JPH0115329B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は円管の成形法とりわけロータリスエー
ジングマシンを用いて帯板から円管を成形する方
法に関する。

（従来の技術とその問題点） 平板から円管を成形する方法として、ロール成
形法とプレス曲げ成形法が知られている。しかし
ながら、前者は、成形速度は早いものの、多数の
ロールをライン状に配置して加工するため大型高
価な設備を必要とし、しかも管直径の変化や板厚
の変化等への対応が難しく、特殊材料の管材への
適用が困難である。そのため、近時の傾向である
多品種少量生産方式に不向きであるという問題が
あつた。

後者の方法としては、Ｕ−Ｏ成形法のほか本発
明者らの提案による漸進成形法がある。しかし、
いずれにしても成形がプレス機械の上下運動に同
期した断続加工であるため加工速度が遅く、生産
性が低いという致命的な欠点があり、また、この
断続加工に起因して成形後の溶接工程や２次加工
を連続化あるいは能率化できないという欠点があ
つた。さらに、単位時間当りの加工回数が少ない
ため単位加工力が大となり、大きな容量の高価な
設備が必要となるという欠点があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記のような従来の問題点を解消し、
平板を単位当りの加工力の低い小型な設備でしか
も連続的に高い生産性で円管に成形することがで
き、溶接工程やテーパ加工、先付け加工などのフ
オーミング加工を一貫連続して行うことができる
新規な円管成形法を提供しようとするものであ
る。

この目的を達成するため本発明は、ロータリス
エージングマシンと特殊な曲げ型を用いて平板を
円管に漸進成形するようにしたもので、ロータリ
スエージングマシンは、回転成形専用機であり、
従来一般に円管のテーパ加工、先付加工、段付加
工などの２次加工（鍛造）に用いられていたにす
ぎなかつた。しかし、このロータリスエージング
は単位時間当りの加工回数が非常に多い。

本発明はこの特長に着目し、ロータリスエージ
ングマシン中にダイスとポンチからなる特殊な非
回転式の曲げ型を配し、ロータリスエージングマ
シンを前記曲げ型の加圧手段として利用して、帯
板を板の縁から管と同じ半径で漸次曲げていくこ
とにより円管に成形するようにしたものである。

すなわち本発明の基本的な特徴は、両側の縁曲
げ用側曲面とこれら側曲面を結ぶ直線状または曲
線状の底面とから構成される入口溝を持ちこの入
口溝が出口側で半円形溝となるように連続的にす
ぼまつた溝形ダイとこの溝形ダイに準じた形状の
ポンチとからなる曲げ型をロータリスエージング
マシンに常時非回転となるように内挿し、前記曲
げ型に帯板を順次所定長さ送り込みつつ、前記曲
げ型の外周でバツカを回転させることにより曲げ
型に加圧力を与え、帯板を両縁から管と同半径で
漸進的に縁曲げすることにある。

また本発明の他の特徴は、上記基本的特徴に加
え、円周を等分した溝形を有する回転曲げ型を外
周のバツカとともに回転させることにより該曲げ
型で全周円状に仕上げ成形する工程を併用するこ
とにある。

この方法は、断面精度の向上に効果的であり、
具体的には、前記非回転曲げ型と回転曲げ型を同
一ロータリスエージングマシン中に配して行う方
法、別個のロータリスエージングマシンに配して
タンデム式に行う方法のいずれをも採用すること
ができる。

なお、本発明は、基本的には帯板から全周円の
管を成形するものであるが、半円なども成形可能
であり、特に限定のない限り半円なども「円管」
に含めるものとする。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面により説明す
る。

第１図ないし第３図は本発明による円管成形法
を例示するもので、１は曲げ型で、溝形ダイ２と
ポンチ３とからなる。４はロータリスエージング
マシン、５は帯板である。

前記曲げ型１は、基本的には第４図に示すよう
な構造となつている。すなわち、まず、溝形ダイ
２には入口側に縁曲げ用の側曲面２１，２１とそ
れら側曲面を結ぶ平らな底面２２とからなる入口
溝２０が凹設され、出口側には前記側曲面２１，
２１と同じ半径からなる半円形溝２３が形成さ
れ、前記入口溝から半円形溝の間には、底面２２
と側曲面２１，２１との境界をなす曲げ線２４，
２４が連続的に近接するように溝幅が次第にすぼ
まつている。

次にポンチ３は前記溝形ダイ２に準じた形状を
なしており、すなわち、入口溝２０に対応する平
らな頂面３２と側曲面２１，２１に対応する側曲
面（ポンチ肩）３１，３１からなる始端部３０を
入口側に有するとともに、出口側には半円形溝２
３に対応する半円形部３３を有し、始端部３０と
半円形部３３の間は連続的に幅が狭くなつてい
る。前記半円形溝２３と半円形部３３は管に最終
段階で圧縮力を与え真円度を良くするため所定の
長さを有していることが望ましい。

第５図と第６図は本発明に用いる別の曲げ型を
示すもので、板縁の波とそりの発生防止に効果的
である。具体的には、第４図における溝形ダイの
側曲面２１，２１、底面２２および曲げ線２４，
２４を入口溝２０から出口溝（半円形溝）２３に
到る間で溝内側に向かつて凸状をなすように連続
曲線とし、かつ、入口溝２０と出口溝２３の溝深
さ同一のまま、ポンチ３に対し凹状でかつ出口側
が低く、入口側が高位となるようにダイ上面２
７，２７を含めて全体を曲線に構成したものであ
る。そしてポンチ３もこの溝形ダイ２の形状に対
応するように曲線形状に構成している。

前記溝形ダイ２とポンチ３の背部は曲面２８，
３８に構成され、ダイ上面２７，２７から曲面２
８にかけて穴２９，２９が穿設され、ダイ上面と
向かいあうポンチ下面３７，３７にも曲面３８に
かけて前記穴２９，２９と同心状の穴３９，３９
が穿設され、それぞれ位置決めピン４０が内挿さ
れている。

ロータリスエージングマシン４の構造は任意で
あり、図示するものでは、曲げ型１の背部曲面２
８，３８に対応する分割円周内面を有する複数個
（図面では４個）の内バツカ４１とこれとの間に
クサビ４３が打込まれた外バツカ４２と、円周方
向に隣接するバツカ同志をサイドライナを介して
結ぶスピンドル４４と、外バツカ４２のローラな
いし円弧面４５と接離する等間隔配置の外周ロー
ラ４６とを装備しており、スピンドル４４が回転
するかまたはスピンドル４４の回転時に外周ロー
ラ４６が逆方向に回転するようになつている。

曲げ型１はスピンドル４４によりバツカ４１，
４２が回転してときにも非回転状態に保持される
ように構成されている。このための手段は任意で
あるが、図示するものでは、曲げ型そのものに回
転止め治具６を装備させている。第７図と第８図
はこの回転止め治具６を示すもので、帯板５の幅
に対応するガイド溝６１を有するブロツク６ｂと
これに接するブロツク６ａとからなつており、ガ
イド溝６１は図示のものの場合ポンチ側のブロツ
ク６ｂに設けられ、溝底はポンチ頂面３２と整合
している。これらブロツク６ａ，６ｂはそれぞれ
溝形ダイ２とポンチ３の入口側に一体に連設さ
れ、少なくとも入口側の部分は左右に平行面６
３，６３を有する断面形状となつている。

一方、ロータリスエージングマシン４の入口側
に開閉自在に取付けられる蓋体７には、第９図の
ようにブロツク６ａ，６ｂの上下方向の運動を許
す高さの穴７０が形成されており、この穴７０は
前記平行面６３，６３と接する平行状のガイド面
７１，７１が形成されている。

上記回転止め治具６を用いた場合には、曲げ型
１はバツカ４１，４２の回転によつても回転され
ることがなく、溝形ダイ２とポンチ３とは上下運
動のみが行われる。しかも、治具が材料送りガイ
ドも兼ねるので、曲げ型加工部中心線と帯板中心
線が正確に合致した状態での送りが行われ、成形
時のねじれが防止される。

成形に当つては、第１０図ａのように外周ロー
ラ４６間にバツカ４１，４２を取付け、同図ｂの
ように内バツカ４１で構成される内周円空間５０
に溝形ダイ２とポンチ３とを挿入し、同図ｃのよ
うに溝形ダイ２とポンチ３の入口側に回転止め治
具６の各ブロツク６ａ，６ｂを取付け、それらの
延出端部に蓋体７の穴７０を挿合せ、蓋体をマシ
ンに固定する。

この状態でモータ４７とフライホイール４８に
よりスピンドル４４を回転させるとともに、帯板
５をロールなどの適宜の送り手段５０により所定
長さづつブロツク６ａ，６ｂ間に装入する。

こうすれば、曲げ型１の外周をバツカ４１，４
２が回転運動しながら外バツカ４２と外周ローラ
４６とが衝突することにより内バツカ４１を通し
て曲げ型１に打撃が与えられ、この力で曲げ型１
を構成する溝形ダイ２とポンチ３に上下方向加圧
力が生じ、帯板５に縁曲げが行われる（第１図
ａ） スピンドル４４の回転によりバツカ４１，４２
が外周ローラ４６から外れると、バツカ４１，４
２が遠心力により半径方向に移動するため溝形ダ
イ２とポンチ３は非加圧状態となり、帯板５の送
りが可能となる（第１図ｂ）。

そして、帯板５の送入により溝形ダイ２とポン
チ３が上下方向に開かれるが、次の瞬間には再び
バツカ４１，４２と外周ローラ４６の衡突で加圧
状態となり、縁曲げが行われる（第１図ｃ）。さ
らに次の瞬間再び非加圧状態となり、帯板の送り
が行われる（第１図ｄ）。

第１図のｃとａの状態とでは内バツカ４１から
曲げ型１に与えられる打撃方向が異なるが、曲げ
型１は位置決めピン４０と穴２９，３９が作用す
るため左右のズレが生じず、また、回転止め治具
６により溝形ダイ２とポンチ３は加圧時、非加圧
時とも回転しない。

前記バツカ４１，４２による曲げ型への加圧と
非加圧はきわめて高周期で繰返されるため、帯板
５は迅速に目的管形に漸進成形され、ロータリス
エージングマシンの出口から送出されていく。

成形状態を詳述すると、帯板５の一端がブロツ
ク６ａ，６ｂのガイド溝から曲げ型１の入口溝に
進出し、第１図ａまたはｃの加圧状態になると、
溝形ダイ２の側曲面２１，２１とポンチ３の側曲
面３１，３１により曲げ線２４，２４の位置から
先の板縁部分が製造目的の管と同じ半径で曲げら
れ、次いで第１図ｂまたはｄの非加圧状態となつ
て次の送り長さまで帯板が進出した段階では、前
記曲げ線より板幅中心寄りの部分が製造目的の管
と同じ半径で曲げられ、さらにこのような縁曲げ
成形が送り長さごとに板幅中心側に移行し、最後
に半円形溝２３と半円形部３３により半径方向か
ら圧縮され、曲げ型１から送り長さづつ送出され
る。

前記溝形ダイ２における側曲面２１，２１は型
長手方向で連続的に接近し、ポンチ３における側
曲面３１，３１も同様に長手方向で間隔が連続的
に接近している。このことから、帯板５を縁曲げ
する曲げ線位置は、長手方向で漸進的に板幅中心
側へ移行するとともに、連続的に成形度が増して
いく関係なる。従つてなめらかな変形過程により
円管となる。

帯板から円管を成形する方法としては、板全体
を同一の半径で曲げ、順次半径を小さくしていく
サーキユラベンデイング方式や、板の中央から管
と同じ半径で曲げていくセンターベンデイング方
式がある。Ｕ−Ｏ成形は後者に属し、板縁の軌跡
長さが半径の約4.9倍と非常に大きく、しかも予
成形であるＵ曲げ時の縁波の抑制と真円度向上が
かなり難しい。前者の軌跡長さは半径の約4.4倍
である。

これに対し、本発明の曲げ型による方式は、板
縁の軌跡長さが、半径の約４倍と最も短かく、し
かる曲げ縁２４，２４が入口から出口に向つて連
続的に変化しており、管と同一半径の曲げを繰返
し行うようにしている。そのため、製品に悪影響
を及ぼすＵ成形を要さず、形状不良が生じにく
い。

そして、Ｕ−Ｏ成形の場合、これを順送り曲げ
で行うには、Ｕ成形部とＯ成形部とで全体型長さ
が大となるが、本発明の場合には型長さを著しく
減少することができる。

以上が本発明の基本的方法であり、図示するも
のでは、ポンチ３の出口に半円形部３３がフイン
３３０で支えられているので、成形されてきたフ
ランジ端部がフイン３３０に接触し、そのままで
は全周円管の成形は行えない。しかし、この型構
造だけでも半円管や5/6円周管などの成形は行え
る。

次に全周円管の成形を行う場合について説明す
る。上記のような曲げ型１をロータリスエージン
グマシン４で非回転に保持して成形するには、第
１１図のように、曲げ型１の出口側に、形溝ダイ
２の半円形溝２３と対応する半円溝形２３′を有
する対の仕上げ用曲げ型２′，３′を、溝形ダイ２
とポンチ３に直列状に一体化しまたは別体とした
ものを連結し、これらを前記したロータリスエー
ジングマシン４の内バツカ４１の内周空間に配
し、前記したようにピンドルを回転して第１図ａ
〜ｄの運転を繰返せばよく、これにより帯板から
閉鎖断面の管が精度よく連続成形される。

また、全周円管を成形する他の方法としては、
円周を等分した溝形面２３，２３を備えた複数個
１組のダイス９ａ，９ｂからなる回転曲げ型９
を、前記した非回転曲げ型１と併用する方法があ
る。具体的には、前記２種の曲げ型１，９を別々
のロータリスエージングマシン４，４に内装さ
せ、タンデム式に１次、２次の成形を行い帯板か
ら目的円管にまで成形する方法がそのひとつであ
る。

また他の方法は、前記非回転式の曲げ型１と回
転曲げ型９とを同一のロータリスエージングマシ
ン４に配して成形する方法がある。

この方法を詳述すると、第１２図ないし第１３
図はこの成形法を示すもので、ロータリスエージ
ングマシン４の入口側から所要長さにわたる領域
のバツカ内に、第４図ないし第７図に例示される
ような曲げ型１を配すとともに回転止め治具６な
どで回転を止め、この曲げ型１より出口側の領域
に前記回転曲げ型９を配置する。この回転曲げ型
９は入口にガイド部が形成されていてもよく、背
部はスピンドルの回転を伝達される角度９２を有
している。

スピンドル４４を回転し、帯板５を所定の長さ
づつ送入すれば、曲げ型においては、さきの第１
図ａないし第１図ｄのように、高速回転するバツ
カ４１，４２により溝形ダイ２とポンチ３が加圧
されて高周期で上下運動することにより帯板５は
板縁から管と同じ半径で漸進的に曲げられ、すな
わち曲げ型１の入口部では帯板５はほとんど平ら
であるが、曲げ型１への進入に伴つて第１３図ａ
のように成形され、出口部では第１３図ｂのよう
にフランジ端部が少し開いた状態まで成形され、
この状態で回転曲げ型９のガイド部に進出する。

この回転曲げ型９は、スピンドルの回転によ
り、バツカ４１とともに成形途中の前記管５′の
外周を回転運動しながらバツカ４２が外周ローラ
４６と衝突し、この時にバツカ４１がダイス９
ａ，９ｂを押し、管５′に打撃を与える。第１３
図ｃはこの状態を示すもので、次の瞬間に外周ロ
ーラ４６から解放されたバツカ４２およびダイス
９ａ，９ｂが遠心力で開いて非加圧状態となり、
この運動を繰返すことにより、端部が接合した精
度のよい全周円筒となつてロータリスエージング
マシン４から順次送出される。第１４図はこの方
法による成形品の状態を示すものである。

なお、成形された管に未溶接のままテーパ付
け、先付け、段付け、異形化などの加工を行う場
合には、同一ロータリスエージングマシンまたは
別のロータリスエージングマシンに必要なダイス
を配して慣用のスエージングを行えばよい。溶接
を行う場合にはロータリスエージングマシンの出
口側に溶接機を配して行うなどすればよく、この
溶接工程は本発明の場合、製管速度がプレス成形
法に比べ早く連続的であるため、良好な追従性を
得ることができ、容易に自動化を図ることができ
る。

なお、本発明において、帯板は穴付きのものを
用いてもよく、容易に穴付き管を成形することが
できる。

次に本発明で管を成形した具体例を説明する。

(1) 実験に使用したロータリスエージングマシン
は、スピンドル駆動式（スピンドル回転数
245r.p.m）で、４方向（90度間隔）からなる外
バツカ（頭部は20φのローラ）が外周ローラ
（48φ、12本）と接触することで加圧するもの
である (2) 曲げ型は第５，６図に示されるものを用い
た。全長90mm、外側直径50mmで、入口溝の曲げ
線間隔19.36mm、出口溝半径は成形する管の半
径と同じ８mmφとした。成形部長さは、管径の
約9.4倍（75mm）である。

回転止め治具は全長150mm、幅30mmで、ポン
チ側のブロツクに帯板に対応する幅のガイド溝
を形成した。

(3) 帯板は材質SPC、板厚0.59mm、板幅11.6mm(a)、
17.0mm(b)、21.2mm(c)の３種とした。帯板送入速
度は1.3ｍ／minとし、曲げ型の往復運動サイ
クルは49（c.p.s）とした。

(4) 上記条件により帯板から円管の成形を行つた
ところ、(a)の帯板について半円周管が、(b)につ
いて3/5円周管が、また(c)について5/6円周管が
それぞれ連続成形され、いずれも断面形状が良
好で、長手方向のそりが少なかつた。

(5) そこで次に、上記曲げ型と回転曲げ型を併用
して全周円管の成形を行つた。回転曲げ型は、
半円形状断面（長径6.4mm、短径5.4mm、テーパ
部の勾配3.3度）の２分割型であり、前記曲げ
型の出口側に直列状に配した。帯板は前記(b)と
(c)を用いた。

また、あわせて、回転曲げ型を曲げ型のロー
タリスエージングマシンと別のロータリスエー
ジングマシンに配し、曲げ型から送出した半成
形品に２次成形を行つてみた。

(6) 以上の結果、管接合部が完全に密着した全周
円管が成形された。得られた管の直径と肉厚分
布を測定した結果を示すと第１５図のとおりで
あり、各管ごとの最大径と最小径の差は0.04mm
程度ときわめてわずかで、板厚の増加も管全周
にわたり均一であり、精度のよい全周円管が成
形されることがわかる。

（発明の効果） 以上説明した本発明によるときには、両側に縁
曲げ用側曲面とこれら側曲面を結ぶ直線状または
曲線状の底面とから構成される入口溝を有しこの
入口溝が出口側で半円形溝となるように連続的に
すぼまつた溝形ダイとこのダイに準じた形状のポ
ンチとからなる曲げ型をロータリスエージングマ
シンに内装し、バツカの回転により曲げ型に加圧
力を与えて帯板を両縁から成形すべき管と同じ半
径で漸進的に縁曲げする方法としたので、次のよ
うなすぐれた効果が得られる。

プレスに比べ単位時間当りの加工回数が多い
ため、帯板から円管を高い生産性で成形するこ
とができる。

加工回数が多いため、１回当りの加工力が少
なくてすみ、そのため成形機械が小型なもので
足り、高張力厚肉管やステンレス鋼管などの成
形に適用することで、安価な設備により能率よ
く円管を製造できる。

プレス方式に比し成形が連続的であるため、
溶接トーチ類の追従が容易となり、成形と溶接
とを的確に連続・自動化することができ、ま
た、先付け等の２次加工に即時に移行できるた
め、帯板から最終目的管状製品を高い生産性で
一貫連続して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜ｄは本発明に係るロータリスエージ
ングマシン用いた円管成形法の成形原理を示す正
面図、第２図は成形状態を示す側面図、第３図は
同じくその平面図、第４図ａ，ｂは本発明におけ
る曲げ型の１例を示す斜視図、第５図は第４図に
おけるダイの部分切欠側面図、第６図は同じく第
４図におけるポンチの側面図、第７図ａ，ｂは本
発明における回転止め治具とこれを取付けた曲げ
型の１例を示す斜視図、第８図は同じくそのロー
タリスエージングマシンへの配置状態を示す斜視
図、第９図は蓋体と回転止め治具の関係を加圧
と、非加圧の各状態で示す正面図、第１０図ａ，
ｂ，ｃ，ｄは成形準備段階を示す斜視図、第１１
図は本発明に用いる曲げ型の他の実施例を示す斜
視図、第１２図は本発明の他の実施例に用いる型
構造を示す断面図、第１３図ａ，ｂ，ｃは第１２
図の実施例による成形状態を段階的に示す横断面
図、第１４図は本発明による管成形状態を示す説
明図、第１５図は回転曲げ型と非回転曲げ型を併
用した場合の管の直径と肉厚分布を測定した結果
を示すグラフである。 １……曲げ型、２……溝形ダイ、３……ポン
チ、４……ロータリスエージングマシン、５……
帯板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両側の縁曲げ用側曲面とこれら側曲面を結ぶ
   直線状または曲線状の底面とから構成される入口
   溝を持ちこの入口溝が出口側で半円形溝となるよ
   うに連続的にすぼまつた溝形ダイとこの溝形ダイ
   に準じた形状のポンチとからなる曲げ型をロータ
   リスエージングマシンに内設し、前記曲げ型に帯
   板を順次所定長さ送り込みつつ、前記曲げ型を常
   時非回転に保持させた状態でその外周でバツカを
   回転させることにより曲げ型に加圧力を与え、帯
   板を両縁から管と同半径で漸進的に縁曲げするこ
   とを特徴とするロータリスエージングマシンを用
   いた円管成形法。 ２ 曲げ型が、溝形ダイ出口側とポンチ出口側に
   半円形溝が所要長さ形成された仕上げ部を連設し
   たものを含む特許請求の範囲第１項記載のロータ
   リスエージングマシンを用いた円管成形法。 ３ 両側の縁曲げ用側曲面とこれら側曲面を結ぶ
   直線状または曲線状と底面とから構成される入口
   溝を持ちこの入口溝が出口側で半円形溝となるよ
   うに連続的にすぼまつた溝形ダイとこの溝形ダイ
   に準じた形状のポンチとからなる曲げ型をロータ
   リスエージングマシンに内設し、前記曲げ型に帯
   板を順次所定長さ送り込みつつ、前記曲げ型を常
   時非回転に保持させた状態でその外周でバツカを
   回転させることにより曲げ型に加圧力を与え、帯
   板を両縁から管と同半径で漸進的に縁曲げし、続
   いて円周を等分した溝形を有する回転曲げ型をバ
   ツカとともに回転させることにより該曲げ型で全
   周円状に仕上げ成形することを特徴とするロータ
   リスエージングマシンを用いた円管成形法。 ４ 非回転曲げ型と回転曲げ型を同一ロータリス
   エージングマシンに直列状に配置して行う特許請
   求の範囲第３項記載のロータリスエージングマシ
   ンを用いた円管成形法。 ５ 非回転曲げ型と回転曲げ型を各別のロータリ
   スエージングマシンに配置して行う特許請求の範
   囲第３項記載のロータリスエージングマシンを用
   いた円管成形法。