マンドレル曲げ操作サイクルが開始されます。マンドレルはチューブの内径に挿入されます。曲げダイ (左) は半径を決定します。クランプダイ (右) は曲げダイの周囲にチューブを誘導し、角度を決定します。
業界全体にわたって、複雑なチューブ曲げ加工の需要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 や多目的車両のフレーム、さらには浴室の金属製安全バーなど、プロジェクトはそれぞれ異なります。
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。他の製造分野と同様に、効率的なチューブ曲げは、あらゆるプロジェクトの根底にある基本概念である中核的な活力から始まります。
コアバイタリティは、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のに役立ちます。材料の種類、最終用途、推定年間使用量などの要因は、製造プロセス、関連するコスト、および配送リードタイムに直接影響します。
最初の重要な核となるのは、曲率 (DOB)、つまり曲げによって形成される角度です。次は中心線半径 (CLR) です。これは、曲げるパイプまたはチューブの中心線に沿っています。通常、達成可能な最も狭い CLR は、パイプまたはチューブの直径の 2 倍です。CLR を 2 倍にして中心線直径 (CLD) を計算します。これは、パイプまた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開口部の最も広い点で測定されます。外径（OD）は、壁を含むパイプまたはチューブの最も広い領域で測定されます。最後に、公称壁厚は、パイプまたはチューブの外側と内側の表面の間で測定されます。
曲げ角度の業界標準許容範囲は ±1 度です。各企業には、使用する機器や機械オペレーターの経験と知識に基づいた社内標準があります。
チューブは、外径とゲージ (つまり、壁の厚さ) に基づいて測定および見積もられます。一般的なゲージには、10、11、12、13、14、16、18、20 があります。ゲージが低いほど、壁が厚くなります。10 ゲージのチューブの壁の厚さは 0.134 インチで、20 ゲージのチューブの壁の厚さは 0.035 インチです。外径が 1½ インチおよび 0.035 インチのチューブ。部品の印刷では、壁の厚さは「1½ インチ」と呼ばれます。20 ゲージのチューブです。
パイプは、公称パイプサイズ (NPS)、直径を表す無次元数 (インチ単位)、および壁の厚さ表 (または Sch.) によって指定されます。パイプには、用途に応じてさまざまな壁の厚さがあります。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。
1.66インチのパイプ外径と0.140インチのNPSが部品図の壁面にマークされ、その後にスケジュールが続きます。この場合は、「1¼」。Shi.40チューブ。配管プランチャートは、関連するNPSとプランの外径と壁の厚さを指定します。
外径と壁の厚さの比率である壁係数は、エルボのもう 1 つの重要な要素です。薄壁材料 (18 ゲージ以下) を使用する場合は、しわやたるみを防ぐために曲げアークでのサポートを強化する必要があります。この場合、高品質の曲げにはマンドレルやその他のツールが必要になります。
もう一つの重要な要素は曲げ D です。これは、曲げ半径に対するチューブの直径で、曲げ半径は D の値よりも何倍も大きいと言われることがよくあります。たとえば、2D 曲げ半径は 3 インチ、外径パイプは 6 インチです。曲げの D が大きいほど、曲げを形成しやすくなります。また、壁係数が低いほど、曲げやすくなります。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決定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。
一部のプロジェクト仕様では、材料コストを管理するために、より薄いチューブや配管が求められます。ただし、壁が薄くなると、曲げ部分のチューブの形状と一貫性を維持し、しわをなくすために、より多くの製造時間が必要になる場合があります。場合によっては、これらの人件費の増加が材料の節約を上回ります。
チューブが曲がると、曲げ部の近くや周囲で丸い形状が 100% 失われることがあります。この偏差は楕円率と呼ばれ、チューブの外径の最大寸法と最小寸法の差として定義されます。
たとえば、外径 2 インチのチューブは、曲げると最大 1.975 インチになります。この 0.025 インチの差が楕円率であり、許容範囲内に収まっている必要があります (図 1 を参照)。部品の最終用途に応じて、楕円率の許容範囲は 1.5% ～ 8% になります。
楕円度に影響を与える主な要因は、エルボ D と壁の厚さです。薄壁材料を小さな半径で曲げる場合、楕円度を許容範囲内に保つのは難しい場合がありますが、不可能ではありません。
楕円度は、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で制御されます。また、一部の仕様では、最初からマンドレル上に描画された (DOM) チューブを使用します。(DOM チューブは、ID および OD の許容差が非常に厳密です。) 楕円度許容差が低いほど、必要なツールと潜在的な製造時間が長くなります。
チューブ曲げ作業では、特殊な検査装置を使用して、成形された部品が仕様と許容範囲を満たしているかどうかを確認します (図 2 を参照)。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、大きな半径の曲げを作成するのに適しており、パイプまたはチューブを三角形の構成の 3 つのローラーに通します (図 3 を参照)。通常は固定されている 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。これはかなり単純な方法で、曲げダイは固定されたまま、カウンターダイが固定具の周囲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されず、曲げダイと必要な曲げ半径の正確な一致が必要です (図 4 を参照)。
ねじり曲げ。チューブ曲げの最も一般的な形式の 1 つは、回転延伸曲げ (マンドレル曲げとも呼ばれる) であり、曲げおよび圧力ダイとマンドレルを使用します。マンドレルは、曲げ時にパイプまたはチューブを支える金属棒インサートまたはコアです。マンドレルを使用すると、曲げ中にチューブが潰れたり、平坦になったり、しわになったりすることが防止され、チューブの形状が維持および保護されます (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マルチ半径曲げが含まれます。マルチ半径曲げは、大きな中心線半径を持つ部品 (ハードツールがオプションではない場合があります) や、1 つの完全なサイクルで成形する必要がある複雑な部品にも最適です。
図 2. 特殊な装置がリアルタイム診断機能を提供し、オペレーターが部品の仕様を確認したり、製造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ために、ロータリードラベンダーには、必要な半径ごとに 1 セットずつ、2 つ以上のツール セットが付属しています。デュアル ヘッド プレス ブレーキのカスタム セットアップ (右曲げ用と左曲げ用) により、同じ部品で小さい半径と大きい半径の両方を実現できます。左エルボと右エルボの間の遷移は必要に応じて何度でも繰り返すことができるため、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形成できます (図 6 を参照)。
まず、技術者は曲げデータシートまたは生産図面に記載されているチューブの形状に従って機械を設定し、図面から座標を入力またはアップロードし、長さ、回転、角度のデータも入力します。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とツールを通過できることを確認します。シミュレーションで衝突または干渉が示された場合、オペレーターは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で作られた部品に必要ですが、ほとんどの工業用金属、壁の厚さ、長さに対応できます。
フリー曲げ。より興味深い方法として、フリー曲げでは、曲げるパイプまたはチューブと同じサイズのダイを使用します (図 7 を参照)。この技法は、各曲げの間に直線部分がほとんどない、180 度を超える角度または複数半径の曲げに最適です (従来の回転伸張曲げでは、ツールが掴むために直線部分がいくつか必要です)。フリー曲げではクランプが不要なので、チューブまたはパイプに跡が残る可能性がありません。
食品・飲料機械、家具部品、医療機器やヘルスケア機器によく使用される薄肉チューブは、自由に曲げるのに最適です。逆に、壁が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プロジェクトにはツールが必要です。回転ストレッチ曲げでは、曲げダイ、圧力ダイ、クランプダイの 3 つの最も重要なツールがあります。曲げ半径と壁の厚さに応じて、許容できる曲げを実現する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。複数の曲げがある部品には、チューブの外側をつか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に移動するコレットが必要です。
プロセスの核心は、金型を曲げて部品の中心線の半径を形成することです。金型の凹型チャネル ダイはチューブの外径に適合し、曲げる際に材料を保持するのに役立ちます。同時に、圧力ダイは曲げ金型に巻き付けられたチューブを保持して安定させます。クランプ ダイはプレス ダイと連動して、チューブが動く際に曲げ金型の直線部分にチューブを保持します。曲げ金型の終端近くで、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必要がある場合は、ドクター ダイを使用します。
マンドレルは、青銅合金またはクロム鋼のインサートで、パイプやチューブをサポートし、チューブのつぶれやねじれを防ぎ、楕円度を最小限に抑えます。最も一般的なタイプはボール マンドレルです。複数半径の曲げや標準壁厚のワークピースに最適なボール マンドレルは、ワイパー、固定具、圧力ダイと一緒に使用し、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厚肉パイプの大きな半径エルボ用のソリッド ロッドです。成形マンドレルは、厚肉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サポートす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が必要なプロジェクトでは、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、特定の曲げ半径に合わせて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、大きく異なる場合があります。この 1 回限りの料金には、必要なツール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、通常、これらのツールは後続のプロジェクトで使用されます。部品の設計で曲げ半径が柔軟な場合、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ツールを活用できます (新しいツールを使用するのではなく)。これにより、コストを管理し、リード タイムを短縮できます。
図 3. 大きな半径の曲げの製造に最適で、ロール曲げによりチューブまたは 3 つのローラーを三角形に構成したチューブを形成します。
チューブを曲げた後にレーザーを切断する必要があるため、曲げ部またはその付近の指定された穴、スロット、またはその他の機能はジョブに補助的な操作を追加します。許容差もコストに影響します。要求の厳しいジョブでは追加のマンドレルまたは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。
カスタムのエルボやベンドを調達する際にメーカーが考慮する必要がある変数は多数あります。ツール、材料、数量、労働力などの要素がすべて重要な役割を果たします。
パイプ曲げの技術と方法は長年にわたって進歩してきましたが、パイプ曲げの基本の多くは変わっていません。基本を理解し、知識のあるサプライヤーに相談することで、最良の結果を得ることができます。
FABRICATOR は、北米を代表する金属成形および製造業界誌です。この雑誌には、製造業者がより効率的に業務を遂行できるよう、ニュース、技術記事、ケース ヒストリーが掲載されています。FABRICATOR は 1970 年から業界に貢献しています。
The FABRICATOR のデジタル版にフルアクセスできるようになり、貴重な業界リソースに簡単にアクセスできるようになりました。
The Tube & Pipe Journal のデジタル版が完全にアクセス可能になり、貴重な業界リソースに簡単にアクセスできるようになりました。
金属スタンピング市場の最新の技術進歩、ベストプラクティス、業界ニュースを提供する STAMPING Journal のデジタル版にフルアクセスできます。
The Fabricator en Español のデジタル版にフルアクセスできるようになり、貴重な業界リソースに簡単にアクセスできるようになりました。