JP4993951B2 - パイプの曲げ加工方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイプの曲げ加工方法および装置に関する。前記パイプは、自動車の足回りやボディの用途部材に適用される高強度薄肉鋼管（ＴＳ：５９０ＭＰａ以上、肉厚／外径比：５％以下の鋼管）を含む。

パイプの曲げ加工手段として、回転可能な曲げ金型にパイプの一部を固定し、該パイプを前記曲げ金型とプレッシャダイとで挟持し、該挟持域内のパイプを圧下する圧下力を前記プレッシャダイに加えつつ、該プレッシャダイを前記挟持域内へのパイプ進入方向に送りながら、前記曲げ金型を回転させるという、いわゆるプッシュロータリー曲げ加工法が知られている（特許文献１，２等参照）。

前記プッシュロータリー曲げ加工法は、Ｒ／Ｄ（Ｒ：中立軸曲げ半径、Ｄ：パイプ外径）が２より小さい小Ｒ曲げ加工の場合でも、曲げ外側の減肉を抑制し、心金やシワ抑え等の工具を使わずに曲げ内側の座屈を防止すると共に、曲げ加工時の周長を長手方向で容易に制御することができるという点で、それ以前から汎用されていた回転引き曲げ加工法（特許文献３，４，５等参照）よりも有利である。
特開２００５−１６１３２４号公報 特願２００５−１５３４６５（公開番号未発番） 特許第２５５４００１号公報 特公平２−１５２９１号公報 特開平３−２０４１２０号公報

図５は、プッシュロータリー曲げ加工法の従来例（パイプセット時）を示す側面図である。図５において、１は固定された回転中心軸Ａの回りに回転可能な曲げ金型である。曲げ金型１の外周部にはパイプ１０の一半周部の曲げ形状と対応する形状を有する溝が設けられている。２はパイプ１０の一部を曲げ金型１に固定するクランプダイである。３は曲げ金型１と協同してパイプ１０を挟持する直線状のプレッシャダイである。プレッシャダイ３の前記挟持する側にはパイプ１０の他半周部の曲げ形状と対応する形状を有する溝が設けられている。

４は前記挟持部内のパイプ１０を圧下１２する圧下力をプレッシャダイ３に加える圧下用油圧シリンダである。
圧下用油圧シリンダ４の圧下力の作用線とパイプセット時のパイプ１０の交点を原点Ｏとし、圧下力の作用線と一致して圧下力の反作用方向が正方向になる軸をｙ軸とし、原点Ｏを通りパイプセット時のパイプ１０の横断面中心軸と平行で原点Ｏからクランプ２の反対側に向かう方向が正方向になる軸をｘ軸とするＯｘｙ座標系をとる（以下同じ）。このＯｘｙ座標系において、曲げ金型１の回転はｘｙ面内の回転（回転中心軸はｘｙ面に垂直）であり、圧下力の作用方向は−ｙ方向であり、曲げ加工時のパイプ１０の挟持部への進入方向は−ｘ方向である。ｙ軸は曲げ金型１の回転中心軸Ａと交わる（特許文献１参照）か、または回転中心軸Ａをｘ方向に距離δ（０＜δ≦Ｄ）だけずらした軸と交わる（特許文献２参照）ように固定配置される。

５はプレッシャダイ３を−ｘ方向に送る軸方向送り用シリンダである。なお、プレッシャダイ３と圧下用油圧シリンダ４との相互接触面の一方と他方とは互いにｘ軸に平行な方向の摺動が可能に構成されている。
図５のパイプセット時の状態から曲げ加工が開始される。曲げ加工中の状態を図４に示す。曲げ金型１はクランプダイ２と共に回転１１中である。プレッシャダイ２は、圧下用油圧シリンダ４からの圧下力を受けて、挟持域（プレッシャダイ２と曲げ金型１とでパイプ１０を挟持する領域）内にあるパイプ１０部分（パイプ１０の挟持域内部分）を圧下中であり、かつ軸方向送り用シリンダ５により−ｘ方向に送られつつある。この送り速度は、回転１１による曲げ金型１の周速とできるだけ一致するように制御される。つまり、パイプ１０とプレッシャダイ３との速度差はできるだけゼロとなるように制御される。ただし、必要に応じて適当な速度差を設けることもある。

パイプ１０の挟持域出側部分はその一部がクランプダイ２によって曲げ金型１に固定されているから、クランプダイ２の回転１１により挟持域から引き出されながら、曲げ金型１の回転１１による曲げ力により曲げ金型１の曲げ形状に倣わせられる。この曲げ力に対抗する曲げ反力が、圧下用油圧シリンダ４からの圧下１２により、プレッシャダイ３の挟持域入側部分に付与される。

しかしながら、プレッシャダイ３の挟持域入側部分は、曲げ加工の進行につれて短くなる。そのため、曲げ加工の終盤では、プレッシャダイ３にパイプ１０の挟持域入側部分から作用する曲げ反力モーメントが、圧下１２の圧下力に由来する逆向きのモーメントに打ち勝って、プレッシャダイ３の挟持域入側部分をｙ方向に押し戻し、その結果、曲げ角度が小さくなり、見かけ上スプリングバックが大きくなる場合があるという問題があった。このスプリングバックは圧下１２の圧下力を大きくすることにより軽減可能であるが、この圧下力は回転中心軸Ａの軸部材変形耐力以下に制限され、また、該制限範囲内であっても過度に大きくすると、挟持域内での断面扁平が必要以上に大きくなり、好ましくない。

本発明は上述の問題を解決し、プッシュロータリー曲げ加工法において、プレッシャダイへの圧下力を適度としながらスプリングバックを軽減できるパイプの曲げ加工方法および装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
１．回転可能な曲げ金型（１）にパイプ（１０）の一部をクランプダイ（２）にて固定し、該パイプ（１０）を前記曲げ金型（１）とプレッシャダイ（３）とで挟持し、該挟持域内のパイプ（１０）を圧下（１２）する圧下力を圧下用油圧シリンダ（４）にて前記プレッシャダイ（３）に加えつつ、該プレッシャダイ（３）を軸方向送り用シリンダ（５）にて前記挟持域内へのパイプ進入方向に送りながら、前記曲げ金型（１）を回転させるパイプの曲げ加工方法において、前記挟持域入側のパイプ端部を管端クランプ（６）にて、前記圧下（１２）と反対方向の変位不能、かつ、前記圧下（１２）によるプレッシャダイ（３）の変位と同期した同じ方向および同じ大きさの変位（１３）可能に把持してスプリングバックを軽減することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。

２．回転可能な曲げ金型（１）と、該曲げ金型（１）にパイプ（１０）の一部を固定する固定手段であるクランプダイ（２）と、前記曲げ金型（１）と協同して前記パイプ（１０）の挟持域を形成するプレッシャダイ（３）と、該プレッシャダイ（３）に前記挟持域内のパイプ（１０）を圧下（１２）する圧下力を付与する圧下手段である圧下用油圧シリンダ（４）と、前記プレッシャダイ（３）を前記挟持部域内へのパイプ進入方向に送る送り手段である軸方向送り用シリンダ（５）とを有するパイプの曲げ加工装置において、前記挟持域入側のパイプ端部を把持してスプリングバックを軽減する把持手段として、パイプ進入方向の移動と、該移動方向から前記圧下方向への回転と、前記圧下（１２）によるプレッシャダイ（３）の変位と同期した同じ方向および同じ大きさの変位（１３）とが可能な管端クランプ（６）を有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。

本発明によれば、挟持域入側のパイプ端部を、挟持域内のパイプ部分への圧下と反対方向の変位不能に把持することにより、プレッシャダイへの圧下力を過度に大きくしなくても、パイプの曲げ反力モーメントによるプレッシャダイの押し戻しを防止でき、スプリングバックを軽減できる。
これに加えて、挟持域入側のパイプ端部を、前記圧下によるプレッシャダイの変位と同期した同じ方向の、好ましくはさらに同じ大きさの、変位可能に把持することにより、曲げ加工中のパイプの被プレッシャダイ接触部分と被把持部分との間の圧下方向の位置ずれを小さくできて、曲げ加工終端部分の逆反り発生も防止でき、スプリングバックをより一層軽減できる。

図２は、本発明の実施形態の１例（パイプセット時）を示す側面図である。同図において、６は管端クランプ（把持手段）であり、既掲図（図４、図５）と同一または相当部材には同じ符号を付し、説明を省略する。管端クランプ６は、図示のように挟持域（プレッシャダイ２と曲げ金型１とでパイプ１０を挟持する領域）入側のパイプ１０部分の端部を把持する把持手段であって、パイプ進入方向（−ｘ方向）の移動（前進と後退の双方を含む）と該移動方向から圧下方向（−ｙ方向）への回転（正回転と逆回転の双方を含む、ｘｙ面内の回転）とが可能に構成されている。

したがって、曲げ加工中は、図３に示すように、管端クランプ６が、挟持域入側のパイプ１０部分の端部を圧下１２と反対方向（ｙ方向）の変位不能に把持する。よって、パイプ１０の曲げ反力によってプレッシャダイ３の挟持部入側部分が押し戻されるにしても、その押し戻しによるｙ方向変位量は、圧下１２による−ｙ方向変位量よりも小さく抑えられるから、曲げ加工終盤での曲げ角度の減少を抑えることができ、スプリングバックを軽減できる。

なお、管端クランプ６は、ｘｙ面内の回転可能なものとしたので、パイプ１０の被把持部のｘｙ面内の振れに追随できる。
もっとも、管端クランプ６が、圧下１２によるプレッシャダイ３の変位と同期して同じ方向に変位することができないものである場合、圧下１２の圧下量によっては、曲げ加工中のパイプ１０の被プレッシャダイ接触部分と被把持部分との間の圧下方向の位置ずれにより曲げ加工終端部分に導入される逆反りが大きくなって、曲げ角度の減少を十分に抑えることが困難になる。それゆえ、管端クランプ６としては、図１に示すように、さらに、圧下１２によるプレッシャダイ３の変位と同期した同じ方向の変位１３が可能な形態のものとすることが好ましい。このような変位１３が可能な形態の管端クランプ６とするには、管端クランプ６に、その管端掴み部を圧下１２に同期して−ｙ方向に所定の距離だけ移動させうる、例えばシリンダ等からなる、付勢手段（図示省略）を追設すればよい。

この変位１３の大きさは、圧下１２によるプレッシャダイ３の変位と同じ大きさとすることが最も好ましい。この場合、曲げ加工中、パイプ１０の被把持部分のｙ方向位置は、被プレッシャダイ接触部分のそれと同じに保たれ、プレッシャダイ２の押し戻されはなく、前記逆反りの発生もないから、スプリングバックは最小限に抑えられる。

ＴＳ７８０ＭＰａ級鋼管からなる外径７０ｍｍ×肉厚２．６ｍｍ×長さ１０００ｍｍのパイプを加工対象として、以下に示す各条件で９０度曲げ加工を行った。いずれの条件とも曲げ金型１は、曲げ半径Ｒ＝１４０ｍｍのものを使用し、圧下１２の圧下力（プレッシャダイ荷重）は２０ｔｏｎｆ（１９６ｋＮ）に設定した。
・条件１（比較例）：図４の実施形態で加工（管端クランプなし）
・条件２（本発明例１）：図３の実施形態で加工（管端クランプ６のｙ方向位置は固定）
・条件３（本発明例２）：図１の実施形態で加工（管端クランプ６の変位１３を、圧下１２によるプレッシャダイ３の−ｙ方向変位と同期させ、かつ方向、大きさとも前記圧下１２によるプレッシャダイ３の−ｙ方向変位と同じに設定）
加工後（スプリングバックした状態）のパイプの曲がり角度を測定した。その結果は、比較例では８３．２度、本発明例１では８６．５度、本発明例２では８８．１度であり、本発明例は比較例に比べ、加工後のパイプの曲がり角度が目標曲げ角度（ここでは９０度）に近い。すなわち、本発明によればスプリングバックを軽減できることがわかる。また、より好適な実施形態である本発明例２の方が、本発明例１よりもスプリングバックが小さくなっている。

本発明の実施形態の１例（曲げ加工中；図３よりも好適）を示す側面図である。 本発明の実施形態の１例（パイプセット時）を示す側面図である。 本発明の実施形態の１例（曲げ加工中）を示す側面図である。 プッシュロータリー曲げ加工法の従来例（曲げ加工中）を示す側面図である。 プッシュロータリー曲げ加工法の従来例（パイプセット時）を示す側面図である。

符号の説明

１ 曲げ金型
２ クランプダイ（固定手段）
３ プレッシャダイ
４ 圧下用油圧シリンダ（圧下手段）
５ 軸方向送り用シリンダ（送り手段）
６ 管端クランプ（把持手段）
１０ パイプ
１１ 回転
１２ 圧下
１３ 変位
Ａ 回転中心軸
Ｏ Ｏｘｙ座標系の原点

Claims (2)

1. 回転可能な曲げ金型（１）にパイプ（１０）の一部をクランプダイ（２）にて固定し、該パイプ（１０）を前記曲げ金型（１）とプレッシャダイ（３）とで挟持し、該挟持域内のパイプ（１０）を圧下（１２）する圧下力を圧下用油圧シリンダ（４）にて前記プレッシャダイ（３）に加えつつ、該プレッシャダイ（３）を軸方向送り用シリンダ（５）にて前記挟持域内へのパイプ進入方向に送りながら、前記曲げ金型（１）を回転させるパイプの曲げ加工方法において、前記挟持域入側のパイプ端部を管端クランプ（６）にて、前記圧下（１２）と反対方向の変位不能、かつ、前記圧下（１２）によるプレッシャダイ（３）の変位と同期した同じ方向および同じ大きさの変位（１３）可能に把持してスプリングバックを軽減することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
2. 回転可能な曲げ金型（１）と、該曲げ金型（１）にパイプ（１０）の一部を固定する固定手段であるクランプダイ（２）と、前記曲げ金型（１）と協同して前記パイプ（１０）の挟持域を形成するプレッシャダイ（３）と、該プレッシャダイ（３）に前記挟持域内のパイプ（１０）を圧下（１２）する圧下力を付与する圧下手段である圧下用油圧シリンダ（４）と、前記プレッシャダイ（３）を前記挟持部域内へのパイプ進入方向に送る送り手段である軸方向送り用シリンダ（５）とを有するパイプの曲げ加工装置において、前記挟持域入側のパイプ端部を把持してスプリングバックを軽減する把持手段として、パイプ進入方向の移動と、該移動方向から前記圧下方向への回転と、前記圧下（１２）によるプレッシャダイ（３）の変位と同期した同じ方向および同じ大きさの変位（１３）とが可能な管端クランプ（６）を有することを特徴とするパイプの曲げ加工装置。

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