JPS61182825A - 高周波誘導加熱曲げ加工方法及び装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、金属管の曲げ加工方法及びその装置に係り、
特に、加熱幅全均一とし、しかも加熱幅を狭くするのに
好適な冷却方法及びその装置に関する。

〔発明の背景〕

高周波誘導加熱曲げ加工においては、従来の一般的加工
方法として下記の方法がとられている。

高周波電源に接続された加熱リング及び冷却リングの内
側にリングに接することなく、被曲げ加工管を挿入し、
被曲げ加工管の後部を押し装置に固定し、曲げ半径を定
めるアームに前部をクランプする。高周波電源を投入す
ると、被曲げ加工管は、加？＋７ングによる高周波誘導
加熱で加熱リングの内側に位置する部分が熱間加工に適
する温度まで加熱される。これと同時に冷却リングから
冷却剤が噴射され、被曲げ加工管の加熱リングのアーム
側部分を冷却し加熱幅を一定に保つとともに、曲げ加工
後直ちに冷却可能な状態としておく。この状態で被曲げ
加工管は、後部から押し装置によりゆつくシ前方へ直線
的に押し出されると、加熱コイルにより熱間加工域まで
加工された狭い部分に曲げモーメントが発生し、塑性変
形が生じ設定された曲率半径に変形させられ、直ちに冷
却リングで冷却され、曲げ部分が形作られる。これが連
続的にくり返され、曲げ管が製作される。

加熱コイルと冷却リングは、第６図の如く設定されてお
り、冷却剤は冷却リングから周方向に均一に噴射されて
いる。冷却剤が水の場合、冷却リングのノズルから噴射
された水は、重力により被曲げ加工管の管表面をったっ
て管の下部へ流れ込む。管表面を流れている冷却水量は
管上部で最も少なく、下に行くに従い増加する結果とな
シ、被曲げ加工管の曲げ加工後曲げ部の材料特性を決定
する一要因である冷却速度が、周方向で変化し、加工後
の曲げ部材料特性がばらつく原因ともなっている。

冷却水量の管表面の流量を均一化するために、冷却リン
グのノズル口径及び配列を周方で変化させ、被加工管上
部での冷却水量を増加させ、ノズルから噴射される冷却
水量をｊｉｌｔ！次減少させて、被加工管の管壁を流れ
る冷却水量の均一化を試みることも可能ではあるが、完
全に均一にするには、全ての冷却水を被加工管上部にて
噴射せねばならず、高周波曲げ加工の最も重要な加工条
件である狭い加熱部を形成することが困難となる。被加
工管上部で狭く下方へ広くなるか又は各ノズルから冷却
水を噴射している場合には、ノズル近傍のみ加熱幅が狭
くなるような、のこぎり状の加熱帯となり、高周波曲げ
加工条件が悪化する帖果となる。

冷却材が空気又はミスト状の場合は、水の場合のように
被加工管の管表面を伝わり下部へ流れることはなく、冷
却リングのノズル口上管軸方向に噴射された空気やミス
トは、滞ることなく軸方向へ流れ去る。しかし、圧縮空
気をノズルから噴射するので、騒音の発生源となってい
る。また、高周波曲げ加工においては狭い均一な加熱帯
を設けることが必要であるが、空冷の場合冷却能力の点
で水冷よりも低下するため、加熱帯が水冷に比較し広く
なる。特に曲げ半径をエルボ継手並に小さくした場合に
は、大半径曲げ加工の場合よりも加熱帯を狭く保たなけ
れば、加工中座屈を生じ、しわのある曲げ管ができる。

特に空冷の場合は、冷却能力を考慮し冷却方法の工夫が
必要となる。

現在は、曲げ半径をエルボ並にした曲げ加工は非常に難
しく、被加工管背側の減肉が大きくなることを防止する
ため、被加工管の軸方向に大きな圧縮力を加える必要が
ある。この圧縮力が過度になると加熱部で座屈が生じ、
管表面が凸凹となる。

この現象を防止するには、加熱域を極力狭くする必要が
あり、従来から様々の工夫がなされてきた。

以下は、その試みの例である。

特開昭５８−１３８５２２号は、曲げ加工部において座
屈、しわ等の不整変形の発生を防止するとと全目的とし
、加熱コイルの断面形状をテーパ状にし、その内径面の
両端から管材に向けて冷却水を噴射して加熱幅を小範囲
にする構成（第１０図）のコイル形状を考案している。

この構成は次のようになっている。被加工材の・Ｒ材５
２を環状加熱コイル５１Ａで加熱しながら、油圧ソリン
ダ５５の駆動によりロッド５５ａを介して管材５２の端
面に加工力を負荷し、一端を固定したアーム５８をピボ
ット５９を中心に回転させ、ガイドロー２５６以降に曲
げモーメントを発生させて、管材５２を曲げ加工する。

環状の加熱コイル５１Ａは断面形状が外径面５１ａから
内径面５１ｂに向って狭くなるテーパ状に形成され、内
径面５１ｂの両端に設けた噴射孔５１Ｃから冷水５４を
管材５２上に噴射し高周波発振機５７から高周波電流を
供給して管材５２を狭い加熱幅６１Ａで加熱する。

しかし、加熱コイル中を流れる冷却水量によっては、被
加工管の加熱部における内部発熱分の大部分が冷却水に
より除去され、熱間加工域まで加熱されない場合があり
得る。一方、熱間加工域まで加熱するには、加熱コイル
中を流れる冷却水量を減少させればよいが、発熱による
加熱コイル自晶損が考えられる。加熱コイルの破損を防
止しつつ、加熱域を熱間加工域１で加熱し、加熱幅が極
力狭くなるように適切に冷却するには、加熱コイルに設
けたノズルの穴径や数、噴射角度の設定加熱コイル前後
の流量バランス等微妙に関係し合った状態にあり、一つ
の完成された加熱コイルを製作するのは非常に難しい。

°また、冷却ノズルの角度を被加工管表面に対し深くす
ると冷却水をコイル下に巻き込み、加熱域が不均一とな
る。

加熱幅の縮少化の方法として考案された発明のもう一つ
の例は、特開昭５８−１７６０２５　号である。この例
では、加熱コイルの両側に、その内径面に管材に向けて
冷却材を噴射する噴射孔をあけた水冷リングを設け、曲
げ加工部の不整変形防止を目的とし、第１１図に示すコ
イル形状を考案している。熱間管曲げ加工機は、管材５
２の曲げ加工部の外周に環状の加熱コイル５１を有し、
これに高周波発振機５７より高周波電流を供給して曲げ
加工部を加熱しながら、アーム５８を回転させて管曲げ
を行う。その加熱コイル５１の両側に、その内径面６２
ｂに管材５２に向けて冷却水を噴射する噴射孔６２ｃを
あけた水冷リング６２を設ける。噴射孔６２ｃから管材
５２に向は冷却水を噴射して管材５２を冷却し、加熱幅
を狭くして座屈、しわ等の不整変形を防止する。

しかし、冷却ノズルの角度を被加工管表面に対し深くす
ると、冷却水を加熱コイル側へ流し込む結果となり、加
熱域が不均一となる。また、従来の高周波曲げ加工方法
と同様に、本例においても、被加工管の上部から下部へ
向うに従い、被加工管の外表面を流れる冷却水量が増加
し、曲げ加工後の被加工管の冷却速度にばらつきを生じ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、高周波誘導加熱曲げ加工において、円
周方向で均一に、しかも加熱幅を均一化し狭く設定でき
る加熱／冷却リング構造を用りる曲げ加工方法及び装置
を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、高周波誘導加熱部近傍で冷却材を噴きつけ冷
却していた従来の方法に対し、加熱部近傍で空気をリン
グ状に吸い込み強制冷却する方法、及び吸引タイプ冷却
リングと加熱リングをサンドインチ構造とし、加熱幅を
均一化し、かつ狭く設定可能な加熱／冷却リング構造の
装置とそれを用いた高周波誘導加熱方法を提供するもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第５図により説明する
。

被曲げ加工管１は、高周波電源２に接続された高周波誘
導加熱コイル３及び吸引タイプの冷却リング９の内側に
接触することなく挿入される。被加工管の軸方向に移動
する押し装置４に一端を固定され、ガイドローラ５を通
り、ピボット６のまわりに回転可能で管の曲げ半径を定
めるアーム７のクランプ装置８に固定されている。

高周波誘導加熱コイル３は、高周波電流がコイルを流れ
る際に発生する熱破損を防止するため、給水ポンプ１ｏ
に給水管１１を介し接続されており、高周波電流通電時
は常にこの冷却水により冷却される。冷却水は高周波誘
導加熱コイル中を流れた後、排水管１２を介し排水され
る。

冷却リング９は、吸水ポンプ１３により吸引管１４を介
し被曲げ加工管の管表面近傍周囲の空気を冷却リング中
に吸い込む際、高周波誘導加熱コイル３部の空間部分か
らの空気の流入を防止する弁１５を備える。

高周波電源２から高周波誘導加熱コイル３に高周波電流
が投入されると同時に、高周波誘導加熱コイル３中に給
水ポンプ１ｏがら冷却水の供給が開始され、高周波誘導
加熱コイル３の冷却が始まる。また、吸引ポンプ１３が
起動し冷却リング９から周囲の空気の吸引が開始され、
高周波誘導加熱コイル３のアーム７側又はアーム７側と
押し装置側の冷却が始まる。これらにより、被曲げ加工
管１の管壁の高周波誘導加熱コイル３の直下になる部分
が熱間加工機（８５０〜１０５０ｃ）まで加熱される。

この温度上昇開始とともに被曲げ加工管１を送り装置４
により被曲げ加工管の管軸方向前方へ押し出し、曲げ半
径を設定したアーム７のピボット６を回転中心としその
まわりに回転させ、被曲げ加工管１の加熱部に曲げモー
メントを発生させて曲げ加工が開始される。

本実施例においては、＠２図に示すように、高周波誘導
加熱コイル１は、給水管２から供給される冷却水により
、高周波電流通電時に発生する高周波誘導コイル１自身
のＶ！を除去される構造となっておシ、その前後を吸引
管３全通して空気を冷却リング４内側より吸引可能な構
造の冷却リング４により挾んだ構造となっている。この
冷却リング４はセラミック等の１２００Ｃ程度の高温に
耐え得る材質で製作され、高周波誘導加熱コイル１側に
は、冷却時に高周波誘導加熱コイル１と冷却リング４及
び被曲げ加工Ｗ５により構成される空間から冷却リング
４内への空気流入が発生し、高周波誘導加熱コイル１の
直下での加熱部分の冷却がないかもしくは微小であるよ
うＫするためにセラミック７アイパー等による耐熱布等
の弁６を冷却リング４に取りつけである。また、冷却リ
ング４の高周波誘導加熱コイル１と反対側には被曲げ加
工間との間にギャップΔ１．及びΔｔ２が設けてあシ、
仁の間隙から空気が強制的に吸い込まれ、冷却リング４
内では、被曲げ加工管５の表面を強制空冷する。上記ギ
ャップΔｔＩ、Δｔ２を広くしたシ狭くしたりすると、
この間隙から流入する空気の流速及び流量が変化し、強
制対流における熱伝達率を変化させることが可能である
。熱伝達率を変えて被曲げ加工管５の表面における冷却
能を変化させることができる。

この性質を利用し、次の温度差付与曲げ加工を簡単に行
うことが可能である。温度差付与曲げ加工は、曲げ加工
において曲げ半径が小さくなるに従い曲げ部背側におい
て減肉が大きくなるという特徴があるため、曲げ部背側
の減肉を防止又は減肉の程度をやわらげる一方法として
知られている。

すなわち、曲げ加工時の曲げ部背側の温度をｓｏｏ’ｃ
等の低い温度とすると、加工抵抗を腹側より高い状態に
し加工減肉の程度を軽減する方法である。

本発明を利用し、この温度差付曲げ加工を行う場合は、
次のように冷却リングを設定すればよい。

つまり、第４図の如く高周波誘導加熱コイル１の両側に
設定される冷却リング２を曲げ加工部背側Ａでは被曲げ
加工管表面と冷却リング２のギャップを広くとり、腹側
Ｂでは狭くとることにより、曲げ部背側から吸引される
空気の量を増加するとともに、背側で集中的に空気を吸
引し背側での冷却能を高める。さらに、高周波誘導加熱
コイル１側から冷却リング内に空気が流入することを防
止するために、設けた弁３を背側では、収りはずしてコ
イル側からも空気を流入させ、コイル直下の加熱郡全体
を冷却する構造とする。これにより、曲げ加工部背側で
は温度を低く、腹側では高く設定可能であり、温度差付
与曲げ加工を達成できる。

また、本発明においては、第２図の如く高周波誘導加熱
コイル１のコイル幅ｔに近い加熱部幅ｔを得ることが可
能である。従来の冷却方法による場合の加熱コイル及び
冷却コイルの位置関係及び構造を第６図及び第７図に示
しているが、従来のノズルより冷却剤を噴射する方法の
場合、被曲げ加工管の表面に対し、冷却リング１７から
角度をつけて冷却材を噴射しているため高周波誘導加熱
コイル１の加熱部ｌ＠ｔを狭くする構造としても、冷却
材が管表面に接触するまでの距離部分は被曲げ加工管を
冷却することは不可能であり、高周波誘導加熱部からの
熱伝導によりコイル幅より広い範囲が熱間加工域まで加
熱されることになる。第８図は、空冷による加熱冷却時
の高周波誘導加熱コイル回りの温度分布の測定例を示し
ている。高周波誘導が熱コイルの幅を６電程度に狭くし
ても被曲げ加工管における熱間加工域は約３６＋ｍとな
る。また、第９図は各糧材料の各（ＡＸ［における変形
抵抗を示した実験例である。加工温度が７０００をこえ
ると変形抵抗は非常に小さくなシ、加熱部周囲の非加熱
部分に比較し容易に変形する状態にある。従って従来技
術では、第９図を例にとればコイル幅６ｍに対し約６０
ｍ５の変形領域ができることになり、肉厚／口径比の小
さなものについては、曲げ加工時加熱部において座屈や
不整変形を生ずる要因となっている。

これに対し、本発明は、第２図に示す如く、高周波誘導
加熱コイル１のすぐ横に冷却リング４を設定し、冷却リ
ング内で強制冷却する構造をとるため、コイル幅に応じ
た加熱幅ｔを実現できる。

すなわち、第５図の如く加熱コイルの極く近傍から冷却
を行うため、熱間加工域は、加熱コイルの幅にほぼ近い
幅となり、さらに変形抵抗の低い領域も十分狭い幅を設
定可能で、座屈や不整変形を防止することができる。

本実施例では、高周波誘導加熱コイル１と冷却リング４
のサンドインチ構造を示しているが、本冷却リングを従
来の冷却リングに替えて使用すること、前後の冷却リン
グの吸引量を変化させたり、コイルと冷却リングの間に
隙間を設けることにより、コイル幅以上に加熱部を広げ
ることも容易に実現可能である。

第３図は、吸引タイプの冷却リングの吸引口よシ空気を
噴射し、強制冷却を行う場合の実施例を示している。弁
を長くすれば、このようなことも可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高周波誘導加熱及び冷却時において、
冷却リングを吸引タイプの冷却リング構造とすることに
より、コイル幅に応じた加熱幅を得ることが容易であり
、温度差付与曲げ加工が実現でき、従来の冷却剤噴射方
式に比較し、冷却材の飛散による局所的な冷却はす＜、
均一な加熱部を得ることができる。また、高周波誘導加
熱コイルと冷却リングの間隔を変えて、加熱幅を容易に
変化させることが可能である。また、高周波誘導加熱コ
イル幅を従来と同一としても冷却ノズル設定幅に相当す
る幅をさらに冷却可能であシ、加熱幅をさらに狭くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

８１図と＠２図は本発明の一実施例を示す図、第３図は
空気吹出し型として用いる例を示す図、第４ピは被曲げ
加工管と加熱コイルとを偏心させる状態を示す図、第５
図は加熱幅の具体例を示す図、９４６図と哨７図は従来
の冷却方法を示す図、第８図は従来の加熱幅の具体例を
示す図、第９図は各種材料の変形抵抗を示す図、第１０
図と第・１１図は公知の加工装置を示す図である。 １・・・被曲げ加工管、２・・・高周波電源、３・・・
高周波誘導加熱コイル、４・・・押し装置、５・・・ガ
イドローラー、６・・・ピボット、７・・・アーム、８
・・・クランプ装置、９・・・冷却リング、１０・・・
送水ポンプ、１１・・・送水管、１２・・・排水管、１
３・・・吸引ポンプ、１４・・・吸引管、１５・・・弁
、１６・・・加熱部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波電源に接続された加熱リングの内側に、後部
   を押し装置により固定し前部と曲げ半径を定めるアーム
   にクランプされた被曲げ加工管をリングに接することな
   く挿入し、加熱リングに高周波電流を印加して被曲げ加
   工管の加熱リングの内側に位置する部分を高周波加熱す
   るとともに、被曲げ加工管を押し装置により前方へ押し
   出し、曲げ半径を設定したアームの回転中心まわりに回
   転させ、被曲げ加工管に曲げモーメントを発生させて、
   管の曲げ加工を行う高周波誘導加熱曲げ加工において、
   高周波誘導加熱部近傍で空気をリング状に吹い込み、強
   制的に冷却しながら加工することを特徴とする高周波誘
   導加熱曲げ加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、曲げ腹側と背側に
   温度差を与えるように、被曲げ加工管と加熱リングとを
   偏心させるとともに、曲げ腹側と背側とで吸込空気量を
   変えることを特徴とする高周波誘導加熱曲げ加工方法。 ３、高周波電源に接続された加熱リングの内側に、後部
   を押し装置により固定し前部を曲げ半径を定めるアーム
   にクランプされた被曲げ加工管をリングに接することな
   く挿入し、加熱リングに高周波電流を印加して被曲げ加
   工管の加熱リングの内側に位置する部分を高周波加熱す
   るとともに、被曲げ加工管を押し装置により前方へ押し
   出し、曲げ半径を設定したアームの回転中心まわりに回
   転させ、被曲げ加工管に曲げモーメントを発生させて、
   管の曲げ加工を行う高周波誘導加熱曲げ加工装置におい
   て、高周波誘導加熱部近傍で空気を吸い込み強制空冷す
   る吸込型冷却リングを加熱コイルの軸方向両側に取付け
   たことを特徴とする高周波誘導加熱曲げ加工装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、吸込型冷却リング
   内周の加熱コイル側に空気の流れを阻止する弁を設けた
   ことを特徴とする高周波誘導加熱曲げ加工装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、曲げ腹側と背側に
   温度差を与えるように、被曲げ加工管と加熱リングとを
   偏心させるときに、背側付近の弁を取外しておくことを
   特徴とする高周波誘導加熱曲げ加工装置。