JPS60180623A - 金属管の曲げ加工装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、金属管の曲げ加工方法及びその装置に関する
。特に、高周波加熱による金属管の曲げ加工において、
加工に＃う曲げ部の変形、特に曲げ部における背側の肉
厚減少を防止する金属管の曲げ加工方法及びそれに関す
る金属管の曲げ加工装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の高周波誘導加熱曲げ加工では、曲げ部を加熱する
高周波加熱コイルは、曲げ加工背側及び曲げ加工腹側形
状が同一である環状コイルであるため、高周波加熱域は
曲げ部の背側と腹側でほぼ均一となる。従って、この高
周波加熱域の外部荷重による金属管の降伏点や引張強さ
や伸びは、はぼ均一である。それゆえ被加工管の一端を
アームに固定し、もう一端を押し装置でパイプを押し出
すことにより、高周波誘導加熱域に曲げモーメントを付
与した時、発生する曲げモーメントは曲げ部の背側と腹
側で同一であることにより、曲げ部の背側と腹側では同
一量の塑性変形奮起こし、曲げ部の腹側で増肉した分に
相当する量が、曲げ部の背側にて減肉する傾向にある。

この傾向は、一定の円弧を描くアームの長ばを短くシ、
曲げ半林を小さく設定した場合に特に曲げ部層側の増肉
と曲げ部付側の減肉が大きくなる。このうち、曲げ部付
側の減肉量が大きくなることは、曲げ管を使用する上で
は、設計上必要とする規定肉厚を保持するために、この
減肉量を補うだけの量を、曲げ加工前の金属管の肉厚に
あらかじめ上乗せすることによシ対処することになり曲
げ管使用上の不利益となっている。この不利益を排除す
るために、による押し力とアーム加わるブレーキ力によ
る圧縮力が被曲げ加工管に加えられ、曲げ部付側におけ
る肉厚の減少を軽減する方が一般によく取られている。

この方法では、アーム軸にブレーキ力を加えるために、
ブレーキ発生装置を設置することが必要となる。このこ
とは、曲げ加工装置製作上製作費用のアップとなり、設
備投資上好ましくない。また、このブレーキ力をアーム
の中心軸に与えることにより、軸には、多大なねじシモ
ーメントが付与されることになるため、必要以上に、ア
ーム中心軸を太くする必要が生じる欠点がある。

一方これらの、被曲げ加工管に圧縮力を与える曲げ加工
方式に代わり、金属では、９００Ｃ程度の熱間加工域に
おいては、降伏点、引張強さが低下し伸びが増加する性
質、また、４００Ｃ程度の温間加工域では、熱間加工域
に比べ、降伏点、引張強さが高くなり、伸びが低くなる
性質を利用し、減肉を防止する必要がある曲げ部付側の
曲は加工温度を下げることにより、曲げ部付側の変形抵
抄を増加させ、減肉を軽減させる方法として、曲げ加工
時曲げ部付側における高周波加熱部に水を吹きかけるこ
とによシ、加熱部を冷却し、曲はモーメント付与部にお
ける曲げ部付側の曲げ加工温度を熱間加工域よりはずす
ことによる被加工部背側の降伏点及び引張強度を高くし
、かつ伸びを低くおさえ、曲げ部付側の減肉量をおさえ
る方法がとられている。この方法においては、高周波加
熱リングのアームクランプ側に設ける冷却リングに加え
、高周波加熱リングの押し装置側に極部冷却用ノズルを
設け、曲げ部付側の極部を約６０１１１　ｓｎＯ巾で局
部的に冷却し、曲げ部付側における降伏点、引張強度を
上げることによシ変形抵抗を増加させ曲げ部付側におけ
る減肉量を低減させる効果はあるが、高周波加熱コイル
及び通常の冷却リング設定の他に、局部冷却用のノズル
設定を必要とし、加工前段取り時間の増大とともに、局
部ノズルの設定誤差による曲げ管材質の不均一性を生ず
ること及び冷却水が重力により管の下部側表面をったっ
て流れることにより曲げ部材質に不均一性を生じる可能
性があろうまた、冷却水のコントロールがパルプの開度
調整による機械的コント・ロールにであるため、水圧変
動の−ために常に均一な冷却性能を望めないこと、また
、高周波曲げ加工方式が常に同一径のものを加工し、か
つ常に連続曲げ・をしているわけではないことにより必
ずコイルを取りはずしまた、設定するため、常に同一位
置に高周波加熱コイルの設定及び冷却リングの設定及び
局部冷却リングの設定が出来るわけではないため、これ
らの３つのコイル及び冷却リングの微調整を必要とし、
熟練者を必要とする欠点がある。

また、高周波加熱曲げ加工においては、冷却ノズルの加
工精度によシ、冷却水の吹出し方向及び各穴から吹出さ
れる冷却水量に違いを生じ、これによる冷却範囲のバラ
ンスがくずれることにょシ加熱巾α不均一性が生まれる
ことは明白であシ、ノズルの加工精度（製作精度によシ
曲げ管の仕上り状態あるいは材質の不均一性を壕ねくお
それがあるという欠点もある。さらに、前述の曲げ部付
側と曲は部層側に温度差を設ける加工方法として、破面
げ加工管と高周波加熱リング及び冷却リングの中心軸を
ずらし、高周波加熱リングと破面は加工管表面とのギャ
ップを曲げ部付側で大きく、曲げ部層側で小さくするこ
とによυ、曲げ部付側の磁束密度を小さくシ、曲げ部層
側で磁束密度を大きくすることにより、曲げ部付側の温
度を低くし、腹側の温度を高くする方法が考案されてい
るが、ギャップ差によシ加熱温度が大きく違うため、ギ
ャップ設定の作業は重要なものである。従って、これも
ただ単にコイルを設定するだけですぐに曲げ加工を開始
出来るものではなく、熟練者による微調整を必要とする
ものである。このため、曲げ加工前の段取シ作業が増大
するという欠点がある。

また、本ギヤイブを設ける方法は、材質により有用性カ
異なシ、ステンレス鋼においては、簡単に温度差を設け
ることが出来ても、炭素鋼においては、温度差をつけに
くいという欠点がある。また、同一材質においても、真
円の高周波加熱コイルを採用する限り、曲げ部付側で減
肉をおさえるに都合の良い温度にギャップを設定すると
、中立部の温度低下及び腹側では、ギャップ極小による
過加熱となる事が考えられ、おのずと加熱温匪差に制限
が設けられ、これにより加二［条件に制限が設けられる
欠点がある。

また、これらの温度差を設ける曲げ加工方式では、ノズ
ル調整やギャップ調整に熟練者を必要とし、熟練者の減
少が目立つ今日においては採用が難しい高周波加熱曲げ
方法である。

〔発明の目的〕

本発明は、この様な従来技術の問題点を解決すべくなさ
れたもので、高周波曲げ加工時の曲げ部付側の加工温度
を低くシ、曲げ部層側の加工温度を高くし曲げ部付側の
加工減肉を最小におさえる金属管の曲げ加工方法及びそ
の装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、曲げ加二り部の背側曲げ加工温度を腹側曲げ
加工温度よシ低くシ、温度依存性のある金属管の変形抵
抗を、曲げ部層側で底く、曲げ部付側で高くする温度差
曲げ加工方法において、加熱コイルの電流密度°と被加
工管側曲げ部発熱量が比例すること及び電流密度がコイ
ル断面積に反比例することに着目し、曲げ部層側のコイ
ル巾を小さくシ、コイル断面積を最小とし、曲げ部付側
のコイル巾を大きくしコイル断面積が最大となる様にコ
イルを変化させることにより、曲げ部層側の電流密度を
高くし被加工管を高温にし、曲げ部付側の電流密度を低
くし被加工管を低温にする高周波曲げ加工用加熱コイル
の形状を提供すること。及び、温度差の適切な条件を与
えることにある。

〔発明の実施例〕

本発明においては、第１図に示す如く、一定入力電流値
（Ｉ）に対し、コイル断面積を、腹側ＳＩから背側Ｓ２
へ変化させ、その比をαとすると、背側断面積を１とす
る と、腹側では１／αの割合となる。

ここで、電流密度をψとすると、次の関係式によシ、表
わされる。

従って、曲げ部層側では、（３）式、背側では、（４）
式となる。

ことで、ψ１　：腹側電流密度 ψ２　：背側電流密度 を示す。（１）式、（３）式、（４）式よりψｌ ψ２＝−・・・（５） α となり、背側電流密度（ψ２）は、背側と腹側のの断面
積の比によシ変化する。

第２図は、加熱コイルの周方向電流密度の変化を示して
いる。この図の様に、曲げ部層側で高電流密度となり、
曲げ部付側では低電流密度となることがわかる。

また、皺曲げ加工管の発熱量（Ｑ）は、加えられた電流
密度（ψ）に比例する。

発熱量（Ｑ）＝電流密度（ψ）　・・・（６）従って、
加熱部の周方向発熱＃（Ｑ）の分布は、第３図とな見曲
げ部層側で高発熱量、曲げ部付側で低発熱量となること
がわかる。皺曲げ加工管の加工温度（Ｔ）と、発熱量（
Ｑ）は、比例関係にある。

加工温度（Ｔ）−発熱量（Ｑ）　・・・（７）第４図は
、皺曲げ加工管の加工温度分布を示している。破線は、
皺曲げ加工管壁内熱伝導がない場合を示し、実線は、皺
曲げ加工管壁内熱伝導がある場合を示している。この様
に、コイル断面積を連続的に変化させることにより、被
加工管の加工温度曲げ部層側では高く、曲げ部付側では
低く保つことが可能である。

第５図は、本発明における加熱コイルの横断面形状を示
し、第６図は、加熱コイルの背側断面形状及び腹側断面
形状を示している。同一肉厚のコイル素材を用いる場合
曲げ部層側のコイル巾ｔ１に対し、曲げ部付側のコイル
巾ｔ２を広くとることにより、第４図の温度分布を得る
ことが出来る。

第７図は、加工時温度における変形抵抗の、曲げ部の背
側と腹側における応力差Δσと減肉抑止量Δｅの関係の
１例を示している。これにより、応力差Δσが大きくな
る程減肉抑止量が大きくなることが明らかである。さら
に、この応力差Δσは温度に依存しておシ、その変形抵
抗値の温度依存性を第８図に示している。

本発明における温度差の付与方法による実施例は、ステ
ンレス鋼管及び炭素鋼管について次の様になっている。

ステンレス鋼については、曲げ加工半径を、直径の２倍
とした場合曲げ部付側の加熱温度をｔｏｏｏｔ：’以上
、曲げ部層側の加熱温度を８００Ｃ以下として加工行う
ことにより、変形抵抗差Δσ＝　７　Ｋｇ　／ｌｅａ　
”となシ、９チの減肉抑止量を得ることが出来、通常曲
げ加工においては、２０％前後の減肉量であるから、縮
減肉量は、約ｔｔＳ前後に改善することが可能となる。

炭素鋼については、曲げ加工半径を直径の２倍とした場
合曲げ部付側の加熱一温度を７００ｔ：’以上、曲げ部
層側の加熱温度を５００Ｃ以下として加工を行うことに
より、変形抵抗差Δσ＝７Ｋｆ／ｆｌＩｌ１２となシ、
９チの減肉抑止量を得ることが出来、ステンレス鋼同様
、通常曲は加工においては、２０チ前後の減肉量である
から、縮減肉量は、約１１チ前後に改善することが可能
となる。この様に、炭素鋼、ステ／レス鋼ともに、約２
００Ｃの温度差を設けることにより、減肉量の改善が可
能であシ、この条件を満たすテーバ付の高周波加熱コイ
ル形状は、次の様になる。

高温側（腹側）曲げ加工温度（電流値の関数）をＴＩ　
（Ｉ）とすると、テーバ伺高周波加熱コイノ？の背側コ
イル断面積（Ｓ２）と腹側コイル断面積（Ｓｌ　）の比
αは、（８）式にて示される。

Ｔ１（Ｉ）　、、、（９゜ ＴＩ（Ｉ）−ΔＴ ここで、ΔＴ：背側と腹側の温度差 従って、先の実施例において、ステンレス鋼では、α＝
　１．２５　・・・（１０） 炭素鋼では、 α＝１，４　川（１１） となる。

しかるに、ステンレス鋼の場合の本実施列におけるテー
パ付高周波加熱コイル形状は第９図となシ、炭素鋼の場
合の本実施例におけるテーバ付高周波加熱コイル形状は
第１θ図となる。

また、本発明による実施例では、真円の環状コイルで、
曲げ部層側から背側に向いコイル軸方向にコイルが長く
なる様に設計されているため、曲げ部層側を高温にし、
曲げ部付側を低温する効果があシ、従来の曲げ部付側を
局部的に冷却する方法や、曲げ部の背側と腹側でコイル
と皺曲は加工管とのギャップを変化させることによシ、
曲げ部付側を低温にし、曲げ部層側を高温にする方法と
同様な効果を得ることが出来る上に、通常曲げで行う皺
曲は加工管と高周波加熱コイル軸を単純に一致させるこ
とで、簡単に曲げ部の背側と腹側に温度差を設けること
が可能であり、高周波加熱コイルへの供給縦波をコント
ロールするこ２によシ簡単によ如正確に温度のコン］・
ロール及び加熱温度を調整することが可能となる特徴を
もっている。

また、本実施例を用いた場合の、曲げ加工の動作列を第
１１図に示す。

一端を回転軸ｌの回υに回転可能な一定の円弧を描くア
ーム２に固定し、さらにもう一端を押し装置３によシフ
ランプされさらに、ガイドローラー６によシガイドされ
た被曲げ加工金属管４を高周波電源５に接続されたテー
パ付高周波加熱コイル７に接触することなく挿入し、高
周波加熱コイル直下を高周波誘導加熱によシ曲げ部背側
温度を低くかつ曲げ部腹側温度を高く保ちながら高周波
誘導加熱コイル７のアーム側に設けた冷却リング８よシ
冷却水を吹き出すことによシ加熱中をコントロールする
中で押し装置３にて被加工管４を前方へ押し出すことに
よシ高周波加熱域に＃ｉげモーメントを付与し、曲げ加
工を行うものである。

〔発明の効果〕

本発明は、曲げ部付側の加熱温度をステンレス鋼で８０
０Ｃ以下、炭素鋼で５００１Ｚ’以下とし、曲げ部層側
の加熱温度をステンレス鋼で１ｏｏｏｃ以上、炭素鋼で
７００Ｃ以上として、曲げ加工を行うこと、及び、曲げ
部付偶の加工温度を曲げ部層側の加工温度よシ低くする
ことにより曲げ部付側の減肉量を低減することが出来、
この温度差を、曲げ部付側でコイル幅を広くシ、曲げ部
層側にてコイル幅を狭くするテーパ状の高周波加熱コイ
ルを使用して簡単に付与することができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高周波加熱コイルの断面積分布を示す線図、
第２図は、加熱コイルの周方向電流密度の変化を示す線
図、第３図は、加熱部の周方向発熱量（Ｑ）分布を示す
線図、第４図は、被曲げ加工管の加工温度分布を示す線
図、第５図は、本発卵′に′計ける加熱コイルの横断面
図、第６図は、加熱コイルの背側断面形状及び腹側断面
形状を示す縦断面図、第７図は、加工温度における変形
抵抗の曲げ部の背側と腹側における応力差Δσと減肉抑
止量Δｅの関係を示す＃ｉ１図、第８図は、変形抵抗値
の温度依存性を示す線図、第９図はステンレス鋼におけ
る本発明の実施例を示す縦断面図、第１０図は、炭素鋼
における本発明の実施例を示す縦断面図、第１１図は、
本実施列を用いた場合ψ・・・電流密度、Ｔ・・・曲げ
部付側、Ｎ・・・曲げ部中立部、Ｃ・・・曲げ部層側、
Ｑ・・・発電量、Ｔ・・・加熱温度、ｔ２・・・曲げ背
側コイル巾、Δσ・・・応力差、Δｅ・・・減肉抑止量
、σγ・・・変形抵抗、１・・・回転軸、２・・・アー
ム、３・・・押し装置、４・・・被曲げ加工管、５・・
・高周波電源、６・・・ガイドロー２−１７・・・テー
パ付高周波加熱コイル、８・・・冷却リング。 代理人　弁理士　高橋明夫 ′＄　１　図 ＮＴＮＣ ＣＡ／　７　／Ｖ’　Ｃ ＄　３　圀 ＣＮ　７　Ａ／　Ｃ ＣＮ　、７　Ｎ　（ ′＄３７２７ 竿　乙　図 〈→ ′＄７ｒＩ３ 第８図 、’＆　Ａ　（’Ｏ Ｙ　ｑ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一端を一定の円弧を描くアームに固定し、さらにも
   う一端を油圧もしくはチェーン駆動によシバイブを前に
   押し出す装置に接続された被曲げ加工金属管を高周波電
   源に接続された環状の高周波加熱コイルに接触すること
   なく挿入し、高周波加熱コイル直下を高周波誘導加熱に
   よシ温間あるいは熱間加工域まで加熱すると同時に高周
   波加熱コイルのアーム側に装着した冷却リングから冷却
   材を吹き出し、加熱幅をコントロールすると同時に押し
   装置によシバイブをアーム側に押し出すことにより、狭
   い高周波加熱域に曲げモーメントを付与し、曲げ加工を
   行う方法において、曲げ部背側温度をステンレス鋼で８
   ００Ｃ以下、炭素鋼で５００Ｕ以下とし、曲げ部腹側温
   度をステンレス鋼でｔｏｏｏＣ以上、炭素鋼で７００Ｃ
   以上として、背側肉厚の減少を押えることを特徴とする
   金属管の曲げ加工方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、曲げ部背側温度を
   曲げ部腹側温度よシ底く設定するために曲げ部背側と曲
   げ部腹側の加熱巾を変化させ、曲げ部背側で加熱巾を広
   くシ、曲げ部腹側で加熱巾を狭くすることを特徴とする
   金属管の曲げ加工方法３、　曲げ加工背側温度低くかつ
   加熱巾を広くし、曲げ部腹側温度を高くしかつ加熱巾を
   狭くするために、高周波加熱コイル巾を曲げ部背側で広
   くし、かつ曲げ部腹側で狭くなる形状を特徴とする金属
   管の曲げ加工装置。