マンドレルの曲げ操作がサイクルを開始します。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) が曲げダイの周りでチューブをガイドし、角度を決定します。
複雑なチューブ曲げのニーズは業界全体で衰えることなく続いています。構造部品、モバイル医療機器、ATV や多用途車のフレーム、さらにはバスルームの金属製安全バーなど、すべてのプロジェクトは異なります。
望ましい結果を達成するには、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的なコンセプトである核となる活力から始まります。
ある程度の核となる活力は、パイプや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、関連コスト、納期に直接影響します。
最初の重要なコアは曲率 (DOB)、つまり曲げによって形成される角度です。次に中心線半径 (CLR) で、曲げるパイプまたはチューブの中心線に沿って伸びます。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。中心線直径 (CLD) を計算するには CLR を 2 倍します。中心線直径 (CLD) は、パイプまたはパイプの中心線軸から 180 度の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、壁を含むパイプまたはチューブの最も広い領域にわたって測定されます。最後に、公称壁厚は、パイプまたはチューブの外面と内面の間で測定されます。
曲げ角度の業界標準許容誤差は ±1 度です。どの企業も、使用する機器や機械オペレータの経験と知識に基づく内部標準を持っています。
チューブは、外径とゲージ (つまり壁の厚さ) に従って測定され、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、壁は厚くなります: 10 ゲージ。チューブの壁は 0.134 インチ、20 ゲージです。チューブの外径は 0.035 インチ、1 1/2 インチおよび 0.035 インチです。壁は、部品の印刷では「1 1/2 インチ」と呼ばれています。20-ga.tube」。
パイプは、公称パイプ サイズ (NPS)、直径を表す無次元の数値 (インチ)、および肉厚テーブル (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肉厚があります。一般的なスケジュールには、Sch.5、10、40、80 などがあります。
1.66 インチのパイプ。外径と 0.140 インチの NPS が部品図面上の壁にマークされ、その後にスケジュールが続きます。この場合は、「1 1/4」。Shi.40 チューブです。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の厚さを指定します。
外径と壁の厚さの比である壁係数も、エルボにとって重要な要素です。薄壁の材料 (18 ga. 以下) を使用すると、しわや垂れを防ぐために、曲げ円弧での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、高品質の曲げにはマンドレルやその他の工具が必要になります。
別の重要な要素は、ベンド半径に関連するチューブの直径であるベンドDです。たとえば、2Dベンド半径は3インチの値よりも数倍大きい曲げ半径と呼ばれます。OODパイプは6インチです。Dのdが高くなります。ベンドが形成されやすくなります。
図 1. 楕円率パーセントを計算するには、最大 OD と最小 OD の差を公称 OD で割ります。
プロジェクトの仕様によっては、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必要になる場合があります。ただし、壁が薄いと、曲げ部分でのチューブの形状と一貫性を維持し、しわができる可能性を排除するために、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る場合があります。
チューブが曲がると、曲がり付近およびその周囲で円形の形状が 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、曲げた後に最大 1.975 インチまで測定できます。この 0.025 インチの差が楕円率係数であり、これは許容公差内になければなりません (図 1 を参照)。部品の最終用途に応じて、楕円率の公差は 1.5% ～ 8% になることがあります。
楕円性に影響を与える主な要因は、エルボ D と壁の厚さです。薄肉材料で小さな半径を曲げると、楕円度を許容範囲内に保つのが難しい場合がありますが、可能です。
楕円度は、曲げの際にチューブまたはパイプ内にマンドレルを配置することによって制御されます。または、一部の仕様では、最初からマンドレル上に引かれた (DOM) チューブを使用します。(DOM チューブの ID および OD の公差は非常に厳しいです)。楕円度の公差が低いほど、より多くの工具が必要になり、場合によっては製造時間が必要になります。
チューブの曲げ作業では、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が使用されます (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。大きな半径の曲げを作成するのに最適です。ロール曲げでは、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て送ります (図 3 を参照)。通常は固定されている 2 つの外側ローラーが材料の底部を支え、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。この非常に単純な方法では、曲げダイスは静止したままで、カウンターダイスが治具の周囲の材料を曲げまたは圧縮します。この方法ではマンドレルは使用されず、曲げダイスと希望の曲げ半径が正確に一致する必要があります (図 4 を参照)。
ねじって曲げます。チューブ曲げの最も一般的な形式の 1 つは、曲げおよび圧力ダイスとマンドレルを使用する回転ストレッチ曲げ (マンドレル曲げとも呼ばれます) です。マンドレルは、曲げ時にパイプまたはチューブをサポートす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、平らになったり、しわが寄ったりすることがなくなり、それによって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、中心線半径が大きい部品 (ハード ツールは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. 専用装置はリアルタイム診断を提供し、オペレーター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。
このタイプの曲げを実行するために、ロータリー ドロー ベンダーには、希望する半径ごとに 1 つずつ、2 つ以上のツール セットが用意されています。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 (1 つは右への曲げ用、もう 1 つは左への曲げ用) により、同じ部品に小さな半径と大きな半径の両方を提供できます。左右のエルボ間の移行を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することができます (図 6 を参照)。
まず、技術者は、曲げデータシートまたはプロダクションプリント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、長さ、回転、および角度のデータとともにプリントからの座標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行って、曲げサイクル中にチューブが機械や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や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。
自由曲げ。さらに興味深い方法です。自由曲げでは、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)。この手法は、各曲げ間に直線セグメントがほとんどない、180 度を超える角度または複数半径の曲げに最適です (従来の回転ストレッチ曲げでは、ツールを掴むためにいくつかの直線セグメントが必要です)。自由曲げではクランプが必要ないため、チューブやパイプに跡が付く可能性が排除されます。
食品や飲料の機械、家具の部品、医療機器やヘルスケア機器によく使用される薄壁のチューブは、自由曲げに最適です。逆に、壁が厚い部品は有力な候補ではない可能性があります。
ほとんどのパイプ曲げプロジェクトには工具が必要です。回転ストレッチ曲げでは、曲げダイス、加圧ダイス、クランプダイスの 3 つの最も重要なツールが必要です。曲げ半径と壁の厚さに応じて、許容範囲の曲げを実現するためにマンドレルとワイパー ダイス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、チューブの外側を掴んでそっと閉じ、必要に応じて回転させ、チューブを次の曲げに移動するコレットが必要です。
プロセスの中心は、金型を曲げて部品の中心線半径を形成することです。金型の凹溝金型はチューブの外径にフィットし、曲げる際に材料を保持するのに役立ちます。同時に、圧力金型が曲げ金型に巻き付けられるチューブを保持して安定させます。クランプ金型はプレス金型と連動して、移動する曲げ金型の直線部分に対してチューブを保持します。曲げ金型の端近くで、材料の表面を滑らかにする必要がある場合はドクター金型を使用します。 、チューブの壁をサポートし、しわや縞模様を防ぎます。
マンドレル、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、チューブの潰れやよじれを防ぎ、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的な肉厚のワークピースに最適で、ボール マンドレルはワイパー、治具、加圧ダイと連携して使用されます。それらは一緒に、曲げを保持し、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中実ロッドです。フォーミングマンドレルは、厚肉の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、曲がった（または成形された）端を持つ中実ロッドです。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には、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、特定の曲げ半径に対応す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料金は、さまざまな場合があります。この 1 回限りの料金には、必要なツールの作成に必要な材料と製造時間が含まれており、通常は後続のプロジェクトで使用されます。部品設計が曲げ半径に関して柔軟であれば、製品開発者は仕様を調整して、(新しいツールを使用するのではなく) サプライヤーの既存の曲げツールを活用できます。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. 大きな半径の曲げ、チューブを形成するためのロール曲げ、または三角形構成の 3 つのローラーを備えたチューブの製造に最適です。
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、曲げ部分または曲げ付近に指定された穴、スロット、またはその他の特徴があるため、作業に補助的な操作が追加されます。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ス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。
メーカーがカスタムのエルボやベンドを調達する際に考慮する必要がある変数は数多くあります。工具、材料、数量、労力などの要素がすべて影響します。
パイプ曲げの技術と方法は長年にわたって進歩していますが、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。
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