JP7381010B2

JP7381010B2 - 金属管成形装置及び金属管成形方法

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Publication number: JP7381010B2
Application number: JP2019183155A
Authority: JP
Inventors: 崇片桐; 孝行上原; 秀明川口; 信之中土
Original assignee: Mazda Motor Corp; Keylex Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp; Keylex Corp
Priority date: 2019-10-03
Filing date: 2019-10-03
Publication date: 2023-11-15
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: JP2021058896A

Description

ここに開示された技術は、金属管成形装置及び金属管成形方法に関する技術分野に属する。

従来より、金属管を成形する際に、金属板をＵ字状に曲げて、その後、Ｕ字状に曲げられた金属板をＵ字開口側から押圧して円環状に加工する、所謂ＵＯ成形が広く用いられている。

例えば、特許文献１には、予め上側が開放するＵ字状に曲げられた金属製板材からなる被加工材の下側を収容する凹部を有する下型と、下型にセットされた被加工材の側面部を成形する２つの側部金型と、被加工材の上側部分を成形する中間金型とを備え、各側部金型で被加工材の両側面部をそれぞれ押圧した後、中間金型により被加工材の上側部分を成形する造管装置が開示されている。

また、特許文献２には、金属板の幅方向の両端部を曲げるＣ曲げ加工を行った後、金属板をＵ字状に曲げて、その後に金属板を円環状に曲げるというＣＵＯ成形により金属管を得る方法が開示されている。

特開２０１９－１０４０２５号公報特開２００３－２８５１１７号公報

ところで、Ｕ字状に曲げられた金属板を円環状に加工する際には、円環加工装置により、該金属板をＵ字開口側から、半円状の凹面を有する金型で押圧するのが一般的である。このとき、金属板の端部のエッジが該金型の凹面に摺動しながら加工が進行する。このため、金属板の端部のエッジにより前記金型の凹面が削り取られる摩耗（所謂かじり摩耗）が進行してしまう。前記金型の凹面にかじり摩耗が進行すると、該凹面が変形して、最終的に成形される金属管の真円度が低下してしまうおそれがある。

特許文献１に記載の造管装置では、Ｕ字状の金属板の湾曲部に連続する一対の立壁部を、予め側部金型で接近させてＵ字開口を狭くすることで、かじり摩耗の量を減少させている。しかし、上型を３つに分割するため、各金型の分割部分にずれが生じるおそれがあり、成形される金属管の真円度が低下してしまうおそれがある。

これに対し、特許文献２のように、金属板をＵ字状に曲げる前に、Ｃ曲げ加工をすることが考えられる。しかし、Ｃ曲げ加工をするための装置及び工程が必要となり、製造コストが増加してしまう。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造コストを抑制しつつ、ＵＯ成形により金属板を円環状に加工する際の、円環加工装置の金型のかじり摩耗を抑制するとともに、成形される金属管の真円度を出来る限り高くすることにある。

上記課題を解決するために、ここに開示された技術の第１の態様は、金属板をＵ字状に曲げるＵ曲げ装置と、該Ｕ曲げ装置によりＵ字状に曲げられた金属板を、金型によりＵ字開口側から押圧して円環状に加工する円環加工装置とを有する金属管成形装置を対象として、前記Ｕ曲げ装置は、床面に設置された基台と、前記基台に対向して、該基台の上側に昇降可能に配置される昇降台と、前記基台上に固定され、下側に凹んだ凹部を有し、前記金属板が載置される下型と、前記昇降台に固定され、前記下型に載置された前記金属板を前記凹部に向かって押圧するパンチを有する上型と、前記下型又は前記上型の一方に設けられ、前記金属板が前記上型により前記凹部に向かって押圧されることで当該金属板に形成される、上下方向に延びた一対の立壁部に対して、該各立壁部の先端部に、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部をそれぞれ形成する一対の湾曲形成部と、を備え、前記凹部は、上下方向に平行に真っ直ぐに伸びる一対の縦面部と、各縦面部の下側端部から互いに接近するように湾曲する一対の湾曲底面部と、を有し、前記パンチは実際に前記凹部に進入して前記金属板を押圧する押圧部を有し、前記押圧部は、前記凹部に対応する外縁形状をなす下面部と、前記下面部の一対の上側端部から上側に真っ直ぐ延びる一対の側面部と、前記各側面部の上側端部から上側に向かって互いに接近するように湾曲した一対の上面部と、を有し、前記一対の湾曲形成部は、前記各立壁部の先端部を除く部分が、前記凹部の前記各縦面部と前記押圧部の前記各側面部とで挟持される一方、前記各立壁部の先端部が、前記凹部よりも上側に突出した状態で、前記各立壁部の先端部を前記上面部に沿って曲げることで、前記各先端湾曲部を形成する、ことを特徴とする。

ここに開示された技術の第２の態様は、第１の態様において、前記各湾曲形成部は、前記各上面部の形状に対応するように凹んだ湾曲凹面部をそれぞれ有し、前記上面部と前記湾曲凹面部とで前記立壁部の先端部を挟持するように、前記各湾曲形成部で前記各立壁部をそれぞれ側方から押圧することで、前記各先端湾曲部を形成する、ことを特徴とする。

ここに開示された技術の第３の態様は、第２の態様において、前記下型又は前記上型の他方には、前記昇降台の下降動作に伴い、前記各湾曲形成部を互いに接近させるように水平方向に移動させるカム部が設けられている、ことを特徴とする。

ここに開示された技術の第４の態様は、第１～第３の態様のいずれか１つにおいて、前記Ｕ曲げ装置によりＵ字状に曲げられた金属板において、前記各立壁部の前記先端湾曲部とは反対側の各端部を連結しかつ湾曲した部分を底壁部として、前記各湾曲形成部は、前記各先端湾曲部の曲率を前記底壁部の曲率と略同じにすべく、前記各立壁部の先端部を湾曲させるようにそれぞれ構成されている、ことを特徴とする。

ここに開示された技術の第５の態様は、金属板をＵ字状に曲げるＵ曲げ工程と、該Ｕ曲げ工程によりＵ字状に曲げられた金属板を、金型によりＵ字開口側から押圧して環状に加工する円環加工工程とにより金属管を成形する金属管成形方法を対象として、前記Ｕ曲げ工程は、下側に凹んだ凹部を有する下型に前記金属板を載置する載置工程と、前記凹部に対応する形状のパンチを有する上型により、前記下型に載置された前記金属板を前記凹部に向かって押圧する押圧工程と、前記押圧工程により前記金属板に形成される、上下方向に延びた一対の立壁部に対して、該各立壁部の先端部に、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部をそれぞれ形成する先端加工工程とを含み、前記先端加工工程は、前記各立壁部の先端部を除く部分が前記凹部と前記パンチとで挟持される一方、前記各立壁部の先端部が前記凹部よりも上側に突出された状態で、前記各立壁部の先端部を互いに接近するように湾曲させる工程であることを特徴とする。

ここに開示された技術の第１及び第５の態様によると、金属板をＵ字状に曲げる（以下、Ｕ曲げという）際に、各立壁部の先端部に先端湾曲部が形成される。これにより、円環加工装置により円環状に加工する際には、円環加工装置の金型を各先端湾曲部の曲面と接触させることができるようになる。円環加工装置の金型が各先端湾曲部の曲面に接触すれば、該金型が各立壁部の先端部により削られることが抑制される。この結果、ＵＯ成形により金属板を円環状に加工する際の、円環加工装置の金型のかじり摩耗を抑制することができる。

また、円環加工装置の金型を過度に分割させる必要がないため、成形される金属管の真円度を高くしやすくなる。

さらに、金属板の幅方向の端部を曲げる加工（Ｃ曲げ加工）を別途必要としないため、製造コストを抑制することができる。

また、ここに開示された技術の第１の態様によると、湾曲形成部により、立壁部の先端部をパンチの上面部に沿って曲げて各先端湾曲部を形成することで、各先端湾曲部の形状をより適切な形状にしやすくなる。これにより、円環加工装置の金型のかじり摩耗をより効果的に抑制することができる。

また、パンチと下型とにより金属板をＵ字状に曲げて、一対の立壁部を形成した後で各先端湾曲部が成形される。これにより、Ｕ字状の金属板の形状をより適切な形状にしやすくなる。この結果、成形される金属管の真円度を向上させることができる。

ここに開示された技術の第２の態様によると、パンチの上面部と湾曲形成部の湾曲凹面部とで、立壁部の先端部を挟持して各先端湾曲部を形成することで、各先端湾曲部の形状を更に適切な形状にしやすくなる。また、各先端湾曲部の形状を保持しやすくなる。これにより、円環加工装置の金型のかじり摩耗を一層効果的に抑制することができる。

ここに開示された技術の第３の態様によると、昇降台の下降動作に伴い、各湾曲形成部を互いに接近させることができるため、各湾曲形成部を移動させる駆動源を別途用意する必要がなく、低コスト化を図ることができる。

ここに開示された技術の第４の態様によると、各先端湾曲部の曲率が底壁部の曲率と略同じになるため、円環加工装置の金型を各先端湾曲部の曲面とより効果的に接触させることができるようになる。これにより、円環加工装置の金型のかじり摩耗をより一層効果的に抑制することができる。

また、円環加工装置による加工が容易になり、成形される金属管の真円度をより容易に高くすることができる。

例示的な実施形態に係るＵ曲げ装置の断面図であって、上型が上死点の位置にある状態を示す。Ｕ曲げ装置の下型本体及びパンチの部分を示す拡大図である。Ｏ曲げ装置の断面図であって、上型が上死点の位置にある状態を示す。Ｕ曲げ装置の動作図であって、金属板を下型に載置した状態を示す。Ｕ曲げ装置の動作図であって、図４の状態からパンチがカウンターパンチを押圧する状態を示す。Ｕ曲げ装置の動作図であって、図５の状態からパンチが下型の凹部に進入した状態を示す。Ｕ曲げ装置の動作図であって、図６の状態から各湾曲形成部により各立壁部が押圧された状態を示す。Ｕ曲げ装置の動作図であって、図７の状態から上型が離型する状態を示す。Ｏ曲げ装置の動作図であって、予備加工品が載置された状態を示す。Ｏ曲げ装置の動作図であって、図９の状態から割型が予備加工品に接触した状態を示す。Ｏ曲げ装置の動作図であって、図１０の状態からＯ曲げが完了した状態を示す。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１～図３は、本実施形態に係る金属管成形装置１の断面図を示す。この金属管成形装置１は、ＵＯ成形により金属板１００を金属管Ｐに加工する装置である。金属管成形装置１は、平板状の金属板１００をＵ字状に曲げるＵ曲げ装置１０と、該Ｕ曲げ装置１０によりＵ字状に曲げられた金属板１００を、円環状に、特に断面Ｏ字状に加工するＯ曲げ装置５０とを有する。図１及び図２はＵ曲げ装置１０であり、図３はＯ曲げ装置５０を示す。尚、以下の説明では、金属板１００をＵ字状に曲げる加工を単にＵ曲げ加工といい、金属板１００をＯ字状に曲げる加工を単にＯ曲げ加工という。また、以下の説明では、Ｕ曲げ加工後の金属板１００を予備加工品１５０ということがある。また、以下の説明では、上下方向及び左右方向について各図面に示す矢印に従って説明するが、これは実施の使用状態における方向を限定するものではない。

本実施形態において、加工対象となる金属板１００は、例えば鋼板などである。具体的には、金属板１００は、高張力鋼板等の板材を用いることができる。最終的に、得られる金属管Ｐは、例えば自動車のプロペラシャフト等に用いられる。

〈Ｕ曲げ装置〉
図１に示すように、Ｕ曲げ装置１０は左右対称に構成されている。Ｕ曲げ装置１０は、床面Ｆに設置された基台１１と、基台１１に対向して、該基台１１の上側に昇降可能に配置される昇降台１２とを有する。基台１１上には、下型２０が固定される一方、昇降台１２には上型３０が固定されている。また、下型２０には、金属板１００を左右から押圧する一対のスライド型４０が設けられている。

下型２０は、下型本体２１と、下型本体２１の左右方向の中央に設けられた加工ダイ２２を有する。加工ダイ２２は、上側から下側に向かってＵ字状に凹むＵ字状凹部２３を有する。Ｕ字状凹部２３は、図２に示すように、上下方向に平行に真っ直ぐに伸びる一対の縦面部２３ａと、各縦面部２３ａの下側端部から互いに接近するように湾曲する一対の湾曲底面部２３ｂとを有する。両縦面部２３ａと加工ダイ２２の上面との間の両角部は、それぞれＲ面取りが施されており、曲面になっている。

加工ダイ２２のＵ字状凹部２３の左右方向の中央には、該Ｕ字状凹部２３の下端部から上側に突出したカウンターパンチ２４が配設されている。カウンターパンチ２４の上面２４ａは、下側に向かって凹んでいる。より具体的には、カウンターパンチ２４の上面２４ａの形状は、カウンターパンチ２４の上面２４ａが、Ｕ字状凹部２３の湾曲底面部２３ｂと同じ高さ位置になったときに、一対の湾曲底面部２３ｂと連続する形状をなしている。

下型２０の左右方向の中央には、カウンターパンチ２４と連結された下側エアシリンダ２５が内蔵されている。下側エアシリンダ２５は、カウンターパンチ２４を上側に向かって付勢する。また、下側エアシリンダ２５は、カウンターパンチ２４が上型３０により押圧されるときに、衝撃を吸収するクッションの役割を果たす。カウンターパンチ２４が上型３０のパンチ３２により押圧されたときには、下側エアシリンダ２５のシリンダロッド２５ａが、シリンダケース内に移動することで、カウンターパンチ２４が下側に移動する。

下型本体２１の左右方向の端部には、上側に向かって突出する一対のストッパ部２６がそれぞれ設けられている。詳しくは後述するが、各ストッパ部２６は、一対のスライド型４０が互いに離れるように左右方向に移動する際に、各スライド型４０が過度に移動しないように、各スライド型４０の移動を制限するための部分である。

上型３０は、上型本体３１と、上型本体３１の左右方向の中央部分を上下に貫通するように配置されたパンチ３２とを有する。

パンチ３２は、ブロック状の本体部３３と、本体部３３の下面から下側に延びるロッド部３４と、ロッド部３４の下端部に設けられた押圧部３５と、本体部３３の上面から上側に向かってそれぞれ延びる一対のガイドピン３６とを有する。ロッド部３４は、本体部３３の左右方向の中央に設けられている。一対のガイドピン３６は、本体部３３の左右方向の両側端部にそれぞれ設けられている。

押圧部３５は、加工ダイ２２のＵ字状凹部２３に進入して金属板１００を押圧する部分である。押圧部３５の周面は、図２に示すように、加工ダイ２２のＵ字状凹部２３に対応する外縁形状をなす下面部３５ａと、下面部３５ａの左右の上側端部から上側に真っ直ぐ延びる一対の側面部３５ｂと、各側面部３５ｂの上側端部から上側に向かって互いに接近するように湾曲した一対の上面部３５ｃとを有する。下面部３５ａは、金属板１００のＵ曲げ加工時において、各湾曲底面部２３ｂ及びカウンターパンチ２４の上面２４ａと金属板１００を挟んで対向する。各側面部３５ｂの下側半部は、金属板１００のＵ曲げ加工時において、縦面部２３ａと金属板１００を挟んでそれぞれ対向する。各側面部３５ｂの上側半部は、金属板１００のＵ曲げ加工時において、スライド型４０の後述する湾曲形成部４２と金属板１００を挟んでそれぞれ対向する。上面部３５ｃは、金属板１００のＵ曲げ加工時において、スライド型４０の湾曲形成部４２と金属板１００を挟んでそれぞれ対向する。

上型本体３１の左右方向の中央には、本体部３３と連結された上側エアシリンダ３８が内蔵されている。上側エアシリンダ３８は、パンチ３２を下側に向かって付勢する。また、上側エアシリンダ３８は、押圧部３５が金属板１００を押圧するときに、金属板１００からの反発荷重を吸収するクッションの役割を果たす。パンチ３２と加工ダイ２２とで金属板１００を挟持した状態で昇降台１２を下降させたときには、上側エアシリンダ３８のシリンダロッド３８ａがシリンダケース内に移動して、パンチ３２が上型本体３１に対して相対移動する。

上型本体３１の左右方向の両側部分には、一対のカム部３９がそれぞれ下側に向かって突設されている。図１に示すように、一対のカム部３９は左右対称となるように形成されている。詳しくは、左側のカム部３９のカム面３９ａは、右側に向かって上側に傾斜している。一方で、右側のカム部３９のカム面３９ａは、左側に向かって上側に傾斜している。詳しくは後述するが、各カム部３９は、昇降台１２の下降動作に伴い、各スライド型４０の湾曲形成部４２を互いに接近させるように、水平方向（左右方向）に移動させる部分である。各カム部３９の大きさは、パンチ３２と加工ダイ２２とで金属板１００を挟持した後で、スライド型４０が移動を開始するような大きさに設定されている。

一対のスライド型４０は、図１に示すように、下型２０に設けられている。図６に示すように、金属板１００がパンチ３２によりＵ字状凹部２３に向かって押圧されたときには当該金属板１００に、上下方向に延びた一対の立壁部１０１が形成される。各スライド型４０は、この立壁部１０１を左右方向から押圧する金型である。

左側のスライド型４０は、右側にスライド移動可能になっていて、図示しない付勢装置により、左側に付勢されるように構成されている。

左側のスライド型４０は、スライド型本体４１と、スライド型本体４１の右下部分に設けられた湾曲形成部４２とを有する。湾曲形成部４２は、図７に示すように、立壁部１０１を実際に左側から押圧する部分であり、該立壁部１０１の先端部１０１ａに、右側に湾曲した先端湾曲部１０３を形成する。湾曲形成部４２は、押圧部３５の上面部３５ｃの形状に対応するように凹んだ湾曲凹面部４２ａを有する。湾曲凹面部４２ａの曲率は、加工ダイ２２の湾曲底面部２３ｂの曲率と略同じである。

左側のスライド型４０の左上面には、左側のカム部３９のカム面３９ａに沿って延びるように形成された係合面４３が形成されている。具体的には、係合面４３は、右側に上側に向かって傾斜している。左側のカム部３９のカム面３９ａと係合面４３とが係合した状態で、昇降台１２が下降したときには、左側のスライド型４０に右方向の力が作用する。この右方向の力により、該スライド型４０が右方向へ移動する。そして、湾曲形成部４２が金属板１００の立壁部１０１と当接したときには、前記右方向の力により、立壁部１０１をパンチ３２に押し付けて、該立壁部１０１を押圧する。

右側のスライド型４０の構成については、左側のスライド型４０と左右対称になっているため、詳細な説明を省略する。右側のスライド型４０の作動については、右側のカム部３９のカム面３９ａと右側のスライド型の係合面４３とが係合した状態で、昇降台１２が下降したときには、右側のスライド型４０に左方向の力が作用する。この左方向の力により、該スライド型４０が左方向へ移動する。そして、湾曲形成部４２が金属板１００の立壁部１０１と当接したときには、前記左方向の力により、立壁部１０１をパンチ３２に押し付けて、該立壁部１０１を押圧する。

〈Ｏ曲げ装置〉
図３に示すように、Ｏ曲げ装置５０は、左右対称に構成されている。Ｏ曲げ装置５０は、床面Ｆに設置された基台５１と、基台５１に対向して、該基台５１の上側に昇降可能に配置される昇降台５２とを有する。基台５１上には、第１成形型７０が固定される一方、昇降台５２には第２成形型８０が固定されている。

第１成形型７０は、第１成形型本体７１と、第１成形型本体７１の左右方向の中央に設けられた下側ダイ７２を有する。

第１成形型本体７１の左右方向の両側端部には、上側に向かって上側に延びるカム部７３がそれぞれ設けられている。左側のカム部７３のカム面７３ａは右側に向かって下側に傾斜している。右側のカム部７３のカム面７３ａは左側に向かって下側に傾斜している。

下側ダイ７２は、上側から下側に向かって半円状に凹んだ半円状凹部７２ａを有する。

第２成形型８０は、第２成形型本体８１と、第２成形型本体８１に対して左右方向にスライド移動可能に設けられた一対の割型９０とを有する。

第２成形型本体８１は、左右方向の両側端部に、下側に向かって延びる端側ストッパ部８２を有する。また、第２成形型本体８１は、左右方向の中央に、下側に向かって突出する中央突出部８３を有する。図３に示すように、中央突出部８３は、各端側ストッパ部８２よりも下側まで突出している。詳しくは後述するが、各端側ストッパ部８２は、一対の割型９０が互いに離れるように左右方向に移動する際に、各割型９０が過度に移動しないように、各割型９０の移動を制限するための部分である。また、中央突出部８３は、割型９０の後述する上側ダイ９２同士が適切な位置で当接するように、各割型９０の移動を制限するための部分である。

左側の割型９０は、右側にスライド移動可能になっていて、図示しない付勢装置により、左側に付勢されるように構成されている。左側の割型９０は、左側の端側ストッパ部８２により、左側への移動を制限されている。左側の割型９０は、割型本体９１と、割型本体９１の右下部分に設けられた上側ダイ９２とを有する。

左側の割型本体９１は、左下の部分に、左側のカム部７３のカム面７３ａと係合する係合面９１ａを有する。左側のカム部７３のカム面７３ａと係合面９１ａとが係合した状態で、昇降台５２が下降したときには、左側の割型９０に右方向の力が作用する。この右方向の力により、左側の割型９０が右方向へ移動する。

左側の上側ダイ９２は、四分円状に凹んだ円弧状凹部９２ａを有する。この円弧状凹部９２ａは、図１１に示すように、下側ダイ７２の半円状凹部７２ａと協働して１つの円形を形成するように構成されている。

右側の割型９０の構成については、左側の割型９０と左右対称になっているため、詳細な説明を省略する。右側の割型９０の作動については、右側のカム部７３のカム面７３ａと右側の割型９０の係合面９１ａとが係合した状態で、昇降台５２が下降したときには、右側の割型９０に左方向の力が作用する。この左方向の力により、右側の割型９０が左方向へ移動する。

〈金属管の成形方法〉
次に、金属管成形装置１により、金属板１００から金属管Ｐを成形する方法について説明する。尚、図９～図１１については、図面を見やすくするために装置全体を拡大して示しているため、図４～図８と比較して、図９～図１１は金属板１００の全長が長くなったように見えている。

まず、図４に示すように、金属板１００を型開き状態の下型２０と上型３０との間に搬入する。金属板１００は、左右方向の中央部分がＵ字状凹部２３の上に位置するように下型２０上に載置される。このとき、各スライド型４０は、初期位置に位置した状態となっている。また、カウンターパンチ２４は下側エアシリンダ２５により、Ｕ字状凹部２３の湾曲底面部２３ｂよりも上側に突出した状態となっている。

次に、図４の状態から昇降台１２を下降動作させて、図５に示すように、金属板１００を、パンチ３２の押圧部３５により、Ｕ字状凹部２３に向かって押圧する。金属板１００の中央部分は、押圧部３５とカウンターパンチ２４とにより挟持される。金属板１００の左側部分及び右側部分は、加工ダイ２２のエッジ部分から上向きの反発荷重を受けて、パンチ３２に近づくように上側に曲げられる。カウンターパンチ２４は、押圧部３５により下向きに押されて、下側エアシリンダ２５の付勢力に抗して下側に移動する。

次いで、図５の状態から昇降台１２を下降させて、図６に示すように、パンチ３２の押圧部３５と加工ダイ２２（厳密には、加工ダイ２２とカウンターパンチ２４）とで金属板１００を挟持した状態にする。これにより、金属板１００には、左右に対向しかつ上下方向に伸びる一対の立壁部１０１と、各立壁部の下側の各端部を連結しかつ湾曲する底壁部１０２が形成される。各立壁部１０１の先端部１０１ａは、加工ダイ２２よりも上側にそれぞれ突出した状態となる。このとき、各スライド型４０と上型３０の各カム部３９とは、まだ接触していない。つまり、各スライド型４０は、まだ水平方向（左右方向）には移動していない。これは、各カム部３９の大きさを調整することで可能となる。

次に、図６の状態から昇降台１２を下降させて、上型３０の各カム部３９により各スライド型４０を押圧することで、各スライド型４０を互いに接近させるように水平方向（左右方向）に移動させる。そして、図７に示すように、各スライド型４０の湾曲形成部４２により、各立壁部１０１の先端部１０１ａを、押圧部３５の上面部３５ｃに向かってそれぞれ押圧する。これにより、各立壁部１０１の先端部１０１ａが、各上面部３５ｃと各湾曲形成部４２の湾曲凹面部４２ａとでそれぞれ挟持されて、各上面部３５ｃに沿って曲げられる。この結果、各立壁部１０１の先端部１０１ａに、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部１０３が形成される。具体的には、左側の立壁部１０１には、右側に向かって湾曲した先端湾曲部１０３が形成される一方、右側の立壁部１０１には、左側に向かって湾曲した先端湾曲部１０３が形成される。各先端湾曲部１０３の曲率は、底壁部１０２の曲率と略同じである。これにより、金属板１００が予備加工品１５０に加工される。尚、この先端湾曲部１０３の曲率と底壁部１０２の曲率とを比較したときの略同じとは、曲率が同じか又は僅かに小さい範囲である。

続いて、図７の状態から昇降台１２を上昇させて、上型３０を離型させる。上型３０が上昇すると、各スライド型４０が互いに離間する方向に移動する。このとき、予備加工品１５０の立壁部１０１は、スプリングバックにより互いに離れるように移動する。これにより、図８に示すように、予備加工品１５０のＵ字開口が開いて、パンチ３２の押圧部３５が離型できるようになる。そして、上型３０を上死点まで上昇させた後は、予備加工品１５０を下型２０から取り出す。尚、各スライド型４０は、各ストッパ部２６により左右方向の移動が規制されて、初期位置に戻って待機した状態となる。

以上により、Ｕ曲げ加工が完了する。Ｕ曲げ加工が完了した後は、Ｏ曲げ装置５０により予備加工品１５０にＯ曲げ加工が施される。

まず、図９に示すように、第１成形型７０の下側ダイ７２に予備加工品１５０をセットする。予備加工品１５０は、底壁部１０２が下側ダイ７２に収容されかつＵ字開口が上側を向くようにセットされる。

次に、図９の状態から昇降台５２を下降させる。これにより、図１０に示すように、左右の割型９０は、第１成形型７０の各カム部７３により左右方向の力を受けて、下側に移動するとともに、互いに接近する方向に移動する。このとき、各割型９０における上側ダイ９２の円弧状凹部９２ａと各先端湾曲部１０３の曲面とが当接する。これにより、各割型９０は、予備加工品１５０の先端湾曲部１０３を、下側に押圧するとともに、互いに接近する方向に押圧する。そして、図１０に示すように、各割型９０の上側ダイ９２が互いに当接したときには、予備加工品１５０のＵ字開口が狭くなった状態となる。また、図１０に示すように、各割型９０の上側ダイ９２が互いに当接したときには、各上側ダイ９２の円弧状凹部９２ａが協働して１つの半円状凹部が形成される。これにより、下側ダイ７２と型合わせされたときには、真円度の高い円形の型が形成される。図１０に示すように、上側ダイ９２同士が当接したタイミングでは、各上側ダイ９２と下側ダイ７２との間には、所定の長さの隙間が形成された状態となる。

次いで、図１０の状態から昇降台５２を更に下降させる。これにより、図１１に示すように、予備加工品１５０は、各上側ダイ９２の円弧状凹部９２ａ及び下側ダイ７２の半円状凹部７２ａに押し付けられて、Ｏ字状に曲げ変形される。このとき、各割型９０は、中央突出部８３により案内されることで、左右方向にずれることなく、真っ直ぐ下側に移動することができる。その後、昇降台５２を上昇させて、各割型９０を含めて第２成形型８０を離型させる。これにより、Ｏ曲げ加工が完了する。

以上により、金属板１００から金属管Ｐが成形される。金属管Ｐが成形された後は、突き合わせ部分を図示しない溶接装置により溶接して、金属管Ｐが完成する。

前述のように、本実施形態では、Ｕ曲げ装置１０により金属板１００から予備加工品１５０を成形することで、予備加工品１５０の各立壁部１０１の先端部１０１ａに先端湾曲部１０３をそれぞれ形成する。これにより、Ｏ曲げ装置５０によりＯ曲げ加工するときには、各先端部１０１ａのエッジ部分は上側ダイ９２に当接せずに、先端湾曲部１０３の曲面が上側ダイ９２に当接する。この結果、上側ダイ９２が予備加工品１５０の各先端部１０１ａにより削り取られにくくなり、予備加工品１５０を円環状に加工する際の、Ｏ曲げ装置５０の金型（特に、割型９０の上側ダイ９２）のかじり摩耗を抑制することができる。

尚、前述の実施形態では、上側ダイ９２が左右に分割されていて、斜め下側に移動しながら予備加工品１５０の先端湾曲部１０３に当接するようになっていた。しかし、上側ダイ９２が左右に分割されておらずに、上側ダイが、単純に上側に凹んだ半円状凹部を有する形状であって、下向きに移動しながら予備加工品１５０に当接する構成であっても、前述の効果を得ることができる。すなわち、上側ダイが前記の構成であったとしても、該上側ダイの前記半円状凹部には先端湾曲部１０３の曲面を当接させることができるため、前記上側ダイにより予備加工品１５０を押圧する際に、該上側ダイにかじり摩耗が生じるのを抑制することができる。

したがって、本実施形態では、金属管成形装置１のＵ曲げ装置１０は、床面Ｆに設置された基台１１と、基台１１に対向して、該基台１１の上側に昇降可能に配置される昇降台１２と、基台１１上に固定され、下側に凹んだＵ字状凹部２３を有し、金属板１００が載置される下型２０と、昇降台１２に固定され、下型２０に載置された金属板１００をＵ字状凹部２３に向かって押圧するパンチ３２を有する上型３０と、下型２０に設けられ、金属板１００が上型３０によりＵ字状凹部２３に向かって押圧されることで当該金属板１００に形成される、上下方向に延びた一対の立壁部１０１に対して、該各立壁部１０１の先端部１０１ａに、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部１０３をそれぞれ形成する一対の湾曲形成部４２とを備える。これにより、金属板１００のＵ曲げ加工の際に、各立壁部１０１の先端部１０１ａに先端湾曲部１０３が形成される。このため、Ｏ曲げ装置５０により円環状に加工する際には、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２を各先端湾曲部１０３の曲面と接触させることができるようになる。この結果、Ｕ字状に曲げられた金属板１００を円環状に加工する際の、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２のかじり摩耗を抑制することができる。また、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２を過度に分割させる必要がないため、成形される金属管Ｐの真円度を高くしやすくなる。さらに、先端湾曲部１０３を形成する工程を別途用意することなく、Ｕ曲げ加工の際に先端湾曲部１０３を形成することができるため、製造コストを抑制することができる。

また、本実施形態において、パンチ３２は実際にＵ字状凹部２３に進入して金属板１００を押圧する押圧部３５を有し、押圧部３５は、Ｕ字状凹部２３に対応する外縁形状をなす下面部３５ａと、下面部３５ａの一対の上側端部から上側に真っ直ぐ延びる一対の側面部３５ｂと、各側面部３５ｂの上側端部から上側に向かって互いに接近するように湾曲した一対の上面部３５ｃとを有し、湾曲形成部４２により、立壁部１０１の先端部１０１ａを上面部３５ｃに沿って曲げることで、各先端湾曲部１０３を形成する。これにより、各先端湾曲部１０３の形状をより適切な形状にしやすくなる。この結果、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２のかじり摩耗をより効果的に抑制することができる。

特に、本実施形態において、各湾曲形成部４２は、各上面部３５ｃの形状に対応するように凹んだ湾曲凹面部４２ａをそれぞれ有し、上面部３５ｃと湾曲凹面部４２ａとで立壁部１０１の先端部１０１ａを挟持するように、各湾曲形成部４２で各立壁部１０１をそれぞれ側方から押圧することで、各先端湾曲部１０３を形成する。これにより、各先端湾曲部１０３の形状を更に適切な形状にしやすくなるとともに、各先端湾曲部１０３の形状を保持しやすくなる。これにより、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２のかじり摩耗を一層効果的に抑制することができる。

また、本実施形態において、上型３０には、昇降台１２の下降動作に伴い、各湾曲形成部４２を互いに接近させるように水平方向に移動させるカム部３９が設けられている。昇降台１２の下降動作に伴い、各湾曲形成部４２を互いに接近させることができるため、各湾曲形成部４２を移動させる駆動源を別途用意する必要がなく、低コスト化を図ることができる。

特に、本実施形態では、下型２０に湾曲形成部４２を有するスライド型４０が設けられ、上型３０に各カム部３９が設けられているため、各湾曲形成部４２を上下させることなく左右方向に水平に移動させることができる。これにより、各立壁部１０１に左右方向の力を効率的に与えることができ、各先端湾曲部１０３を形成しやすくなる。

また、本実施形態において、各湾曲形成部４２は、パンチ３２がＵ字状凹部２３に進入して、金属板１００を該パンチ３２と加工ダイ２２とで挟持した後、各立壁部１０１の先端部１０１ａを湾曲させるように構成されている。これにより、各立壁部１０１及び底壁部１０２が形成された後に、先端湾曲部１０３が形成されるため、予備加工品１５０の形状をより適切な形状にしやすくなる。この結果、成形される金属管Ｐの真円度を向上させることができる。

また、本実施形態において、各湾曲形成部４２は、各先端湾曲部１０３の曲率を底壁部１０２の曲率と略同じ（同じか又は僅かに小さい）にすべく、各立壁部１０１の先端部１０１ａを湾曲させるように構成されている。これにより、Ｏ曲げ装置５０の金型を各先端湾曲部１０３の曲面とより効果的に接触させることができるようになる。これにより、Ｏ曲げ装置５０の上側ダイ９２のかじり摩耗をより一層効果的に抑制することができる。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態では、パンチ３２における押圧部３５の上面部３５ｃと湾曲凹面部４２ａを有する湾曲形成部４２とで、立壁部１０１の先端部１０１ａを挟持するように、湾曲形成部４２で立壁部１０１を側方から押圧することで、先端湾曲部１０３を形成していた。これに限らず、例えば、湾曲形成部４２を押圧ローラで構成して、該押圧ローラにより、立壁部１０１を押圧部３５の上面部３５ｃに向かって押圧させることで先端湾曲部１０３を形成するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、湾曲形成部４２を有するスライド型４０は、カム部３９により左右方向に移動するように構成されていた。これに限らず、スライド型４０を左右方向に移動させる流体シリンダを設けて、該流体シリンダによりスライド型４０ごと湾曲形
成部４２を左右方向に移動させるようにしてもよい。この場合、パンチ３２がＵ字状凹部２３に進入して、金属板１００を該パンチ３２と加工ダイ２２とで挟持した後に、スライド型４０をパンチ３２に向かって移動させるように、流体シリンダの制御装置を設けておくことが好ましい。

また、前述の実施形態では、下型２０に湾曲形成部４２を有するスライド型４０が設けられ、上型３０にカム部３９が設けられていた。これに限らず、下型２０にカム部３９を設けて、上型３０に湾曲形成部４２を有するスライド型４０を設けるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、Ｏ曲げ加工の際に円柱状の中子を用いていなかったが、該円柱状の中子を用いてもよい。これにより、金属管Ｐの真円度を一層向上せることができる。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、金属板をＵ字状に曲げるＵ曲げ装置と、該Ｕ曲げ装置によりＵ字状に曲げられた金属板を、金型によりＵ字開口側から押圧して円環状に加工する円環加工装置とを有する金属管成形装置として有用である。

１金属管成形装置
１０Ｕ曲げ装置
１１基台
１２昇降台
２０下型
２３Ｕ字状凹部
３０上型
３２パンチ
３５押圧部
３５ａ下面部
３５ｂ側面部
３５ｃ上面部
３９カム部
４２湾曲形成部
４２ａ湾曲凹面部
５０Ｏ曲げ装置（円環加工装置）
１００金属板
１０１立壁部
１０１ａ先端部
１０２底壁部
１０３先端湾曲部
Ｆ床面
Ｐ金属管

Claims

金属板をＵ字状に曲げるＵ曲げ装置と、該Ｕ曲げ装置によりＵ字状に曲げられた金属板を、金型によりＵ字開口側から押圧して円環状に加工する円環加工装置とを有する金属管成形装置であって、
前記Ｕ曲げ装置は、
床面に設置された基台と、
前記基台に対向して、該基台の上側に昇降可能に配置される昇降台と、
前記基台上に固定され、下側に凹んだ凹部を有し、前記金属板が載置される下型と、
前記昇降台に固定され、前記下型に載置された前記金属板を前記凹部に向かって押圧するパンチを有する上型と、
前記下型又は前記上型の一方に設けられ、前記金属板が前記上型により前記凹部に向かって押圧されることで当該金属板に形成される、上下方向に延びた一対の立壁部に対して、該各立壁部の先端部に、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部をそれぞれ形成する一対の湾曲形成部と、
を備え、
前記凹部は、
上下方向に平行に真っ直ぐに伸びる一対の縦面部と、
各縦面部の下側端部から互いに接近するように湾曲する一対の湾曲底面部と、
を有し、
前記パンチは実際に前記凹部に進入して前記金属板を押圧する押圧部を有し、
前記押圧部は、
前記凹部に対応する外縁形状をなす下面部と、
前記下面部の一対の上側端部から上側に真っ直ぐ延びる一対の側面部と、
前記各側面部の上側端部から上側に向かって互いに接近するように湾曲した一対の上面部と、
を有し、
前記一対の湾曲形成部は、前記各立壁部の先端部を除く部分が、前記凹部の前記各縦面部と前記押圧部の前記各側面部とで上下方向に真っ直ぐに延びた状態で挟持される一方、前記各立壁部の先端部が、前記凹部よりも上側に突出した状態で、前記各立壁部の先端部を前記上面部に沿って曲げることで、前記各先端湾曲部を形成することを特徴とする金属管成形装置。
請求項１に記載の金属管成形装置において、
前記各湾曲形成部は、前記各上面部の形状に対応するように凹んだ湾曲凹面部をそれぞれ有し、
前記上面部と前記湾曲凹面部とで前記立壁部の先端部を挟持するように、前記各湾曲形成部で前記各立壁部をそれぞれ側方から押圧することで、前記各先端湾曲部を形成することを特徴とする金属管成形装置。
請求項２に記載の金属管成形装置において、
前記下型又は前記上型の他方には、前記昇降台の下降動作に伴い、前記各湾曲形成部を互いに接近させるように水平方向に移動させるカム部が設けられていることを特徴とする金属管成形装置。
請求項１～３のいずれか１つに記載の金属管成形装置において、
前記Ｕ曲げ装置によりＵ字状に曲げられた金属板において、前記各立壁部の前記先端湾曲部とは反対側の各端部を連結しかつ湾曲した部分を底壁部として、
前記各湾曲形成部は、前記各先端湾曲部の曲率を前記底壁部の曲率と略同じにすべく、前記各立壁部の先端部を湾曲させるように構成されていることを特徴とする金属管成形装置。
金属板をＵ字状に曲げるＵ曲げ工程と、該Ｕ曲げ工程によりＵ字状に曲げられた金属板を、金型によりＵ字開口側から押圧して環状に加工する円環加工工程とにより金属管を成形する金属管成形方法であって、
前記Ｕ曲げ工程は、
下側に凹んだ凹部を有する下型に前記金属板を載置する載置工程と、
前記凹部に対応する形状のパンチを有する上型により、前記下型に載置された前記金属板を前記凹部に向かって押圧する押圧工程と、
前記押圧工程により前記金属板に形成される、上下方向に延びた一対の立壁部に対して、該各立壁部の先端部に、互いに接近するように湾曲した先端湾曲部をそれぞれ形成する先端加工工程と、
を含み、
前記先端加工工程は、前記各立壁部の先端部を除く部分が前記凹部と前記パンチとで上下方向に真っ直ぐに延びた状態で挟持される一方、前記各立壁部の先端部が前記凹部よりも上側に突出された状態で、前記各立壁部の先端部を互いに接近するように湾曲させる工程であることを特徴とする金属管成形方法。