マンドレル曲げ加工のサイクルが開始されます。マンドレルがチューブの内径に挿入されます。曲げダイ（左）が半径を決定します。クランプダイ（右）がチューブを曲げダイの周りにガイドして角度を決定します。
様々な業界において、複雑なチューブ曲げ加工の必要性は衰えることなく続いています。構造部品、移動式医療機器、ATVや作業用車両のフレーム、あるいは浴室の金属製安全バーなど、プロジェクトごとに仕様は異なります。
望ましい結果を得るには、優れた設備と、特に適切な専門知識が必要です。他のあらゆる製造分野と同様に、効率的な管曲げ加工は、あらゆるプロジェクトの根底にある基本概念、つまり中核となる活力から始まります。
基本的な活力は、パイプまたはパイプ曲げプロジェクトの範囲を決定する上で役立ちます。材料の種類、最終用途、推定年間使用量などの要素は、製造プロセス、関連コスト、および納期に直接影響します。
最初の重要な要素は、曲率度 (DOB)、つまり曲げによって形成される角度です。次に、曲げるパイプまたはチューブの中心線に沿って伸びる中心線半径 (CLR) があります。通常、達成可能な最小の CLR は、パイプまたはチューブの直径の 2 倍です。CLR を 2 倍して中心線直径 (CLD) を計算します。これは、パイプの中心線軸から 180 度戻り曲げの別の中心線を通る距離です。
内径（ID）は、パイプまたはチューブの内側の開口部の最も広い部分で測定されます。外径（OD）は、壁を含めたパイプまたはチューブの最も広い部分で測定されます。最後に、公称肉厚は、パイプまたはチューブの外面と内面の間で測定されます。
曲げ角度の業界標準許容値は±1度です。各企業には、使用する設備や機械オペレーターの経験と知識に基づいた独自の社内基準があります。
チューブは外径とゲージ（つまり肉厚）に基づいて測定され、価格が提示されます。一般的なゲージには、10、11、12、13、14、16、18、20があります。ゲージが小さいほど肉厚は厚くなります。10ゲージのチューブの肉厚は0.134インチ、20ゲージのチューブの肉厚は0.035インチです。1½インチと0.035インチの外径チューブ。部品図面では肉厚は「1½インチ」と表記されます。20ゲージチューブ。
パイプは、公称パイプサイズ（NPS）、直径（インチ）を表す無次元数、および肉厚表（またはSch.）によって指定されます。パイプは、用途に応じてさまざまな肉厚があります。一般的なスケジュールには、Sch.5、10、40、および80があります。
部品図には、外径 1.66 インチ、NPS 0.140 インチのパイプが壁としてマークされ、続いてスケジュール (この場合は「1¼ インチ、Shi.40 チューブ」) が続きます。パイププランチャートは、関連する NPS とプランの外径と壁厚を指定します。
エルボにとって、外径と肉厚の比率である肉厚係数も重要な要素です。肉厚の薄い材料（18ゲージ以下）を使用する場合は、しわや垂れ下がりを防ぐために、曲げ弧部分により多くのサポートが必要になる場合があります。この場合、高品質な曲げ加工にはマンドレルなどの工具が必要になります。
もう1つの重要な要素は、曲げ半径に対する管の直径である曲げDです。曲げ半径は、Dの値の何倍も大きい値としてよく表されます。例えば、2D曲げ半径が3インチ、外径が6インチの場合です。曲げDが大きいほど、曲げ加工が容易になります。また、壁係数が低いほど、曲げ加工が容易になります。この壁係数と曲げDの相関関係は、パイプ曲げプロジェクトを開始するために必要なものを判断するのに役立ちます。
図1. 楕円率を計算するには、最大ODと最小ODの差を公称ODで割ります。
プロジェクト仕様によっては、材料費を抑えるために、より薄いチューブやパイプの使用が求められる場合があります。しかし、肉厚が薄いと、曲げ部分の形状や均一性を維持し、しわの発生を防ぐために、製造に時間がかかることがあります。場合によっては、こうした人件費の増加が材料費の節約分を上回ってしまうこともあります。
チューブが曲がると、曲がった部分の近くや周囲で円形が100%失われることがあります。このずれは楕円率と呼ばれ、チューブの外径の最大値と最小値の差として定義されます。
例えば、外径2インチのチューブは、曲げ加工後に最大1.975インチまで寸法が変わることがあります。この0.025インチの差は真円度係数であり、許容範囲内である必要があります（図1参照）。部品の最終用途に応じて、真円度の許容範囲は1.5%から8%までとなります。
楕円度に影響を与える主な要因は、エルボDと肉厚です。薄肉材料で小さな半径の曲げ加工を行う場合、楕円度を許容範囲内に収めるのは難しい場合がありますが、不可能ではありません。
真円度は、曲げ加工時にマンドレルをチューブまたはパイプ内に配置することによって制御されます。あるいは、部品仕様によっては、最初からマンドレルに引き伸ばされた（DOM）チューブを使用する場合もあります。（DOMチューブは内径と外径の公差が非常に厳しいです。）真円度公差が小さいほど、必要な工具と生産時間が増えます。
管曲げ加工では、成形された部品が仕様と公差を満たしていることを確認するために、専用の検査装置を使用します（図2参照）。必要な調整は、必要に応じてCNCマシンに転送できます。
ロール曲げは、大きな半径の曲げ加工に最適です。ロール曲げでは、パイプやチューブを三角形に配置された3つのローラーに通します（図3参照）。通常固定されている2つの外側のローラーが材料の下部を支え、内側の調整可能なローラーが材料の上部を押します。
圧縮曲げ。この比較的単純な方法では、曲げダイは静止したままで、カウンターダイが治具の周りの材料を曲げたり圧縮したりします。この方法ではマンドレルは使用せず、曲げダイと目的の曲げ半径との正確な一致が必要です（図4を参照）。
ねじって曲げる。チューブ曲げの最も一般的な形式の 1 つは、回転ストレッチ曲げ (マンドレル曲げとも呼ばれる) であり、曲げと圧力ダイとマンドレルを使用します。マンドレルは、曲げるときにパイプまたはチューブを支える金属棒のインサートまたはコアです。マンドレルを使用することで、曲げ中にチューブが潰れたり、平らになったり、しわになったりするのを防ぎ、チューブの形状を維持および保護します (図 5 を参照)。
この分野には、2つ以上の中心線半径を必要とする複雑な部品のための多半径曲げ加工が含まれます。多半径曲げ加工は、中心線半径が大きい部品（ハードツーリングが選択肢にならない場合）や、1回の完全なサイクルで成形する必要のある複雑な部品にも最適です。
図2．専用機器はリアルタイム診断機能を提供し、作業者が部品の仕様を確認したり、生産中に必要な修正に対処したりするのに役立ちます。
このタイプの曲げ加工を行うには、回転式引き曲げ機に、必要な半径ごとに 2 つ以上の工具セットが備えられています。右曲げ用と左曲げ用の 2 ヘッドプレスブレーキのカスタム設定により、同じ部品に小半径と大半径の両方を提供できます。左右のエルボ間の移行は必要なだけ繰り返すことができ、チューブを取り外したり他の機械を使用したりすることなく、複雑な形状を完全に成形できます (図 6 を参照)。
まず、技術者は曲げデータシートまたは製造図面に記載されているチューブの形状に従って機械をセットアップし、図面から座標と長さ、回転、角度データを入力またはアップロードします。次に、曲げシミュレーションを実行して、曲げサイクル中にチューブが機械や工具に干渉しないことを確認します。シミュレーションで衝突や干渉が示された場合は、オペレーターが必要に応じて機械を調整します。
この方法は通常、鋼鉄またはステンレス鋼製の部品に必要とされるが、ほとんどの工業用金属、肉厚、長さに対応可能である。
自由曲げ。より興味深い方法として、自由曲げでは、曲げるパイプやチューブと同じサイズのダイを使用します（図7参照）。この技術は、180度を超える角度のある曲げや、各曲げの間に直線部分が少ない多半径曲げに最適です（従来の回転ストレッチ曲げでは、ツールが掴むために直線部分が必要です）。自由曲げではクランプが不要なので、チューブやパイプにマーキングする可能性がなくなります。
薄肉チューブは、食品・飲料機械、家具部品、医療機器などによく使用され、自由に曲げ加工を行うのに最適です。逆に、肉厚の厚い部品は、適さない場合があります。
ほとんどのパイプ曲げ加工には工具が必要です。回転式ストレッチ曲げ加工では、最も重要な工具は曲げダイ、加圧ダイ、クランプダイの3つです。曲げ半径と肉厚によっては、適切な曲げ加工を行うためにマンドレルとワイパーダイも必要になる場合があります。複数の曲げ加工が必要な部品には、チューブの外側を掴んでゆっくりと閉じ、必要に応じて回転し、チューブを次の曲げ加工位置に移動させるコレットが必要です。
この工程の核心は、金型を曲げて部品の中心線半径を形成することです。金型の凹型チャンネルダイはチューブの外径にフィットし、材料が曲げられる際に保持するのに役立ちます。同時に、加圧ダイは、チューブが曲げダイに巻き付けられる際にチューブを保持して安定させます。クランプダイは加圧ダイと連携して、チューブが移動する際に曲げダイの直線部分にチューブを押し付けます。曲げダイの終端付近では、材料の表面を滑らかにし、チューブの壁を支え、しわや縞模様を防ぐために、必要に応じてドクターダイを使用します。
マンドレルは、パイプやチューブを支え、チューブの潰れや折れ曲がりを防ぎ、楕円度を最小限に抑えるための青銅合金またはクロム鋼のインサートです。最も一般的なタイプはボールマンドレルです。ボールマンドレルは、マルチ半径曲げや標準的な肉厚のワークピースに最適で、ワイパー、治具、圧力ダイと併用して使用されます。これらが一体となって、曲げを保持、安定させ、滑らかにするために必要な圧力を高めます。プラグマンドレルは、ワイパーを必要としない肉厚パイプの大きな半径のエルボ用のソリッドロッドです。成形マンドレルは、肉厚チューブまたは平均半径に曲げられたチューブの内部を支えるために使用される、曲げられた（または成形された）端部を持つソリッドロッドです。さらに、正方形または長方形のチューブを必要とするプロジェクトでは、特殊なマンドレルが必要です。
正確な曲げ加工には、適切な工具とセットアップが必要です。ほとんどのパイプ曲げ加工会社は工具を在庫しています。在庫がない場合は、特定の曲げ半径に対応できる工具を調達する必要があります。
曲げ金型を作成するための初期費用は大きく変動する可能性があります。この一回限りの料金には、必要な工具を作成するために必要な材料と製造時間が含まれており、これらの工具は通常、後続のプロジェクトで使用されます。部品設計において曲げ半径に柔軟性がある場合、製品開発者は仕様を調整して、サプライヤーの既存の曲げ工具を活用することができます（新しい工具を使用するのではなく）。これにより、コスト管理とリードタイムの​​短縮に役立ちます。
図3. 大半径曲げの製造、チューブを成形するためのロール曲げ、または三角形配置の3つのローラーを備えたチューブの製造に最適です。
曲げ部分またはその付近に穴、スロット、その他の形状を指定すると、レーザー切断はチューブを曲げた後に行う必要があるため、作業に補助的な工程が追加されます。公差もコストに影響します。非常に要求の厳しい作業では、追加のマンドレルやダイが必要になる場合があり、セットアップ時間が長くなる可能性があります。
特注のエルボや曲げ部品を調達する際に、メーカーが考慮しなければならない変数は数多くあります。工具、材料、数量、労働力といった要素がすべて影響します。
パイプ曲げの技術や方法は長年にわたって進歩してきましたが、パイプ曲げの基本原理の多くは変わりません。基本原理を理解し、知識豊富なサプライヤーに相談することで、最良の結果が得られるでしょう。
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