JP2020175393A

JP2020175393A - 金属製曲管製造方法

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Publication number: JP2020175393A
Application number: JP2019077009A
Authority: JP
Inventors: 翔平田村; Shohei Tamura; 英弘有田; Hidehiro Arita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-15
Also published as: JP7163854B2

Abstract

【課題】回転引き曲げ加工を適用して曲げ部を有する曲管を製造する際に、曲げ外側の肉厚減少及び割れとしわをともに抑制して高品質な金属製曲管を製造することが可能な金属製曲管製造方法を提供すること。【解決手段】金属製曲管を製造する金属製曲管製造方法であって、回動軸線Ｏ１周りに回動して曲げ内側を成形する曲げ型１０とともに締め型２０が協働して素管の先端部分を保持し、前記素管の内部にマンドレル５０を配置し、前記曲げ型１０及び前記締め型２０を前記回動軸線Ｏ１周りに回動させて、前記素管を圧力型４０によってワイパー３０に押圧し、前記素管の後方から４２ＭＰａ以上のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与しながら前記圧力型４０を曲げ部の成形速度Ｖ０よりも５％以上高速で前方に移動させることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、金属製の直管からなる素管を回転引き曲げ加工して金属製曲管を製造する金属製曲管製造方法に関する。

従来から、金属製の直管に曲げ部を形成した金属製曲管が自動車産業をはじめとする種々の産業において広く用いられている。このような金属製曲管を製造する際には、加工速度が早く、効率的な生産が可能であることから回転引き曲げ加工が広く用いられている。

回転引き曲げ加工は、例えば、金属製の直管からなる素管の後方側部分をワイパーに載せ、この素管を圧力型でワイパーに押圧する。そして、素管の先端部分を曲げ型と締め型によって保持する。
次いで、曲げ型及び締め型を回動軸線回りに回動させて素管の先端部分を引っ張るとともに圧力型で長手方向前方側に素管を移動させ、曲げ型に形成された曲げ部と対応する凹溝に沿わせて曲げることで円弧状の曲げ部を成形する。

このような回転引き曲げ加工を適用して金属製曲管を製造する場合には、例えば、図８に示すような金属製曲管Ｗ２００の曲げ部の曲げ内側に発生するしわＷ２０１や、曲げ外側に発生する割れＷ２０２や、曲げ部近傍に発生する座屈Ｗ２０３が知られている。また、曲げ外側については肉厚減少についても品質不具合となる場合がある。

そこで、回転引き曲げ加工によって金属製曲管を製造するための種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。

例えば、特許文献１には、素管の内径とマンドレルとクリアランスを所定の範囲に設定して、伸びが小さい素材で半径が小さい曲げ部を成形する発明が開示されている。
また、例えば、特許文献２、３には、素管の内径とマンドレルとのクリアランスを所定の範囲に設定して、半径が小さな曲げ部を成形する際に割れやしわが発生するのを抑制する発明が開示されている。
また、例えば、特許文献４には、マンドレルを構成する芯金片の外表面に弾性緩衝剤を備えることにより、曲げ部に扁平が生じるのを抑制する発明が開示されている。

また、例えば、引張強さ４４０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級の鋼管では、素管の肉厚が適度に確保されていることが一般的であり、回転引き曲げ加工に際してバックブースターを付与することで割れを抑制できることが知られている。

特開２００３−２９０８３８号公報特開２００３−２９０８３９号公報特開２００１−２３２４２１号公報特開昭５９−００１０２６号公報特公平２−０１５２９１号公報

しかしながら、近年、自動車の軽量化に対する要求が高くなってきており、軽量化を推進するうえで、例えば、引張強度７８０ＭＰａ級以上の高強度材を用いて薄肉化した素管から曲管を製造する必要性が生じている。

このような薄肉化した素管を用いると、回転引き曲げ加工に際してバックブースターを付加しても割れを充分に抑制することが困難であるうえ、割れとしわが同時に発生しやすく、例えば、引張強度７８０ＭＰａ級以上の素管を用いた場合では、最大減肉率（＝（素管の肉厚−曲げ加工後に最も減肉化された部分の肉厚）／素管の肉厚））の限界は約１４．５％である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、金属製の直管からなる素管を回転引き曲げ加工して金属製曲管を製造する際に、曲げ外側の肉厚減少及び割れとしわをともに抑制して高品質な金属製曲管を製造することが可能な金属製曲管製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、金属製の直管からなる素管に回転引き曲げ加工をして曲げ部を有する金属製曲管を製造する金属製曲管製造方法であって、ワイパーに載置した素管を圧力型によって前記ワイパーに押圧し、前記素管に曲げ部が成形される成形位置と対応させて前記素管の内周に対して０．１ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下のクリアランスを全周にわたって設定してマンドレルのシャンク部を配置し、前記曲げ部の曲げ内側を成形する曲げ型と締め型によって前記素管の先端部分を保持させてから、前記素管の後方から４２ＭＰａ以上のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与しながら前記圧力型を前記曲げ部の成形速度よりも５％以上高速な移動速度で前記成形位置に向かって移動させるとともに前記曲げ型と前記締め型とを前記回動軸線周りに回動させて前記曲げ部を形成することを特徴とする。

この発明に係る金属製曲管製造方法によれば、金属製の直管からなる素管を回転引き曲げ加工して曲げ部を有する金属製曲管を製造する際に、素管の後方から４２ＭＰａ以上のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与しながら圧力型を曲げ部の成形速度よりも５％以上高速な移動速度で成形位置に向かって移動させるとともに曲げ型と締め型とを回動軸線周りに回動させて曲げ部を形成するので、曲げ外側の肉厚減少及び割れと曲げ内側のしわをともに抑制することができる。
その結果、高品質な金属製曲管を製造することができる。

また、素管の内径とマンドレルのシャンク部とのクリアランスを０．３０ｍｍ以下に設定することで、曲げ部が扁平となるのを効率的に抑制することができる。
また、素管の内径とマンドレルのシャンク部とのクリアランスを０．１ｍｍ以上に設定することで、肉厚減少を効率的に抑制するとともに製造した金属製曲管からマンドレルをスムースに取出すことが可能となり、製造コストの増大を抑制することができる。

ここで、曲げ部の成形速度とは、曲げ部が成形される際の曲げ型の中心線における速度をいう。
また、曲げ部の成形速度を特定する際の直管部の中心線上における速度については、曲げ部に生じる扁平等や成形時の変形にともなう影響を無視するものとする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の金属製曲管製造方法であって、前記素管に２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与することを特徴とする。

この発明に係る金属製曲管製造方法によれば、素管に２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与することで、曲げ外側における割れの発生を効率的に抑制することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の金属製曲管製造方法であって、前記素管と前記マンドレルとのクリアランスを０．１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下に設定することを特徴とする。

この発明に係る金属製曲管製造方法によれば、素管と前記マンドレルとのクリアランスを０．１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下に設定するので、成形時に曲げ部の断面形状が変形するのを抑制することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属製曲管製造方法であって、前記圧力型を成形速度に対して１０％以上２０％以下の範囲で高速に移動させることを特徴とする。

この発明に係る金属製曲管製造方法によれば、圧力型を成形速度に対して１０％以上２０％以下の範囲で高速に移動させるので、曲げ外側に肉厚減少が生じるのを抑制することができる。

本発明に係る金属製曲管製造方法によれば、回転引き曲げ加工して金属製曲管を製造する際に曲げ外側の肉厚減少及び割れと曲げ内側のしわをともに抑制して高品質な金属製曲管を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る金属製曲管の一例を説明する概略構成図である。一実施形態に係る金属製曲管製造装置の概略構成の一例を説明する概念図である。一実施形態に係る芯金片の一例を説明する概略構成図である。一実施形態に係る金属製曲管製造の概略を説明する概念図であり、成形開始前の状態を示す素管の中心線を含む縦断面図である。一実施形態に係る金属製曲管製造の概略を説明する概念図であり、曲げ部を成形している状態を示す素管の中心線を含む縦断面図である。本発明の実施例に係る素管の概略を説明する中心線と直交する断面図である。実施例に係る素管とマンドレルの関係を説明する概念図である。従来の金属製曲管製造技術における品質不具合の概略を説明する概念図である。

以下、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
まず、図１を参照して、一実施形態に係る金属製曲管の概略構成について説明する。図１は、一実施形態に係る金属製曲管の一例を説明する概略構成図である。図１において、符号Ｗ１００は金属製曲管を、符号Ｗ１は直管部を、符号Ｗ１０は曲げ部を、符号Ｗ１１は曲げ内側を、符号Ｗ１２は曲げ外側を示している。また、符号ＯＷは金属製曲管Ｗ１００の中心線を示している。

金属製曲管Ｗ１００は、図１に示すように、直管からなる素管が成形されずに直線状のままとされた直管部Ｗ１と、回転引き曲げ加工によって略円弧状に形成された曲げ部Ｗ１０とを備えている。

この実施形態において、金属製曲管Ｗ１００は、例えば、外径Ｄ：φ３８．１ｍｍ、肉厚ｔ：１．０ｍｍ、引張強さ９８０ＭＰａ級の鋼板を電気抵抗溶接して形成した電縫鋼管（直管）を素管として製造されている。
また、金属製曲管Ｗ１００は、〔（肉厚／外径）比〕（＝ｔ／Ｄ）が０．０２６（＜０．０３）、曲げ部Ｗ１０の中心線ＯＷにおける曲率半径Ｒ＝７６．２ｍｍ、曲げ部の曲げ角度は９０°とされている。
また、曲げ部Ｗ１０は、円弧の内方に位置される曲げ内側Ｗ１１と、円弧の外方に位置される曲げ外側Ｗ１２とを備えている。

なお、素管については、ステンレス鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金、引張強さ９８０ＭＰａ級をはじめとする鋼管等や、チタン又はチタン合金、マグネシウム又はマグネシウム合金等、種々の金属管が適用可能である。
また、鋼管に関しては、引張強さ４４０ＭＰａ級、引張強さ５９０ＭＰａ級に適用することも可能であるが、引張強さ７８０ＭＰａ級以上の鋼管に適用することにより大きな効果が得られる点でより好適である。

次に、図２、図３を参照して、一実施形態に係る金属製曲管製造装置の概略構成について説明する。
図２は、一実施形態に係る金属製曲管製造装置の概略構成の一例を説明する概念図である。また、図３はマンドレルの一例を説明する概念図である。
図において、符号１００は金属製曲管製造装置を、符号１０は曲げ型を、符号２０は締め型を、符号３０はワイパーを、符号４０は圧力型を、符号５０はマンドレルを、符号６０はバックブースター装置を、符号Ｏ１は曲げ型１０の回動軸線を、符号Ｗ０は素管を示している。

なお、素管Ｗ０の外周面において、金属製曲管Ｗ１００の曲げ内側Ｗ１１と同じ側に位置される面、曲げ外側Ｗ１２と同じ側に位置される面は、曲げ部Ｗ１０に形成されない部分についても、金属製曲管Ｗ１００の曲げ部Ｗ１０に形成される部分と同様に曲げ内側予定面Ｓ１１、曲げ外側予定面Ｓ１２というものとする。

金属製曲管製造装置１００は、図２に示すように、例えば、曲げ型１０と、締め型２０と、ワイパー３０と、圧力型４０と、マンドレル５０と、バックブースター装置６０とを備えている。
そして、例えば、引張強さ９８０ＭＰａ級の鋼管（直管）からなる素管を回転引き曲げ加工することにより曲げ部Ｗ１０を成形して金属製曲管Ｗ１００を製造するようになっている。

曲げ型１０は、金属製曲管Ｗ１００の曲げ内側Ｗ１１を成形する曲げ成形部１１と、素管Ｗ０の先端部分を保持する保持部１２とを備え、回動軸線Ｏ１回りに回動可能に構成されている。
ここで、素管Ｗ０の先端部分とは、素管Ｗ０において、金属製曲管Ｗ１００の曲げ部Ｗ１０を成形する際の成形方向前方側の領域に位置されていればよいものとする。

曲げ成形部１１は、回動軸線Ｏ１に沿って見たときに、外形が回動軸線Ｏ１を中心とする円弧状（例えば、半円形状）に形成されていて、この円弧状部分の外周に沿って曲げ成形凹溝部１１Ｕが形成されている。
曲げ成形凹溝部１１Ｕは、回動軸線Ｏ１を含む断面が素管Ｗ０の外径と対応する半円状に形成されている。

保持部１２は、回動軸線Ｏ１に沿って見たときに、例えば、曲げ成形部１１の半円形状の直径部分と接続される矩形の外形に形成されている。
また、保持部１２は、成形開始時に素管Ｗ０の先端部分に位置される側に、曲げ成形凹溝部１１Ｕと同等の断面を有し素管Ｗ０の長手方向に伸びる保持用凹溝部１２Ｕを備えている。

締め型２０は、素管Ｗ０の外径と対応する半円状に形成された凹溝部２２を備え、素管Ｗ０の曲げ外側予定面Ｓ１２を押圧して、曲げ型１０と協働して素管Ｗ０の先端部分を保持する構成とされている。
また、締め型２０は、曲げ型１０が回動軸線Ｏ１周りに回動する際に、曲げ型１０とともに素管Ｗ０の先端部分を保持して、曲げ内側予定面Ｓ１１を曲げ型１０の曲げ成形部１１に沿わせて曲げ部Ｗ１０を形成する。

ワイパー３０は、素管Ｗ０の外形と対応する半円状の凹溝を有している。そして、素管Ｗ０の曲げ内側予定面Ｓ１１を載せることが可能とされ、素管Ｗ０を成形方向に案内するとともに、成形する際に曲げ部Ｗ１０にしわが発生するのを抑制するように構成されている。

圧力型４０は、成形位置より後方側の位置で素管Ｗ０の曲げ外側予定面Ｓ１２を押圧して曲げ内側予定面Ｓ１１をワイパー３０に押圧し、予め設定した移動速度で素管Ｗ０を成形位置に向かって長手方向に移動可能とされている。
また、圧力型４０の移動速度は、成形速度に対して設定範囲内で増減することが可能とされている。この実施形態において、圧力型４０の移動速度は、例えば、成形速度に対して５％以上高速に移動させるようになっている。なお、圧力型４０の移動速度を、成形速度に対して１０％以上３０％以下の範囲で高速に設定することが好適である。

マンドレル５０は、図３に示すように、シャンク部５１と、芯金片５２と、自在継手５３とを備えている。また、マンドレル５０は、曲げ型１０によって曲げ部Ｗ１０が成形される曲げ成形位置と対応させて素管Ｗ０の内部に配置される。

なお、マンドレル５０を配置する基準位置としては、回転引き曲げ加工開始時における曲げ型の回転平面において、素管Ｗ０の送り方向に関してシャンク部５１の直線部および先端Ｒ部が会合するＲ止まりが、曲げ型１０の回転中心軸に一致する位置とすることができる。

シャンク部５１は、例えば、外形が軸線Ｏ２を中心とする略円筒形状に形成されていて、その外径は素管Ｗ０の内径に対して所定のクリアランスが確保可能に設定されている。

芯金片５２は、例えば、外形がシャンク部５１と同径の略円筒状に形成されている。
また、芯金片５２は、自在継手５３を介してシャンク部５１と接続され、シャンク部５１の軸線Ｏ２に対して所定の角度範囲内で向き（傾斜）を自在に変化可能とされている。なお、芯金片５２の外径をシャンク部５１と同じ外径とするか異なる外径とするかは任意に設定することができる。

バックブースター装置６０は、例えば、素管Ｗ０の後部（例えば、後端部）を押圧する押圧部と、押圧部に加重を付加するアクチュエータ（不図示）とを備えている。そして、素管Ｗ０の長手方向前方（先端側）に向かってバックブースターＰ１を付与する構成とされている。

次に、図４、図５を参照して、一実施形態に係る金属製曲管製造の概略について説明する。図４は一実施形態に係る金属製曲管製造の概略を説明する概念図であり、成形開始前の状態を示す素管の中心線を含む縦断面図である。また、図５は曲げ部を成形する状態を示す縦断面図である。

（１）まず、金属製の直管からなる素管Ｗ０をワイパー３０に載置し、圧力型４０によって素管Ｗ０をワイパー３０に押圧する。

（２）次に、曲げ型１０により曲げ部Ｗ１０が成形される曲げ成形位置と対応させて素管Ｗ０の内部にマンドレル５０を配置する。
素管Ｗ０の内径とマンドレル５０とのクリアランスは、例えば、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下に設定する。
なお、素管Ｗ０の内径とマンドレル５０とのクリアランスは、０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下に設定することが好適である。

（３）次いで、曲げ型１０と締め型２０を用いて素管Ｗ０の先端部分を保持させる。
その結果、図４に示すように、金属製曲管製造装置１００における回転引き曲げ加工の準備が完了する。

（４）次に、図５に示すように、曲げ型１０及び締め型２０が素管Ｗ０の先端部分を保持した状態で、曲げ型１０及び締め型２０を回動軸線Ｏ１周りに回動させる。

（５）（４）において曲げ型１０及び締め型２０の回動を開始すると同時に、後方から素管Ｗ０にバックブースターＰ１による後方軸押し圧力を付与するとともに、素管Ｗ０の長手方向に沿って成形位置（前方側）に向かって圧力型４０の移動を開始する。このとき、圧力型４０の移動速度Ｖ２は、成形速度Ｖ０よりも１０％以上２０％以下の範囲で高速に設定すること好適である。
なお、圧力型４０の移動速度Ｖ２は、成形速度Ｖ０に対して５％以上２０％以下の範囲で高速に設定してもよい。

また、バックブースターＰ１による後方軸押し圧力は、２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下の範囲に設定することが好適である。
なお、バックブースターＰ１による後方軸押し圧力を、４２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下の範囲に設定してもよい。
なお、バックブースターＰ１、圧力型４０の速度については、適宜設定することが可能である。

一実施形態に係る金属製曲管製造方法によれば、素管Ｗ０に回転引き曲げ加工して曲げ部Ｗ１０を形成して金属製曲管Ｗ１００を製造する際に、素管Ｗ０にバックブースターＰ１を付与するとともに圧力型４０を素管Ｗ０の長手方向に沿って成形速度Ｖ０よりも１０％以上２０％以下の範囲で高速で移動させるので、曲げ外側Ｗ１２に発生する割れと曲げ内側に発生するしわをともに抑制することができる。

一実施形態に係る金属製曲管製造方法によれば、素管Ｗ０に２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下のバックブースターＰ１による後方軸押し圧力を付与するので、曲げ外側Ｗ１２における割れの発生を効率的に抑制することができる。

一実施形態に係る金属製曲管製造方法によれば、圧力型４０の移動速度Ｖ２を成形速度Ｖ０よりも５％以上高速に設定することにより、曲げ外側Ｗ１２の肉厚減少を抑制することができる。

一実施形態に係る金属製曲管製造方法によれば、素管Ｗ０の内径とマンドレル５０とのクリアランスを０．１５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下の範囲に設定するので、曲げ部Ｗ１０が扁平となるのを効率的に抑制することができる。

なお、素管Ｗ０の内径とマンドレル５０とのクリアランスを０．１０ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下に設定することが、肉厚減少を抑制する効果を確保しつつマンドレル５０をスムースに取出すことができる点で好適である。
その結果、素管Ｗ０の内径の寸法管理をする必要がなく製造コストが増大するのを効率的に抑制することができる。

以下、図６、図７、表１〜表４を参照して、本発明の実施例１〜実施例４について説明する。
図６は、本発明の実施例に係る素管の概略を説明する図であり、素管Ｗ０の中心線ＯＷと直交する断面を示す図である。また、図７は実施例に係る素管とマンドレルの関係を説明する概念図である。また、表１〜表４は実施例１〜実施例４に係る製造条件と曲げ外側の肉厚の関係を示す表である。

実施例１〜４における金属製曲管は、９８０ＭＰａ級鋼管を素管Ｗ０として製造されており、外径Ｄ：φ３８．１ｍｍ、肉厚ｔ：１．０ｍｍ、曲げ部Ｗ１０の中心線ＯＷにおける曲率半径Ｒ：７６．２ｍｍ、曲げ角度９０°とされている。

まず、表１を参照して、本発明に係る金属製曲管製造方法の効果について説明する。表１は、実施例１に係る金属製曲管製造方法の効果を説明する表である。
実施例１では、比較例１〜６及び本発明例１〜７について、バックブースター、成形速度に対する圧力型の移動速度、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを変化させて、曲げ外側の肉厚（肉厚減少率）、又は曲げ外側の割れ、及び曲げ内側のしわ、座屈の発生を目視により検査して本発明の効果について検証した。
そして、実施例１においては、曲げ外側の肉厚減少が２０％以下であるものを効果があるものとした。実施例１の結果は、表１に示すとおりである。

実施例１における比較例１〜６及び本発明例１〜７のバックブースター、成形速度に対する圧力型の移動速度、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス、及び成形結果は、表１に示すように以下のとおりである。
＜比較例１＞
バックブースターＰ１：付与せず
成形速度に対する圧力型の移動速度：同速度
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
成形結果は、
曲げ外側の肉厚：０．７５ｍｍ
肉厚減少率：２５％

＜比較例２＞
バックブースターＰ１：２５２ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：同速度
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．７７ｍｍ
肉厚減少率：２３％

＜比較例３＞
バックブースターＰ１：２５２ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：同速度
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．７４ｍｍ
肉厚減少率：２６％

＜比較例４＞
バックブースターＰ１：５８８ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：同速度
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
座屈が発生したので、曲げ外側の肉厚は測定不能

＜比較例５＞
バックブースターＰ１：付与せず
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋１０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．７７ｍｍ
肉厚減少率：２３％

＜比較例６＞
バックブースターＰ１：付与せず
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１５ｍｍ
割れが発生したので、曲げ外側の肉厚は測定不能

＜本発明例１＞
バックブースターＰ１：４２ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋５％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．８１ｍｍ
肉厚減少率：１９％

＜本発明例２＞
バックブースターＰ１：８４ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋１０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．８５ｍｍ
肉厚減少率：１５％

＜本発明例３＞
バックブースターＰ１：８４ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．３ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．８５ｍｍ
肉厚減少率：１５％

＜本発明例４＞
バックブースターＰ１：２５２ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１５ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．９０ｍｍ
肉厚減少率：１０％

＜本発明例５＞
バックブースターＰ１：４１７ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１５ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．９４ｍｍ
肉厚減少率：６％

＜本発明例６＞
バックブースターＰ１：５８８ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１５ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．９４ｍｍ
肉厚減少率：６％

＜本発明例７＞
バックブースターＰ１：５８８ＭＰａ
成形速度に対する圧力型の移動速度：＋２０％
素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１０ｍｍ
曲げ外側の肉厚：０．９５ｍｍ
肉厚減少率：５％

上記、実施例１の結果から以下のことが確認できた。
（１）圧力型４０にバックブースターを付加していない比較例１、５〜６では、曲げ外側の肉厚が２０％以上減少した。

（２）圧力型４０の移動速度が成形速度と同速度（すなわち＋０％）に設定された比較例１〜３では、曲げ外側の肉厚が２０％以上減少した。

（３）圧力型４０の移動速度が成形速度と同速度であり、素管の後方から５８８ＭＰａのバックブースターによる後方軸押し圧力を付加した比較例４では、曲げ部に座屈が発生した。

（４）一方、圧力型４０に４２ＭＰａのバックブースターによる後方軸押し圧力を付加し、付加圧力型４０の移動速度が成形速度に対して＋５％以上とし、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランス：０．１ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下の範囲に設定した本発明例では、肉厚減少が５％〜１９％で良好である。

以上のことから、バックブースターによる後方軸押し４２ＭＰａ以上の圧力を付加し、圧力型４０の移動速度を成形速度に対して＋５％以上とし、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下に設定することにより、曲げ部しわ、座屈、割れが生じるのを抑制しつつ、曲げ外側における肉厚の減少を２０％以下にするうえで有効であることが確認できた。

次に、表２を参照して、実施例２について説明する。
表２は、実施例２に係る金属製曲管製造方法の効果を説明する表である。
実施例２では、比較例７〜９及び本発明例４〜７について、バックブースター、成形速度に対する圧力型の移動速度、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを変化させて、外観検査、曲げ外側の肉厚（肉厚減少）により、本発明の効果をバックブースターの視点で検証した。

そして、実施例２においては、曲げ外側の肉厚減少が１０％以下であるものを効果があるものとした。
実施例２の結果は、表２に示すとおりである。なお、表２に示す比較例７〜９は、実施例１における本発明例１〜３である。

（１）素管の後方から２５２ＭＰａ以上、５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付加すると、肉厚減少が１０％以下で良好である。

以上のことから、２５２ＭＰａ以上、５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付加することが肉厚減少を１０％以下とするうえで有効であることが確認できた。

次に、表３を参照して、実施例３について説明する。
表３は、実施例３に係る金属製曲管製造方法の効果を説明する表である。
実施例３では、比較例８、９及び本発明例４、６、７について、バックブースター、成形速度に対する圧力型の移動速度、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを変化させて、外観検査、曲げ外側の肉厚（肉厚減少）により、本発明の効果をマンドレル（シャンク部）のクリアランスの視点で検証した。

そして、実施例３においては、曲げ外側の肉厚減少が１０％以下であるものを効果があるものとした。
実施例３の結果は、表３に示すとおりである。なお、表３に示す比較例８、９は、実施例１における本発明例２、３である。

（１）素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを０．１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下に設定すると、肉厚減少が１０％以下で良好である。
以上のことから、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを０．１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下に設定することが肉厚減少を１０％以下とするうえで有効であることが確認できた。

次に、表４を参照して、実施例４について説明する。
表４は、実施例４に係る金属製曲管製造方法の効果を説明する表である。
実施例４では、比較例７及び本発明例２〜７について、バックブースター、成形速度に対する圧力型の移動速度、素管の内径とマンドレル（シャンク部）のクリアランスを変化させて、外観検査、曲げ外側の肉厚（肉厚減少）により、本発明の効果を成形速度に対する圧力型の移動速度の視点で検証した。

そして、実施例４においては、曲げ外側の肉厚減少が１５％以下であるものを効果があるものとした。
実施例４の結果は、表４に示すとおりである。なお、表４に示す比較例７は、実施例１における本発明例１である。

（１）成形速度に対する圧力型の移動速度＋１０％以上、２０％以下に設定すると、肉厚減少が１０％以下で良好である。
以上のことから、成形速度に対する圧力型の移動速度＋１０％以上、２０％以下に設定することが肉厚減少を１０％以下とするうえで有効であることが確認できた。

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、金属製曲管Ｗ１００が外径Ｄ：φ３８．１ｍｍ、肉厚ｔ：１．０ｍｍ、曲げ部Ｗ１０の中心線ＯＷにおける曲率半径Ｒ：７６．２ｍｍ、曲げ角度９０°である場合について説明したが、金属製曲管Ｗ１００の外径、肉厚、曲率半径、曲げ部の曲げ角度については任意に設定することができる。

また、上記実施形態においては、金属製曲管が９８０ＭＰａ級鋼管である場合について説明したが、９８０ＭＰａ級の鋼管に限定されず、例えば、４４０ＭＰａ級、５９０ＭＰａ級、７８０ＭＰａ級以上の種々の鋼管を対象に適用してもよい。また、アルミニウム、アルミニウム合金、銅又は銅合金、チタン又はチタン合金、マグネシウム又はマグネシウム合金等、種々の金属製曲管に適用してもよい。

また、上記実施形態においては、圧力型４０を成形速度に対して、１０％以上２０％以下の範囲で高速に移動させる場合について説明したが、成形速度に対する圧力型４０の速度については適宜設定することが可能であり、例えば、圧力型４０の移動速度を成形速度に対して５％以上１０％未満の範囲、又は５％以上の範囲、２０％超の範囲で高速に移動する設定としてもよい。

また、上記実施形態においては、素管Ｗ０の後端に４２ＭＰａ以上のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与し、又は２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与する場合について説明したが、バックブースターの数値については適宜設定することが可能であり、４２ＭＰａ以上２５２ＭＰａ未満又は５８８ＭＰａ超に設定してもよい。

また、上記実施形態においては、マンドレル５０のシャンク部５１と素管Ｗ０の内径とのクリアランスが０．１５ｍｍ以下０．３ｍｍ以下に設定される場合について説明したが、シャンク部５１と素管Ｗ０の内径とのクリアランスは、例えば、又は０．１ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下や０．１０ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下に設定してもよい。
また、素管Ｗ０の内径とシャンク部５１とのクリアランスＣ５１、及び素管Ｗ０の内径と芯金片５２とのクリアランスＣ５２を同じ値とするか別々の値とするかは任意に設定することができる。

この発明に係る金属管製造方法によれば、回転引き曲げ加工して金属製曲管を製造する際に曲げ外側の肉厚減少及び割れや曲げ内側のしわをともに抑制して高品質な金属製曲管を製造することができるので産業上利用可能である。

Ｗ０素管
Ｗ１００金属製曲管
Ｗ１０曲げ部
Ｗ１１曲げ内側
Ｗ１２曲げ外側
１００回転引き曲げ加工装置
１０曲げ型
２０締め型
３０ワイパー
４０圧力型
５０マンドレル
５１シャンク部（マンドレル本体）
５２芯金片（マンドレル）
６０バックブースター装置

Claims

金属製の直管からなる素管に回転引き曲げ加工をして曲げ部を有する金属製曲管を製造する金属製曲管製造方法であって、
ワイパーに載置した素管を圧力型によって前記ワイパーに押圧し、前記素管に曲げ部が成形される成形位置と対応させて前記素管の内周に対して０．１ｍｍ以上、０．３０ｍｍ以下のクリアランスを全周にわたって設定してマンドレルのシャンク部を配置し、
前記曲げ部の曲げ内側を成形する曲げ型と締め型によって前記素管の先端部分を保持させてから、
前記素管の後方から４２ＭＰａ以上のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与しながら前記圧力型を前記曲げ部の成形速度よりも５％以上高速な移動速度で前記成形位置に向かって移動させるとともに前記曲げ型と前記締め型とを前記回動軸線周りに回動させて前記曲げ部を形成することを特徴とする金属製曲管製造方法。
請求項１に記載の金属製曲管製造方法であって、
前記素管に２５２ＭＰａ以上５８８ＭＰａ以下のバックブースターによる後方軸押し圧力を付与することを特徴とする金属製曲管製造方法。
請求項１又は２に記載の金属製曲管製造方法であって、
前記素管と前記マンドレルとのクリアランスを０．１ｍｍ以上、０．１５ｍｍ以下に設定することを特徴とする金属製曲管製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属製曲管製造方法であって、
前記圧力型を成形速度に対して１０％以上２０％以下の範囲で高速に移動させることを特徴とする金属製曲管製造方法。