の角度に曲げ加工する方法として、特許第２５４４００１号にも記載されているように、加圧型により金属管をその金属管の軸方向の曲げロール側へ送り込むとともに、その曲げロールの手前に設けられた圧力型によりその金属管の側部を曲げロール側へ押圧しつつ、曲げロールよりも金属管の先端側をその曲げロールに沿って曲げることにより金属管を曲げ加工する方法がある。このように金属管を曲げ加工すると、曲げ内側の肉厚は増加し、曲げ外側の肉厚は減肉する傾向にあるが、その肉厚の変化の程度は、曲げ条件、すなわち、加圧型の元圧力、圧力型の元圧力、金属管が曲げられる速度と加圧型が金属管を送り込む速度との速度比により大きく変化し、曲げ条件が不適切な場合は、曲げ外側が割れたり、曲げ内側にしわが発生したりする。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
上記曲げ条件を最適化するために、従来は、様々な曲げ条件で実装置を用いて金属管を実際に曲げ加工するという作業を、最適な曲げ条件が見つかるまで行っていた。そのため、最適な曲げ条件を決定するのは容易ではなく、且つ、多くの時間を必要としていた。また、熟練者の経験により最適な曲げ条件を決定する場合もあるが、この場合にも必ずしも最適な曲げ条件に決定できるとは限らなかった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、金属管を曲げ加工する際の最適な曲げ条件を容易に決定できる方法を提供することにある。
【０００５】
【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の要旨とするところは、加圧型により金属管をその金属管の軸方向の曲げロール側へ送り込むとともに、その曲げロールの手前に設けられた圧力型によりその金属管の側部をその曲げロール側へ押圧しつつ、その曲げロールよりもその金属管の先端側をその曲げロールに沿って曲げる曲げ加工装置において、その曲げ加工装置の曲げ条件である、前記加圧型の設定加圧型負荷、前記圧力型の設定元負荷、およびその金属管を曲げる設定曲げ速度とその加圧型がその金属管を送り込む設定送り込み速度との設定速度比を決定する金属管の曲げ条件決定方法であって、（ａ） 前記曲げ加工装置を用いて予め設定された試験曲げ条件で前記金属管を曲げ加工し、その曲げ加工中における、前記加圧型が実際に加圧する測定加圧型負荷、前記圧力型が実際に押圧する測定圧力型負荷、および前記金属管が実際に曲げられれる測定曲げ速度と前記加圧型が前記金属管を実際に送り込む測定送り込み速度との測定速度比を算出する試験曲げ工程と、（ｂ） その試験曲げ工程において測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、ＦＥＭ解析により、前記設定加圧型負荷と前記圧力型の設定元負荷と前記設定速度比とに対応する、前記金属管の曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを算出する歪み算出工程と、（ｃ） その歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて、前記金属管を所定の角度に曲げ加工する際の前記曲げ加工装置の最適な曲げ条件を決定する最適曲げ条件決定工程とを、含むことにある。
【０００６】
【発明の効果】
すなわち、試験曲げ工程において、曲げ加工装置を用いて予め設定された試験曲げ条件で実際に金属管が曲げ加工され、そのときの測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、および測定速度比が実際に測定され、歪み算出工程において、その測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、および測定速度比に基づいてＦＥＭ解析により、設定加圧型負荷、圧力型の設定元負荷、および設定速度比に対応する、金属管の曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みが算出される。そして、最適曲げ条件決定工程では、その曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて最適な曲げ条件が決定されるので、最適な曲げ条件が容易に且つ短時間で決定できる。
【０００７】
ここで、好適には、前記曲げ条件決定方法は、（ｄ） 前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件で前記金属管を曲げ加工したときに測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、前記歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを修正する算出歪み修正工程と、（ｅ） その算出歪み修正工程において修正された曲げ内側板厚歪みおよび曲げ外側板厚歪みに基づいて、前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件を修正する最適曲げ条件修正工程とを、さらに含むものである。このようにすれば、算出歪み修正工程において、実際に金属管から製品を製造する際に測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、前記歪み算出工程で算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みが修正され、最適曲げ条件修正工程において、その修正された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて最適曲げ条件が修正されるので、前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件で金属管の曲げ加工を繰り返すうちに曲げ加工装置の条件が変化したことにより、実際の最適曲げ条件が変化した場合であっても、その最適曲げ条件となるように曲げ加工装置の曲げ条件を修正することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。図１は、本発明が適用できる曲げ加工装置１０の概略を説明する図である。
【０００９】
図１の曲げ加工装置１０は、金属管を曲げ加工する場合に一般的に用いられる形式の装置であり、基台１２上には、加圧型１４を固定しているテーブル１６が設けられている。加圧型１４は、その先端に備えられたチャック１８で金属管２０の基端部を把持する。また、テーブル１６は、図示しない電動モータ、減速装置等により構成される加圧装置２７により、金属管２０の軸方向に前進および後退移動可能とされている。
【００１０】
チャック１８に把持された金属管２０の軸方向先端側には、基台１２上に曲げロール２２が固設されている。曲げロール２２は、側面に金属管２０の側面に当接するように断面半円形の受溝（図示せず）が構成されている円柱形状であり、円柱の半径は曲げ角度に応じた半径、たとえば１３０ｍｍとされている。ワイパ２４は、金属管２０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、金属管２０の軸方向と平行、且つ、図示しない受溝が、前記曲げロール２２に構成された受溝と同一曲面を構成する位置に配設され、摩耗が生じた場合にはワイパ２４のみを交換することができるようになっている。
【００１１】
曲げロール２２よりもさらに金属管２０の先端側には、曲げロール２２の中心に設けられた回動軸２３を回動中心として回動可能な曲げアーム２６が基台１２に支持され、図示しない駆動源により回動させられる。曲げアーム２６上には、図示しない受溝が、前記曲げロール２２の側面に形成された受溝と同一曲面を構成する位置にロールダイ２８が固設されている。また、曲げアーム２６上には、金属管２０を挟んでそのロールダイ２８と対向する位置に、金属管２０の側面に当接する半円柱状の受溝（図示せず）を備えた締め型３０が、ロールダイ２８に対して垂直方向に前進および後退移動可能に配設されている。さらに、曲げアーム２６上には、油圧シリンダ３２が配設されており、その油圧シリンダ３２の圧力Ｐ１が変化させられることにより、締め型３０はロールダイ２８に対して垂直方向に前進および後退移動させられる。すなわち、油圧シリンダ３２の圧力Ｐ１は、締め型３０の元圧である。
【００１２】
また、基台１２上には、金属管２０を挟んでワイパ型２４と反対側に、圧力型３４が金属管２０の軸方向に対して平行方向および垂直方向に移動可能に支持されている。この圧力型３４は、曲げ加工時には、ワイパ２４とともに金属管２０を挟んでしわの発生を防止するものである。２つの油圧シリンダ３６、３８は、それぞれ圧力型３４を金属管２０の軸方向に対して平行方向および垂直方向に駆動させるものであり、油圧シリンダ３６は、その圧力Ｐ２（ＭＰａ） を変化させることにより、圧力型３４を金属管２０の軸方向に対して垂直方向に前進および後退移動させ、曲げ加工時には、圧力型３４を金属管２０に押圧させる。すなわち、油圧シリンダ３６の圧力Ｐ２は、圧力型３４の元圧力である。他方の油圧シリンダ３８は、圧力型３４を金属管２０の軸方向に前進および後退移動させる。
【００１３】
加圧型荷重センサ４０は、曲げ加工時に加圧型１４が実際に金属管２０を加圧する力、すなわち測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ を検出するものであり、たとえば、加圧型荷重センサ４０として、加圧型１４とチャック１８との間にロードセルが設けられる。圧力型荷重センサ４２は、曲げ加工時に圧力型３４が実際に金属管２０を押圧する力、すなわち測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ を検出するものであり、たとえば、圧力型荷重センサ４２として、圧力型３４と油圧シリンダ３６との間にロードセルが設けられる。そして、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２は、制御装置４６に接続されている。
【００１４】
送り込み速度検出センサ４８は、実際に加圧型１４により金属管２０が曲げロール２２側へ送り込まれる速度すなわち測定送り込み速度ｖｍａｃｔ （ｃｍ／ｓｅｃ）を検出するものであり、たとえば、光電パルスを利用して速度を検出するパルスカウンタがテーブル１６に取り付けられている。曲げ速度検出センサ５０は、金属管２０が実際に曲げられる測定曲げ角速度ωａｃｔ （ｒａｄ／ｓｅｃ） を検出するものであり、たとえば、エンコーダが回動軸２３に取り付けられている。これら、送り込み速度検出センサ４８および曲げ速度検出センサ５０も制御装置４６に接続されている。
【００１５】
上記制御装置４６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＩ／Ｏポート等を備えた所謂マイクロコンピューターであり、後述するように、ＲＡＭの記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って、ＦＥＭ解析により、最適な曲げ条件を決定する。入力装置５２は、キーボードを備え、そのキーボードからＦＥＭ解析に必要な条件が入力され、その入力された条件を制御装置４６に出力する。
【００１６】
次に、この曲げ加工装置１０の作動について説明する。まず、曲げアーム２６が初期位置、すなわち曲げアーム２６上のロールダイ２８に設けられた受溝が曲げロール２２およびワイパ２４にそれぞれ設けられた受溝と一直線を形成する位置まで回動させられる。その状態で、締め型３０および圧力型３４が、それぞれロールダイ２８およびワイパ２４から離隔した位置に移動させられる。
【００１７】
続いて、曲げ加工される金属管２０がチャック１８に取り付けられる。そして、油圧シリンダ３６および３２により圧力型３４および締め型３０が金属管２０に向かって移動させられ、ワイパ２４と圧力型３４とにより金属管２０が曲げロール２２の手前において所定の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ （ＭＰａ） （本実施例において圧力型３４の元負荷に相当する。）で挟持させられるとともに、ロールダイ２８と締め型３０とにより元圧力Ｐ１で金属管２０の先端が挟持される。なお、金属管２０内の曲げ加工される部分には、曲げ部における金属管２０の偏平化およびしわの発生を防止するため、心金（マンドレル）が挿入される。
【００１８】
続いて、所定の設定回動速度ωｓｅｔ （ｒａｄ／ｓｅｃ） に設定された曲げアーム２６が、図示しない駆動源により予め設定された設定曲げ角度θｓ だけ回動させられると同時に、所定の設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ （トン）（本実施例において加圧型負荷に相当する。）および所定の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ に設定された加圧装置２７により、テーブル１６およびそのテーブル１６に固設された加圧型１４が曲げロール２２方向へ移動させられ、チャック１８に固定された金属管２０も曲げロール２２側へ送り込まれる。また、圧力型３４は、油圧シリンダ３８により、予め設定されたスライド速度ｖＳ で金属管２０の移動方向へ移動させられる。上記スライド速度ｖＳ は、金属管２０の肉厚等に応じて決定され、たとえば、上記送り込み速度ｖｍと同一の速度とされる。
【００１９】
曲げアーム２６が設定曲げ角度θｓ だけ回動させられると、その曲げアーム２６上に設けられたロールダイ２８および締め型３０も回動させられるので、そのロールダイ２８および締め型３０に挟持された金属管２０の先端側が、曲げロール２２に沿って曲げ加工される。
【００２０】
曲げ加工により、金属管２０の曲げ部分の板厚すなわち肉厚には歪みが生じる。すなわち、曲げ外側は引っ張られて薄肉化させられ、曲げ内側は圧縮されて増肉化させられる。しかし、金属管２０の歪みの程度は曲げ条件によって変化する。ここで、曲げ条件とは、加圧型１４の設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、金属管２０を曲げる速度として設定した設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ と加圧型１４が金属管２０を送り込む設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ との設定速度比をいう。ここで、曲げ速度ｖｐとは、金属管の軸中心の曲げ周速をいい、回動軸２３の軸心から金属管２０の軸心までの距離を回動半径Ｒとすると、回動半径Ｒと曲げアーム２６の回動速度ωに基づいて数式１から算出され、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ とは、その設定値である。
（数式１） ｖｐ＝Ｒ×ω
【００２１】
たとえば、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ と加圧型１４の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ との設定速度比として、以下に定義する設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ （％） 、すなわち、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ に対する加圧型１４の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ を百分率で表したもの（＝（ｖｍｓｅｔ ／ｖｐｓｅｔ ）×１００）を用いるとすると、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ が大きいほど、曲げ外側は増肉させられ曲げ内側は減肉させられる。すなわち、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ が大きいほど、曲げ外側および曲げ内側における板厚歪みは大きくなる。そして、歪みが大きくなりすぎると、曲げ外側に割れが生じたり、曲げ内側にしわが生じたりするのである。従って、曲げ条件を最適化する必要がある。
【００２２】
図２は、最適な曲げ条件を決定する際の制御装置４６の制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【００２３】
図２のステップＳＡ１（以下、ステップを省略する。）では、図３に詳しく示す設定曲げ角度決定ルーチンが実行されて、設定曲げ角度θＳ が決定される。図３において、ＳＡ１−１では、製品曲げ角度θＰ 、素管（すなわち曲げ加工される前の金属管２０）の肉厚ｔ０ と外径Ｄ、および金属管２０の材質が入力装置５２から入力されたか否かが判断される。この判断が否定された場合は、ＳＡ１−１の判断が繰り返されることにより待機させられる。なお、製品曲げ角度θＰ とは、最終的に製品が有しているべき曲げ角度のことである。
【００２４】
一方、ＳＡ１−１の判断が肯定された場合には、続くＳＡ１−２において、予め素管の肉厚ｔ０ 、直径Ｄ、および材質毎に記憶された、製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ の複数のグラフから、上記ＳＡ１−１で入力された素管の肉厚ｔ０ 、径Ｄ、および材質に基づいて、一つのグラフが選択される。上記オーバーベンド角度θＯ とは、スプリングバックを考慮して前記製品曲げ角度θＰ よりも余分に曲げる角度のことである。なお、上記予め記憶された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフは、所定の製品曲げ角度毎に実際に実験し、または所定の製品曲げ角度毎に解析を行なうことにより決定されている。
【００２５】
図４は、ＳＡ１−２で選択された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフの一例を示している。図４に示すように、製品曲げ角度θＰ とオーバーベンド角度θＯ との関係は、２本の直線Ａ，Ｂによって表すことができ、その直線Ａと直線Ｂとの交点を臨界角度ＢＣＲとして、製品曲げ角度θＰ が臨界角度ＢＣＲよりも大きい場合には、オーバーベンド角度θＯ は直線Ｂにより決定され、製品曲げ角度θＰ が臨界角度ＢＣＲよりも小さい場合には、オーバーベンド角度θＯ は直線Ａにより決定される。
【００２６】
従って、続くＳＡ１−３では、前記ＳＡ１−１で入力された製品曲げ角度θＰ が、上記ＳＡ１−２で選択されたグラフの臨界角度ＢＣＲよりも大きいか否かが判断され、この判断が肯定された場合には、続くＳＡ１−４において、そのグラフの直線Ｂからオーバーベンド角度θＯ が決定される。一方、前記ＳＡ１−３の判断が否定された場合には、続くＳＡ１−５において、直線Ａからオーバーベンド角度θＯ が決定される。
【００２７】
そして、続くＳＡ１−６では、前記ＳＡ１−１で入力された製品曲げ角度θＰ と、上記ＳＡ１−４またはＳＡ１−５で決定されたオーバーベンド角度θＯ との和（＝θＰ ＋θＯ ）が算出されて、設定曲げ角度θＳ とされる。
【００２８】
図２に戻って、続くＳＡ２では、曲げ加工装置１０を用いて、予め設定された試験条件（たとえば、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ は７（ｔ） 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ は２１（ＭＰａ） 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ は１００（％） ）で金属管２０が曲げ加工される。さらに、曲げ加工と同時に、曲げ加工中に加圧型荷重センサ４０により検出される測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ （本実施例において、測定加圧型負荷に相当する。）の変動すなわち測定加圧型荷重波形、曲げ加工中に圧力型荷重センサ４２により検出される測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ （本実施例において、測定圧力型負荷に相当する。）の変動すなわち測定圧力型荷重波形、曲げ加工中に送り込み速度検出センサ４８により検出される測定送り込み速度ｖｍａｃｔ の変動すなわち測定送り込み速度波形、曲げ加工中に曲げ速度検出センサ５０により検出される測定曲げ角速度ωａｃｔ の変動すなわち測定曲げ速度波形が測定される。そして、上記測定曲げ角速度ωａｃｔ から前記数式１により測定曲げ速度ｖｐａｃｔ が算出され、さらに、その測定曲げ速度ｖｐａｃｔ に対する測定送り込み速度ｖｍａｃｔ の比を百分率で表した測定ブースター速度ｖｂａｃｔ の変動すなわち測定ブースター速度波形が算出される。従って、これが試験曲げ工程に相当する。図５は、上記ＳＡ２で測定された波形の一例として、測定加圧型荷重波形および測定圧力型荷重波形を示す。
【００２９】
続くＳＡ３では、上記ＳＡ２で測定された、測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定ブースター速度波形の形状に基づいて、ＦＥＭ解析により、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される。これら解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρは、次述する板厚歪み算出のためのＦＥＭ解析に必要な条件であるが、金属管２０の材質や、曲げ加工装置１０の金属管２０と接触する部分の状態、たとえば圧力型３４や締め型３０の状態によって変わり得るため、実際に曲げ加工を行なって得られたデータに基づいて決定される。従って、このＳＡ３におけるＦＥＭ解析は、板厚歪み算出のためのＦＥＭ解析の予備解析である。ここで、上記解析摩擦係数μとは各型とパイプ（金属管２０）のクーロン摩擦、上記解析速度Ｖとは解析上の各型の移動速度、上記解析質量密度とはパイプ要素（シェル要素、ソリッド要素）の設定密度である。
【００３０】
続く歪み算出工程に相当するＳＡ４では、予め制御装置４６のＲＯＭに記憶されている金属管の曲げ加工解析のための汎用ＦＥＭデータベース、図３のＳＡ１−１で入力された金属管２０の板厚ｔ０ 、直径Ｄ、材質、および、上記ＳＡ３で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρを用いて、ＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ の所定の条件毎、たとえば、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ は０．５（ｔ） 毎、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ は１．０（ＭＰａ） 毎、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ は１．０（％） 毎に曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ が算出されることにより、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対する、曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ のマップがそれぞれ算出される。この板厚歪みのマップは、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、および板厚歪みの４つのパラメータを有する４次元のマップである。
【００３１】
図６は、上記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ を一定値（たとえば、２１ＭＰａ ）とした場合に表される３次元等高線マップであって、図６（ａ）および図６（ｂ）ともに、縦軸が設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、横軸が設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、等高線により表されるのが板厚歪み（％）であり、図６（ａ）が曲げ外側において引張を受けることによる曲げ外側板厚歪み（曲げ外側引張板厚歪み）ｔ１ 、図６（ｂ）が曲げ内側において圧縮を受けることによる曲げ内側板厚歪み（曲げ内側圧縮板厚歪み）ｔ２ である。なお、等高線の数値が正で表される場合すなわち図６（ｂ）の場合は、板厚は増肉していることを表し、等高線の数値が負で表されている場合すなわち図６（ａ）の場合は、板厚は減肉していることを表す。
【００３２】
一方、図７は、上記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ を一定値（たとえば、５トン）とした場合に表される３次元等高線マップであって、図７（ａ）および図７（ｂ）ともに、縦軸が設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、横軸が圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、等高線により表されるのが板厚歪み（％）であり、図７（ａ）が前記曲げ外側板厚歪みｔ１ 、図７（ｂ）が前記曲げ内側板厚歪みｔ２ である。なお、等高線の正負の意味は図６と同様であり、曲げ外側では板厚は増肉し、曲げ内側では板厚は減肉している。
【００３３】
さらに、続くＳＡ５では、上記ＳＡ４でＦＥＭ解析された各条件（設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ ）について、曲げ加工による歪みを最良にするために予め設定された式に、上記各条件における曲げ外側板厚歪みｔ１ と曲げ内側板厚歪みｔ２ とが入力されて、曲げ歪み最小化パラメータＴが算出される。数式２は、上記曲げ歪み最小化パラメータＴを算出するために設定された式である。数式２において、曲げ外側板厚歪みｔ１ の係数は、曲げ外側が割れ易いことを考慮して、曲げ外側板厚歪みｔ１ が曲げ歪み最小化パラメータＴに与える影響を相対的に大きくするために実験に基づいて決定された重み係数である。
【００３４】
（数式２） Ｔ＝２ｔ１ ２ ＋ｔ２ ２
【００３５】
続いて、最適曲げ条件決定工程に相当するＳＡ６では、上記ＳＡ５において算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が決定され、曲げ歪み最小化パラメータＴが最小値または所定の最小範囲内の値を示す曲げ条件（すなわち、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ ）が最適曲げ条件に決定される。図６および図７に破線で示す領域は、その曲げ歪み最小化パラメータＴが所定の最小範囲を示す領域であり、前記ＳＡ４でＦＥＭ解析により板厚歪みが算出された曲げ条件のうち、この領域内にある曲げ条件が最適曲げ条件に決定され、たとえば、以下の値に決定される。
最適設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ ４．５ｔ
圧力型３４の最適設定元圧Ｐ２ｓｅｔ ２１ＭＰａ
最適設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ １０５％
【００３６】
上記のようにして決定された最適曲げ条件が自動的に或いは手動操作により曲げ加工装置１０に設定されて、金属管２０が曲げ加工されると、当初は、金属管２０は最適な条件で曲げ加工されることになる。すなわち、曲げ外側には最も割れが発生しにくく、曲げ内側には最もしわが発生しにくい条件で曲げ加工される。しかし、曲げ加工を繰り返すにつれ、前記最適曲げ条件で曲げ加工しているにもかかわらず、前記最適曲げ条件に設定した当初の金属管２０よりも歪みが増加することがある。これは、前記最適曲げ条件を決定するには、前述の図２のＳＡ３で決定したように、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される必要があるが、それら解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρは、曲げ加工装置１０の使用により経時的に変化するからである。
【００３７】
そこで、図８に示す最適曲げ条件修正ルーチンが、予め設定された所定の金属管２０の曲げ加工数毎、或いは、入力装置５２の所定の起動操作により実行され、図２で決定された最適曲げ条件が修正される。
【００３８】
図８において、ＳＢ１では、曲げ加工装置１０を用いて、図２で決定された最適曲げ条件或いはこの図８で修正された最適曲げ条件で金属管２０が曲げ加工され、図２のＳＡ２と同様にして、その曲げ加工中の測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定送り込み速度波形、および測定曲げ速度波形が、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２、送り込み速度検出センサ４８、および曲げ速度検出センサ５０によりそれぞれ測定され、さらに、その測定された測定送り込み速度波形および測定曲げ速度波形から、測定ブースター速度波形が算出される。
【００３９】
続くＳＢ２では、上記ＳＢ１で求められた、測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定ブースター速度波形の形状に基づいて、前記図２のＳＡ３と同様のＦＥＭ解析により、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される。すなわち、前記ＳＡ３で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが修正される。
【００４０】
続く算出歪み修正工程に相当するＳＢ３では、予め制御装置４６のＲＯＭに記憶された汎用のＦＥＭデータベース、図３のＳＡ１−１で入力された金属管２０の板厚ｔ０ 、直径Ｄ、材質、および、上記ＳＢ２で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρを用いて、ＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔおよび設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対する、曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ のマップが、再びそれぞれ算出される。すなわち、前記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップが修正される。
【００４１】
続くＳＢ４では、前記図２のＳＡ５と同様に、上記ＳＢ３で修正された板厚歪みのマップについて、前記数式２から、曲げ歪み最小化パラメータＴが算出される。
【００４２】
そして、続く最適曲げ条件修正工程に相当するＳＢ５では、上記ＳＢ４で算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が再決定され、その曲げ歪み最小化パラメータＴが最小値または所定の最小範囲内の値を示す曲げ条件が最適曲げ条件に再決定される。すなわち、上記ＳＢ４で算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が修正され、その修正された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値に基づいて、図２のＳＡ６で決定された最適曲げ条件が修正される。
【００４３】
上述のように、本実施例によれば、試験曲げ工程（ＳＡ２）において、曲げ加工装置１０を用いて予め設定された試験曲げ条件で実際に金属管２０が曲げ加工され、そのときの測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および測定ブースター速度ｖｂａｃｔ が実際に測定され、歪み算出工程（ＳＡ４）において、その測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいてＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対応する、金属管２０の曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ が算出される。そして、最適曲げ条件決定工程（ＳＡ６）では、その曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ に基づいて最適曲げ条件が決定されるので、最適曲げ条件が容易に且つ短時間で決定できる。
【００４４】
また、本実施例によれば、算出歪み修正工程（ＳＢ３）において、実際に金属管２０から製品を製造する際に測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいて、歪み算出工程（ＳＡ４）で算出された曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ が修正され、最適曲げ条件修正工程（ＳＢ５）において、その修正された曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ に基づいて最適曲げ条件が修正されるので、最適曲げ条件決定工程（ＳＡ６）において決定された最適曲げ条件で金属管２０の曲げ加工を繰り返すうちに曲げ加工装置１０の条件が変化したことにより、実際の最適曲げ条件が変化した場合であっても、その最適曲げ条件となるように曲げ加工装置１０の曲げ条件を修正することができる。
【００４５】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様においても実施できる。
【００４６】
たとえば、前述の実施例では、曲げロール２２は、基台１２に固定されて回動しない構成であったが、曲げロール２２も回動軸２３の軸心回りに回動可能とされ、曲げ加工時には、曲げロール２２も回動するように構成されてもよい。
【００４７】
また、前述の実施例の曲げ加工装置１０には、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２の２つの荷重センサが備えられ、その２つの荷重センサにより測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および、測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいて、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定されていたが、さらに、締め型３０が金属管を加圧する測定締め型荷重を測定する締め型荷重センサが設けられ、その締め型荷重をも用いて、上記解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定されてもよい。
【００４８】
また、前述の実施例では、加圧装置２７は、電動モータ、減速装置等を備えてその電動モータの駆動力によりテーブルを移動させる形式であったが、油圧シリンダを備え、その油圧シリンダの駆動によりテーブルを移動させる形式であってもよい。
【００４９】
また、前述の実施例では、設定加圧型負荷、測定加圧型負荷および測定圧力型負荷を、荷重（トン）を単位とする設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ および測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ で表していたが、圧力（ＭＰａ） によりそれらを表してもよい。また、圧力型の設定元負荷を圧力（ＭＰａ） を単位とする設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ で表していたが、荷重（トン）により圧力型の設定元負荷を表してもよい。
【００５０】
以上に説明したものはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用できる曲げ加工装置１０の概略を説明する図である。
【図２】最適な曲げ条件を決定する際の制御装置の制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【図３】図２のＳＡ１を詳しく示す設定曲げ角度決定ルーチンである。
【図４】図３のＳＡ１−２で決定された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフの一例である。
【図５】図２のＳＡ２で測定された波形の一例として、測定加圧型荷重波形および測定圧力型荷重波形を示す図である。
【図６】図２のＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、圧力型の設定元圧を一定値とした場合に表される３次元等高線マップであって、（ａ）が曲げ外側板厚歪み、（ｂ）が曲げ内側板厚歪みを表す３次元等高線マップである。
【図７】図２のＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、設定加圧型荷重を一定値とした場合に表される３次元等高線マップであって、（ａ）が曲げ外側板厚歪み、（ｂ）が曲げ内側板厚歪みを表す３次元等高線マップである。
【図８】図２で決定された最適曲げ条件を修正する最適曲げ条件修正ルーチンを説明する図である。
【符号の説明】
ＳＡ２：試験曲げ工程
ＳＡ４：歪み算出工程
ＳＡ６：最適曲げ条件決定工程
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の曲げ条件を決定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属管を所定の角度に曲げ加工する方法として、特許第２５４４００１号にも記載されているように、加圧型により金属管をその金属管の軸方向の曲げロール側へ送り込むとともに、その曲げロールの手前に設けられた圧力型によりその金属管の側部を曲げロール側へ押圧しつつ、曲げロールよりも金属管の先端側をその曲げロールに沿って曲げることにより金属管を曲げ加工する方法がある。このように金属管を曲げ加工すると、曲げ内側の肉厚は増加し、曲げ外側の肉厚は減肉する傾向にあるが、その肉厚の変化の程度は、曲げ条件、すなわち、加圧型の元圧力、圧力型の元圧力、金属管が曲げられる速度と加圧型が金属管を送り込む速度との速度比により大きく変化し、曲げ条件が不適切な場合は、曲げ外側が割れたり、曲げ内側にしわが発生したりする。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
上記曲げ条件を最適化するために、従来は、様々な曲げ条件で実装置を用いて金属管を実際に曲げ加工するという作業を、最適な曲げ条件が見つかるまで行っていた。そのため、最適な曲げ条件を決定するのは容易ではなく、且つ、多くの時間を必要としていた。また、熟練者の経験により最適な曲げ条件を決定する場合もあるが、この場合にも必ずしも最適な曲げ条件に決定できるとは限らなかった。
【０００４】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、金属管を曲げ加工する際の最適な曲げ条件を容易に決定できる方法を提供することにある。
【０００５】
【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の要旨とするところは、加圧型により金属管をその金属管の軸方向の曲げロール側へ送り込むとともに、その曲げロールの手前に設けられた圧力型によりその金属管の側部をその曲げロール側へ押圧しつつ、その曲げロールよりもその金属管の先端側をその曲げロールに沿って曲げる曲げ加工装置において、その曲げ加工装置の曲げ条件である、前記加圧型の設定加圧型負荷、前記圧力型の設定元負荷、およびその金属管を曲げる設定曲げ速度とその加圧型がその金属管を送り込む設定送り込み速度との設定速度比を決定する金属管の曲げ条件決定方法であって、（ａ） 前記曲げ加工装置を用いて予め設定された試験曲げ条件で前記金属管を曲げ加工し、その曲げ加工中における、前記加圧型が実際に加圧する測定加圧型負荷、前記圧力型が実際に押圧する測定圧力型負荷、および前記金属管が実際に曲げられれる測定曲げ速度と前記加圧型が前記金属管を実際に送り込む測定送り込み速度との測定速度比を算出する試験曲げ工程と、（ｂ） その試験曲げ工程において測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、ＦＥＭ解析により、前記設定加圧型負荷と前記圧力型の設定元負荷と前記設定速度比とに対応する、前記金属管の曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを算出する歪み算出工程と、（ｃ） その歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて、前記金属管を所定の角度に曲げ加工する際の前記曲げ加工装置の最適な曲げ条件を決定する最適曲げ条件決定工程とを、含むことにある。
【０００６】
【発明の効果】
すなわち、試験曲げ工程において、曲げ加工装置を用いて予め設定された試験曲げ条件で実際に金属管が曲げ加工され、そのときの測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、および測定速度比が実際に測定され、歪み算出工程において、その測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、および測定速度比に基づいてＦＥＭ解析により、設定加圧型負荷、圧力型の設定元負荷、および設定速度比に対応する、金属管の曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みが算出される。そして、最適曲げ条件決定工程では、その曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて最適な曲げ条件が決定されるので、最適な曲げ条件が容易に且つ短時間で決定できる。
【０００７】
ここで、好適には、前記曲げ条件決定方法は、（ｄ） 前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件で前記金属管を曲げ加工したときに測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、前記歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを修正する算出歪み修正工程と、（ｅ） その算出歪み修正工程において修正された曲げ内側板厚歪みおよび曲げ外側板厚歪みに基づいて、前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件を修正する最適曲げ条件修正工程とを、さらに含むものである。このようにすれば、算出歪み修正工程において、実際に金属管から製品を製造する際に測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、前記歪み算出工程で算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みが修正され、最適曲げ条件修正工程において、その修正された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて最適曲げ条件が修正されるので、前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件で金属管の曲げ加工を繰り返すうちに曲げ加工装置の条件が変化したことにより、実際の最適曲げ条件が変化した場合であっても、その最適曲げ条件となるように曲げ加工装置の曲げ条件を修正することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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。図１は、本発明が適用できる曲げ加工装置１０の概略を説明する図である。
【０００９】
図１の曲げ加工装置１０は、金属管を曲げ加工する場合に一般的に用いられる形式の装置であり、基台１２上には、加圧型１４を固定しているテーブル１６が設けられている。加圧型１４は、その先端に備えられたチャック１８で金属管２０の基端部を把持する。また、テーブル１６は、図示しない電動モータ、減速装置等により構成される加圧装置２７により、金属管２０の軸方向に前進および後退移動可能とされている。
【００１０】
チャック１８に把持された金属管２０の軸方向先端側には、基台１２上に曲げロール２２が固設されている。曲げロール２２は、側面に金属管２０の側面に当接するように断面半円形の受溝（図示せず）が構成されている円柱形状であり、円柱の半径は曲げ角度に応じた半径、たとえば１３０ｍｍとされている。ワイパ２４は、金属管２０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、金属管２０の軸方向と平行、且つ、図示しない受溝が、前記曲げロール２２に構成された受溝と同一曲面を構成する位置に配設され、摩耗が生じた場合にはワイパ２４のみを交換することができるようになっている。
【００１１】
曲げロール２２よりもさらに金属管２０の先端側には、曲げロール２２の中心に設けられた回動軸２３を回動中心として回動可能な曲げアーム２６が基台１２に支持され、図示しない駆動源により回動させられる。曲げアーム２６上には、図示しない受溝が、前記曲げロール２２の側面に形成された受溝と同一曲面を構成する位置にロールダイ２８が固設されている。また、曲げアーム２６上には、金属管２０を挟んでそのロールダイ２８と対向する位置に、金属管２０の側面に当接する半円柱状の受溝（図示せず）を備えた締め型３０が、ロールダイ２８に対して垂直方向に前進および後退移動可能に配設されている。さらに、曲げアーム２６上には、油圧シリンダ３２が配設されており、その油圧シリンダ３２の圧力Ｐ１が変化させられることにより、締め型３０はロールダイ２８に対して垂直方向に前進および後退移動させられる。すなわち、油圧シリンダ３２の圧力Ｐ１は、締め型３０の元圧である。
【００１２】
また、基台１２上には、金属管２０を挟んでワイパ型２４と反対側に、圧力型３４が金属管２０の軸方向に対して平行方向および垂直方向に移動可能に支持されている。この圧力型３４は、曲げ加工時には、ワイパ２４とともに金属管２０を挟んでしわの発生を防止するものである。２つの油圧シリンダ３６、３８は、それぞれ圧力型３４を金属管２０の軸方向に対して平行方向および垂直方向に駆動させるものであり、油圧シリンダ３６は、その圧力Ｐ２（ＭＰａ） を変化させることにより、圧力型３４を金属管２０の軸方向に対して垂直方向に前進および後退移動させ、曲げ加工時には、圧力型３４を金属管２０に押圧させる。すなわち、油圧シリンダ３６の圧力Ｐ２は、圧力型３４の元圧力である。他方の油圧シリンダ３８は、圧力型３４を金属管２０の軸方向に前進および後退移動させる。
【００１３】
加圧型荷重センサ４０は、曲げ加工時に加圧型１４が実際に金属管２０を加圧する力、すなわち測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ を検出するものであり、たとえば、加圧型荷重センサ４０として、加圧型１４とチャック１８との間にロードセルが設けられる。圧力型荷重センサ４２は、曲げ加工時に圧力型３４が実際に金属管２０を押圧する力、すなわち測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ を検出するものであり、たとえば、圧力型荷重センサ４２として、圧力型３４と油圧シリンダ３６との間にロードセルが設けられる。そして、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２は、制御装置４６に接続されている。
【００１４】
送り込み速度検出センサ４８は、実際に加圧型１４により金属管２０が曲げロール２２側へ送り込まれる速度すなわち測定送り込み速度ｖｍａｃｔ （ｃｍ／ｓｅｃ）を検出するものであり、たとえば、光電パルスを利用して速度を検出するパルスカウンタがテーブル１６に取り付けられている。曲げ速度検出センサ５０は、金属管２０が実際に曲げられる測定曲げ角速度ωａｃｔ （ｒａｄ／ｓｅｃ） を検出するものであり、たとえば、エンコーダが回動軸２３に取り付けられている。これら、送り込み速度検出センサ４８および曲げ速度検出センサ５０も制御装置４６に接続されている。
【００１５】
上記制御装置４６は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、およびＩ／Ｏポート等を備えた所謂マイクロコンピューターであり、後述するように、ＲＡＭの記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って、ＦＥＭ解析により、最適な曲げ条件を決定する。入力装置５２は、キーボードを備え、そのキーボードからＦＥＭ解析に必要な条件が入力され、その入力された条件を制御装置４６に出力する。
【００１６】
次に、この曲げ加工装置１０の作動について説明する。まず、曲げアーム２６が初期位置、すなわち曲げアーム２６上のロールダイ２８に設けられた受溝が曲げロール２２およびワイパ２４にそれぞれ設けられた受溝と一直線を形成する位置まで回動させられる。その状態で、締め型３０および圧力型３４が、それぞれロールダイ２８およびワイパ２４から離隔した位置に移動させられる。
【００１７】
続いて、曲げ加工される金属管２０がチャック１８に取り付けられる。そして、油圧シリンダ３６および３２により圧力型３４および締め型３０が金属管２０に向かって移動させられ、ワイパ２４と圧力型３４とにより金属管２０が曲げロール２２の手前において所定の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ （ＭＰａ） （本実施例において圧力型３４の元負荷に相当する。）で挟持させられるとともに、ロールダイ２８と締め型３０とにより元圧力Ｐ１で金属管２０の先端が挟持される。なお、金属管２０内の曲げ加工される部分には、曲げ部における金属管２０の偏平化およびしわの発生を防止するため、心金（マンドレル）が挿入される。
【００１８】
続いて、所定の設定回動速度ωｓｅｔ （ｒａｄ／ｓｅｃ） に設定された曲げアーム２６が、図示しない駆動源により予め設定された設定曲げ角度θｓ だけ回動させられると同時に、所定の設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ （トン）（本実施例において加圧型負荷に相当する。）および所定の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ に設定された加圧装置２７により、テーブル１６およびそのテーブル１６に固設された加圧型１４が曲げロール２２方向へ移動させられ、チャック１８に固定された金属管２０も曲げロール２２側へ送り込まれる。また、圧力型３４は、油圧シリンダ３８により、予め設定されたスライド速度ｖＳ で金属管２０の移動方向へ移動させられる。上記スライド速度ｖＳ は、金属管２０の肉厚等に応じて決定され、たとえば、上記送り込み速度ｖｍと同一の速度とされる。
【００１９】
曲げアーム２６が設定曲げ角度θｓ だけ回動させられると、その曲げアーム２６上に設けられたロールダイ２８および締め型３０も回動させられるので、そのロールダイ２８および締め型３０に挟持された金属管２０の先端側が、曲げロール２２に沿って曲げ加工される。
【００２０】
曲げ加工により、金属管２０の曲げ部分の板厚すなわち肉厚には歪みが生じる。すなわち、曲げ外側は引っ張られて薄肉化させられ、曲げ内側は圧縮されて増肉化させられる。しかし、金属管２０の歪みの程度は曲げ条件によって変化する。ここで、曲げ条件とは、加圧型１４の設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、金属管２０を曲げる速度として設定した設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ と加圧型１４が金属管２０を送り込む設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ との設定速度比をいう。ここで、曲げ速度ｖｐとは、金属管の軸中心の曲げ周速をいい、回動軸２３の軸心から金属管２０の軸心までの距離を回動半径Ｒとすると、回動半径Ｒと曲げアーム２６の回動速度ωに基づいて数式１から算出され、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ とは、その設定値である。
（数式１） ｖｐ＝Ｒ×ω
【００２１】
たとえば、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ と加圧型１４の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ との設定速度比として、以下に定義する設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ （％） 、すなわち、設定曲げ速度ｖｐｓｅｔ に対する加圧型１４の設定送り込み速度ｖｍｓｅｔ を百分率で表したもの（＝（ｖｍｓｅｔ ／ｖｐｓｅｔ ）×１００）を用いるとすると、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ が大きいほど、曲げ外側は増肉させられ曲げ内側は減肉させられる。すなわち、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ が大きいほど、曲げ外側および曲げ内側における板厚歪みは大きくなる。そして、歪みが大きくなりすぎると、曲げ外側に割れが生じたり、曲げ内側にしわが生じたりするのである。従って、曲げ条件を最適化する必要がある。
【００２２】
図２は、最適な曲げ条件を決定する際の制御装置４６の制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【００２３】
図２のステップＳＡ１（以下、ステップを省略する。）では、図３に詳しく示す設定曲げ角度決定ルーチンが実行されて、設定曲げ角度θＳ が決定される。図３において、ＳＡ１−１では、製品曲げ角度θＰ 、素管（すなわち曲げ加工される前の金属管２０）の肉厚ｔ０ と外径Ｄ、および金属管２０の材質が入力装置５２から入力されたか否かが判断される。この判断が否定された場合は、ＳＡ１−１の判断が繰り返されることにより待機させられる。なお、製品曲げ角度θＰ とは、最終的に製品が有しているべき曲げ角度のことである。
【００２４】
一方、ＳＡ１−１の判断が肯定された場合には、続くＳＡ１−２において、予め素管の肉厚ｔ０ 、直径Ｄ、および材質毎に記憶された、製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ の複数のグラフから、上記ＳＡ１−１で入力された素管の肉厚ｔ０ 、径Ｄ、および材質に基づいて、一つのグラフが選択される。上記オーバーベンド角度θＯ とは、スプリングバックを考慮して前記製品曲げ角度θＰ よりも余分に曲げる角度のことである。なお、上記予め記憶された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフは、所定の製品曲げ角度毎に実際に実験し、または所定の製品曲げ角度毎に解析を行なうことにより決定されている。
【００２５】
図４は、ＳＡ１−２で選択された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフの一例を示している。図４に示すように、製品曲げ角度θＰ とオーバーベンド角度θＯ との関係は、２本の直線Ａ，Ｂによって表すことができ、その直線Ａと直線Ｂとの交点を臨界角度ＢＣＲとして、製品曲げ角度θＰ が臨界角度ＢＣＲよりも大きい場合には、オーバーベンド角度θＯ は直線Ｂにより決定され、製品曲げ角度θＰ が臨界角度ＢＣＲよりも小さい場合には、オーバーベンド角度θＯ は直線Ａにより決定される。
【００２６】
従って、続くＳＡ１−３では、前記ＳＡ１−１で入力された製品曲げ角度θＰ が、上記ＳＡ１−２で選択されたグラフの臨界角度ＢＣＲよりも大きいか否かが判断され、この判断が肯定された場合には、続くＳＡ１−４において、そのグラフの直線Ｂからオーバーベンド角度θＯ が決定される。一方、前記ＳＡ１−３の判断が否定された場合には、続くＳＡ１−５において、直線Ａからオーバーベンド角度θＯ が決定される。
【００２７】
そして、続くＳＡ１−６では、前記ＳＡ１−１で入力された製品曲げ角度θＰ と、上記ＳＡ１−４またはＳＡ１−５で決定されたオーバーベンド角度θＯ との和（＝θＰ ＋θＯ ）が算出されて、設定曲げ角度θＳ とされる。
【００２８】
図２に戻って、続くＳＡ２では、曲げ加工装置１０を用いて、予め設定された試験条件（たとえば、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ は７（ｔ） 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ は２１（ＭＰａ） 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ は１００（％） ）で金属管２０が曲げ加工される。さらに、曲げ加工と同時に、曲げ加工中に加圧型荷重センサ４０により検出される測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ （本実施例において、測定加圧型負荷に相当する。）の変動すなわち測定加圧型荷重波形、曲げ加工中に圧力型荷重センサ４２により検出される測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ （本実施例において、測定圧力型負荷に相当する。）の変動すなわち測定圧力型荷重波形、曲げ加工中に送り込み速度検出センサ４８により検出される測定送り込み速度ｖｍａｃｔ の変動すなわち測定送り込み速度波形、曲げ加工中に曲げ速度検出センサ５０により検出される測定曲げ角速度ωａｃｔ の変動すなわち測定曲げ速度波形が測定される。そして、上記測定曲げ角速度ωａｃｔ から前記数式１により測定曲げ速度ｖｐａｃｔ が算出され、さらに、その測定曲げ速度ｖｐａｃｔ に対する測定送り込み速度ｖｍａｃｔ の比を百分率で表した測定ブースター速度ｖｂａｃｔ の変動すなわち測定ブースター速度波形が算出される。従って、これが試験曲げ工程に相当する。図５は、上記ＳＡ２で測定された波形の一例として、測定加圧型荷重波形および測定圧力型荷重波形を示す。
【００２９】
続くＳＡ３では、上記ＳＡ２で測定された、測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定ブースター速度波形の形状に基づいて、ＦＥＭ解析により、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される。これら解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρは、次述する板厚歪み算出のためのＦＥＭ解析に必要な条件であるが、金属管２０の材質や、曲げ加工装置１０の金属管２０と接触する部分の状態、たとえば圧力型３４や締め型３０の状態によって変わり得るため、実際に曲げ加工を行なって得られたデータに基づいて決定される。従って、このＳＡ３におけるＦＥＭ解析は、板厚歪み算出のためのＦＥＭ解析の予備解析である。ここで、上記解析摩擦係数μとは各型とパイプ（金属管２０）のクーロン摩擦、上記解析速度Ｖとは解析上の各型の移動速度、上記解析質量密度とはパイプ要素（シェル要素、ソリッド要素）の設定密度である。
【００３０】
続く歪み算出工程に相当するＳＡ４では、予め制御装置４６のＲＯＭに記憶されている金属管の曲げ加工解析のための汎用ＦＥＭデータベース、図３のＳＡ１−１で入力された金属管２０の板厚ｔ０ 、直径Ｄ、材質、および、上記ＳＡ３で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρを用いて、ＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ の所定の条件毎、たとえば、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ は０．５（ｔ） 毎、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ は１．０（ＭＰａ） 毎、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ は１．０（％） 毎に曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ が算出されることにより、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対する、曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ のマップがそれぞれ算出される。この板厚歪みのマップは、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、および板厚歪みの４つのパラメータを有する４次元のマップである。
【００３１】
図６は、上記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ を一定値（たとえば、２１ＭＰａ ）とした場合に表される３次元等高線マップであって、図６（ａ）および図６（ｂ）ともに、縦軸が設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、横軸が設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、等高線により表されるのが板厚歪み（％）であり、図６（ａ）が曲げ外側において引張を受けることによる曲げ外側板厚歪み（曲げ外側引張板厚歪み）ｔ１ 、図６（ｂ）が曲げ内側において圧縮を受けることによる曲げ内側板厚歪み（曲げ内側圧縮板厚歪み）ｔ２ である。なお、等高線の数値が正で表される場合すなわち図６（ｂ）の場合は、板厚は増肉していることを表し、等高線の数値が負で表されている場合すなわち図６（ａ）の場合は、板厚は減肉していることを表す。
【００３２】
一方、図７は、上記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ を一定値（たとえば、５トン）とした場合に表される３次元等高線マップであって、図７（ａ）および図７（ｂ）ともに、縦軸が設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ 、横軸が圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、等高線により表されるのが板厚歪み（％）であり、図７（ａ）が前記曲げ外側板厚歪みｔ１ 、図７（ｂ）が前記曲げ内側板厚歪みｔ２ である。なお、等高線の正負の意味は図６と同様であり、曲げ外側では板厚は増肉し、曲げ内側では板厚は減肉している。
【００３３】
さらに、続くＳＡ５では、上記ＳＡ４でＦＥＭ解析された各条件（設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ ）について、曲げ加工による歪みを最良にするために予め設定された式に、上記各条件における曲げ外側板厚歪みｔ１ と曲げ内側板厚歪みｔ２ とが入力されて、曲げ歪み最小化パラメータＴが算出される。数式２は、上記曲げ歪み最小化パラメータＴを算出するために設定された式である。数式２において、曲げ外側板厚歪みｔ１ の係数は、曲げ外側が割れ易いことを考慮して、曲げ外側板厚歪みｔ１ が曲げ歪み最小化パラメータＴに与える影響を相対的に大きくするために実験に基づいて決定された重み係数である。
【００３４】
（数式２） Ｔ＝２ｔ１ ２ ＋ｔ２ ２
【００３５】
続いて、最適曲げ条件決定工程に相当するＳＡ６では、上記ＳＡ５において算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が決定され、曲げ歪み最小化パラメータＴが最小値または所定の最小範囲内の値を示す曲げ条件（すなわち、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ ）が最適曲げ条件に決定される。図６および図７に破線で示す領域は、その曲げ歪み最小化パラメータＴが所定の最小範囲を示す領域であり、前記ＳＡ４でＦＥＭ解析により板厚歪みが算出された曲げ条件のうち、この領域内にある曲げ条件が最適曲げ条件に決定され、たとえば、以下の値に決定される。
最適設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ ４．５ｔ
圧力型３４の最適設定元圧Ｐ２ｓｅｔ ２１ＭＰａ
最適設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ １０５％
【００３６】
上記のようにして決定された最適曲げ条件が自動的に或いは手動操作により曲げ加工装置１０に設定されて、金属管２０が曲げ加工されると、当初は、金属管２０は最適な条件で曲げ加工されることになる。すなわち、曲げ外側には最も割れが発生しにくく、曲げ内側には最もしわが発生しにくい条件で曲げ加工される。しかし、曲げ加工を繰り返すにつれ、前記最適曲げ条件で曲げ加工しているにもかかわらず、前記最適曲げ条件に設定した当初の金属管２０よりも歪みが増加することがある。これは、前記最適曲げ条件を決定するには、前述の図２のＳＡ３で決定したように、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される必要があるが、それら解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρは、曲げ加工装置１０の使用により経時的に変化するからである。
【００３７】
そこで、図８に示す最適曲げ条件修正ルーチンが、予め設定された所定の金属管２０の曲げ加工数毎、或いは、入力装置５２の所定の起動操作により実行され、図２で決定された最適曲げ条件が修正される。
【００３８】
図８において、ＳＢ１では、曲げ加工装置１０を用いて、図２で決定された最適曲げ条件或いはこの図８で修正された最適曲げ条件で金属管２０が曲げ加工され、図２のＳＡ２と同様にして、その曲げ加工中の測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定送り込み速度波形、および測定曲げ速度波形が、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２、送り込み速度検出センサ４８、および曲げ速度検出センサ５０によりそれぞれ測定され、さらに、その測定された測定送り込み速度波形および測定曲げ速度波形から、測定ブースター速度波形が算出される。
【００３９】
続くＳＢ２では、上記ＳＢ１で求められた、測定加圧型荷重波形、測定圧力型荷重波形、測定ブースター速度波形の形状に基づいて、前記図２のＳＡ３と同様のＦＥＭ解析により、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定される。すなわち、前記ＳＡ３で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが修正される。
【００４０】
続く算出歪み修正工程に相当するＳＢ３では、予め制御装置４６のＲＯＭに記憶された汎用のＦＥＭデータベース、図３のＳＡ１−１で入力された金属管２０の板厚ｔ０ 、直径Ｄ、材質、および、上記ＳＢ２で決定された解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρを用いて、ＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔおよび設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対する、曲げ外側の板厚歪みｔ１ および曲げ内側の板厚歪みｔ２ のマップが、再びそれぞれ算出される。すなわち、前記ＳＡ４で算出された板厚歪みのマップが修正される。
【００４１】
続くＳＢ４では、前記図２のＳＡ５と同様に、上記ＳＢ３で修正された板厚歪みのマップについて、前記数式２から、曲げ歪み最小化パラメータＴが算出される。
【００４２】
そして、続く最適曲げ条件修正工程に相当するＳＢ５では、上記ＳＢ４で算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が再決定され、その曲げ歪み最小化パラメータＴが最小値または所定の最小範囲内の値を示す曲げ条件が最適曲げ条件に再決定される。すなわち、上記ＳＢ４で算出された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値が修正され、その修正された曲げ歪み最小化パラメータＴの最小値に基づいて、図２のＳＡ６で決定された最適曲げ条件が修正される。
【００４３】
上述のように、本実施例によれば、試験曲げ工程（ＳＡ２）において、曲げ加工装置１０を用いて予め設定された試験曲げ条件で実際に金属管２０が曲げ加工され、そのときの測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および測定ブースター速度ｖｂａｃｔ が実際に測定され、歪み算出工程（ＳＡ４）において、その測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいてＦＥＭ解析により、設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、圧力型３４の設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ 、および設定ブースター速度ｖｂｓｅｔ に対応する、金属管２０の曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ が算出される。そして、最適曲げ条件決定工程（ＳＡ６）では、その曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ に基づいて最適曲げ条件が決定されるので、最適曲げ条件が容易に且つ短時間で決定できる。
【００４４】
また、本実施例によれば、算出歪み修正工程（ＳＢ３）において、実際に金属管２０から製品を製造する際に測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいて、歪み算出工程（ＳＡ４）で算出された曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ が修正され、最適曲げ条件修正工程（ＳＢ５）において、その修正された曲げ外側板厚歪みｔ１ および曲げ内側板厚歪みｔ２ に基づいて最適曲げ条件が修正されるので、最適曲げ条件決定工程（ＳＡ６）において決定された最適曲げ条件で金属管２０の曲げ加工を繰り返すうちに曲げ加工装置１０の条件が変化したことにより、実際の最適曲げ条件が変化した場合であっても、その最適曲げ条件となるように曲げ加工装置１０の曲げ条件を修正することができる。
【００４５】
以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は上記実施例とは別の態様においても実施できる。
【００４６】
たとえば、前述の実施例では、曲げロール２２は、基台１２に固定されて回動しない構成であったが、曲げロール２２も回動軸２３の軸心回りに回動可能とされ、曲げ加工時には、曲げロール２２も回動するように構成されてもよい。
【００４７】
また、前述の実施例の曲げ加工装置１０には、加圧型荷重センサ４０、圧力型荷重センサ４２の２つの荷重センサが備えられ、その２つの荷重センサにより測定された測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ 、測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ 、および、測定ブースター速度ｖｂａｃｔ に基づいて、解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定されていたが、さらに、締め型３０が金属管を加圧する測定締め型荷重を測定する締め型荷重センサが設けられ、その締め型荷重をも用いて、上記解析摩擦係数μ、解析速度Ｖ、解析質量密度ρが決定されてもよい。
【００４８】
また、前述の実施例では、加圧装置２７は、電動モータ、減速装置等を備えてその電動モータの駆動力によりテーブルを移動させる形式であったが、油圧シリンダを備え、その油圧シリンダの駆動によりテーブルを移動させる形式であってもよい。
【００４９】
また、前述の実施例では、設定加圧型負荷、測定加圧型負荷および測定圧力型負荷を、荷重（トン）を単位とする設定加圧型荷重Ｌ１ｓｅｔ 、測定加圧型荷重Ｌ１ａｃｔ および測定圧力型荷重Ｌ２ａｃｔ で表していたが、圧力（ＭＰａ） によりそれらを表してもよい。また、圧力型の設定元負荷を圧力（ＭＰａ） を単位とする設定元圧力Ｐ２ｓｅｔ で表していたが、荷重（トン）により圧力型の設定元負荷を表してもよい。
【００５０】
以上に説明したものはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用できる曲げ加工装置１０の概略を説明する図である。
【図２】最適な曲げ条件を決定する際の制御装置の制御機能の要部を説明するフローチャートである。
【図３】図２のＳＡ１を詳しく示す設定曲げ角度決定ルーチンである。
【図４】図３のＳＡ１−２で決定された製品曲げ角度θＰ に対するオーバーベンド角度θＯ のグラフの一例である。
【図５】図２のＳＡ２で測定された波形の一例として、測定加圧型荷重波形および測定圧力型荷重波形を示す図である。
【図６】図２のＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、圧力型の設定元圧を一定値とした場合に表される３次元等高線マップであって、（ａ）が曲げ外側板厚歪み、（ｂ）が曲げ内側板厚歪みを表す３次元等高線マップである。
【図７】図２のＳＡ４で算出された板厚歪みのマップについて、設定加圧型荷重を一定値とした場合に表される３次元等高線マップであって、（ａ）が曲げ外側板厚歪み、（ｂ）が曲げ内側板厚歪みを表す３次元等高線マップである。
【図８】図２で決定された最適曲げ条件を修正する最適曲げ条件修正ルーチンを説明する図である。
【符号の説明】
ＳＡ２：試験曲げ工程
ＳＡ４：歪み算出工程
ＳＡ６：最適曲げ条件決定工程
Claims (2)
- 加圧型により金属管を該金属管の軸方向の曲げロール側へ送り込むとともに、該曲げロールの手前に設けられた圧力型により該金属管の側部を該曲げロール側へ押圧しつつ、該曲げロールよりも該金属管の先端側を該曲げロールに沿って曲げる曲げ加工装置において、該曲げ加工装置の曲げ条件である、前記加圧型の設定加圧型負荷、前記圧力型の設定元負荷、および該金属管を曲げる設定曲げ速度と該加圧型が該金属管を送り込む設定送り込み速度との設定速度比を決定する金属管の曲げ条件決定方法であって、
前記曲げ加工装置を用いて予め設定された試験曲げ条件で前記金属管を曲げ加工し、該曲げ加工中における、前記加圧型が実際に加圧する測定加圧型負荷、前記圧力型が実際に押圧する測定圧力型負荷、および前記金属管が実際に曲げられれる測定曲げ速度と前記加圧型が前記金属管を実際に送り込む測定送り込み速度との測定速度比を算出する試験曲げ工程と、
該試験曲げ工程において測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、ＦＥＭ解析により、前記設定加圧型負荷と前記圧力型の設定元負荷と前記設定速度比とに対応する、前記金属管の曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを算出する歪み算出工程と、
該歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みに基づいて、前記金属管を所定の角度に曲げ加工する際の前記曲げ加工装置の最適な曲げ条件を決定する最適曲げ条件決定工程と
を、含むことを特徴とする金属管の曲げ条件決定方法。 - 前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件で前記金属管を曲げ加工したときに測定された測定加圧型負荷、測定圧力型負荷、測定速度比に基づいて、前記歪み算出工程において算出された曲げ外側板厚歪みおよび曲げ内側板厚歪みを修正する算出歪み修正工程と、
該算出歪み修正工程において修正された曲げ内側板厚歪みおよび曲げ外側板厚歪みに基づいて、前記最適曲げ条件決定工程において決定された最適曲げ条件を修正する最適曲げ条件修正工程とを、さらに含むものである請求項１記載の金属管の曲げ条件決定方法。
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