JP6497239B2

JP6497239B2 - 金属管の曲げ加工装置

Info

Publication number: JP6497239B2
Application number: JP2015130749A
Authority: JP
Inventors: 亮人山本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: JP2016028832A

Description

本発明は、金属管の曲げ加工装置に関する。

原子力発電用熱交換器等に用いられるＵベンド管には、曲げ形状・管断面形状について厳しい仕様が要求される。この仕様を実現する加工法として従来、金型曲げ法が用いられている。しかし、金型曲げ法では１つの金型で基本的に１サイズの曲げ加工しかできないため、すべてのサイズに対応するためには、多くのローラを保有する必要がある。また、ローラの段取り替えに長時間を要する。

特許第３２１４３３９号公報には、金属管を複数対の支持ローラとクランプで把持して、支持ローラとクランプのどちらか一方、又は双方を所定の半径で旋回することにより、均一な曲率半径でＵ字状に曲げ加工する方法が開示されている。

特許第３２４０９１２号公報には、被加工管材を軸長方向不動に固定把持する管材クランプ手段と、この管材クランプ手段を旋回中心に対して離間距離可変に搭載した駆動旋回架台と、被加工管材を軸長方向に移動可能に把持して管材送り出し速度を制御する複数対の孔型ローラ群からなり、そのうちの管材クランプ手段に対向する側のローラ対の各ローラの回転中心を、駆動旋回架台の旋回中心を通る直線上に設置した管材支持手段と、この管材支持手段を旋回中心に対して離間距離可変に搭載した固定架台とを具備することを特徴とする金属管の曲げ加工装置が開示されている。

特許第３２１４３３９号公報特許第３２４０９１２号公報

上記の特許文献に開示された金属管の曲げ加工方法又は曲げ加工装置によれば、金属管を様々な曲げ形状に加工することができる。一方、曲げ加工時の断面形状の変形を抑制して、断面形状がより真円に近いベンド管を製造できる金属管の曲げ加工装置が求められている。

本発明の目的は、断面形状がより真円に近いベンド管を製造できる金属管の曲げ加工装置を提供することである。

本発明による金属管の曲げ加工装置は、金属管を軸方向と垂直な方向から挟持するとともに軸方向に搬送する搬送装置と、前記金属管の軸方向と平行な平面内で旋回し、前記金属管からオフセットされた位置に軸支された旋回アームと、前記旋回アームに取り付けられ、前記金属管を把持するチャックと、前記金属管の外周面に接し、曲げの支点に配置されるベンディングローラとを備える。前記ベンディングローラは、前記金属管の外周面と接する部分が樹脂で形成され、周面に形成されかつ周方向に延びる溝を有する基部と、前記基部の前記溝以外の周面を覆って形成された一対の張出部とを含む。前記溝の断面形状は、前記金属管の曲げ加工前の外径の９８〜１００％の直径を有する半円であり、前記一対の張出部の各々は、０．０２ｍｍ以上の厚さを有する。

本発明によれば、断面形状がより真円に近いベンド管を製造できる金属管の曲げ加工装置が得られる。

図１は、本発明の一実施形態にかかる金属管の曲げ加工装置の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる金属管の曲げ加工装置の平面図である。図３は、ベンディングローラを、ベンディングローラの回転軸を含む面で切断した断面図である。図４は、曲げ加工中の金属管の様子を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［全体の構成］
図１は、本発明の一実施形態にかかる金属管の曲げ加工装置１の斜視図である。図２は、金属管の曲げ加工装置１の平面図である。金属管の曲げ加工装置１は、定盤１０と、旋回架台（旋回アーム）２０と、固定架台３０と、送りローラユニット（搬送装置）４０と、チャック５０と、ベンディングローラ６０とを備えている。

金属管の曲げ加工装置１には、被加工材である金属管Ｐが装着される。金属管Ｐは、軸方向が水平になるように装着される。以下では説明の便宜のため、金属管Ｐの軸方向と平行な方向をｙ方向、鉛直方向をｚ方向と呼び、これらと垂直な方向をｘ方向と呼ぶ。

定盤１０は、一部が切り欠かれた円盤状の形状を有している。定盤１０は、上面が水平になるように設置されている。旋回架台２０及び固定架台３０は、定盤１０の上に配置されている。

旋回架台２０は、金属管Ｐからオフセットされた位置に軸支されている。旋回架台２０は、正面視（ｘｚ面視）において倒Ｌ字型の形状を有している。旋回架台２０は、定盤１０に向かって突出した部分の底面に取り付けられたキャスター２１(図１）と、平面視において定盤１０の中心に重なる位置に取り付けられた回転軸２２とを備えている。回転軸２２は、モータ２３（図２）によって駆動される。モータ２３を制御することによって、回転軸２２を中心として旋回架台２０を水平面内で旋回させることができる。

旋回架台２０の上面には、２条のレール２４がｘ方向と平行に設置されている。レール２４の上には、直方体形状の可動ステージ２５が配置されている。可動ステージ２５は、モータ２６によって駆動されるネジ軸２７に連結されている。モータ２６を制御することによって、可動ステージ２５をｘ方向と平行に移動させることができる。

固定架台３０は、旋回架台２０に隣接して配置されている。固定架台３０は、定盤１０に固定されている。固定架台３０は、正面視（ｘｚ面視）において倒Ｌ字型の形状を有し、旋回架台２０が回転したときに干渉しないように構成されている。

固定架台３０の上面には、２条のレール３１がｘ方向と平行に設置されている。レール３１の上には、平板状の可動ステージ３２が配置されている。可動ステージ３２は、モータ３３によって駆動されるネジ軸３４に連結されている。モータ３３を制御することによって、可動ステージ３２をｘ方向と平行に移動させることができる。

送りローラユニット４０は、可動ステージ３２の上に設置されている。送りローラユニット４０は、図２に示すように、固定部材４１と、可動部材４２と、アクチュエータ４３とを備えている。固定部材４１は、可動ステージ３２に固定されている。可動部材４２は、ｘ方向に移動できるように可動ステージ３２に取り付けられている。固定部材４１と可動部材４２との間隔は、アクチュエータ４３によって調整される。

固定部材４１及び可動部材４２のそれぞれは、ｙ方向に沿って整列した複数の送りローラ４４を備えている。複数の送りローラ４４のそれぞれは、モータ４５によって駆動される。固定部材４１に支持されている送りローラ４４と、可動部材４２に支持されている送りローラ４４とは、互いに反対方向に回転する。

この構成によって、送りローラユニット４０は、金属管Ｐをｘ方向の両側から挟持しつつ、金属管Ｐをｙ方向に搬送する。

チャック５０は、可動ステージ２５の上に設置されている。チャック５０は、図２に示すように、固定部材５１と、可動部材５２と、アクチュエータ５３とを備えている。固定部材５１は、可動ステージ２５に固定されている。可動部材５２は、ｘ方向に移動できるように可動ステージ２５に取り付けられている。固定部材５１と可動部材５２との間隔は、アクチュエータ５３によって調整される。

固定部材５１と可動部材５２とは、金属管Ｐをｘ方向の両側から挟み込む。この構成によって、チャック５０は、金属管Ｐを把持する。

ベンディングローラ６０は、可動ステージ４２の上に設置されている。ベンディングローラ６０は、金属管Ｐの外周面に接している。ベンディングローラ６０は、金属管Ｐとの摩擦によって、ｚ方向を回転軸として回転するように構成されている。

［金属管の曲げ加工装置１による曲げ加工］
図２を参照して、金属管の曲げ加工装置１による曲げ加工を説明する。まず、送りローラユニット４０の固定部材４１と可動部材４２との間隔、及びチャック５０の固定部材５１と可動部材５２との間隔を広げた状態で、金属管Ｐをこれらの間にｙ方向に沿って挿入する（材料挿入作業）。金属管Ｐを挿入した後、アクチュエータ４３及び５３を操作して、固定部材４１と可動部材４２との間隔、及び固定部材５１と可動部材５２との間隔を狭める（曲げ加工準備）。これによって、金属管Ｐは、送りローラユニット４０によってｘ方向の両側から挟持されるとともに、チャック５０によって把持される。この状態で、モータ２３を操作して旋回架台２０を所定の速度で旋回させるとともに、モータ４５を操作して金属管Ｐをｙ方向に所定の速度で搬送させる（曲げ加工）。

チャック５０は、旋回架台２０の回転軸２２とは離れた位置で、金属管Ｐを把持する。図２に二点鎖線で示すように、チャック５０が金属管Ｐを把持した状態で旋回架台２０を旋回させることによって、ベンディングローラ６０を支点として金属管Ｐを曲げることができる。換言すれば、ベンディングローラ６０は、金属管Ｐの曲げの支点に配置される。

金属管の曲げ加工装置１の構成によれば、可動ステージ２５，３２のｘ方向の位置を変更することによって、チャック５０の旋回半径を変更することができる。これに加えて、旋回架台２０の旋回速度及び旋回角度、並びに送りローラユニット４０による金属管Ｐの搬送速度を調整することによって、金属管Ｐを様々な曲げ形状に加工することができる。

［ベンディングローラ６０の構成］
図３を参照して、ベンディングローラ６０の構成を詳しく説明する。図３は、ベンディングローラ６０を、ベンディングローラ６０の回転軸Ｃを含む面で切断した断面図である。ベンディングローラ６０は、回転軸Ｃを中心にこの断面形状を回転させた回転体の形状を有している。すなわち、ベンディングローラ６０は、回転軸Ｃを含む面であればどのような面で切断しても同一の断面形状を有している。

ベンディングローラ６０は、金属管Ｐの表面に傷が付くのを防止するため、樹脂で形成されている。ベンディングローラ６０の硬度は、好ましくはロックウェル硬度のＲスケール（ＪＩＳＫ７２２−２）において１００〜１５０である。

なお、本実施形態ではベンディングローラ６０の全体が樹脂で形成されているが、金属管Ｐの外周面と接する部分が樹脂で形成されていれば良い。

ベンディングローラ６０は、基部６１と、張出部６２Ａ，６２Ｂとを含んでいる。

基部６１は、周面に形成され、かつ周方向に延びる溝６１ａを有している。溝６１ａの断面形状は、図３に示すように、直径Ｄ_Ｂの円をｚ方向に平行に二等分した半円である。直径Ｄ_Ｂは、金属管Ｐの曲げ加工前の外径の９８〜１００％である。

張出部６２Ａ，６２Ｂは、基部６１の溝６１ａ以外の周面を覆って形成されている。すなわち、張出部６２Ａ，６２Ｂのそれぞれは、内径が基部６１の外径と等しい円筒形状を有している。

張出部６２Ａは基部６１の溝６１ａよりもｚ方向のプラス側の周面を覆って形成され、張出部６２Ｂは基部６１の溝６１ａよりもｚ方向のマイナス側の周面を覆って形成されている。張出部６２Ａと張出部６２Ｂとが対向する端面６２Ａａ及び６２Ｂａは、互いに平行に形成されている。

図４は、曲げ加工中の金属管Ｐの様子を模式的に示す断面図である。図４に示すように、金属管Ｐの外周面は、溝６１ａの表面と、端面６２Ａａ及び６２Ｂａとに接する。金属管Ｐには、溝６１ａの表面から水平方向に力が加わる。その結果、金属管Ｐは水平方向に圧縮され、水平方向の径が小さくなるとともに、鉛直方向（ｚ方向）の径が大きくなる。すなわち、金属管Ｐの断面形状が楕円になる。

以下、金属管Ｐの断面のｚ方向の寸法をＧ寸法と呼ぶ。さらに、金属管Ｐの断面形状の楕円率を次の式（１）のように定義する。
楕円率＝（長径の寸法−短径の寸法）／曲げ前の外径寸法式（１）

再び図３を参照して、説明を続ける。張出部６２Ａ、６２Ｂの各々は、０．０２ｍｍ以上の厚さΔＸを有する。厚さΔＸを０．０２ｍｍ以上にすることによって、曲げ加工によって金属管Ｐの楕円率が増加するのを抑制する。換言すれば、曲げ加工後の金属管Ｐの断面をより真円に近づけることができる。一方、厚さΔＸが０．０２ｍｍ未満の場合、拘束力が弱く曲げ中に扁平が生じ、扁平の抑制が困難となる。また、ベンディングローラ６０の加工精度及び温度によるベンディングローラ６０の変形代を考慮した場合、厚さΔＸは０．０３ｍｍ以上とすることが望ましい。なお、厚さΔＸはより詳しくは、張出部６２Ａ又は６２Ｂの周面から基部６１の周面までの距離である。厚さΔＸはまた、端面６２Ａａ又は６２Ｂａの、ベンディングローラ６０の径方向に平行な寸法でもある。

張出部６２Ａ，６２Ｂの各々は、好ましくは５ｍｍ以上の幅Ｈを有する。幅Ｈを５ｍｍ以上にすることによって、曲げ加工によって金属管ＰのＧ寸法が増加するのを抑制することができる。なお、幅Ｈはより詳しくは、張出部６２Ａ，６２Ｂの、ベンディングローラ６０の軸方向に平行な寸法である。なお、張出部６２Ａ及び６２Ｂの幅Ｈは、等しいことが好ましい。

ベンディングローラ６０はさらに、回転軸Ｃに沿って形成された孔６０ａを有している。本実施形態では、孔６０ａはベンディングローラ６０を貫通しているが、孔６０ａは少なくとも一方が開口していれば良い。

孔６０ａの表面と溝６１ａの表面との間の最小の距離Δｄは、好ましくは５ｍｍ以上である。距離Δｄは、換言すれば、溝６１ａの最も深い部分における基部６１の厚さである。距離Δｄを５ｍｍ以上にすることによって、金属管Ｐの表面に打込傷が発生するのを抑制することができる。また、距離Δｄを５ｍｍ以上にすることによって、ベンディングローラ６０を長寿命化することができる。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明する。この実施例は本発明を限定するものではない。

ベンディングローラの形状を変えて、複数の金属管の曲げ加工を実施した。より具体的には、溝の径Ｄ_Ｂ、張出部の厚さΔＸ、張出部の幅Ｈ、及び距離Δｄをそれぞれ変化させたベンディングローラを用いて、複数の金属管の曲げ加工を実施した。

金属管は材質がＡｌｌｏｙ６９０、曲げ加工前の外径が１７．４８ｍｍ、厚さが１．０１ｍｍのものを用いた。この金属管を、曲げ半径１３００ｍｍのＵ字状に曲げ加工した。

曲げ加工後の各金属管の曲げ部の寸法を測定し、楕円率及びＧ寸法を求めた。より具体的には、Ｕ字状に曲げた金属管の平行な部分となす角度が、４５，９０、１３５°の箇所の寸法を測定し、楕円率及びＧ寸法の各々の平均値を求めた。また、曲げ加工後の各金属管の外周面の観察及び内面渦流探傷によって、打込傷の有無を確認した。なお、「観察」は、目視確認及び触感検査の両方を含む。

結果を表１、表２に示す。条件１〜３４、及び条件Ａのベンディングローラは、樹脂製のものを使用した。条件Ｂでは、ステンレス製のものを使用した。なお、「Ｄ_Ｂ／Ｄ_Ｄ」は、加工前の金属管の外径Ｄ_Ｄに対する溝の径Ｄ_Ｂの比率（％）である。

表１、２の「材料挿入不具合」の欄は、材料挿入作業において、金属管を溝にスムーズに挿入できたかを示す。「○」はスムーズに挿入できたことを示し、「×」はスムーズに挿入できなかったことを示す。

「楕円率」の欄には、曲げ加工後の金属管の、式（１）で定義した楕円率の値が記載されている。楕円率は、１．６０％以下を合格とした。「楕円率判定」の欄の「○」は、楕円率が１．６０％以下であったことを示し、「×」は１．６０％を超えていたことを示す。

「Ｇ寸法」の欄には、曲げ加工後の金属管のＧ寸法の値が記載されている。Ｇ寸法は、１７．４４〜１７．５６ｍｍを合格とした。「Ｇ寸法判定」の欄の「○」は、Ｇ寸法が
１７．４４〜１７．５６ｍｍであったことを示し、「×」はこの範囲から外れていたことを示す。

「打込有無」の欄は、曲げ加工後の金属管の外周面の打込傷の有無を示す。「○」は打込傷が存在しなかったことを示し、「×」は打込傷が存在したことを示す。

「総合評価」の欄の「◎」は全項目良好であったことを示す。「◇」は楕円率が合格で打込傷が存在しなかったことを示し、「○」は楕円率及びＧ寸法が合格であったことを示す。「□」は楕円率のみ良好であったことを示し、「×」は材料挿入不具合があったこと又は楕円率が不合格であったことを示す。

条件１〜６では、材料をスムーズに挿入できなかった。これは、Ｄ_Ｂ／Ｄ_Ｄが小さすぎたためと考えられる。

条件３０〜３４で曲げ加工された金属管は、楕円率が１．６０％を超え、Ｇ寸法が１７．５６ｍｍよりも大きかった。これは、Ｄ_Ｂ／Ｄ_Ｄが大きすぎたためと考えられる。

条件１，２，７〜９，１９〜２１で曲げ加工された金属管は、楕円率が１．６０％を超えた。これは、張出部の厚さΔＸが小さすぎたためと考えられる。

一方、Ｄ_Ｂ／Ｄ_Ｄが９８〜１００％で、かつ、張出部の厚さΔＸが０．０２ｍｍ以上である条件１０〜１８及び２２〜２９並びに条件Ａでは、材料をスムーズに挿入でき、かつ、曲げ加工された金属管の楕円率が１．６０％以下であった。なかでも、条件１３，１５，１８，２３，２８，２９は、全項目良好であった。

条件１〜３，５，７〜１１，１４，１７，１９〜２２，２５，２６で曲げ加工された金属管は、Ｇ寸法が１７．５６ｍｍよりも大きかった。これは、張出部の幅Ｈが小さすぎたためと考えられる。

条件１〜３，７，１０，１２，１４，１６，１９〜２２，２４，２５，２７，３０〜３２で曲げ加工された金属管は、外周面に打込傷が発生した。これは、距離Δｄが小さすぎたためと考えられる。

条件Ｂでは、材料をスムーズに挿入できず、曲げ加工された金属管に打込傷が発生した。これは、ベンディングローラの接触部が硬すぎたためと考えられる。

１金属管の曲げ加工装置
１０定盤
２０旋回架台
３０固定架台
４０送りローラユニット
５０チャック
６０ベンディングローラ
６０ａ孔
６１基部
６１ａ溝
６２Ａ，６２Ｂ張出部

Claims

金属管を軸方向と垂直な方向から挟持するとともに軸方向に搬送する搬送装置と、
前記金属管の軸方向と平行な平面内で旋回し、前記金属管からオフセットされた位置に軸支された旋回アームと、
前記旋回アームに取り付けられ、前記金属管を把持するチャックと、
前記金属管の外周面に接し、曲げの支点に配置されるベンディングローラとを備え、
前記ベンディングローラは、前記金属管の外周面と接する部分が樹脂で形成され、
周面に形成されかつ周方向に延びる溝を有する基部と、
前記基部の前記溝以外の周面を覆って形成された一対の張出部とを含み、
前記溝の断面形状は、前記金属管の曲げ加工前の外径の９８〜１００％の直径を有する半円であり、
前記一対の張出部の各々は、０．０２ｍｍ以上の厚さと、５ｍｍ以上の幅とを有し、
前記ベンディングローラは、回転軸に沿って形成された孔を有し、
前記孔の表面と前記溝の表面との間の最小の距離が５ｍｍ以上であり、
前記基部及び前記張出部の全体が前記樹脂で形成され、
前記樹脂の硬度が、ロックウェル硬度のＲスケールにおいて１００〜１５０である、金属管の曲げ加工装置。