JPH10249444A - 異形断面曲管の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】曲げ変形量の大きな異形断面曲管を成形する場
合、異形断面曲管の横断面形状が楕円形状から矩形状に
変化する変局点近くで座屈が発生することがあった。 【解決手段】素材管２に最初に接触する箇所に突起１１
ａを設けた上金型１１を用いて素材管２をプレス曲げす
ることにより、局部的に軸方向の引張りひずみが大きく
なり、座屈を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は異形断面曲管の成形
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、異形断面曲管の成形方法で、特開
平8−90097号公報に記載のように、円形断面の素材管に
内圧を負荷した状態で、上下の金型でプレス曲げ成形し
ていた。プレス曲げによって発生しやすい座屈は、プレ
ス曲げ成形中に、素材管に内圧を負荷し、素材管の周方
向に引張りひずみを発生させて、防止していた。また、
プレス曲げ成形時には、過大な内圧の負荷によって素材
管が拡がる成形不良を防ぐため、素材管の全域降伏圧力
以下の内圧を素材管に負荷している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術で、
曲げ変形量の大きな異形断面曲管を成形する場合、上記
の内圧の負荷によって生じさせる素材管の周方向の引張
りひずみだけでは、異形断面の形状の変局点近くで座屈
が発生する。

【０００４】本発明の目的は、従来の内圧を負荷して生
じさせる素材管の周方向の引張りひずみに、局部的に大
きくした素材管の軸方向の引張りひずみを加算して、異
形断面曲管の横断面形状が楕円形状から矩形形状に変化
する変局点近くで発生しやすい座屈を防止し、良好な異
形断面曲管の成形品を得ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は金型の内側の中央部、すなわち、素材管に
最初に接触する箇所に突起部を設けた金型を用いて、素
材管に内圧を負荷した状態でプレス曲げすることによ
り、局部的に素材管の軸方向の引張りひずみを大きくす
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に従
って説明する。

【０００７】〔実施例１〕図１は本発明の成形方法で成
形する異形断面を有する曲管１の斜視図である。曲管１
はガスなどの流体の流路として用いる配管部材を軸方向
に二個連結した状態の形状を有しており、端部が円形断
面、中央部が矩形断面である。曲管１は、端部と中央部
との間が軸方向に曲がりながら、かつ、断面形状が円
形，楕円形，矩形と連続的に変化した形状を有してい
る。

【０００８】図２は本発明の一実施例で、曲げ成形する
前の管、すなわち、素材管２の斜視図である。素材管２
は、曲げ成形した曲管１の周長に対応するように予備的
に中央部が張出し成形されている。

【０００９】図３は素材管２を張出し成形する装置の縦
断面図である。本装置は直管３の中央部を張出し成形す
る張出し用上金型４ａ及び張出し用下金型４ｂで構成さ
れる張出し用金型４，内圧のシール及び直管３の軸方向
に荷重を負荷する張出し用加圧ロッド５，直管３を支
持，拘束する張出し用上ホルダ６ａ及び張出し用下ホル
ダ６ｂ，張出し用上金型４ａを支持する上ダイセット７
ａ，張出し用下金型４ｂと張出し用下ホルダ６ｂを支持
する下ダイセット７ｂ，張出し用上金型４ａの上下の移
動をガイドするポスト８，金型を拘束するためのプレス
荷重を負荷する加圧ポスト９で構成される。張出し用加
圧ロッド５は張出し用ホルダ６で支持された直管３の両
端に配置され、直管３の軸方向と同じ方向に前後に移動
するように配置されている。上ダイセット７ａに支持さ
れた張出し用上金型４ａは、ポスト８をガイドにして上
下に移動するように配置され、張出し用下金型４ｂと閉
塞される。

【００１０】図４は図３に示した張出し成形装置によっ
て、素材管２の中央部を成形している状態の縦断面図を
示す。素材管２は、上ホルダ６ａ及び下ホルダ６ｂで支
持された直管３の素材管の両端面に張出し用加圧ロッド
５を軸方向荷重５ａで押し込んで、直管３に内圧１０を
負荷した状態で、加圧ポスト９に金型を拘束するプレス
荷重９ａを負荷し、張出し用金型４内で張出されること
により成形される。

【００１１】図５は曲管１を成形する曲げ装置の縦断面
図である。本装置は素材管２をプレス曲げ成形する上金
型１１及び下金型１２，内圧をシールする加圧ロッド１
３，素材管２を支持，拘束する上ホルダ１４ａ及び下ホ
ルダ１４ｂ，上金型１１を支持する上ダイセット７ａ，
下金型１２と下ホルダ１４ｂを支持する下ダイセット７
ｂ，上金型１１の上下の移動をガイドするポスト８，プ
レス荷重を負荷する加圧ポスト９で構成される。加圧ロ
ッド１３はホルダ１４で支持された素材管２の両端に配
置され、素材管２の軸方向と同じ方向に前後に移動する
ように配置されている。上ホルダ１４ａに支持され、突
起１１ａを有する上金型１１は、ポスト８をガイドにし
て上下に移動するように配置され、最下点で下金型１２
と合わさり、閉塞される。

【００１２】図６は本発明の一実施例で、素材管２に内
圧を負荷した状態で、突起１１ａを設けた金型を用い
て、プレス曲げ成形した状態の曲げ装置の縦断面図を示
す。曲管１は、上ホルダ１４ａ及び下ホルダ１４ｂで支
持された素材管２の両端に加圧ロッド１３を軸方向荷重
１３ａで押し込んでテーパ状に加工し、素材管２に内圧
１０を負荷した状態で、加圧ポスト９にプレス荷重９ａ
を負荷し、上金型１１と下金型１２とでプレス曲げされ
ることにより成形される。

【００１３】図７は突起１１ａを設けない上金型１１で
プレス曲げ成形した場合の曲管１の斜視図を示す。曲管
１の横断面形状が楕円形から矩形に変化する変局点近く
で座屈１５が発生する。本発明の特徴は、上金型１１の
内側の中央部、すなわち、素材管２に最初に接触する箇
所に突起１１ａを設けた上金型１１を用いてプレス曲げ
して、曲管１の横断面形状が楕円形状から矩形状に変化
する変局点の近くで発生しやすい座屈１５を防止するこ
とである。

【００１４】図８は突起１１ａを設けた上金型１１でプ
レス曲げ成形した場合の曲管１の斜視図を示す。曲管１
に突起１１ａが接触した箇所にくぼみ１６が発生し、こ
の強制的に発生させたくぼみ１６により、曲管１の外表
面の軸方向の引張りひずみが局部的に大きくなると共
に、横断面形状が楕円形状から矩形状に変化する変局点
の近くでも、外表面の軸方向の引張りひずみが大きくな
って、この箇所で発生しやすかった座屈１５を防止させ
ることができ、良好な形状の曲管１を成形することがで
きる。

【００１５】〔実施例２〕図９は曲げ成形品である曲管
１から必要部品を取り出すために、最終成形品を切断し
た一例の斜視図である。本実施例では、成形品中央部１
ｂを切断して取り除くことにより、一度の曲げ成形で必
要な成形品である異形断面曲管１ａを二個得られる。異
形断面曲管１ａは、ガスなどの流体の流路として用いる
配管部材であり、円形断面側が流体の入口、矩形断面側
が流体の出口である。

【００１６】図１０はガスタービンの配管部材に用いる
異形断面曲管１ａの斜視図である。異形断面曲管１ａの
概略寸法は、流体の入口側が外径３８０mmの円形，流体
の出口側が幅５５０mm，高さ１８０mmの矩形，長さ８５
０mm，板厚５mmである。異形断面曲管１ａの周長は、流
体の入口側から出口側に向かって大きくなっており、流
体の出口側の矩形断面部では入口側の円形断面の周長の
約１.２ 倍になる。この異形断面曲管１ａを、外径３８
０mmのステンレス鋼の直管３から成形した。まず、図３
及び図４に示した張出し装置で、直管３に約２５ＭＰａ
の内圧１０を負荷して、図２に示すように中央部を張出
させて、素材管２を成形した。その後、図５及び図６に
示した曲げ装置で、素材管２を用いて、次に示すような
プロセスに従って曲管１を成形した。まず、素材管２の
プレス曲げ成形過程における座屈を防止する目的で、素
材管２に、素材管２の全域降伏内圧力以下の約６ＭＰａ
の内圧１０を負荷する。この状態で上金型１１を下降さ
せ、約９ＭＮのプレス荷重９ａを負荷して、素材管２を
曲げ成形しながら、各断面を異形状に成形した。その
後、管内の内圧１０を約２５ＭＰａまで増加して、閉塞
された上金型１１及び下金型１２の形状に、素材管２を
沿わせて成形を完了した。その後、図９のように曲管１
から異形断面曲管１ａを切り出した。

【００１７】〔実施例３〕図１０に示した概略寸法の異
形断面曲管１ａを、外径３８０mmのニッケル基合金の直
管３から実施例２に示した手順で以下の条件で成形し
た。まず、図３及び図４に示した張出し装置で、直管３
に約４５ＭＰａの内圧１０を負荷して、図２に示すよう
に中央部を張出させて、素材管２を成形した。その後、
図５及び図６に示した曲げ装置で、素材管２に約６ＭＰ
ａの内圧１０を負荷する。この状態で上金型１１を下降
させ、約１６ＭＮのプレス荷重９ａを負荷して、素材管
２を曲げ成形しながら、各断面を異形状に成形した。そ
の後、管内の内圧１０を約４５ＭＰａまで増加して、閉
塞された上金型１１及び下金型１２の形状に、素材管２
を沿わせて成形を完了した。その後、図９のように曲管
１から異形断面曲管１ａを切り出した。

【００１８】〔実施例４〕図１０に示した概略寸法の異
形断面曲管１ａを、外径３８０mmのアルミニウム基合金
の直管３を用いて、実施例３に示した手法で成形した。

【００１９】〔実施例５〕図１０に示した概略寸法の異
形断面曲管１ａを、外径３８０mmの銅基合金の直管３を
用いて、実施例３に示した手法で成形した。

【００２０】〔実施例６〕図１１は、本発明の成形方法
で成形した異形断面曲管１ａを設置したガスタービン１
７の全体図で、異形断面曲管１ａの設置状況の説明のた
め、タービン１７の一部を切り欠いて表示している。異
形断面曲管１ａは燃焼器１８で燃焼された高温・高圧の
ガスをタービン翼１９に導く流路管として用いられてい
るもので、ガスタービン１７の外周上に１０〜１４個設
置されている。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、異形断面を有する曲管
の曲げ成形で、曲げ成形金型の接触箇所における軸方向
の引張りひずみを局部的に大きくすることができるた
め、この近くで発生しやすい曲げによる座屈を防止する
ことができ、特に曲げ変形量が大きな形状の異形断面曲
管でも、良好な形状に成形することができる。

【００２２】さらに、異形断面曲管を高精度に、かつ最
終形状通りに成形することができるので、ガスタービン
などの流路部材を安価に製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で成形した曲管の斜視図。

【図２】曲管の曲げ成形前の状態を示す素材管の斜視
図。

【図３】素材管の張出し成形前の状態を示す成形装置の
断面図。

【図４】素材管の張出し成形の状態を示す成形装置の断
面図。

【図５】曲管の曲げ成形前の状態を示す成形装置の断面
図。

【図６】本発明の一実施例を示す曲管の成形装置の断面
図。

【図７】本発明を適用しないで曲げ成形した曲管の斜視
図。

【図８】本発明で成形した特徴を示す曲管の斜視図。

【図９】本発明で成形した最終形状の異形断面曲管の斜
視図。

【図１０】本発明で成形したガスタービンに用いる異形
断面曲管の斜視図。

【図１１】本発明で成形した異形断面曲管を設置したガ
スタービンの側面図。

【符号の説明】

１…曲管、７…ダイセット、７ａ…上ダイセット、７ｂ
…下ダイセット、８…ポスト、９…加圧ポスト、９ａ…
プレス荷重、１０…内圧、１１…上金型、11ａ…突起、
１２…下金型、１３…加圧ロッド、１３ａ…軸方向荷
重、１４…ホルダ、１４ａ…上ホルダ、１４ｂ…下ホル
ダ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 伸司 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐藤 登志美 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 内沼 善朗 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 黒川 武雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素材管に内圧を負荷した状態で曲げ成形し
   て異形断面曲管を成形する方法において、上記素材管に
   最初に接触する金型の中央部に突起を設けて上記素材管
   をプレス曲げして、局部的に軸方向の引張りひずみを大
   きくし、上記異形断面曲管の横断面形状が楕円形状から
   矩形状に変化する変局点の近くで発生しやすい座屈を防
   止することを特徴とする異形断面曲管の成形方法。