JP5036356B2 - パイプの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイプの曲げ加工方法および装置に関し、とくに自動車用の足回りやボディの部材に適用される、高強度薄肉鋼管をプレス曲げによって曲げ加工するパイプの曲げ加工方法および装置に関する。

パイプのプレス曲げ加工は、パイプをその長さ方向の二つの支持点に当接させたパイプ支持子で支持し、該二つの支持点の間のパイプ部分をプレス曲げ金型で押し込むことによりパイプを曲げるものである（例えば非特許文献１参照）。パイプのプレス曲げ加工製品形状は、パイプの材料特性にばらつきがない場合、プレス曲げ金型の曲げ型形状と、押し込みのストローク量（すなわち最終押し込み量）によって決まる。なお、同じ曲げ型形状のプレス曲げ金型を用いる場合は、製品曲げ角度がストローク量によって決まる。
日本塑性加工学会編「チューブフォーミング」コロナ社、１９９２年１０月３０日、Ｐ３８−３９

しかし、パイプが高強度鋼管（引張強さが７８０ＭＰａ以上の鋼管）であると、同一のプレス曲げ金型を用いて同一のストローク量で曲げた後のパイプのスプリングバック量が、鋼管製造ロットの違いから生じる材料特性のばらつきによって比較的大きく変化し、目標曲げ角度を達成できない場合が多々ある。
その場合、従来では、製品曲げ角度が目標に達するまでストローク量を変えてプレス曲げ加工を何回か繰り返す試行錯誤的方法しか対応策がなく、そのため、製品歩留り、加工能率が向上しない課題があった。

本発明は、前記課題を解決し、パイプの材料特性にばらつきがあっても試行錯誤によらず同じ目標曲げ角度を達成できるパイプの曲げ加工方法を、該方法の実施に好適なパイプの曲げ加工装置とともに提供することを目的とする。

前記課題を解決した本発明は、次のとおりである。
１．高強度鋼管からなるパイプを素材としてプレス曲げ加工するにあたり、プレス曲げ金型の形状と素材パイプの強度およびサイズとをパラメータとして、押し込み途上のプレス荷重と、目標曲げ角度に適合したストローク量との、対応関係を与えるテーブルを用意しておき、プレス曲げ金型の押し込み途上でプレス荷重を測定し、前記テーブルを用いて、前記測定プレス荷重に応じてストローク量を修正することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。

２．パイプの長さ方向の二点を支持し、該二点間のパイプ部分をプレス曲げ金型で押し込むパイプのプレス曲げ加工装置において、プレス曲げ金型の押し込み途上のプレス荷重を測定する手段と、該測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段とを備え、前記測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段が、プレス曲げ金型の形状と素材パイプの強度およびサイズとをパラメータとして、押し込み途上のプレス荷重と、目標曲げ角度に適合したストローク量との、対応関係を与えるテーブルを用いて前記修正を行うものであることを特徴とするパイプのプレス曲げ加工装置。

本発明によれば、製造ロットの違いにより材料特性にばらつきがある複数の高強度鋼管を同じ目標曲げ角度にプレス曲げ加工する際に、試行錯誤によらず、各管に対し1回のプレス曲げ加工を行うだけで同じ目標曲げ角度を達成することができる。よって、目標曲げ角度の達成に試行錯誤を要した従来に比べ、製品歩留り、加工能率が向上する。

図１は、本発明の実施形態の１例を示すものである。加工開始前、パイプ１０は、その長さ方向の二点をパイプ支持子２で支持される。パイプ支持子２はコロあるいはシューなどで構成される。パイプ支持子２に支持される二点間の距離（支持点間距離Ｌ）のほぼ２等分点にあたるパイプ部分に、プレス曲げ金型（略して金型）１が当接する（図１（ａ））。金型１の曲げ型部のパイプ当接面は、長さ方向に曲率半径Ｒ₁の曲がり形状を有し、また幅方向にはパイプ径に適合したカリバ径Ｄを有する孔型内面と同じ曲がり形状を有する（図１（ｂ））。

加工が始まると金型１はシリンダ３により付勢されてパイプ１０を押し込んでいく。
従来は、ストローク量に初期設定値を与えて加工を開始し、押し込み途上で押し込み量がストローク量（初期設定値）に達した時にシリンダ３による付勢を停止して加工を終える。
これに対し、本発明では、ストローク量に初期設定値を与えて加工を開始し、押し込み途上でプレス荷重を測定し、該測定プレス荷重に応じてストローク量を初期設定値から修正値へと変更し、押し込み量がストローク量（修正値）に達した時にシリンダ３による付勢を停止して加工を終える。なお、曲げ角度は図１（ｃ）に示す角度θで定義される。パイプを金型から取り外すと、スプリングバックによってθは小さくなる。高強度のパイプだとこの変化量が大きく、目標曲げ角度を達成するためには曲げ加工直後のパイプを金型から取り外す前のθを目標曲げ角度より大きくする必要がある。プレス荷重の測定には例えば図１に示すロードセル４が好ましく用いうる。

前記ストローク量の修正を行うには、金型１の形状と素材（高強度鋼管からなるパイプ）の強度とをパラメータとして、押し込み途上のプレス荷重と、目標曲げ角度に適合したストローク量（目標曲げ角度のための金型最終ストローク）との、対応関係を与えるテーブルを用いるとよい。かかるテーブルの様式を表１に示す。

金型１の形状は、曲げ型部の半径Ｒ₁、カリバ径Ｄ、支持点間距離Ｌで表される。素材のサイズは鋼管の外径、肉厚で表される。素材の強度は鋼管の引張強度で表される。これらのパラメータごとに、表１に示されるようなテーブルを用意する。

このテーブル内のデータは、上記パラメータを種々変えたプレス曲げ加工実験、あるいはさらにＦＥＭ（有限要素法）等による計算、によって決定することができる。
例えば、目標曲げ角度がθ₃（度）で、押し込み途上の押し込み量がｘ₀（ｍｍ）のときの測定プレス荷重ｐ（ｔｏｎｆ）が、テーブル内のｐ₃とｐ₄の間の値であった場合、ｘ₃₃（ｍｍ）とｘ₃₄（ｍｍ）の間の値を補間法（線形補間法もしくは非線形補間法）により求めてストローク量の修正値とする。なお、加工精度に問題がなければ、補間法によらず、測定プレス荷重ｐ（ｔｏｎｆ）に近い方のテーブル内荷重値（例えばｐ₃（ｔｏｎｆ））に対応するテーブル内ストローク量（例えばｘ₃₃（ｍｍ））をストローク量の修正値としてもよい。

本発明方法を効率よく実施するには、例えば図２に示すようなプレス曲げ加工装置を用いるのが好ましい。この装置は、図１にも示されたロードセル４（金型１の押し込み途上のプレス荷重を測定する手段）に加え、ストローク制御手段５（測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段）を備えている。
ストローク制御手段５には、例えば表1に示したようなテーブルが格納されており、かつ、押し込み量ｘ₀（ｍｍ）のときのロードセル４による測定プレス荷重ｐ（ｔｏｎｆ）から、前記格納されているテーブルを用いてストローク量の修正値を算出し、シリンダ３のストローク量を初期設定値から、前記算出した修正値に変更する機能が搭載されている。このようなストローク制御手段５は、通常の自動制御技術により容易に構成しうる。

外径５０．０ｍｍ、肉厚２．０ｍｍの９８０ＭＰａ級鋼管（引張強さ＝９８０〜１１８０ＭＰａ）の様々なロットのものを素材とし、図１に示したプレス曲げ加工装置を用いて、プレス曲げを行った。ここでの目標曲げ角度は１８度〜３２度の範囲内の種々の角度（許容範囲は±１．５％以内）である。装置のパラメータは、曲げ型部の半径Ｒ₁＝１０００ｍｍ、カリバ径Ｄ＝５０．０ｍｍ、支持点間距離Ｌ＝１０００ｍｍである。なお、ストローク量の初期設定値は１００ｍｍとした。

本発明の実施例として、表２に示すテーブルを用意し、該テーブルを用いて、金型１の押し込み途上の押し込み量が３５ｍｍのときのロードセル４での測定プレス荷重から、目標曲げ角度に適合するストローク量（目標曲げ角度のための金型最終ストローク）の修正値を線形補間法で求め、ストローク量を初期設定値から前記修正値に変更した。ここで、表２のテーブル内のデータは、押し込み量が３５ｍｍのときの測定プレス荷重が３．７５ｔｏｎｆに対応するデータ（各目標曲げ角度に適合したストローク量のデータ）を実験で決定し、他の測定プレス荷重に対応するデータはＦＥＭにより計算して決定した。その結果、製品曲げ角度はいずれも目標曲げ角度の許容範囲内に収まった。

なお、従来は、ストローク量を初期設定値のままとして最後まで押し込んでいたので、素材のロットが変わるたびに目標曲げ角度に適合するストローク量を探し出すために少なくとも２本のダミーパイプを用いて予備のプレス曲げ加工を行う方法がとられていた。実施例と同じ素材条件下および装置条件下で、前記従来の方法に従ってプレス曲げした場合を想定して推定計算した製品歩留りの従来例Ａ₀および加工所要時間の従来例Ｂ₀に対し、実施例の製品歩留りは１．２×Ａ₀、加工所要時間は０．９×Ｂ₀であった。

本発明の実施形態の１例を示す図であり、（ａ）はプレス曲げ加工開始時の概略側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）はプレス曲げ加工終了時の概略側面図である。 本発明の方法の実施に好適なプレス曲げ加工装置の１例を示す概略側面図である。

符号の説明

１ プレス曲げ金型（略して金型）
２ パイプ支持子
３ シリンダ
４ ロードセル（プレス曲げ金型の押し込み途上のプレス荷重を測定する手段）
５ ストローク制御手段（測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段）
１０ パイプ

Claims (2)

1. 高強度鋼管からなるパイプを素材としてプレス曲げ加工するにあたり、プレス曲げ金型の形状と素材パイプの強度およびサイズとをパラメータとして、押し込み途上のプレス荷重と、目標曲げ角度に適合したストローク量との、対応関係を与えるテーブルを用意しておき、プレス曲げ金型の押し込み途上でプレス荷重を測定し、前記テーブルを用いて、前記測定プレス荷重に応じてストローク量を修正することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
2. パイプの長さ方向の二点を支持し、該二点間のパイプ部分をプレス曲げ金型で押し込むパイプのプレス曲げ加工装置において、プレス曲げ金型の押し込み途上のプレス荷重を測定する手段と、該測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段とを備え、前記測定プレス荷重に応じてストローク量を修正する手段が、プレス曲げ金型の形状と素材パイプの強度およびサイズとをパラメータとして、押し込み途上のプレス荷重と、目標曲げ角度に適合したストローク量との、対応関係を与えるテーブルを用いて前記修正を行うものであることを特徴とするパイプのプレス曲げ加工装置。

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