JP2006043767A - 金属管の熱間曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属管の内部に配置される装置で金属管の扁平化を抑制できるとともに、この抑制を、赤熱温度まで昇温した金属管の短区間に昇温むらが生ずるのを防止しながら行える金属管の熱間曲げ加工方法を提供すること。
【解決手段】 誘導加熱用コイルの中を通過する金属管１を後方からの推力で前進移動させ、加熱のために短区間が赤熱温度に加熱された金属管１を推力を駆動力とする曲げモーメントで熱間曲げ加工する際に、金属管１の管内に、棒体である複数本のシリンダ１１が管中心線方向に連設された補剛装置１０を挿入配置し、金属管１を曲げ加工したときのＣ−Ｔ方向の縮径荷重を、各シリンダ１１の両端にアタッチメント部材２０，２１を介して設けた荷重受け部２２，２３で受け、これらの荷重受け部を非導電性の耐火材料を配して構成することで、赤熱温度まで昇温した金属管の短区間に昇温むらが生ずるのを防止する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、曲げ加工される金属管を、扁平化現象を抑制して熱間曲げ加工する方法に関する。

下記の特許文献１には、金属製の直管を曲管に曲げ加工するための熱間曲げ加工装置が示されている。この装置は、先端部分で金属管の一端側をクランプし、根元部分が旋回自在となっている曲げアームと、この曲げアームの旋回中心である曲げ中心から管中心線に立てた垂線が管中心線と交わる位置の金属管の短区間を管外から誘導加熱によって赤熱温度に加熱し且つこの加熱後に冷却するための加熱・冷却装置と、この加熱・冷却装置によって加熱・冷却される上記短区間を管中心線方向に順次移動させるために、金属管を後方からの推力で加熱・冷却装置に対して連続的に移動させる手段となっている推進装置とを備えている。このような熱間曲げ加工装置によると、金属管の長手方向の短区間を管外から誘導加熱して環状の赤熱部を形成する作業と、この作業に追随させて赤熱部を冷却する作業とが、金属管に後方から推力を作用させてこの金属管を誘導加熱するためのコイルの中を前進移動させることにより、管長手方向に連続的に行われることになるとともに、金属管に上記推力を駆動力とする曲げモーメントが上記曲げアームから作用することによってこの金属管が熱間曲げ加工されることになる。

このようにして曲げ加工を行うと、金属管の曲げ外周側管壁が管中心線方向に伸び変形して薄肉化し、曲げ内周側管壁が管中心線方向に圧縮変形して厚肉化するとともに、これらの外周側管壁と内周側管壁が上記伸縮変形の中立位置に近づくように金属管は変形するため、曲げ平面内の管径が縮小し、これと直交する方向の管径が拡大するという扁平化現象が生ずる。このような扁平化現象は、曲げ半径Ｒと管外径Ｄの比率Ｒ／Ｄが小さくなる程（特に、Ｒ／Ｄ≦３といった値のとき）、また管外径Ｄと管肉厚ｔの比率Ｄ／ｔが大きい金属管程（特に、Ｄ／ｔ≧３５といった値のとき）、顕著に生ずる。

下記の特許文献２には、熱間曲げ加工ではなく、冷間曲げ加工に関する技術ではあるが、曲げ加工される金属管の扁平化を抑制するための技術が示され、この技術では、曲げ平面内における変形自在性を有する芯金装置を金属管の内部に配置し、金属管と共に管中心線方向に移動するこの芯金装置によって金属管の内周面からの扁平化荷重、言い換えると、曲げ平面内における縮径荷重を受けることにより、扁平化現象を抑制するようにしている。
特開平５−１６９１４４号公報 特開昭５１−４８７５１号公報

金属管の内部に芯金装置を配置するという芯金装置方式は、金属管の外部に扁平化現象抑制のための部材や手段等を配置する必要がないため、曲げ加工装置全体を小型化できるなどの利点を有し、好ましい技術である。

しかし、この芯金装置方式を熱間曲げ加工のために採用する場合には、芯金装置は金属管と共に管中心線方向に移動し、この芯金装置も、前記加熱・冷却装置の配置位置を通過するため、この加熱・冷却装置内で塑性変形容易な赤熱温度まで昇温した金属管の短区間の温度が、管内面に当たるこの芯金装置による抜熱のために低下し、あるいは赤熱温度までの昇温自体が不足する傾向も加わり、これらによってこの短区間に昇温むらが生じ、この昇温むらのために曲げ加工に支障が発生することになる。このため、曲げ加工で発生する金属管の扁平化を金属管の内部に配置される芯金装置のような装置で抑制しながら金属管を熱間曲げ加工する場合には、このような問題を解決するための工夫が求められる。

本発明の目的は、金属管の内部に配置される装置によって金属管の扁平化を抑制できるとともに、この抑制を、赤熱温度まで昇温した金属管の短区間に昇温むらが生ずるのを防止しながら行えるようになる金属管の熱間曲げ加工方法を提供するところにある。

本発明に係る金属管の熱間曲げ加工方法は、金属管の長手方向の短区間を管外から誘導加熱して環状の赤熱部を形成する作業と、この作業に追随させて前記赤熱部を冷却する作業とを、前記金属管に後方から推力を作用させてこの金属管を前記誘導加熱するためのコイルの中を前進移動させることにより、管長手方向に連続的に行うとともに、前記金属管に前記推力を駆動力とする曲げモーメントを作用させることによってこの金属管を曲げ加工する金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の管内に、両端に非導電性の耐火材料を配して構成された荷重受け部を有するとともに、これらの荷重受け部を含む全長が管内直径適合寸法となっている棒体の複数本を、各棒体を前記金属管の曲げ平面内における管径方向に配向させて管長手方向に飛び石状に連ねて配置することにより、曲げ加工される前記金属管を前記各棒体によって補剛状態とした上で、前記各棒体を前記金属管と共に前進移動させ、前記金属管の前記曲げ加工を、この曲げ加工によって生ずる前記金属管の曲げ平面における縮径荷重を前記各棒体の前記荷重受け部によって受けながら行うことを特徴とするものである。

ここで、上記荷重受け部は、全体を耐火材料製としてもよく、金属管の管内面が当たる側となっている一部分のみを耐火材料製としてもよい。

この金属管の熱間曲げ加工方法によると、金属管の内部にはこの金属管の内径と適合した全長寸法を有する各棒体が配置され、金属管と共に前進移動する各棒体によって金属管は補剛状態となっており、金属管の曲げ加工は、各棒体の両端に設けられた荷重受け部が曲げ加工によって生ずる金属管の曲げ平面における縮径荷重を受けながら行われるため、金属管が扁平化するのを抑制できる。そして、この金属管の扁平化の抑制は、管内面が非導電性の耐火材料を配して構成された荷重受け部に当たることによってなされるが、その際、耐火材料は赤熱温度に耐えて断熱材として機能するため、赤熱温度まで昇温した金属管の短区間に荷重受け部による抜熱によって温度低下が生ずるのを防止しながら金属管の扁平化を抑制できることになる。さらに、荷重受け部を構成する耐火材料は非導電性であるため、金属管の短区間を加熱するための高周波電流が荷重受け部にリークすることによる昇温不足を防止しながら、すなわち、昇温むらによる曲げ加工上の支障を伴わずに補剛状態が確保されて、金属管の扁平化を抑制できることになる。

上記非導電性の耐火材料は、例えば、アルミナ系、アルミナ・シリカ系、ケイ酸カルシウム系、耐熱ガラス系、窒化ケイ素系等の無機質材料である。

また、荷重受け部を構成する上記耐火材料は板状やブロック状の剛性体でもよいが、圧縮変形可能なマット材であることが好ましい。

荷重受け部を構成する耐火材料が上記マット材であれば、金属管の短区間が赤熱温度まで昇温し、この昇温のために軟化した管内面が荷重受け部に当たっても、そのマット材の材質固有の可縮特性によって圧縮変形するため、棒体の両端でのマット材の圧縮変形による棒材の全長寸法の減少が好適値となるようにマット材の材質や厚さ割り付けを選定することにより、金属管の曲げ加工された箇所に管外面側への膨らみ等の変形が生ずる問題を解決しながら、棒体の全長寸法を補剛に必要な下限値以上に確保して金属管の扁平化防止を行うことができる。ちなみに、上記棒体の全長寸法の好適な寸法減少量の目安は、管内径寸法の１〜６％程度である。

このように荷重受け部を圧縮変形可能な耐火材料製マット材を配して構成するためには、例えば、アルミナ・シリカ系、ケイ酸カルシウム系、耐熱ガラス系等のファイバー製のマット材を用いればよい。

また、各棒体の荷重受け部は、各棒体の両端に１個ずつ設けてもよいが、各棒体の両端において、金属管の円周方向に分岐して複数個ずつ設けることが好ましい。

これによると、曲げ加工される金属管に曲げ平面方位を極大部とする分布をもって生ずる扁平化荷重を、その分布に対応した金属管の円周方向の広がりをもってなだらかに受け止めることができて、より滑らかな真円断面形状の曲げ部が得られる。

また、本発明において、金属管は水平面を曲げ平面として曲げ加工されてもよく、鉛直面を曲げ平面として曲げ加工されてもよいが、水平面を曲げ平面とする場合には、各棒体に下方に延びる支え脚を設けることが好ましい。

これによると、各棒体は、金属管の内部において支え脚によって支えられ、両端に荷重受け部を有している各棒体の姿勢を、金属管の曲げ平面と一致した水平とすることができる。

また、各棒体はシリンダを用いて構成すること、すなわち、シリンダ本体と、このシリンダ本体に対して伸縮挙動可能なピストンロッドとを有しているシリンダを用いて構成することが好ましい。

これによると、曲げ加工された金属管の内部から各棒体を取り出す際に、各棒体の両端に設けられた荷重受け部に管内面が当接していても、シリンダ本体に対してピストンロッドを縮み挙動させてシリンダ全体の長さ寸法を短縮化することにより、各棒体を金属管の内部から容易に取り出すことができる。また、各棒体を金属管の内部に挿入配置する作業も、シリンダ全体の長さ寸法を短縮化しておくことによって容易に行える。

なお、このように各棒体の長さ寸法を変更可能とするためには、各棒体を、例えば、ターンバックル方式や長孔方式等による長さ寸法変更可能構造としてもよい。しかし、各棒体をシリンダを用いて構成して長さ寸法変更可能とした場合には、圧油等の作動流体の給排という容易な操作によって各棒体の長さ寸法を変更することができる。

また、本発明において、金属管の曲げ加工を、この金属管の管外に、曲げ平面と直交する方向に金属管が拡径変形するのを規制するための拡径変形規制手段を配置して行うことが好ましい。

金属管を曲げ加工すると、金属管は曲げ平面内では縮径変形するが、この縮径変形の反作用として、金属管は曲げ平面と直交する方向には拡径変形するため、金属管の管外に、曲げ平面と直交する方向に金属管が拡径変形するのを規制するための拡径変形規制手段を配置して曲げ加工を行うことにより、金属管の扁平化を一層有効に抑制することができる。

このような拡径変形規制手段は、金属管の前進移動方向における前記誘導加熱用コイルの直前に定置された定置タイプの拡径変形規制装置でもよく、金属管における前記誘導加熱用コイルを通過して曲げ加工された部分に取り付けられ、この部分と同送される同送タイプの拡径変形規制装置でもよい。そして、拡径変形規制手段を、これらの定置タイプの拡径変形規制装置と同送タイプの拡径変形規制装置の両方を備えているものとすることにより、金属管の扁平化をさらに一層有効に抑制することができる。

また本発明は、管外径Ｄと管肉厚ｔの比率Ｄ／ｔが如何なる値であっても、また、曲げ半径Ｒと管外径Ｄの比率Ｒ／Ｄが如何なる値であっても適用できるが、金属管の扁平化現象は、Ｄ／ｔ≧３５である薄肉厚比の金属管をＲ／Ｄ≦３の小さい曲げ半径比で曲げ加工を行うときに顕著に表れるため、このようなケースにおいて特に有効となる。

なお、Ｄ／ｔの上限値は１２０程度であり、Ｒ／Ｄの下限値は０．６程度である。

本発明によると、金属管の内部に配置される装置によって金属管の扁平化を抑制できるとともに、この抑制を、赤熱温度まで昇温した金属管の短区間に昇温むらが生ずるのを防止しながら行えるという効果を得られる。

以下に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１には、本実施形態に係る金属管１の熱間曲げ加工方法を実施するための装置の全体が概略平面図として示されている。初めに、曲げ平面が水平面となっているこの曲げ加工装置の基本的な構造を、曲げ加工開始前を示している図１の（Ａ）によって説明する。

曲げ加工装置は、先端部が金属管１の先端をクランプするクランプ部２Ａとなっていて根元部に鉛直の旋回中心軸２Ｂが設けられたＬ字形状の曲げアーム２と、金属管１の長手方向の短区間を加熱し且つこの加熱直後に急冷するための加熱・冷却装置３と、金属管１をガイドローラ４で案内させて加熱・冷却装置３側へ移動させる、言い換えると、金属管１を管中心線Ａ方向へ前進移動させるための金属管推進装置５とを備えている。

加熱・冷却装置３は金属管１の外周を取り囲む形で配置される環状のものであり、加熱・冷却装置３のうち、加熱手段３Ａは、高周波電流がコイルに通電されて金属管１を誘導加熱するものであって、冷却手段３Ｂは、金属管１に冷却液を噴射するものである。金属管推進装置５は、モータ等からなる駆動源６と、駆動源６からの駆動力で回転するスプロケット７と、スプロケット７に掛け回されたチェーン８と、このチェーン８に連結され、金属管１の後端に取り付けられたテール部材９とにより構成されている。駆動源６からの駆動力でスプロケット７が回転し、チェーン８に作用する引張力でテール部材９が金属管１の後端を押圧することにより、金属管１は前方へ推進移動される。

また、金属管１が曲げ加工される際における加熱・冷却装置３で加熱及び冷却される金属管１の短区間は、曲げアーム２の旋回中心軸２Ｂから金属管１の管中心線Ａに立てた垂線Ｂがその管中心線Ａと交わる位置と一致している。図１の（Ｂ）で示されているとおり、金属管推進装置５からの推力が金属管１に後方から作用することにより、金属管１は加熱・冷却装置３に対して前進移動し、これにより、加熱・冷却装置３の位置と一致している上記短区間が加熱され、その直後に冷却される作業が金属管１の管長手方向に連続的に行われ、その際、加熱手段３Ａの上記誘導加熱コイルの中を通過する金属管１の短区間が管外から誘導加熱されて軟化した状態の環状の赤熱部が形成され、この赤熱部が金属管推進装置５からの推力を駆動力として生ずる曲げアーム２の曲げモーメントによって順次曲げ変形していくことにより、金属管１が熱間曲げ加工されることになる。

この金属管１の熱間曲げ加工は、図２及び図３で示す補剛装置１０が金属管１の管内に挿入された後に行われる。図２は、金属管１の曲げ加工前における補剛装置１０の平面図で、図３は、図２のＳ３−Ｓ３線断面図である。

図２で示されているように、補剛装置１０は複数本のシリンダ１１が主要な部材となって構成されており、それぞれが金属管１の管径方向に配向された棒体を構成する各シリンダ１１は、シリンダ本体１２とピストンロッド１３からなる。本実施形態のシリンダ１１は、圧油給排ポート１２Ａに接続された油圧ホース１４からシリンダ本体１２に圧油が供給されると、ピストンロッド１３がストロークエンドまで伸び挙動し、圧油の圧力が解除されると、シリンダ本体１２の内部に組み込まれているばねでピストンロッド１３が縮み挙動するものとなっている。図３で示すとおり、各シリンダ本体１２にはホルダー１５を介して下方へ延びる支え脚１６が取り付けられ、支え脚１５の下端にはローラ１７が回転自在に配設されている。

また、図２で示されているように、各シリンダ１１は、ホルダー１５から水平に延びる連結バー１８同士によって金属管１の管長手方向に連設され、連結バー１８同士はビス等の止着具１９で回動自在に連結されている。これにより、各シリンダ１１を主要な構成部材とする補剛装置１０は、各シリンダ１１の連設平面である水平面において、止着具１９を中心に屈曲等の変形自在となっている。ここで、上記ビス等の止着具１９が挿入される連結バー１８の孔は、シリンダ１１の連設方向に長い長孔となっており、これにより、連結バー１８の配設位置と、金属管１が曲げ加工されたときの実際の伸縮中立位置とのずれによる連設方向の寸法不整合が、上記長孔によって吸収されるようになっている。

なお、金属管１の管長手方向への各シリンダ１１の連設は、隣接するシリンダ１１同士をコイルばねや耐熱性ゴム管等による可撓性部材によって行ってもよい。

ピストンロッド１３とは反対側の各シリンダ本体１２の端部には、第１アタッチメント部材２０が取り付けられ、各ピストンロッド１３の先端部には第２アタッチメント部材２１が取り付けられている。各アタッチメント部材２０，２１の外端部には、金属製の母材の外端部に非導電性耐火材料製のマット材を貼り付けた荷重受け部２２，２３が設けられている。マット材を構成する耐火材料は、例えば、アルミナ・シリカ系やケイ酸カルシウム系のファイバー材料をマット状に不織集結成層させたものである。なお、荷重受け部２２，２３はこれに限らず、例えば、マット材を使用せず、この代わりに各アタッチメント部材２０，２１の外端部にアルミナ製の板材を取り付け、あるいは、全体がアルミナ製となっているブロックを取り付けてもよい。

以上のように構成された補剛装置１０は、曲げ加工される前の金属管１の管内に挿入配置される。この作業は、シリンダ本体１２に油圧ホース１４から圧油を供給する前のピストンロッド１３が縮み挙動しているときに行われ、前記ローラ１７を金属管１の内面下端に載せた支え脚１６を鉛直とし、各シリンダ１１の姿勢を金属管１の曲げ平面と同じ水平とした状態で、油圧ホース１４から圧油をシリンダ１１に供給することにより、ピストンロッド１３を伸び挙動させる。ピストンロッド１３が伸び挙動したときの荷重受け部２２，２３やアタッチメント部材２０，２１を含むシリンダ１１の全長は、金属管１の管内直径寸法と適合しているため、シリンダ本体１２への圧油の供給により、荷重受け部２２，２３は、金属管１の曲げ平面における管径方向両側の金属管１の内面に当接し、シリンダ１１は上記水平姿勢を維持することになる。なお、金属管１の管内へ補剛装置１０を挿入配置する作業は、複列レールを備えたガイド治具を援用して行うと容易に行える。

このように補剛装置１０を金属管１の管内に配置すると、各シリンダ１１は、金属管１の管内において管長手方向に飛び石状に連なって配置されることになり、これらのシリンダ１１を有している補剛装置１０により、金属管１は、曲げ平面において補剛された状態となる。

この後、図１で説明した金属管推進装置５によって金属管１は前進移動し、補剛装置１０も金属管１と共に前進移動し、金属管１の熱間曲げ加工が開始される。図４はこの曲げ加工の開始後を示している。金属管１の前記短区間である曲げ変形進行部では、曲げ外周側管壁で伸び変形が生じ、曲げ内周側管壁で圧縮変形が生ずるため、金属管１は、水平の曲げ平面に沿った図３のＣ−Ｔ方向に縮径変形しようとするとともに、Ｃ−Ｔ方向と直交する上下のＮ−Ｎ方向に拡径変形しようとする。

しかし、このように金属管１に曲げ平面内での扁平化現象が生じようとしても、この扁平化現象の発生方向において、金属管１は補剛装置１０によって補剛状態となっており、各シリンダ１１に設けられている荷重受け部２２，２３によって金属管１の縮径荷重が受けられるため、金属管１は、扁平化が抑制されながら曲げ加工されることになる。

そして、本実施形態によると、金属管１の縮径荷重を受ける荷重受け部２２，２３は少なくとも外端側が耐火材料を配して構成されており、この耐火材料は断熱性、耐熱性を有しているため、金属管１の管内面が縮径荷重で荷重受け部２２，２３に当接しても、赤熱温度まで昇温している前記曲げ変形進行部に、荷重受け部２２，２３の当接による抜熱によって部分的な低温箇所が生ずることはない。このため、前記加熱・冷却装置３の高周波電流誘導式の加熱手段３Ａで曲げ加工が容易な温度まで加熱された曲げ変形進行部に昇温むらが発生するのを防止しながら、金属管１の上記扁平化現象を抑制することができ、これにより、金属管１を所定どおりの形状に曲げ加工できる。

また、荷重受け部２２，２３を形成する耐火材料は非導電性であるため、加熱手段３Ａによって金属管１の曲げ変形進行部に誘導される加熱用高周波電流が荷重受け部２２，２３にリークするおそれはなく、この曲げ変形進行部を所定温度に確実に昇温できることになる。

また、荷重受け部２２，２３は、耐火材料製の圧縮可能なマット材を配して構成されているため、金属管１の加熱されて軟化した曲げ変形進行部の内面が縮径荷重で荷重受け部２２，２３に当たっても、耐火材料製マット材が圧縮変形することになり、このため、金属管１に管外面側への膨らみ等の変形が生ずるのを防止して曲げ加工を行えることになる。

また、金属管１は水平面を曲げ平面として曲げ加工されるが、各シリンダ１１には支え脚１６が設けられているため、これらの支え脚１６で各シリンダ１１を曲げ平面と一致する所定の高さ位置で水平姿勢に維持して金属管１の曲げ加工を行え、各シリンダ１１の向きを常に正確に金属管１の縮径方向と一致させることができる。

金属管１の曲げ加工が終了すると、シリンダ本体１２に供給されている圧油の圧力が解除され、ピストンロッド１３は前述したばねで縮み挙動する。これにより、各シリンダ１１の全長寸法は縮小するため、曲げ加工によって金属管１の内面が荷重受け部２２，２３に強く押し付けられていても、曲げ加工の終了で金属管１の内部から補剛装置１０を取り出す作業を容易に行える。また。支え脚１６の先端には、金属管１の内面下端に転動自在に載せられたローラ１７が設けられているため、このローラ１７の転動作用により、金属管１の内部からの補剛装置１０の取り出し作業を一層容易に行える。また、補剛装置１０を曲げ加工前の金属管１の内部に挿入配置する作業も、ピストンロッド１３を前記ばねで縮み挙動させた状態にしてローラ１７を転動させることにより、容易に行える。

なお、補剛装置１０を構成するシリンダは、シリンダ本体にピストンロッド移動方向両側において２個の圧油給排ポートが設けられ、これらのポートへの圧油の給排を、給排分担を交替させて行うことによってピストンロッドが伸縮挙動するタイプのものでもよい。

また、荷重受け部２２，２３を第１、第２アタッチメント部材２０，２１に対して着脱可能とし、これにより、損傷や損耗した荷重受け部２２，２３の交換を行えるようにしてもよい。

図５は、荷重受け部の個数に関する別実施形態を示す。この実施形態では、各シリンダ１１のシリンダ本体１２とピストンロッド１３に取り付けられる第１、第２アタッチメント部材３０，３１に、金属管１の円周方向に分岐した複数個ずつのアーム３２，３３が設けられ、各アーム３２，３３ごとに前記耐火材料を配した荷重受け部３４，３５が設けられている。このため、各シリンダ１１の両端側には、金属管１の円周方向に分岐された状態で複数個ずつの荷重受け部３４，３５が配設されている。

金属管１は曲げ加工されると、前述したように、曲げ内外方向であるＣ−Ｔ方向に縮径変形しようとし、この縮径変形は金属管１の円周方向の範囲に亘って生ずるため、この実施形態では、この縮径変形による金属管１の扁平化を荷重受け部３４，３５で有効に抑制できるようになる。

図６は、これまでの実施形態の金属管１よりも内径が大径となった金属管４１に適用できるようにした補剛装置４０の実施形態を示す。この補剛装置４０でも前記各実施形態と同じシリンダ１１が用いられているが、シリンダ本体１２とピストンロッド１３には、長さ補完部材５２，５３を介して第１、第２アタッチメント部材５０，５１が取り付けられ、これらの長さ補完部材５２，５３により、金属管４１の内径に対するシリンダ１１の長さ不足が補われている。また、各シリンダ１１の支え脚５６は、上下に長い長孔５６Ｃ、５６Ｄが形成された上下の脚部材５６Ａ，５６Ｂを、長孔５６Ｃ、５６Ｄに挿入したボルト、ナット等による結合具５７で結合することによって形成され、長孔５６Ｃ、５６Ｄで支え脚５６の長さ寸法を調整することにより、金属管４１の内部におけるシリンダ１１の高さ位置を金属管４１の曲げ平面と一致させることができるようになっている。

このため、この実施形態によると、前記各実施形態と同じシリンダ１１を用いて金属管４１の曲げ加工を行うことができる。また、長さ補完部材５２，５３を、シリンダ本体１２、ピストンロッド１３及び第１、第２アタッチメント部材５０，５１に対して着脱自在とするとともに、各種長さ寸法を有する長さ補完部材を予め用意しておき、これらの中から適切な長さ寸法を有する長さ補完部材を選択することにより、各種内径の金属管に対して補剛装置４０を共通使用できるようになる。

また、この実施形態でも、第１、第２アタッチメント部材５０，５１に、金属管１の円周方向に分岐した複数個ずつのアーム５７，５８が設けられ、各アーム５７，５８ごとに前記耐火材料を配した荷重受け部６０，６１が設けられているが、これらのアーム５７，５８のうち、支え脚５６の長さ調整によって金属管４１の曲げ平面の高さ位置と一致する各１個のアーム５７Ａ，５８Ａは、第１、第２アタッチメント部材５０，５１に固定されており、この曲げ平面の上下に位置する各２個のアーム５７Ｂ，５８Ｂは、アタッチメント部材５０，５１に対してビス等の止着具６２を中心に上下回動自在に取り付けられている。

このため、第１、第２アタッチメント部材５０，５１に金属管１の円周方向に分岐された複数個ずつの荷重受け部６０，６１が設けられていても、上記長さ補完部材の交換によって各種内径の金属管を曲げ加工する際に、上記各２個のアーム５７Ｂ，５８Ｂの向きを、止着具６２を中心にこれらの金属管の内面の曲率に合わせる作業を行うことにより、これらの金属管に対してアタッチメント部材５０，５１を共通使用できることになる。そして、この実施形態に係る補剛装置４０を、各種内径の金属管を曲げ加工する場合に兼用化することができる。

図７は、金属管１の曲げ加工を、これまで説明した補剛装置のうちの１つと、金属管１が曲げ平面と直交するＮ−Ｎ方向に拡径変形するのを規制するための拡径変形規制手段とを併用して行う場合を示す。拡径変形規制手段は金属管１の管外に配置されるものであり、この拡径変形規制手段は、前記金属管推進装置５による金属管１の前進移動方向において、前記加熱・冷却装置３の加熱手段３Ａを構成する高周波電流誘導コイルの直前に定置された定置タイプの拡径変形規制装置７０と、金属管１における上記コイルを通過して曲げ加工された部分１Ａに取り付けられ、この部分１Ａと同送される同送タイプの拡径変形規制装置８０とからなる。

図８は、同送タイプの拡径変形規制装置８０を示す正面図である。この装置８０のＣ字状本体８１の下辺部８１Ａには第１加圧部材８２が上向きに取り付けられ、Ｃ字状本体８１の上辺部８１Ｂにはねじ軸８４が上下に螺入挿通されており、このねじ軸８４の下端には、第２加圧部材８３が下向きとなって回転自在に取り付けられ、ねじ軸８４の上端に固定されたハンドル８５でねじ軸８４を回転させることにより、第２加圧部材８３は上下動する。

図９は、定置タイプの拡径変形規制装置７０を示す正面図である。金属管１が内部を通過する四角枠状のフレーム７１の下辺部７１Ａには第１加圧ローラ７２が回転自在に取り付けられ、フレーム７１の上辺部７１Ｂには、スライド部材７４が上辺部７１Ｂに設けられたガイド部７５で案内されて上下動自在に配置され、シリンダ７３で下向きに押圧されるこのスライド部材７４に第２加圧ローラ７６が回転自在に取り付けられている。

金属管１の曲げ加工は、定置タイプの拡径変形規制装置７０が備えている第１、第２加圧ローラ７２，７６がシリンダ７３による加圧力を金属管１に作用させながら行われ、金属管１は、各加圧ローラ７２，７５を回転させながら拡径変形規制装置７０に対して前進移動していく。また、図７で示す金属管１の曲げ加工された部分１Ａの外周には、加熱・冷却装置３の直後において、同送タイプの拡径変形規制装置８０のＣ字状本体８１が作業者によって嵌め込まれ、ハンドル８５の回転操作により、第１、第２加圧部材８２，８３からの加圧力が金属管１に加えられる。この同送タイプの拡径変形規制装置８０は、金属管１の曲げ加工された部分１Ａに取り付けられるため、この曲げ加工された部分１Ａと共に移動し、次第にその長さが長くなる曲げ加工された部分１Ａに拡径変形規制装置８０が一定間隔ごとに取り付けられていく。

このように、定置タイプの拡径変形規制装置７０の第１、第２加圧ローラ７２，７６と、同送タイプの拡径変形規制装置８０の第１、第２加圧部材８２，８３は、金属管１が曲げ加工されたときに拡径変形しようとするＮ−Ｎ方向に配置されているため、この拡径変形を規制することになる。また、金属管１の管内には、前述した補剛装置の１つである補剛装置１０が配置され、この補剛装置１０の各シリンダ１１ごとに設けられた荷重受け部２２，２３が金属管１のＣ−Ｔ方向の縮径荷重を受け、縮径変形を抑制する。

このため、図７の実施形態によると、金属管１のＣ−Ｔ方向の縮径変形を防止する補剛装置１０と、金属管１のＮ−Ｎ方向の拡径変形を規制する拡径変形規制装置７０，８０との併用により、金属管１は、扁平化現象が一層有効に抑制されながら曲げ加工されることになる。

図１０は、別実施形態に係る同送タイプの拡径変形規制装置９０を示す。この装置９０は、上部材９１と下部材９２を有し、上部材９１から下方へ延びる連結ロッド９３の下端がピン９４で下部材９２に結合されることにより、上部材９１と下部材９２が連結されるようになっている。下部材９２には、油圧メータ９５が取り付けられた油圧回路９６を介して油圧源９７に接続されているシリンダ９８が上向きに設置され、このシリンダ９８で第１加圧部材９９が上下動する。また、上部材９１には、第１加圧部材９９と上下に対向する位置において、第２加圧部材１００が下向きに取り付けられている。

上部材９１と下部材９２は、金属管１の曲げ加工開始前では分離されており、金属管１の曲げ加工が開始されると、曲げ加工された部分１Ａの加熱・冷却装置３の直後において、連結ロッド９３の下端がピン９４で下部材９２に結合されることによって上部材９１と下部材９２は連結され、油圧源９７からの圧油がシリンダ９８に供給されることにより、第１、第２加圧部材９９，１００が金属管１をＮ−Ｎ方向に加圧し、この方向に金属管１が拡径変形するのを規制する。

曲げ加工する金属管の外径等に応じて、このような拡径変形規制装置９０を図８の拡径変形規制装置８０に代えて用いてもよい。

以上において、金属管を曲げ加工したときに生ずる扁平化現象は、管外径をＤ（図３を参照）、管肉厚をｔ（図３を参照）、曲げ半径をＲ（このＲは曲げアーム２の旋回中心軸２Ｂから金属管１の管中心線Ａまでの距離であり、図１の（Ｂ）を参照）とそれぞれしたとき、Ｄ／ｔ≧３５となっている金属管をＲ／Ｄ≦３として曲げ加工を行うときに顕著に表れる。このため、前述した補剛装置や拡径変形規制装置を用いる各実施形態に係る曲げ加工作業は、Ｄ／ｔ≧３５となっている金属管をＲ／Ｄ≦３として行う場合に特に有効となる。

本発明は、金属管を熱間曲げ加工した際に生ずる金属管の扁平化現象を抑制するために利用することができる。

金属管の熱間曲げ加工装置の全体を示す概略平面図であって、（Ａ）は曲げ加工開始前を示し、（Ｂ）は曲げ加工中を示す。 金属管の管内に配置される補剛装置を示す平面図であって、曲げ加工開始前を示す図である。 図２のＳ３−Ｓ３線断面図である。 金属管の曲げ加工開始後における補剛装置を示す平面図である。 棒体であるシリンダの両端に設ける荷重受け部を、金属管の円周方向に分岐された複数個ずつとした実施形態を示す図３と同様の図である。 各種内径の金属管に対して共通使用できる補剛装置の実施形態を示す図３と同様の図である。 金属管の曲げ加工を、補剛装置と、金属管が曲げ平面と直交する方向に拡径変形するのを規制するための拡径変形規制手段とを用いて行う場合を示す図１の（Ｂ）と同様の図である。 拡径変形規制手段を構成する同送タイプの拡径変形規制装置を示す正面図である。 拡径変形規制手段を構成する定置タイプの拡径変形規制装置を示す正面図である。 別実施形態に係る同送タイプの拡径変形規制装置を示す正面図である。

符号の説明

１，４１ 金属管
２ 曲げアーム
３ 加熱・冷却装置
５ 金属管推進装置
１０，４０ 補剛装置
１１ 棒体であるシリンダ
１２ シリンダ本体
１３ ピストンロッド
１６，５６ 支え脚
２２，２３，３４，３５，６０，６１ 荷重受け部
７０ 定置タイプの拡径変形規制装置
８０，９０ 同送タイプの拡径変形規制装置

Claims (8)

1. 金属管の長手方向の短区間を管外から誘導加熱して環状の赤熱部を形成する作業と、この作業に追随させて前記赤熱部を冷却する作業とを、前記金属管に後方から推力を作用させてこの金属管を前記誘導加熱するためのコイルの中を前進移動させることにより、管長手方向に連続的に行うとともに、前記金属管に前記推力を駆動力とする曲げモーメントを作用させることによってこの金属管を曲げ加工する金属管の熱間曲げ加工方法において、
   前記金属管の管内に、両端に非導電性の耐火材料を配して構成された荷重受け部を有するとともに、これらの荷重受け部を含む全長が管内直径適合寸法となっている棒体の複数本を、各棒体を前記金属管の曲げ平面内における管径方向に配向させて管長手方向に飛び石状に連ねて配置することにより、曲げ加工される前記金属管を前記各棒体によって補剛状態とした上で、前記各棒体を前記金属管と共に前進移動させ、前記金属管の前記曲げ加工を、この曲げ加工によって生ずる前記金属管の曲げ平面における縮径荷重を前記各棒体の前記荷重受け部によって受けながら行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
2. 請求項１に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記荷重受け部を構成する耐火材料は圧縮変形可能なマット材であることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
3. 請求項１又は２に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記荷重受け部は、前記各棒体の両端において、前記金属管の円周方向に分岐された複数個ずつ設けられていることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の曲げ平面は水平面であり、前記各棒体は下方に延びる支え脚を備えていることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記各棒体はシリンダを用いて構成されていることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の曲げ加工を、この金属管の管外に、前記曲げ平面と直交する方向に前記金属管が拡径変形するのを規制するための拡径変形規制手段を配置して行うことを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
7. 請求項６に記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記拡径変形規制手段は、前記金属管の前進移動方向における前記コイルの直前に定置された定置タイプの拡径変形規制装置と、前記金属管における前記コイルを通過して曲げ加工された部分に取り付けられ、この部分と同送される同送タイプの拡径変形規制装置とを備えていることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の金属管の熱間曲げ加工方法において、前記金属管の曲げ加工は、管外径をＤ、管肉厚をｔ、曲げ半径をＲとそれぞれしたとき、Ｄ／ｔ≧３５となっている金属管をＲ／Ｄ≦３として行う加工であることを特徴とする金属管の熱間曲げ加工方法。

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