JP5631438B2

JP5631438B2 - パイプ曲げ加工装置及び方法

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Publication number: JP5631438B2
Application number: JP2013093075A
Authority: JP
Inventors: 三浦　正美; 正美三浦; 河野　隆之; 隆之河野; 中濱　剛; 剛中濱; 中馬　康晴; 康晴中馬; 川島　扶美子; 扶美子川島; 後藤　弘樹; 弘樹後藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2013144320A

Description

本発明は、パイプに対して曲げ加工を施すパイプ曲げ加工装置及び方法に関するものである。

貫流ボイラでは、多数の伝熱チューブを主に縦方向に沿って配置することで、火炉の水冷壁を構成しており、給水ポンプによりこの火炉水冷壁の各伝熱チューブに給水すると共に、バーナによりこの伝熱チューブを介して内部の水を加熱することで蒸気を生成し、この蒸気を、例えば、蒸気タービンへ送って駆動するようにしている。

このような貫流ボイラでは、火炉水冷壁を構成する多数の伝熱チューブの下端部を管寄せ部にて水ドラムに連結しており、給水ポンプによりこの水ドラムに給水することで、この水ドラム内の水が各伝熱チューブに供給されるようになっている。そのため、伝熱チューブの下部にベンド部を形成する必要がある。

パイプに対して曲げ加工を施す技術としては、例えば、下記特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１に記載された金属パイプの曲げ加工法及びその装置は、パイプの後端部をピストンにより支持させると共に、チャック機構を具備する捻り装置により拘着され、先端部を所定の半径を維持して回転するアームの誘導金具に把持させ、ピストンの押圧力と誘導金具の背圧に伴う圧縮力とによるパイプ軸方向への塑性変形と併行して、捻り力を付与して曲げ加工するものである。

また、特許文献２に記載されたパイプ曲げ加工機は、金属管の被加熱管壁領域を加熱した後、外形輪郭に曲げ部の曲げ半径と同じ曲げ半径を備える曲げ型を金属管に押圧しつつ、この金属管を曲げるようにしたものである。この装置では、油圧シリンダ装置でクランブ機構を押動し、保持されたパイプをガイド曲げ管に押し込んでパイプに曲げ加工を施す際、パイプにねじりを与えることにより管肉厚の増減の抑制している。

特開昭５８−６８４３０号公報特開平０７−０５１７５２号公報

ところが、特許文献１の金属パイプの曲げ加工法及びその装置にあっては、ねじり力の付与は、多軸応力による塑性変形の容易化を目的としたものであり、結果として減肉率の減少に成功しているものの、具体的にどの程度のねじり量を与えれば良いかについては開示がない。また、上述した特許文献２のパイプ曲げ加工機にあっても、回転量（ねじり量）は３６０°以内が適当。スクリュー軸の長さおよびらせん溝のねじれ角度等は、ワークの材質、曲げ代および回転角に応じ適宜設定されるとの記載があるのみで、適切なねじり量の決定方法には何ら開示がない。

本発明は上述した課題を解決するものであり、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制可能としたパイプ曲げ加工装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のパイプ曲げ加工装置は、パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、前記パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを具えたパイプ曲げ加工装置において、前記パイプ曲げ手段による曲げ応力の付与と前記パイプねじり手段によるねじり応力の付与を交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにすることを特徴とするものである。

本発明のパイプ曲げ加工装置は、パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、前記パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを具えたパイプ曲げ加工装置において、前記パイプねじり手段による前記パイプのねじり角度を、前記パイプのねじり方向における長さが前記パイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにすることを特徴とするものである。

本発明のパイプ曲げ加工方法は、パイプにねじり応力を付与する処理と、前記パイプに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０となるよう前記パイプに曲げ加工を施すことを特徴とするものである。

本発明のパイプ曲げ加工方法は、パイプにねじり応力を付与する処理と、前記パイプに曲げ応力を付与する処理とを行い、前記パイプのねじり角度を、前記パイプのねじり方向における長さが前記パイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるよう前記パイプに曲げ加工を施すことを特徴とするものである。

本発明のパイプ曲げ加工装置によれば、パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを設け、パイプ曲げ手段による曲げ応力の付与とパイプねじり手段によるねじり応力の付与を交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにするので、従来の加工装置で加工するよりも、応力集中によるクリープ損傷を起こり難くすることができ、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制することができる。

本発明のパイプ曲げ加工装置によれば、パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、前記パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを具えたパイプ曲げ加工装置において、前記パイプねじり手段による前記パイプのねじり角度を、前記パイプのねじり方向における長さが前記パイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにするので、従来の加工装置で加工するよりも、応力集中によるクリープ損傷を起こり難くすることができ、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制することができる。

本発明のパイプ曲げ加工方法によれば、パイプにねじり応力を付与する処理と、パイプに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０となるようパイプに曲げ加工を施すようにするので、従来の加工方法で加工するよりも、応力集中によるクリープ損傷を起こり難くすることができ、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制することができる。

本発明のパイプ曲げ加工方法によれば、パイプにねじり応力を付与する処理と、パイプに曲げ応力を付与する処理とを行い、パイプのねじり角度を、パイプのねじり方向における長さがパイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるよう前記パイプに曲げ加工を施すので、従来の加工方法で加工するよりも、応力集中によるクリープ損傷を起こり難くすることができ、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制することができる。

図１は、本発明の実施例１に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図２は、実施例１のパイプ曲げ加工装置の作動状態を表す概略図である。図３は、実施例１のパイプ曲げ加工装置による曲げ加工方法の原理を表す概略図である。図４は、実施例１のパイプ曲げ加工装置による曲げ加工方法の手順を表すフローチャートである。図５は、実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法によるねじり角度に対する扁平率を表すグラフである。図６は、実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法によるねじり角度に対する減肉率を表すグラフである。図７は、本発明の実施例２に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図８は、本発明の実施例３に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図９は、本発明の実施例４に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図１０は、本発明の実施例５に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図１１は、本発明の実施例６に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図１２は、本発明の実施例７に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。図１３は、図１２のXIII−XIII断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るパイプ曲げ加工装置及び方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図、図２は、実施例１のパイプ曲げ加工装置の作動状態を表す概略図、図３は、実施例１のパイプ曲げ加工装置による曲げ加工方法の原理を表す概略図、図４は、実施例１のパイプ曲げ加工装置による曲げ加工方法の手順を表すフローチャート、図５は、実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法によるねじり角度に対する扁平率を表すグラフ、図６は、実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法によるねじり角度に対する減肉率を表すグラフである。

実施例１のパイプ曲げ加工装置において、図１に示すように、第１架台１１には、油圧シリンダ１２が設置されており、この油圧シリンダ１２の出力ロッド１３には、パイプＰの基端部を押圧可能な支持基板１４が連結されている。第２架台１５には、上述した油圧シリンダ１２の前方側に位置して、取付ブラケット１６を介して回動アーム１７が支持軸１８により回動自在に支持されている。この回動アーム１７は、中央部にパイプＰの先端部を保持する第１保持機構（第１拘束手段）１９が装着されている。また、第２架台１５には、パイプＰの外周を支持する一対のガイド部材２０ａ，２０ｂからなる金型２０が設けられており、このガイド部材２０ａ，２０ｂはそれぞれ対向する面に半円状をなすガイド面が形成されている。

本実施例では、この回動アーム１７がパイプＰの先端部を保持してパイプＰを所定の曲げ方向にガイドする本発明のガイド手段として機能し、油圧シリンダ１２がパイプＰを軸方向に移動する本発明のパイプ移動手段として機能する。また、この油圧シリンダ１２及び回動アーム１７が、パイプＰの端部を保持して外部から曲げ応力を付与する本発明のパイプ曲げ手段として機能する。

第１架台１１と第２架台１５との間に位置する第３架台２１には、従動歯車２２が図示しない軸受により回転自在に支持されており、第３架台２１に設置された駆動装置２３の駆動歯車２４がこの従動歯車２２に噛み合っている。そして、従動歯車２２は、中央部にパイプＰの外周部を保持する第２保持機構（第２拘束手段）２５が装着されている。本実施例では、この従動歯車２２と駆動装置２３と駆動歯車２４が、パイプＰに外部からねじり応力を付与する本発明のパイプねじり手段として機能する。

本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法は、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、このパイプＰに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すものである。そのため、上述したように、回動アーム１７は第１保持機構１９を有し、従動歯車２２は第２保持機構２５を有しており、回動アーム１７の第１保持機構１９は、常時、パイプＰを保持しているが、従動歯車２２の第２保持機構２５は、パイプＰのねじり加工時に、パイプＰを拘束してねじり応力を付与するものの、パイプＰの曲げ加工時には、パイプＰの拘束を解除するようにしている。

即ち、断面が真円形状をなすパイプＰに対して曲げ加工を施すと、パイプＰの曲げ内側では圧縮により肉厚が厚くなり、曲げ外側では引張により肉厚が薄くなる。また、このとき、パイプＰが扁平形状となる。そこで、本実施例では、パイプＰに対してねじりと曲げを交互に付与することで、パイプＰにおける肉厚の変化を吸収するようにしている。

また、本実施例にて、パイプＰのねじり角度（量）は、曲げ加工部での減肉率がほぼ０になるように設定、つまり、計算処理される。具体的には、このパイプＰのねじり角度は、パイプ径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定される。

ここで、実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法によるねじり角度に対する扁平率、並びにねじり角度に対する減肉率について説明する。図５に示すように、ねじり角度が０度であるときには、パイプの扁平率が大きいが、本実施例のように、ねじり角度を所定角度まで確保すると、パイプの扁平率が低下していくことがわかる。また、図６に示すように、ねじりを加えずに曲げ加工を行う場合、即ち、ねじり角度が０度であるときには、パイプの減肉率が小さいが、本実施例のように、パイプにねじりを加えていくと、パイプの減肉率が上昇し、あるねじり角度にて減肉率が０になることがわかる。

なお、ここで、扁平率と減肉率は、下記数式により求められたものである。
扁平率＝（曲げ加工後のパイプの長径−曲げ加工後のパイプの短径）／曲げ加工前のパイプ径
減肉率＝（曲げ加工後のパイプの外側肉厚−曲げ加工前のパイプの肉厚）／曲げ加工前のパイプの肉厚
更に、ここで、減肉率がほぼ０というのは、−１％＜減肉率＜１％の状態を指す。減肉率がこの程度の値であれば、実質的に他の部分と区別する必要がなくなる。

なお、ねじり角に設定にかかるパイプ径は、パイプの内径、外径のいずれか一方又は両方を用いる。通常、パイプは規格品を用いるので、内径もしくは外径のいずれか一方が定まればもう一方も決定される。パイプが通常の規格品でない等の場合には内径、外径の両方を用いることで、より精度良く減肉率が０となるねじり角を決定することができる。

図３に示すように、パイプＰに曲げ加工を施すとき、パイプＰのねじり角度を、外径Ｄ・パイプ曲げ半径ｒ・パイプ曲げ角度θに基づいて、減肉率がほぼ０となるように設定すると、加工開始時に内側に位置していた部分が、パイプＰのねじり加工に伴って外側に移動し、反対に加工開始時に外側に位置していた部分は、パイプＰのねじり加工に伴って内側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での材料の圧縮による増肉現象や曲げ外側での材料の引張りによる減肉現象を抑制することができると共に、パイプＰの扁平化を抑制することができる。Ｌ１，Ｌ２は、加工前のパイプ軸に平行なパイプ表面の線が、加工後にどのように移動・変形するかを示す一例である。

ここで、本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法について、図４のフローチャートを用いて具体的に説明する。

本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法において、図１及び図４に示すように、ステップＳ１１にて、断面が真円形状をなす直線状をなすパイプＰをパイプ曲げ加工装置に装着する。即ち、パイプＰを回動アーム１７、金型２０、従動歯車２２内に挿通し、基端部を支持基板１４に当接する一方、先端部を回動アーム１７の第１保持機構１９により保持する。このとき、従動歯車２２の第２保持機構２５は、パイプＰの保持が解除されている。

そして、まず、ステップＳ１２にて、油圧シリンダ１２を伸長作動し、支持基板１４によりパイプＰを押圧して所定量前進（微小送り）することで、このパイプＰの先端部を回動アーム１７と共に回動し、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与する。次に、ステップＳ１３にて、従動歯車２２の第２保持機構２５によりパイプＰの中間部を保持し、続いて、ステップＳ１４にて、駆動装置２３を作動して駆動歯車２４を回転し、この回転力を従動歯車２２に伝達することで、この従動歯車２２を微小角度回転し、このパイプＰに対してねじり応力を付与する。

そして、ステップＳ１５にて、従動歯車２２の第２保持機構２５によるパイプＰの保持を解除し、続いて、ステップＳ１６にて、再び、油圧シリンダ１２を伸長作動し、支持基板１６によりパイプＰを押圧して微小送りすることで、このパイプＰの先端部を回動アーム１７と共に回動し、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与する。このとき、パイプＰは、金型２０に支持されながら軸方向に移動して曲げ加工が施されるため、曲げ加工方向以外への変形が抑制される。ステップＳ１７では、パイプＰが予め設定された所定の曲げ角度まで曲げられたかどうかを判断し、所定の曲げ角度まで曲げられていなければ、ステップＳ１３に戻り、パイプＰが所定の曲げ角度まで曲げられるまで、ステップＳ１３からステップＳ１７の処理を繰り返す。

このとき、パイプＰの加工中に、このパイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に付与されることで、パイプＰは回転しながら曲げられる。つまり、パイプＰは、加工開始時に内側に位置していた部分がパイプＰのねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側で圧縮される材料が外側に流動することとなり、パイプＰの曲げ内側での材料の圧縮による増肉現象や曲げ外側での材料の引張りによる減肉現象を抑制することができると共に、パイプＰの扁平化を抑制することができる。

その後、ステップＳ１７にて、図２に示すように、パイプＰが所定の曲げ角度まで曲げられたと判断したら、ステップＳ１８にて、曲げ加工が施されてベンド部が形成されたパイプＰをパイプ曲げ加工装置から取外す。

このように実施例１のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、油圧シリンダ１２によりパイプＰの基端部を押圧可能とする一方、回動アーム１７の第１保持機構１９によりパイプＰの先端部を保持して曲げ方向にガイド可能とすると共に、パイプＰを保持してねじり応力を付与する従動歯車２２を駆動回転可能に支持し、油圧シリンダ１２と従動歯車２２を作動することで、パイプＰにねじり応力を付与する処理と曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行い、パイプねじり量を曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるように設定してパイプＰに曲げ加工を施すようにしている。

従って、パイプＰに対して、ねじり応力と曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。その結果、従来の加工装置及び方法で加工するよりも、応力集中によるクリープ損傷を起こり難くすることができ、精度良くパイプの減肉や扁平を抑制することができる。

また、回動アーム１７に第１保持機構１９を設けると共に、従動歯車２２に第２保持機構２５を設け、第１保持機構１９は、常時、パイプＰを保持し、第２保持機構２５は、従動歯車２２の回転によるパイプＰのねじり作動時にはパイプＰを保持し、油圧シリンダ１２によりパイプＰを移動して回動アーム１２によるパイプＰの曲げ作動時にはパイプＰの保持を解除するようにしている。従って、パイプＰのねじり作動時には第２保持機構２５がパイプＰを保持するため、パイプＰに対して所定のねじり量を確実に付与することができる一方、パイプＰの曲げ作動時には第２保持機構２５がパイプＰを保持しないため、パイプＰが適正に移動することができ、第２保持機構２５の損傷を防止することができると共に、構造の簡素化に寄与することができる。

そして、本実施例では、外径ＤのパイプＰをパイプ曲げ半径ｒでパイプ曲げ角度θだけ曲げ加工を施すとき、パイプＰのねじり角度（量）が、パイプＰのねじり方向における長さＬ１，Ｌ２がパイプＰの中性軸Ｏの長さに近似するように、パイプ外径Ｄとパイプ曲げ半径ｒとパイプ曲げ角度θに基づいて設定している。従って、パイプＰにねじり応力を付与するとき、そのねじり角度を所定値に設定することで、パイプＰのねじり方向における長さがパイプＰの中性軸Ｏの長さに近似することとなり、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象を抑制することができる。

図７は、本発明の実施例２に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のパイプ曲げ加工装置において、図７に示すように、第１架台１１には、油圧シリンダ１２が設置され、この油圧シリンダ１２の出力ロッド１３にパイプＰの基端部を押圧可能な支持基板１４が連結されている。第２架台１５に取付ブラケット１６を介して回動アーム１７が支持軸１８により回動自在に支持されおり、この回動アーム１７には、第１保持機構１９が装着されている。また、第２架台１５には、パイプＰの外周を支持する一対のガイド部材２０ａ，２０ｂからなる金型２０が設けられている。また、第３架台２１には、従動歯車２２が回転自在に支持され駆動装置２３の駆動歯車２４がこの従動歯車２２に噛み合っており、この従動歯車２２には、第２保持機構２５が装着されている。

そして、本実施例では、回動アーム１７と金型２０との間に位置して、パイプＰの曲げ支点付近を加熱する加熱手段としての高周波誘導加熱機構３１が設けられている。この高周波誘導加熱機構３１は、パイプＰの周囲に位置する加熱コイル３２と、この加熱コイル３２に接続された変成器３３とを有しており、加熱コイル３２によりパイプＰの曲げ支点付近を力学的溶融温度近傍まで加熱することができる。

そして、本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法は、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、このパイプＰに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すものであり、このとき、高周波誘導加熱機構３１によりパイプＰを力学的溶融温度近傍まで加熱するようにしている。従って、パイプＰは、材料の内部応力が低下することで、曲げやねじりを行うための加工力を低減することができる。

即ち、パイプＰの加工中に、このパイプＰに対して駆動装置１２によるねじり応力と油圧シリンダ１４による曲げ応力が交互に付与されることで、パイプＰは回転しながら回動アーム１９により曲げられる。このとき、高周波誘導加熱機構３１によりパイプＰの曲げ支点付近が加熱されて内部応力が低下するため、油圧シリンダ１２及び従動歯車２２（駆動装置２３）の駆動力（加工力）が低減する。そして、パイプＰは、曲げ加工開始時に内側に位置していた部分がパイプＰのねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側で圧縮される材料が外側に流動することとなり、パイプＰの曲げ内側での材料の圧縮による増肉現象や曲げ外側での材料の引張りによる減肉現象を抑制することができると共に、パイプＰの扁平化を抑制することができる。

このように実施例２のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、油圧シリンダ１２によりパイプＰの基端部を押圧可能とする一方、回動アーム１７の第１保持機構１９によりパイプＰの先端部を保持して曲げ方向にガイド可能とすると共に、パイプＰを保持してねじり応力を付与する従動歯車２２を駆動回転可能に支持し、また、パイプＰ回動の曲げ支点付近を加熱する高周波誘導加熱機構３１を設けている。

従って、高周波誘導加熱機構３１によりパイプＰの曲げ支点付近を加熱した状態で、このパイプＰに対して、駆動装置２３によるねじり応力と油圧シリンダ１２による曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

また、パイプＰに曲げ加工を施すとき、このパイプＰの曲げ支点付近を高周波誘導加熱機構３１により力学的溶融温度近傍まで加熱するため、このパイプＰの内部応力が低下することで、加工力を小さくすることができると共に反力が低下するため、低い加工力で高精度な曲げ加工を行うことができる。そして、パイプＰの曲げ支点付近以外は加熱されずに常温に近いため、各保持機構１９，２５による保持部分が変形することはなく、パイプＰを適正に保持することで、高精度な加工が可能となる。

なお、この実施例２では、パイプＰを加熱する加熱手段として、高周波誘導加熱機構３１を適用したが、これに限定されるものではなく、電気ヒータやガスヒータなどを適用してもよい。

図８は、本発明の実施例３に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。

実施例３のパイプ曲げ加工装置において、図８に示すように、下部架台４１には、水平な基板４２が設置される一方、上部架台４３には、油圧シリンダ４４が装着されており、この油圧シリンダ４４の下方に延出する出力ロッド４５の先端部には、弧状の押し型４６が連結されている。また、基板４２上には、パイプＰを支持する一対のガイド管４７ａ，４７ｂが設けられており、各ガイド管４７ａ，４７ｂの下部に転動ローラ４８ａ，４８ｂが装着されている。そして、ガイド管４７ａ，４７ｂを介してパイプＰを周方向に回動してねじり応力を付与する図示しない駆動装置が設けられている。なお、本実施例では、油圧シリンダ４４及び押し型４６により本発明のパイプ曲げ手段が構成されている。

そして、本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法は、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、このパイプＰに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すものである。即ち、断面が真円形状をなすパイプＰに対して曲げ加工を施すと、パイプＰの曲げ内側では圧縮により肉厚が厚くなり、曲げ外側では引張により肉厚が薄くなる。また、このとき、パイプＰが扁平形状となる。そこで、本実施例では、パイプＰに対してねじりと曲げを交互に付与することで、パイプＰにおける肉厚の変化を吸収するようにしている。

従って、断面が真円形状をなす直線のパイプＰを各ガイド管４７ａ，４７ｂに挿通して基板４２上に支持する。そして、まず、油圧シリンダ４４を作動して押し型４６を所定量下降することで、このパイプＰの中間部に曲げ応力を付与する。次に、パイプＰの周方向の回動を拘束した状態で、駆動装置を作動してパイプＰを所定量回動することで、このパイプＰに対してねじり応力を付与する。そして、パイプＰの拘束を解除した状態で、再び、油圧シリンダ４４を作動して押し型４６を所定量下降することで、このパイプＰの中間部に曲げ応力を付与する。この油圧シリンダ４４によるパイプＰの曲げ加工と、駆動装置によるパイプＰのねじり加工を繰り返し行うことで、パイプＰを所定の曲げ角度まで曲げる。

このパイプＰの加工中には、パイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に付与されることで、パイプＰは回転しながら曲げられる。つまり、パイプＰは、加工開始時に内側に位置していた部分がパイプＰのねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側で圧縮される材料が外側に流動することとなり、パイプＰの曲げ内側での材料の圧縮による増肉現象や曲げ外側での材料の引張りによる減肉現象を抑制することができると共に、パイプＰの扁平化を抑制することができる。

このように実施例３のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、下部架台４１に水平な基板４２を設置する一方、上部架台４３に油圧シリンダ４４を装着し、その下方に延出する出力ロッド４５の先端部に、弧状の押し型４６を連結し、基板４２上にパイプＰを支持する一対のガイド管４７ａ，４７ｂを設け、このガイド管４７ａ，４７ｂを介してパイプＰを周方向に回動してねじり応力を付与する駆動装置を設け、パイプＰにねじり応力を付与する処理と曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すようにしている。

従って、駆動装置及びプレス加工を用いてパイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

このとき、油圧シリンダ４４により押し型４６をパイプＰの外周部に押圧して曲げ加工を行うことで、パイプＰに対して容易に曲げ加工を施すことができる。

図９は、本発明の実施例４に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。

実施例４のパイプ曲げ加工装置において、図９に示すように、下部架台５１には、水平な弧状の固定型５２が設置される一方、左右の側部架台５３ａ，５３ｂには、パイプねじり手段としての駆動装置５４ａ，５４ｂが設置されており、この駆動装置５４ａ，５４ｂの出力軸５５ａ，５５ｂの先端部には、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂが装着されている。そして、この油圧シリンダ５６ａ，５６ｂの出力ロッド５７ａ，５７ｂの先端部に、パイプＰの端部を支持する支持基板５８ａ，５８ｂが連結されている。なお、本実施例では、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂ及び固定型５２により本発明のパイプ曲げ手段が構成されている。

従って、断面が真円形状をなす直線のパイプＰの端部を各支持基板５８ａ，５８ｂに支持する。そして、まず、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂを作動してパイプＰの各端部に引張り力を付与し、このパイプＰの中間部を固定型５２に押圧することで、このパイプＰに曲げ応力を付与する。このとき、駆動装置５４ａ，５４ｂ及び油圧シリンダ５６ａ，５６ｂを下方に移動させることが望ましい。次に、駆動装置５４ａ，５４ｂを作動してパイプＰを所定量回動することで、このパイプＰに対してねじり応力を付与する。そして、再び、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂを作動してパイプＰを固定型５２に押圧することで、このパイプＰの中間部に曲げ応力を付与する。この油圧シリンダ５６ａ，５６ｂによるパイプＰの曲げ加工と、駆動装置５４ａ，５４ｂによるパイプＰのねじり加工を繰り返し行うことで、パイプＰを所定の曲げ角度まで曲げる。

このように実施例４のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、下部架台４１に弧状の固定型５２を設置する一方、側方に駆動装置５４ａ，５４ｂ及び油圧シリンダ５６ａ，５６ｂを配置し、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂによりパイプＰに引張り力を付与することで曲げ加工可能とすると共に、動装置５４ａ，５４ｂにより回動力を付与することでねじり加工可能とし、パイプＰにねじり応力を付与する処理と曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すようにしている。

従って、回動力と引張り力を用いてパイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

このとき、油圧シリンダ５６ａ，５６ｂによりパイプＰに引張り力を付与すことで、このパイプＰの外周部を固定型５２に押圧して曲げ加工を行うことで、パイプＰに対して容易に曲げ加工を施すことができる。

図１０は、本発明の実施例５に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。

実施例５のパイプ曲げ加工装置において、図１０に示すように、固定型６１は、弧状のガイド部６１ａを有している。また、この固定型６１の側部には、拘束部材６２が設けられており、この拘束部材６２によりパイプＰの端部を固定型６１に拘束することができる。また、固定型６１のガイド部６１ａに対向して押圧部材６３が弧状のガイドレール６４に沿って移動自在に支持されている。そして、拘束部材６２に支持されたパイプＰを周方向に回動してねじり応力を付与する図示しない駆動装置が設けられている。なお、本実施例では、固定型６１及び押圧部材６３により本発明のパイプ曲げ手段が構成されている。

従って、断面が真円形状をなす直線のパイプＰの端部を拘束部材６２により固定型６１に拘束して支持する。そして、まず、図示しない油圧シリンダを作動して押圧部材６３を所定量ガイドレール６４に沿って移動することで、このパイプＰに曲げ応力を付与する。次に、駆動装置を作動してパイプＰを所定量回動することで、このパイプＰに対してねじり応力を付与する。そして、再び、押圧部材６３を所定量移動することで、このパイプＰに曲げ応力を付与する。この押圧部材６３によるパイプＰの曲げ加工と、駆動装置によるパイプＰのねじり加工を繰り返し行うことで、パイプＰを所定の曲げ角度まで曲げる。

このように実施例５のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、固定型６１に弧状のガイド部６１ａを設けると共に、この固定型６１にパイプＰの端部を拘束する拘束部材６２を設ける一方、固定型６１のガイド部６１ａに対向して押圧部材６３を弧状のガイドレール６４に沿って移動自在に支持し、拘束部材６２に支持されたパイプＰを周方向に回動してねじり応力を付与する駆動装置を設け、パイプＰにねじり応力を付与する処理と曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すようにしている。

従って、駆動装置及び押圧部材６３を用いてパイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

このとき、押圧部材６３を固定型６１のガイド部６１ａに沿って移動することで、パイプＰの外周部に押圧して曲げ加工を行うため、パイプＰに対して容易に曲げ加工を施すことができる。

図１１は、本発明の実施例６に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図である。

実施例６のパイプ曲げ加工装置において、図１１に示すように、パイプねじり手段としての駆動装置７１の出力軸７２には、油圧シリンダ７３が連結され、この油圧シリンダ７３の出力ロッド７４には、パイプＰの基端部を支持する支持基板７５が連結されている。また、支持基板７５には、パイプＰ内に挿入されるマンドレル７６が設けられている。油圧シリンダ７３の前方には、円盤形状の第１ガイド部材７７が回転自在に支持されており、この第１ガイド部材７７の外周部には直線状の第１ガイド部７７ａと弧状の第２ガイド部７７ｂが形成されている。そして、この第１ガイド部材７７の第１ガイド部７７ａに対向して第２ガイド部材７８が設けられ、図示しない油圧シリンダによりこの第２ガイド部材７８を第１ガイド部材７７に接近移動することで、パイプＰの端部を各ガイド部材７７，７８により拘束することができる。また、支持基板７５と第１ガイド部材７７との間には、パイプＰの移動をガイドする直線ガイド７９が設けられている。なお、本実施例では、油圧シリンダ７３及び各ガイド部材７７，７８により本発明のパイプ曲げ手段が構成されている。

従って、断面が真円形状をなす直線のパイプＰの基端部を支持基板７５に支持すると共に、パイプＰの先端部を各ガイド部材７７，７９により拘束して支持する。そして、まず、油圧シリンダ７３を作動して支持基板７５を介してパイプＰを所定量前進することで、このパイプＰの先端部を各ガイド部材７７，７８と共に回動し、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与する。次に、駆動装置７１を作動して油圧シリンダ７３及び支持基板７５を介してパイプＰを所定量回動することで、このパイプＰに対してねじり応力を付与する。続いて、再び、油圧シリンダ７３を作動して支持基板７５を介してパイプＰを所定量前進することで、このパイプＰの先端部を各ガイド部材７７，７８と共に回動し、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与する。この油圧シリンダ７３によるパイプＰの曲げ加工と、駆動装置７１によるパイプＰのねじり加工を繰り返し行うことで、パイプＰを所定の曲げ角度まで曲げる。

このように実施例６のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、駆動装置７１の出力軸７２に油圧シリンダ７３を連結し、この油圧シリンダ７３の出力ロッド７４にパイプＰの基端部を支持する支持基板７５が連結する一方、油圧シリンダ７３の前方に円盤形状をなす第１ガイド部材７７を回転自在に支持すると共に、パイプＰの先端部を拘束する第２ガイド部材７８を設け、パイプＰにねじり応力を付与する処理と曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すようにしている。

従って、駆動装置７１及び油圧シリンダ７３押圧部材６３を用いてパイプＰに対してねじり応力と曲げ応力が交互に繰り返し付与されることで、パイプＰが回動しながら曲げ加工が施されることとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

このとき、第２ガイド部材７８によりパイプＰの端部を第１ガイド部材７７に拘束し、この第１ガイド部材７７を回動することで、パイプＰが第２ガイド部７７ｂに沿って曲げられて曲げ加工が行われることとなり、パイプＰに対して容易に、且つ、高精度に曲げ加工を施すことができる。

なお、上述した実施例１〜６では、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、パイプＰに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、パイＰに曲げ加工を施すようにしたが、本発明はこの方法に限定されるものではない。即ち、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、パイプＰに曲げ応力を付与する処理とを同時に行うことで、パイプＰに曲げ加工を施すようにしてもよい。例えば、実施例１にて、従動歯車２２と駆動装置２３と駆動歯車２４とからなる本発明のパイプねじり手段をパイプＰの移動方向に沿って移動自在に支持することで、パイプＰを移動して曲げ応力を付与しながらねじり応力を付与することができる。

また、上述した実施例１〜６では、本発明のパイプねじり手段として、パイプＰの中間部に歯車機構を設けてパイプＰにねじり回転力を付与したり、パイプ曲げ手段としての油圧シリンダと直列に駆動装置を設けたりしたが、これらに限定されるものではなく、各種の機構に応じて適宜最適なものを選択すればよい。

図１２は、本発明の実施例７に係るパイプ曲げ加工装置を表す概略構成図、図１３は、図１２のXIII−XIII断面図である。

実施例７のパイプ曲げ加工装置において、図１２及び図１３に示すように、パイプ移動手段としての油圧シリンダ８１の出力ロッド８２には、パイプＰの基端部を支持する支持基板８３が連結されている。この場合、支持基板８３は、パイプ捻り手段により回転可能となっている。油圧シリンダ８１の前方には、円盤形状の第１ガイド部材（内側ガイド部材）８４が回転自在に支持されており、この第１ガイド部材８４の外周部には直線状の第１ガイド部８４ａと弧状の第２ガイド部８４ｂが形成されている。そして、この第１ガイド部材８４の第１ガイド部８４ａに対向して第２ガイド部材（外側ガイド部材）８５が設けられ、図示しない油圧シリンダによりこの第２ガイド部材８５を第１ガイド部材８４に接近移動することで、パイプＰの端部を各ガイド部材８４，８５により拘束することができる。また、支持基板８３と第１ガイド部材８４との間には、パイプＰの移動をガイドする直線ガイド８６が設けられている。なお、本実施例では、各ガイド部材８４，８５により本発明のガイド手段が構成されている。

また、第１ガイド部材８４及び第２ガイド部材８５は、パイプＰの形状に合わせて半円形状をなす内側ガイド面８７及び外側ガイド面８８が形成されている。そして、この外側ガイド面８８には、図１３に二点鎖線で表す真円形状に対して外方に突出する凹部８９が形成されている。

そして、本実施例のパイプ曲げ加工装置を用いたパイプ曲げ加工方法は、パイプＰに曲げ応力を付与する処理を行うとき、パイプＰ先端部を第１ガイド部材８４と凹部８９を有する第２ガイド部材８５で保持しながらパイプＰに曲げ加工を施すものである。即ち、断面が真円形状をなすパイプＰに対して曲げ加工を施すと、パイプＰの曲げ内側では圧縮により肉厚が厚くなり、曲げ外側では引張により肉厚が薄くなる。また、このとき、パイプＰが扁平形状となる。そこで、本実施例では、一対のガイド部材８４，８５のうち、パイプＰの外側を支持する第２ガイド部材８５に凹部８９を設けることで、パイプＰの曲げ内側で圧縮された材料がこの凹部８９側に流動することで、パイプＰにおける肉厚の変化を吸収するようにしている。

従って、断面が真円形状をなす直線のパイプＰの基端部を支持基板８３に支持すると共に、パイプＰの先端部を各ガイド部材８４，８５により拘束して支持する。そして、まず、油圧シリンダ８１を作動して支持基板８３を介してパイプＰを所定量前進することで、このパイプＰの先端部を各ガイド部材８４，８５と共に回動し、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与する。このとき、パイプＰに曲げ応力が付与されることで、パイプＰの曲げ内側で圧縮により肉厚が厚くなろうとするが、パイプＰの外側を支持する第２ガイド部材８５に凹部８９があるため、パイプＰの曲げ内側で圧縮された材料がこの凹部８９側に流動することとなり、パイプＰの曲げ内側での材料の圧縮による増肉現象や曲げ外側での材料の引張りによる減肉現象を抑制することができると共に、パイプＰの扁平化を抑制することができる。なお、この場合、パイプＰにねじり応力を付与する処理と、曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し、曲げ加工部の減肉率がほぼ０となるようパイプＰに曲げ加工を施す。

このように実施例７のパイプ曲げ加工装置及び方法にあっては、油圧シリンダ８１の出力ロッド８２にパイプＰの基端部を支持する支持基板８３が連結する一方、油圧シリンダ８１の前方に円盤形状をなす第１ガイド部材８４を回転自在に支持すると共に、パイプＰの先端部を拘束する第２ガイド部材８５を設け、各ガイド部材８４、８５の対向面に半円形状をなす内側ガイド面８７及び外側ガイド面８８を形成し、外側ガイド面８８に真円形状に対して外方に突出する凹部８９を形成している。

従って、油圧シリンダ８１によりパイプＰを前進し、その先端部を各ガイド部材８４，８５と共に回動することで、パイプＰの先端部に曲げ応力を付与し、パイプＰに曲げ加工が施されることとなり、このとき、パイプＰの曲げ内側で圧縮された材料が凹部８９側に流動することとなり、加工開始時に内側に位置していた部分がねじり加工に伴って外側に移動するため、パイプＰの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象が抑制されると共に、管の扁平化が抑制されることとなり、簡単な構成で所望の形状のベンド管を容易に製造することができると共に、製造コストを低減することができる。

本発明に係るパイプ曲げ加工装置及び方法は、パイプの曲げ内側での増肉現象や曲げ外側での減肉現象を抑制すると共に、管の扁平化を抑制するものであり、いずれの種類のパイプ曲げ加工装置やパイプ曲げ加工方法にも適用することができる。

１２油圧シリンダ（パイプ曲げ手段、パイプ移動手段）
１４支持基板
１７回動アーム（パイプ曲げ手段、ガイド手段）
１９第１保持機構（第１拘束機構）
２０金型（ガイド手段）
２２従動歯車（パイプねじり手段）
２３駆動装置（パイプねじり手段）
２４駆動歯車（パイプねじり手段）
２５第２保持機構（第２拘束機構）
３１高周波誘導過熱機構
４２基板
４４油圧シリンダ（パイプ曲げ手段）
４６押し型
５２固定型
５４ａ，５４ｂ駆動装置（パイプねじり手段）
５６ａ，５６ｂ油圧シリンダ（パイプ曲げ手段）
６１固定型
６２拘束部材
６３押圧部材（パイプ曲げ手段）
７１駆動装置（パイプねじり手段）
７３油圧シリンダ（パイプ曲げ手段、パイプ移動手段）
７５支持基板
７７第１ガイド部材（パイプ曲げ手段、ガイド手段）
７８第２ガイド部材（パイプ曲げ手段、ガイド手段）
８１油圧シリンダ（パイプ曲げ手段、パイプ移動手段）
８３支持基板
８４第１ガイド部材（パイプ曲げ手段、ガイド手段）
８５第２ガイド部材（パイプ曲げ手段、ガイド手段）
８７内側ガイド面
８８外側ガイド面
８９凹部

Claims

パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、前記パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを具えたパイプ曲げ加工装置において、前記パイプ曲げ手段による曲げ応力の付与と前記パイプねじり手段によるねじり応力の付与を交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにすることを特徴とするパイプ曲げ加工装置。
パイプの端部を保持して曲げ応力を付与するパイプ曲げ手段と、前記パイプにねじり応力を付与するパイプねじり手段とを具えたパイプ曲げ加工装置において、前記パイプねじり手段による前記パイプのねじり角度を、前記パイプのいずれの表面におけるねじり方向の長さが前記パイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるようにすることを特徴とするパイプ曲げ加工装置。
パイプにねじり応力を付与する処理と、前記パイプに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返し行うことで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０となるよう前記パイプに曲げ加工を施すことを特徴とするパイプ曲げ加工方法。
パイプにねじり応力を付与する処理と、前記パイプに曲げ応力を付与する処理とを交互に繰り返しまたは同時に行い、前記パイプのねじり角度を、前記パイプのいずれの表面におけるねじり方向の長さが前記パイプの中性軸の長さに近似するようにパイプ外径とパイプ曲げ半径とパイプ曲げ角度に基づいて設定することで、曲げ加工部の減肉率がほぼ０になるよう前記パイプに曲げ加工を施すことを特徴とするパイプ曲げ加工方法。