JP3851838B2

JP3851838B2 - パイプの曲げ加工方法及びその方法に使用されるマンドレル

Info

Publication number: JP3851838B2
Application number: JP2002121993A
Authority: JP
Inventors: 耕太廣部
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003311336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばトラクタのキャビンフレームを作製する場合などのように、パイプを曲げ加工する場合の加工方法及びその方法に使用されるマンドレル（芯金）に係る。特に、本発明は、パイプを曲げ加工して得られる完成品の設計自由度及び加工精度の向上を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開２００１−２０６２５１号公報に開示されているようなトラクタにあっては、金属パイプを曲げ加工してキャビンフレームを作製している。例えば、キャビンの側部を構成するサイドフレームにあっては、それぞれ金属パイプが曲げ加工されたサイドフレームアッパとサイドフレームロアとがサイドメンバ等によって接続されて構成されている。例えば、上記サイドフレームアッパは、サイドドアの前端縁から上端縁に沿った形状となるように曲げ加工されている。同様に、上記サイドフレームロアは、サイドドアの後端縁に沿った形状となるように曲げ加工されている。
【０００３】
上記サイドフレームアッパとしては、サイドドアが閉鎖された際のドア開口縁のシール性を良好に維持するために、それぞれの曲げ形状はサイドドアの外縁形状に略合致したものとなっている必要がある。具体的には、上記サイドフレームアッパは、サイドドアの外縁部が当接してシール面となるべき平坦面を備えた異形パイプで構成され、しかも、この平坦面としてはサイドドアの外縁形状に沿い且つサイドフレームアッパ全体に亘って均一な平面度が確保されていることが必要である。
【０００４】
上記サイドフレームアッパの具体的な作製作業としては、予め所定の断面形状（上記シール面となるべき平坦面を備えた異形断面形状）に引き抜き加工されたパイプをベンダー装置にセットする。そして、このパイプをクランプダイ等によって把持すると共に、パイプの内部にマンドレルを挿入する。この状態で、クランプダイを所定の曲げ方向に移動させることによってパイプがマンドレルの先端部分に沿いながら曲げ加工される。
【０００５】
上記マンドレルの先端部分の形状として、一般的には、パイプ内部への挿入作業を容易に行うために、先端部各面それぞれを先細り状に削って湾曲面として形成していた。図１０は、断面四角形状のパイプに適用されるマンドレルａの先端部分を示す斜視図である。この図のように、各面それぞれに同一形状の湾曲面ｂ，ｂ，…を形成し、パイプ内部への挿入作業性を向上させていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記キャビンのデザイン性の向上やキャビンフレームの構成部品点数の削減を図るために、サイドフレームアッパの曲げ角度を大きくしたいといった要求がある。しかしながら、従来のマンドレルをそのまま使用して単に曲げ角度を大きくした場合には、パイプに、皺、凹み、捻れが発生したり、曲げ角度にバラツキが生じて形状の安定した製品（サイドフレームアッパ）を供給することができなくなってしまう。
【０００７】
例えば、図１１に示すように、サイドフレームアッパの曲げ角度を大きく（例えば曲げ角度８０°程度に設定）した場合、従来のマンドレルをそのまま使用したのでは、パイプｃの外面のうち曲率半径の小さい内周側の面（図１１におけるＡ部分）においてパイプ内部へ向かう凹みｄが生じてしまう可能性がある。この図１１の仮想線がパイプｃの外面形状として求められる本来の曲げ加工形状である。
【０００８】
このように凹みｄが生じたのでは、サイドフレームアッパとして、シール面となるべき平坦面をサイドドアの外縁形状に沿った形状に形成することができないばかりでなく、この平坦面の平面度を確保することが困難になってしまう可能性あり、サイドフレームアッパに対する上記の要求を満たすことができなくなってしまう。
【０００９】
このような曲げ角度を大きくしたことに起因する不具合は、トラクタのキャビンを構成するサイドフレームアッパばかりでなく、種々のパイプの曲げ加工においても同様に生じる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パイプの内部にマンドレルを挿入した状態で、このマンドレルの先端部分に沿ってパイプを曲げ加工するに際し、パイプの曲げ角度を大きく得ることを可能にして完成品の設計自由度の向上を図ることができ、且つパイプに皺、凹み、捻れ等を生じさせず加工精度の向上を図ることができる曲げ加工方法及びその方法に使用されるマンドレルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、マンドレルの先端部形状として、一部をパイプの曲げ角度の拡大化を図る形状とし、他の一部をパイプの凹み等の不具合を回避するべくパイプの形状変化を部分的に規制する形状としている。
【００１２】
−解決手段−
具体的には、パイプの延長方向に対して直交するパイプ断面において、パイプ内部空間に向かって凹陥する凹陥部分を備えた異形パイプの内部にマンドレルを挿入した状態で、このマンドレルの先端部分に沿ってパイプを曲げ加工する曲げ加工方法を前提とする。この曲げ加工方法に対し、使用するマンドレルとしてその先端部分に各湾曲面と形状規制面とを備えさせる。各湾曲面は、マンドレルがパイプの内部に挿入された状態で、先端部分における一部の外面であって上記パイプ断面における凹陥部分の両外側に位置する部分に対応してパイプ内面から後退する面としてそれぞれ形成されている。また、これら湾曲面の間にあっては上記凹陥部分におけるパイプ内面にマンドレルの外面が当接している。形状規制面は、マンドレルがパイプの内部に挿入された状態で、先端部分におけるその他の外面がパイプ内面に隙間無く接触する面として形成されている。このマンドレルを使用し、マンドレルをパイプの内部に挿入した後、上記各湾曲面が形成されている側が曲げ加工時における曲率半径方向の外周側となるように、マンドレルの先端部分に沿ってパイプを曲げ加工するようにしている。
【００１３】
この特定事項により、曲率半径方向の外周側となる領域にはマンドレルの湾曲部が位置しており、その曲げ加工がマンドレルによって制約されることはなく、比較的大きな曲げ角度での曲げ加工が可能となる。一方、曲率半径方向の内周側となる領域にはマンドレルの形状規制面が位置しており、その曲げ加工時のパイプの形状は適切に規制され、凹みなどの発生が回避できる。このため、パイプの曲げ角度を大きく得ることを可能にして完成品の設計自由度の向上を図ることができ、且つパイプに皺、凹み、捻れ等を生じさせず加工精度の向上を図ることができる。
【００１４】
また、上記方法に使用されるマンドレルも本発明の技術的思想の範疇である。つまり、先端部分における一部の外面であって、曲げ加工時における曲率半径方向の外周側となる面であり、上記パイプの内部に挿入された状態で上記パイプ断面における凹陥部分の両外側に位置する部分に対応してパイプ内面からそれぞれ後退する各湾曲面を備えていると共に、これら湾曲面の間にあっては上記凹陥部分におけるパイプ内面に当接しており、先端部分におけるその他の外面であって、パイプの内部に挿入された状態でパイプ内面に隙間無く接触するように形成された形状規制面を備えたマンドレルである。
【００１５】
また、マンドレルの形状規制面を具体化する構成として以下のものが掲げられる。つまり、パイプを、その断面において互いに直交する２つの面を有する構成とする。そして、形状規制面を、上記互いに直交する２つの面のパイプ内側面にそれぞれ隙間無く接触し且つ互いに直交する２つの平坦面によって構成する。
【００１６】
これにより、異形パイプの一部の外面の直角度を精度高く得ることができる。例えば、曲げ加工されたパイプをトラクタキャビンフレームとして使用し、サイドドアの外縁をパイプの平坦面に当接させるようにした場合には、ドア開口縁部分のシール性を良好に確保することができる。また、平坦面の平面度が適切に得られているため、トラクタキャビンフレームに対する溶接等の後加工に悪影響を与えることもない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態ではトラクタのキャビンの側部を構成するサイドフレームの構成部品のうちサイドフレームアッパをパイプの曲げ加工によって作製する際に本発明を適用した場合について説明する。
【００１８】
−サイドフレームの概略構成−
本実施形態に係る曲げ加工方法の説明の前に、サイドフレームの概略構成について説明する。
【００１９】
図１はトラクタのキャビンの左側を構成するサイドフレーム１の側面図である。この図に示すように、本サイドフレーム１は、それぞれ金属パイプが曲げ加工されたサイドフレームアッパ２とサイドフレームロア３とを備えている。サイドフレームアッパ２は、図示しないサイドドアの前端縁から上端縁に沿った形状となるように曲げ加工されている。同様に、上記サイドフレームロア３は、サイドドアの後端縁に沿った形状となるように曲げ加工されている。
【００２０】
これらサイドフレームアッパ２とサイドフレームロア３とは、その後端部（図中右端部分）同士がサイドメンバ４によって連結されており、下端部同士が連結プレート５によって連結されている。これによりサイドフレーム１は、サイドドアの形状に略合致したドア開口を有する枠体として構成されている。
【００２１】
尚、図１における１１は、バックミラーやランプ類を取り付けるためのアシストバーである。
【００２２】
次に、サイドフレームアッパ２の断面形状について説明する。図２は図１におけるII-II線に沿った断面図である。図３は図１におけるIII-III線に沿った断面図である。
【００２３】
これら図２及び図３に示すように、サイドフレームアッパ２の断面形状としては、第１〜第６の６つの平坦面２１〜２６及び１つの湾曲面２７で構成されている。以下、各面２１〜２７について具体的に説明する。
【００２４】
第１平坦面２１は車体の幅方向に延びている。また、この第１平坦面２１はサイドドア６（図２及び図３の仮想線参照）の前端縁及び上端縁の一部が当接する。
【００２５】
第２平坦面２２は、キャビン前端部分では車体前後方向に、キャビン上端部分では車体上下方向にそれぞれ延びている。また、この第２平坦面２２は上記第１平坦面２１に対して直交する方向に延びており、これら第１平坦面２１と第２の平坦面２２との稜線部分（図２及び図３におけるＲ）がキャビンの内側に臨んでいる。
【００２６】
第３平坦面２３は、上記第１平坦面２１に連続し且つこの第１平坦面２１に対して直交する方向に（キャビン前端部分では車体前方に、キャビン上端部分では車体上方に）延びている。また、この第３平坦面２３はサイドドア６の前端縁及び上端縁の内側面が当接するシール面として機能するものである。
【００２７】
第４平坦面２４は、上記第２平坦面２２に連続し且つこの第２平坦面２２に対して直交する方向（車体外側）に延びている。また、この第４平坦面２４はキャビン前端部分ではフロントガラス７（図２の仮想線参照）の取付面として機能し、キャビン上端部分ではルーフ８（図３の仮想線参照）の取付面として機能するものである。
【００２８】
第５平坦面２５は、上記第３平坦面２３に連続し且つこの第３平坦面２３に対して直交する方向（車体外側）に延びている。また、この第５平坦面２５はサイドドア６の前端縁及び上端縁の一部が当接する。
【００２９】
第６平坦面２６は、上記第４平坦面２４に連続し且つこの第４平坦面２４に対して直交する方向に（キャビン前端部分では車体前方に、キャビン上端部分では車体上方に）延びている。また、この第６平坦面２６はキャビン前端部分ではフロントガラス７の側端縁が当接し、キャビン上端部分ではルーフ８の端縁が当接している。
【００３０】
湾曲面２７は、上記第５平坦面２５と第６平坦面２６とを繋ぐように湾曲形成された部分であって、キャビンの外側に臨んでいる。つまり、キャビンの前端コーナ部分を滑らかな湾曲形状とすることによりキャビンのデザイン性の向上を図っている。
【００３１】
このようにサイドフレームアッパ２は、車体幅方向に延びる３つの平坦面２１，２４，２５と、車体前後方向または上下方向に延びる３つの平坦面２２，２３，２６と、１つの湾曲面２７とにより閉断面構造で構成されている。
【００３２】
−マンドレルの構成−
次に、本実施形態に係る曲げ加工方法で使用されるマンドレルについて説明する。図４はマンドレル９の側面図である。図５（ａ）は図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、図５（ｂ）は図４におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、図５（ｃ）は図４におけるＣ矢視図である。図６はマンドレル９の先端部分を示す斜視図である。
【００３３】
これら図に示すように、本マンドレル９は、先端部分を除く略全体の断面形状が上記サイドフレームアッパ２の断面形状に略合致している。そして、このマンドレル９の先端部は部分的に削られて湾曲部（湾曲面）９１，９２が形成されている。本実施形態の特徴の一つは、このマンドレル９の先端部に形成されている湾曲部９１，９２にある。以下、この湾曲部９１，９２について説明する。
【００３４】
このマンドレル９の先端部分を構成する外面のうち、上記サイドフレームアッパ２の第２平坦面２２から第４平坦面２４に亘る部分に対応する領域、湾曲面２７から第６平坦面２６に亘る部分に対応する領域のそれぞれに湾曲部９１，９２が形成されている（図６では、この湾曲部９１，９２の形成領域に破線の斜線を付している）。それ以外の領域である第１平坦面２１、第３平坦面２３、第５平坦面２５に亘る部分に対応する領域は、曲げ加工前のサイドフレームアッパ２（パイプ材）に挿入された状態で、サイドフレームアッパ２の内面に沿い、この内面との間に隙間を生じさせない形状規制面９３となっている。言い換えると、上記湾曲部９１，９２が形成されている領域は、サイドフレームアッパ２を曲げ加工によって作製する際に、その曲げ加工の曲率半径方向の外周側となる領域である。つまり、本マンドレル９の先端部分にあっては、この曲げ加工の曲率半径方向の外周側となる領域に対応する箇所のみに比較的大形の（従来のマンドレルに形成されている湾曲面（図１０参照）よりも大きな）湾曲部９１，９２が形成されている。
【００３５】
−曲げ加工動作−
次に、上記マンドレル９を使用してベンダー装置により曲げ加工を行う際の動作について説明する。ここでは、サイドフレームアッパ２の曲げ加工部分のうち図１におけるＤ部分の曲げ加工を例に挙げて説明する。
【００３６】
図７に示すように、ベンダー装置９４は、曲げ加工前のサイドフレームアッパ２の下端部を把持するチャック装置９５、上記マンドレル９を支持するマンドレルホルダ９６、サイドフレームアッパ２の長手方向の中間部（曲げ加工を行う部分）を挟持する主ロール９７とプッシャダイ９８、この主ロール９７と一体的に移動するクランプダイ９９を備えている。
【００３７】
以下、このベンダー装置９４によるサイドフレームアッパ２の曲げ加工動作について説明する。先ず、図７に示すように、曲げ加工前のサイドフレームアッパ２の下端部をチャック装置９５によって把持する。また、マンドレルホルダ９６の上端部にマンドレル９を支持し、このマンドレル９をサイドフレームアッパ２の所定位置（主ロール９７に対向する位置）まで挿入する。この際、上述したように、サイドフレームアッパ２の曲げ加工時の曲率半径方向の外周側となる領域にマンドレル９の湾曲部９１，９２が位置するようにマンドレル９を挿入する。図７にあっては図中に矢印で示すように右側への曲げ加工を行うので、湾曲部９１，９２が図中左側を向くようにマンドレル９を挿入する。これにより、ベンダー装置９４へのサイドフレームアッパ２のセット作業が完了する。図９はサイドフレームアッパ２にマンドレル９を挿入した状態における図５に示す各部に対応した箇所の断面図を示している。この図９では、サイドフレームアッパ２の曲げ方向は図中下向きである。この図９（ｂ），（ｃ）からも判るように、サイドフレームアッパ２の曲げ加工時の曲率半径方向の外周側となる領域（図中上側を向いている領域）にマンドレル９の湾曲部９１，９２が位置している。
【００３８】
そして、サイドフレームアッパ２の曲げ加工時には、図８に示すように、主ロール９７を図中時計回り方向へ回転させる。これに伴ってプッシャダイ９８が上方に移動してサイドフレームアッパ２を移動させると共に、クランプダイ９９が図中右方向に回動する。これにより、サイドフレームアッパ２は、マンドレル９の先端部分の湾曲部９１，９２の形状に沿いながら移動して曲げ加工される。この曲げ加工時、曲率半径方向の外周側となる領域にはマンドレル９の湾曲部９１，９２が位置しており、その曲げ加工がマンドレル９によって制約されることはなく、比較的大きな曲げ角度での曲げ加工が可能である。これに対し、曲率半径方向の内周側となる領域にはマンドレル９の形状規制面９３が位置しており、この形状規制面９３と主ロール９７との間でサイドフレームアッパ２を挟持しながら曲げ加工を行うことになるので、この曲げ加工時のサイドフレームアッパ２の形状変化は規制される。つまり、このサイドフレームアッパ２において曲率半径方向の内周側となる領域ではマンドレル９の形状規制面９３が隙間無く接触しているため、この部分ではサイドフレームアッパ２の管壁がパイプ内部へ向かって凹んでしまうといったことがない。その結果、上記図１１で示す凹みｄは生じず、この図１１において仮想線で示した本来の曲げ加工形状でサイドフレームアッパ２の曲げ加工が行われることになる。
【００３９】
以上のように、本形態では、曲げ加工の曲率半径方向の外周側となる領域にはマンドレル９の湾曲部９１，９２が位置しており、その曲げ加工がマンドレル９によって制約されることはなく、比較的大きな曲げ角度での曲げ加工が可能となる。一方、曲げ加工の曲率半径方向の内周側となる領域にはマンドレル９の形状規制面９３が位置しており、その曲げ加工時のサイドフレームアッパ２の形状は適切に規制され、凹みなどの発生が回避できる。このため、サイドフレームアッパ２の曲げ角度を大きく得ることを可能にしてこのサイドフレームアッパ２の設計自由度の向上を図ることができ、且つサイドフレームアッパ２に皺、凹み、捻れ等を生じさせず加工精度の向上を図ることができる。
【００４０】
特に、本形態の場合、曲げ加工によって得られるサイドフレームアッパ２の第３平坦面２３と第５平坦面２５との直角度は、形状規制面９３の存在によって良好に得ることができるため、サイドドア６の開口縁部分のシール性を良好に確保することができる。
【００４１】
−その他の実施形態−
上述した実施形態ではトラクタのキャビンの側部を構成するサイドフレームアッパ２をパイプの曲げ加工によって作製する際に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他種々のパイプの曲げ加工に適用することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、マンドレルの先端部形状として、一部をパイプの曲げ角度の拡大化を図る形状とし、他の一部をパイプの凹み等の不具合を回避するべくパイプの形状変化を部分的に規制する形状としている。つまり、曲げ加工時における曲率半径方向の外周側となる面であってパイプの内部に挿入された状態でパイプ内面から後退するように形成された湾曲面と、パイプ内面に隙間無く接触するように形成された形状規制面とをマンドレルに備えさせている。このため、曲げ加工がマンドレルによって制約されることはなく、比較的大きな曲げ角度での曲げ加工が可能となると共に、形状規制面によって曲げ加工時のパイプの形状は適切に規制され、凹みなどの発生が回避できる。このため、パイプの曲げ角度を大きく得ることを可能にして完成品の設計自由度の向上を図ることができ、且つパイプに皺、凹み、捻れ等を生じさせず加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るサイドフレームの側面図である。
【図２】図１におけるII-II線に沿った断面図である。
【図３】図１におけるIII-III線に沿った断面図である。
【図４】マンドレルの側面図である。
【図５】（ａ）は図４におけるＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は図４におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｃ）は図４におけるＣ矢視図である。
【図６】マンドレルの先端部分を示す斜視図である。
【図７】ベンダー装置にパイプをセットした状態を示す図である。
【図８】パイプ曲げ加工動作を説明するための図である。
【図９】パイプにマンドレルを挿入した状態における図５に示す各部の断面図である。
【図１０】従来の断面四角形状のパイプに適用されるマンドレルの先端部分を示す斜視図である。
【図１１】従来のサイドフレームアッパの曲げ加工部分を示す図である。
【符号の説明】
２サイドフレームアッパ
２３第３平坦面
２５第５平坦面
９マンドレル
９１，９２湾曲面
９３形状規制面

Claims

パイプの延長方向に対して直交するパイプ断面において、パイプ内部空間に向かって凹陥する凹陥部分を備えた異形パイプの内部にマンドレルを挿入した状態で、このマンドレルの先端部分に沿ってパイプを曲げ加工する曲げ加工方法において、
上記パイプの内部に挿入された状態で、先端部分における一部の外面であって上記パイプ断面における凹陥部分の両外側に位置する部分に対応する各外面がパイプ内面から後退する湾曲面としてそれぞれ形成されていると共に、これら湾曲面の間にあっては上記凹陥部分におけるパイプ内面に当接しており、且つその他の外面がパイプ内面に隙間無く接触する形状規制面として形成されたマンドレルを使用し、
このマンドレルをパイプの内部に挿入した後、上記各湾曲面が形成されている側が曲げ加工時における曲率半径方向の外周側となるように、マンドレルの先端部分に沿ってパイプを曲げ加工することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
パイプの延長方向に対して直交するパイプ断面において、パイプ内部空間に向かって凹陥する凹陥部分を備えた異形パイプを曲げ加工する際にこのパイプの内部に挿入されるマンドレルにおいて、
先端部分における一部の外面であって、曲げ加工時における曲率半径方向の外周側となる面であり、上記パイプの内部に挿入された状態で上記パイプ断面における凹陥部分の両外側に位置する部分に対応してパイプ内面からそれぞれ後退する各湾曲面を備えていると共に、これら湾曲面の間にあっては上記凹陥部分におけるパイプ内面に当接しており、
先端部分におけるその他の外面であって、パイプの内部に挿入された状態でパイプ内面に隙間無く接触するように形成された形状規制面を備えていることを特徴とするマンドレル。
請求項２記載のマンドレルにおいて、
パイプは、その断面において互いに直交する２つの面を有しており、
形状規制面は、上記互いに直交する２つの面のパイプ内側面にそれぞれ隙間無く接触し且つ互いに直交する２つの平坦面によって構成されていることを特徴とするマンドレル。