JP2022110718A - Method for manufacturing pipe material and its manufacturing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管材の製造方法等に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing a pipe material, and the like.
一定断面のストレートな直管のみならず、長手方向に沿って断面や曲率等が変化する異形管が構造部材(例えば、自動車のピラー等)として用いられる。異形管を用いることにより、軽量化と高い機械的特性(強度、剛性等)を高次元で両立できる。 Not only straight pipes with a constant cross section, but also deformed pipes whose cross section, curvature, etc. change along the longitudinal direction are used as structural members (for example, pillars of automobiles, etc.). By using a deformed tube, both weight reduction and high mechanical properties (strength, rigidity, etc.) can be achieved at a high level.
異形管は、その全体を板材の溶接等により製造することもできる。しかし、基本的な断面形状の素管(一定断面の管材の他、テーラードブランク(tailored blank)管材も含む。)に曲げや成形を加えて異形管が得られると、その生産性を向上させ得る。これに関連する記載が下記の特許文献にある。 The deformed pipe can also be manufactured entirely by welding plate materials or the like. However, if a deformed pipe is obtained by bending or forming a raw pipe with a basic cross-sectional shape (including pipes with a constant cross section as well as pipes with tailored blanks), the productivity can be improved. . A description related to this can be found in the following patent documents.
特許文献1は、軸方向(長手方向)に周長(断面)が変化する予め製作された素材(異形管)に対して曲げ加工だけを行っている。特許文献2は、一定断面の管状の素材(素管)を所望断面に成形した後、その素材(異形管)に曲げ加工を行っている。
In
このような従来の方法により曲げられた管材は、その断面が所望断面と異なったもの(つまり形状崩れを生じたもの)となり易い。 A pipe member bent by such a conventional method tends to have a cross section different from a desired cross section (that is, deformed).
本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであり、所望形態の管材が効率的に得られる製造方法等を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a manufacturing method and the like by which a pipe material having a desired shape can be efficiently obtained.
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、素材(素管)を曲げた後に所望断面へ成形することにより、断面(形状)崩れを抑制できることを見出した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research aimed at solving this problem, the inventors of the present invention have found that the cross-section (shape) collapse can be suppressed by bending the raw material (base tube) and then forming it into a desired cross-section. Developing this result led to the completion of the present invention described below.
《製造方法》
(1)本発明は、閉断面を有する管状の素材である素管を曲げる曲げ工程と、該曲げられた素管を塑性変形させて該素管と異なる閉断面を有する成形管を得る成形工程と、を備える管材の製造方法である。
"Production method"
(1) The present invention includes a bending step of bending a blank pipe, which is a tubular material having a closed cross section, and a forming step of plastically deforming the bent blank pipe to obtain a formed pipe having a closed cross section different from that of the blank pipe. and a method for manufacturing a pipe material.
(2)本発明の製造方法によれば、素管の曲げ(成形)により生じた応力状態を利用しつつ素管を塑性変形させることにより、素管と異なる断面を有する成形管を、形状崩れを抑制しつつ効率的に得ることができる。 (2) According to the manufacturing method of the present invention, by plastically deforming the blank pipe while utilizing the stress state generated by the bending (forming) of the blank pipe, the formed pipe having a cross section different from that of the blank pipe is deformed. can be efficiently obtained while suppressing
《製造装置》
本発明は製造装置としても把握される。例えば、本発明は、閉断面を有する管状の素材である素管を長手方向へ移動させる送り手段と、該素管を長手方向へ移動させつつ該素管を支持する支持手段と、該支持手段の下流側で該素管を曲げる曲げ手段と、該曲げられた素管を塑性変形させて該素管と異なる閉断面を有する成形管にする成形手段と、を備える管材の製造装置でもよい。
"manufacturing device"
The present invention can also be grasped as a manufacturing apparatus. For example, the present invention includes feeding means for moving a blank tube, which is a tubular material having a closed cross section, in the longitudinal direction, supporting means for supporting the blank tube while moving the blank tube in the longitudinal direction, and the supporting means. and a forming means for plastically deforming the bent raw pipe into a formed pipe having a closed cross-section different from that of the raw pipe.
《管材、制御装置等》
本発明は、上述した製造方法により得られた管材(成形管)としても把握される。また、上述した製造装置を制御する方法または装置としても把握される。制御対象は、例えば、送り手段による送り速度、曲げ手段による曲げ方向や曲率、成形手段による成形空間の形態(形状、大きさ)等がある。これらを素管の移動に応じて制御すれば、長手方向に関して、曲げ方向や曲率、断面の形状や肉厚、特性等が異なる成形管を得ることもできる。また、周方向に関して、肉厚、特性等が異なる成形管を得ることもできる。
《Pipe materials, control devices, etc.》
The present invention can also be grasped as a pipe material (formed pipe) obtained by the manufacturing method described above. It can also be understood as a method or apparatus for controlling the manufacturing apparatus described above. The controlled object includes, for example, the feeding speed of the feeding means, the bending direction and curvature of the bending means, the form (shape and size) of the forming space of the forming means, and the like. By controlling these in accordance with the movement of the blank tube, it is possible to obtain a molded tube having different bending directions, curvatures, cross-sectional shapes, wall thicknesses, characteristics, etc., in the longitudinal direction. In addition, it is possible to obtain molded tubes having different wall thicknesses, characteristics, etc. in the circumferential direction.
素管と成形管は、対応する断面位置における外周長が異なっていてもよい。その外周長が略等しくなるように曲げまたは成形すれば、形状(断面)崩れがより抑制され得る。 The raw pipe and the formed pipe may have different outer peripheral lengths at corresponding cross-sectional positions. By bending or forming such that the outer peripheral lengths thereof are substantially equal, the shape (cross section) collapse can be further suppressed.
《その他》
(1)本発明でいう素管の曲げと成形は、段階的(逐次的)になされても、連続的になされても、略同時的(略一体的)になされてもよい。
"others"
(1) The bending and forming of the blank tube as referred to in the present invention may be performed stepwise (sequentially), continuously, or substantially simultaneously (substantially integrally).
(2)本明細書でいう長手方向は、管材(特に素管)が延在する方向である。管材は、通常、その長手方向(軸線方向)に移送される。管材は、上流側から押し出されてもよいし、下流側から引き抜かれてもよいし、それらの中間で送りされてもよい。管材の肉厚は、その断面中心を通過する軸線に対する直交方向(放射方向)の幅である。 (2) The longitudinal direction referred to in this specification is the direction in which the pipe member (especially the raw pipe) extends. Tubing is normally transported in its longitudinal direction (axial direction). The tubing may be extruded from the upstream side, drawn from the downstream side, or fed in-between. The wall thickness of a tube is the width in a direction (radial direction) perpendicular to the axis passing through the center of the cross section.
(3)本明細書でいう「~手段」、「~工程」または「~ステップ」は、相互に読み替えることができる。例えば、方法に係る構成要素である「~工程」を「~手段」と読み替えることにより装置に係る構成要素とすることができる。逆に、装置に係る構成要素である「~手段」を「~工程」と読み替えることにより方法に係る構成要素とすることもできる。各手段、各工程または各ステップは、プログラムをコンピュータで実行して実現されてもよい。この場合、本発明を製造装置の制御プログラムとして把握してもよい。 (3) "Means", "process" or "step" in this specification can be read interchangeably. For example, by replacing "-step", which is a component of the method, with "means", it can be a component of the apparatus. Conversely, by replacing "means", which is a component related to the apparatus, with "process", it is possible to make it a component related to the method. Each means, each process or each step may be realized by executing a program on a computer. In this case, the present invention may be grasped as a control program for a manufacturing apparatus.
(4)特に断らない限り本明細書でいう「x~y」は下限値xおよび上限値yを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を新たな下限値または上限値として「a~b」のような範囲を新設し得る。特に断らない限り、本明細書でいう「x~ymm」はxmm~ymmを意味する。他の単位系についても同様である。 (4) Unless otherwise specified, "x to y" as used herein includes the lower limit value x and the upper limit value y. A new range such as “a to b” can be established as a new lower or upper limit of any numerical value included in the various numerical values or numerical ranges described herein. Unless otherwise specified, "x to ymm" as used herein means xmm to ymm. The same applies to other unit systems.
上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成要素を付加し得る。本明細書で説明する内容は、製造方法や製造装置のみならず管材(特に成形管)にも適宜該当し、方法的な構成要素であっても物に関する構成要素ともなり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。 In addition to the components of the present invention described above, one or more components arbitrarily selected from this specification may be added. The content described in this specification applies not only to manufacturing methods and manufacturing apparatuses, but also to pipe materials (especially molded pipes) as appropriate, and can be both method-related components and product-related components. Which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.
《管材》
(1)材質
管材(素管または成形管)は、鉄系、アルミニウム系、マグネシウム系、チタン系等のいずれでもよい。管材の代表例は鋼管(例えば高張力鋼管)である。なお、本明細書でいう「~系」は、材質が純金属または合金であることを意味する。
《Piping》
(1) Material The pipe material (raw pipe or formed pipe) may be any of iron-based, aluminum-based, magnesium-based, titanium-based, and the like. A representative example of the pipe material is a steel pipe (for example, a high-strength steel pipe). As used herein, the term "-series" means that the material is a pure metal or an alloy.
管材の厚さ(肉厚)は、周方向および長手方向に一定でもよいし、周方向と長手方向の少なくとも一方に関して変化してもよい。肉厚は適宜選択されるが、例えば、0.5~7mmさらには0.8~4mm程度である。 The thickness (wall thickness) of the tubular material may be constant in the circumferential and longitudinal directions, or may vary in at least one of the circumferential and longitudinal directions. The thickness is appropriately selected, and is, for example, about 0.5 to 7 mm, further 0.8 to 4 mm.
(2)素管
素管は、断面、肉厚および材質が一定でもよいし、断面が長手方向(軸線方向)に関して変化していてもよいし、肉厚や材質が周方向と長手方向の少なくとも一方に関して変化していてもよい。本明細書では、断面、肉厚および材質が一定でない管材(特に長手方向に変化する管材)を異形管という。
(2) Base pipe The base pipe may have a constant cross section, wall thickness and material, or the cross section may vary in the longitudinal direction (axial direction). It may vary with respect to one. In this specification, a tubular member having a non-uniform cross section, wall thickness and material (especially a tubular member that varies in the longitudinal direction) is referred to as a deformed pipe.
素管は、継目無管でも溶接管でもよい。継目無管は、例えば、熱間または冷間で造管(押出管、伸管等)されて得られる。異形管(素管)は、成形管の仕様に応じて、例えば、部位毎に異なる管材や鋼板を溶接して製造される。素管として、例えば、略円環状の閉断面を有する丸管がある。なお、本明細書でいう「略円」は、真円度を問わず、楕円も含む意味である。 The blank pipe may be a seamless pipe or a welded pipe. A seamless pipe is obtained, for example, by hot or cold pipe making (extrusion pipe, drawn pipe, etc.). A deformed pipe (base pipe) is manufactured, for example, by welding different pipe materials or steel plates according to the specifications of the formed pipe. As a blank tube, for example, there is a round tube having a substantially annular closed cross section. It should be noted that the term “substantially circular” as used in this specification includes ellipses regardless of the degree of circularity.
(3)成形管
成形管は、曲げ応力が印加された素管を塑性加工して得られる。成形管は、長手方向の少なくとも一部において、素管と異なる断面を有する。成形管は、必ずしも環状の閉断面である必要はない。流体が内通する配管でない成形管(構造部材)は、所望特性を満たす形態であれば足る。また成形管は湾曲した曲げ管に限らず、曲げ管を曲げ戻し等して直管にしたものでもよい。
(3) Molded pipe A molded pipe is obtained by plastically working a blank pipe to which a bending stress is applied. The formed tube has a cross section different from that of the blank tube at least partially in the longitudinal direction. The forming tube need not necessarily be of annular closed cross-section. A molded pipe (structural member) that is not a pipe through which a fluid flows is sufficient as long as it has a form that satisfies the desired properties. Further, the formed pipe is not limited to a curved bent pipe, and may be a straight pipe formed by bending back a bent pipe.
成形管として、例えば、略角環状の閉断面を有する角管がある。その閉断面は、例えば、略三角環状(三角管)、略四角環状(四角管)、略五角環状(五角管)、略六角環状(六角管)等である。角管の代表例として、閉断面が略矩形環状(略四角環状)である矩形管(四角管)がある。なお、本明細書でいう「略角」は、角や面の精度を問わず、角や隅に面取りや丸め等がある場合を含む意味である。 As a formed tube, there is, for example, a square tube having a closed cross-section of a substantially angular annular shape. The closed cross section is, for example, a substantially triangular ring (triangular tube), a substantially square ring (square tube), a substantially pentagonal ring (pentagonal tube), a substantially hexagonal ring (hexagonal tube), or the like. As a representative example of the square tube, there is a rectangular tube (square tube) having a substantially rectangular annular (substantially square annular) closed cross section. In this specification, the term "substantially cornered" includes chamfering, rounding, and the like at the corners and corners, regardless of the precision of the corners and surfaces.
《製造方法》
成形管は、素管に対する曲げ工程および成形工程を経て得られる。曲げ工程は、二次元曲げでも三次元曲げでもよい。成形工程は、素管を成形空間(キャビティ)へ通過させたり、素管の外周面を押動したりしてなされる。成形時、回転や曲げ等がさらに付加されてもよい。このとき、成形前後で素管と成形管の外周長変化が少ないと、形状崩れを抑制できて好ましい。
"Production method"
A formed pipe is obtained through a bending process and a forming process for a blank pipe. The bending process may be two-dimensional bending or three-dimensional bending. The molding process is carried out by passing the raw pipe through a molding space (cavity) or pushing the outer peripheral surface of the raw pipe. Further rotation, bending, etc. may be added during molding. At this time, if there is little change in the outer circumference lengths of the blank pipe and the formed pipe before and after forming, it is preferable because the deformation can be suppressed.
曲げ工程や成形工程は、素管に非圧縮性流体を充填さらには加圧してなされるハイドロベンドやハイドロフォーミングであると、成形管の形状崩れがより一層抑制され得る。 If the bending process or the forming process is hydrobending or hydroforming performed by filling an incompressible fluid into a blank pipe and further pressurizing it, the deformation of the formed pipe can be further suppressed.
《製造装置》
製造装置は、例えば、送り手段と、支持手段、曲げ手段、成形手段等を備える。
"manufacturing device"
The manufacturing apparatus includes, for example, feeding means, supporting means, bending means, forming means, and the like.
送り手段は素管を長手方向へ移動させる。上流側(成形管となる反対側)から下流側へ素管を押し出す(送出する)場合、素管の長さに応じて、その座屈を抑止する手段を設けるとよい。例えば、曲げ前の素管の中間域に、素管に接する対向した少なくとも一対の補助ロールを設けるとよい。補助ロールは、素管の移動に連動したり、素管の上端部が近接するときに回避動を行うとよい。 The feeding means moves the blank tube in the longitudinal direction. When extruding (delivering) the blank pipe from the upstream side (the side opposite to the forming tube) to the downstream side, it is preferable to provide means for suppressing buckling of the blank pipe according to the length of the blank pipe. For example, it is preferable to provide at least a pair of opposing auxiliary rolls in contact with the blank tube in the intermediate region of the blank tube before bending. It is preferable that the auxiliary roll is interlocked with the movement of the blank pipe, or performs avoidance movement when the top end of the blank pipe approaches.
支持手段は、素管の長手方向への移動を許容しつつ素管を支持して、素管の曲げ起点(支点)となる。支持手段は、例えば、素管の曲げ方向に応じて、素管に接する対向した少なくとも一対の支持ロールを備えてなる。また、素管の曲げ方向が複数ある場合(3次元的に曲げられる場合)は、曲げ起点となる支持ロールは、少なくとも二対あるとよい。例えば、上下一対の支持ロールと左右一対の支持ロールが曲げ起点に配設されるとよい。このような支持ロールは、さらに、素管の長手方向に沿って少なくとも2列あると、素管をより安定して支持できる。 The support means supports the blank pipe while allowing the blank pipe to move in the longitudinal direction, and serves as a bending starting point (fulcrum) of the blank pipe. The support means comprises, for example, at least a pair of opposing support rolls that are in contact with the blank pipe according to the bending direction of the blank pipe. Moreover, when there are a plurality of bending directions of the blank tube (when it is three-dimensionally bent), it is preferable that there are at least two pairs of support rolls serving as bending starting points. For example, a pair of upper and lower support rolls and a pair of left and right support rolls may be arranged at the bending starting point. If such support rolls are arranged in at least two rows along the longitudinal direction of the blank pipe, the blank pipe can be supported more stably.
曲げ手段は、支持手段の下流側において、素管の移動方向を曲げ起点(支持手段)の前後で変更して素管を曲げる。曲げ方向または曲率は長手方向に沿って、一定でも変化してもよい。 The bending means bends the raw pipe by changing the moving direction of the raw pipe before and after the bending starting point (supporting means) on the downstream side of the supporting means. The bending direction or curvature can be constant or variable along the length.
成形手段は、その曲げられた素管を塑性変形させて、素管と異なる閉断面を有する成形管にする。成形手段は、例えば、成形管の閉断面に応じて曲げられた素管に接すると共に素管を囲む少なくとも二対の成形ロールにより実現される。成形ロールにより形成された隙間(成形空間)に素管を通過させることにより、所望断面の成形管が得られる。 The shaping means plastically deforms the bent blank pipe to form a shaped pipe having a closed cross-section different from that of the blank pipe. The forming means are realized, for example, by at least two pairs of forming rolls which are in contact with and surround the blank pipe bent according to the closed cross-section of the forming pipe. A formed pipe having a desired cross section is obtained by passing the blank pipe through a gap (forming space) formed by the forming rolls.
曲げ起点(支持手段)より上流側における素管の軸線(移動方向)から逸脱した位置に成形手段(例えば成形ロール)を配設すると、成形手段は素管に曲げを加えつつ成形することになる。つまり、成形手段は曲げ手段を兼ねることになり、両者は一体化され得る。 If the forming means (for example, forming rolls) is arranged at a position deviating from the axis (moving direction) of the blank pipe on the upstream side of the bending starting point (supporting means), the forming means bends the blank pipe while forming. . In other words, the forming means also serves as the bending means, and both can be integrated.
一例として、略矩形環状の閉断面を有する矩形管(成形管)を製造する場合を考えると、成形手段は、素管に接すると共に素管を囲む四つの成形ロールと、その各成形ロールを素管の内側へ押動する押動手段とを備えるとよい。押動手段は、例えば、油圧または電動で駆動されるアクチュエーター(シリンダ、ネジ等)からなる。押動手段により対向する成形ロールの間隙(成形空間)を調整すれば、長手方向に一定または変化した断面を有する成形管が得られる。 As an example, consider the case of manufacturing a rectangular tube (forming tube) having a substantially rectangular annular closed cross section. and a pushing means for pushing inwardly of the tube. The pushing means comprises, for example, an actuator (cylinder, screw, etc.) driven hydraulically or electrically. By adjusting the gap (forming space) between the opposing forming rolls by means of a pushing means, a forming tube having a constant or variable cross section in the longitudinal direction can be obtained.
ある成形ロールの移動に連動して別な成形ロールをスライドさせてもよい。例えば、第1成形ロールを押動手段で移動させたとき、それに隣接する第2成形ロールを同期してスライドさせるとよい。これにより素管を成形する隙間(キャビティ)を安定して維持できる。第1成形ロールによる第2成形ロールのスライドは、例えば、第2成形ロールに接するブロック(連動部材)等を第1成形ロールの押動手段で移動させることで行える。連動部材を利用すれば、第2成形ロールをスライドさせる駆動源を省略できる。 Another forming roll may be slid in conjunction with movement of a forming roll. For example, when the first forming roll is moved by the pushing means, the adjacent second forming roll may be slid synchronously. This makes it possible to stably maintain the gap (cavity) for forming the blank tube. The sliding of the second forming roll by the first forming roll can be performed, for example, by moving a block (interlocking member) or the like in contact with the second forming roll by the pushing means of the first forming roll. If the interlocking member is used, the drive source for sliding the second forming roll can be omitted.
丸管(素管)を矩形状断面の角管(矩形管/成形管)へ成形する具体例を示しつつ、本発明をさらに詳しく説明する。 The present invention will be described in more detail while showing a specific example of forming a round pipe (raw pipe) into a square pipe (rectangular pipe/formed pipe) having a rectangular cross section.
《概要》
(1)構成
本発明の一実施例である管材の製造装置D(単に「装置D」という。)の概要を図1および図2に示した。なお、本実施例では、特に断らない限り、図中に矢印で示した方向を上下方向、左右方向、前後方向(素管の移動方向)とする。
"Overview"
(1) Configuration An outline of a tube material manufacturing apparatus D (simply referred to as "apparatus D"), which is an embodiment of the present invention, is shown in FIGS. In this embodiment, unless otherwise specified, the directions indicated by arrows in the drawings are the up-down direction, the left-right direction, and the front-rear direction (moving direction of the blank tube).
装置Dは、前後方向に断面が一定なストレート状の丸管T0を、長手方向に断面が一定または変化した角管T1へ成形する。装置Dは、成形ロール11と、第1支持ロール21(支持手段)と、第2支持ロール22と、補助ロール23と、丸管T0(角管T1)の下流端側開口に取り付けられたチェック3と、丸管T0の上流端側開口に取り付けられたチェック4と、チェック4を介して丸管T0を下流側へ押し込む送り手段(図略)と、成形ロール11を変位させる駆動制御装置M(後述)とを備える。
The device D forms a straight round tube T0 whose cross section is constant in the longitudinal direction into a square tube T1 whose cross section is constant or varies in the longitudinal direction. The device D includes a forming
成形ロール11は、上下方向に対向する一対の成形ロール111、112と左右方向に対向する一対の成形ロール113、114とを備える。各成形ロールの外周面は、断面が直線状である円筒面からなる。各成形ロールにより角管T1の外形状に応じた方形状(矩形状)の成形空間s(キャビティ)が形成される。
The forming
第1支持ロール21も、上下方向に対向する一対の支持ロール211、212と左右方向に対向する一対の支持ロール213、214とを備える。各支持ロールの外周面は、断面が丸管T0の外周面に沿う半円弧状である環状曲面からなる。第1支持ロール21が、丸管T0の曲げ起点(支点)を構成する。
The
第2支持ロール22も、上下方向に対向する一対の支持ロール221、222と左右方向に対向する一対の支持ロール223、224(図略)とを備える。第2支持ロール22も第1支持ロール21と同形状であり、各外周面は、断面が丸管T0の外周面に沿う半円弧状である環状曲面からなる。第2支持ロール22は、第1支持ロール21と協働して、曲げられる丸管T0を安定的に支持する。
The
補助ロール23も、上下方向に対向する一対の補助ロール231、232と左右方向に対向する一対の補助ロール233、234(図略)とを備える。補助ロール23も第1支持ロール21、第2支持ロール22と同形状であり、各外周面は、断面が丸管T0の外周面に沿う半円弧状である環状曲面からなる。補助ロール23は、丸管T0をその上流端と第2支持ロール22の間で支持して、丸管T0の押込み時の座屈を抑止する。
The
第1支持ロール21、第2支持ロール22および補助ロール23は、丸管T0の外径(外形幅)に応じて、対向間隔(隙間)が調整可能である。これにより各ロールは、丸管T0の外表面に安定的に接触して転動する。また、補助ロール23は前後方向への移動が可能であり、丸管T0の進行に連動して後方向(下流側)へ移動する。
The
チェック3は、丸管T0(角管T1)の下流端側開口を液密に閉塞すると共に、管内へ液体(例えば水や油/非圧縮性流体)を充填する供給口を兼ねる。液体は、例えば、管内に加圧(0.1~10MPa程度)した状態で充填される。このような液体の充填により、丸管T0を曲げまたは成形したときに内外面に生じるシワや形状崩れ等をより一層抑止できる。
The
チェック4は、丸管T0の上流端側開口を液密に閉塞すると共に、油圧または電動のシリンダ等(送り手段/図略)に把持されて、丸管T0を下流側へ押し出す。
The
(2)曲げと成形
丸管T0は、液体が充填された状態で、チェック4から下流側へ押し出され、補助ロール23、第2支持ロール22、第1支持ロール21および成形ロール11を通過して角管T1となる。
(2) Bending and Forming The round tube T0 filled with liquid is extruded downstream from the
ここで第1支持ロール21、第2支持ロール22および補助ロール23は、丸管T0をその軸線(前後方向に延在するストレートな中心線)に沿って支持している。一方、成形ロール11により構成される成形空間sは、その軸線から変位(並進と回転)した位置にある。この変位により、丸管T0には第1支持ロール21を起点とした曲げが生じる。丸管T0は、その曲げにより特定の応力状態となったまま成形ロール11により外周面が押動されて塑性変形して角管T1となる。
Here, the
成形ロール11は図2に示すように、成形ロール111~114はそれぞれ、丸管T0の外周面を半径方向内側へ押し込む方向(外周面の法線方向)へ駆動され得る。また、成形ロール11全体(成形空間)は、上下方向への平行動(L1)、左右方向への平行動(L2)、上下方向への回転動(θ1)、左右方向への回転動(θ2)が可能となっている。こうして成形ロール11は、複数方向への並進動または回転動が可能であり、成形ロール11により形成される成形空間sも、その大きさや向きが様々に変化し得る。
As shown in FIG. 2, the forming
《駆動制御装置》
成形ロール11の駆動制御装置M(単に「装置M」という。)を図3A(正面図)と図3B(側面図)に例示した。図3Aと図3Bを併せて図3という。なお、既述した部材等には同符号を付し、適宜、それらの説明を省略した。また、符号は代表的な図面または部材等について主に付し、類似する部材等への符号は適宜省略した。
《Drive controller》
A drive control device M (simply referred to as “device M”) for the forming
装置Mは、床等に固定された基台100と、駆動機構131により基台100に対して上下動(L1)する昇降台101と、駆動機構132により昇降台101に対して左右方向に水平移動(L2)する外枠102と、駆動機構133により外枠102に対して上下(鉛直)軸まわりに回転(θ2)する中枠103と、駆動機構134により中枠103に対して左右(水平)軸まわりに回転(θ1)する内枠104と、上述した成形ロール111~114の各回転軸(枢軸)を丸管T0の外周面へ移動させる駆動機構121~124(これらを併せて「駆動機構12」という。)とを備える。成形ロール11と駆動機構12(押動手段)は内枠104の内側に配設される。本発明でいう成形手段および曲げ手段は、成形ロール11と駆動制御装置Mにより実現される。
The apparatus M comprises a base 100 fixed to the floor or the like, a lift table 101 vertically moved (L1) with respect to the
駆動機構12、131、132は、減速機を伴う直動機構(例えば、ウォームギア、送り螺子等)とその駆動源であるサーボモータを備える。駆動機構133、134は、減速機を伴う回転機構とその駆動源であるサーボモータを備える。それぞれの駆動機構(特にサーボモータ)は、制御プログラムを実行するコンピュータにより個別に制御され得る。
The
装置Mは、さらに、駆動機構121~124に並設された連結スライドブロック141~144(これらを併せて「ブロック14」という。)を備える。ブロック14(連動部材)により、隣接する成形ロール11の連動が実現される。例えば、連結スライドブロック141は、駆動機構121による成形ロール111の上方動に連動して、隣接する成形ロール113を上方動させる。なお、連結スライドブロック141は、駆動機構123に対してスライドするため、成形ロール113の左右動を妨げない。このようなブロック14により矩形状の成形空間sが安定して形成される。
The device M further includes connecting slide blocks 141-144 (collectively referred to as "blocks 14") arranged side by side with the drive mechanisms 121-124. Interlocking of adjacent forming
《解析例》
上述したような装置Dを用いて丸管から角管を成形する場合を想定して、得られる角管の断面をCAE(computer-aided engineering)解析して求めた。
<<Analysis example>>
Assuming a case where a square tube is formed from a round tube using the apparatus D as described above, the cross section of the obtained square tube was obtained by CAE (computer-aided engineering) analysis.
φ50.8mm×t1.2mmの丸管(素管)を、外形断面が38mm×38mmの角管へ成形する場合について、衝撃・構造解析ソフトLS-DYNA(株式会社JSOL製)を用いて解析した。このとき、成形ロールにより形成される成形空間は角管の外形断面と同形状とし、成形空間の中心位置は丸管の軸線から33mm上方(つまり成形ロール全体の押上量:33mm)とした。なお、解析は、管内に液体が充填されていない状態(内圧なし状態)で行った。 The case of molding a round pipe (base pipe) of φ50.8 mm × t1.2 mm into a square pipe with an outer cross section of 38 mm × 38 mm was analyzed using impact and structural analysis software LS-DYNA (manufactured by JSOL Co., Ltd.). . At this time, the forming space formed by the forming rolls had the same shape as the cross section of the square tube, and the center position of the forming space was 33 mm above the axis of the round tube (that is, the amount of lifting of the entire forming rolls: 33 mm). The analysis was performed in a state in which the pipe was not filled with liquid (no internal pressure).
こうして丸管から成形された角管の断面(解析結果)を図4に示した。図4から明らかなように、本発明の製造方法によれば、曲げられた角管(曲率半径:664mm)の断面は、目標断面に対してズレが1mm以内となった。 FIG. 4 shows the cross section (analysis result) of the square tube formed from the round tube in this way. As is clear from FIG. 4, according to the manufacturing method of the present invention, the cross section of the bent square tube (radius of curvature: 664 mm) has a deviation of 1 mm or less from the target cross section.
比較のため、38mm×38mmの角管(素管)を、44mm上方に押し上げた成形ロール全体で曲げたときに得られる角管(曲率半径:763mm)の断面も求めた。その解析結果を図4に併せて示した。この場合、押上量を11mm増加させたにもかかわらず、曲率半径は逆に大きくなり、その断面は目標断面から大きく逸脱した形状となり、形状崩れが大きくなることがわかった。丸管から角管を成形した場合と曲率半径を同程度にすれば、形状崩れがさらに大きくなると考えられる。 For comparison, a cross section of a square tube (curvature radius: 763 mm) obtained by bending a 38 mm x 38 mm square tube (base tube) with the entire forming roll pushed upward by 44 mm was also obtained. The analysis results are also shown in FIG. In this case, it was found that although the amount of lift was increased by 11 mm, the radius of curvature increased, and the shape of the cross section greatly deviated from the target cross section, resulting in significant shape collapse. If the radius of curvature is made approximately the same as in the case of molding a square tube from a round tube, it is considered that the shape collapse will be further increased.
以上から、曲げを加えた素管を成形することにより、断面崩れを抑制しつつ、所望断面の管材を効率的に製造できることが確認された。 From the above, it was confirmed that by forming a blank pipe with bending, it is possible to efficiently manufacture a pipe material having a desired cross section while suppressing the collapse of the cross section.
T0 丸管(素管)
T1 角管
D 管材の製造装置
M 駆動制御装置
11 成形ロール(成形手段)
21 支持ロール(支持手段)
T0 round pipe (raw pipe)
T1 square tube D tube material manufacturing device M
21 support roll (support means)
Claims (16)
該曲げられた素管を塑性変形させて該素管と異なる閉断面を有する成形管を得る成形工程と、
を備える管材の製造方法。 A bending step of bending a blank pipe, which is a tubular material having a closed cross section;
a forming step of plastically deforming the bent base pipe to obtain a formed pipe having a closed cross section different from that of the base pipe;
A method for manufacturing a pipe material comprising:
前記成形管は、略角環状の閉断面を有する角管である請求項1または2に記載の管材の製造方法。 The base pipe is a round pipe having a substantially annular closed cross section,
3. The method of manufacturing a pipe material according to claim 1, wherein the formed pipe is a rectangular pipe having a closed cross-section of a substantially rectangular annular shape.
該素管を長手方向へ移動させつつ該素管を支持する支持手段と、
該支持手段の下流側で該素管を曲げる曲げ手段と、
該曲げられた素管を塑性変形させて該素管と異なる閉断面を有する成形管にする成形手段と、
を備える管材の製造装置。 a feeding means for longitudinally moving a blank tube, which is a tubular material having a closed cross section;
a support means for supporting the raw pipe while moving the raw pipe in the longitudinal direction;
Bending means for bending the blank tube downstream of the support means;
forming means for plastically deforming the bent blank pipe into a shaped pipe having a closed cross-section different from that of the blank pipe;
A pipe material manufacturing device comprising:
前記成形手段は、前記素管に接すると共に該素管を囲む四つの成形ロールと、
該成形ロールのそれぞれを該素管の内側へ押動する押動手段と、
を備える請求項8~13のいずれかに記載の管材の製造装置。 The forming tube is a rectangular tube having a substantially rectangular annular closed cross section,
The forming means includes four forming rolls that are in contact with and surround the raw pipe,
a pushing means for pushing each of the forming rolls to the inside of the blank tube;
The pipe material manufacturing apparatus according to any one of claims 8 to 13, comprising:
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