JPS6024227A - 引曲げ装置と方法 - 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】 本発明は管、その他の断面中空の細長い工作物の引曲げ
に係る。

管を曲げる方法はいくつかあるが、その中でも回転式１
曲げ方法は最もよく使用されるものの一つである。引曲
は方法のもつ菖賛な利点は、壁厚の薄い管が所望の半径
に円滑かつ正確に曲げられることである。このような曲
けは化学工学はじめ航空機、原子力等先進技術工業にお
いて多くの用途に大いに要求されるものである。

添付図面第１図は従来型の引曲げ磯の一部の概略的な断
面図で６９、管ｌを示している。曾１の前端部２は枠組
５の一部を成すジョー３．４によシ挾持されている。枠
組はまた曲げ成型具６も含んでおり、これは車軸７０周
りで回転するように装着されている。成型具６の上流側
には、管１の曲けていない部分（後方端８に終る）軸９
と共軸的に、一方でスライダ１０を含む構造物により、
また他方でワイノｑダイスとして知られる固定工具によ
り支持されている。工具１１の正面端部は成型具６の周
囲を補足して、管１がダイス１１との接触から成型具６
との接触に移る際管壁の支持されていない部分が最小ス
ペースとなるように成形されている。破線５Ｉは曲げを
開始する前にジョー３．４が最初に管１の正面端部２を
挾持する時に取る枠組５の位置を示している。実線は管
が引張られて直角曲げに入った時、各部品がどうなって
いるかを示している。曲げを開始する前に棒１４に装着
された心棒１３が後方端部８を通って管の中に挿入され
る。その後棒１４が参照符号１５として概略的に示され
る固定構造物に固定される。次に成型具６が原動機１６
により駆動される車軸７によって回転させられると、ジ
ョー３と４は管の前方端部２を引張って成形具６の周シ
を回って、管にベンド１７が形成される。このベンドの
内側の管壁１８は成形具６によって支持されてこれと共
に回転し、曲げ操作の軍費な段階である初期段階におい
て、官の断面は心棒１３の成形された先端部１９とベン
ドの外側にある管壁部２０との間で接触してつぶれるこ
とのないよう支持されている。摩擦を少なくするため、
スライダ１０が管が曲げられるにつれてこれと共に前進
するので、スライダと盲との間に相対的運動はない。

理想的なベンドには管の断面に平延べや座屈が無く、ま
たベンドの外側２０と内側１８の管壁が薄くなったり厚
くなつ７１していることも無い。

［７かしながら実際上は、ペンｒの外１ｆ１＋１で管壁
が張力下で引張られて薄くなる一方、ベンドの内側１８
は圧縮下で短縮されるのでＪｌ＜なりがちであるため、
このような理想的なベンドが得られないのは明らかであ
る。この中でも、外側の管壁が薄くなるのは実際問題と
してよシ重大な欠点となるのが普通である。それは通常
、管が曲げられた箇所の強度は、同じ管の曲げていない
部分の強度と比肩し得るものであることが望まれるため
である。ペンｒの内側で管壁が厚くなるのはその強度を
弱めることにはならないが、ペンｒの外側で管壁が薄く
なるのは、しばしば強度の減衰につながる。

このように管壁を薄くする原因となる張力はジョー３と
４によシ管に及ぼされる引張り力の作用であり、この力
は勿論管が引張りに応じるためには克服しなければなら
ない摩擦力にも関連している。この摩擦力の中でも顕著
なのが動いている管１の内側壁と静止している心棒１３
０表面とが接触することによる摩擦で生じる力である。

このような摩擦を減少させるため、これまでにも多くの
技術が開発されて来た。例えば高品質潤滑剤を用いて管
の内径を滑らかにして摩擦係数を減少させると共に、心
棒表面には低摩擦層を被接することが行なわれた。この
ような技術はしかしながら実際面では欠点を取除くこと
にはなっていない。つまシ適当な潤滑剤はある種の材料
を引曲げする場合にはこれを腐食させて＃ｊ４傷を与え
るため不適当な物質、例えば塩案などを含むことが多く
、また製造者が被覆した心棒を使用しようとする場合、
管径と壁厚に関して業界で需要のある幅広い製品を提供
するためには、いろいろと数多くの大きさの心棒を被覆
しておかねばならない。

引曲げ方法を向上させるため振動技術を用いる提案もい
くつか成されて来たが、これらの提案はある形式の振動
を用いる以外、＃１とんど共通点はない。例えば米国特
許第３８７８７２０号明細誉では、引曲げ操作中管状工
作物を外部から圧迫する案内ダイスアセンブリの相補的
な半円形半割物に、超音速振動エネルギーを与えること
が提案されている。半割物が応答して受ける振動のモー
ドについては確定されていない。内側ホール型心棒を用
いてその上に管を引張る際、心棒に対して相当太きい振
幅（８分の１インチから１インチ（約３．２ミリから２
５．４　ミＩＪ　）の一定範囲内で）低周波数（毎分１
サイクルから５００サイクルまで）の軸方向振動を与え
をことも提案されているが、ここで謳われている利点は
特にホール型式の心棒構造にのみ適用し得るものである
。またこのような振幅の大きさと周波数から心棒とその
支持部材が全体的に動くことが分かるが、これらの部品
を装置の固定構造物に可動的に装着せねばならないこと
から当然複雑さが生じることは明白である。

本発明は固定された心棒、すなわち全体的に軸方向運動
できないものと管状工作物の内壁との間の摩擦を実質的
に減少させるという特定目的が、当該心棒とその支持部
材とを軸方向モードで、特に超音速周波数で共振振動す
るように設定することで達成できると考えたところから
出発している。

本発明によると、中空断面の細長い工作物を引曲げする
ための装置は成型具と、工作物の外表面と接触して成型
真上流の工作物の運動軸を決定するための支持手段と、
工作物の前方端部を挟持してこれを支持手段軸に傾斜し
た方向で成型具の周シに引張るように構成された引張り
手段と、装置ｕの固定構造物に固定された細長い心棒ア
センブリを含み、このアセンブリはその自由端部に心棒
を有しかつ曲げを開始するに伴ない工作物の内壁に支持
を与えるべく工作物の中で成型具に近接して心棒が位置
するように配置されてお）、振動トランスジューサが心
棒アセンブリに取付けられて心棒内に共振振動の定常波
を設定する。望ましくは心棒アセンブリが支持棒の自由
端に装着された心棒から成シ、心棒と棒が支持手段と同
軸的に配置されており、振動トランスジューサは軸方向
モードで振動の定常波を設定するように構成されている
。

トランスジューサ、棒、心棒は振動の波形が心棒の先端
に変位の波腹が来るようなものとなるように、また心棒
と柿の全体の長さが定常波振動の半波長の整数倍に等し
くなるように調整されて良い。トランスジューサは定常
波振動の半波長の整数倍に長さにおいてそれ自身等しい
中間部材によって棒に対して取付けられても良く、また
中間部材は心棒および棒と装置の固定構造物との間に連
結手段を提供しても良く、この時連結手段は定常波振動
の変位節に配置される。

トランスジューサは超音速周波数で軸方向振動の定常波
を設定する。

さらに引張シ手段によシ及ぼされる負荷を指示する交流
負荷電流と振動トランスジューサへの交流電源の出力に
おける比較電圧との間にある位相関係をモニタして比較
し、これら２つの間で生じる位相角の変化を検査するた
めの手段と、位相角の変化に反応して帰還信号を発生し
、その信号を交流電源と連結された周波数制御装置に与
えてそれによシ位相角を復元するための手段があっても
良い。

振動トランスジューサは少なくとも支持手段の一部、例
えばワイパダイス１１に連結されて、それを心棒の振動
モードに匹敵するモードで振動させるようにしても良い
。

本発明には以上に記載したような装置を用いる引曲げ方
法も含まれる。

本発明は本明細曹の菅頭に記載の特許請求の範囲によっ
ても定義されるが、次に添付図面を参照しながら例示的
に説明するととＫする。

第１図と第２図の心棒１３は全く同一の物である。しか
しながら第２図の取付は棒１４は、第１図のように固定
構造物に直接取付けられるのではなく、振動連結ホーン
２５に取付けられている。

３つの振動トランスジューサ２６がホーンの反対側の端
部に取付けられておシ、その軸方向長さの中程でホーン
はフランジ２７を呈しており、そのフランジによってト
ランスジューサ、棒、心棒から成るアセンブリ全体が２
８に概略的に示される固定構造物に固定されている。使
用に際しては、アセンブリが後述する方法で同調されて
、その振幅が波形２９によ〕図式的に表わされている軸
方向振動の定常波を棒および心棒の中に設定する。

このことが達成されるためには心棒および棒の軸方向の
全長、すなわち心棒の最先端の自由端部から棒１４がホ
ーン２５と交わる点３１までの長さを定常波の半波長の
整数倍と等しくして、振動の変位波腹が３０と３１の両
方で生じるようにしなければならない。実際問題として
有効な定常波であればホーン２５まで届くと考えられる
ため、ホーンの軸方向長さもまた半波長の整数倍に等し
くすることが実際上必要でアシ、第２図では半波長１つ
の長さとなっている。装街の固定構造物へ無駄な振動エ
ネルギーを伝達するのを赴けるため、フランジ２７は振
動の変位節に配置されている。

３つのトランスジューサ３６がホーン２５の後端部面３
３から突出しているねじ付スタッド３２の上に軸対称配
置で装着されている。その他にも例えば磁歪形式など、
トランスジューサにも適当な設計がいくつもあるが、第
２図と第５図に示されるトランスジューサはスタンＦ３
２を受け入れるため３５にねじ切シされたアルミニウム
製出力端部分３４とステンレス制波端部分３６とから成
る。部分３４と３６は共にボルト３７により支持されて
おり、ポルト３７はこの２つの部分の間にピエゾセラミ
ック結晶の外層３８とライブ端子４０に接続された通電
内層３９とから成る３層サンドイッチを挾んでいる。

第３図に示すように、３つのトランスジューサ２６のラ
イブ端子４０は適当“なノｑワー発生器４１（例えばＥ
ＮＩ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｍｓ　Ｌｔｄ販売のＥＲＧ
　−３２００型）に接続され、この発生器自体が単相２
４０ｖ交流電源４２に接続されている。発生器４１は本
質的に、内部発振器により駆動される固体広帯域増幅器
から成り、それによって動作周波数が発振器の周波数設
定によシ決定され、出力璽力は増幅器の利得設定によっ
てのみ決まる。先に特定した機種の発生器は、周波数範
囲１４〜７０　ｋＨｚに亘って３０００　Ｗという都合
良い出力定格を与えるものである。

通常、曲げ作業中は振動定常波を受けるシステム部分、
すなわち心棒１３、棒１４ならびにホーン２５の共振周
波数はこれらの部分の硬さ、質量、密度に影響を及ぼす
負荷の変動によル、またその塑性特性を変え得る加熱効
果によって変化する。

従って発生器４１がこのような周波数の変化に迅速かつ
正確に随いて行けるものでなければ、負荷インピーダン
スが発生器と食違うようになり、その結果負荷電力が減
少することになってＬ−＆う。これを防ぐため、電気系
統には周波数制御器４３と帰還信号ループ４４とが含ま
れてお）、これらが負荷電流と発生器４１の発振器ステ
ージの出力に存する比較電圧との間にある位相関係を連
続的にモニタする。

共振が発生して最適量の負荷電力が送られるためＫは、
出力電流と電圧との間に移相があってはならない。とこ
ろが負荷周波数が発生器４１の周波数に関連して変化す
ると、電流と電圧の間の位相角も変化する。この位相角
の変化を用いて帰還直流信号が生み出され、この信号が
発生器４１の周波数に対し負荷のそれと整合するように
与えられる。発生器４１と負荷との間の電気的整合は最
も重賛なものであるため、電気系統には整合回路４５も
含壕れている。

整合回路４５は標準的にトランスジューサ２６のキャノ
９シタンスを相殺してその抵抗負荷インピーダンスを発
生器４１の出力を整合させる値に変える直列インダクタ
ンスから成っている。発生器４１がすでに触れたＥＧＲ
３２００型機である場合、整合回路４５として使用する
に適当なのはＥＮＴ　Ｐｏｗｅｒ　ＳｙｓｔｅｍｓＬｔ
ｄ販売のＥＶＶ−２型機である。

トランスジューサ２６は成分１３．１４．２５において
共振周波数２０ｋＨｚで定常波を設定するように設計さ
れたものである。記載のような装置を用いてての試験に
おいて、心棒と棒に２０　ｋＨｚの軸方向振動を与えた
場合と与えない場合について、外径（ｄｉ１インチで直
径対肉厚の比ｄ／ｌが１６〜２８の範曲で変化するよう
ないろいろな肉厚寸法（１）の肉薄軟鋼Ｍ　ヲ１０　ｒ
ｅｖ　ｍ１ｎ−”の一定速度で曲けた。平均曲率半径（
Ｒ）は１．５から２．５ｄまで変化し、トランスジュー
サ２６への超音速電力入力は約１，０００ワツトまたは
それ以下であ）、波腹で生じる軸方向振動の振幅最大値
は６Ｘ１０””ｉｎ程度であり、従って管の直径やペン
ドの半径の大きさに比較して非常に小１さいものであっ
た。

第４図は試験から得られた標準的な紫外縁レコーダのト
レースの一例を示しており、この図から心神により管に
かけられる曲はトルクと力との両方が、発生器４１が励
起されると急激に落ちるが、電力を切ると直ちに高レベ
ルまで上昇することが分かる。第４図で曲はトルクに関
する部分は、非発振トルク（破線）が連続的に増加する
一方、発振曲線はほとんど平坦であることを示している
。

さらにまた、与えられた振動は心棒の力を張力から圧縮
へと逆転させて、この力が心棒の運動に加えられると、
非振動式の曲けに普通光られるように管の動きに抗うの
ではなく、これを助けていることが分かる。

管の引曲は行程中に生じる金槁の変形メカニズムは２つ
の連続する段階から成る。まず管が心棒１３のシャンク
の半行辺部分の上に引張られる一方、スライダ１０と（
成型具６に近接して）ワイノｑダイス】１の先端により
外側から支持される。

この段階では管と心棒の境界面における（およびある程
度は管と静止ワイパダイズの間の境界面における）＊擦
が長手方向に銹導引張応力を生じる。

第２段階においては各々の管部材が特定の平均曲率半径
に曲けられて、心神１３の先端部１９上を成型具６を周
って引張られる。この段階では管が曲けにより塑性的に
変形されるが、加えて管の内側表面と先端部１９との間
の摩擦の結果、管にひずみが紡導される。従って管を引
曲げする作業は全体として２つの部分、すなわち摩擦な
しに管を塑性的に変形するため必要な作業から成る第１
変形部分と、摩擦、特に管内径と心棒１３との間の摩擦
を克服するために必要な第２部分とから構成されている
。この第２の摩擦に関する作業を遂行するためには、他
の場合より高い曲げ力とトルクｔ−ｉし、その結果ベン
ドの外側で管壁のひずみがますます太きくな９、従って
この箇所で管壁の薄肉化が大きくなる。心棒が先に述べ
たように軸方向に振動されると、心棒と管との間の摩擦
係数が減少するためばかりでなく、摩擦ベクトルの逆転
として説明できるものによっても、必要作業のうち第２
の摩擦関係の部分が減少されると考えられる。心棒を振
動した場合のｌ／！１擦係数の減少は、その運動が心神
と管との間の境界面に潤滑剤を吸上げるのを助けること
、相対的運動が管の内壁のざらざらを弱めるかこれを無
くすこと、接触面の周期的な相対運動において散逸され
るエネルゼーがいくらかの温度上列と管のざらざらの剪
断降伏応力の減少を生むことが原因となり得ると考えら
れる。逆転摩擦ベクトルの性質は、心棒が静止していて
管がその上町ゆっくりと移動しているとした場合、従来
の方向で作用する摩擦は常に管の動きに抵抗すると考え
ることで説明できる。ところが心棒を軸方向に振動する
と、管表面のどの地点でも結果として生じる速度のベク
トル（心棒に関して）が振動の各周期中に方向會変える
。振動速度が前進方向にあり、管の前進速度より大きい
鎖含有している周期のその部分では、結果として生じる
ベクトルは管の運動方向と反対方向になる。従って摩擦
力はジョー３と４が管を引張ろうとする方向と同じ方向
に作用するので、曲げ行程を助けることになる。各周期
の残りの部分では、心棒が後方に動き、結果として生じ
るベクトルは管の運動方向と同一方向になる。従ってこ
の周期部分では摩擦力が曲は行程に抗うが、心棒１３が
静止している場合はど強りものではない◇それは摩擦力
は摩擦係数と接触部分間の通常の反作用との積に等しく
、摩擦係数は既に述べた理由により心神が静止している
場合より実際上手さいためである。

本発明ＶｃＦｉまた、振動発生器が心棒だけでなく成型
真上流の管と接触する他の構造物にも振動管与える引曲
げ装置も含まれる。例えばライブ９ダイス１１に対して
であり、第２図にはダイス１１とトランスジューサ２６
との連結４６が概略的に示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来型式の引曲げ機の一部を通る檀１略的断面
図、 第２図は心神、棒、取付けられた振動機構を示す概略図
であり、−都立面の部分的軸方同断面図、第３図は電気
系統の略図、 第４図鉱２つのグラフを示す線図、 第５図は振動トランスジユーザの１つの例を示す断面図
である。 １・・・管、３．４・・・ジョー、６・・・成型具、１
０・・・スライダ、１１・・・ワイノ髪ダイス、１３・
・・心棒、１４・・・棒、１５・・・固定構造物、１７
・・・ペンド、　２５・・・振動連結ホーン、２６・・
・振動トランスジューサ、２８・・・同定構造物、４０
・・・ライブ端子、４１・・・／Ｑクワ−生器、４３・
・・周波数制御器、４４・・・帰遠伯号ルーゾ、４５・
・・整合回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　中空断面の細長い工作物を引曲げするだめの装
   置であって、ペンド成型具と、工作物の外表面と接触し
   て成型具上流の工作物の運動軸を限定する支持手段と、
   工作物の前方端部を挾持してこれを支持手段軸に傾斜し
   た方向で成型具の周シに引張るように構成され友引張９
   手段と、装置の固定構造物に固定された細長い心棒アセ
   ンブリとを含み、前記アセンブリはその自由端部に心棒
   を有しかつ心棒が成型具に近接する工作物の中に位置し
   て曲げが開始されるに伴ない工作物の内壁に対し支持を
   与えるように配置されており、前記アセンブリに振動ト
   ランスジューサが取付けられてその中に共振振動の定常
   波を設定することを特徴とする引曲げ装置。