JP5208973B2 - オープンシーム管に成形される金属薄板の縁帯を曲げる方法および曲げプレス - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のオープンシーム管に成形される金属薄板を曲げる方法、および請求項５に記載の曲げプレスに関するものである。

周知のＵＯＥ法によってオープンシーム管（open seam tube）に成形される平らな金属薄板の曲げ加工では、金属薄板の縁帯は、Ｕプレスでは、全く成形されず、その一方、Ｏプレスでは、極めて高い圧力を加えることによってのみ、これらの縁帯を仕上がった菅の円形状に形成することが可能である。従って、通常の場合、縁帯は、最初に、曲げプレスにおいて、種々の曲げ工具を用いることによって、可能な限り効率的に円形状に曲げられるようになっている。しかし、製造上の理由から、縁帯の末端領域は、ほぼ完全に未成形のまま残されることになる。仕上がった管に見られることがあるこれらの所謂「ピーキング（peaking）」は、可能な限り小さくされるかまたは完全に避けられるべきである。何故なら、これらを矯正するのに、多大の労力が必要とされるからである。

オープンシーム管における互いに向き合って位置する平行な薄板金属の縁は、通常、後続の縦シームの溶接を容易にするために、金属薄板の厚みに適切な開先（例えば、両Ｖ開先）を備えている。

先行技術から知られている平らな金属薄板の縁帯を曲げるための曲げプレスは、プレスフレーム内の定位置に取り付けられて達成されるべき曲げ半径に対応する輪郭を有する上側工具と、上側工具に対して垂直方向に移動可能な下側工具と、から構成されている。

金属薄板の縁帯は、上側工具と下側工具との間において、プレスフレームに固く締め付けられ、次いで、上側工具に向かう下側工具の垂直方向の移動によって、所望の輪郭に曲げられるようになっている。

これらの形式の曲げプレスは、例えば、特許文献１，２，３から知られている。これらの特許文献は、平らな金属薄板の縁帯の曲げに関連する未成形の末端領域（すなわち、「（ピーキング）の生成」の問題を扱っている。

特許文献３から知られている曲げプレスの場合、プレスを種々の金属薄板の厚みまたは所望の曲率半径に適合させるために、曲げ加工の前に、下側工具を水平方向に移動させることができるようになっている。なお、荷重下、すなわち、曲げ加工中の下側工具の水平方向の変位については、記述されていない。

周知のプレスの欠点は、これらの方法の特質によって、薄板の縁に位置する開先が曲げ加工中に塑性変形し、その結果、肉厚が許容範囲を下回る可能性があることである。極めて大きいこともあるこれらの変形のために、後続の溶接加工が金属薄板のこれらの縁欠陥を補填し得ることを保障することができなくなる。その結果として、欠陥のある管に対して、時間の掛かる高価な仕上げ作業を行うことが必要になる。

この問題の幅広い研究によって、周知のプレスに関連するこれらの変形は、曲げ加工中に下側工具によって薄板の縁に力が線状に導入されることによって生じ、この力が鋼の弾性限界を超えたとき、塑性変形、すなわち、薄板金属の縁の変形が生じることが認識されるようになってきている。この現象は、薄板の厚みおよび／または鋼の強度が大きくなると、さらに激しくなる。

未成形の末端領域の大きさは、力作用点次第で、最小限に抑えられるが、場合によっては、金属薄板の縁が、許容できないほど変形することがある。

下側工具が上側工具に向かって垂直方向に移動するので、下側工具の輪郭の角度と金属薄板の輪郭の角度との間に、差が生じることになる。この角度差は、加圧作業の始動時に最も大きく、加圧作業の終了に向かって連続的に減少するが、実際上、決して零にはならない。さらに、曲げ角度が大きいほど、これらの２つの角度間の差も大きくなる。

特に、加圧作業の初期段階において、この大きな角度差によって、下側工具が金属薄板の縁に力を線状に導入することになるので、薄板の縁に水平方向の圧搾（squeezing）効果が生じ、その結果、高応力ピークが生じることになる。この状況では、薄板の縁が著しく塑性変形する危険性が、極めて高くなる。

また、研究によれば、これらの局部的な応力ピークは、下側工具が縁帯の輪郭に追従しながら上側工具に接近していくので、曲げ加工の経過と共に減少し、下側工具の輪郭にもよるが、線状接触は、徐々にヘルツ表面圧力下での面接触になる、ことが分かっている。

ピーキングの生成を最小限に抑えるために、特許文献４では、縁帯を上側曲げロールと下側曲げロールとの間に通して案内する試みがなされている。これらのロールの凹状の周辺輪郭または凸状の周辺輪郭は、曲げられる縁領域の半径に対応している。

このような２段の曲げ装置を作製するのにかなりの費用が掛かることは別にして、変形プロセスの始動時に、薄板の縁に力が線状に導入されるのを避けることが依然として不可能であることが明らかである。

他の欠点は、縁帯が転動変形する結果として、薄板金属の縁が押し広げられるのを防ぐのが不可能であり、その結果、うねりが縁領域に形成されることである。

また、縁帯の曲げ半径が、曲げロールの周辺輪郭によって決定されることも、不利である。これは、種々の管直径に対処するために、種々の周辺輪郭を有する適切な数の曲げロールを在庫しておく必要があることを意味している。

特許文献５は、曲げ加工の全体にわたって永続的な面接触をもたらすことによって、曲げ加工中に、ピーキングの生成を最小限に抑え、かつ金属薄板の縁の塑性変形を避けることができる方法を記載している。

これは、下側工具の垂直方向変位からなる下側工具の運動を、同時に行われる半球軸受による回転軸を中心とする枢動と組み合わせることによって、実現されている。

この方法を用いた実験では、すぐれた結果が達成されているが、半球軸受を有するこの具体例は、複雑であり、かつ高価である。半球軸受の他の欠点は、下側工具および半球シェルの摩耗を最小限に抑えるために、半球状のシェルが汚染するのを防ぐ複雑な措置が取られねばならないことにある。

独国特許出願公開第２６４１５７３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第４３１１２２８Ａ１号明細書 独国特許発明第２５１０４８８Ｃ３号明細書 独国特許出願公開第２３６５５１５Ａ１号明細書 独国特許第１０２００４０５０７８４Ｂ３号明細書

従って、本発明の目的は、オープンシーム管に成形される平らな金属薄板を曲げる方法であって、簡単かつ安価に、ピーキングの生成を最小限に抑えると共に、溶接の下準備がなされた縁部の塑性変形または圧搾を確実に避け、これによって、仕上げられた管のシーム領域において、肉厚が所定値を下回ることを防ぐことができる方法を提供することにある。他の目的は、対応する曲げプレスを提供することにある。

この目的は、請求項１，５の前文と特徴事項とを組み合わせることによって、達成されることになる。有利な詳細事項は、従属項の対象となっている。

本発明の示唆によれば、この目的を達成するために、下側工具の互いに連携する水平方向運動および垂直方向運動によって、曲げ加工の全体にわたって、面接触が薄板の縁から最小の距離だけ離れた位置に維持され、この距離は、力作用点に対して一定に保たれている方法が用いられている。

本方法の大きな利点は、独国特許第１０２００４０５０７８４Ｂ１号明細書から知られている曲げプレスの場合におけるように、ピーキングの生成が最小限に抑えられ、かつ薄板の縁部の塑性変形が回避されるにもかかわらず、これらの利点が、本方法では、曲げ加工中の下側工具の単純な水平方向運動および垂直方向運動によって、低コストで達成されることである。

周知の曲げプレスと比較して、下側工具が標準的な直線運動式のプレスプランジャによって容易に作動されるので、曲げプレスを作製するのに必要な労力が著しく低減され、かつ周知のプレスの場合における汚染を防ぐために必要な複雑な保護装置を設ける必要がない。

制御技術に関して、下側工具の水平方向変位および垂直方向変位をもたらすための運動のシーケンスは、これらの運動が、例えば、線状にまたは所望の曲線経路に沿って、同時に生じるように、行うことができる。加えて、これらの運動のシーケンスは、段階的に、具体的には、水平方向運動および垂直方向運動が交互に生じるように、行われてもよい。

ピーキングの生成を不可避的な最小値に制限するために、下側工具が力を縁帯に加える点が可能な限り薄板の縁の近くに位置するのみならず、ヘルツ圧力に相当する表面圧力が常に縁帯に加えられ、薄板の縁への線状圧力が回避されるようになっていることが必要である。

下側工具の水平方向変位および垂直方向変位をもたらすための運動の適切なシーケンスによって、下側工具による縁帯への力作用点が、常に一定に保たれるので、薄板の縁の未成形の末端領域は、常に一定の最小値に維持されることになる。

この面接触は、曲げ加工の全体にわたって維持されるので、（もし面接触が存在しない場合には、水平方向の応力が曲げの始動時に生じ、局部的な応力ピークが薄板の開先縁に生じることになるが）、そのような水平方向の応力が確実に回避され、過剰な局部的応力によって生じる塑性変形が排除されることになる。

運動学的な理由から、曲げ加工中の水平方向変位および垂直方向変位の結果として、下側工具の力作用点が移動するので、縁帯の底面と接触する下側工具の表面の輪郭は、少なくともヘルツ圧力に相当する表面圧力が、曲げ加工の全体にわたって保持されるように、設計されねばならない。

これは、曲げ加工の始動時における力作用点の領域において、下側工具が、例えば、凸状輪郭に連なる平らな輪郭を備えていることによって、または曲げ加工中に縁帯と接触する下側工具の表面の全体が、凸状に湾曲した形状を備えていることによって、実現されることになる。

種々の曲げ半径を生じさせるために、１つの適切な下側工具しか在庫する必要がないので、有利である。これによって、工具を取り換えるための段取り時間をなくすことができる。また、これによって、調達コスト、保守コスト、および設置コストを著しく低減させることができる。

本発明の付加的な特徴、利点、および細部は、図示される例示的な実施形態の以下の説明から導き出されるだろう。

縁帯を曲げるために荷重下で垂直方向および水平方向に移動可能となっている下側工具を有する本発明の曲げプレスの概略図である。 仕上げられた曲げ状態を示す、図１ａと同様の図である。

図１は、荷重下で水平方向および垂直方向に移動可能になっている下側工具３を有する本発明の曲げプレス１１の原理を示している。図示されている状態は、金属薄板（メタルシート）の縁帯（縁片）２が曲げられる直前のものである。

縁帯２を曲げるために、金属薄板は、曲げられる縁帯の領域の外側において、曲げプレス１１のプレスフレーム４に堅く締め付けられ、得られる曲げ半径に対応する輪郭を有する上側工具１の直下に位置決めされている。

曲げられる縁帯２の末端領域８には、ＵＯＥ成形されたオープンシーム管の溶接を容易にするために、開先７が設けられている。

荷重下で垂直方向および水平方向に移動可能となるように支持されている本発明の下側工具３が、縁帯２の末端領域８の直下に配置されている。下側工具が移動することが可能な方向は、垂直方向の矢印９、および水平方向の矢印１０によって、示されている。

未変形の末端領域を可能な限り小さくするために、本発明によれば、下側工具３の力作用点Ｐが、縁帯２の末端領域８において、金属縁から最小の距離だけ離れた個所に位置している。

本発明によれば、下側工具３は、曲げられる縁帯２との永続的な面接触が、少なくともヘルツ圧下で生じ得るように設計され、これによって、薄板の縁の変形が、殆ど完全に避けられることになる。

下側工具３の表面輪郭は、縁帯２と接触する面内に平坦区域５を備えている。この区域は、下側工具３の動作領域内の凸状区域６に連なっている。

曲げ加工の始動時に、本発明によれば、下側工具３の作用面の平坦区域５は、縁帯２の底面と面接触することになる。この場合、下側工具３の作用面の部分的な領域のみが縁帯２の底面と接触することになる。

曲げが進行するにつれて、運動学的な理由から、下側工具３と縁帯２との間の接触面において、力作用点が相対的に変位することになる。

図２に示されているように、下側工具３は、曲げプロセス中、端位置に進みながら、垂直方向および水平方向に移動するが、さらに具体的には、この移動は、曲げ加工中に、力作用点Ｐが、縁帯２では末端領域の元の位置にとどまる一方、下側工具３では凸状区域６に向かって作用面に沿って移行するように、行われることになる。下側工具３は、水平方向運動および垂直方向運動のいずれもが、例えば、線状に同時に生じるか、またはこれらの運動が段階的に生じるように、移動するようになっている。

縁帯２の底面との永続的な面接触によって、縁帯２の末端領域８、特に、開先７への線状応力、およびその結果としての塑性変形をもたらす応力ピークを確実に避けることができる。

１ 上側工具
２ 縁帯
３ 下側工具
４ プレスフレーム
５ 作用面の平坦区域
６ 作用面の凸状区域
７ 開先
８ 末端区域
９ 下側工具の垂直方向運動
１０ 下側工具の水平方向運動
１１ 曲げプレス
Ｐ 力作用点

Claims (9)

1. 達成されるべき曲げ輪郭に対応する輪郭を有する固定された上側工具と、前記上側工具と向き合って配置され、垂直方向に移動可能な下側工具とを有する曲げプレスによって、オープンシーム管に成形される平らな金属薄板を曲げる方法であって、前記上側工具と前記下側工具との間で、プレスフレームに固く締め付けられた前記金属薄板の縁帯が、単一の作業工程によって所望の縁輪郭に曲げられ、前記縁帯の底面と接触する前記下側工具の作用面は、前記曲げ加工のまさに始動時において、少なくともヘルツ圧力下での面接触をもたらす、方法において、前記面接触は、前記下側工具の互いに連携する水平方向運動および垂直方向運動によって、前記曲げ加工の全体にわたって、前記金属薄板の前記縁から最小の距離の位置であって、かつ、力作用点に対して一定の距離の位置に、維持されることを特徴とする方法。
2. 前記水平方向運動および前記垂直方向運動は、同時に生じることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記水平方向運動および前記垂直方向運動は、線状に行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記水平方向運動および前記垂直方向運動は、段階的に交互に行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 達成されるべき曲げ輪郭に対応する輪郭を有する固定された上側工具と、前記上側工具と向き合って配置された垂直方向に移動可能な下側工具とによって、オープンシーム管に成形される平らな金属薄板の縁帯を曲げる曲げプレスであって、前記上側工具と前記下側工具との間で、プレスフレームに固く締め付けられた前記金属薄板の前記縁帯が、単一の作業工程によって所望の縁輪郭に曲げられるようになっている、曲げプレスにおいて、前記下側工具（３）は、前記曲げ加工中に少なくとも接触面において前記縁帯（２）に面接触し得る表面輪郭を備えており、荷重下で垂直方向（９）および水平方向（１０）の両方に移動可能となるように支持されており、前記水平方向および前記垂直方向における運動の範囲は、前記金属薄板の前記縁から最小の一定距離の位置が、前記曲げ加工の全体にわたって、前記下側工具（３）の力作用点（Ｐ）に対して相対的に位置付けられるのに、少なくとも十分な大きさになっていることを特徴とする曲げプレス。
6. 前記下側工具（３）の前記作用面の前記表面輪郭は、凸状区域（６）からなっていることを特徴とする請求項５に記載の曲げプレス。
7. 前記下側工具（３）の前記作用面の前記表面輪郭は、平坦区域（５）および凸状区域（６）からなっていることを特徴とする請求項５に記載の曲げプレス。
8. 前記下側工具（３）の水平方向および垂直方における可動性は、可動プレスプランジャを用いることによって、実現されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の曲げプレス。
9. 前記可動プレスプランジャは、流体駆動されるようになっていることを特徴とする請求項８に記載の曲げプレス。

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