(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正方法であって、
開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成する、プレス金型を用意し、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を前記プレス金型により周方向に圧縮しながら型閉じして、管端を拘束しながら前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を断面略楕円形に塑性変形させることを特徴とする金属曲げ管の矯正方法。
【請求項２】
スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正方法であって、
開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成する、プレス金型を用意し、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を前記プレス金型により周方向に圧縮しながら型閉じして、断面略楕円形に塑性変形させ、この間の周方向への圧縮により、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管に、その全体にわたり歪を付与することを特徴とする金属曲げ管の矯正方法。
【請求項３】
スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正用プレス金型であって、
下型および上型の、開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定された成形凹部が、断面略半楕円形のプロファイルを有しており、成形凹部の両端側に、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の管端を拘束する壁体を配置し、型閉じ状態で前記下型および上型の成形凹部により型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間が形成されることを特徴とする金属曲げ管の矯正用プレス金型。
【請求項４】
スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正用プレス金型であって、
下型および上型の、開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定された成形凹部が、断面略半楕円形のプロファイルを有しており、型閉じ状態で前記下型および上型の成形凹部により、型幅方向を広くした、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の全体にわたり周方向への圧縮により歪を付与する、断面略楕円形の成形空間が形成されることを特徴とする金属曲げ管の矯正用プレス金型。
【請求項５】
下型と上型との型割線を、断面略楕円形の成形空間の長軸位置よりも、上型または下型側へ所定高さだけ偏倚させると共に、該型割線を偏倚させた部分の内壁面を、ストレート形状、外側へ開くテーパ形状または曲率の大きなアール形状としたことを特徴とする請求項３または４に記載の金属曲げ管の矯正用プレス金型。
【請求項６】
型割線を偏倚させた側の下型または上型の成形凹部の開口幅を、これと対をなす上型または下型の開口幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項５に記載の金属曲げ管の矯正用プレス金型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管を曲げ加工してなる金属曲げ管を矯正する矯正方法および該矯正方法の実施に用いる矯正用プレス金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管を曲げ加工すると、曲げ加工後のスプリングバックにより所望の形状精度を確保することが困難になる。このため、従来一般には、スプリングバック量を見込んで曲げ加工を行っているが、材質や管の寸法、曲げ角度、曲げ数などによってスプリングバック量が変化し、特に曲げ数の多い場合に見込み量の的確な設定が困難になって、スプリングバック対策として不十分となる。
【０００３】
そこで、たとえば、特許文献１に記載のものでは、スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、金属曲げ管の外周面に所定のピッチで多数の環状溝（凹溝）を成形して矯正することを行っている。この対策によれば、金属曲げ管に塑性変形による歪が一様に付与されることから、スプリングバックが解消され、所望の形状精度を確保できるようになる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８１３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載されるスプリングバック対策によれば、環状溝の形成により断面剛性が高まるものの、金属曲げ管の長手方向に多数の環状溝が配設されるため、その全体の曲げ剛性が低下する、という問題があった。また、プレス金型の成形凹部が金属曲げ管の断面形状を反映した半円形のプロファイルを有しているため、スプリングバックにより変形している金属曲げ管を成形凹部に安定してセットするのが困難で、成形不良を引き起こし易いという問題もあった。
さらに、環状溝の成形により管端側で材料の引込みが起こり、端面精度が著しく悪化する、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、全体の曲げ剛性の低下を招くことなくかつセット不具合に起因する成形不良を招くことなくスプリングバックを解消できる金属曲げ管の矯正方法を提供し、併せて該矯正方法の実施に用いて好適な矯正用プレス金型を提供することにある。また、管端の端面精度も確保できる金属曲げ管の矯正方法および矯正用プレス金型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、金属曲げ管の矯正方法の発明は、スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正方法であって、開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成する、プレス金型を用意し、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を前記プレス金型により周方向に圧縮しながら型閉じして、管端を拘束しながら前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を断面略楕円形に塑性変形させることを特徴とする。
【０００８】
このように行う金属曲げ管の矯正方法においては、金属曲げ管を周方向に圧縮しながら断面略楕円形に塑性変形させることで、金属曲げ管に塑性変形による歪がほぼ一様に付与され、スプリングバックが解消される。また、矯正後の金属曲げ管は断面略楕円形を有する平滑形状となっているので、全体の曲げ剛性も十分となる。しかも、プレス金型は、開口幅がスプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成するようになっているので、スプリングバックにより変形している金属曲げ管であっても、成形凹部に余裕をもってセットすることができる。
しかも、周方向への圧縮により金属曲げ管が伸長しようとしても、その管端が拘束されているので、金属曲げ管の伸びが規制され、結果として良好な端面精度が得られるようになる。
【０００９】
また、上記課題を解決するための金属曲げ管の矯正方法の発明は、スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正方法であって、
開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成する、プレス金型を用意し、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管を前記プレス金型により周方向に圧縮しながら型閉じして、断面略楕円形に塑性変形させ、この間の周方向への圧縮により、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管に、その全体にわたり歪を付与することを特徴とする。
このように行う金属曲げ管の矯正方法においては、金属曲げ管を周方向に圧縮しながら断面略楕円形に塑性変形させることで、金属曲げ管に塑性変形による歪がほぼ一様に付与され、スプリングバックが解消される。また、矯正後の金属曲げ管は断面略楕円形を有する平滑形状となっているので、全体の曲げ剛性も十分となる。しかも、プレス金型は、開口幅がスプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定され、型閉じ状態で型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間を形成するようになっているので、スプリングバックにより変形している金属曲げ管であっても、成形凹部に余裕をもってセットすることができる。
【００１０】
上記課題を解決するため、スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正用プレス金型としての発明は、上記方法発明の実施に用いられるもので、下型および上型の、開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定された成形凹部が、断面略半楕円形のプロファイルを有しており、成形凹部の両端側に、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の管端を拘束する壁体を配置し、型閉じ状態で前記下型および上型の成形凹部により型幅方向を広くした断面略楕円形の成形空間が形成されることを特徴とする。このように構成されたプレス金型においては、下型および上型の成形凹部が断面略半楕円形のプロファイルを有しているので、上記した方法発明を安定して実施できる。
また、壁体により金属曲げ管の伸長が規制されるので、良好な端面精度が得られるようになる。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、スプリングバックを生じた金属曲げ管にプレス加工を施し、スプリングバックを解消する金属曲げ管の矯正用プレス金型としての発明は、下型および上型の、開口幅が前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の外径よりも大きく設定された成形凹部が、断面略半楕円形のプロファイルを有しており、型閉じ状態で前記下型および上型の成形凹部により、型幅方向を広くした、前記スプリングバックを生じた金属曲げ管の全体にわたり周方向への圧縮により歪を付与する、断面略楕円形の成形空間が形成されることを特徴とする。
このように構成されたプレス金型においては、下型および上型の成形凹部が断面略半楕円形のプロファイルを有しているので、上記した方法発明を安定して実施できる。
【００１２】
上記装置発明において、下型と上型との型割線は、断面略楕円形の成形空間の長軸位置よりも、上型または下型側へ所定高さだけ偏倚させると共に、該型割線を偏倚させた部分の内壁面を、ストレート形状、外側へ開くテーパ形状または曲率の大きなアール形状としてもよい。このように型割線を偏倚させることで、型閉じに応じて金属曲げ管が最初に成形凹部の壁面に接触する部位が型割線よりも所定高さだけ下がった位置となり、外側への管壁の座屈やピンチングが確実に防止される。また、型割線を偏倚させた部分がプレス方向へ負角にならないので、矯正後の脱型も円滑となる。
【００１３】
上記したように型割線を偏倚させる場合は、型割線を偏倚させた側の下型または上型の成形凹部の開口幅を、これと対をなす上型または下型の開口幅よりも大きく設定するのが望ましく、これによって管壁の内側への座屈が確実に防止される。
【発明の効果】
【００１４】
第１の方法発明および第１の装置発明によれば、全体の曲げ剛性の低下を招くことなくかつセット不具合に起因する成形不良を招くことなくスプリングバックを解消できるので、その利用価値は高いものとなる。
【００１５】
また、第２の方法発明および第２の装置発明によれば、上記第１の方法発明および装置発明の効果に加え、管端の端面精度も確保できるので、その利用価値はより一層高まるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の１つの実施形態である矯正用プレス金型を示したものである。本実施形態は、図４に示す金属曲げ管Ｗの矯正に用いられるもので、金属曲げ管Ｗは、図示の平面視で、その長手方向の中間に大きな曲げ部位Ｐ１を有すると共に、その両端側に紙面奥側へ屈曲する曲げ部位Ｐ２、Ｐ３を有している。すなわち、この金属曲げ管Ｗは、３箇所が曲げられた複数曲げ管となっている。なお、図４中の数値は、後の実施例で必要となるもので、ここでは、その説明を省略する。
【００１７】
本矯正用プレス金型は、上面に成形凹部１を有する下型２と下面に成形凹部３を有する上型４とからなっている。上型４は、図示を略すプレス上ラムに支持され、該プレス上ラムの移動により下型２に対して型閉じ型開きされるようになっており、その型閉じに応じて、下型２と上型４との間には前記成形凹部１と３とを合せた成形空間Ｓが形成される。本実施形態において、前記下型２の両端部には、その成形凹部１の両端を閉鎖する壁部（壁体）５、６が配設されている。壁部５、６は、下型２の上面よりも突出するようにその高さが設定されており、上型４は、その両端を両壁部５、６の内壁面に当接させる状態で下型２に型閉じされる。なお、この壁部５、６は下型２と別体のブロックにより構成しても、あるいは可動式のブロックにより構成してもよいものである。
【００１８】
下型２と上型４との間に形成される成形空間Ｓは、図１によく示されるように型幅方向を広くした断面略楕円形となっている。下型２の成形凹部１および上型４の成形凹部３は、前記断面略楕円形の成形空間Ｓを短軸ａ方向に二分した断面半楕円形のプロファイルを有するように形成されている。本実施形態において、下型２と上型４との型割線Ｌは、両者の間に形成される断面略楕円形の成形空間Ｓの長軸ｂよりも上型４側へ所定の高さｈだけ偏倚して設定されている。この型割線Ｌを偏倚させることにより嵩上げされた下型２の拡大部分２ａの内壁面は、大きな曲率（Ｒ）のアール形状に立上げられている。一方、下型２の成形凹部１の開口幅は上型４の開口幅よりもよりわずか大きく設定されており、これにより型閉じ状態で下型２と上型４との型合せ面にはわずかの段差δが形成されるようになっている。なお、前記拡大部分２ａは、アール形状に代えて、ストレート形状あるいは外側へわずか開くテーパ形状としてもよい。
【００１９】
本プレス金型により金属曲げ管Ｗの矯正を行うには、後述（図５）するように、金属曲げ管Ｗを周方向へ圧縮しながら型閉じして断面略楕円形に塑性変形させるが、下型２と上型４との間に形成される断面略楕円形の成形空間Ｓは、この時の圧縮率を考慮して適当な大きさに設定する。この圧縮率は、矯正後の形状凍結性と型締力とのバランスから、２〜３％程度とするのが望ましく、これに合せて前記成形空間Ｓの大きさを設定する。また、断面略楕円形の成形空間Ｓの長軸ｂの寸法すなわち成形凹部１、３の開口幅は、金属曲げ管Ｗのセット性を考慮して、金属曲げ管外径よりも十分長くとる。ただし、長軸ｂの寸法が長くなると、前記圧縮率との関係で成形空間Ｓの扁平率（ａ／ｂ）が大きくなって、金属曲げ管Ｗの全体を均等に圧縮することが困難になるので、適正な扁平率の範囲内で長軸ｂの寸法をできるだけ大きくする。一例として、前記扁平率は０.８〜０.８５程度が理想である。
【００２０】
また、型割線Ｌを偏倚させることにより嵩上げされる下型２の拡大部分２ａの高さ（型割線の偏倚量）ｈは、型閉じに応じて金属曲げ管Ｗが最初に成形凹部の壁面に接触する部位よりも上位になるように設定する。これは、圧縮途中（型閉じ途中）で下型２と上側４との間の隙に金属曲げ管Ｗの管壁が膨出して座屈やピンチングが生じるのを防止するためであるが、その高さｈは、一例として４〜５ｍｍ程度に設定される。
【００２１】
一方、このように型割線Ｌを一方向へ偏倚させた場合は、下型２の拡大部分２ａの内壁面が上型４の成形凹部３の内壁面よりも内側にあると、圧縮途中で金属曲げ管Ｗの管壁が、前記拡大部分２ａから受ける力で内方へ座屈を起こし易くなる。この場合、断面略楕円形の成形空間Ｓを単純に短軸方向へ二分する形態で成形凹部１、３を形成すると、下型２および上型４の製作誤差や組付誤差により、上型４の成形凹部３の内壁面が下型２の成形凹部１の内壁面よりも外側に存在する逆段差が出現することがあり、前記内方への座屈が生じる危険がある。上記したように下型２の成形凹部１の開口幅を上型４の開口幅よりもよりわずか大きく設定して、両者の合せ面にわずかの段差δを形成するようにしたのは、この危険を避けるためである。実験によれば、下型２と上型４との間に０.２ｍｍ程度の逆段差が生じても内方への座屈が生じることが確認されている。したがって、前記段差δは、前記製作誤差等を考慮して、逆段差が生じない適当な大きさとする。一例として、この段差δの大きさは、０.３ｍｍ程度とすれば十分である。
【００２２】
以下、上記のように構成されたプレス金型による金属曲げ管の矯正方法を図５も参照して説明する．
【００２３】
金属曲げ管Ｗの矯正に際しては、図５（Ａ）に示されるように、下型２に対して上型４を離間させた型開き状態で、下型２の成形凹部１上に金属曲げ管Ｗをセットする。このとき、下型２の成形凹部１の開口幅が金属曲げ管Ｗの外径よりも十分大きく設定されているので、金属曲げ管Ｗに曲げ加工によるスプリングバックが存在していても、金属曲げ管Ｗは、成形凹部１内で回転して安定姿勢を維持するようになる。
【００２４】
その後、プレス上ラムの動きにより上型４が下降すると、図５（Ｂ）に示されるように、下型２と上型４との間で金属曲げ管Ｗが押し潰されて断面楕円形に変形し、上型４のさらなる下降により金属曲げ管Ｗは周方向に圧縮される。このとき、型割線Ｌを上型４側へ偏倚させることにより形成された下型２の拡大部分２ａの内壁面に金属曲げ管Ｗの両側が優先的に接触し、これにより周方向の圧縮が起こっても、金属曲げ管Ｗの管壁の外側への座屈およびピンチングが防止される。また、下型２の成形凹部１の内壁が上型４の成形凹部３の内壁よりも外側に存在するので（図２）、金属曲げ管Ｗの管壁の内側への座屈も防止される。
【００２５】
そして、遂には図５（Ｃ）に示されるように、下型２に対して上型４が型閉じされ、金属曲げ管Ｗは成形空間Ｓに倣って断面略楕円形となり、そのまま形状が凍結される。しかして、この間の周方向への圧縮により、金属曲げ管Ｗに歪がほぼ均一に付与され、この結果、スプリングバックが解消される（矯正される）。一方、前記圧縮の間、金属曲げ管Ｗが伸長しようとするが、その管端が下型２の両端側に設けた壁部５、６によって拘束されているので、金属曲げ管Ｗの伸びが規制され、この結果、良好な端面精度が確保されるようになる。なお、この後、プレス上ラムの動きにより上型４が上昇するが、下型２の拡大部分２ａの内壁が大きな曲率のアール形状となって、型開き方向へ負角となっていないので、金属曲げ管Ｗは上型４から円滑に脱型する。
【実施例１】
【００２６】
ＪＩＳ  Ｇ３４４５からなる外径６５ｍｍ、肉厚２.３ｍｍ、全長６００ｍｍの直管を曲げ加工して図４に示した金属曲げ管Ｗを製作し、この金属曲げ管Ｗを上記実施形態（図１〜３）のプレス金型を用いて矯正した。プレス金型は、型閉じ状態で形成される断面略楕円形の成形空間Ｓの扁平率（ａ／ｂ）を０.８５、型割線の偏倚量ｈを４.０ｍｍ、下型２の成形凹部１の内壁と上型４の成形凹部３の内壁との段差δを０.３ｍｍにそれぞれ設定し、金属曲げ管Ｗを圧縮率２.５％となるように周方向に圧縮して矯正した。そして、曲げ加工後の金属曲げ管Ｗおよび矯正後の金属曲げ管Ｗについて、図４に示す金属曲げ管Ｗに付した３−４部位を測定台に固定し、同図中の８箇所の部位における周方向の４箇所（上下、左右）の位置（位置精度）を測定した。測定は、３０本（ｎ＝３０）の金属曲げ管Ｗについて行った。
【００２７】
図６は曲げ加工後の金属曲げ管の測定結果を、図７は矯正後の金属曲げ管の測定結果をそれぞれ示したものである。これより、曲げ加工後の金属曲げ管は、図６に示されるように位置のバラツキ（３σ）が著しく大きくなっており、スプリングバックが各金属曲げ管で様々な大きさに現われることが明らかである。これに対し、本プレス金型により矯正した金属曲げ管は、図７に示されるように、位置のバラツキが極めて小さくなっており、矯正によりスプリングバックが解消されたことが明らかである。なお、図７中、Ｔ線は目標偏差であり、矯正後の金属曲げ管はこの目標を十分に満足している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る金属曲げ管の矯正用プレス金型の要部構造を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。
【図３】本プレス金型の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の矯正対象である金属曲げ管の形状の一例を示す平面図である。
【図５】本プレス金型による金属曲げ管の矯正過程を順を追って示す断面図である。
【図６】本発明の実施例で得られた位置精度の測定結果を示したもので、曲げ加工後の金属曲げ管の位置のバラツキを示すグラフである。
【図７】本発明の実施例で得られた位置精度の測定結果を示したもので、矯正後の金属曲げ管の位置のバラツキを示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１  下型の成形凹部
２  下型
２ａ  下型の拡大部分
３  上型の成形凹部
４  上型
５、６  壁部（壁体）
Ｌ  型割線
Ｓ  断面略楕円形の成形空間
【図１】
0004687890.tif 000002
【図２】
0004687890.tif 000003
【図３】
0004687890.tif 000004
【図４】
0004687890.tif 000005
【図５】
0004687890.tif 000006
【図６】
0004687890.tif 000007
【図７】
0004687890.tif 000008