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