JP4101610B2 - 曲げ加工方法および曲げ加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、各種の形材、棒材、板材等の曲げ加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
曲げ加工機としては、たとえば、回転引曲げ加工機、回転押曲げ加工機あるいは軸引張負荷回転引曲げ加工機等の棒材あるいは形材を比較的小さな曲率半径に曲げ加工に適したものや、曲率半径が比較的大きい曲げ加工に適したロール曲げ加工機が知られている(たとえば、特許文献1〜4等参照)。
回転引曲げ加工機および回転押曲げ加工機は、曲げ加工の原理については同じであるが、製品の形状によって使い分けられている。回転引曲げ加工機および回転押曲げ加工機における曲げ加工の曲率半径は、素材の高さ寸法の1〜20倍程度で比較的小さく曲げることが多い。したがって、素材の肉厚が薄い場合には、曲げの内側、すなわち、圧縮側に座屈によるしわ変形を生じやすい。しわの発生を防ぐためには、軸引張りを負荷した回転引曲げ加工が有効である。
ロール曲げ加工機は、複数のロ−ル間に素材を挟み、ロールを駆動することにより、素材を一定方向に送りながら一様な円弧に曲げる。このロール曲げ加工機では、複数のロール間の位置関係を調整することによって曲率半径を規定することができる。したがって、特定の曲げ半径をもつダイが不要になるため、加工機の運用のための経費が安くなる。
曲げ加工法は、上記した加工法の他にプレス曲げ、加熱曲げ等多岐にわたっている。
【0003】
【特許文献1】
特開平4−258318号公報
【特許文献2】
特開平11−28522号公報
【特許文献3】
特開平11−003895号公報
【特許文献4】
特開平11−267765号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転引曲げ加工機および回転押曲げ加工機は、曲げ加工の特性により、加工時の曲げ半径に比較して、製品の曲げ半径が大きくなる現象が知られている。この現象は、スプリングバックと呼ばれ、曲げ加工の難しさの一つの原因である。スプリングバックの程度は、曲げ加工度、素材の形状および材料特性に依存する。したがって、加工条件に応じて、加工時曲げ半径を最適な大きさにする必要があるため、予め多数の曲率のダイ(型)を用意する必要がある。
一方、ロール曲げ加工機は、複数のロールの位置関係に応じて曲げ曲率を規定することができるため、特定の曲げ半径のダイを用意する必要がないが、ロール曲げ加工機は、曲げ半径を小さくするのが難しいという不利益が存在する。
【0005】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、曲げ加工にダイを必要とせず、肉厚の薄い加工用素材の圧縮側にしわ変形が発生しにくく、かつ、比較的小さな曲率半径から比較的大きな曲率半径までの曲げ加工に対応可能な曲げ加工装置および曲げ加工方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の曲げ加工装置は、長尺の加工用素材を所定の軌跡に沿って引張る引張手段と、所定の位置関係に配列され、前記引張手段によって移動する前記加工用素材に曲げ変形を与える複数の加工用ロールと、前記複数の加工用ロールを通過する前記加工用素材の長手方向に軸引張り力を負荷する軸引張り力負荷手段とを有する。
【0007】
また、本発明の曲げ加工装置は、長尺の加工用素材の一部を支持し、所定の回転軸を中心に旋回することにより前記加工用素材を引張るアームと、所定の位置関係に配列され、前記アームの旋回によって移動する前記加工用素材に曲げ変形を与える複数の加工用ロールと、前記アームの旋回によって移動し、前記複数の加工用ロールを通過したのちの加工用素材を所定の軌跡に沿って案内支持する複数の巻取ロールとを有する。
【0008】
好適には、前記アームにより引張られる前記加工用素材に抵抗力を与え、前記複数の加工用ロールを通過する加工用素材に軸引張り力を負荷する抵抗力付与手段をさらに有する。
【0009】
さらに好適には、前記複数の加工用ロールは、所定半径の円周上に配置された少なくとも一の加工半径ロールと、前記加工半径ロールと協調して前記加工用素材に曲げ変形を与える第1および第2の曲げ負荷ロールとを含む。
さらに好適には、前記複数の巻取ロールは、前記回転軸を中心にもち、前記複数の加工用ロールを通過した後にスプリングバックを生じた後の加工用素材の曲率半径に略等しい半径の円周上に配置されている。
【0010】
本発明の曲げ加工方法は、長尺の加工用素材を所定の軌跡に沿って引張りながら、複数の加工用ロール間を通過させて所定の曲率の曲げ変形を与える。
【0011】
好適には、前記複数の加工用ロール間を通過しスプリングバックを生じたのちの前記加工用素材の曲率半径に略等しい半径をもつ円周に沿って前記加工用素材を案内しながら当該加工用素材を引張る。
【0012】
さらに好適には、前記加工用素材に長手方向に軸引張り力を負荷しながら引張る。
さらに好適には、前記複数の加工用ロール間を通過する前の加工用素材に抵抗力を与えて前記軸引張り力を負荷する。
さらに好適には、前記加工用素材に中空材を用い、前記加工用素材に心材を挿入した状態で曲げ変形を与える。
【0013】
本発明では、長尺の加工用素材を所定の軌跡に沿って引張り、複数の加工用ロール間を通過させることにより、加工用素材に曲げ変形を与える。このとき、加工用ロール間を通過する加工用素材に軸引張り力を負荷することで、比較的曲率の小さな曲げ加工を行う場合にも、加工用素材の曲げの内側、すなわち、圧縮側に座屈によるしわ変形が生じるのを防ぐことができ、比較的曲率の小さな曲げ加工から比較的大きな曲率の曲げ加工が可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る曲げ加工装置の概略構造を示す断面図である。
図1において、曲げ加工装置1は、アーム2と、複数の加工半径ロール21,22,23と、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11と、複数の巻取ロール30と、ガイドロール40と、摩擦部材51,52とを有する。なお、複数の加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11とは本発明の加工用ロールの一実施態様であり、摩擦部材51,52は本発明の抵抗付与手段の一実施態様である。
曲げ加工装置1は、加工用素材Wを曲げ加工する。この加工用素材Wには、長尺で、たとえば、アルミニウム合金等の金属材料を押出成形した形材等の各種形材、平板材、翼型断面材が用いられる。形材としては、断面が矩形状で中空の「ロ形材」、「コ形材」や、「中空丸棒材」等が含まれる。
【0015】
アーム2は、回転軸2aを中心に旋回可能に図示しないベースに支持されている。このアーム2の先端部は、加工用素材Wを支持するための支持部2bを備えている。この支持部2bは、加工用素材Wの一部、たとえば、先端部を支持する。
支持部2bは、具体的には、ピン状の部材からなり、このピン状の部材が加工用素材Wの先端部に形成された貫通穴に挿入される。これにより、加工用素材Wの先端部は回転可能に支持される。なお、支持部2bは、たとえば、クランプ機構等の加工用素材Wの先端部を支持できる構成であればよい。
アーム2の回転軸2aは、図示しない駆動装置によって回転される。この駆動装置は、たとえば、電動モータと、この電動モータの回転力を回転軸2aに伝達する伝達機構等から構成される。
【0016】
加工半径ロール21,22,23、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11、複数の巻取ロール30およびガイドロール40は、図示しないベース上にそれぞれ回転自在に支持されている。また、これらのロールは、同一平面上に配置されている。
【0017】
加工半径ロール21,22,23は、所定の半径をもつ円周C2 上に配置されている。これら加工半径ロール21,22,23は、外周面で加工用素材Wを支持し、加工用素材Wへ曲げ加工するときの曲げ曲率を与えるためのロールである。
【0018】
第1および第2の曲げ負荷ロール10,11は、外周面で加工用素材Wを支持し、加工半径ロール21,22,23と協調して加工用素材Wに曲げ変形を与える。すなわち、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11は、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11と加工半径ロール21,22,23とに挟まれた加工用素材Wに曲げモーメントを与える。この曲げモーメントは、負荷ロール10,11と加工半径ロール21,22,23との相対位置関係に応じて決まる。
【0019】
巻取ロール30は、回転軸2aを中心にもつ、所定の半径の円周C1 上に複数配列されている。
この巻取ロール30は、曲げ負荷ロール10,11と加工半径ロール21,22,23とを通過して曲げ変形が与えられた加工用素材Wにスプリングバックが生じた状態における加工用素材Wを案内支持する。すなわち、加工用素材Wは、巻取ロール30の外周に接する円周からなる所定の軌跡に沿って案内支持される。巻取ロール30の外周に接する円周の半径は、曲げ変形ののち、スプリングバックが生じた加工用素材Wの曲率半径に略等しい。
なお、円周C1 は、上記した円周C2 よりも大きな半径を有し、また、円周C1 に円周C2 は内接している。
【0020】
ガイドロール40は、加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11とに達する前の加工用素材Wの通過する位置を規定する。
【0021】
摩擦部材51,52は、加工用素材Wを両側から挟み、図示しない加圧装置によって加工用素材Wに所定の力Fで押しつけられる。摩擦部材51,52は、所定の力Fで加工用素材Wに押しつけられることにより、加工用素材Wの移動を妨げる向きの摩擦力を発生する。摩擦部材51,52によって、加工用素材Wに摩擦力を作用させることにより、加工用素材Wに長手方向の軸引張り力が作用する。
【0022】
図1において、心材60は、中空の加工用素材Wの曲げ加工中に偏平変形が発生するのを防ぎたい場合に用いる。偏平変形は、加工用素材Wの断面形状が崩れる変形である。加工用素材Wの形状に合致する心材60を適宜用意し、加工用素材Wの内部に挿入した状態で曲げ加工を行う。
【0023】
次に、上記構成の曲げ加工装置を用いた曲げ加工方法の一例について説明する。
まず、図1に示すような状態から、摩擦部材51,52を加工用素材Wに所望の力Fで押しつける。なお、加工用素材Wの偏平変形を防ぐ場合には、加工用素材W内に心材60を予め挿入しておく。
【0024】
この状態から、図2に示すように、アーム2を矢印R1の向きに旋回させる。
アーム2を矢印R1の向きに旋回させることにより、加工用素材Wは、摩擦部材51,52から作用する抵抗力に抗して引張られ、加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11との間を通過する。これにより、加工用素材Wには曲げ変形が与えられる。
【0025】
具体的には、図2に示すように、加工半径ロール21,22,23の外周が内接する円周C2 aの半径RB と等しい曲率半径で加工用素材Wは曲げ変形が与えられる。
すなわち、加工用素材Wは、半径RB の回転ドラムに巻き付けられて回転引曲げ加工されるのと同様に、加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11とによって曲げ加工される。
【0026】
ここで、図3は曲げ加工装置1における曲げ加工領域の詳細図である。
加工用素材Wは、アーム2によって引張られるとともに、摩擦部材51,52から抵抗力を受けるため、図3に示すように、所望の軸引張り力Kが負荷された状態で、加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11との間を通過する。
このとき、加工用素材Wは、主に、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11と加工半径ロール21,22から力Pa〜Pdを受け、これらの力Pa〜Pdによって加工用素材Wに曲げモーメントが働く。
なお、加工半径ロール23は、曲げ加工開始時点で加工用素材Wにあらかじめ端曲げを与える場合の基準となるものであり、加工半径ロール23から加工用素材Wへは殆ど力が作用しない。
【0027】
加工用素材Wは、所望の軸引張り力Kが負荷された状態で曲げ加工が行われるため、加工用素材Wの曲げの内側、すなわち、圧縮側での圧縮ひずみを抑制できる。
【0028】
図3に示すように、加工用素材Wは、加工半径ロール23と第2の曲げ負荷ロール11との間を通過すると、これらの加工用ロールの作用から解放され、スプリングバックを生じる。この結果、加工用素材Wは、半径RWBよりも大きい半径RWaに変化する。
この半径RWaは、図2に示したように、複数の巻取ロール30の外周が接する円周C1 aの半径Raに略一致している。
したがって、スプリングバックを生じた加工用素材Wは、ほぼ最終的な製品形状となった状態で、円周C1 aに沿って巻取ロール30により案内支持されながら、アーム2によって引張られる。
アーム2が所定の角度旋回したところで、加工用素材Wの曲げ加工が完了する。
【0029】
本実施形態では、従来のロール曲げ加工機のようにロールの駆動によって加工用素材Wを送りだすのではなく、アーム2の旋回によって加工用素材Wの先端部を引張ることにより加工用素材Wを送る。
このため、摩擦部材51,52によって加工用素材Wに一定の抵抗力(摩擦力)を付与することにより、加工用素材Wに軸引張力を安定して作用させることが可能となる。また、同様に、加工用素材Wへの心材60の適用が非常に容易となる。
【0030】
本実施形態では、加工用素材Wに任意の軸引張力を安定して作用させることが可能となるため、曲げの内側、すなわち、圧縮側での圧縮ひずみを抑制でき、座屈によるしわ変形の発生を抑制することが可能なる。
この結果、中空の薄肉形材のようなしわが発生しやすい素材の曲げ加工が可能となる。また、座屈によるしわ変形が抑制できるので、比較的曲げ曲率の小さい加工が可能となる。
【0031】
本実施形態では、加工用素材Wへの心材60の適用が非常に容易となるため、加工条件に応じた心材60を適宜選択することにより、加工用素材Wの偏平変形の発生を確実に防止することができる。
【0032】
本実施形態では、加工半径ロール21,22,23、第1および第2の曲げ負荷ロール10,11、巻取ロール30の配置を任意にかつ容易に変更することができるため、加工用素材Wの最終的な曲率半径をこれらのロールの配置を適宜調整することにより容易に変更することができる。
【0033】
なお、本実施形態では、加工用ロールとして、加工半径ロール21,22,23と第1および第2の曲げ負荷ロール10,11とを使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。加工用素材Wに曲げ加工に最小限必要なロールは、第1の曲げ負荷ロール10と、第2の曲げ負荷ロール11と、加工半径ロール21または22の3つであり、これら3つのロールに任意にロールを加えることができる。
また、本実施形態では、加工用素材Wを所定の軌跡に沿って引張る引張り手段としてアーム2の場合を例示したが、アーム2を使用せずに、他の駆動機構を使用しても加工用素材Wを所定の軌跡に沿って引張ることは可能である。
また、座屈によるしわ変形を抑制する必要がないときは、軸引張り力を積極的に付加する必要はない。この場合は、ロールから受ける摩擦力が軸引張り力として作用する。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、曲げ加工にダイを必要とせず、比較的小さな曲率半径から比較的大きな曲率半径までの曲げ加工に対応することができる。
また、本発明によれば、肉厚の薄い中空の加工用素材を曲げ加工したときに、圧縮側にしわ変形が発生するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る曲げ加工装置の概略構造を示す断面図である。
【図2】曲げ加工装置の動作状態を示す断面図である。
【図3】曲げ加工装置における曲げ加工領域の詳細図である。
【符号の説明】
1…曲げ加工装置
2…アーム
10…第1の曲げ負荷ロール
11…第2の曲げ負荷ロール
21,22,23…加工半径ロール
30…巻取ロール
40…ガイドロール
51,52…摩擦部材
W…加工用素材
60…心材
Claims (7)
- 長尺の加工用素材の一部を支持し、所定の回転軸を中心に旋回することにより前記加工用素材を長手方向へ引張るアームと、
前記加工用素材の前記アームによって引張られている部分に対して前記アームの回転に関する外周側から当接可能な第1の曲げ負荷ロールと、
前記第1の曲げ負荷ロールよりも前記加工用素材の移動方向下流側にて、前記加工用素材の前記アームによって引張られている部分に対して前記アームの回転に関する内周側から当接する加工半径ロールと、
前記加工半径ロールよりも前記加工用素材の移動方向下流側にて、前記加工用素材の前記アームによって引張られている部分に対して前記アームの回転に関する外周側から当接する第2の曲げ負荷ロールと、
前記第2の曲げ負荷ロールよりも前記加工用素材の移動方向下流側にて、前記加工用素材の前記アームによって引張られている部分に対して前記アームの回転に関する内周側から当接する複数の巻取ロールと、
を有し、
前記第1の曲げ負荷ロール、前記加工半径ロール及び前記第2の曲げ負荷ロールは、前記加工用素材が所定の曲率半径で変形しつつ通過するように配置され、
前記複数の巻取ロールは、前記所定の曲率半径よりも大きな半径で前記アームの回転に関して同心円状に配列されている
曲げ加工装置。 - 前記第1の曲げ負荷ロールよりも前記加工用素材の移動方向上流側にて前記加工用素材を挟み込み、前記アームにより引張られている前記加工用素材の移動を妨げる向きの摩擦力を生じさせる抵抗力付与手段
をさらに有する請求項1に記載の曲げ加工装置。 - 前記複数の巻取ロールは、前記第1の曲げ負荷ロール、前記加工半径ロール及び前記第2の曲げ負荷ロールを通過した後にスプリングバックを生じた後の加工用素材の曲率半径に略等しい半径の円周上に配置されている
請求項1又は2に記載の曲げ加工装置。 - 長尺の加工用素材を所定の半径の円周に沿って引張りながら、複数の加工用ロール間を通過させて前記所定の半径よりも小さい曲率半径の曲げ変形を与え、
前記複数の加工用ロール間を通過しスプリングバックを生じたのちの前記加工用素材の曲率半径に略等しい前記所定の半径の円周に沿って前記加工用素材を案内しながら当該加工用素材を引張る
曲げ加工方法。 - 前記加工用素材に長手方向に軸引張り力を負荷しながら引張る
請求項4に記載の曲げ加工方法。 - 前記複数の加工用ロール間を通過する前の加工用素材に抵抗力を与えて前記軸引張り力を負荷する
請求項5に記載の曲げ加工方法。 - 前記加工用素材に中空材を用い、
前記加工用素材に心材を挿入した状態で曲げ変形を与える
請求項4〜6いずれかに記載の曲げ加工方法。
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