JP4248377B2 - パイプ曲げ加工装置及びパイプ曲げ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、パイプを塑性加工により曲げるパイプ曲げ加工装置及びパイプ曲げ加工方法に関する。

自動車、空気調和機等には、極小曲げ加工（例えば曲げ半径１．５Ｄ以下）されたパイプ部品が汎用されている。パイプを所定形状に曲げるための曲げ加工装置としては、図９及び図１０に示すような回転引き曲げ加工装置が広く利用されている。図１０は図９のｂ−ｂ断面図である。

回転引き曲げ加工装置は、曲げ案内用の溝を形成した回転可能な曲げ型９１と、パイプｐの一部を曲げ型９１に固定するためのクランプ９２と、パイプｐの曲げ外周面を保持する押し型９３と、パイプｐの内周面を保持するワイパー９４と、パイプｐの内側に保持されるマンドレル９５と、パイプｐの後端からパイプｐを軸方向に付勢するパイプブースター９６とを有している。

押し型９３はホルダー９７によりパイプｐの軸方向に移動自在に支持されるとともに、ホルダー９７は位置調節ねじ７ａにより曲げ型１の半径方向位置が調節可能となっている。一般に押し型９３の位置はパイプｐの加工時には固定されていることが多い。

パイプｐを曲げ加工するには、パイプｐの一部をクランプ９２により曲げ型９１に固定するとともに、位置調節ねじ９７ａにより押し型９３を所望の位置にまで移動させ、曲げ型９１、ワイパー９４、マンドレル９５及び押し型９３でパイプｐを狭持しつつ曲げ型９１を回転させることにより、曲げ型９１の溝形状に倣った形状にパイプｐが曲げ加工される。また、必要に応じてパイプｐの後端からパイプブースター９６により付勢する。

上述したパイプｐの曲げ加工装置においては、図１１に示すように、パイプｐの曲げの幾何学中立軸を中心として、曲げの内外でパイプの曲げ挙動が異なる。つまり、曲げ外側は中立軸に対して軌跡長が長いため軸方向に伸ばされ曲げ加工後の肉厚が元の肉厚ｔよりも薄くなる。曲げ内側では中立軸に対して軌跡長が短くなるので軸方向に縮められて曲げ加工後の肉厚が元の肉厚ｔよりも厚くなる。

従って、曲げ外側では割れが、曲げ内側では座屈が発生しやすくなる。加えて図１２に示すように曲げ加工後の断面の楕円化を生じる。従来、曲げ内側の座屈防止及びパイプｐの楕円化防止には図９及び図１０に示すようにパイプｐの内側にマンドレル９５を具備した状態で曲げ加工を行っていた。つまり、パイプｐの曲げ内側の管壁を曲げ型９１及びワイパー９４とマンドレル９５とで狭持した状態で曲げ加工することにより座屈防止が図られてきた。

しかし、曲げ外側の管壁はマンドレル９５によるしごき変形を受けるので、曲げ外側の減肉が助長され更に割れやすくなるという欠点を有していた。

このような曲げ加工における割れ、座屈の不具合を抑制する方法として、従来技術では、回転引き曲げ加工装置に曲げ型９１の曲げ速度検出器及びパイプブースター９６の押し速度検出器を取り付け、曲げ速度検出器及び押し速度検出器からの信号に基づいて曲げ速度あるいは押し速度を加減速制御することにより、曲げ速度パターンと押し速度パターンとを相似にする同期制御を採用することが提案されている（例えば、特許文献１）。

更に、従来技術では、パイプについて、押し型９３側の周面を管半径と略同一に保つとともに、曲げ型９１側の周面を管半径よりも大きい半径に変形させ、しかも、パイプ全周の長さを数％縮小させるパイプ曲げ加工方法を開示する（例えば、特許文献２）。
特許第２５４４００１号公報 特開昭５５−５１８０号公報

しかしながら、これらの技術を採用してもパイプｐの扁平化防止及び曲げ内側の座屈防止のためのマンドレル９５により、前述したようなパイプｐ内面へのしごき変形が存在するために曲げ外側の減肉は免れず、しかも、しごき変形による減肉防止のためにマンドレル９５を除去して極小曲げ（１．５ＤＲ以下）加工を実施すると曲げ内側に座屈を生じる欠点があった。

また、最近の自動車部品に使用されるパイプ部品の傾向として、液圧成形によりパイプを加工した部材が広く使用されるようになってきた。一般に、液圧成形は曲げ加工等の予備成形の後に実施され、液圧成形後の部材は長手方向の各部分ごとに周長を変化させている場合が多い。

このような液圧成形に利用されるパイプ予成形としての曲げ加工後の減肉が顕著であると、液圧成形時に割れやすくなる。従って、減肉を抑制することは非常に重要である。更に、液圧成形金型の周長変化に対応した周長を曲げ加工時に付与することも非常に重要になる。特に低圧で実施される液圧成形では、曲げ加工後の周長が液圧成形金型の周長よりも長い場合には液圧成形時に座屈を生じることとなり、逆に短い場合には成形形状がでない（例えばＲ部分）等の不具合を生じるからである。

更に、パイプに対して液圧成形を行う場合に、液圧成形に先立ちパイプの両端部を縮径することがよく行われる。その場合にはパイプ内部にマンドレルを挿入できず効果的な座屈防止ができない。

また、液圧成形では長手方向の各部位で断面形状が異なり、素管径よりも断面幅が狭い箇所が存在する場合もある。このため、従来の曲げ加工装置による曲げ加工を行ったパイプｐでは液圧成形孔型に挿入することができない場合がある。その場合に、従来装置により曲げ加工を行った後にパイプｐが液圧成形孔型と干渉する箇所をプレス成形により潰した後に、液圧成形孔型内に挿入することが一般的に行われている。すなわち、加工工程としては、(1)曲げ加工工程、(2)プレス加工工程、(3)液圧成形工程となり、製造時間増加、加工装置及び金型準備の観点からも不合理である。

そこで本発明では、パイプ曲げ加工時に座屈及び減肉を防止できるパイプ曲げ加工装置及び方法を提供することを解決すべき課題とする。更に本発明ではパイプの周長を自由に変化させることができるパイプ曲げ加工装置及び方法を提供することを解決すべき課題とする。

本発明のパイプ曲げ加工装置は、回転可能な本体部と該本体部の周面に形成されパイプの曲げ形状に対応した形状の溝部とをもつ曲げ型と、
該パイプの一部を保持するクランプと、
該曲げ型の該溝部との間に該パイプを狭持でき、狭持する該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、
該押し型を該曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、
該加圧手段を制御する制御手段と、を有するパイプ曲げ加工装置であって、
前記曲げ型の回転角度を検出する回転角度検出手段を有し、
該加圧手段は、
該曲げ型及び該パイプが当接する点と該本体部の回転中心とを通る直線が該押し型に交わる点を該直線方向に加圧し、且つ、
前記回転角度検出手段により検出された前記曲げ型の回転角度に基づき前記パイプを縮径するように前記押し型を加圧する手段であり、
該パイプを曲げるとともに縮径することを特徴とする（請求項１）。

加圧手段として、曲げ型及びパイプが当接する点と本体部の回転中心とを通る直線が押し型に交わる点をその直線方向に加圧する手段とすることで、パイプに不要なモーメントが加わることがなくなり、加工されるパイプに対して余分な力が加わらない。余分な力が加わらないので、パイプの管壁に対して余分な変形が生じなくなる。

そして、溝部及び押し型を組み合わせた部分の周長のうちの少なくとも一部がパイプの周長よりも短くすることによりパイプを縮径することで、パイプに圧縮応力が加わり曲げ内側における座屈を効果的に防止できる。従って、従来のパイプ曲げ加工装置で必要であったワイパー等が必須でなくなる。また、ワイパーとともにパイプを内側から保持するマンドレルも必須の要素ではなくなる。

また、パイプを縮径することで、減肉しやすい曲げ外側に材料が供給されて減肉が防止できる。
更に、パイプは曲げ型の本体部の周面に形成されている溝部の形状を倣って曲げられるので、パイプの曲げ加工の程度は曲げ型の回転角度に基づいて決定されることとなる。従って、検出された曲げ型の回転角度に基づいて加圧手段を制御することで、パイプの必要な部分（例えばパイプを曲げる部分）に必要な量だけ縮径することができる。

そして、前記曲げ型と前記押し型を組み合わせた部分の周長が前記パイプの周長よりも短いことが好ましい（請求項２）。また、前記制御手段は該パイプの曲げ形状に応じて前記加圧手段を制御する手段であることが好ましい（請求項３）。加圧手段により押し型をより加圧することで、パイプの縮径量を大きくでき、パイプの曲げ加工による不都合（座屈、減肉等）を防止できるが、パイプの曲げ加工を行わない部分にまで縮径を行うことは一概に好ましい場合ばかりではない。

従って、パイプの曲げる部分以外については縮径しないように加圧手段を制御することが好ましい。溝部及び押し型を組み合わせた部分の周長がパイプの周長よりも短い部分であっても加圧手段による押し型の加圧の程度によってはパイプの縮径は制御できる。

また、前述した液圧成形の予成形としてパイプ曲げを行う場合のように、加工後のパイプの径が軸方向で異なる必要があるので、その場合にも加圧手段を制御することでパイプの軸方向で径を変化させることができる。

そして、前記制御手段は前記押し型の送り量が所定値になるように前記加圧手段を制御することが好ましい（請求項４）。パイプの縮径量は押し型及び曲げ型間の距離、すなわち押し型の送り量により決定される。従って押し型の送り量を制御することで、パイプの縮径量をより精密に制御できる。

また、前記押し型を前記パイプの移動方向に付勢する押し型付勢手段を有することが好ましい（請求項５）。パイプの外径や曲げ半径が大きくなると、押し型も大型となるため、押し型をパイプの移動方向（軸方向）に付勢することで、本装置稼働時の押し型の慣性力を低減できる。

そしてまた、前記パイプの前記曲げ型及び前記押し型に狭持される部分の内部にマンドレルを配置しないことが好ましい（請求項６）。マンドレルを配置しないことでパイプ内部からのしごきによる減肉が抑制できる。本発明装置ではマンドレルがなくともパイプの曲げ内側に座屈が生じ難い。

また、本発明のパイプ曲げ加工方法は、回転可能な本体部と該本体部の周面に形成されパイプの曲げ形状に対応した形状の溝部とをもつ曲げ型と、
該パイプの一部を保持するクランプと、
該曲げ型の該溝部との間に該パイプを狭持でき、狭持する該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、
該押し型を該曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、
該加圧手段を制御する制御手段と、を用いたパイプ曲げ加工方法であって、
前記曲げ型の回転角度を検出する回転角度検出手段を有し、
該加圧手段は、
該曲げ型及び該パイプが当接する点と該本体部の回転中心とを通る直線が該押し型に交わる点を該直線方向に加圧し、且つ、
前記回転角度検出手段により検出された前記曲げ型の回転角度に基づき前記パイプを縮径するように前記押し型を加圧する手段であり、
該パイプを曲げるとともに縮径することを特徴とする（請求項７）。

そして、前記溝部及び前記押し型を組み合わせた部分の周長が前記パイプの周長よりも短いことが好ましい（請求項８）。また、前記パイプの曲げ形状に応じて該パイプを縮径することが好ましい（請求項９）。更に、前記パイプの前記曲げ型及び前記押し型に狭持される部分の内部にマンドレルを配置しないことが好ましい（請求項１０）。

（構成）
本実施形態のパイプ曲げ加工装置の構成概略を図１に示す。図１におけるａ−ａ断面図を図２に示す。本実施形態のパイプ曲げ加工装置は、曲げ型１とクランプ２とパイプ位置検出手段５と押し型３と加圧手段８と制御手段６とを有する。更に、必要に応じて、押し型付勢手段４を有することができる。

曲げ型１は本体部と溝部とをもつ。本体部は回転軸（回転中心）ｏに回転自在に保持されている。溝部はその本体部の周面に形成されており、パイプの曲げ形状に対応した形状をもつ。曲げ型１は加工するパイプの加工する部分の長さに対応して周長が決定される。また、パイプの径に対応して溝部及び本体部の幅が決定される。

クランプ２はパイプｐの一部を保持する手段である。好ましくはパイプｐの一端部を曲げ型１の周面の一部に固定する手段である。パイプｐはクランプ２に固定された部分を支持点の１つとして曲げ加工される。

パイプ位置検出手段５はパイプｐが曲げ型１及び押し型３により狭持されている位置を検出する手段である。パイプｐに対して縮径を行う位置を検出・制御する目的で曲げ型１及び押し型３に狭持されたパイプｐの位置を検出する。特にパイプｐに対して曲げ加工を行う部分を検出することが好ましい。後述するように、パイプｐの縮径は、曲げ加工を行う部分に対して行うことが好ましいので、パイプｐの位置を検出して検出された位置に対応する曲げ加工の程度に応じて加圧手段８を制御することが好ましい。

パイプｐの位置を検出する手段としてはパイプｐを保持するクランプ２の位置や押し型３の位置を検出する手段や、パイプｐの位置を直接測定する手段、曲げ型１の回転角を検出する手段等が採用でき、曲げ型の回転角度を検出する回転角度検出手段を必須とする。曲げ型１の溝部の形状はパイプｐの曲げ形状に対応して回転角によって変化するので、曲げ型１の回転角を検出することにより曲げ型１の溝形状、すなわち、パイプｐの曲げ形状を検出することができる。

パイプｐ等の位置の検出、回転角の検出方法は特に限定しない。一般的な検出手段、例えばリニアエンコーダ、ロータリーエンコーダ等を採用できる。また、曲げ加工開始からの経過時間もパイプ位置検出のために使用できる。パイプ位置検出手段５により検出されたパイプ位置情報は制御手段６にパイプ位置信号として出力される。

押し型３はパイプｐを溝部に押しつけ塑性変形させる手段である。押し型３はパイプｐを保持しパイプｐとともにパイプｐの軸方向に移動可能に支持されている。溝部と押し型３とを組み合わせた部分のうち、少なくともパイプｐを縮径する部分については、その溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長がパイプの周長よりも短くなっている。更に、溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長はパイプの伸び等の性状にもよるが、好ましくはパイプの周長に対して９７％以下、より好ましくは９５％以下とする。更に、溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長は好ましくは８５％以上、より好ましくは８５％とする。

その結果、縮径を要するパイプｐの部分を効率的に縮径することができる。例えば、図２に示すように、曲げ型１と押し型３との間にパイプｐを狭持した場合に隙間ｕが生じていることから明らかなように、曲げ型１と押し型３とを組み合わせた部分の周長はパイプｐの周長よりも短くなっている。

また、溝部と押し型３とを組み合わせた部分の周長をすべてパイプの周長よりも短くすることもできる。この場合には、後述するように、制御手段６により加圧手段８を制御して縮径を要する部分でのみ加圧手段８をパイプｐが縮径するまで作用させることで、パイプｐの必要な部分を縮径することができる。また、パイプｐのすべての部分において縮径することもできる。

溝部に押しつけられ縮径されたパイプｐは塑性変形を受け溝部を力点として容易に曲げられる。

溝部及び押し型３を組み合わせた部分の断面形状は最終的に必要なパイプｐの断面形状に合わせて選択できる。更に、本装置を液圧成形の予成形装置として用いる場合には最終的に必要なパイプｐの断面形状に関わらず、溝部及び押し型３を組み合わせた部分の断面形状を選択することが可能である。例えば、液圧成形用の型の形状に合わせて断面形状を選択できる。

加圧手段８は加圧することで押し型３を曲げ型１に押しつける手段である。加圧手段８としては油圧機構、クランク機構等一般的な手段が採用できる。図１における加圧手段８は油圧制御手段９により制御される手段である。加圧手段８は制御手段６から入力される制御信号に基づき加圧力及び送り量が制御される。必要に応じて加圧手段８の加圧力及び／又は送り量は測定されて制御手段６に信号として出力することができる。

加圧手段８は、曲げ型１及びパイプｐが当接する点と曲げ型１の本体部の回転中心とを通る直線が押し型３に交わる点を押し型にて加圧する手段である。加圧の方向は本体部の回転中心に向けた方向である。常に、加圧手段８は、加圧する位置及び方向を一定にするために、ホルダー７を介して押し型３を加圧する。ホルダー７は、図に示すように、曲げ型１の半径方向及び曲げ型１の回転軸方向には押し型３を拘束するとともに、パイプｐの軸方向には曲げ型１を移動可能に保持する手段である。

パイプｐは曲げ型１に接する点から本体部の回転中心と反対方向に力が作用している。この力と反対向きの力をパイプｐに加えることで力が釣り合い、パイプｐに回転モーメントが加わることを防止できる。更に、従来のパイプ曲げ加工装置において座屈防止のために必要であったワイパー等のパイプｐを押し型３の反対側から保持する部材が不要となる。ワイパーのセッティング位置調整には熟練を要するとともに、磨耗する消耗品であるため、ワイパーが必要なくなることによる利点は大きい。

制御手段６はパイプ位置検出手段５より入力されたパイプ位置信号に基づき加圧手段８を制御する手段である。加圧手段８を制御する方法としては押し型３の加圧力を制御する方法と押し型３の送り量を制御する方法とがある。例えば、加圧力若しくは送り量とパイプｐの縮径量との関係を予め測定しておき、その関係に基づき必要な部分に必要なだけの縮径が行えるように加圧手段８を制御する方法が考えられる。前述したように、必要に応じて加圧手段８等から加圧力、送り量等の制御信号を入力することができる。押し型３の送り量を制御することが直接パイプｐの縮径量を調節することになり好ましい。なお、加圧力を制御することは簡便である点で好ましい。また、加圧力が一定でもパイプの曲げ加工を伴う部位では縮径の程度は異なるものと考えられる。

パイプ位置信号と加圧手段８の制御との関係を例示する。まず、パイプ位置検出手段５により検出されたパイプの位置における曲げ形状を求め、その部分の曲げの曲率が大きいほど加圧手段８による加圧力（及び／又は送り量）を増加させ、縮径する量を大きくする。曲率に応じて加圧力等を大きくすることで曲げ加工に伴う座屈、減肉、楕円化等を効果的に防止できる。

更に、液圧成形等における予成形として本装置を用いる場合には曲げ加工の位置に関わらず、パイプｐの径を変化させる必要がある。そのような部位についても加圧力等を制御して必要な部分に縮径を行うことができる。

押し型付勢手段４は押し型３をパイプｐの軸方向に付勢する手段である。押し型３及びパイプｐは曲げ型１の回転に伴い移動するので、パイプｐの大きさが大きくなると曲げ型１に加わる力が大きくなる。押し型付勢手段４により押し型３を付勢することで曲げ型１を回転させる力を小さくできる。また、押し型付勢手段４に代えて従来用いられていたパイプブースターを用いてもよい。なお、パイプブースターはパイプｐの端部を保持する必要があるので、押し型３を直接的に付勢する押し型付勢手段４の方が装置を小型化できる余地があり好ましい。

（作用効果）
上述の構成をもつことから本実施形態のパイプ曲げ加工装置は以下の作用効果を有する。すなわち、本加工装置は曲げ加工されるパイプｐをクランプ２により狭持して曲げ型１の周面上に固定する。クランプ２は曲げ型１とともに回転する。パイプｐはクランプ２、曲げ型１及び押し型３により力が加わり曲げ型１の周面の溝部の形状に従って曲げ加工される。

制御手段６は、パイプ位置検出手段５により検出された、パイプｐが曲げ型１及び押し型３により狭持されている位置に基づいて加圧手段８を制御する。具体的には、曲げ型１及び押し型３により狭持されているパイプｐの位置における曲げ加工の程度及び必要とするパイプ径に基づいて加圧手段８を制御する。つまり、狭持されたパイプｐの位置が、曲げ加工の程度が大きい部分及び必要とする径の大きさが小さい部分である場合に、加圧手段８をより大きく作動させてパイプｐを縮径させる程度を大きくする。

その結果、押し型３を曲げ型１まで近接されると、間に狭持されたパイプｐは周方向に圧下され、近接の度合いに応じて押し型３と曲げ型１とを合わせた形にまで縮径される。パイプｐの縮径される部位が曲げ加工される部位である場合には、曲げ加工により管壁が伸ばされる部分が縮径で余る管肉によって補われて、パイプｐの曲げ外側の減肉を防止できる。また、縮径時にはパイプｐの周方向に圧縮応力が加わるためにパイプｐの管壁を溝部及び押し型３に対して押しつける応力が発生するので、パイプｐの曲げ内側の座屈及びパイプｐの曲げ加工による楕円化を抑制できる。

押し型付勢手段４は押し型３をパイプｐの軸方向に付勢することで押し型３の慣性力が曲げ型１に加わることを抑制できるので曲げ型１の回転、すなわち、パイプｐの軸方向への移動を円滑に行うことができる。また、押し型３とパイプｐとの滑りが低減できるのでパイプｐの曲げ外側に僅かに残る場合があるしごきによる減肉も抑制できる。

以上述べたように、本発明の曲げ加工装置構成によれば、曲げ外側の減肉を抑制できるとともに曲げ内側に座屈がなく、軸方向で周長の異なるパイプの製造が可能となる。

（試験条件）
本発明のパイプ曲げ加工装置及び従来のパイプ曲げ加工装置を用いて、種々の条件下でパイプ曲げ加工を行った。加工条件は、マンドレルの有無、ワイパーの有無、パイプブースター（本発明装置では押し型付勢手段）の有無及び押し型の加圧力について変化させて行った。パイプの曲げ加工後、外観、最大減肉率及び加工後最小周長を測定した。外観は肉眼にて観察を行い座屈、ひび割れ及び肉ひけの発生の有無を調べた。最大減肉率は、加工後のパイプについてポイントマイクロメータを用いて、曲げ角度１０°ピッチ毎に肉厚を測定した値の最小値について、加工前の素管の肉厚からの減肉率〔＝｛（加工後の肉厚）−（素管の肉厚）｝÷（素管の肉厚）×１００（％）〕として算出した。加工後最小周長は加工後のパイプについてパイプ軸方向に順に周長を測定したうちの最小値とした。多くの試験においてパイプの曲げ条件は極小曲げ加工を含むものとし、従来の加工装置では完全には曲げ加工できない加工条件を多く選択した。

（試験１）
使用したパイプは、外径（Ｄ）がφ６５ｍｍ、周長が２０４ｍｍ、管壁（ｔ）の肉厚が２．３ｍｍの炭素鋼の電縫鋼管で、ＪＩＳ１１号丸管引張で、引っ張り強度（ＴＳ）が８４０ＭＰａ、伸びが２２％であった。このパイプに加えた曲げ加工は曲げ半径（Ｒ）が９０ｍｍ（≒１．４Ｄ）曲げ角度が９０°であった。他の加工条件及び試験結果を表１に示す。

従来装置を用いて曲げ加工を行った試験例８〜９ではマンドレル及びワイパーの有無、パイプブースターの使用の有無によっても良好な製品を得ることは困難であった。それに対して、本発明装置を用いて曲げ加工を行った試験例１〜７ではマンドレル及びワイパーがなくても座屈や割れが生じることがなく良好な製品を得ることができた。

試験例１〜５の結果から明らかなように、押し型を曲げ型にに押す加圧力を増大するにつれて最大減肉率が減少して、より均一に曲げ加工されたパイプを得ることができた。本試験では押し型を加圧する加圧力として２５ｔｏｎ以上で最大減肉率の減少効果は飽和している。これは曲げ型及び押し型の周長が１９２ｍｍであるのに対して、試験例４及び５のパイプについて加工後の最小周長が１９３ｍｍであることからパイプの縮径量が飽和した結果、それ以上に最大減肉率を減少させることができなかったものと考えられる。

更に試験例５〜７の結果から明らかなように、押し型の加圧力を同じにしても押し型付勢手段により押し型を付勢することで最大減肉率を減少させることができることが分かった。

（試験２）
試験１で用いたパイプに比べて伸びが小さいパイプを用いて試験を行った。使用したパイプは、外径（Ｄ）がφ７０ｍｍ、周長が２２０ｍｍ、管壁（ｔ）の肉厚が２．０ｍｍの炭素鋼の電縫鋼管で、ＪＩＳ１１号丸管引張で、引っ張り強度（ＴＳ）が９００ＭＰａ、伸びが８％であった。このパイプに加えた曲げ加工は曲げ半径（Ｒ）が１８０ｍｍ（≒２．６Ｄ）曲げ角度が９０°であった。他の加工条件及び試験結果を表２に示す。

表２に示す試験例１１及び１２の結果から明らかなように、本発明装置を用いることで伸びが少ない材料でも良好な加工結果が得られることが分かった。

（試験３）
溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長を変化させてパイプの曲げ加工の状態を検討した。なお、周長の変更は溝部及び押し型部のフランジ部を研削することにより行った。使用したパイプは、外径（Ｄ）がφ７０ｍｍ、周長が２２０ｍｍ、管壁（ｔ）の肉厚が２．０ｍｍの炭素鋼の電縫鋼管で、ＪＩＳ１１号丸管引張で、引っ張り強度（ＴＳ）が４６０ＭＰａ、伸びが５５％であった。このパイプに加えた曲げ加工は曲げ半径（Ｒ）が１８０ｍｍ（≒２．６Ｄ）曲げ角度が９０°であった。マンドレル、ワイパー及び押し型付勢手段は使用せず、押し型を加圧する加圧力は１２．５ｔｏｎとした。図３に押し型及び曲げ型及び押し型の周長と、加工後のパイプの最大減肉率とを示す。

図３から明らかなように、曲げ型及び押し型の周長をパイプの周長に対して８５％〜９８％の範囲とすることにより加工後のパイプの外観が良好であった。また、曲げ型及び押し型の周長をパイプの周長に対して８５％〜９７％の範囲とすることで最大減肉率が７％程度と小さくすることができた。更に、８５％〜９５％とすることにより最大減肉が５％以下と極めて小さくすることができた。

（試験４）
同一のパイプについて曲げ加工を行う途中で押し型を加圧する加圧力を変化させることによるパイプの周長変化を検討した。使用したパイプは、外径（Ｄ）がφ６５ｍｍ、周長が２０４ｍｍ、管壁（ｔ）の肉厚が２．３ｍｍの炭素鋼の電縫鋼管で、ＪＩＳ１１号丸管引張で、引っ張り強度（ＴＳ）が８４０ＭＰａ、伸びが２２％であった。このパイプに加えた曲げ加工は曲げ半径（Ｒ）が１８０ｍｍ（≒２．８Ｄ）曲げ角度が９０°であった。マンドレル、ワイパー及び押し型付勢手段は使用せず、溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長は１８４ｍｍとした。

押し型に加える加圧力と加工後のパイプの周長との関係を示したグラフを図４に示す。図４より明らかなように、押し型に対して加圧力を増大するにつれてパイプの周長が小さくなることが分かった。つまり、単一パイプ上であっても押し型に対する加圧力を変化させることでパイプの周長を制御できることが明らかとなった。

（試験５）
溝部及び押し型３を組み合わせた部分の周長を変化させてパイプの曲げ加工の状態を検討した。その後、液圧成形を行った。

使用したパイプは材質が炭素鋼の電縫鋼管であり、引っ張り強度（ＴＳ）は３９０ＭＰａであるＪＩＳ１１号管（丸管）で外径（Ｄ）がφ７０ｍｍ、周長が２２０ｍｍ、伸びが５５％、管壁の肉厚（ｔ）が２．０ｍｍであった。パイプの両端部には同心縮径加工（５０ｍｍ）がなされていた。

このパイプに加えた曲げ加工は曲げ半径（Ｒ）が１８０ｍｍ（≒２．６Ｄ）曲げ角度が９０°であった。マンドレル、ワイパー及び押し型付勢手段は使用せず、押し型を加圧する加圧力は１２．５ｔｏｎとした。図５に押し型及び曲げ型の断面形状を示す。これら曲げ型１１及び押し型３１を本発明装置の曲げ型１及び押し型３の代わりに使用した。表３に曲げ型及び押し型の周長と、加工後のパイプの外観及び最大減肉率とを示す。

その後、各試験例の加工後のパイプについて２つの条件（周長２００ｍｍ、２０４ｍｍ）で液圧成形を行い外観を検査した。結果を表３に併せて示す。

表３から明らかなように、曲げ型及び押し型の周長をパイプの周長に対して少しでも短くした試験例２６〜３２は加工後のパイプに座屈が生じなかった。更に、曲げ型及び押し型の周長をパイプの周長に対して８８％〜９８．５％程度の範囲とした試験例２６〜３１は座屈及び肉盛上がりの発生もなく良好な外観であった。

その後の液圧成形においては周長２００ｍｍの場合には試験例２７〜３２、周長２０４ｍｍの場合には試験例２６〜３２において肉ひけが発生せず良好な外観及び管壁の状態であった。周長２００ｍｍの場合において試験例２７の曲げ型と押し型との周長は、液圧成形における液圧成形孔型の周長２００ｍｍに対して１０６％であり、同様に試験例２６の曲げ型と押し型との周長は、液圧成形における液圧成形孔型の周長２０４ｍｍに対して１０８％であって、曲げ型及び押し型の周長が液圧成形孔型の周長の１０８％以下であれば肉ひけのない良好な液圧成形を行うことができることが明らかとなった。なお、試験例３２については肉ひけは発生しないものの肉盛上がり部分において液圧成形により折込みが発生した。

（試験６）
実際の加工条件に近い条件でパイプ曲げ加工及び液圧成形を行った。使用したパイプは、外径（Ｄ）がφ６５ｍｍ、周長が２０４ｍｍ、管壁（ｔ）の肉厚が２．３ｍｍの炭素鋼の電縫鋼管で、ＪＩＳ１１号管丸管引張で、引っ張り強度（ＴＳ）は８４０ＭＰａ、伸びが２２％であった。

このパイプに加えた曲げ加工は曲げ角度が９０°であり、曲げ半径（Ｒ）は曲げ角度が０〜１２．５°までが９０ｍｍ、曲げ角度が１２．５〜３０°までが直線、そして曲げ角度が３０〜９０°までが１８０ｍｍであった。

図６に押し型及び曲げ型の断面形状を示す。これら曲げ型１２及び押し型３２を本発明装置の曲げ型１及び押し型３の代わりに使用した。曲げ型１２及び押し型３２の組み合わせ部分の周長は１８８ｍｍとした。マンドレル、ワイパー及び押し型付勢手段は使用しなかった。

図７に曲げ角度に対して、押し型３２の加圧力、加工後パイプの周長及び液圧成形孔型の周長を表したグラフを示す。また、図８に曲げ角度に対して、押し型３２の加圧力、加工後パイプの幅及び液圧成形孔型の幅を表したグラフを示す。

図７及び図８から明らかなように、曲げ加工中に押し型３２の加圧力を逐次変更することにより、パイプの軸方向で周長が異なる液圧成形孔型に合わせた周長及び幅をもつパイプを得ることができる。

曲げ加工後のパイプ断面は図６に示した曲げ型及び押し型の断面形状に対応した形状となった。つまり、押し型３２に設けた直線部分によりパイプの管壁に一部が潰されることでパイプの幅が狭くできた。

液圧成形孔型の幅よりもパイプの幅を狭く加工できるため、液圧成形孔型と干渉することなくパイプを挿入することができる。つまり、従来曲げ加工後に実施していたプレス成形工程を省略することができる。

以上詳述したように、両管端部が縮径加工されたパイプを複合Ｒ形状に１回の曲げ加工で施すことができるとともに、液圧成形孔型と干渉することなく挿入できるパイプ断面形状を形成することができる。パイプ断面形状は、押し型への加圧力の制御、曲げ型の溝部及び押し型の形状の変更によりパイプの軸方向で容易に制御することができる。

本発明のパイプ曲げ加工装置の一実施形態を示した概略図である。 図１に示したパイプ曲げ加工装置のａ−ａ断面概略図である。 試験３の結果を示したグラフである。 試験４の結果を示したグラフである。 試験５で用いた曲げ型及び押し型の一部断面図である。 試験６で用いた曲げ型及び押し型の一部断面図である。 試験６の結果を示したグラフである。 試験６の結果を示したグラフである。 従来技術のパイプ曲げ加工装置を示した概略図である。 図９に示したパイプ曲げ加工装置のｂ−ｂ断面概略図である。 従来技術におけるパイプの曲げ外側の減肉を説明する図である。 従来技術におけるパイプの楕円化を説明する図である。

符号の説明

１、１１、１２、９１…曲げ型
２、９２…クランプ
３、３１、３２、９３…押し型
４…押し型付勢手段
５…パイプ位置検出手段
６…制御手段
７、９７…ホルダー
８…加圧手段
９…油圧制御手段
９４…ワイパー
９５…マンドレル
９６…パイプブースター
ｏ…曲げ型の回転中心（回転軸）

Claims (10)

1. 回転可能な本体部と該本体部の周面に形成されパイプの曲げ形状に対応した形状の溝部とをもつ曲げ型と、
   該パイプの一部を保持するクランプと、
   該曲げ型の該溝部との間に該パイプを狭持でき、狭持する該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、
   該押し型を該曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、
   該加圧手段を制御する制御手段と、を有するパイプ曲げ加工装置であって、
   前記曲げ型の回転角度を検出する回転角度検出手段を有し、
   該加圧手段は、
   該曲げ型及び該パイプが当接する点と該本体部の回転中心とを通る直線が該押し型に交わる点を該直線方向に加圧し、且つ、
   前記回転角度検出手段により検出された前記曲げ型の回転角度に基づき前記パイプを縮径するように前記押し型を加圧する手段であり、
   該パイプを曲げるとともに縮径することを特徴とするパイプ曲げ加工装置。
2. 前記曲げ型と前記押し型を組み合わせた部分の周長が前記パイプの周長よりも短い請求項１に記載のパイプ曲げ加工装置。
3. 前記制御手段は該パイプの曲げ形状に応じて前記加圧手段を制御する手段である請求項１又は２に記載のパイプ曲げ加工装置。
4. 前記制御手段は前記押し型の送り量が所定値になるように前記加圧手段を制御する請求項１〜３のいずれかに記載のパイプ曲げ加工装置。
5. 前記押し型を前記パイプの移動方向に付勢する押し型付勢手段を有する請求項１〜４のいずれかに記載のパイプ曲げ加工装置。
6. 前記パイプの前記曲げ型及び前記押し型に狭持される部分の内部にマンドレルを配置しない請求項１〜５のいずれかに記載のパイプ曲げ加工装置。
7. 回転可能な本体部と該本体部の周面に形成されパイプの曲げ形状に対応した形状の溝部とをもつ曲げ型と、
   該パイプの一部を保持するクランプと、
   該曲げ型の該溝部との間に該パイプを狭持でき、狭持する該パイプの軸方向に移動可能な押し型と、
   該押し型を該曲げ型に向けて加圧する加圧手段と、
   該加圧手段を制御する制御手段と、を用いたパイプ曲げ加工方法であって、
   前記曲げ型の回転角度を検出する回転角度検出手段を有し、
   該加圧手段は、
   該曲げ型及び該パイプが当接する点と該本体部の回転中心とを通る直線が該押し型に交わる点を該直線方向に加圧し、且つ、
   前記回転角度検出手段により検出された前記曲げ型の回転角度に基づき前記パイプを縮径するように前記押し型を加圧する手段であり、
   該パイプを曲げるとともに縮径することを特徴とするパイプ曲げ加工方法。
8. 前記溝部及び前記押し型を組み合わせた部分の周長が前記パイプの周長よりも短い請求項７に記載のパイプ曲げ加工方法。
9. 前記パイプの曲げ形状に応じて該パイプを縮径する請求項７又は８に記載のパイプ曲げ加工方法。
10. 前記パイプの前記曲げ型及び前記押し型に狭持される部分の内部にマンドレルを配置しない請求項７〜９のいずれかに記載のパイプ曲げ加工方法。

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