專利名稱：金屬管的熱彎曲加工方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于彎曲加工金屬管的方法及裝置，特別是涉及在對圓形鋼管或方形鋼管進行熱彎曲加工時可利用的方法及裝置。
背景技術(shù)：
對直管進行彎曲加工形成為彎管的高頻彎曲加工已經(jīng)成為高質(zhì)量彎管制造方法的主流。按照該方法，可獲得與直管相同材質(zhì)的彎管。另外，也可容易地在直管的一部分形成所期望彎曲半徑的彎曲部。
作為通過熱彎曲加工在直管狀金屬管形成彎管部的已有技術(shù)，已知下述專利文獻1。利用高頻感應(yīng)加熱進行熱彎曲加工的該專利文獻1的裝置具有環(huán)狀的加熱冷卻裝置、推進裝置及彎曲臂；該環(huán)狀的加熱冷卻裝置圍繞受到彎曲加工的金屬管的短區(qū)間配置，在前段配置用于對金屬管的上述短區(qū)間進行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈，而且在后段配置用于跟隨地對由該感應(yīng)線圈加熱后的金屬管的加熱部進行冷卻的冷卻裝置；該推進裝置配置于該加熱冷卻裝置的后方并將把持金屬管的后端側(cè)的后方夾持裝置配置于最前端，用于使金屬管朝管中心線方向前進；該彎曲臂配置于上述加熱冷卻裝置的前側(cè)區(qū)域并將把持金屬管的前端側(cè)的前方夾持裝置配置于一端側(cè)，而且在另一端側(cè)設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸心，該旋轉(zhuǎn)軸心處于從上述加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置朝與金屬管的管中心線正交的方向離開的位置，該彎曲臂用于將金屬管的前端側(cè)的前進路線限制成弧狀。
另外，為了由該裝置進行金屬管的熱彎曲加工，進行由彎曲變形過程和形狀固定過程構(gòu)成的彎曲加工的微分動作；在該彎曲變形過程中，首先，用上述2個夾持裝置把持金屬管的兩端部，然后，一邊由加熱冷卻裝置的前段的加熱裝置通過感應(yīng)加熱將金屬管的管中心線方向的短區(qū)間以環(huán)狀加熱成紅熱狀態(tài)，一邊由配置于加熱冷卻裝置后方的推進裝置使金屬管相對加熱冷卻裝置進行管中心線方向的前進，由繞軸心旋轉(zhuǎn)的彎曲臂將金屬管的前端側(cè)的前進路線限制為弧狀地進行前進路線限制，對金屬管施加彎曲力矩，從而使上述紅熱的短區(qū)間產(chǎn)生彎曲變形；在該形狀固定過程中，由加熱冷卻裝置的后段的冷卻裝置跟隨地冷卻在該彎曲變形過程中結(jié)束了彎曲變形的部位，從而固定上述進行了彎曲變形的形狀；通過金屬管的上述前進，使該彎曲加工的微分動作依次向金屬管的后端側(cè)前進，對金屬管的所期望的區(qū)間進行彎曲加工，從而形成金屬管的管中心線方向的所期望區(qū)間受到了彎曲加工的曲管部。
另外，在下述專利文獻2和3中，示出一邊對金屬管施加管中心線方向的壓縮負荷一邊對金屬管進行熱彎曲加工的裝置。
(專利文獻1)日本專利公報特公昭54-30915號(專利文獻2)日本專利公報特開昭54-8154號(專利文獻3)日本專利公報特開昭54-112769號對于船內(nèi)等狹小空間的配管，不需要場所的小R的彎管較好，所以，已有技術(shù)中的作為彎曲加工下限的1.5～3DR(彎曲半徑R與公稱管徑D的比為1.5～3)的彎管得到較多的應(yīng)用，但近來要求1～1.5DR這樣的極小程度。圖19和作為圖19的S20-S20線截面圖的圖20示出按彎曲半徑R對公稱管徑D、半徑r的金屬管進行彎曲時的場合，C表示壓縮側(cè)，T表示拉伸側(cè)，另外，N-N′表示作為壓縮側(cè)C與拉伸側(cè)T的邊界的中立位置。
高頻彎曲加工為對直管進行塑性加工獲得彎管的技術(shù)，所以，在T側(cè)(彎曲外側(cè))，減厚(壁厚的減少)按α＝R/(R+r)＝2R(2R+D)的減厚比發(fā)生，在C側(cè)(彎曲內(nèi)側(cè))，增厚(壁厚的增加)按β＝R/(R-r)＝2R(2R-D)的增厚比發(fā)生。這些式子為忽略由管中心線方向的應(yīng)力導(dǎo)致的偏差的近似式。
在按不加管中心方向的壓縮和拉伸的簡單彎曲方式進行1～5DR(即R＝1～5D)的彎曲加工的場合，上述α、β如下表1所示。
(表1)
T側(cè)的減厚雖然有時也可由管坯的壁厚余量(+公差)彌補，但不能依賴它。另一方面，關(guān)于減厚到什么樣的程度可通用這一點，作為與鋼管相關(guān)的JIS(日本工業(yè)規(guī)格)的尺寸公差的-12.5％即α＝0.875為1個大體基準。如上述表1所示那樣，對于簡單的彎曲加工，在3DR或其以下的小R彎曲加工中，該大體基準得不到滿足。
為此，從上述的“1.5～3DR彎曲時代”起進行作為解決上述問題的技術(shù)的“壓縮彎曲”。關(guān)于壓縮彎曲的公開數(shù)量較多，作為其一例，可列舉出由上述專利文獻2和專利文獻3公開的方法。在這些方法中，作為上述高頻彎曲加工，相對金屬管從后方施加推進力，同時，從金屬管的前方施加對抗該推進力的反推進力，在該狀態(tài)下進行彎曲加工。上述公開技術(shù)的反推進力的施加由缸進行。
通過進行壓縮彎曲，乘上對T側(cè)、C側(cè)通用的壓縮比，結(jié)果，表1的T側(cè)的減厚比α和C側(cè)的增厚比β例如變成以下表2的α′、β′的值。
(表2)
即，伴隨著彎曲加工的T側(cè)的減厚引起的壁厚不足的問題由壓縮彎曲解決，事實上，在1.5～3DR范圍的小R彎曲加工中，已經(jīng)可列舉出良好的業(yè)績。
然而，當成為1～1.5DR范圍的極小R彎曲加工時，產(chǎn)生新的問題。即，隨著彎曲力矩的增大，管橫截面(與管中心的軌跡正交的面)的扁平變形和C側(cè)(彎曲內(nèi)側(cè))管壁的折皺變形這樣的不規(guī)則變形增大；這樣的問題從上述表1和表2也可看出，1～1.5DR范圍的極小R彎曲加工的C側(cè)的增厚比對于簡單彎曲也為1.5～2，對于壓縮彎曲成為2～3這樣較高的值。即，C側(cè)的壓縮變形由壓縮軸向力驅(qū)動，該壓縮軸向力由彎曲向力矩在C側(cè)產(chǎn)生，所以，對于本來在C側(cè)潛在有壓曲的因素的部位，上述壓縮軸向力和與其正交的管橫截面內(nèi)的應(yīng)力或變形性的TC-C方向不平衡及其變動按與上述彎曲力矩的增大或壓縮彎曲產(chǎn)生的高的增厚比對應(yīng)的高水平產(chǎn)生，C側(cè)極易壓曲，結(jié)果，折皺變形增大。上述因素當然也使作為彎曲力矩的反作用產(chǎn)生的扁平變形增大，這些折皺變形和扁平變形的兩不規(guī)則變形的增大在彎曲加工件的外觀和性能產(chǎn)生問題。
作為上述管中心線正交面內(nèi)的應(yīng)力和變形性的不平衡中的特別是容易導(dǎo)致上述折皺變形的因素，可列舉出(1)作為彎曲力矩的反作用產(chǎn)生的管橫截面內(nèi)T-C方向的壓縮應(yīng)力和伴隨著其的管體的扁平變形引起的C側(cè)的內(nèi)外面間的應(yīng)力不平衡，(2)伴隨著由C側(cè)的壓縮軸向力導(dǎo)致的鐓鍛增厚的、朝管內(nèi)外面的管壁隆起量的不平衡，及該不平衡引起的從未加工直管部的管壁上升角度的管內(nèi)外面不平衡，(3)作為反力與C側(cè)的壓縮軸向力對抗的變形阻力的管內(nèi)外溫度不平衡所產(chǎn)生的T-C方向應(yīng)力，(4)彎曲加工開始部的C側(cè)的從非加工對象直管部的增厚隆起上升角度的管內(nèi)外面不平衡(也成為(1)～(3)不平衡的誘因)等不平衡。另外，這些不平衡自身本質(zhì)上也不穩(wěn)定，這也促進了不平衡發(fā)生。
如以上說明的那樣，在金屬管的熱彎曲加工中，作為加到管體的彎曲力矩的反作用，在產(chǎn)生于管體的彎曲外側(cè)(T側(cè))和彎曲內(nèi)側(cè)(C側(cè))的應(yīng)力中產(chǎn)生各種形式的T-C間不平衡，由此使得管體產(chǎn)生扁平變形或C側(cè)的折皺變形這樣的不規(guī)則變形。上述應(yīng)力不平衡、進而上述不規(guī)則變形存在隨著彎曲半徑比即彎曲半徑R與公稱管外徑D的比R/D變小而變得更容易產(chǎn)生的傾向，另外，在為了減輕彎曲加工帶來的T側(cè)的減厚而采用壓縮彎曲加工的場合，還存在彎曲半徑比越小則所需壓縮量越大、不規(guī)則變形更易產(chǎn)生的傾向，這妨礙了將彎曲半徑比的可能范圍擴展到R/D≤1.5這樣范圍的彎曲加工的實現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種彎曲加工技術(shù)，該彎曲加工技術(shù)可使得彎曲加工產(chǎn)生的上述管橫截面內(nèi)應(yīng)力進而上述不平衡不會導(dǎo)致上述不規(guī)則變形的產(chǎn)生，可擺脫與彎曲半徑比相關(guān)的過去的制約。
本發(fā)明的金屬管的熱彎曲加工方法進行由彎曲變形過程和形狀固定過程構(gòu)成的彎曲加工的微分動作；在該彎曲變形過程中，一邊由加熱冷卻裝置的前段的加熱裝置通過感應(yīng)加熱將金屬管的管中心線方向的短區(qū)間以環(huán)狀加熱成紅熱狀態(tài)，一邊由配置于上述加熱冷卻裝置后方的推進裝置使上述金屬管相對該加熱冷卻裝置向管中心線方向前進，由繞軸心旋轉(zhuǎn)的彎曲臂將該金屬管的前端側(cè)的前進路線限制為弧狀地進行前進路線限制，對該金屬管施加彎曲力矩，從而使上述紅熱的短區(qū)間產(chǎn)生彎曲變形；在該形狀固定過程中，由上述加熱冷卻裝置的后段的冷卻裝置跟隨地冷卻在該彎曲變形過程中結(jié)束了彎曲變形的部位，從而固定上述進行了彎曲變形的形狀；通過該金屬管的上述前進，使該彎曲加工的微分動作依次向該金屬管的后端側(cè)前進，對上述金屬管的所期望的區(qū)間進行彎曲加工；其中由為了將上述金屬管安裝于上述推進裝置而配置于該推進裝置的后方夾持裝置和為了將該金屬管安裝于上述彎曲臂而配置于該彎曲臂的前方夾持裝置分別進行上述金屬管的把持，進行該金屬管的把持時，按對金屬管施加管橫截面內(nèi)的與彎曲平面正交的方位的壓縮負荷并阻止與該彎曲平面平行的方位的擴徑的夾緊形式，以在該金屬管產(chǎn)生彈性縮徑的過盈量夾緊該金屬管；在該夾緊把持狀態(tài)下進行上述彎曲加工。
按照上述本發(fā)明構(gòu)成，還帶來這樣的改善，即，大幅度減輕彎曲加工導(dǎo)致的管體的不規(guī)則變形即管橫截面的扁平變形或C側(cè)管壁的折皺變形，解決了上述問題。帶來上述改善的理由可作如下那樣的推斷。
(關(guān)于扁平變形的減輕)扁平變形由隨著彎曲加工時加到管體的彎曲力矩而產(chǎn)生于管橫截面內(nèi)的應(yīng)力(以下為了方便稱為“扁平化應(yīng)力”)的面內(nèi)各向異性引起。該扁平化應(yīng)力如圖1所示那樣，在管橫截面內(nèi)的、與彎曲平面正交的N-N′方位產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σN-N′＝p1，在與彎曲平面平行的T-C方位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力σT-C＝-p2(這里的標記為了方便說明，pi為壓力量綱的正值，+pi表示拉伸模式，-pi表示壓縮模式)，即，具有{σN-N′，σT-C}＝{p1，-p2}模式的面內(nèi)各向異性，該各向異性帶來扁平變形。另外，上述扁平化應(yīng)力產(chǎn)生的區(qū)間對應(yīng)于彎曲力矩的作用區(qū)間，為管體中的位于從后方夾持裝置到前方夾持裝置之間的整個區(qū)間。
在本發(fā)明構(gòu)成中，如圖2所示那樣，通過施加上述夾緊形式(它的實施形式在后面說明)的N-N′方位的壓縮負荷wN-N′＝-p3(p3＞p1)，從而使扁平化應(yīng)力的N-N′方位成分從上述p1(拉伸應(yīng)力)變換成-p3(壓縮應(yīng)力)。另外，作為上述壓縮負荷施加的反作用產(chǎn)生于管體的T-C方位的擴徑作用通過夾持裝置的夾緊而加以阻止，管體從夾持構(gòu)件的內(nèi)周面接受T-C方位的壓縮反力wT-C＝-p4，從而將扁平化應(yīng)力的T-C方位成分從上述-p2(壓縮應(yīng)力)變化成-p4(同樣為壓縮應(yīng)力)。在這里，上述-p4的強度由夾持構(gòu)件的夾持時的自由長度尺寸左右，所以，可通過該尺寸設(shè)定的微調(diào)或夾緊行程的微調(diào)而增減。因此，通過將該壓縮反力-p4設(shè)定為例如-p4≈-p3，從而使扁平化應(yīng)力的面內(nèi)各向異性{σN-N′，σT-C}從上述{p1，-p2}這樣的典型的各向異性模式大幅度減輕為上述{-p3，-p4≈-p3}這樣的大體各向同性的模式的狀態(tài)。如在該狀態(tài)下進行彎曲加工，則即使施加彎曲變形所需要的彎曲力矩，由此帶來的扁平化應(yīng)力的面內(nèi)各向異性也大幅度減輕，所以，要考慮能夠進行引起該各向異性的扁平變形少的彎曲加工。
由夾持部加到管體的N-N′方位的壓縮負荷wN-N′＝-p3和加到管體的T-C方位的壓縮反力wT-C＝-p4，分別經(jīng)由處于兩夾持部間的非加熱狀態(tài)的管體，彈性地傳播到彎曲變形部，在這里，也起到減輕扁平化應(yīng)力的各向異性的作用。但是，由于力與上述傳播距離對應(yīng)地變?nèi)?，所以，最好對其進行彌補地設(shè)定上述{-p3，-p4}值，或者，采取提高傳播效率的措施。另外，產(chǎn)生上述彈性縮徑的管體的夾緊也對上述傳播效率的高位確保有效。這是因為，由上述夾緊產(chǎn)生使管體與夾持構(gòu)件力學地一體化的狀況，夾持構(gòu)件本來具有由上述推進裝置產(chǎn)生的推進力和彎曲力矩的施加所需要的高剛性，所以，通過上述力學的一體化使管體提高有效的截面剛性，上述壓縮負荷或壓縮反力的傳播經(jīng)由不易發(fā)生截面變形的管體有效而且穩(wěn)定地實現(xiàn)。
其中，關(guān)于產(chǎn)生上述彈性縮徑的夾緊的程度，通過實驗判斷成為0.01～0.08％的縮徑率的夾持較適合。這是因為，不到0.01％時，不能按有益的級別獲得上述扁平變形防止效果，另外，當超過0.08％時，產(chǎn)生減少彎曲制品的價值的塑性變形引起的夾持痕跡的危險增加。
(關(guān)于折皺變形的減輕)在折皺變形的減輕中，隨著上述夾緊把持對扁平化應(yīng)力的各向異性的減輕(從而提高彎曲加工中的管體的正圓度)，首先獲得了上述彎曲加工時的各種T-C方位應(yīng)力·變形的不平衡的減輕。此外，通過夾緊把持獲得上述管橫截面剛性的實際提高，由此使相對導(dǎo)致折皺變形的管壁壓曲變形的抵抗性大幅度提高，這帶來更進一步的作用效果。
在以上的本發(fā)明中，將后方夾持裝置配置在上述推進裝置的最前端，使金屬管的彎曲加工結(jié)束時的后方夾持裝置的位置處于金屬管的后端部與上述加熱冷卻裝置之間的、比金屬管的后端部更接近上述加熱冷卻裝置的位置地設(shè)定把持位置，進行該后方夾持裝置對金屬管的把持，這樣，從后方夾持裝置到彎曲變形部的距離縮短，上述逆扁平化應(yīng)力的向彎曲變形部的傳播或金屬管的表觀剛性的提高以良好的效率得到實現(xiàn)，結(jié)果，可進一步確實地減輕扁平變形和抑制折皺變形的發(fā)生。
另外，也可經(jīng)過彎曲加工開始階段的漸增過程使上述彎曲臂的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)達到一定值，經(jīng)過彎曲加工開始階段的漸減過程使由上述推進裝置推進的金屬管的相對加熱冷卻裝置的相對前進速度(ds/dt)與彎曲臂的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)的比例(ds/dθ)，即彎曲變形的實際曲率半徑達到一定值，從而使彎曲加工成為分級彎曲加工，即，在其開始階段，彎曲半徑從比根據(jù)彎曲臂的有效旋轉(zhuǎn)半徑確定的穩(wěn)定彎曲半徑大的半徑變化到該穩(wěn)定彎曲半徑。
這樣，彎曲加工開始階段的彎曲半徑從比根據(jù)彎曲臂的有效旋轉(zhuǎn)半徑確定的穩(wěn)定彎曲半徑大的半徑變化到該穩(wěn)定彎曲半徑，所以，可使彎曲加工開始部的C側(cè)的從非加工對象直管部的增厚隆起的上升為坡狀，而不是急劇的臺階狀，使C側(cè)的折皺變形發(fā)生的初動因素朝管中心線方向分解緩和，從而更有效地對該折皺變形的發(fā)生進行抑制。
另外，在使加熱冷卻裝置、推進裝置及彎曲臂動作而進行的彎曲加工的開始之前，使加熱冷卻裝置的初期位置處于從加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置更偏往金屬管的前端側(cè)的位置，該加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置由垂線與該管中心線的交點位置而確定，其中，該垂線使由加熱冷卻裝置形成的最高升溫部通過彎曲臂的旋轉(zhuǎn)軸心并與金屬管的管中心線正交；接著，一邊使加熱冷卻裝置朝穩(wěn)定位置移動一邊僅使加熱冷卻裝置的加熱裝置動作，開始金屬管的加熱，此后，從到穩(wěn)定位置的途中位置開始減速，使其到達穩(wěn)定位置，同時，與從該減速的開始直到到達穩(wěn)定位置的動作同步，使推進裝置和彎曲臂進行從彎曲加工的開始直到達到上述比例(ds/dθ)的一定值的動作。
這樣，在開始彎曲加工之前，由朝上述穩(wěn)定位置移動的加熱冷卻裝置的加熱裝置加熱金屬管的彎曲加工開始部，所以，可按沿金屬管的壁厚方向使該彎曲加工開始部的加熱溫度均勻化的狀態(tài)開始彎曲加工，為此，可防止該加熱溫度在金屬管的內(nèi)外不同的場合所產(chǎn)生的不規(guī)則變形的發(fā)生地對金屬管進行彎曲加工。
另外，也可通過由彎曲臂對金屬管的前端側(cè)作用與上述推進裝置的推進力相反方向的外力，從而一邊對金屬管施加管中心線方向的壓縮負荷一邊進行該金屬管的彎曲加工。
按照該壓縮彎曲加工，可使作為金屬管的C側(cè)與T側(cè)的邊界的中立位置朝T側(cè)移動，所以，可僅按壓縮量使伴隨著彎曲加工而減厚的該T側(cè)的減厚量相應(yīng)減少，可消除該T側(cè)的壁厚不足。
如設(shè)金屬管的公稱管徑為D，由彎曲臂的有效旋轉(zhuǎn)半徑獲得的金屬管的穩(wěn)定彎曲半徑為R0，則以上說明的金屬管的熱彎曲加工方法在R0≤1.5D這樣的極小R范圍實施金屬管的彎曲加工的場合特別有效。這是因為，在R0≤1.5D這樣的極小R的彎曲中，扁平變形和折皺變形的問題成為主要障礙，本發(fā)明的目的就是在于解決這一問題，此外，在上述極小R彎曲中，從前方夾持裝置到彎曲變形部的距離短，進而從后方夾持裝置到彎曲變形部的距離也可較短，上述壓縮負荷wN-N′和壓縮反力wT-C向彎曲變形部的彈性傳播效率處于高位。
然而，本發(fā)明的金屬管的熱彎曲加工方法在1.5D＜R0的范圍當然也可實現(xiàn)。
本發(fā)明的金屬管的熱彎曲加工裝置具有環(huán)狀的加熱冷卻裝置、推進裝置及彎曲臂；該環(huán)狀的加熱冷卻裝置圍繞受到彎曲加工的金屬管的短區(qū)間配置，在前段配置用于對上述金屬管的上述短區(qū)間進行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈，而且在后段配置用于跟隨地對由該感應(yīng)線圈加熱后的上述金屬管的加熱部進行冷卻的冷卻裝置；該推進裝置配置于該加熱冷卻裝置的后方并將把持上述金屬管的后端側(cè)的后方夾持裝置配置于最前端，用于使上述金屬管朝管中心線方向前進；該彎曲臂配置于上述加熱冷卻裝置的前側(cè)區(qū)域并將把持上述金屬管的前端側(cè)的前方夾持裝置配置于一端側(cè)，而且在另一端側(cè)設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸心，該旋轉(zhuǎn)軸心處于從上述加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置朝與上述金屬管的管中心線正交的方向離開的位置，該彎曲臂用于將上述金屬管的前端側(cè)的前進路線限制成弧狀；其中上述后方夾持裝置和上述前方夾持裝置對該金屬管的管橫截面內(nèi)施加與彎曲平面正交的方位的壓縮負荷，同時，施加阻止與該彎曲平面平行的方位的擴徑的夾緊負荷，從而進行這些裝置對上述金屬管的把持。
按照該裝置，可按由上述具有各向異性的夾緊力進行夾緊的形式、以產(chǎn)生彈性縮徑的過盈量夾緊該金屬管，所以，可實施上述金屬管的熱彎曲加工方法。
該裝置的前方夾持裝置和后方夾持裝置如成為能夠如上述那樣夾緊把持金屬管的構(gòu)造，則可為任意的構(gòu)造。作為其一例，使后方夾持裝置和前方夾持裝置中的至少前方的夾持裝置為具有把持金屬管的2個夾持構(gòu)件的裝置，使這些夾持構(gòu)件中的一方的夾持構(gòu)件為固定夾持構(gòu)件，另一方的夾持構(gòu)件為相對該固定夾持構(gòu)件以回轉(zhuǎn)中心軸為中心自由回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件，通過使該回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件以回轉(zhuǎn)中心軸為中心回轉(zhuǎn)，可與固定夾持構(gòu)件一起把持金屬管，使該回轉(zhuǎn)中心軸位于相對與金屬管的彎曲平面正交的直徑線產(chǎn)生傾斜的直徑線上。
按照該構(gòu)造，可簡單而且效率良好地進行夾緊，該夾緊可同時確保產(chǎn)生上述壓縮負荷wN-N′和壓縮反力wT-C的夾緊形式以及用于產(chǎn)生上述彈性縮徑的夾緊力，另外，用于彎曲加工的金屬管在上述夾持裝置的安裝也變得容易。
按照本發(fā)明，對于1.5DR或其以下的極小R彎曲加工，包括壓縮彎曲在內(nèi)，可抑制管橫截面的扁平變形或在彎曲內(nèi)側(cè)的折皺變形地進行，獲得消除與彎曲半徑比相關(guān)的過去受到的制約的效果。
圖1為示出在受到彎曲加工的金屬管的管橫截面內(nèi)產(chǎn)生的扁平化應(yīng)力的圖。
圖2為示出由本發(fā)明一實施形式的夾持裝置夾緊把持金屬管時的壓縮負荷和壓縮反力的圖。
圖3為示出本發(fā)明一實施形式的裝置整體的平面圖。
圖4為圖3的S4-S4線截面圖。
圖5為圖3的S5-S5線截面圖。
圖6為僅示出圖4中的金屬管和后方夾持裝置的2個夾持構(gòu)件的圖。
圖7為僅示出圖5中的金屬管和前方夾持裝置的2個夾持構(gòu)件的圖。
圖8為示出由圖7的前方夾持裝置夾緊把持金屬管時的夾緊行程的幾何學圖。
圖9為示出對金屬管進行彎曲加工的作業(yè)的第1階段的平面圖。
圖10為示出對金屬管進行彎曲加工的作業(yè)的第2階段的平面圖。
圖11為示出對金屬管進行彎曲加工的作業(yè)的第3階段的平面圖。
圖12為示出對金屬管進行彎曲加工的作業(yè)的第4階段的平面圖。
圖13為示出彎曲加工中的金屬管和加熱冷卻裝置的移動速度的變化的時間圖，為也示出了彎曲臂的旋轉(zhuǎn)速度的圖。
圖14為示出由本實施形式的裝置減輕金屬管的彎曲變形部的扁平變形這一狀態(tài)的金屬管的示意圖。
圖15為示出按照圖13的時間圖實施彎曲加工時的金屬管的彎曲半徑變化的時間圖。
圖16為示出按照圖13的時間圖實施彎曲加工時的金屬管的成為彎管部分的截面圖。
圖17為示出當壓縮彎曲加工金屬管時中立位置移動的圖。
圖18為示出另一實施形式的前方夾持裝置的圖。
圖19為示出按彎曲半徑R對公稱管徑D、半徑r的金屬管進行彎曲加工時的截面圖。
圖20為圖19的S20-S20線截面圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)
用于實施本發(fā)明的形式。圖3為本實施形式的裝置的整體平面圖，在該圖3中，在底盤11上立設(shè)中心軸12，齒輪13以該中心軸12為中心自由回轉(zhuǎn)，彎曲臂14也以該中心軸12為中心自由回轉(zhuǎn)，該彎曲臂14與齒輪13接合，所以，彎曲臂14與齒輪13一體旋轉(zhuǎn)。在彎曲臂14的與中心軸12側(cè)相反的端部側(cè)配置有用于把持要進行彎曲加工的金屬管1的前端側(cè)的前方夾持裝置15，另外，按圍繞要進行彎曲加工的金屬管1的形式配置環(huán)狀的加熱冷卻裝置16。該加熱冷卻裝置16由前段側(cè)即前方夾持裝置15側(cè)的加熱裝置16A和后段側(cè)的冷卻裝置16B構(gòu)成。加熱裝置16A具有通有高頻電流的感應(yīng)線圈，用于對由加熱裝置16A圍繞的金屬管1的短區(qū)間進行感應(yīng)加熱，冷卻裝置16B用于跟隨地冷卻由加熱裝置16A加熱到紅熱溫度的金屬管1的加熱部，具有用于對該加熱部噴射冷卻水的噴射單元。
加熱冷卻裝置16與由伺服電動機等驅(qū)動源17A驅(qū)動的進給裝置17連接，由構(gòu)成該進給裝置17的進給絲杠等的進給作用，使加熱冷卻裝置16朝金屬管1的管中心線A的方向前進、后退。
在加熱冷卻裝置16的后方，配置用于使金屬管1朝管中心線A的方向前進的推進裝置18。該推進裝置18具有金屬管1兩側(cè)的液壓缸19和連接這些液壓缸19的朝加熱冷卻裝置16側(cè)的活塞桿19A的推進構(gòu)件20。在推進裝置18的接近加熱冷卻裝置16的最前端構(gòu)件即該推進構(gòu)件20上，配置用于把持金屬管1的后端側(cè)的后方夾持裝置21。液壓缸19和推進構(gòu)件20配置在設(shè)于上述底盤11上的導(dǎo)向構(gòu)件22上，如圖3的S4-S4線截面圖即圖4所示那樣，在該導(dǎo)向構(gòu)件22上設(shè)置朝金屬管1的管中心線A的方向?qū)ν七M構(gòu)件20進行導(dǎo)向的導(dǎo)向部22A。
如圖3所示那樣，上述前方夾持裝置15配置到位于加熱冷卻裝置16的前側(cè)區(qū)域的彎曲臂14的一端側(cè)，在由后方夾持裝置21將金屬管1的后端側(cè)安裝于推進裝置18后，當由前方夾持裝置15將金屬管1的前端側(cè)安裝于彎曲臂14、使液壓缸19的活塞桿19A進行伸長動作時，由導(dǎo)向構(gòu)件22的導(dǎo)向部22A導(dǎo)向移動的推進構(gòu)件20使金屬管1相對加熱冷卻裝置16前進；同時，該金屬管1的前端側(cè)的前進路線，由以設(shè)于彎曲臂14的另一端側(cè)的中心軸12為中心的該彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)而限制成弧狀，在由加熱冷卻裝置16的加熱裝置16A而將上述短區(qū)間加熱到紅熱溫度的金屬管1，施加由上述前進和上述前進線路限制產(chǎn)生的彎曲力矩，從而使該短區(qū)間進行彎曲變形。
另外，如圖3所示那樣，在以中心軸12為中心自由回轉(zhuǎn)的上述齒輪13上，嚙合有與液壓23的活塞桿23A連接的齒條構(gòu)件24。液壓缸23由伺服閥裝置控制，與齒輪13一體旋轉(zhuǎn)的彎曲臂14的以中心軸12為中心的旋轉(zhuǎn)速度成為與液壓缸23的活塞桿23A的動作速度相應(yīng)的速度，該液壓缸23的活塞桿23A的動作速度相應(yīng)于由推進裝置18獲得的金屬管1的前進速度而受到控制。
在上述底盤11上設(shè)置制動構(gòu)件25，該制動構(gòu)件25用于防止彎曲臂14超越圖3所示的初期位置朝推進裝置18側(cè)旋轉(zhuǎn)。
配置于推進裝置18的上述后方夾持裝置21如圖4所示那樣，具有固定配置在形成為四方框狀的推進構(gòu)件20的內(nèi)部下側(cè)的固定夾持構(gòu)件31，可上下自由滑動地裝于推進構(gòu)件20的內(nèi)部上側(cè)的滑動夾持構(gòu)件32，及安裝于推進構(gòu)件20上面、使滑動夾持構(gòu)件32上下移動的液壓缸33。如僅示出金屬管1和兩夾持構(gòu)件31、32的圖6那樣，在兩夾持構(gòu)件31、32上形成半圓形的凹部31A、32A，該半圓形的凹部31A、32A為可留下圖示間隙δ1地正好與金屬管1配合的尺寸，通過由液壓缸33朝下移動滑動夾持構(gòu)件32，從而由這些凹部31A、32A把持金屬管1。
當由兩夾持構(gòu)件31、32把持金屬管1時，該把持以在金屬管1由彈性縮徑產(chǎn)生的過盈量進行，該彈性縮徑與凹部31A、32A相對該金屬管1的管徑的上下深度對應(yīng)，即，如由圖2說明的那樣，金屬管1的N-N′方位按施加產(chǎn)生彈性縮徑(上述0.01～0.08％大體基準)的壓縮負荷wN-N′的形式進行。作為施加該壓縮負荷wN-N′的反作用，要使管體朝T-C方向擴徑，但該反作用通過如上述那樣正好配合于金屬管1地制作的兩夾持構(gòu)件31、32的凹部31A、32的阻擋而加以阻止，擴徑?jīng)]有進展，而是從兩夾持構(gòu)件31、32對管體施加T-C方向的壓縮反力。該壓縮反力wT-C按與上述N-N′方位的壓縮負荷wN-N′相應(yīng)的強度產(chǎn)生，所以，通過在產(chǎn)生上述大體基準的彈性縮徑的范圍內(nèi)調(diào)整上述wN-N′的強度，可將上述壓縮反力wT-C調(diào)整為產(chǎn)生上述大體基準的彈性縮徑強度。結(jié)果，金屬管1在N-N′方位和T-C方位都產(chǎn)生相同程度強度的壓縮應(yīng)力，從而導(dǎo)致扁平變形的扁平化應(yīng)力的管橫截面內(nèi)各向異性改善為在所有方位產(chǎn)生壓縮應(yīng)力的大體各向同性的狀態(tài)，上述引起各向異性的扁平變形大幅度減輕。
配置于彎曲臂14的上述前方夾持裝置15如圖3的S5-S5線截面圖即圖5所示那樣，具有固定于彎曲臂14的固定夾持構(gòu)件34，可相對該固定夾持構(gòu)件34以回轉(zhuǎn)中心軸35為中心自由回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36，及按與金屬管1的彎曲平面平行的方向安裝于固定夾持構(gòu)件34的立起部34B上并以回轉(zhuǎn)中心軸35為中心使回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36回轉(zhuǎn)的液壓缸37?；剞D(zhuǎn)中心軸35不配置到與金屬管1的彎曲平面正交的直徑線B上，而是配置到相對該直徑線B從金屬管1中心朝金屬管1的C側(cè)(彎曲側(cè))傾斜圖示θ角度的直徑線D上。
如僅示出金屬管1和兩夾持構(gòu)件34、36的圖7那樣，在固定夾持構(gòu)件34和回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36上也形成半圓形的凹部34A、36A，這些凹部34A、36A為可余留位于與回轉(zhuǎn)中心軸35相反側(cè)的圖示間隙δ2地正好與金屬管1配合的尺寸，所以，回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36由液壓缸37的活塞桿37A推壓，以回轉(zhuǎn)中心軸35為中心朝固定夾持構(gòu)件34側(cè)回轉(zhuǎn)，從而由這些凹部34A、36A把持金屬管1。當這樣把持金屬管1時，如圖8所示那樣，由杠桿原理使回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36朝N-N′方位按ΔV＝D(1-cosθ)/2的行程(D為金屬管1的外徑)夾持金屬管1，根據(jù)該ΔV朝金屬管1的N-N′方位施加與金屬管1的壓縮彈性率等相應(yīng)的圖2的壓縮負荷wN-N′，作為該壓縮負荷施加的反作用，與圖4、圖6的夾持構(gòu)件31、32的場合同樣，T-C方位的圖2的壓縮反力wT-C由夾持構(gòu)件34、36產(chǎn)生，這樣，與上述后方夾持裝置21同樣，實現(xiàn)按全周壓縮模式的夾緊把持。
關(guān)于由這些夾持構(gòu)件34、35進行的金屬管1的彈性縮徑的夾緊把持，通過設(shè)定直徑線D相對直徑線B的傾斜角度θ或凹部34A、36A相對金屬管1的管徑的深度，N-N′方位的壓縮負荷wN-N′的調(diào)整和T-C方位的壓縮反力wT-C的調(diào)整也可與圖4、圖6的夾持構(gòu)件31、32的場合同樣地進行。
在上述例中，示出作為夾持構(gòu)件31、32或34、36使用一體構(gòu)造件的形式，但也可為使用嵌木細工構(gòu)造件(例如用鍵槽組合大尺寸的主體部分與正好配合于金屬管1的內(nèi)襯部分的結(jié)構(gòu)的構(gòu)造件)作為這些夾持構(gòu)件的形式。該形式作為受到彎曲加工的金屬管的外徑尺寸有多種的場合的對策有用。
另外，作為上述夾持構(gòu)件的T-C側(cè)凹部深度等微調(diào)單元，將適當厚度的金屬薄板片(所謂的墊片)嚙入到金屬管1與上述夾持構(gòu)件間的形式也有用，特別是在希望對壓縮負荷wN-N′與壓縮反力wT-C的比例進行微調(diào)的場合有用。
雖然上述嵌木細工方式和墊片插入手法都能夠以不選擇夾持構(gòu)件的形式地適用，但特別容易適用的是T側(cè)或C側(cè)的凹部按1條軌跡形成的圖5、圖7的夾持構(gòu)件34、36的形式。
圖9～圖12為按其作業(yè)順序示出使上述進給裝置17、液壓缸19的伺服閥裝置、加熱冷卻裝置16、前方夾持裝置15、后方夾持裝置21等動作而進行的金屬管1的彎曲加工的圖，由這些進給裝置17等的動作進行的金屬管1的彎曲加工由記錄于計算機的程序如以下進行。
如圖9所示那樣，彎曲加工開始前的加熱冷卻裝置16的初期位置E成為比加熱冷卻裝置16的穩(wěn)定位置I更偏往金屬管1的前端側(cè)的位置，該穩(wěn)定位置I由垂線G與管中心線A的交點位置H確定，該垂線G通過彎曲臂14的中心軸12的旋轉(zhuǎn)軸心F并與金屬管1的管中心線A正交。此后，加熱冷卻裝置16一邊朝穩(wěn)定位置I移動一邊僅使加熱裝置16A動作，開始金屬管1的加熱，加熱冷卻裝置16從到穩(wěn)定位置I的途中位置開始減速地到達穩(wěn)定位置I。然后，如在后述的圖13的說明中可以看出的那樣，當該減速開始時，開始由推進裝置18實現(xiàn)的金屬管1的前進和彎曲臂14的以中心軸12為中心的旋轉(zhuǎn)來進行金屬管1的彎曲加工。
在圖10～圖12所示的該彎曲加工中，進行微分動作。即，金屬管1的管中心線A方向的短區(qū)間由加熱冷卻裝置16的加熱裝置16A的感應(yīng)加熱按環(huán)狀加熱到紅熱溫度；由推進裝置18使金屬管1相對加熱冷卻裝置16朝管中心線A方向前進，由以中心軸12為中心進行軸心旋轉(zhuǎn)的彎曲臂14將金屬管1的前端側(cè)的前進路線限制為弧狀而進行前進路線限制，從而在金屬管1施加彎曲力矩；通過這樣在金屬管1施加彎曲力矩，從而使金屬管1的加熱到紅熱溫度的上述短區(qū)間產(chǎn)生彎曲變形；然后，結(jié)束了彎曲變形的部分在加熱后由加熱冷卻裝置16的冷卻裝置16B跟隨地冷卻，從而將彎曲變形后的部分固定化為該彎曲變形后的形狀，這樣使金屬管1的管中心線A方向的短區(qū)間成為形狀固定了的彎曲變形部。該微分動作由金屬管1的上述前進依次前進到金屬管1的后端側(cè)，從而對金屬管1的所期望區(qū)間進行彎曲加工。
圖13為示出以上的彎曲加工的金屬管1的移動速度J和加熱冷卻裝置16的移動速度K的變動的時間圖，在該時間圖中，為了與金屬管1的移動速度J對比，還示出了由圖3所示液壓缸23的活塞桿23A的動作速度設(shè)定的彎曲臂14的以中心軸12為中心的旋轉(zhuǎn)速度L(dθ/dt)。另外，在圖13的表示速度的縱軸，+(正)表示朝圖3和圖9～圖12的右側(cè)的前進速度，-(負)表示朝圖3和圖9～圖12的左側(cè)的后退速度。
圖13的橫軸的時間t1為圖8所示時刻，該時間t1時的加熱冷卻裝置16的初期位置E如上述那樣，成為比上述穩(wěn)定位置I更偏往金屬管1的前端側(cè)的位置。此后，加熱冷卻裝置16如圖13的速度K所示那樣，按一定速度后退，該后退速度從時間t2開始減少，在時間t3為零，即加熱冷卻裝置16成為停止狀態(tài)，在該時間t3，加熱冷卻裝置16達到穩(wěn)定位置I。然后，該加熱冷卻裝置16停止在穩(wěn)定位置I直到時間t4，接著，加熱冷卻裝置16從時間t4到時間t5一邊增加速度一邊后退。時間t5時的狀態(tài)由圖12示出。另一方面，由推進裝置18實現(xiàn)的金屬管1的前進從時間t1到時間t2不進行，該金屬管1的前進從時間t2開始，該前進速度如圖13的速度J所示那樣增加直到時間t3。此后，金屬管1從時間t3到時間t4按一定速度前進，此時的狀態(tài)由圖10和圖11示出，金屬管1的前進速度從時間t4開始減少，在時間t5成為零。
在從以上的時間t1到時間t5，金屬管1的相對加熱冷卻裝置16的相對速度(即速度差J-K＝ds/dt)常時為一定值，為此，從加熱冷卻裝置16的加熱裝置16A輸入到金屬管1的熱量成為每金屬管1的單位長度一定量，這樣，金屬管1均勻地受到加熱。
可是，當金屬管1如上述那樣受到彎曲加工時，受到彎曲加工而產(chǎn)生塑性變形的彎曲變形部，由隨著向金屬管1施加上述彎曲力矩而產(chǎn)生于與管中心的軌跡正交的管橫截面內(nèi)的扁平化應(yīng)力的作用，要如圖14的M所示那樣朝N-N′方向長徑化、產(chǎn)生扁平變形。
然而，在本實施形式的裝置中，金屬管1的彎曲加工在由前方夾持裝置15把持金屬管1的前端側(cè)、由后方夾持裝置21把持金屬管1的后端側(cè)的狀態(tài)下進行，這些把持如上述那樣，按在金屬管1產(chǎn)生彈性縮徑的過盈量進行，該夾緊形式成為這樣的夾緊形式，即，在金屬管1施加與彎曲加工的彎曲平面正交的方位N-N′的壓縮負荷，而且阻止與彎曲平面平行的T-C方位的金屬管1的擴徑。另外，上述方位N-N′的壓縮負荷和由上述夾緊形式阻止作為其反作用的T-C方位的擴徑而施加于金屬管1的T-C方位的壓縮反力，彈性地傳遞到彎曲加工中的金屬管1的彎曲變形部，由此減輕該彎曲變形部的扁平化應(yīng)力的管橫截面內(nèi)各向異性，減輕扁平變形等不規(guī)則變形。
結(jié)果，例如可將要如圖14的M那樣進行扁平變形的金屬管1的扁平程度減輕為圖14的P的程度。另外，可抑制C側(cè)的折皺變形的發(fā)生地對金屬管1進行彎曲加工，另外，設(shè)金屬管1的公稱管徑為D，基于彎曲臂14的有效旋轉(zhuǎn)半徑的金屬管1的穩(wěn)定彎曲半徑為R0(參照圖12)，則可在R0≤1.5D的范圍進行金屬管1的彎曲加工，更為具體地說，還可在1＜R0≤1.5D的范圍進行。
另外，在本實施形式中，如圖12所示那樣，后方夾持裝置21配置于上述推進裝置18的最前端，這樣，將金屬管1的彎曲加工結(jié)束時的后方夾持裝置21的位置設(shè)定為比金屬管1后端部與加熱冷卻裝置16之間的金屬管1的后端部更接近加熱冷卻裝置16的位置，所以，從后方夾持裝置21的把持位置到上述彎曲變形部的距離變短，可更有效地進行對于彎曲變形部的N-N′方位的壓縮負荷或T-C方位的壓縮反力的傳遞，可更確實地抑制扁平變形或在C側(cè)的折皺變形的發(fā)生。
另外，在本實施形式中，圖13所示彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度L中的、時間t2與時間t3間的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)如由L1所示那樣，相對時間大體成比例地增加，在該例中，圖3示出的液壓缸23的活塞桿23A的動作速度由上述伺服閥裝置控制，從而使成為彎曲加工開始階段的從時間t2到時間t3的彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)經(jīng)過漸增過程達到一定值。為此，由推進裝置18產(chǎn)生的金屬管1相對加熱冷卻裝置16的相對前進速度(J-K＝ds/dt)與彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度(L＝dθ/dt)的比例(ds/dθ)，換言之，彎曲半徑R，經(jīng)過時間t2與時間t3間的漸減過程達到一定值。
圖15的Q表示金屬管1的彎曲半徑R相對時間的變化。如上述那樣，當金屬管1相對加熱冷卻裝置16的相對前進速度(J-K＝ds/dt)與彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度(L＝dθ/dt)的比例(ds/dθ)變化時，如圖15的Q中的Q1部分所示那樣，在時間t2與時間t3之間的金屬管1的彎曲加工開始階段中，彎曲半徑R從比根據(jù)彎曲臂14的有效旋轉(zhuǎn)半徑確定的穩(wěn)定彎曲半徑R0大的半徑變化到該穩(wěn)定彎曲半徑R0，實現(xiàn)分級(漸變)彎曲加工。
按照該分級彎曲加工，如圖16所示那樣，金屬管1的彎曲加工開始部1A的C側(cè)的金屬管前端側(cè)的從非加工對象直管部1B朝管內(nèi)外的增厚隆起的上升不為急劇的臺階狀，可形成為坡狀，這樣，可進一步更有效地抑制彎曲加工開始部1A的在C側(cè)的折皺變形的發(fā)生。
另外，在本實施形式中，如上述那樣，在從圖13的時間t2的金屬管1的彎曲加工開始之前，設(shè)加熱冷卻裝置16的初期位置E處于比穩(wěn)定位置更偏往金屬管1前端側(cè)的位置，然后，一邊使加熱冷卻裝置16朝穩(wěn)定位置I移動，一邊僅使加熱冷卻裝置16的加熱裝置16A動作而開始金屬管1的加熱，所以，在開始上述分級彎曲加工和按穩(wěn)定彎曲半徑R0進行的穩(wěn)定彎曲加工之前，可沿金屬管1的壁厚方向使上述彎曲加工開始部1A的加熱溫度均勻化。這樣，通過使金屬管1的C側(cè)的增厚所產(chǎn)生的管壁的隆起在管內(nèi)側(cè)和管外側(cè)均勻化，使朝上述管內(nèi)外的坡狀的上升角度(圖16的S1和S2)大體相等，從而更確實地抑制上述折皺變形的發(fā)生。
另外，在本實施形式中，圖13所示彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度L中的時間t4與時間t5之間的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)也如由L2所示那樣，相對時間大體按比例減少，在這里，上述液壓缸23的活塞桿23A的動作速度由上述伺服閥裝置控制，從而使成為彎曲加工結(jié)束階段的從時間t4到時間t5之間的彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度(L＝dθ/dt)經(jīng)過漸減過程成為零。為此，推進裝置18產(chǎn)生的金屬管1相對加熱冷卻裝置16的相對前進速度(J-K＝ds/dt)與彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度(L＝dθ/dt)的比例(ds/dθ)，換言之，彎曲半徑R，經(jīng)過時間t4與時間t5間的漸增過程達到大的值。
這樣，如圖15的Q中的Q2部分所示那樣，在從時間t4到時間t5間的金屬管1的彎曲加工結(jié)束階段，也可實現(xiàn)分級彎曲加工，即，彎曲半徑R從根據(jù)彎曲臂14的有效旋轉(zhuǎn)半徑確定的穩(wěn)定彎曲半徑R0變化到比該穩(wěn)定彎曲半徑R0大的半徑。
按照該分級彎曲加工，上述管壁的隆起的上升為坡狀，另外，在彎曲加工結(jié)束階段，金屬管1的溫度已在壁厚方向均勻化，所以，如圖16所示那樣，可使得金屬管1的彎曲加工結(jié)束部1C的C側(cè)的金屬管后端側(cè)的從非加工對象直管部1D朝管內(nèi)外的增厚隆起上升角度S3與S4大體相同，這樣，在彎曲加工結(jié)束部1C的C側(cè)也可抑制折皺變形的發(fā)生。
另外，在本實施形式中，通過比較圖13的金屬管1的移動速度J與彎曲臂14的旋轉(zhuǎn)速度L可知，從時間t2到時間t5的旋轉(zhuǎn)速度L成為比與移動速度J對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度稍慢的速度(圖13的L＝dθ/dt的表示為這樣的表示尺度，該表示尺度為了判斷與“J＝金屬管1的移動速度”的關(guān)系，通過乘彎曲臂14的有效半徑R0而變換成彎曲臂14的有效旋轉(zhuǎn)圓周速度)。由該速度差，實現(xiàn)一邊從彎曲臂14在金屬管1作用與推進裝置18的推進力相反方向的壓縮負荷一邊進行彎曲加工的壓縮彎曲加工，T側(cè)的減厚量減少與壓縮量相應(yīng)的量。在該場合，如圖17所示那樣，作為金屬管的C側(cè)(壓縮側(cè))與T側(cè)(拉伸側(cè))的邊界的中立位置N-N′從通過金屬管1的中心的位置U1偏往朝T側(cè)偏的位置U2。
通過進行這樣的壓縮彎曲加工，在C側(cè)的增厚量增加的場合，也可通過進行上述分級彎曲加工等確實地防止在該C側(cè)發(fā)生折皺變形。
另外，按照本實施形式，使配置于彎曲臂14的前方夾持裝置15的回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件36以回轉(zhuǎn)中心軸35為中心回轉(zhuǎn)的液壓缸37如圖5所示那樣，成為與金屬管1的彎曲平面平行的方向，因此，可容易地進行該液壓缸37的維修等作業(yè)。
圖18示出另一實施形式的前方夾持裝置45。該前方夾持裝置45具有固定立設(shè)于彎曲臂14的固定夾持構(gòu)件46，由回轉(zhuǎn)中心軸47、48可上下自由回轉(zhuǎn)地連接于該固定夾持構(gòu)件46的第1和第2回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件49、50，由軸51安裝在下側(cè)的第2回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件50的托架52，及安裝于該托架52的液壓缸53，該液壓缸53的活塞桿53A連接于上側(cè)的第1回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件49。在上述3個夾持構(gòu)件46、49、50形成與金屬管1的外周形狀對應(yīng)的圓弧狀凹部46A、49A、50A，通過使活塞桿53A進行伸長動作，從而由這些凹部46A、49A、50A把持金屬管1。
在該實施形式的前方夾持裝置45中，也可按與上述實施形式的前方夾持裝置15和后方夾持裝置21同樣的夾緊形式把持金屬管1。
也可將該前方夾持裝置45用作后方夾持裝置。另外，也可將上述實施形式的前方夾持裝置15用作后方夾持裝置，將上述實施形式的后方夾持裝置21用作前方夾持裝置。
本發(fā)明可用于在R/D≤1.5這樣的范圍也可抑制管橫截面的扁平變形和彎曲內(nèi)側(cè)的折皺變形地進行彎曲半徑比(R/D)小的金屬管的彎曲加工。
權(quán)利要求
1.一種金屬管的熱彎曲加工方法，進行由彎曲變形過程和形狀固定過程構(gòu)成的彎曲加工的微分動作；在該彎曲變形過程中，一邊由加熱冷卻裝置的前段的加熱裝置通過感應(yīng)加熱將金屬管的管中心線方向的短區(qū)間以環(huán)狀加熱成紅熱狀態(tài)，一邊由配置于上述加熱冷卻裝置后方的推進裝置使上述金屬管相對該加熱冷卻裝置向管中心線方向前進，由繞軸心旋轉(zhuǎn)的彎曲臂將該金屬管的前端側(cè)的前進路線限制為弧狀地進行前進路線限制，對該金屬管施加彎曲力矩，從而使上述紅熱的短區(qū)間產(chǎn)生彎曲變形；在該形狀固定過程中，由上述加熱冷卻裝置的后段的冷卻裝置跟隨地冷卻在該彎曲變形過程中結(jié)束了彎曲變形的部位，從而固定上述進行了彎曲變形的形狀；通過該金屬管的上述前進，使該彎曲加工的微分動作依次向該金屬管的后端側(cè)前進，對上述金屬管的所期望的區(qū)間進行彎曲加工；其特征在于由為了將上述金屬管安裝于上述推進裝置而配置于該推進裝置的后方夾持裝置和為了將該金屬管安裝于上述彎曲臂而配置于該彎曲臂的前方夾持裝置分別進行上述金屬管的把持，進行該金屬管的把持時，按對金屬管施加管橫截面內(nèi)的與彎曲平面正交的方位的壓縮負荷并阻止與該彎曲平面平行的方位的擴徑的夾緊形式，以在該金屬管產(chǎn)生彈性縮徑的過盈量夾緊該金屬管；在該夾緊把持狀態(tài)下進行上述彎曲加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管的熱彎曲加工方法，其特征在于將上述后方夾持裝置配置在上述推進裝置的最前端，以使上述金屬管的彎曲加工結(jié)束時的該后方夾持裝置的位置處于上述金屬管的后端部與上述加熱冷卻裝置之間的、比上述金屬管的后端部更接近上述加熱冷卻裝置的位置的方式設(shè)定把持位置，進行該后方夾持裝置對金屬管的把持。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管的熱彎曲加工方法，其特征在于經(jīng)過彎曲加工開始階段的漸增過程使上述彎曲臂的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)達到一定值，經(jīng)過彎曲加工開始階段的漸減過程使由上述推進裝置推進的上述金屬管的相對上述加熱冷卻裝置的相對前進速度(ds/dt)與上述彎曲臂的旋轉(zhuǎn)速度(dθ/dt)的比例(ds/dθ)達到一定值，從而使上述彎曲加工成為分級彎曲加工，即，在其開始階段，彎曲半徑從比根據(jù)上述彎曲臂的有效旋轉(zhuǎn)半徑確定的穩(wěn)定彎曲半徑大的半徑變化到該穩(wěn)定彎曲半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬管的熱彎曲加工方法，其特征在于在使上述加熱冷卻裝置、上述推進裝置及上述彎曲臂動作而進行的上述彎曲加工的開始之前，使上述加熱冷卻裝置的初期位置處于從該加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置偏往上述金屬管的前端側(cè)的位置，該加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置由垂線與該管中心線的交點位置而確定，其中，該垂線使由該加熱冷卻裝置形成的最高升溫部通過上述彎曲臂的旋轉(zhuǎn)軸心并與上述金屬管的管中心線正交；接著，一邊使該加熱冷卻裝置朝該穩(wěn)定位置移動一邊僅使該加熱冷卻裝置的加熱裝置動作，開始上述金屬管的加熱，此后，從到上述穩(wěn)定位置的途中位置開始減速，使其到達該穩(wěn)定位置，同時，與從該減速的開始直到該到達穩(wěn)定位置的動作同步，使上述推進裝置和上述彎曲臂進行從上述彎曲加工的開始直到達到上述比例(ds/dθ)的一定值的動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管的熱彎曲加工方法，其特征在于通過由上述彎曲臂對上述金屬管的前端側(cè)作用與上述推進裝置的推進力相反方向的外力，一邊對該金屬管施加管中心線方向的壓縮負荷一邊進行上述金屬管的彎曲加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬管的熱彎曲加工方法，其特征在于設(shè)上述金屬管的公稱管徑為D，由上述彎曲臂的有效旋轉(zhuǎn)半徑獲得的上述金屬管的穩(wěn)定彎曲半徑為R0，則在R0≤1.5D的范圍實施上述金屬管的彎曲加工。
7.一種金屬管的熱彎曲加工裝置，具有環(huán)狀的加熱冷卻裝置、推進裝置及彎曲臂；該環(huán)狀的加熱冷卻裝置圍繞受到彎曲加工的金屬管的短區(qū)間配置，在前段配置用于對上述金屬管的上述短區(qū)間進行感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈，而且在后段配置用于跟隨地對由該感應(yīng)線圈加熱后的上述金屬管的加熱部進行冷卻的冷卻裝置；該推進裝置配置于該加熱冷卻裝置的后方并將把持上述金屬管的后端側(cè)的后方夾持裝置配置于最前端，該推進裝置用于使上述金屬管朝管中心線方向前進；該彎曲臂配置于上述加熱冷卻裝置的前側(cè)區(qū)域并將把持上述金屬管的前端側(cè)的前方夾持裝置配置于一端側(cè)，而且在另一端側(cè)設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸心，該旋轉(zhuǎn)軸心處于從上述加熱冷卻裝置的穩(wěn)定位置朝與上述金屬管的管中心線正交的方向離開的位置，該彎曲臂用于將上述金屬管的前端側(cè)的前進路線限制成弧狀；其特征在于上述后方夾持裝置和上述前方夾持裝置對該金屬管的管橫截面內(nèi)施加與彎曲平面正交的方位的壓縮負荷，同時，施加阻止與該彎曲平面平行的方位的擴徑的夾緊負荷，從而進行這些裝置對上述金屬管的把持。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬管的熱彎曲加工裝置，其特征在于上述前方夾持裝置和上述后方夾持裝置中的至少上述前方的夾持裝置具有把持上述金屬管的2個夾持構(gòu)件，這些夾持構(gòu)件中的一方的夾持構(gòu)件為固定夾持構(gòu)件，另一方的夾持構(gòu)件為相對該固定夾持構(gòu)件以回轉(zhuǎn)中心軸為中心自由回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件，通過使該回轉(zhuǎn)夾持構(gòu)件以上述回轉(zhuǎn)中心軸為中心回轉(zhuǎn)，可與上述固定夾持構(gòu)件一起把持金屬管，上述回轉(zhuǎn)中心軸位于相對與上述金屬管的彎曲平面正交的直徑線產(chǎn)生傾斜的直徑線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬管的熱彎曲加工方法及裝置，該金屬管的熱彎曲加工方法及裝置可使得彎曲加工產(chǎn)生的應(yīng)力不平衡不導(dǎo)致不規(guī)則變形，可擺脫與彎曲半徑比相關(guān)的過去的制約。受到彎曲加工的金屬管(1)的前端側(cè)由以中心軸(12)為中心旋轉(zhuǎn)的彎曲臂(14)的前方夾持裝置(15)把持，金屬管(1)的后端側(cè)由配置于加熱冷卻裝置(16)后方的推進裝置(18)的后方夾持裝置(21)把持，由推進裝置(18)使由加熱冷卻裝置(16)加熱、冷卻的金屬管(1)前進，由彎曲臂(14)的旋轉(zhuǎn)進行彎曲加工，這樣的彎曲加工作業(yè)由兩夾持裝置(15、21)按產(chǎn)生彈性縮徑的過盈量夾緊金屬管(1)而進行，由該夾緊，在減輕伴隨著彎曲力矩的施加而產(chǎn)生于與管中心的軌跡正交的面內(nèi)的扁平化應(yīng)力的狀態(tài)下進行金屬管(1)的彎曲加工。
文檔編號B21D7/16GK1872441SQ20051013389
公開日2006年12月6日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月30日
發(fā)明者花本幸滿, 河野達美, 山內(nèi)次男 申請人:第一高周波工業(yè)株式會社