JP4573643B2 - パイプの曲げ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイプの曲げ加工装置に関する。

パイプを曲げ型に押付けて曲げ型の曲り形状に倣わせる曲げ加工方法において、製品のスプリングバックのばらつきを低減する手段として、管軸方向に耐力以上の張力を付与しつつ曲げ加工を行う引張曲げ加工方法（特許文献１）が知られている。また、スプリングバックのばらつきをさらに低減させる手段として、引張曲げ加工中に、管軸方向に付与する張力を、スプリングバックの曲げ半径依存性に基づいて、曲げようとする部位の曲げ半径の変化に応じて変更していく方法（特許文献２）が知られている。
特開平１１−２９０９６２号公報 特開２００３−３９１１７号公報

しかしながら、上記従来の引張曲げ加工方法で薄肉パイプ（とくに肉厚対外径の比ｔ/Ｄが０．０３以下のもの）を曲げ加工すると、曲げ半径Ｒが、例えば６００ｍｍ程度以上であるような、比較的大きい場合でも、曲げ内側（曲げ内周部側）にしわが発生するという問題があった。
本発明は、この問題を解決し、比較的大きな曲げ半径に曲げ加工中の薄肉パイプの曲げ内側にしわを発生させないパイプの曲げ加工装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、パイプ（管）に管軸方向の張力を付与しながら、該パイプの曲げ加工部（すなわち、曲げ型に倣わせようとする部分）に絞り加工（縮径加工）を施すことにより、曲げ内面側のしわ発生を抑制できることを見出し、本発明をなした。すなわち、本発明は以下のとおりである。

（発明項１） パイプを曲げ型に押し付けて該曲げ型の曲り形状に倣わせるパイプの曲げ加工装置において、前記曲げ型の曲り形状部に設けた受け溝部と、前記パイプの両端部を掴むチャックを張力付加用アクチュエータで付勢して該パイプに管軸方向張力を付加可能な一対の張力付加機構部と、該一対の張力付加機構部を個別に支持して曲げ角度に応じて略線対称に旋回可能な一対の張力付加用旋回アームと、押し溝部でパイプに接する押し型を加圧用アクチュエータで前記曲げ型に向けて付勢して前記パイプを管周方向に加圧可能な一対の加圧機構部と、該一対の加圧機構部を個別に支持して曲げ角度に応じて略線対称に旋回可能な一対の加圧用旋回アームとを有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。

（発明項２） 前記曲げ型の受け溝部の弧長と前記押し型の押し溝部の弧長の和は、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいことを特徴とする発明項１記載のパイプの曲げ加工装置。
（発明項３） 前記チャックまたは前記張力付加用アクチュエータは前記張力付加用旋回アーム上での回転自在に支持されていることを特徴とする発明項１または２に記載のパイプの曲げ加工装置。

（発明項４） 前記押し型が、レール状のシューからなり、該シューと前記加圧用アクチュエータとの間に、該加圧用アクチュエータで支持されて前記シューを押しながら該シューの長手方向に転がり移動する押し点移動用ローラを有することを特徴とする発明項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。
（発明項５） 前記押し型が、押しローラからなり、該押しローラは前記加圧用アクチュエータで支持されて前記パイプを押しながら管軸方向に転がり移動することを特徴とする発明項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。

本発明の曲げ加工装置（本発明装置）によれば、パイプの両端に管軸引張荷重を付加しつつ、かつ該パイプの曲げ加工部に絞り加工を付加しつつ、該パイプを曲げ型に押し付けるようにしたことにより、曲げ加工部に付加される絞り加工によって曲げ内側に管軸方向の引張応力が発生し、この引張応力が、曲げ加工による曲げ内側の管軸方向の圧縮応力を効果的に緩和するので、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。

さらに、比較的簡素な装置構成で本発明を有利に実施することができる。

上記のように、本発明装置を用いたパイプの曲げ加工においては、薄肉のパイプを比較的大きな曲げ半径に曲げ加工する際、曲げ内側にしわが発生するのを有効に抑止することができる。このとき、管軸引張荷重を、下記式（１）で定義される管軸方向張力比が０．０１以上になるように付加し、かつ、絞り加工を、下記式（２）で定義される曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように付加すると、しわ発生抑止効果がさらに顕著となるため好ましい。

記
管軸方向張力比＝管軸引張荷重/（素管断面積×素管降伏強度）‥‥‥‥（１）
曲げ部周長絞り率＝（素管周長−曲げ加工後の管周長）/素管周長×１００（％）‥‥‥‥（２）
ここで、素管とは曲げ加工前のパイプを指す。

もっとも、管軸方向張力比が１．０超となるように管軸引張荷重を付加しようとすると、該荷重を付加する動力源としての例えば油圧シリンダ等の能力を含め大規模な設備が必要となるため、管軸方向張力比は１．０以下とするのが好ましい。
また、曲げ部周長絞り率が５．０％を超えるような絞り加工では、曲げ加工後の管外径が過小となって、製品の実用性に乏しくなるため、曲げ部周長絞り率は５．０％以下とするのが好ましい。

このようなパイプの曲げ加工は、以下に例示するような本発明装置を用いると、比較的簡素な装置構成で有利に実施することができる。
図１は、本発明装置の一形態を示す平面図であり、（ａ）は曲げ加工開始前、（ｂ）は曲げ加工終了後である。この装置では、装置台１上に曲げ型２が配設され、曲げ型２の曲り形状部（パイプＷを押し付ける部位）には受け溝部２Ｕが設けられている。

パイプＷの両端部は一対のチャック６でそれぞれ掴まれ、各チャック６は張力付加用アクチュエータ５からの引力で付勢され、パイプＷに管軸方向張力を付加可能である。すなわち、パイプＷの一端部を掴むチャック６とこれを付勢する張力付加用アクチュエータ５、および、パイプＷの他端部を掴むチャック６とこれを付勢する張力付加用アクチュエータ５から、一対の張力付加機構部が構成されている。

この一対の張力付加機構部は、一対の張力付加用旋回アーム８の一端部に個別に支持されている。一対の張力付加用旋回アーム８はそれぞれ、各他端部が装置台１に配設された一対の回転軸１１で個別に軸支され、該軸支した回転軸１１の回りに旋回可能である。一対の回転軸１１は、曲げ型２の幅中心線（曲り形状部の長さ両端を結ぶ直線の垂直二等分線）に関し略線対称に、かつ曲げ型２にセット時のパイプＷの管軸線位置の近傍に配置されている。したがって、一対の張力付加用旋回アーム８は、張力付加機構部がパイプＷに管軸方向張力を付加している状態で、パイプＷの曲げ角度に応じて曲げ型２の幅中心線に関し略線対称に旋回可能である。

パイプＷ外周部の、曲げ型２と反対側の部分には、押し溝部３Ｕを設けた一対の押し型３の当該押し溝部３Ｕが当接される。各押し型３は加圧用アクチュエータ４からの押し力で付勢され、その押し溝部３ＵでパイプＷを曲げ型２の受け溝部２Ｕに押し付けることにより、パイプＷを管周方向に加圧可能である。すなわち、押し溝部２ＵでパイプＷに接する一対の押し型３とこれら押し型３を個別に曲げ型２に向けて付勢する加圧用アクチュエータ４とから、一対の加圧機構部が構成されている。

この一対の加圧機構部は、一対の加圧用旋回アーム７の一端部に個別に支持されている。一対の加圧用旋回アーム７はそれぞれ、各他端部が装置台１に配設された一対の回転軸１０で個別に軸支され、該軸支した回転軸１０の回りに旋回可能である。一対の回転軸１０は、曲げ型２の幅中心線に関し略線対称に、かつ幅中心線の近傍に、かつ曲げ型２の曲り形状部（受け溝部２Ｕ）に関し加圧機構部と反対側に配置されている。したがって、一対の加圧用旋回アーム７は、加圧機構部がパイプＷを管周方向に加圧している状態で、パイプＷの曲げ角度に応じて曲げ型２の幅中心線に関し略線対称に旋回可能である。

もっとも、受け溝部２Ｕと押し溝部３Ｕの弧長の和が素管周長以上であると、前記式（２）の曲げ部周長絞り率が０．５％以上になるように絞り加工するのが困難となるから、受け溝部２Ｕと押し溝部３Ｕの弧長の和は、素管周長未満とするのが好ましい。
また、張力付加用旋回アーム８の旋回途上では、一般に、パイプＷの未曲げ部の管軸方向と張力付加用旋回アーム８の長手方向とのなす角度は、曲げ角度に応じて変化するため、張力付加機構部が張力付加用旋回アーム８に固設されていると、張力付加機構部に過大なトルクが作用してチャック６あるいは張力付加用アクチュエータ５の破損を招くおそれがある。このおそれを解消するには、例えば図１に示すように、張力付加用アクチュエータ５を、張力付加用旋回アーム８に設けた回転軸１２で回転自在に軸支し、張力付加機構部が張力付加用旋回アーム８上で自由に回転してパイプＷの未曲げ部の管軸方向の変化に追従可能とすることが好ましい。なお、図１では張力付加用アクチュエータ５を軸支したが、これに代えてチャック６を軸支してもよい。

押し型３は、例えば図１に示すように、レール状のシューで構成しうる。シューの場合、その押し溝部がパイプＷ外周面を摺動するとパイプＷの表面を傷つけるおそれがある。そこで、図１に示すように、シューと加圧用アクチュエータ４との間に、この加圧用アクチュエータで支持されてシューを押しながらシューの長手方向に転がり移動する押し点移動用ローラ９を設けるのがよい。これにより、シューは押し点移動用ローラ９の転がり移動につれてパイプＷとの接触部位を変えながら曲げ方向に回転し、押し溝部がパイプＷ外周面を摺動するのを防止できる。

押し型３は、シューの代わりに押しローラ（図２参照）で構成してもよい。押しローラで構成した押し型３はその全周に押し溝部３Ｕを有し、それ自体が加圧用アクチュエータ４で支持されてパイプＷを押しながら管軸方向に転がり移動するものとする。この場合には勿論、押し点移動用ローラ９は不要である。
図１に例示した本発明装置を用いて曲げ加工を行うには、まず、パイプＷを図１（ａ）のようにセットし、チャック６でパイプＷの両端部を掴み、張力付加用アクチュエータ５で引張荷重を付加する。この引張荷重を付加した状態は曲げ加工の終了時まで持続される。ついで、加圧用アクチュエータ４でシュー（押し型３）をパイプＷに押し付けるだけでよい。

パイプＷは始めに曲げ型２の曲り形状部の中点に押し付けられるが、押し点移動用ローラ９を介して伝えられる押し力は曲り形状部の中点の両側に作用するので、この中点を支点としてパイプＷは曲がり始める。
パイプＷがいったん曲がり始めると、この曲り（曲げ角度）に追従して一対のシューは互いに対向する端（対向端）が曲げ型２から離間し、その反対側の端（反対向端）が曲げ型２に接近するように回転する。この回転により生じるモーメントを受けて押し点移動用ローラ９はシューの反対向端側へ転がり移動し、これに追従して一対の加圧用旋回アーム７は略線対称に旋回する。一方、パイプＷの曲げ角度に応じて、パイプＷの未曲げ部の管軸線上を回転軸１２が通るように、一対の張力付加用アクチュエータ５が回転しかつ一対の張力付加用旋回アーム８が略線対称に旋回する。このとき、パイプＷの曲げ加工部は、押し点移動用ローラ９を介した押し力を受けて曲がろうとすると共に、受け溝部２Ｕと押し溝部３Ｕとで挟圧されて管周方向に絞り加工される。この一連の運動の過程は、図１（ｂ）に示す曲げ加工の終了段階まで連続的に進行する。

図２に例示した本発明装置を用いて曲げ加工を行うには、まず、パイプＷを図２（ａ）のようにセットし、チャック６でパイプＷの両端部を掴み、張力付加用アクチュエータ５で引張荷重を付加する。この引張荷重を付加した状態は曲げ加工の終了時まで持続される。ついで、加圧用アクチュエータ４で押しローラ（押し型３）をパイプＷに押し付けるだけでよい。

パイプＷは始めに曲げ型２の曲り形状部の中点に押し付けられるが、押しローラを介して伝えられる押し力は曲り形状部の中点の両側に作用するので、この中点を支点としてパイプＷは曲がり始める。
パイプＷがいったん曲がり始めると、この曲り（曲げ角度）に追従して一対の押しローラは前記中点から遠ざかる方向（互いに離間する方向）に転がり移動し、これに追従して一対の加圧用旋回アーム７は略線対称に旋回する。一方、パイプＷの曲げ角度に応じて、パイプＷの未曲げ部の管軸線上を回転軸１２が通るように、一対の張力付加用アクチュエータ５が回転しかつ一対の張力付加用旋回アーム８が略線対称に旋回する。このとき、パイプＷの曲げ加工部は、押しローラを介した押し力を受けて曲がろうとすると共に、受け溝部２Ｕと押し溝部３Ｕとで挟圧されて管周方向に絞り加工される。この一連の運動の過程は、図２（ｂ）に示す曲げ加工の終了段階まで連続的に進行する。

図１に例示した形態の本発明装置を用い、表１に示す対象パイプに表１に示す条件で曲げ加工を施し、曲げ内側のしわ発生の程度を調べた結果を表１に示す。ここで、加圧用、張力付加用の各アクチュエータとしては油圧シリンダを用いた。管軸方向張力比は、張力付加用アクチュエータの設定を変えることにより変化させた。曲げ部周長絞り率は、受け溝部と押し溝部の弧長を変更すると共に加圧用アクチュエータの加圧力を調整することにより変化させた。

表１より、比較例では許容範囲を超えるしわが発生したのに対し、本発明例では、しわが発生してもその程度は許容範囲内に収まり、とくに、適正な曲げ加工条件（管軸方向張力比が０．０１以上の範囲、曲げ部周長絞り率が０．５％以上の範囲）で成形したパイプにはしわが全く発生しなかった。
なお、比較例のうち、管軸方向張力比が０以下のものは、張力付加用アクチュエータとして用いた油圧シリンダの付勢力を、引張側（＋側）とする代わりに、中立（ゼロ）または圧縮側（−側）として曲げ加工を行ったものである。

本発明は、曲り管が必要な配管、機械部品、電気部品など幅広い工業分野に利用することができる。

本発明装置の一形態（押し型をシューで構成した形態）を示す平面図であり、（ａ）は曲げ加工開始前、（ｂ）は曲げ加工終了後である。 本発明装置のもう一つの形態（押し型を押しローラで構成した形態）を示す平面図であり、（ａ）は曲げ加工開始前、（ｂ）は曲げ加工終了後である。

符号の説明

Ｗ パイプ（管）
１ 装置台
２ 曲げ型
２Ｕ 受け溝部
３ 押し型
３Ｕ 押し溝部
４ 加圧用アクチュエータ
５ 張力付加用アクチュエータ
６ チャック
７ 加圧用旋回アーム
８ 張力付加用旋回アーム
９ 押し点移動用ローラ
１０、１１、１２ 回転軸

Claims (5)

1. パイプを曲げ型に押し付けて該曲げ型の曲り形状に倣わせるパイプの曲げ加工装置において、前記曲げ型の曲り形状部に設けた受け溝部と、前記パイプの両端部を掴むチャックを張力付加用アクチュエータで付勢して該パイプに管軸方向張力を付加可能な一対の張力付加機構部と、該一対の張力付加機構部を個別に支持して曲げ角度に応じて略線対称に旋回可能な一対の張力付加用旋回アームと、押し溝部でパイプに接する押し型を加圧用アクチュエータで前記曲げ型に向けて付勢して前記パイプを管周方向に加圧可能な一対の加圧機構部と、該一対の加圧機構部を個別に支持して曲げ角度に応じて略線対称に旋回可能な一対の加圧用旋回アームとを有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。
2. 前記曲げ型の受け溝部の弧長と前記押し型の押し溝部の弧長の和は、曲げ加工前のパイプの周長よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のパイプの曲げ加工装置。
3. 前記チャックまたは前記張力付加用アクチュエータは前記張力付加用旋回アーム上での回転自在に支持されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパイプの曲げ加工装置。
4. 前記押し型が、レール状のシューからなり、該シューと前記加圧用アクチュエータとの間に、該加圧用アクチュエータで支持されて前記シューを押しながら該シューの長手方向に転がり移動する押し点移動用ローラを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。
5. 前記押し型が、押しローラからなり、該押しローラは前記加圧用アクチュエータで支持されて前記パイプを押しながら管軸方向に転がり移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパイプの曲げ加工装置。