(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張強度５００ＭＰａ級炭素鋼からなる管材の肉厚ｔと外径Ｄの比ｔ／Ｄが４．０％以下の薄肉管を、曲げ半径Ｒと管材の外径Ｄの比Ｒ／Ｄが１．５以下で、かつ曲げ角度が９０度に曲げる管材の回転引き曲げ加工に際し、回転可能な曲げ型及び管材を管軸方向から加圧力１１トン以上で加圧する管ブースター装置及び素管の曲げ外側を加圧し曲げ加工の進行とともに管軸方向に移動するプレッシャー型及び素管の曲げ内側を保持するワイパー型及び管材の内側に心金を有した引き曲げ加工機を用いて管材を回転引き曲げ加工する方法において、
前記心金の外径と管材の内径とのクリアランスが下記（１）式を満足することを特徴とする管材の引き曲げ加工方法。
２．５≦（Ｄ−２ｔ−Ｂ）／（Ｄ−２ｔ）×１００（％）≦７．５……（１）
Ｒ：曲げ半径
Ｄ：管材の外径
ｔ：管材の肉厚
Ｄ−２ｔ：管材の内径
Ｂ：心金の外径
Ｄ−２ｔ−Ｂ：心金と管内径のクリアランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車や空気調和機の曲がり管に用いられる管材の引き曲げ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車或いは空気調和機等には、所定の形状に曲げ加工された多数の管材部品が使用されている。管材を所定形状に曲げるための曲げ加工方法としては、図２に示すような回転引き曲げ加工装置が広く利用されている。回転引き曲げ加工装置は、曲げ案内用の円弧状部を形成した回転可能な曲げ型４にクランプ型３及び曲げ加工の進行とともに管軸方向に移動するプレッシャー型２で管材ｐを円周方向から押し付け保持し、管材ｐの後端を管ブースター装置５で押圧しつつ、クランプ型３を曲げ型４と一体的に回転して管材ｐを曲げ加工する。
【０００３】
かかる管材ｐの曲げ加工においては、図３に示すように管材ｐの曲げの中立軸を中心として、曲げ外側は伸ばされ元の肉厚ｔよりも薄くなり、曲げ内側は縮められ元の肉厚ｔよりも厚くなる。また、曲げ加工時に管材ｐには潰されるような力が働き、管材ｐの断面形状は図４に示すように特に曲げ外側が楕円化するため、図１に示すような心金１を管材ｐの内側に具備し、曲げ加工中に管材ｐが潰れて楕円化（偏平化）するのを防止する技術も広く実施されている。
【０００４】
最近の傾向としては、自動車のエンジンルーム、クーラー等を筆頭に狭小なスペースに取り付けるため、レイアウト上の制約により、曲げ半径Ｒと管材外径Ｄの比（Ｒ／Ｄ）が１．５以下の小Ｒ曲げを要求される場面が多くなってきているとともに、軽量化、コスト低減の観点から管材ｐの肉厚ｔと外径Ｄの比（ｔ／Ｄ）が４．０％以下の薄肉管が使用される傾向が強くなってきている。薄肉管の小Ｒ曲げでは楕円化が顕著になるとともに、曲げ外側ではワレ及び曲げ内側ではシワが発生し易くなるため、所望の部品を得ることは非常に困難であった。
【０００５】
従来、薄肉管の曲げ加工では、楕円化を防止するとともに曲げ内側のシワを抑制するため、心金１を具備すると同時に、心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）とのクリアランスをできるだけ少なくする方法が指向されてきた。しかし、この技術は曲げ外側の減肉については全く考慮されておらず、曲げ外側がワレ易くなるという欠点を有していた。
【０００６】
小Ｒ曲げにおけるワレ、シワ等の不具合を抑制する方法として、特許第２５４４００１号公報では、回転引き曲げ加工装置に曲げ型４の曲げ速度検出器及び管ブースター５の押し速度検出器を取り付け、曲げ速度検出器及び押し速度検出器からの信号に基づいて曲げ速度或いは押し速度を加減速制御することにより、曲げ速度パターンと押し速度パターンを相似にする同期制御を採用することが提案されている。また、特公平２−１５２９１号公報では、曲げ外側の減肉を抑制する方法として、管ブースター５による圧縮曲げの荷重を曲げ型４による引き曲げ荷重より過荷重とし、管ブースター５の押し速度を曲げ型４の曲げ速度より過速度とし、更にプレッシャー型２の移動速度を曲げ型４の曲げ速度より過速度とし、各曲げ工程の荷重及び速度を一定の範囲に制御することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）のクリアランスが従来通り少ない場合には、上記従来技術を採用しても曲げ外側の減肉抑制効果は期待できず、薄肉管の小Ｒ曲げにおけるワレ防止はできなかった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術にともなう課題を解決するためになされたものであり、既存の回転引き曲げ加工装置を用いてｔ／Ｄが４．０％以下の薄肉管をＲ／Ｄが１．５以下の小Ｒ曲げ加工を行うに際して、ワレ、シワを生じることなく加工できる管材の引き曲げ方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、管材の回転引き曲げ加工に際し、回転可能な曲げ型４及び管材ｐを管軸方向から加圧する管ブースター装置５及び管材ｐの曲げ外側を加圧し曲げ加工の進行とともに管軸方向に移動するプレッシャー型２及び管材ｐの曲げ内側を保持するワイパー型６及び管材ｐの内側に心金１を有した引き曲げ加工機を用いて管材ｐを引き曲げ加工する方法について鋭意研究を重ねてきた結果、管材ｐの曲げ外側のワレ及び管材ｐの曲げ内側のシワは、心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）とのクリアランスが最も大きく影響を及ぼしているという知見を得た。
【００１０】
本発明は、以上の知見に基づいて構成されたものであり、引張強度５００ＭＰａ級炭素鋼からなる管材の肉厚ｔと外径Ｄの比ｔ／Ｄが４．０％以下の薄肉管を、曲げ半径Ｒと管材の外径Ｄの比Ｒ／Ｄが１．５以下で、かつ曲げ角度が９０度に曲げる管材の回転引き曲げ加工に際し、回転可能な曲げ型及び管材を管軸方向から加圧力１１トン以上で加圧する管ブースター装置及び素管の曲げ外側を加圧し曲げ加工の進行とともに管軸方向に移動するプレッシャー型及び素管の曲げ内側を保持するワイパー型及び管材の内側に心金を有した引き曲げ加工機を用いて管材を回転引き曲げ加工する方法において、
前記心金の外径と管材の内径とのクリアランスが下記（１）式を満足することを特徴とする。
【００１１】
２．５≦（Ｄ−２ｔ−Ｂ）／（Ｄ−２ｔ）×１００（％）≦７．５……（１）
但し、Ｒは曲げ半径、Ｄは管材の外径、ｔは管材の肉厚、（Ｄ−２ｔ）は管材の内径、Ｂは心金の外径、（Ｄ−２ｔ−Ｂ）は心金と管内径のクリアランスをそれぞれ表わす。
【００１２】
クリアランスが２．５％未満の場合、管材ｐの外径、肉厚公差及び曲げ内側の増肉により、管材は曲げ型、心金、プレッシャー型、ワイパー型で強く挟圧された状態となる。その結果、管ブースターの管軸方向加圧力は管ブースターの前方から挟圧された部位の後方の間に作用するだけで、挟圧領域内にある曲げ部には管ブースターの加圧力は十分作用しない。
【００１３】
そのため、素材の管軸方向から曲げ部への塑性流動が十分なされず、曲げ外側が減肉する。また、曲げ加工中、管材の断面形状が楕円化し、曲げ外側が心金と曲げ型により圧延状態となる場合では、更に大きな減肉が生じる。従って、クリアランスを２．５％以上とする。
【００１４】
一方、クリアランスが、７．５％超えの場合、曲げ初期に素材が内側へ折れこむとともにシワを生じるため、クリアランスは２．５％以上、７．５％以下とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、心金１と管材ｐの位置関係を模式的に示すもので、本発明ではクリアランスを、（Ｄ−２ｔ−Ｂ）／（Ｄ−２ｔ）×１００（％）と定義し、２．５％以上、７．５％以下とする。また、心金の形状は図１に示す自在心金に限定されず、球面心金、半砲弾型心金でなどでも良い。
【００１７】
回転引き曲げ加工装置は、曲げ型４、クランプ型３、プレッシャー型２、管ブースター装置５、ワイパー型６および心金１を備えている。このような回転引き曲げ加工装置に管材ｐを取り付け曲げ加工する際に、図１に示す心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）とのクリアランスを２．５％以上とすることにより、管材ｐの外径、肉厚公差及び曲げ加工中の曲げ内側の増肉を考慮しても、管材ｐは曲げ型４、心金１、プレッシャー型２、ワイパー型６で強く挟圧された状態とはならず、管ブースター装置５の管軸方向加圧力が管長手方向に十分作用した状態で曲げ加工されることになる。このため、曲げ部へ管軸方向からの素材の塑性流動が十分なされるとともに、曲げ中立軸の管外側への移行が速やかに行われるため曲げ外側の減肉が抑制される。
【００１８】
他方、曲げ内側は、ワイパー型６が固定されているため管軸方向への素材の塑性流動の抵抗となり、管ブースター装置５の加圧力は曲げ内側部に十分作用しなくなる。このため、図１に示す心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）とのクリアランスを２．５％以上とすることにより、曲げ内側の過大な増肉は避けられシワの発生も生じにくい。
【００１９】
しかし、クリアランスを７．５％より大きくした場合には、曲げ初期に素材が内側へ折れ込むとともに図８に示すようなシワ、折れ込みを生じるため、これより大きなクリアランスは不適切である。
【００２０】
一方、クリアランスが２．５％未満では、管材ｐの外径、肉厚公差及び曲げ内側の増肉により、管材ｐは曲げ型４、心金１、プレッシャー型２、ワイパー型６で強く挟圧された状態となる。このため、管ブースター装置５の管軸方向加圧力は管ブースター装置５から挟圧された箇所の間に作用するだけで、挟圧領域内にある曲げ部には管ブースター装置５の加圧力が十分に作用できない状態で曲げ加工されることになる。
【００２１】
更に、曲げ加工中には前述したように管材ｐの曲げ外側が楕円化するため、場合によっては管材ｐの曲げ外側は心金１と曲げ型４に強く押し当てられ圧延されるような状態となり、曲げ外側は大きな減肉を生じることとなる。クリアランスの設定を狭くすればこの現象は更に顕著となる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施例を示す心金１の外径Ｂと管材ｐの内径（Ｄ−２ｔ）とのクリアランスの関係を示す模式図である。図２は一般的な回転引き曲げ加工装置の模式図である。この装置は、回転可能な曲げ型４と、管材ｐを管軸方向から加圧する管ブースター装置５と、素管の曲げ外側を加圧し、曲げ加工の進行とともに管軸方向に移動するプレッシャー型２と、素管の曲げ内側を保持するワイパー型６と、管材ｐの中空部に挿入される心金１とを備えている。
【００２４】
この装置を用いて管材ｐを曲げ加工する場合は、曲げ型４にクランプ型３及びプレッシャー型２で管材ｐを押し付け保持し、管材ｐの後端を管ブースター装置５で押圧しつつ、クランプ型３を曲げ型４と一体的に回転して管材ｐを曲げる。ワイパー型６は、管材ｐの曲げ加工に際して管材ｐの曲げ内側のシワ防止のための部材であり、必要に応じて位置調整されボルトにより固定されている。
【００２５】
本装置を用いて、以下に示す従来の曲げ加工条件で曲げ加工を行い、加工後のサンプル外観の目視確認及び加工後のサンプルを図５に示す如く曲げ角度１０゜ピッチ毎に曲げ外側肉厚ｔｏｕｔ、内側肉厚ｔｉｎを調査した。
【００２６】
材質                ：引張強度５００ＭＰａ級炭素鋼（電縫鋼管）
外径Ｄ              ：φ７５ｍｍ
肉厚ｔ              ：２．３ｍｍ（ｔ／Ｄ≒３．１％）
曲げ半径Ｒ          ：８０ｍｍ（Ｒ／Ｄ＝１．０７Ｄ）
曲げ角度            ：９０度
管ブースター加圧力  ：１１ｔｏｎ、１７ｔｏｎ
心金外径Ｂ          ：φ７０ｍｍ
管内径と心金のクリアランス：０．５７％
いずれの管ブースター加圧力でも外観目視ではワレ、シワは生じていないが、図６に示すように曲げ外側の肉厚ｔｏｕｔは３０％を越える減肉を示すことから実用部材としての使用は不適切である。特に曲げ加工後に更にハイドロフォーム等の加工を受ける部材では減肉部から選択的に割れることが予想される。また、管ブースター装置５の加圧力を１１トン、１７トンと５０％も変化させたにも関わらず肉厚分布は殆ど同じであり、管ブースター装置５による減肉抑制効果は全く認められない。
そこで、次に下記の如く心金１の外径Ｂを変更し管材ｐの内径と心金１のクリアランスを変えて同様の調査を行った。なお、クリアランス５％については、管ブースター５の加圧力を１１トンと１７トンの双方を実施した（他クリアランスについては、加圧力１１トンのみ実施）．
管ブースター加圧力  ：１１トン、（１７トン）
心金外径Ｂ          ：φ６９．２０ｍｍ、φ６８．６４ｍｍ、φ６６．８８ｍｍ、φ６５．１２ｍｍ、φ６３．３６ｍｍ
管内径と心金のクリアランス：１．７％、２．５％、５％、７．５％、１０％
図７は前記と同様に加工後のサンプルから曲げ角度１０゜ピッチ毎に肉厚を測定し、肉厚変化率の最大値を管内径と心金１のクリアランスで整理した図である（図６のクリアランス０．５７％の結果も含む）。図７から明らかなように本発明の範囲であるクリアランスを２．５％以上７．５以下とすることにより肉厚の減肉率を５％〜１５％程度抑制できるとともに曲げ外側の減肉を３０％未満に抑制できる。なお、クリアランス１０％の場合は図８に示すように曲げ初期に曲げ内側が折れ込み変形を生じてしまい正常な製品形状と成らないため、図７中のクリアランス１０％のプロット点は参考値としてバツ記号（×）で示す。
【００２７】
また、上述の如くクリアランス０．５７％では管ブースター５の加圧力の影響は認められなかったが、クリアランス５％では管ブースター５の加圧力を増加した場合、減肉が５％程度抑制されていることから、曲げ外側の減肉を更に抑制するには、クリアランスの設定を本発明の如くするとともに管ブースター装置５の加圧力を高めに設定することが望ましい。
【００２８】
図９は曲げ加工後の各サンプルの偏平率の最大値を管内径と心金１のクリアランスで整理した図であるが、クリアランスを大きくした場合の最大偏平率は、クリアランスとほぼ同等か若干少ない傾向にある。一般に実用部材として考えると最大偏平率は１０％以下が望ましいことから、本発明の範囲であるクリアランス２．５％以上７．５％以下は十分実用的と言える。
【００２９】
次に下記の如く曲げ半径Ｒを変更しても本発明の範囲で減肉抑制効果が得られるか確認の調査を行った（他の加工条件は同様である）。
【００３０】
【表１】
0003974439.tif 000002
【００３１】
【表２】
0003974439.tif 000003
【００３２】
表１、２から明らかなように、曲げ半径Ｒを変更しても本発明の範囲で減肉抑制効果が得られるとともに、ワレ、シワ等の不具合もなく、且つ、偏平も十分実用的な範囲で正常に加工できる。
【００３３】
なお、本発明における心金１の形状は、図１に示す自在心金に限定されるものではなく、一般に用いられる球面心金、半砲弾型心金であっても良く、特に形状に限定されるのもではない。また、本発明の効果は、高精度な制御機構を有した回転引き曲げ加工機でも十分発揮されるものであり、回転引き曲げ加工機の性能に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の管材の曲げ加工法によれば、高精度な制御機構を有した回転引き曲げ加工機を用いることなく曲げ外側の減肉による割れが抑制できるとともに曲げ内側にシワの無い曲がり管の製造が可能となり、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す心金と管内径のクリアランスの関係を示す模式図。
【図２】回転引き曲げ加工装置の模式図。
【図３】曲げ加工形態を示す説明図。
【図４】曲げ加工による管材の楕円化を示す断面図。
【図５】曲げ加工後の肉厚測定箇所を示す模式図。
【図６】従来の曲げ加工方法による曲げ加工後の肉厚変化を示す図。
【図７】本発明の曲げ加工法による肉厚の減肉抑制効果を示す図。
【図８】曲げ初期の折れ込み形状を示す模式図。
【図９】本発明の曲げ加工法による管材の偏平状況を示す図。
【符号の説明】
１…心金、
２…プレッシャー型、
３…クランプ型、
４…曲げ型、
５…管ブースター装置、
６…ワイパー型、
ｐ…管材、
Ｄ…管材の外径、
ｔ…管材の肉厚、
Ｂ…心金の外径、
Ｒ…曲げ半径。
【図１】
0003974439.tif 000004
【図２】
0003974439.tif 000005
【図３】
0003974439.tif 000006
【図４】
0003974439.tif 000007
【図５】
0003974439.tif 000008
【図６】
0003974439.tif 000009
【図７】
0003974439.tif 000010
【図８】
0003974439.tif 000011
【図９】
0003974439.tif 000012