JPH01107921A - 管材または形材の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は管材または形材の曲げ加工方法に係り、管材や
形材を素材とした各種の曲げ加工部品を製造する塑性加
工に適用され、より高精度で塑性向げを実現する加工方
法に関する。

［従来の技術］ 管材や形材の曲げ加工部品はそれらが適用される製品の
多種多様化に伴いその需要は増加しつつあり、配管部品
、機械構造部品、及び家電製品部品等の多くの分野にお
いて使用されている。

このような曲げ加工部品を製造するための管材または形
材の曲げ加工方法としては、従来からプレス曲げ、引張
り曲げ、押付は曲げ、ロール曲げ等の数多くの曲げ加工
法が実用化されており、その加工方法についての提案も
多数報告されている。

しかし、管材または形材の曲げ加工製品についての利用
態様が多様化し、また軽量化やコストダウンの要求等に
より、従来の加工方法ではその要求に応じた加工精度の
曲げを行うことが困難になりつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ 即ち、従来の曲げ加工方法では曲げ加工中に素材断面の
偏平化が避けられず、特に管材の曲げ加工においてはそ
の現象が顕著となる。

また、曲げ加工時に発生する不良現象として、塑性屈伏
、しわの発生、曲げの外側での割れ、及びスプリングバ
ック等があり、加工精度との関係で加工限界が生じる。

そこで、本発明は、管材または形材の曲げ加工において
、加工部における横断面形状の変化、塑性屈伏やしわの
発生を防止し、且つスプリングバックを抑制できる曲げ
加工方法を提供することを目的として創作された。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の基本的概念は、第１図に示されるように、管材
または形材ｌの一部を拘持したダイス２のベアリング部
３を、管材または形材ｌの導入方向軸４に対して傾斜さ
せた状７！ｉ（角度ω：ω≠９０°）で管材または形材
１を引抜きまたは押出し成型する管材または形材の曲げ
加工方法に係る。

［作用］ ダイス２を導入方向軸４に対しては傾斜させた状態とす
ると、ダイス２のベアリング部３は管材または形材１の
一部を局部的に拘持した状態になり、ダイス２と管材ま
たは形材ｌとが相対的に移動せしめられると、ダイス２
のベアリング部３は管材または形材ｌの外周面を拘束し
ながら圧接し、管材または形材１に曲げを生じさせる。

即ち、ダイス２が傾斜していることにより、第１図にお
けるベアリング部３の上側当接部と下側当接部の圧接条
件とが異なり、より厳しい加工を生じる上側を内周側と
して管材または形材ｌにそり曲げ塑性変形が生じる。

尚、この拘束・圧接条件は、管材または形材１を矢印Ｙ
の方向（曲げ加工後の略円周方向）に引抜く場合も矢印
Ｘ方向へ押出す場合も同様であり、本発明は引抜きまた
は押出し成型の何れの場合にも適用できる。

本発明によれば、曲げ加工をベアリング部３と管材また
は形材ｌの圧接部分だけて行うことになるため、曲げ変
形の範囲は局部的に限定され、曲げ加工後のスプリング
バックが抑制される。また、曲げ加工時に管材または形
材１がベアリング部３で拘束されるため、加工後の管材
または形材ｌの断面形状が偏平化することを防止できる
。

更に、本発明では、管材または形材ｌを引抜きまたは押
出しながら曲げているため、曲げの内側に発生する塑性
屈伏やしわを抑止することができる。

［実施例］ 実ＪＬ例」２ 本発明の一実施例を第２図から第１６図を用いて説明す
る。尚、本実施例では円管の曲げ加工を行い、円管とそ
の加工について各種の条件を設定し、加工後の円管につ
いて、曲げ半径、横断面の偏平化、肉厚ひずみ分布、そ
の他目視による表面の状態等を計測データとした。

■引抜き曲げ加工機について； 第２図は本実施例に適用する引抜きダイスを用いた曲げ
加工装置の概略的機構を示す斜視図であり、被加工体で
ある円管１１を回転型１２と一体になっている引抜きダ
イス１３に嵌着し、その端部な固定チャック１４に取付
けた後、回転型１２をリングコーン無段変速機（モータ
付き）により矢印（実線）方向に回転させて円管１１の
曲げ加工を行う装置である。

回転型１２の外周側面にはダイス１３の円管嵌着部にお
けるダイス穴半径と同半径の半円溝１２ａが形成されて
おり、曲げられた円管１１はその溝１２ａに嵌合してゆ
く。

この回転型１２の半径はＲｏ＝１００ｍｍ（曲げ内側の
曲率半径）と一定にし、また回転型１２の上面には角度
５″毎に直径線１５を罫書いておき、角度指示針１６に
よって曲げの設定角度を読取ることとした。

引抜きダイス１３の材質は５４５Ｃで、そのベアリング
の直径はｄ　＝　２０　ｍ　ｍと一定とした。

尚、曲げ加工の進行伴って円管１１は図に示す矢印（破
ｔ＆）方向へそり、引抜きダイス１３のベル角部に接触
して曲げ加工が下部になるため、回転型１２と一体で回
転するそり曲げ防止車１７を設けである。

前記の引抜きダイス１３の曲げ加工部を取り出し、拡大
した平面図を第３図に示す。

ここに、引抜きダイス１３のベアリング部１３ａを角度
γだけ傾斜させて曲げ加工を行い。

また円管１１かベル角部１３ｂに接触するのを防止する
そり曲げ防止車１７の位置を変更可能とし、円管１１が
引抜きダイス１３へ導入される角度βを変化させること
ができるようになっている。このβは回転型１２の外周
側面における接線Ａからの傾斜角に相当するものであり
、間接ｉＡより外側へ傾斜する場合を正とする。

本実施例においては、ベアリング部１３ａの傾斜角であ
るγをＯ°〜１０°まで、円管導入角であるβを０．７
”〜６．４°まで変化させることとし、実際の曲げ加工
中においては潤滑剤としてＪＩＳ２種２号に相当する塩
素化油を使用した。

■試料円管及び測定方法について； 本実施例で試料として用いた円管１１は第１表に示され
る外径ｄと機械的性質を有する肉厚ｔ＝１．Ｏｍｍのア
ルミニウム材（Ａ１０５０ＴＤ）で熱処理は施されてい
ないものである。

尚、ｄ＝２０ｍｍの円管１１については引抜きダイス１
３の穴径と同一の直径になっており、実際には円管１１
は殆ど引抜かれることなく曲げ加工が行われることにな
る。

曲げ加工後の曲げ形状を評価するに際して。

第４図に示すように、θを直管部（曲げ開始部）からの
曲管部の位置を示す角度、Ｒを曲げ加工後の内側半径を
示す長さとし、第５図に示すように、ψを円管１１の断
面での曲げ外周からの角度、ｔを曲げ加工後の肉厚とし
た。また、円管１１の横断面形状の変化と評価するに際
しては、第６図に示すように、最大外径（長軸）ｄｓａ
ｘと最小外径（短軸）ｄｍｉｎを測定することとした。

尚、円管１１の曲げ半径Ｒの測定には三次元測定機を、
上記の外径ｄ　ｗａｘとｄｍｉｎの測定にはブレートマ
イクロメータを、肉厚ｔの測定には両球面マクロメータ
を使用した。

■曲げ加工試験結果について； 本実施例では最終曲げ角度θ２を４５°／９０”７１３
５°／１８０”に選択して第１表の試料円管１１の曲げ
加工を行い、次のような結果を得た。

第８図は引抜きダイス１３の傾斜角γに大して円管１１
の内側の曲げ半径Ｒの変化を見たものであり、最終曲げ
角度θ、−１８０”としている。曲げ半径Ｒは回転型１
２の半径Ｒｏより若干大きくなっており、僅かながら円
管１１はスプリングバックしている。このスプリングバ
ックは押付は曲げ等と比較してもかなり小さく、芯金を
入れた曲げと同等の値を取る０円管の曲げがなされた位
置を表すθ＝３″〜１８００の間で測定した最大と最小
の曲げ半径の差を見ると、０．３ｍ５ｎ　（Ｒｏの０．
３％）以下であり、かなり優れた真円を保って曲げられ
ている。引抜きダイス１３の傾斜角γの影響を見ると、
曲げ半径Ｒにあまり影響を与えていないよってあるが、
傾斜角γが大きくなると曲げ半径Ｒが小さくなる傾向が
見られる。これは、引抜きダイス１３の傾斜角γが大き
い場合には、円管ｌｌをより厳しく曲げるようにセット
されていることになるからである。尚、円管１１の外径
ｄは曲げ半径に影響を与えていないことが同図から理解
される。

第９図は円管１１の導入角βと円管１１の曲げ半径凡の
関係を見たものであるが、最終曲げ角度θ、＝１３５°
としている。第８図の場合と同様に回転型１２の半径Ｒ
ｏと極めて近い曲率で良好な真円度を保って曲げられて
いる。導入角βが２．ｌ°以上では曲げられた円管１１
はスプリングバックをしているものの、導入角βか０．
７°のときはこの曲げ半径は回転型１２の半径Ｒより小
さくなり、僅かながらトウインの状態になっている。こ
れは導入角βが小さくなると、円管１１がそり曲げ防止
車１フによって曲げを促進されるためであろうと推測さ
れる。そのために、導入角βが大きくなるにつれてΔＲ
は大きくなる傾向が見られ、この傾向は円管１１の外径
ｄが小さくなるほど大きくなっている。

第１０図及び第ｔｉ図は曲げ角度θと短軸径の変化Δｄ
の関係を示したものてあり、最終曲げ角度θ、＝１８０
’としている。第１Ｏ図は外径ｄ　＝　２０　ｍ　ｍ、
第１１図はｄ＝２１ｍｍとした場合であり、両者とも第
６図で示したｄｍａＸ　（長軸）は殆ど引抜きダイス１
３の穴径ｄ。

に等しくなっている。特に第１θ図では引抜きダイス１
３の傾斜角γかどのような値をとってもｄｏとｄ　＋ｓ
ａｘは同値になっている。これは曲げ加工時において、
横断面が楕円形になるような力が生じても、長袖方向の
変形は引抜きダイス１３によって拘束されるためにｄ　
ｓａｘはｄＯより大きくなり得ないためである。一方、
ｄｌｎ　（短軸）については第１０図に示されるように
、Δｄはある値をとっている。これは、円管１１が偏平
化して引抜きダイス１３の穴径により小さくなる部分で
は、引抜きダイス１３をそのまま通過してしまうために
このような結果が生じる。即ち、第１１図に示すように
引抜きダイス１３の穴径よりも大きい円管１１の引抜き
曲げの場合には、第１１図よりも偏平化が防止されるこ
とになる。尚、曲げ角度か９０＠まてはΔｄは増加する
傾向にあるが、それ以上になると何れの場合においても
一定となっている。

引抜きダイスの傾斜角γに対するΔｄの関係を見たもの
か第１２図である。引抜きダイスの傾斜角γが減少する
につれてΔｄも減少し、円に近い形状となっているが、
傾斜角γが４°以下になるとΔｄは一定になっている。

第１３図は円管導入角βをパラメータとして、Δｄを検
討したものである。導入角βが大きくなるほどΔｄは小
さくなっており、導入角βか５°以上になると差はあま
り現れなくなる。この曲げにおける円管１１の横断面は
、引抜きダイス１３が接触する曲げの内側では円を保っ
ているのに対し、曲げの外側では横断面の円は偏平にな
ることが観察された。即ち、第７図に示すような形状に
なり、ここでのｄｍｉｎは同図に示される寸法を測定し
たものである。

この曲げではΔｄの大小を左右するのは、加工時におい
て円管１１の外周がどれだけ引抜きダイス１３に接触す
るかによって決定される。

即ち第１０図から第１３図で取上げた加工条件は、引抜
きダイス１３に円管１１かどれだけの範囲で接触するか
を決定する因子となっている。

第１４図は、第５図に示した円周方向の角度ψ（ψ＝０
が曲げの外側）をパラメータとして、曲げ角度θにおけ
る肉厚ひずみεｔを示したものである。この曲げも他の
方法による曲げと同様にεｔは曲げの外側で負、内側で
正の値をとっている。曲げの外側では何れの曲げ角度に
おいてもεｔの値に大きな変化は見られないか、曲げの
内側では曲げ角度が増加するにつれて肉厚ひずみが増加
し、第１０図や第１１図の場合と同様にθ≧９０６とな
るとεｔは一定となる。尚、外径ｄか大きくなるほど曲
げの内側のεｔは大きくなっている。

第１６図は同図内に示したように偏肉率を定義してその
値を調べたものである。前図と同様に円管１１の外径ｄ
が大きくなるにつれて偏肉率は大きくなり、曲げ角度の
増大によって偏肉率も増加するか、０≧９０″の範囲に
なるとそれ以上増加していない。

以上に示したように０本実施例の円管１１の引抜き曲げ
加工によると、曲げのスプリングバックは僅かであり、
所定の曲げ半径に極めて近い状態に曲げられてその真円
度も良好であると共に、曲げ加工後の円管１１には塑性
屈伏やしわの発生も見られなかった。

また、曲げ加工後の横断面形状についてもその形状が楕
円になることを抑止でき、長袖方向の変形は加工条件に
よって完全に抑制される。

特に引抜きダイス１３の穴径よりも大きい円管１１の曲
げ加工では偏平化をより抑制することが可能となる。

叉１２Ｌス 本実施例は、前記の実施例１が引抜き成型を行うもので
あったのに対し、押出し成型を行うものである。

第１７図はこの押出し成型による曲げ加工装置の概略的
機構を示す斜視図である。

同図において、ダイス２１はリングフレーム２２に対し
て軸２３で軸支されている。

リングフレーム２２はその内周面の端面側と両端面が拘
束されておりダイス２１を中心に回動自在に支持されて
いる。また、リングフレーム２２の外周面には歯が形成
されており、それ自体がつオームホイールとなり、モー
タ２４でつオーム２５が回動せしめられることにより、
それに対応してダイス２１を中心に回動する。

一方、軸２３には歯車２６か取付けられており、この歯
車２６に対してリングフレーム２２に固定されたモータ
２７で回動せしめられるつオーム２８が歯合し、軸２３
はモータ２７の回動によって回動する。ようになってお
り、これによって軸２３で軸支されたダイス２１が回動
する。

即ち、ダイス２１のベアリング部を含む面はモータ２４
，２７の回動によって自在に傾斜せしめられる。

従って、管材または形材２９の導入方向軸３０に対する
ダイス２１の角度を各モータ２４．２７を回動させて制
御しながら押出し成型を行うと、管材または形材２９の
曲げ半径を所望の値に設定できると共に、その曲げ方向
についても任意に設定でき、押出し成型を行いながらア
ナログ的に変化する三次元的な曲げを実現することが可
能となる。

即ち、この場合、ダイス２１のベアリング部では常に第
１図で示したような加工条件が生じ、モータ２７の回転
により管材または形材２９の導入方向軸３０に対するダ
イス２１のベアリング部の角度を大きくすると、曲げ半
径を小さくでき、モータ２４の回転により任意の方向へ
の曲げが実現される。

［発明の効果コ 以上のように、本発明は、管材または形材の曲げ加工に
おいて、曲げ加工時に発生する横断面の形状変化や曲げ
加工後のスプリングバックを抑止でき、高精度の曲げ加
工を可能にする。

また、引抜きまたは押出し成型を行いながら加工するた
め、曲げの内側に発生する塑性屈伏やしわを抑制するこ
とができる。

更に、押出し成型による曲げ加工では曲げ半径や曲げ方
向をアナログ的に変化させることができ、管材や形材の
三次元的な曲げ加工が自在にできるという利点を有して
いる。

第１表

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的概念を示す図、第２図は実施例
１に適用する引抜きダイスを用いた曲げ加工装置の概略
的機構を示す斜視図、第３図は引抜きダイスの曲げ加工
部を取り出し、拡大した平面図、第４図は円管の曲げ加
工部についての曲げ諸元を示す図、第５図は円管の横断
面についての諸元を示す図、第６図及び第７図は曲げ後
の円管の断面形状の諸元を示す図、第８図は引抜きダイ
スの傾斜角が曲げ半径に及ぼす影響を示すグラフ、第９
図は円管導入角か曲げ半径に及ぼす影響を示すグラフ、
第１Ｏ図及び第１１図は曲げ角の位置に対応する横断面
の偏平を示すグラフ、第１２図は引抜きダイスの傾斜角
が横断面の偏平に及ぼす影響を示すグラフ、第１３図は
円管導入角が横断面の偏平に及ぼす影響を示すグラフ、
第１４図及び第１５図は曲げ角の位置に対応する肉厚ひ
ずみを示すグラフ、第１６図は曲げ角の位置に対応する
偏肉率を示すグラフ、第１７図は実施例２に適用する曲
げ加工装置の概略的機構を示す斜視図である。 ■・・・管材または形材　２・・・ダイス３・・・ベア
リング部　４・・・導入方向軸ω・・・管材または形材
の導入方向軸に対するベア第２図 ＝ミー 第３図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 横断面の偏平（引抜きダイス傾き角） γ（ｄｅｇｒｅｅ） 第１３図 第１４図 す（ａｅｇｒｅｅ） 第１５図 第１６図 υ（ｄｅｇｅｅ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　管材または形材の曲げ加工において、 管材または形材の一部を拘持したダイスのベアリング部
   を、管材または形材の導入方向軸に対して傾斜させた状
   態で管材または形材を引抜きまたは押出し成型すること
   を特徴とした管材または形材の曲げ加工方法。