JPH02280921A - 管の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は管を塑性加工によって曲げる方法、詳しくは圧
延と押圧との組合わせからなる塑性加工手段によって直
線状の管を曲げ、或いは曲がっている管を矯正する方法
に関するものである。

（従来の技術） 管、殊に金属円管をロール、ラムとアンビル、ダイスな
どを用いて曲げ加工する技術は周知である。また、その
際に特に管が薄肉であり或いは曲率が大きいと、内側方
に座屈によるしわが発生しやすく、或いは断面形状が偏
平化し更に局部的に漬れたりしやすいことも広く知られ
ている事実である。

これらの対策として、砂などの粒状物、鉛などの低融点
金属、コイルばねなどの自在マンドレルその他の詰物を
管に入れることが知られており、これらはしわの発生に
対してかなり有効であるが偏平化に対しては殆んど効果
がない。

一方、湾曲したマンドレルや管内径よりも大径の偏心プ
ラグを管に押し通すことが一部で実施されている。この
曲げ加工技術によると偏平化をほぼ完全に防止すること
ができるが、管の全長を−様な曲率に曲げることはでき
ても直線状の管の一部だけを曲げることはできないため
。

特定用途の管に対してしか適用できない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、管を曲げ加工したとき従来の加工技術では避
けられないしわが発生しやすい、断面形状が偏平化する
、一部だけを曲げることができない、などという技術的
課題を解決するためになされたものであって、その目的
とするところはしわを発生させないとともに所定の断面
形状を維持し、更に一部でも任意の曲率に曲げることが
できる管の曲げ加工方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、管をほぼ全外側周面から周方向ほぼ均等に圧
下して圧延しながら圧延された管を一側外方から押圧し
、圧延によって塑性状態におかれている部分を曲げ変形
させることをもって前記技術的課題を解決するための手
段とした。

即ち、金属材料は塑性状態におかれていると僅かな外力
を付加するだけで容易に変形するという性質を有してお
り、本発明はこの性質を利用して例えば管に圧下刃を加
えて圧延するための圧延ロールと、その出側に配置して
管に一側方から外力を加えて曲げるための拘束ロールと
を使用し、圧延ロールによる圧延手段と拘束ロールによ
る押圧手段との併用によって管を曲げるものであって、
しわが発生しないとともに所定の断面形状を維持して曲
げ変形させることができる。

管を曲げたとき発生する偏平化は、曲げにょって発生す
る引張り・圧縮応力により曲げの外側部分は内側へ、曲
げの内側部分は外側へそれぞれ移動しようとする結果と
して生ずるものである。本発明の方法によると、ほぼ全
外側周面から周方向ほぼ均等の圧下刃を加えて圧延し塑
性休憩におくことにより、如何なる方向へ曲げた場合で
も曲げに要する外力は小さくてよいため引張り・圧縮応
力の発生をきわめて小さくすることができ、その結果偏
平化を有効に防止できるのである。更に、管に曲げ変形
が生ずるのは圧下刃が加えられている部分であり、そこ
ではほぼ全外側周面が押えつけられていることも偏平化
を防止できるもう一つの理由である。

次に、管の圧延手段として圧延ロールを使用する場合、
圧延ロールは溝付きのものを複数個用いて管のほぼ全外
側周面を包むように配置する。一般には二個の圧延ロー
ルを用いるが、それらの溝が形成する孔型に管を押込む
のに若干の困難を伴う場合があり、また圧延ロールの支
軸と平行な面上で曲げるとき溝の側面が曲げを妨げて曲
率半径を小さくできないので、さまざまな方向へ大きい
曲率で曲げたい場合には三個または四個の圧延ロールを
用いるのがよい。

また、塑性状態の管を一側外方から押圧する拘束ロール
などの押圧手段は圧延手段に接近させてその出側に配置
されるが、圧延手段の孔型の中心軸線に対し直角方向ま
たは平行方向或いは斜め方向へ位置調整可能とし曲率を
任意に変更できるようにするのが好ましい。更に、孔型
の中心軸線を囲んで複数個の押圧手段を各別に位置調整
可能に設置し、−本の管に曲げ方向が異なる曲がり部分
を形成し例えば波形に湾曲した管に加工することもでき
る。

尚、本発明は主に直線状の管を曲げることに利用される
が、管に相対的な曲がりを与えるものであることから曲
がっている管を矯正し直線状とすることにも利用される
。

（作　　用） 製品の管径よりも少し大径の管を素材に用い。

圧延手段の孔型に押込んでその出側で押圧手段により一
側外方から押圧する。圧延により所要径に加工された管
の圧延手段で圧下されている部分は塑性状態におかれて
おり、圧延による応力と押圧による応力とが複合されて
押圧手段の反対側へと曲げられる。製品の断面形状は圧
延手段の孔型の形状にのみ依存し、また周方向の肉厚分
布の不均一は曲率に依存するが圧延により肉厚が増加す
るので曲げの外側でも初期肉厚よりも厚くすることが可
能である。

（実　施　例） 第１．２図は本発明を実施する装置の一例を概略的に示
したものであって、二個の溝付き圧延ロール１．４を支
軸３，６を水平にして上下に配置してそれらの溝２．５
により所要径の孔型７を形成させ、この孔型７の出側に
支軸９を竪にして軸受部材１０に支持させた鼓形の拘束
ロール８を設置するとともに軸受部材１０を流体圧シリ
ンダなどの位置調節手段１１に取付けた構成とされてい
る。尚、孔型７の入側には管Ｐの位置ずれを防止するた
めのロール２２．２３が配置されている。

上下の圧延ロールｌ、４を互いに反対方向へ同一周速度
で回転させ、管Ｐを孔型７に入側から押込んで圧延しな
がら圧延ロール１．４の回転により出側へ送出させる。

次で、その−側外方から拘束ロール８で押圧させること
により孔型７の内部で塑性状態におかれている部分が曲
げ変形し、管Ｐが湾曲状態となって順次孔型７から送出
されることとなるのである。

孔型７の中心軸線Ｘ−Ｘと拘束ロール８の回転中心との
距離ａ、圧延ロール１．４の回転中心と拘束ロール８の
回転中心との距離すは管Ｐの曲率１／ρを決定するので
１位置調節手段１１によって距離ａを変えることによっ
て管Ｐの曲がりを調節し、更に直線部分と曲がり部分と
が混在した管を作ることが可能である。或いは拘束ロー
ル８を中心軸線Ｘ−Ｘと平行な方向へ移動させ距離すを
変えることによって管Ｐの曲がりを調節するようにして
もよい。更に、管Ｐを挟んで拘束ロール８と向かい合う
位置にもう一つの拘束ロール１２を位置調節可能に設置
し、反対方向へも曲げることができるようにしてもよい
。

尚、管Ｐは孔型７の部分でほぼ全外側周面が溝２．５の
表面に接しており、圧延ロール１．４の支軸３，６と平
行な面内で曲げるときそれらの側面が曲げを妨げること
があるので、曲率が大きい場合は第３図のように三個の
圧延ロール１３．１４．１５を放射状に配置して孔型１
６を形成させ、或いは第４図のように四個の圧延ロール
１７．１８．１９．２０を互に直角に配置して孔型２１
を形成させたものを使用するのがよい。

次に、二個の圧延ロールを使用して管を曲げた場合の断
面形状、肉厚分布、圧延高さと曲率、拘束力、圧下刃な
どとの関連性を試験した結果を述べる。

使用した管は外径３０ｍｍのアルミニウム押出し円管（
Ａ　６０６３−　Ｆ　）で、肉厚１．５ｍｍ、　　２．
０ｍｍ。

２、５ｍｍの三種類である。また、圧延ロールは直径１
５０＋ｕ＋であり、その溝は半径１４．５ｍｍの円弧に
作られ、その両端の角は半径ｌｌ１ｆｆｌの丸味がもた
せである。尚、溝の円弧の中心は圧延ロールの外側局面
から１ｆｌｌＩ１１だけ外方に位置しており、従って円
弧は半円よりも少し短かい（第５図参照）。

このような圧延ロールの二個を上下に配置して溝底間の
距離に相当する圧延高さＵおよび曲げ外側の曲率半径ｐ
Ｈ１ρ７を変えて前記肉厚の三種類の円管にそれぞれ圧
延ロールの支軸と平行な面内の水平曲げＢＨと直角な面
内の鉛直曲げＢｖとを施した。　Ｕ　＝　２９．０Ｉ１
ｍのとき向かい合った溝は真円上の円弧からなる孔型を
形成する（第６図参照）。

各種條件の下で曲げられた円管について、先ず断面形状
を調べた。水平曲げおよび鉛直曲げの外側の曲率１／ρ
□、ｌ／ρ７はともに３Ｘ　１０−３ｍ＋ａ−”とし１
曲げの半径方向からの角度φを曲げ外側の位置をφ＝０
（第６図で水平曲げの場合はＨ点、鉛直曲げの場合はＶ
点）として外径をさまざまな角度位置で測定した結果を
第７図Ａ、Ｂに示す。第７図のＡは水平曲げ。

Ｂは鉛直曲げの結果であって、角度φを横軸とし、円管
の加工前の外径Ｄｏと加工後の外径りとの比Ｄ／Ｄ０お
よび加工後の外径りを縦軸とした。図中の実線は圧延高
さをＵ□（＝　２９．３０ｍｍ）、Ｕ　２（＝　２９．
００ｍｍ）、Ｕ３（＝２８．４５１！ＬＩＢ）、　Ｕ４
（＝２７．２０ｍｍ）としたときの孔型寸法の計算値で
あって、実測値はこれらの計算値とよく一致している。

この試験と併せて、肉厚１．５ｍｍの円管を圧延高さを
Ｕ４　＝２７．２０ｍｍの一定として曲率１／ρ（Ｘ　
１０−３ｍｍ−１）を変えた場合の断面形状の測定を行
なった結果を第７図Ｃ，Ｄに示す。第７図のＣは水平曲
げ、Ｄは鉛直曲げの結果であって。

実線で示す計算値および曲げを加えなかった場合（１／
ｐＨ＝１／ρｖ；０）とよく一致している。

水平曲げの場合のφ＝０、鉛直曲げの場合のφ＝９０は
向かい合った圧延ロールの間隙部に相当し圧延ロールに
よる拘束を受けないにもかかわらず異常なバルジ変形を
生じていないことが判る。また、この結果から１曲げら
れた管の断面形状は肉厚１曲げ方向、曲率なとの條件に
よることなく、管が通過する孔型の形状のみによって決
定されることが判った。

第二に、肉厚３．０ｍｍの円管を曲げて断面形状の測定
と同じ位置をφ＝０としたさまざまな角度位置で肉厚を
測定した結果を第８図に示す。

第８図のＡは水平曲げ、Ｂは鉛直曲げの結果であって、
角度φを横軸とし、円管の加工前の肉厚Ｓ。と加工後の
肉厚Ｓとの比Ｓ／Ｓｏを縦軸とした。水平曲げは圧延高
さを一定値Ｕ４＝２７゜２０ｍｍとして曲率１／ρ（Ｘ
　１０−３ｍｍ−”）を変え、鉛直曲げは一定の曲率１
／ρ＋／　＝　３　Ｘｌ０−３＋ｎｍ−１として圧延高
さをＵ２　＝２９．００ｍｍ　、　Ｕ３　＝２８．４５
ｍｍ　、　Ｕ４＝２７．２０ｍｍとして加工した。肉厚
の周方向不均一は曲げにより生じたものであり、その程
度は曲率に依存しているが、本発明の方法によると圧延
により肉厚が増加するため曲げの外側でも條件によって
初期肉厚よりも厚くなることが判る。

更に、加工條件について調べた結果を述べる。

先ず、肉厚１．５１ｆｆｌの円管に水平曲げを施した場
合の曲率と圧延高さとの関係を第９図に示す。

曲率は拘束ロールなどの押圧手段の位置によってのみ決
定されるが、第９図に見られるように圧延高さの減少率
がきわめて小さい領域ではスプリングバックによる曲率
の減少が見られたのでこの点を考慮して押圧手段の位置
を決定する必要がある。

次に、第１０図に押圧手段に作用する曲げに必要な拘束
モーメントと曲率との関係を、圧延高さをＵｌ（＝２９
．３０１１１１）、　Ｕ２（＝２９．０ＯＩＩＩＩｌ）
、Ｕ３（＝２８．２４ｍｍ　）　、　Ｕ４（＝２７．２
０１１１　）として水平曲げを施した場合について示し
た。拘束モーメントは曲率と管の肉厚Ｓ０が大きいほど
増加し、圧延高さの減少とともに小さくなることが判る
。

第三に、圧下刃と曲率との関係を管の肉厚を変えて調べ
た結果を第１１図に示す、圧延高さＵ、　（＝　２９．
３０ｍｍ）、Ｕ４（＝２７．２０ｍｍ）が一定であれば
水平曲げ、鉛直向げを問わす圧下力は肉厚の増加に伴っ
て増加するが、曲率および曲げ方向に依存しないことが
判る。

従って、加工しようとする管の外径および目標とする曲
率に応じて圧延高さ、拘束手段の位置を決定することに
より正確に目標の曲率に曲げられた管を加工することが
できる。反対に、曲がっている管をその曲がりに応じて
反対方向へ曲げることにより直線状に矯正することもで
きる。

（発明の効果） 以上のように本発明によると、圧延手段およびその出側
における押圧手段の組合せによって小さい外力できわめ
て容易に管を所望の曲率に曲げることができるものであ
って、管のほぼ全外側周面を周方向ほぼ均等に圧下して
圧延し全周を塑性状態として曲げるので任意の方向へし
わの発生や偏平化を伴うことなく所定の断面形状を維持
して曲げることができる。従って、建築構築用の部材や
各種配管など広い分野に用いられる曲がり管や直線管を
容易に製造することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示す縦断面図、
第２図は第１図の横断面図、第３図および第４図は圧延
ロールの配置例を示す図、第５図は第１．２図に示され
た圧延ロールの拡大部分図、第６図は第１．２図に示さ
れた圧延ロールによる孔型と曲げ方向を説明する図、第
７図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは曲げられた管の断面形状の測定結
果を示す図、第８図Ａ、Ｂは曲げられた管の肉厚分布の
測定結果を示す図、第９図は曲率と圧延高さとの関係図
、第１０図は拘束モーメントと曲率との関係図、第１１
図は圧下力と曲率との関係図である。 Ｐ・・・管、１．４，１３．１４．１５．１７．１８．
１９．２０・・・圧延ロール、７，１６．２１・・・孔
型、８・・・拘束ロール。 第１ 図 第５ 図 第６図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管をほぼ全外側周面から周方向ほぼ均等に圧下して圧延
   しながら圧延された管を一側方から押圧し、圧延によっ
   て塑性状態におかれている部分を曲げ変形させることを
   特徴とする管の曲げ加工方法。