JP5237619B2 - 鋼管の曲げ加工装置及びそれを用いての鋼管の曲げ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば輸送機器や建築物等に使用される鋼管の曲げ加工装置及びそれを用いての鋼管の曲げ加工方法に関するものである。

一般的に鋼管の曲げ加工を行う方法として、鋼管内に芯金を設置した状態で曲げ型とクランプとで鋼管を挟持した後に、曲げ型の周方向に沿ってクランプを移動させつつ曲げ型を回転させることで鋼管の曲げ加工を行う回転引き曲げ加工方法が挙げられる。そして、この曲げ加工を行う場合、加工部の内側にしわが生じる問題や、鋼管が偏平してしまう（楕円状に変形してしまう）問題がある。具体的には、曲げ半径Ｒと外径Ｄとの比（Ｒ／Ｄ）が２以下であるような比較的小さな曲げ半径で薄肉鋼管を加工する場合に曲げ内側にしわを生じやすくなる。これは、鋼管の薄肉化により材料供給がしにくくなる点と、曲げ半径が小さくなることで曲げ内側の圧縮応力が大きくなる点から、曲げ変形が不連続になりやすく、しわが発生しやすくなるためである。また、薄肉の鋼管の場合、剛性が厚肉鋼管よりも低いため偏平しやすくなる。

これらの問題を解決するために、下記の特許文献１では、図６に示す曲げ加工治具により、前述の問題の解決を図っている。すなわち、曲げ加工を行う鋼管１の両端に、水圧調整弁９０とエアー抜き９１の機能を持ち合わせた封止栓９２を取り付け、鋼管１内に非圧縮性流体を直接圧入して３本ロールにより曲げ加工を行うことで、前述の問題の解決を図っている。

また、特許文献２では、曲げ型と締め型により鋼管を挟持し、鋼管の両端部に栓手段を取り付けた後に鋼管内に液体を注入し、加圧した状態で曲げ加工を行うことで、前述の問題の解決を図っている。

さらに、特許文献３では、可撓性を有する連結部材の両端に遮断部材を取り付けた治具を準備し、曲げ型と締め型により鋼管を挟持するとともに前述の治具を鋼管内に装入し、前記遮断部材間に液体を注入し、加圧した状態で曲げ加工を行うことで、前述の問題の解決を図っている。

特開平９−３８７２６号公報 特開２００２−２５４１１２号公報 特開平１０−５８０５１号公報

ところで、上記特許文献１に記載された方法では、封止栓９２は、例えばボルト固定又は溶接等によって、鋼管１の両端に固定されている。
また、特許文献２の方法では、ボルトの先端に取り付けられたプレートと栓手段とで、シール用ゴムを挟持するように構成している。そして、栓手段の外側でボルトに螺合されたナットを締め付けることで、シール用ゴムを軸方向に圧縮することで径方向に拡張させ、このシール用ゴムが管の内周部に密着することで、栓手段を管に固定している。
すなわち、上記のような特許文献１，２の方法では、ボルト固定等により封止栓を固定しているので、封止栓の固定が煩雑であり、封止栓の脱着に時間を要し、生産性が悪くなるという問題がある。

また、上記のような特許文献３の方法では、複雑な治具を用いるので、例えば曲げ部と治具挿入部との位置関係の調整や、管に対する治具の脱着等、治具の取り扱いが煩雑となり、生産性が悪くなるという問題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、封止栓の取り扱いを簡単にでき、生産効率を向上できる鋼管の曲げ加工装置及びそれを用いての鋼管の曲げ加工方法を提供することである。

本発明に係る鋼管の曲げ加工装置は、曲げ加工が行われる鋼管の一端に挿入された第１突部、前記第１突部の外周に設けられた第１シール部材、及び前記第１突部と一体に設けられた第１フランジ部から構成された第１フランジ型封止栓と、前記鋼管の他端に挿入された第２突部、前記第２突部の外周に設けられた第２シール部材、及び前記第２突部と一体に設けられた第２フランジ部から構成された第２フランジ型封止栓と、前記第１フランジ型封止栓及び前記第２フランジ型封止栓のいずれか一方に設けられ、前記鋼管内に非圧縮性流体を圧入するための流体供給口と、前記第１フランジ型封止栓及び前記第２フランジ型封止栓のいずれか一方に前記流体供給口とは独立して設けられ、前記鋼管内に前記非圧縮性流体を圧入する際に前記鋼管内から空気を抜く為のエアー排出口と、前記鋼管を挟持するとともに前記鋼管の曲げ加工を行う曲げ型及びクランプと、前記曲げ型及び前記クランプに設けられ前記第１フランジ型封止栓の前記第１フランジ部が嵌合される溝と、前記第２フランジ型封止栓の前記第２フランジ部を前記鋼管の軸方向に押圧する軸押体とを備え、前記曲げ型及び前記クランプによって前記鋼管が挟持された後に、前記クランプが前記曲げ型の周方向に移動しつつ、前記曲げ型が回転することで、前記鋼管の曲げ加工が行われる。

また、本発明に掛かる鋼管の曲げ加工方法は、曲げ加工が行われる鋼管の一端に挿入された第１突部、前記第１突部の外周に設けられた第１シール部材、及び前記第１突部と一体に設けられた第１フランジ部から構成された第１フランジ型封止栓と、前記鋼管の他端に挿入された第２突部、前記第２突部の外周に設けられた第２シール部材、及び前記第２突部と一体に設けられた第２フランジ部から構成された第２フランジ型封止栓と、前記第１フランジ型封止栓及び前記第２フランジ型封止栓のいずれか一方に設けられ、前記鋼管内に非圧縮性流体を圧入するための流体供給口と、前記第１フランジ型封止栓及び前記第２フランジ型封止栓のいずれか一方に前記流体供給口とは独立して設けられ、前記鋼管内に前記非圧縮性流体を圧入する際に前記鋼管内から空気を抜く為のエアー排出口と、前記鋼管を挟持するとともに前記鋼管の曲げ加工を行う曲げ型及びクランプと、前記曲げ型及び前記クランプに設けられ前記第１フランジ型封止栓の前記第１フランジ部が嵌合される溝と、前記第２フランジ型封止栓の前記第２フランジ部を前記鋼管の軸方向に押圧する軸押体と備える鋼管の曲げ加工装置を用いての鋼管の曲げ加工方法であって、前記鋼管の端部に前記第１フランジ型封止栓及び第２フランジ型封止栓を挿入する工程と、前記溝に前記第１フランジ型封止栓の第１フランジ部を嵌合しつつ前記曲げ型及び前記クランプで前記鋼管を挟持するとともに、前記軸押体にて前記第２フランジ型封止栓の第２フランジ部を押圧する工程と、前記溝に前記第１フランジ部を嵌合するとともに前記軸押体にて前記第２フランジ部を押圧している状態で、前記エアー排出口から前記鋼管内の空気を抜きつつ前記流体供給口から前記鋼管内に前記非圧縮性流体を圧入する工程と、前記非圧縮性流体を圧入した後に、前記軸押体にて前記第２フランジ部を押圧しつつ、前記曲げ型及び前記クランプにて前記鋼管の曲げ加工を行う工程とを含み、前記鋼管の前記曲げ加工は、前記曲げ型及び前記クランプによって前記鋼管が挟持された後に、前記クランプが前記曲げ型の周方向に移動しつつ、前記曲げ型が回転することで行われる。

本発明の鋼管の曲げ加工装置及びそれを用いての鋼管の曲げ加工方法によれば、前記曲げ型及び前記クランプに設けられ溝に前記第１フランジ型封止栓の前記第１フランジ部を嵌合するとともに、前記第２フランジ型封止栓の前記第２フランジ部を前記鋼管の軸方向に前記軸押体で押圧する構成であるので、ボルト固定等に比べて、各封止栓の鋼管に対する脱着を簡単に短時間で行うことができる。また、曲げ加工時における封止能力が高いため、鋼管内に非圧縮性流体を高水圧で加えることが可能となり、外径や板厚の大きい鋼管でも曲げ加工が可能となる（鋼管寸法に応じた加工範囲が広くなる）。すなわち、封止栓の取り扱いを簡単にでき、生産効率を向上できる。
また、曲げ型及びクランプによる鋼管の挟持の工程と、軸押体で鋼管を押圧する工程とを実施することで、各封止栓の鋼管に対する位置固定の工程を実施できるので、各封止栓を固定するためだけの工程を省略でき、工程数の削減により生産効率を向上できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の鋼管の曲げ加工装置を示す構成図であり、図２は図１の曲げ加工治具２０を示す構成図であり、図３は図２の第１シール部材２２ｂを拡大して示す断面図である。なお、従来構造と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。図１において、曲げ加工装置は、鋼管１に装着された曲げ加工治具２０、曲げ型３０、クランプ４０、軸押体５０、サイドブースタ６０、及びワイパ７０から構成されている。

図２に示すように、曲げ加工治具２０は、第１フランジ型封止栓２２、第２フランジ型封止栓２３、流体供給口２４、及びエアー排出口２５から構成されている。前記第１及び第２フランジ型封止栓２２，２３は、前記鋼管１の一端１ａ及び他端１ｂに取り付けられており、鋼管１の一端１ａ及び他端１ｂを封止するものである。

具体的には、前記第１フランジ型封止栓２２は、前記鋼管１の一端１ａに挿入された円柱状の第１突部２２ａ、前記第１突部２２ａの外周に設けられた第１シール部材２２ｂ、及び前記第１突部２２ａと一体に設けられた第１フランジ部２２ｃから構成されている。同様に、第２フランジ型封止栓２３は、前記鋼管１の他端１ｂに挿入された円柱状の第２突部２３ａ、前記第２突部２３ａの外周に設けられた第２シール部材２３ｂ、及び前記第２突部２３ａと一体に設けられた第２フランジ部２３ｃから構成されている。前記第１及び第２突部２２ａ，２３ａと、第１及び第２フランジ部２２ｃ，２３ｃとは、例えばステンレス鋼等の高水圧に耐えられる金属が断面略Ｔ字状に形成されたものである。

図３に示すように、第１シール部材２２ｂは、Ｏリング２７と一対のバックアップリング２８とによって構成されている。これらＯリング２７とバックアップリング２８とは、前記鋼管１の内周面に直接密着されている。この実施の形態では、Ｏリング２７として、前記鋼管１の一端１ａに前記第１突部２２ａが挿入された際のつぶし率が３０％となるものが採用されている。なお、図に示す２／３Ｈは、つぶし率が３０％であることを示しており、つぶれた後のＯリング２７の高さが、つぶれる前の高さの２／３であることを示している。前記バックアップリング２８は、前記鋼管１内が高圧になったとしても、前記Ｏリング２７が隙間４に入らないようにするためのものであり、前記一端１ａの封止をより確実にする為のものである。前記第２シール部材２３ｂも、この第１シール部材２２ｂと同様に構成されている。

図２に戻り、前記流体供給口２４は、前記第１フランジ型封止栓２２に設けられており、各封止栓２２，２３が前記鋼管１に固定された後に、水や油等の非圧縮性流体３を前記鋼管１内に直接圧入するためのものである。また、前記エアー排出口２５は、前記流体供給口２４とは独立して前記第１フランジ型封止栓２２に設けられており、前記流体供給口２４から前記鋼管１内に前記非圧縮性流体３が圧入された際に、前記鋼管１内から空気を抜く為のものである。

図１に戻り、曲げ型３０及びクランプ４０は、鋼管１を挟持するものであり、鋼管１の曲げ加工を行うものである。具体的には、曲げ型３０及びクランプ４０によって鋼管１が挟持された後に、クランプ４０が曲げ型３０の周方向３０Ａに移動しつつ、曲げ型３０が回転することで、鋼管１の曲げ加工が行われる。

この曲げ型３０及びクランプ４０には、鋼管１を挟持した際に前記第１フランジ部２２ｃが嵌合される溝３０ａ，４０ａが設けられている。軸押体５０は、前記第２フランジ部２３ｃを鋼管１の軸方向１Ａに押圧するものである。これら溝３０ａ，４０ａと軸押体５０とは、前記鋼管１の両端１ａ，１ｂにおいて各封止栓２２，２３の位置を固定する為のものである。

また、軸押体５０は、第２フランジ部２３ｃを押圧することで鋼管１に軸方向１Ａの荷重を加え、曲げ加工の際の曲げ外側の板厚減少を抑制する。サイドブースタ６０は軸押体５０と同様に曲げ外側の板厚減少を抑制し、ワイパ７０は曲げ内側のしわを抑制する。

次に、図１の鋼管の曲げ加工装置を用いての鋼管の曲げ加工方法について説明する。まず、曲げ加工が行われる鋼管１の端部１ａ，１ｂに第１及び第２フランジ型封止栓２２，２３を挿入する。その次に、前記第１フランジ型封止栓２２の第１フランジ部２２ｃを前記溝３０ａ，４０ａに嵌合させつつ前記曲げ型３０及び前記クランプ４０で前記鋼管１を挟持するとともに、前記軸押体５０にて前記第２フランジ部２３ｃを押圧する。すなわち、各封止栓２２，２３の鋼管１に対する固定工程と、曲げ加工の準備工程とを同時に実施する。

その次に、各封止栓２２，２３の位置が固定された状態で、前記エアー排出口２５から前記鋼管１内の空気を抜きつつ、前記流体供給口２４から前記鋼管１内に前記非圧縮性流体３を供給し、前記空気が無くなったら前記エアー排出口２５を締めて、所定圧力となるまで非圧縮性流体３を圧入する。これによって、内側から鋼管１に圧力を加える。その次に、前記軸押体５０にて前記第２フランジ部２３ｃを前記鋼管１の軸方向１Ａに押圧することで鋼管１に軸方向１Ａの荷重を加えつつ、前記曲げ型３０及び前記クランプ４０にて前記鋼管１の曲げ加工を行う。これによって、曲げ内側のしわ及曲げ加工部の偏平を防ぐ。

次に、具体的な実験例を示す。まず、鋼管１として、下記の表１に示す寸法及び機械的性質のオーステナイト系ＳＵＳ鋼管を用いた。この鋼管１を用いて、鋼管１内の圧力の条件を変えつつ鋼管１の扁平率及びしわの有無を調べた。その結果を下記の表２に示す。なお、曲げ型の曲げ半径:８０ｍｍ（Ｒ（曲げ半径）/Ｄ（外径）＝２．１）、曲げ角度:９０°とした。また、偏平率δは、図４に示すように、長径をＤｍａｘ、短径をＤｍｉｎ、素管外径をＤとして下記の式（１）で求めた。さらに、比較例として、一般的な曲げ加工装置に使用されている芯金８０を用いた場合（図５参照）の扁平率も表２に示している。
扁平率δ（％）＝｛（Ｄｍａｘ−Ｄｍｉｎ）／Ｄ｝×１００ （１）

一般的な芯金８０を使用しての加工（比較例）では偏平率が３．８％であるのに対して、鋼管１内の圧力を５ＭＰａとした場合（実験例１）では扁平率が１６％となり、しわも発生した。この結果からｔ／Ｄが小さい薄肉鋼管においては、実験例１の圧力では不十分であることが分かる。なお、薄肉の鋼管とは、肉厚ｔ対外径Ｄの比（ｔ×Ｄ）×１００が３％以下のものとする。その次に、圧力を１０ＭＰａとした場合（実験例２）では、扁平率が６％となり実験例１よりも改善されたが、やはり芯金８０を使用した場合よりも偏平してしまった。このため、圧力を増やし１５ＭＰａとした場合（実験例３）、扁平率が２％となり芯金８０を使用した場合よりも偏平を抑えることができた。また、芯金８０を使用した場合には、曲げ内側にしわ模様ができていたが、この実験例２及び３の条件ではしわ模様の発生も解消できた。

なお、実施の形態１では、流体供給口２４及びエアー排出口２５は、第１フランジ型封止栓２２に設けられると説明したが、第２フランジ型封止栓に設けられてもよい。また、例えば、流体供給口が第１フランジ型封止栓に設けられるとともに、エアー排出口が第２フランジ型封止栓設けられる等、流体供給口及びエアー排出口が各フランジ型封止栓に分かれて設けられてもよい。

本発明の鋼管の曲げ加工装置を示す構成図である。 図１の曲げ加工治具を示す構成図である。 図２の第１シール部材を拡大して示す断面図である。 図１の鋼管の偏平状態を示す説明図である。 比較対象となる一般的な鋼管の曲げ加工装置を示す構成図である。 従来の曲げ加工治具を示す構成図である。

符号の説明

１ 鋼管、３ 非圧縮性流体、２２ 第１フランジ型封止栓、２２ａ 第１突部、２２ｂ 第１シール部材、２２ｃ 第１フランジ部、２３ 第２フランジ型封止栓、２３ａ 第２突部、２３ｂ シール部材、２３ｃ 第２フランジ部、２４ 流体供給口、２５ エアー排出口、３０ 曲げ型、４０ クランプ、３０ａ，４０ａ 溝、５０ 軸押体。

Claims (2)

1. 曲げ加工が行われる鋼管（１）の一端（１ａ）に挿入された第１突部（２２ａ）、前記第１突部（２２ａ）の外周に設けられた第１シール部材（２２ｂ）、及び前記第１突部（２２ａ）と一体に設けられた第１フランジ部（２２ｃ）から構成された第１フランジ型封止栓（２２）と、
   前記鋼管（１）の他端（１ｂ）に挿入された第２突部（２３ａ）、前記第２突部（２３ａ）の外周に設けられた第２シール部材（２３ｂ）、及び前記第２突部（２３ａ）と一体に設けられた第２フランジ部（２３ｃ）から構成された第２フランジ型封止栓（２３）と、
   前記第１フランジ型封止栓（２２）及び前記第２フランジ型封止栓（２３）のいずれか一方に設けられ、前記鋼管（１）内に非圧縮性流体（３）を圧入するための流体供給口（２４）と、
   前記第１フランジ型封止栓（２２）及び前記第２フランジ型封止栓（２３）のいずれか一方に前記流体供給口（２４）とは独立して設けられ、前記鋼管（１）内に前記非圧縮性流体（３）を圧入する際に前記鋼管（１）内から空気を抜く為のエアー排出口（２５）と、
   前記鋼管（１）を挟持するとともに前記鋼管（１）の曲げ加工を行う曲げ型（３０）及びクランプ（４０）と、
   前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）に設けられ前記第１フランジ型封止栓（２２）の前記第１フランジ部（２２ｃ）が嵌合される溝（３０ａ，４０ａ）と、
   前記第２フランジ型封止栓（２３）の前記第２フランジ部（２３ｃ）を前記鋼管（１）の軸方向（１Ａ）に押圧する軸押体（５０）と
   を備え、
   前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）によって前記鋼管（１）が挟持された後に、前記クランプ（４０）が前記曲げ型（３０）の周方向（３０Ａ）に移動しつつ、前記曲げ型（３０）が回転することで、前記鋼管（１）の曲げ加工が行われる
   ことを特徴とする鋼管の曲げ加工装置。
2. 曲げ加工が行われる鋼管（１）の一端（１ａ）に挿入された第１突部（２２ａ）、前記第１突部（２２ａ）の外周に設けられた第１シール部材（２２ｂ）、及び前記第１突部（２２ａ）と一体に設けられた第１フランジ部（２２ｃ）から構成された第１フランジ型封止栓（２２）と、
   前記鋼管（１）の他端（１ｂ）に挿入された第２突部（２３ａ）、前記第２突部（２３ａ）の外周に設けられた第２シール部材（２３ｂ）、及び前記第２突部（２３ａ）と一体に設けられた第２フランジ部（２３ｃ）から構成された第２フランジ型封止栓（２３）と、
   前記第１フランジ型封止栓（２２）及び前記第２フランジ型封止栓（２３）のいずれか一方に設けられ、前記鋼管（１）内に非圧縮性流体（３）を圧入するための流体供給口（２４）と、
   前記第１フランジ型封止栓（２２）及び前記第２フランジ型封止栓（２３）のいずれか一方に前記流体供給口（２４）とは独立して設けられ、前記鋼管（１）内に前記非圧縮性流体（３）を圧入する際に前記鋼管（１）内から空気を抜く為のエアー排出口（２５）と、
   前記鋼管（１）を挟持するとともに前記鋼管（１）の曲げ加工を行う曲げ型（３０）及びクランプ（４０）と、
   前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）に設けられ前記第１フランジ型封止栓（２２）の前記第１フランジ部（２２ｃ）が嵌合される溝（３０ａ，４０ａ）と、
   前記第２フランジ型封止栓（２３）の前記第２フランジ部（２３ｃ）を前記鋼管（１）の軸方向（１Ａ）に押圧する軸押体（５０）と備える鋼管の曲げ加工装置を用いての鋼管の曲げ加工方法であって、
   前記鋼管（１）の端部（１ａ，１ｂ）に前記第１フランジ型封止栓（２２）及び第２フランジ型封止栓（２３）を挿入する工程と、
   前記溝（３０ａ，４０ａ）に前記第１フランジ型封止栓（２２）の第１フランジ部（２２ｃ）を嵌合しつつ前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）で前記鋼管（１）を挟持するとともに、前記軸押体（５０）にて前記第２フランジ型封止栓（２３）の第２フランジ部（２３ｃ）を押圧する工程と、
   前記溝（３０ａ，４０ａ）に前記第１フランジ部（２２ｃ）を嵌合するとともに前記軸押体（５０）にて前記第２フランジ部（２３ｃ）を押圧している状態で、前記エアー排出口（２５）から前記鋼管（１）内の空気を抜きつつ、前記流体供給口（２４）から前記鋼管（１）内に前記非圧縮性流体（３）を圧入する工程と、
   前記非圧縮性流体（３）を圧入した後に、前記軸押体（５０）にて前記第２フランジ部（２３ｃ）を押圧しつつ、前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）にて前記鋼管（１）の曲げ加工を行う工程と
   を含み、
   前記鋼管（１）の前記曲げ加工は、前記曲げ型（３０）及び前記クランプ（４０）によって前記鋼管（１）が挟持された後に、前記クランプ（４０）が前記曲げ型（３０）の周方向（３０Ａ）に移動しつつ、前記曲げ型（３０）が回転することで行われる
   ことを特徴とする鋼管の曲げ加工方法。

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