JPS6213215A - 金属管の圧縮曲げ方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属管を環状に且つ局部的に加熱し、該加熱
部を金属管の長手方向に移動させながら該金属管に曲げ
モーメントを付与し連続的に曲げ加工する方法及びその
装置に関し、特に金属管を１曲げモーメントを付与する
ために使用する曲げ腕の有効長さとは異なる曲げ半径に
曲げ加工する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

金属管（以下単に管と言う）を曲げ加工する方法として
、第１図に示すように９曲げ加工すべき管１の管端を固
定装置２に固定させ、管１の先端を旋回軸３を中心とし
て旋回可能な曲げ腕即ちアーム４のクランプ４Ａに把持
させ、旋回軸３にブーム等を介して連結された駆動装置
（例えば油圧シリンダ）５により旋回軸３を管ｌの長手
方向に移動させることにより管１に曲げモーメントを付
与し、同時に加熱器（例えば高周波誘導子）６で管１を
局部的に且つ環状に加熱してこの部分で管１を変形させ
、更にこの加熱部分を管１の長手方向に移動させるとと
もにその直後を冷却することにより管ｌを連続的に曲げ
加工する方法が知られている。この曲げ方法において、
加熱器６を旋回軸３の中心０を通り管Ｉに直角な直＆Ｉ
Ｘ−Ｘ上に常時位置させておくと、換言すれば、加熱器
６と旋回軸３とを管１の長手方向において常に同じ位置
としておくと、管１の曲げ半径はアームの有効長さしと
なり、この位置を変化させると曲げ半径はアームの有効
長さしとは異なってくる。また５曲げ加工部での管壁厚
の減少を防ぐ為、アーム４に反時計方向の一定のトルク
を付与し管１に軸方向の圧縮力を加え、増肉させる方法
も知られている。ここで使用される従来のトルク付与装
置は。

アーム４と一体に旋回軸３を中心として回転可能な圧縮
車輪８．該圧縮車輪８の外周に一端を固定されたワイヤ
９及び該ワイヤ９に張力を加える駆動装置１０で構成さ
れるもので、駆動装置１０によりワイヤ９に一定の張力
を付与し、圧縮車輪８に、従ってアーム４に常に一定の
トルクを加え、アームを介して管１に一定の圧縮力を付
与しうるちのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記の如く管に圧縮力を加えながら曲げ加工
する方法において、管をアームの有効長さと同じ曲げ半
径に曲げる場合には特に問題は発生しなかったが、異な
る曲げ半径に曲げる場合には曲げ部の管壁の厚みが軸方
向に変動するという問題が生じた。

従って１本発明の目的は管をアームの有効長さとは異な
る曲げ半径に曲げ加工する場合において１曲げ部での管
壁厚の軸方向の変動を減少させうる圧縮曲げ方法及びそ
の装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は従来方法における管壁厚の変動の理由を検討
した結果、以下の事項を見出した。−第１図に示す装置
により、アーム有効長さと異なる曲げ半径の曲げ加工を
する場合、第２図に示すように。

旋回軸３及び加熱器６を管１の長手方向に異なる速度で
移動させるが、その際曲げの進行に伴って旋回軸３の中
心は曲げ開始時の位置０から位置σに移動し、旋回軸３
の中心と管１の軸心との距離ｙも変動する。この距離ｙ
の変動が、アーム４を介して管１に加える圧縮力Ｐを変
化させ、管の壁厚を変動させる原因となっている。

本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、管に圧
縮力を加えながら曲げ加工する場合において。

アーム４に加えるトルクを前記距離ｙに応じて調整し。

曲げ加工中に管１に加わる圧縮力Ｐを増肉率が変動しな
いように調整することを特徴とするものである。

以下１本発明を更に詳細に説明する。今、第２図に示す
状態において、管ｌの肉厚をμ倍に増肉しながら一定の
曲げ半径Ｒでの曲げ加工が行われているものとする。こ
の時に 旋回軸３に加える張力をＰ。

圧縮車輪８に加える張力をＰ３ 管１に加わる軸方向の圧縮力をＰ 管１に加わる曲げモーメントをＭとする。

なお、以下の説明において。

８８曲げ角度　　　　Ｒ：曲げ半径 Ｌ：アームを効長さ　ｒ：圧縮車輪半径Ｃ：曲げ中心　
　　　である。

第２図から距離ｙは ｙ＝Ｒ＋　（Ｌ−Ｒ）ｃｏｓθ　　　　　　＝−−−−
−（１）また２曲げ加工中に作用する各張力Ｐ、Ｐ＋、
Ｐｔ　。

曲げモーメントＭ等の関係は。

Ｐ”Ｐｒ＋Ｐｘ　　　　　　　　　　　　・−・・−・
・・（２）Ｍ”　）’　Ｐ　ｔ　＋　（）’　−ｒ　）
　Ｐｇ　　　　　　・−−−−−−＋３１ところで、増
肉させないで曲げ加工する場合に管１に加わる圧縮力を
Ｐｏ、この時に管ｌに加わる曲げモーメントをＭｅとす
ると１両者の間には次の式が成り立つ。

ここで、Ｍｅは管１の物性、断面係数等によって定まる
定数である。

前記したように、圧縮力２２曲げモーメントＭによりμ
倍に増肉しながら曲げ加工が行われているので。

この時の圧縮力ＰをＰ、のｍ倍とすると。

Ｐ　ｗ　ｍ　Ｐ　６　　　　　　　　　　　　　、、−
＝（５１Ｍ２μＭ　＠　　　　　　　　　　　　　　−
−−−−−＝（６１＋２＋、　（３１式に、（４）〜（
６）式を代入して整理すると。

ｙ　　　　　　　　　　　　Ｒ ｒ　　　　　　　　　　　　ｍ 々□Ｐ暑　□　　　　　　−一〜・・・・（７）ｙ　　
　　　　　　　ｍ−μ ｙｍ−μ Ｐ　ｌ　＝　Ｐ　（１−−−） ｒ　　　　　　　ｍ Ｒｒ ｙ　　　　　　　ｍ　−μ ＰＺ　　＝　　−Ｐ　　− Ｒ となる。

このことは、上記（７）〜（９）式を満たす張力ｐ、ｐ
、。

Ｐ、で曲げ加工を行うと、増肉率一定の曲げ加工が行わ
れることを意味する。（９）式からよく判るように、増
肉率一定の曲げを行うには、圧縮車輪８に加える張力Ｐ
３が距離ｙの関数となり、距離ｙに応じて変化させる必
要があるが、従来は張力Ｐ、が一定であつたので。

管曲げ部に肉厚変動が生じていた。

本発明はかかる知見に基づくもので、ＰＩ　、ｐｇを式
＋ｓｉ、　＋９１に基づき、ｙの変化につれて調整する
ものである。なお、旋回軸３に加える張力Ｐ１は、旋回
軸３を管１の長手方向に、所定の曲げ加工に必要な速度
で移動させれば、管１の物性１曲げ半径等に応じて自動
的に定まるものであるので、特に制御する必要はなく。

圧縮車輪８に加える張力Ｐｔのみを式（９）に従って調
整すればよい、この張力Ｐｔはアーム４に旋回軸３を中
心とするトルクを生じさせるものであり、このトルクを
Ｔとすると。

−ｒＰｔ 従って２本発明はアーム４に加えるトルクＴを弐〇〇に
基づき、旋回軸３中心と管１の軸線との距離ｙに応じて
調整するものである。なお２式（９）、α・は機械の摩
擦等の外乱を全く考慮しない理論的なものであるが、実
際の曲げ加工においては摩擦等の外乱が入るので９式＋
９１．　Ｑｌに必ずしも正確に従う必要はなく、実際に
は式（９）、α〔で求めた張力又はトルクを適宜補正し
て使用すればよい。

〔実施例〕

第３図は本発明方法を実施する装置の一例を概略的に示
すブロック線図である。同図において、第１図と同一部
品には同一符号を用いている。アーム４にトルクを付与
するトルク付与装置は、アーム４と一体に回転可能な圧
縮車輪８及びそれにワイヤ９を介して張力Ｐ：を加える
駆動装置１０とを有している０本例では駆動装置１０と
して、油圧シリンダが使用される。油圧シリンダ１０に
は、電磁比例弁１２を介して油圧が供給される。電磁比
例弁１２は演算機能付制御装置１３からの信号で制御さ
れる。ワイヤ９には適当な位置にロードセル等の張力検
出器１４が取付けられ、その出力信号は制御装置１３に
入力される。旋回軸３には旋回軸位置計測装置１５が取
付けられ、該計測装置１５は旋回軸３の中心と管ｌの軸
心との距離ｙを計測し。

制御装置１３に出力する。なお１図示は省略しているが
、旋回軸３を管１の長手方向に移動させる駆動装置５及
び加熱器６を管１の長手方向に移動させる駆動装置（図
示せず）も、制御装置１３により制御されるよう構成さ
れている。

上記構成の装置において、旋回軸３及び加熱器６がそれ
ぞれ制御装置１３に制御された速度で管１の長手方向に
移動し、連続的な曲げ加工が行われる。この際。

同時に駆動装置１０により圧縮車輪８に張力Ｐ２が加え
られ、従ってアーム４にトルクが付与され、管１に圧縮
力が付与される。駆動装置１０による張力Ｐ２は。

計測装置１５からの信号ｙと式（９）により計算され、
電磁比側弁１２及びロードセル１４からのフィードバッ
ク信号により正確な値に制御される。かくして１曲げ加
工中、管ｌには所定の圧縮力Ｐが作用し、軸方向に均一
な壁厚の曲げ管が得られる。なお、前記した如く式（９
）は機械の摩擦等の外乱を全く考慮しない理論的なもの
であるので９式（９）で求めた張力Ｐ！を適宜補正して
使用してもよい。

上記装置では旋回軸３の位置を計測し、その位置に応じ
て圧縮車輪に加える張力を制御したが、この代わりに、
予め圧縮車輪に加える張力の経時変化をプログラムして
おき、そのプログラムに従って制御してもよい、即ち１
曲げ半径を特定すると、第４図に示すように２曲げ角度
に対する距離ｙは定まり、従って一定増肉率での曲げ加
工を行う為の張力Ｐｔも式＋９１より定まる。一方、経
時的な曲げ角度は、旋回軸３及び加熱器６の移動速度に
応じて定まるので、旋回軸３の管１に対する移動速度、
加熱器６の管１に対する移動速度を定めると、張力Ｐ２
の経時的な変化も定まることとなる。かくして、これら
を予めプログラムしておき、そのプログラムに従って旋
回軸３の移動速度、加熱器６の移動速度、圧縮車輪８に
加える張力Ｐｇを制御することにより、管１に加わる圧
縮力Ｐを一定にすることができ、管壁が軸方向に均一厚
みになるように曲げ加工することができる。

なお９以上の説明は、アーム４にトルクを付与するトル
ク付与装置として、圧縮車輪８とそれに張力を加える駆
動装置１０とを有するものを示したが２本発明はこの形
式のトルク付与装置に限定されるものでなく。

アーム４にトルクを付与しろる他の形式の公知の装置が
使用されてもよい、また、上記説明では、管ｌが固定さ
れ、旋回軸３及び加熱器６が管１の長手方向に移動して
いるが、旋回軸３及び加熱器６は管１の長手方向に相対
的に移動すればよく、従って、管ｌを移動させるように
し、旋回軸３や加熱器６を固定するようにしてもよい。

更に９以上の説明では１曲げ半径Ｒを一定とした場合の
ものであるが１曲げ半径Ｒが変化する場合にも。

本発明は適用可能である。即ち１曲げ半径Ｒが変化する
場合にも式（９）、α呻は成立するので９式（９）、α
〔に曲げ半径の変化の式を代入して処理すればよい。

〔発明の効果〕

以上に述べた如く１本発明では管を曲げ腕（アーム４）
の有効長さとは異なる曲げ半径に曲げ加工するに際し、
前記曲げ腕に９曲げ腕の旋回軸と管の軸心との距離に応
じたトルクを付与しているので１曲げ加工中。

アームの位置に関係なく管壁厚を軸方向に均一に増肉さ
せながら曲げ加工することができる。この結果、軸方向
に均一な壁厚を有する曲げ部を有する曲げ管を製造する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は増肉曲げ加工を行う装置を概略的に示す上面図
、第２図は曲げ加工途中の各部の位置関係、張力。 モーメント等を示す図、第３図は本発明方法に用いる装
置の一例を示すブロック線図、第４図は曲げ角度と圧縮
力Ｐ、張力Ｐｇ、距離ｙの関係を示すグラフである。 ｌ−・−・・管　　　　　　　２・・−固定装置計−・
・旋回軸　　　　４−・アーム ５・・−・・駆動装置　　　６・・−・加熱器８・−圧
縮車輪　　　９−・−・ワイヤ１０−・駆動装置　　１
２・・−電磁比例弁１３・−・演算機能付制御装置 １４・・・ロードセル　１５−旋回軸位置計測装置特許
出願人　第一高周波工業株式会社 代理人　弁理士　乗　松　恭　三 牙３図 曹１１゛負崖

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）曲げ加工すべき金属管を加熱器で環状に局部的に
   加熱し、該加熱器を前記金属管の長手方向に相対的に移
   動させ、同時に該金属管の一部を把持して旋回可能な曲
   げ腕の旋回軸を、金属管の長手方向にほぼ平行方向に且
   つ金属管に相対的に移動させて金属管に曲げモーメント
   を付与し、前記金属管を曲げ腕の有効長さと異なる曲げ
   半径に曲げ加工する方法において、前記曲げ腕に、旋回
   軸と曲げられるべき金属管の軸心との距離に応じたトル
   クを付与することを特徴とする金属管の圧縮曲げ方法。
2. （２）前記加熱器及び旋回軸と金属管との相対的な移動
   速度、及び前記曲げ腕に加えるトルクを予めプログラム
   しておき、そのプログラムに従って曲げ加工を行うこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属管の圧縮
   曲げ方法。
3. （３）前記旋回軸と曲げられるべき金属管の軸心との距
   離を計測し、その計測値に従って曲げ腕に付与すべきト
   ルクを計算し、計算値に応じてトルクを制御することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金属管の圧縮曲
   げ方法。
4. （４）曲げ加工すべき金属管を環状に局部的に加熱する
   加熱器と、該加熱器を金属管の長手方向に相対的に移動
   させる駆動装置と、金属管を把持し且つ旋回軸を中心と
   して旋回可能な曲げ腕と、該旋回軸を金属管の長手方向
   に相対的に移動させる駆動装置と、前記曲げ腕にトルク
   を付与するトルク付与装置と、前記旋回軸と金属管軸心
   との距離を計測する計測装置と、該計測装置の計測値に
   基づき、前記曲げ腕に付与すべきトルクを計算し且つそ
   の計算値に基づき前記トルク付与装置を制御する演算機
   能付制御装置とを有することを特徴とする金属管の圧縮
   曲げ装置。