JPH0635017B2 - ベンド管の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼管等の金属直管を連続的に曲げ加工してベン
ド管を製造する方法及び装置に関し，特に，小曲げ半径
のベンド管製造に好適なものである。

〔従来の技術〕

従来より，直管を冷間又は熱間で曲げ加工することによ
りベンド管を製造することが知られている。例えば，曲
げ加工すべき直管を，高周波誘導子等の加熱装置で狭域
幅の環状に加熱し，この環状の加熱部を管の長手方向に
移動させるとともにその直後を冷却し，同時に該管に管
先端を把持して旋回する旋回アームにより曲げモーメン
トを加え，管を環状の加熱部のところで曲げ変形させる
方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

管に曲げモーメントを加えて曲げ加工すると，曲がり部
の断面には中立軸を境にして，曲げ内周側管壁には圧縮
応力が，また，曲げ外周側管壁には引張り応力が発生す
る。このため，管の曲げ内周側は前記圧縮応力により増
肉し，主として管の内面側に膨れ，一方，管の曲げ外周
側は引張り応力により減肉すると共に管の内面側に引き
込まれ，その結果，管断面が楕円形に変形し，且つ断面
積も減少する。このような管壁の増肉，減肉及び管断面
の楕円化は曲げ半径が小さくなる程増大する。管の曲げ
外周側の減肉を防止する方法として，曲げ加工中に管全
体に圧縮力を加える方法が知られている。この場合，曲
げ外周側の減肉は小さくなるが，その分曲げ内周側の増
肉が増大する。このように，曲げ加工により製造される
ベンド管の形状は，曲げ半径を小さくする程曲げ内周側
の増肉による偏肉現象は顕著になり，それと同時に曲げ
部の楕円化は著しく増加する。これら偏肉及び楕円化
は，曲がり部における管の流体抵抗を著しく増加させ，
これによって圧縮損失を来たし，配管の衰朽を早め，ひ
いては配管設備費の高騰につながる等の問題点を生じ
る。また，曲げ加工技術的にも，曲げ半径が小さくなる
と，曲げ内周側に蛇腹が発生しやすくなる。特に，曲げ
半径Ｒが管の外径Ｄに対して１．５倍以下の小アール曲
げにおいては，しばしば蛇腹が発生する等，形状的に問
題が発生している。

曲げ加工中の管断面積の減少を防止する方法として，被
曲げ管内面にマンドレルを配設し，該マンドレルで管内
面を規制する方法が考えられる。しかし，その方法では
管断面積の収縮を防止することが可能であるが，曲げ内
外周側の増減肉は当然生じており，更に，マンドレルで
拘束するため抵抗が大となり，曲げ加工に必要な力が増
大し，曲げ装置及び曲げ作業が複雑，困難になる等の問
題点がある。

また，曲げ加工すべき管の曲げ予定部に，あらかじめ切
削等によって薄肉部分を形成しておき，その薄肉部分を
曲げ内周側とすることにより過度の増肉を抑える方法も
知られている（例えば，特開昭６０−３３８２９号公報
参照）。しかし，この方法では曲げ加工工程の前に，薄
肉部分を形成する余分な工程を必要とし，工程が複雑と
なる。しかも曲げ加工時に薄肉部分を正確に曲げ加工部
分に且つ曲げ内周側になるようにしなければならず，作
業がきわめて難しくなるという問題もある。

本発明は，かかる現状に鑑みて為されたもので，管の曲
げ内周側の増肉を防止しながら管の曲げ加工を行い，比
較的肉厚の均一なベンド管を製造することのできる方法
及び装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本願第１の発明は上記のような問題点を解決することを
目的として為されたもので，管に曲げモーメントを付与
した状態でその管を狭域幅の環状に加熱し，加熱された
環状の加熱部に曲げ変形を生じさせると共にその環状の
加熱部を管の長手方向に移動させて管を連続的に曲げ加
工する方法において，曲げ加工中に，曲げ内周側の管壁
を，環状に加熱され曲げ変形を生じている部分にて切削
することを特徴とするベンド管の製造方法を要旨とす
る。

本願第２の発明は上記の第１の発明になる等肉ベンド管
の製造方法を実施するための装置を提供するもので，管
を狭域幅の環状に加熱する加熱装置と，環状の加熱部が
管の長手方向に移動するよう，前記管と加熱装置とを相
対的に移動させる装置と，前記管の環状の加熱部に曲げ
変形を生じさせるよう前記管に曲げモーメントを付与す
る装置と，前記管の，前記加熱装置によって環状に加熱
される部分に面する位置に配置され，管の曲げ内周側の
管壁を切削するカッターとを有することを特徴とするベ
ンド管の製造装置を要旨とする。

〔作用〕

上記構成の本発明では，管の一部を狭域幅の環状に加熱
しその部分を曲げ変形させた時に管の曲げ内周側管壁に
は増肉が生じようとするが，その増肉が生じる際に，同
時にその増肉部分を切削して除去しているので，曲げ加
工中に曲げ内周側の増肉が防止され，かつ，中立軸が内
周側に移動することが抑制され，曲げ外周側の減肉が減
少する。このため，比較的均一厚さの肉厚を持ったベン
ド管の製造が可能となる。また，曲げ加工中増肉があま
り生じないので，曲げ加工に必要とされるモーメントが
小さくて済み，且つ，加熱熱量が少なくて済む。

〔実施例〕

以下，図面に示す本発明の好適な実施例を参照して本発
明を更に詳細に説明する。

第１図，第２図は本発明の第１実施例になるベンド管製
造装置を示す平面図及び側面図である。第１図，第２図
において，１は本体フレームでその上にテールストック
２が移動可能に保持されている。このテールストック２
は曲げられるべき管３の端部を把持して管３を軸方向に
推進させるためのもので，図示しない適当な駆動機構例
えばチェーン，油圧，ねじ推進機構等に連結されてい
る。更に，テールストック２は管クランプ用の油圧シリ
ンダ４を備えている。本体フレーム１の右端にはベンダ
ーヘッド６が設けられ，このベンダーヘッド６には管３
の位置を規制するガイドローラ７，８が保持されてい
る。一方のガイドローラ７は調整ねじ９で位置調整可能
に保持され，他方のガイドローラ８は油圧シリンダ１０
で管３に押付けられるようになっている。ベンダーヘッ
ド６の右方には，管３の軸線に直角方向に延びるベッド
１２が設けられ，その上にスライドベース１３が保持さ
れている。スライドベース１３には，回転可能なアーム
ポスト１４が保持され，このアームポスト１４は旋回ア
ーム１５を保持している。旋回アーム１５は管３を把持
するクランプ１６及びクランプ用油圧シリンダ１７を有
している。かくして，テールストック２が管端を把持し
て第１図の右方向に移動すると，管３の先端を把持した
旋回アーム１５に回転力が加わり，管３に曲げモーメン
トを付与し，管３を曲げ変形させながら二点鎖線で示す
位置に旋回することができる。従って，このテールスト
ック２及び旋回アーム１５等は管３に曲げモーメントを
付与する装置を構成する。

第３図に拡大して示すように，ベンダーヘッド６の右側
の管３の内部には，第一マンドレル２０と第二マンドレ
ル２１が配置され，両者の間には高周波誘導子２２が配
置されている。高周波誘導子２２は管３を狭域幅の環状
に加熱する加熱装置を構成する。この第一マンドレル２
０はまだ曲げ加工されていない管３をガイドするもの
で，管内径にほぼ等しい外径の円筒状のものである。一
方，第二マンドレル２１は曲げ加工される管３の偏平化
を防ぐために配置するもので，曲げ外周側の管壁内面形
状に適合するような湾曲した外形を有するものである。
第一マンドレル２０，第二マンドレル２１は管３の末端
から挿入されたマンドレルバー２３に保持されており，
更にマンドレルバー２３内には，誘導子２２へのリード
線２４が通されている。リード線２４は高周波電流変換
装置（トランスフォーマー）２５（第１図参照）に接続
されている。

第３図において，ベンダーヘッド６には，固定台２７及
びナット２８により，管３を包囲するカッター取付板２
９が取付けられている。このカッター取付板２７には，
環状のギア３０が回転可能に保持され，ギア３０には内
周面に刃３１Ａを有する環状のカッター３１がボルト３
２で固定されている。カッター３１は加工前の管３に対
してほぼ同心状に配置され，刃３１Ａの内径は管３の外
径と同等若しくは僅かに大きく設定されている。カッタ
ー取付板２９には更にモータ３３が保持され，このモー
タ３３の回転軸にはギア３０に噛み合うギア３４が保持
されている。更に，カッター取付板２８には，冷却装置
３５も保持されている。この冷却装置３５は熱間加工に
より曲げられた後の管３に冷却水３５Ａを噴射して冷却
し，曲げ変形を防止するためのものである。

次に上記構造のベンド管製造装置の作動を説明する。曲
げ加工すべき管３を第１図に示すように，テールストッ
ク２と旋回アーム１５に把持させ，管内面より，誘導子
２２で狭域幅の環状に加熱する。この状態でテールスト
ック３を前進させると，環状の加熱部が管の長手方向に
移動し，同時に，旋回アーム１５により管３に曲げモー
メントが加えられ，環状の加熱部から曲げ変形し，且つ
その直後を冷却装置３５からの冷却水で急冷され，連続
的な曲げ加工が行われる。この際，管３は曲げ変形時に
偏平になる傾向があるが，管内に第一及び第二マンドレ
ル２０，２１が配置されているので，管断面の偏平化が
防止され，かつ曲げ内周側では曲げによる増肉分が主と
して管の外面側に膨出する。この管外面への膨出部分
は，モータ３３で回転駆動されるカッター３１により直
ちに切削され，除去される。かくして，比較的均一厚さ
の管壁を有するベンド管が製造される。

第４図，第５図は本発明の第二の実施例のベンド管製造
装置の平面図及び側面図である。同図において，第１図
〜第３図に示す実施例と同一部品には同一符号を付けて
示し説明は省略する。本実施例のベンド管製造装置も，
曲げ加工すべき管３の後端を把持して推進させるテール
ストック２，管３を案内するガイドローラ７，８を備え
たベンダーヘッド６，管先端を把持するクランプ１６及
びクランプ用油圧シリンダ１７を保持した旋回アーム１
５等を有する。なお，この旋回アーム１５は第５図から
良くわかるようにピン３７を中心として二点鎖線位置に
旋回可能である。本実施例では，第１図〜第３図の実施
例と異なり，管３の外側に，環状の高周波誘導子３８が
設けられている。この高周波誘導子３８は冷却水の噴出
孔を有しており，冷却水３９を管３に噴射する構成とな
っている。

第６図，第７図に拡大して示すように，管３内にはカッ
ター回転軸４０が配置され，その先端には円筒状マンド
レル４１，カッター４２がナット４３により固定されて
いる。マンドレル４１は曲げ加工前の管３内面をゆるく
支持しうるよう管３内径とほぼ同一の外径を有してい
る。一方，カッター４２は管３の曲げ部即ち環状の加熱
部の内部に位置するように設けられ，曲げ加工時に曲げ
外周側の管内面を切削することがないよう，素管内径よ
り少し小さく設定されている。カッター４２の外周に形
成された刃４２Ａは切り粉を前方に（即ち管３の進行方
向に）押し出すことができるようヘリカル形状に形成さ
れている。カッター回転軸４０は第４図，第５図に示す
ようにテールストック２に把持された管３の後端から更
に左方の延びており，軸受４４に保持されると共に，チ
ェーンホィール４５，４６，チェーン４７を介してカッ
ター駆動モータ４８に連結されている。

本実施例では，管３を外面より高周波誘導子３８で環状
に加熱し，その管３を推進させながら旋回アーム１５に
より曲げ加工する。この曲げ加工中，マンドレル４１が
管の偏平化を或る程度防止する。また，曲げ加工により
曲げ内周側が増肉し管内面側に膨出するが，この膨出部
分は直ちにカッター４２で切削され，除去される。かく
して，増肉の少ないベンド管が製造される。なお，厳密
にはカッター４２がマンドレル４１と同心状に配置され
ているので，カッター外径と素管内面との隙間分だけ，
曲げ内周側は肉厚となる。しかし，カッターによる切削
を行わない曲げと比べると，偏肉の度合は微小である。

第８図，第９図は更に他の実施例を示すものである。本
実施例では，カッター回転軸４０及びカッター４２の軸
線Ｘが管１の軸線Ｙに対して曲げ内周側に偏心して配置
されている。この偏心量ｌは，カッター４２の刃４２Ａ
が素管の曲げ内周側内面にほぼ接触する程度に選定され
ている。一方，マンドレル４１Ａは管３内に同心状に配
置され，ねじ５０Ａで連結された支持具５０により装置
フレーム（図示せず）に固定されており，カッター回転
軸４０を偏心位置で回転可能に支持している。本実施例
では，カッター４２が管の曲げ内周側の増肉部を素管と
同等の肉厚に切削することができ，第６図の実施例に比
べて一層偏肉の少ないベンド管を製造することができ
る。

第１０図，第１１図は更に他の実施例を示すものであ
る。この実施例では，カッター４２の配設位置を，第６
図の実施例と同様に管の中心とし，該カッター４２の外
径を管３の内径より僅かに小さくして，多少偏肉したベ
ンド管を製造するものであるが，更に先端に曲がり部の
管の変形を防止する補助マンドレル５２をねじ５３によ
りカッター回転軸４０に固定して設けている。この実施
例では管の曲げ外周側の偏平化を防止し，一層円形断面
に近いベンド管を製造できる。なお，第１０図の実施例
ではマンドレル４１，カッター４２，補助マンドレル５
２が共にカッター回転軸４０に固定され，一体に回転す
る構造であるが，マンドレル４１及び補助マンドレル５
２はカッター回転軸４０に対して回転可能とし，カッタ
ー回転時にマンドレル４１，補助マンドレル５２が回転
しないように構成してもよい。このようにマンドレル４
１，５２を管３に対して回転しないように構成すると，
マンドレルの回転摩擦による管内面の傷を防止すること
ができ好ましい。

なお，添付図面に示し且つ以上に説明した各実施例は，
いずれも円周内面或いは外面の多数の刃を有するカッタ
ーで管の増肉部を切削除去しているが，カッターの形状
はこれらの例に限定されるものでなく，他の形状のカッ
ター，例えばバイト，フライス等が使用されてもよい。
また，管の曲げ加工を行う方法は，図示のようにテール
ストック２で管を推進させる方法に限らず，管は静止さ
せておき，加熱装置及び旋回アームを管の長手方向に移
動させる方法でも良い。更に，曲げ外周側の管壁の減肉
を防止するため，管に曲げモーメントとともに圧縮応力
を作用させた曲げ加工方法であっても良い。

次に具体的に曲げ加工を行った結果を示す。

第４図，第５図に示すベンド管製造装置を用いて，曲げ
加工を行った。この際，カッターによる管内面切削を行
った場合（本発明方式）と切削を全く行わない場合（従
来方式）との比較を以下に示す。

(1)実験仕様 試供管 材質：ＳＴＰＧ３８／電縫管 サイズ：６Ｂ，スケジュール４０ 曲げ仕様 曲げ半径：１５０mm（ほぼショートエルボアールに同
じ） 曲げ角度：９０度 曲げ条件 曲げ速度：１．０mm／sec 曲げ温度：曲げ内周側外表面850〜900℃ 曲げ外周側外表面600〜650℃ 曲げ内周側内面切削条件 カッター寸法：外径１４５mm×幅３０mm 歯数 ４５枚 歯形：スパイラル状歯形 切削回転数：６．８rpm 切削速度：４２．７mm／sec (2)結果 曲げ推力：従来方式＝１７〜２０トン 本発明方式＝１４〜１５トン 寸法計測結果を第１表に示す。

(3)結論 曲げ推力的には，本発明になる内面切削方式が，約２
０〜３０％減。

寸法測定結果を第１表に示す通り，曲げ内周側中央部
の最大増肉量の比較では，増肉率的に７０％減となって
おり，削除効果は顕著である。

〔発明の効果〕 以上に説明したように，本発明方法及び装置では曲げ加
工中に，曲げ変形を生じている部分にて，管の曲げ内周
側管壁を切削して除去しているので，管の曲げ予定部に
予め薄肉部分を形成しておくという面倒な工程を設けな
くても，曲げ加工により曲げ内周側に生じる増肉が防止
され，その結果曲げ内周側の圧縮力が著しく軽減され
る。それに伴い，曲げ外周側においても引張り力が軽減
されるため，曲げ外周側における減肉率も軽減される。
この結果，曲げ内周側の増肉を減少させるのみならず，
曲げ外周側の減肉の少ない，且つ偏平化の少ない，流体
抵抗の少ないベンド管が製造される。また，曲が外周側
の減肉を防止するため圧縮曲げを行っても，曲げ内周側
の増肉は防止されているので，一層均一厚さのベンド管
が製造できる。更に，増肉が防止される結果，曲げ半径
が１．５Ｄ以下の小アール曲げを行っても，蛇腹の発生
はなく，従って，従来不可能とされていた曲げ半径１Ｄ
以下の曲げ加工も可能になる。また，この時，曲げに要
する曲げモーメント及び推力も大幅に軽減され，且つ曲
げに要する熱量も軽減され，ライニングコストの低下が
図れるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す部分断面平面図，第
２図はその側面図，第３図はその要部拡大断面図，第４
図は本発明の第二実施例を示す部分断面平面図，第５図
はその側面図，第６図はその要部拡大断面図，第７図は
第６図のVII−VII矢視図，第８図は更に他の実施例を示
す第７図と同一部分の断面図，第９図は第８図のIX−IX
矢視図，第１０図は更に他の実施例を示す第７図と同一
部分の断面図，第１１図は第１０図のXI−XI矢視図，第
１２図，第１３図は管外径，肉厚等の測定位置を示すも
ので，第１２図は曲げ管の平面図，第１３図はそのXIII
−XIII矢視断面図である。 ２……テールストック、３……管、１５……旋回アーム ２２……高周波誘導子、３１……カッター ３８……高周波誘導子、４２……カッター

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管に曲げモーメントを付与した状態でその
   管を狭域幅の環状に加熱し，加熱された環状の加熱部に
   曲げ変形を生じさせると共にその環状の加熱部を管の長
   手方向に移動させて管を連続的に曲げ加工する方法にお
   いて，曲げ加工中に，曲げ内周側の管壁を，環状に加熱
   され曲げ変形を生じている部分にて切削することを特徴
   とするベンド管の製造方法。
2. 【請求項２】管を狭域幅の環状に加熱する加熱装置と，
   環状の加熱部が管の長手方向に移動するよう，前記管と
   加熱装置とを相対的に移動させる装置と，前記管の環状
   の加熱部に曲げ変形を生じさせるよう前記管に曲げモー
   メントを付加する装置と，前記管の，前記加熱装置によ
   って環状に加熱される部分に面する位置に配置され，管
   の曲げ内周側の管壁を切削するカッターとを有すること
   を特徴とするベンド管の製造装置。
3. 【請求項３】前記カッターが曲げられるべき管の内部に
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のベンド管の製造装置。
4. 【請求項４】前記カッターがヘリカルな刃を有する円筒
   状カッターであることを特徴とする特許請求の範囲第３
   項記載のベンド管の製造装置。
5. 【請求項５】前記カッターが曲げられるべき管の外部に
   配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載のベンド管の製造装置。