本發(fā)明涉及適于通過三點(diǎn)彎曲沖壓將板材沿著其進(jìn)給方向依次按壓來實(shí)施彎曲加工，由此高效地制造在例如管線管(line pipe)等中使用的大徑且壁厚的鋼管的彎曲沖壓成形用模具。

背景技術(shù)：

作為制造在管線管等中使用的大徑且壁厚的鋼管的技術(shù)，廣泛普及有如下的所謂UOE成形技術(shù)：將具有規(guī)定的長(zhǎng)度、寬度、板厚的鋼板沖壓加工成U字狀，接著，在沖壓成形為O字狀后，通過焊接將其端部對(duì)接地接合，形成鋼管，而且為了提高圓度，將其直徑擴(kuò)大(所謂擴(kuò)管)。

但是，在上述UOE成形技術(shù)中，在對(duì)鋼板沖壓加工而將其成形為U字狀、О字狀的工序中需要高的沖壓壓力，因此處于不得不使用大型的沖壓機(jī)械的狀況。

因此，最近，在制造這種鋼管時(shí)，進(jìn)行了減少?zèng)_壓壓力的技術(shù)研究。

作為與該方面相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，如下的彎曲沖壓成形技術(shù)被實(shí)用化：預(yù)先對(duì)鋼板的寬度方向上的端部實(shí)施彎曲加工(端部彎曲)，接著，在通過多次三點(diǎn)彎曲沖壓將鋼板成形為大致圓形后，進(jìn)一步矯正形狀而成為鋼管。

圖9是表示進(jìn)行所述彎曲沖壓成形的情況下的實(shí)施方式的一個(gè)例子的圖。圖中的附圖標(biāo)記101是配置在板材S的搬送路徑內(nèi)的沖模(die)。該沖模101由沿著板材S的搬送方向在兩個(gè)部位支承板材S的左右一對(duì)的棒狀部件101a、101b構(gòu)成，能夠根據(jù)要成形的鋼管的尺寸而改變其相互間隔e。但是，在對(duì)一片板材S進(jìn)行沖壓成形來制造一根開式管的過程中，相互間隔e不會(huì)改變。

另外，附圖標(biāo)記102為能夠向與沖模101接近、遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)的沖頭。該沖頭102由沖頭前端部102a和沖頭支承體102b構(gòu)成，其中沖頭前端部102a具有與板材S直接接觸且將該板材S按壓成凹形狀的向下凸?fàn)畹募庸っ鍷，沖頭支承體102b與該沖頭前端部102a的背面相連而支承該沖頭前端部102a。通常，沖頭前端部102a的最大寬度和沖頭支承體102b的寬度(厚度)相等。另外，附圖標(biāo)記103是形成板材S的搬送路徑的輥。

并且，在上述的適用了三點(diǎn)彎曲沖壓的加工中，一般將加工時(shí)的載荷、產(chǎn)品形狀納入考慮而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定加工次數(shù)和所使用的工具(尤其是形狀)(例如工具的加工寬度為120mm、加工次數(shù)為50～60次左右)。

然而，關(guān)于該彎曲加工方式，加工次數(shù)增大而難以進(jìn)行高效的制造，作為為此所作的對(duì)策，例如在專利文獻(xiàn)1中提出一種如下的方法：在鋼板的寬度方向上的沖壓成形時(shí)，在該鋼板的寬度方向上的兩端部分和中間的特定部分上，分別留存所期望的長(zhǎng)度的直狀部，且將直狀部之間彎曲形成為圓弧部，并且對(duì)接縫部進(jìn)行焊接而形成半成形圓鋼管，在對(duì)該半成形圓鋼管的整體進(jìn)行加熱后，使其成形面從與最終半徑相對(duì)應(yīng)的半圓狀的多個(gè)成形輥之間通過而進(jìn)行熱成形，由此調(diào)整形狀。

但是，上述專利文獻(xiàn)1所公開的方法存在如下的問題：沖壓成形后的成形體具有接近四邊形的形狀，必須另行設(shè)置用于矯正形狀的工序(熱工序)，若包含加熱所花費(fèi)的熱能的消耗量則會(huì)導(dǎo)致制造成本顯著上升。

另外，該方法在為了兼具強(qiáng)度、韌性和焊接性而將經(jīng)過加工熱處理工序制造的板材用作原板的情況下，也有可能損害其特性。

另一方面，在專利文獻(xiàn)2中提出一種如下的方法：緩和在作為上工具發(fā)揮功能的沖頭、與支承該沖頭的曲板(與上述沖頭支承體相當(dāng))的連接部中作用的應(yīng)力，同時(shí)減少三點(diǎn)彎曲沖壓中的加工次數(shù)。

根據(jù)上述專利文獻(xiàn)2，該沖頭的加工寬度比曲板的寬度寬，因此與上圖9所示那樣的沖頭的情況相比，能夠減少三點(diǎn)彎曲沖壓中的加工次數(shù)。另外，該沖頭相對(duì)于曲板而旋轉(zhuǎn)自如地安裝，因此，由于在該曲板上除因旋轉(zhuǎn)部的摩擦而產(chǎn)生的小彎矩以外不會(huì)作用有其他載荷，所以具有減輕施加于設(shè)備的載荷的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于旋轉(zhuǎn)支承部比曲板的寬度小，所以擔(dān)心大的面壓作用于該部位而引起該旋轉(zhuǎn)支承部的磨耗和變形，而有可能在早期階段無法維持旋轉(zhuǎn)功能。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2005-324255號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-82219號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

如上述那樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，不容易單純地?cái)U(kuò)大在彎曲沖壓成形中使用的沖頭的加工寬度，為了在擴(kuò)大沖頭的加工寬度的同時(shí)避免對(duì)沖頭前端部與沖頭支承體的連接部施加過大的載荷，充分地增大沖頭支承體的寬度(厚度)是有用的。

但是，近年來，從謀求提高彎曲沖壓成形后的工序中的精度的觀點(diǎn)考慮，要求減小在彎曲沖壓成形中使用的沖頭的沖頭支承體的寬度(厚度)。

另外，在通過彎曲沖壓成形將板材成形為圓筒狀而形成管體的情況下，從原理上說，在使作為被成形材的管體從沖頭分開時(shí)，即使將該管體沿其長(zhǎng)度方向拔出，也無法使在管體中彼此相對(duì)的板端部的相互間隔小于沖頭支承體的寬度(厚度)。

在這樣的將板材成形為圓筒狀且彼此相對(duì)的板端部沒有焊接而具有間隙的狀態(tài)下的管體(以下將這樣的管體也稱為開式管)中，在對(duì)彼此相對(duì)的板端部(以下將這樣的部位也稱為接縫部)進(jìn)行焊接時(shí)，需要從管體的外部施加力來使管體變形、并使彼此相對(duì)的板端部相互對(duì)接而消除間隙。在此，在彎曲沖壓成形中，板端部中的間隙越小，則使該板端部相互對(duì)接所需的力就可以越小，并且也難以產(chǎn)生圓度降低等形狀不良。像這樣在彎曲沖壓成形中，對(duì)在擴(kuò)大沖頭的加工寬度的同時(shí)極力抑制沖頭支承體的寬度(厚度)增加的技術(shù)的要求提高。

因此，本發(fā)明的目的在于提出一種在通過三點(diǎn)彎曲沖壓由板材制造鋼管時(shí)，能夠不引起加工工具的磨耗和變形、不損害產(chǎn)品品質(zhì)地高效地實(shí)施彎曲加工的彎曲沖壓成形用模具。

本發(fā)明為一種彎曲沖壓成形用模具，具有：沖模，其沿著板材的進(jìn)給方向隔開間隔地配置，且在兩個(gè)部位支承該板材；和沖頭，其能夠向與該沖模接近、遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)，且將支承在上述沖模上的上述板材沿著其進(jìn)給方向依次按壓而實(shí)施彎曲加工，上述彎曲沖壓成形用模具的特征在于，上述沖頭具有與上述板材直接抵接來按壓上述板材的沖頭前端部、和與該沖頭前端部的背面連結(jié)保持來支承該沖頭前端部的沖頭支承體，在上述沖頭前端部上設(shè)有加工面，該加工面具有與上述沖頭支承體的軸芯一致的加工中心，且由將其寬度方向上的中央?yún)^(qū)域處的半徑設(shè)為最大半徑的非均勻圓弧形成。

在由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的彎曲沖壓成形用模具中，優(yōu)選如下作為用于解決本發(fā)明的技術(shù)課題的具體方法：

1)非均勻圓弧由連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧構(gòu)成，

2)非均勻圓弧由漸開曲線構(gòu)成，

3)在非均勻圓弧由連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧構(gòu)成的情況下，使該連續(xù)圓弧、不連續(xù)圓弧由主圓弧和副圓弧構(gòu)成，其中，主圓弧具有與要加工的圓筒體的內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)的半徑，且具有以上述加工中心為界而左右同等的加工長(zhǎng)度(接觸長(zhǎng)度)，副圓弧與該主圓弧的寬度端緣相連，且具有比主圓弧的半徑小的半徑，而且

4)非均勻圓弧中的主要有助于彎曲加工的圓弧具有小于板材的進(jìn)給量的0.90倍的加工長(zhǎng)度，

5)在連續(xù)圓弧、不連續(xù)圓弧中，主圓弧具有小于板材的進(jìn)給量的0.90倍的加工長(zhǎng)度。

發(fā)明效果

根據(jù)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具，由于在沖頭前端部上設(shè)有加工面，其中該加工面具有與上述沖頭支承體的軸芯一致的加工中心，且由將沖頭前端部的寬度方向上的中央部中的半徑設(shè)為最大半徑的非均勻圓弧構(gòu)成，所以即使板材的彎曲范圍增大，加工面的寬度端也不會(huì)與板材強(qiáng)烈地接觸，而能夠抑制引起沖頭的變形或損傷那樣的過大的彎矩的產(chǎn)生，而且，由于能夠一次性加工與以往相比寬幅的板材，所以能夠以較少的加工次數(shù)得到圓度高的鋼管。另外，也不需要對(duì)板材進(jìn)行加熱那樣的工序，而能夠保持原樣地維持在板材(原板)的制造工序中得到的強(qiáng)度、韌性、焊接性等特性。

另外，根據(jù)本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具，由于使非均勻圓弧為將具有不同半徑的至少兩個(gè)圓弧組合而成的連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧，所以在彎曲加工時(shí)沖頭的加工面的寬度端不會(huì)與板材強(qiáng)烈地接觸。因此，能夠避免引起沖頭的變形或損傷的過大的彎矩產(chǎn)生。另外，能夠比較簡(jiǎn)單地形成加工面。

另外，根據(jù)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的彎曲沖壓成形用模具，通過使非均勻圓弧由漸開曲線構(gòu)成，而能夠容易地形成沖頭的加工面。

而且，根據(jù)本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具，使連續(xù)圓弧、不連續(xù)圓弧由主圓弧和副圓弧構(gòu)成，其中主圓弧具有與要加工的鋼管的內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)的半徑，且具有以上述加工中心為界而左右同等的加工長(zhǎng)度，副圓弧與該主圓弧的寬度端緣相連，具有比該主圓弧的半徑小的半徑，因此能夠在板材的未變形部和已變形部中減小從板材與沖頭的接觸開始點(diǎn)到?jīng)_頭中心為止的距離之差而減小作用于沖頭的力的不平衡，從而能夠?qū)_頭的加工寬度確保得寬、且避免極度的載荷施加于沖頭前端部與沖頭支承體的連接部。

根據(jù)由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具，使形成有非均勻圓弧的加工面的、形成著主要有助于彎曲加工的圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度小于板材的進(jìn)給量的0.90倍，由此在沖頭中不會(huì)產(chǎn)生過大的彎矩，因此沖頭的壽命被延長(zhǎng)，而能夠長(zhǎng)期進(jìn)行穩(wěn)定的彎曲加工，而且，能夠提高鋼管的圓度。尤其是，在使非均勻圓弧為連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧、且使該連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧由主圓弧和副圓弧構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，由于該主圓弧主要有助于彎曲加工，所以通過使形成有該主圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度小于板材的進(jìn)給量的0.90倍，而能夠抑制過大的彎矩產(chǎn)生。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具的實(shí)施方式的圖。

圖2是示意地表示使用圖1所示的彎曲沖壓成形用模具來進(jìn)行按壓的情況下的板材的變形狀態(tài)的圖。

圖3的(a)～(c)是表示彎曲沖壓成形用模具的其他實(shí)施方式的圖。

圖4是表示基于彎曲沖壓成形進(jìn)行的彎曲加工的要領(lǐng)的圖。

圖5是示意地表示使用具有均勻圓弧的沖頭來進(jìn)行彎曲沖壓成形的情況下的板材的變形狀況的圖。

圖6是模具的有助于彎曲加工的加工長(zhǎng)度n_i的說明圖。

圖7是表示在實(shí)施例中使用的沖頭的具體尺寸的圖。

圖8的(a)是表示評(píng)價(jià)鋼管的局部圓度時(shí)所使用的千分表的圖，(b)是表示局部圓度的測(cè)定要領(lǐng)的圖。

圖9是表示遵照現(xiàn)有方法來進(jìn)行彎曲沖壓成形的情況下的實(shí)施方式的一個(gè)例子的圖。

具體實(shí)施方式

以下，使用附圖來更具體地說明本發(fā)明。

圖1是表示本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具的實(shí)施方式的圖。

圖中的附圖標(biāo)記1是配置在板材S的搬送路徑內(nèi)的沖模。該沖模1由沿著板材S的進(jìn)給方向在兩個(gè)部位支承板材S的左右一對(duì)的棒狀部件1a、1b構(gòu)成，其相互間隔e能夠根據(jù)要成形的鋼管的尺寸而改變。但是，在對(duì)一片板材S進(jìn)行沖壓成形來制造一根開式管的過程中，相互間隔e不會(huì)改變。

另外，附圖標(biāo)記2是能夠向與沖模1接近、遠(yuǎn)離的方向移動(dòng)的沖頭。沖頭2具有：沖頭前端部2a，其具有與板材S直接接觸而將該板材按壓成凹形狀的向下凸?fàn)畹募庸っ鍷；和沖頭支承體2b，其與該沖頭前端部2a的背面相連而支承該沖頭前端部2a。另外，附圖標(biāo)記3是形成板材S的搬送路徑的輥。

關(guān)于上述沖頭2的沖頭支承體2b的具體構(gòu)造，雖然沒有圖示，但其上端部與如液壓缸那樣的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連結(jié)，并能夠通過該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而對(duì)沖頭前端部2a付與按壓力。

沖頭支承體2b的寬度(厚度)根據(jù)作為被成形材的板材S的板厚、強(qiáng)度、和要成形的管體的形狀而適當(dāng)設(shè)計(jì)。另外，沖頭支承體2b存在與板材S的端部接觸的情況，因此能夠在沖頭支承體2b的表面上事先配備可更換的磨耗板。通過適當(dāng)更換該磨耗板而能夠不使沖頭支承體2b磨耗地長(zhǎng)時(shí)間使用，因此是優(yōu)選的。

另外，關(guān)于沖頭2的沖頭前端部2a，其主要部分如圖2所示，具有與沖頭支承體2b的軸芯q一致的加工中心O，在設(shè)在其前端部的加工面K上，形成有將寬度方向上的中央?yún)^(qū)域處的半徑r₁設(shè)為最大半徑(其他部位具有比半徑r₁小的半徑r₂)的非均勻圓弧。

在此，在本發(fā)明中規(guī)定的非均勻圓弧是指由具有不同半徑的至少兩個(gè)圓弧組合而成的如圖3的(a)～(c)所示的組合構(gòu)成的圓弧，即由位于加工中心部O上的半徑r₁的圓弧(以下將該圓弧稱為主圓弧K₁)、和具有比該主圓弧K₁小的半徑r₂的圓弧(以下將該圓弧稱為副圓弧K₂)構(gòu)成的圓弧。在圖3中，(a)是在主圓弧K₁與副圓弧K₂的連接點(diǎn)上具有公共的切線(主圓弧K₁的切線與副圓弧K₂的切線所成的角度為0°的情況)的圖，(b)是主圓弧K₁的切線與副圓弧K₂的切線成角度地相連的圖(角度不為0°)，(c)是主圓弧K₁的切線與副圓弧K₂的切線所成的角度為0°但經(jīng)由層差d而相連的圖，以下將(a)所示那樣的形態(tài)的圓弧稱為連續(xù)圓弧(也包含如漸開曲線等那樣具有公共的切線且半徑逐漸變化的圓弧)，以下將(b)(c)所示那樣的形態(tài)的圓弧稱為不連續(xù)圓弧。此外，作為不連續(xù)圓弧也包含圓弧的半徑逐漸變化的圓弧。

沖頭2基本上如上述那樣構(gòu)成為具有沖頭前端部2a和沖頭支承體2b，但能夠事先在沖頭前端部2a與沖頭支承體2b之間夾設(shè)未圖示的間隔件(spacer)。通過事先夾設(shè)間隔件，例如在對(duì)沖頭前端部2a向沖頭支承體2b的安裝角度進(jìn)行微調(diào)整的情況下，通過僅調(diào)整間隔件的形狀而不是調(diào)整沖頭支承體2b自身就能夠?qū)⒃摪惭b角度調(diào)整為恰當(dāng)?shù)慕嵌?。另外，在沖頭前端部2a沿沖模1的長(zhǎng)度方向分割的情況下，通過以單一的間隔件來保持被分割的多個(gè)沖頭前端部2a，而能夠提高保管沖頭前端部2a的情況和將沖頭前端部2a安裝到?jīng)_頭支承體2b上的情況下的處理效率。由于具有以上所述那樣的優(yōu)點(diǎn)，所以優(yōu)選在沖頭前端部2a與沖頭支承體2b之間事先夾設(shè)未圖示的間隔件。

對(duì)于使用由上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的模具并通過彎曲沖壓來對(duì)板材S實(shí)施彎曲加工，只要將該板材S載置到?jīng)_模1上，以規(guī)定的進(jìn)給量間歇地進(jìn)給板材S，且以圖4所示的要領(lǐng)在左右均從該寬度方向的緣部朝向中央部通過沖頭2依次對(duì)該板材S進(jìn)行三點(diǎn)彎曲加工即可。此外，圖4是表示通過對(duì)預(yù)先實(shí)施了端部彎曲加工(后述)的板材S從左列的上向下、接著從中央列的上向下、再從右列的上向下地實(shí)施彎曲加工及板材S的進(jìn)給來成形如右側(cè)最下圖所示那樣的開式管的工序的圖，在該圖4中，對(duì)板材S或沖頭2標(biāo)注的箭頭表示各個(gè)工序中的板材S或沖頭2的移動(dòng)方向。

然而，在以上述那樣的要領(lǐng)對(duì)板材S實(shí)施彎曲加工的情況下(按壓時(shí))，板材S會(huì)以整體傾斜的狀態(tài)與沖模1接觸，若以沖頭前端部2a的加工中心O為基準(zhǔn)，則該板材S以左右不對(duì)稱的狀態(tài)進(jìn)行變形。

若在這樣的狀態(tài)下逐步進(jìn)行板材S的彎曲加工，則為了維持與沖頭2及沖模1的接觸狀態(tài)，板材S與沖頭2的寬度方向的中央(加工中心O)相比在未成形側(cè)大幅傾斜(板材S相對(duì)于沖頭的仿形角度增大)，如圖5所示，沖頭2與板材S接觸的接觸范圍(彎曲加工范圍)與已成形側(cè)相比在未成形側(cè)擴(kuò)大。

沖頭2在上述的接觸范圍的兩端受到成形反作用力，因此當(dāng)從沖頭2的寬度方向的中心(加工中心O)到接觸范圍的兩端為止的距離(L₃、L₄)產(chǎn)生差異時(shí)，在沖頭前端部2a與沖頭支承體2b的連接部中作用有彎矩M(＝P(L₃-L₄))。并且，尤其是在使用了具有由單一圓弧構(gòu)成的加工面的沖頭的三點(diǎn)彎曲加工中，作用有過大的彎矩，由此，擔(dān)心會(huì)對(duì)沖頭前端部2a和/或沖頭支承體2b造成變形或引起損傷。

如圖2所示，本發(fā)明的彎曲沖壓成形用模具的加工面K由非均勻圓弧構(gòu)成，而且，由于副圓弧K₂的半徑比主圓弧K₁的半徑小，所以與具有單一加工面的沖頭相比能夠使非對(duì)稱范圍變窄，因此，即使板材S的加工逐步進(jìn)行下去，沖頭2的寬度端部區(qū)域中的載荷也不會(huì)極端地增大，其結(jié)果為，能夠抑制過大的彎矩產(chǎn)生。

在本發(fā)明中，為了通過彎曲沖壓成形來得到圓度高的鋼管，而使形成為加工面K的主圓弧K₁為具有以上述加工中心O為起點(diǎn)左右同等的接觸長(zhǎng)度的圓弧。

另外，雖然使主圓弧K₁和副圓弧K₂由連續(xù)圓弧或不連續(xù)圓弧構(gòu)成，但圓弧的數(shù)量并沒有特別限定。

另外，雖然加工面K的長(zhǎng)度(周長(zhǎng))根據(jù)要加工的鋼管的尺寸和/或按壓次數(shù)來決定，但為了減少在沖頭2中產(chǎn)生的彎矩且減少按壓次數(shù)而實(shí)現(xiàn)高效的彎曲加工，優(yōu)選加工面K的由主要有助于彎曲加工的圓弧形成的區(qū)域的加工長(zhǎng)度小于板材的進(jìn)給量(進(jìn)給長(zhǎng)度)的0.90倍(在將形成著主要有助于彎曲加工的圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度設(shè)為n_i、將板材S的進(jìn)給量設(shè)為δ的情況下，該加工長(zhǎng)度n_i與板材S的進(jìn)給量δ之比(n_i/δ)小于0.90倍)。在加工面K由主圓弧K₁和副圓弧K₂構(gòu)成的沖頭2中，主圓弧K₁主要有助于彎曲加工，因此使由主圓弧K₁形成的區(qū)域的加工長(zhǎng)度小于板材的進(jìn)給量δ的0.90倍。

在此，如圖6所示，形成著主要有助于彎曲加工的圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度n_i是指，在沖頭2的加工面K中以加工中心O為中心設(shè)定作為目標(biāo)的彎曲成形量(每次的彎曲角度)θ_i的情況下，與該作為目標(biāo)的彎曲成形量θ_i的范圍相對(duì)應(yīng)的加工面K上的長(zhǎng)度(圓弧的長(zhǎng)度)。此外，對(duì)于作為目標(biāo)的彎曲成形量θ_i，若使加工次數(shù)為N，則由于將要加工的板材彎曲加工成與端部彎曲合計(jì)為360°的管狀，所以(360°-2×端部彎曲角度)/N成為每次的彎曲成形量的基準(zhǔn)。

在使用本發(fā)明的沖頭2的彎曲沖壓中，由于加工次數(shù)N通常為三次以上，所以每次的彎曲成形量的基準(zhǔn)為在將端部彎曲角度假定為0°的情況下所計(jì)算的值即120°即可。因此，能夠使沖頭2的加工面K中的彎曲成形量為120°以下(以沖頭2的加工中心O為基準(zhǔn)相當(dāng)于一側(cè)為60°以下)，也可以進(jìn)一步減小到90°以下(以沖頭2的加工中心O為基準(zhǔn)相當(dāng)于一側(cè)為45°以下)。

通常，在通過彎曲沖壓成形將板材成形為管狀的情況下，在彎曲沖壓成形之前，對(duì)板材的板寬端部實(shí)施端部彎曲加工(也被稱為卷邊加工)。這是為了對(duì)與通過彎曲沖壓成形對(duì)板寬中央部實(shí)施彎曲加工的情況相比相對(duì)難以彎曲的板寬端部確保高圓度而實(shí)施的。并且，通過與之后的彎曲沖壓成形合計(jì)地實(shí)施360°的彎曲加工，來使板材成為管狀，因此在彎曲沖壓成形中，付與在端部彎曲中付與的量以外彎曲成形。彎曲沖壓中的每次的彎曲成形量(角度)θ_i為(360°-2×端部彎曲角度)/N，另外，每次付與彎曲的范圍為進(jìn)給量(進(jìn)給長(zhǎng)度)。也就是說，通過按每個(gè)進(jìn)給量付與彎曲成形量θ_i的彎曲來使板材成為管狀。

此時(shí)，當(dāng)板材沿著沖頭2的加工面K時(shí)，在沖頭2上轉(zhuǎn)印彎曲成形量(中心角)θ_i的范圍的形狀而成為彎曲沖壓后的形狀。沿著該彎曲成形量θ_i的區(qū)間的加工面K的長(zhǎng)度(周長(zhǎng)(或圓弧長(zhǎng)度))越接近板材的進(jìn)給量，則被付與曲率的部分越寬，越能夠確保高圓度。但是，當(dāng)彎曲加工范圍變大時(shí)，受到成形反作用力(加工反作用力)的位置從沖頭2的加工面K的加工中心O遠(yuǎn)離，而具有沖頭支承體2b與沖頭前端部2a的連接部中的彎矩增大的不良情況。為了減輕這樣的不良情況，在本發(fā)明中，使形成著主要有助于彎曲加工的圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度n_i小于板材的進(jìn)給量(長(zhǎng)度)的0.90倍。

另外，在通過具有比產(chǎn)品的半徑小的半徑的沖頭2來對(duì)板材S進(jìn)行彎曲加工的情況下，板材S的彎曲部的曲率半徑也減小。在該情況下，由于在作為被成形體的管體上也局部形成有曲率半徑比其他部分小的彎曲成形部，因此若直接留存在產(chǎn)品上則其形狀會(huì)變差。由于加工面K的副圓弧K₂的半徑比主圓弧K₁的半徑小，所以需要注意這樣的不良情況的產(chǎn)生。因此，優(yōu)選基于副圓弧K₂的彎曲加工范圍以副圓弧K₂的中心角計(jì)為15°以下。

此外，當(dāng)與板材接觸的加工面的長(zhǎng)度減短時(shí)，沒有被付與曲率的(即平坦的)部分增多，而也有可能損害圓度，因此優(yōu)選根據(jù)作為對(duì)象的產(chǎn)品的規(guī)格(強(qiáng)度、管厚、尺寸形狀)來適當(dāng)設(shè)定形成著主要有助于彎曲加工的圓弧的區(qū)域的加工長(zhǎng)度(距離)n_i。

實(shí)施例

準(zhǔn)備九片沿著板材S的進(jìn)給方向的尺寸為3713mm、板厚為25.4mm、拉伸強(qiáng)度為745～757Mpa的鋼板(鋼種：API等級(jí).X80)，通過曲率半徑380mm的模具對(duì)各鋼板的兩端部以在215mm的范圍內(nèi)成為16.9度的角度的方式進(jìn)行端部彎曲。

接著，將一側(cè)的距鋼板的中心(沿著進(jìn)給方向的尺寸的中心)1492mm的位置作為加工開始點(diǎn)，并在進(jìn)給間距為298mm/次、彎曲成形量為29.6°/次、沖壓次數(shù)為五次的條件下從左右兩側(cè)朝向鋼板的中心分別實(shí)施三點(diǎn)彎曲加工。

并且，對(duì)于實(shí)施了三點(diǎn)彎曲加工的鋼板，進(jìn)一步在其中心進(jìn)行一次三點(diǎn)彎曲加工(合計(jì)十一次的彎曲加工)，在使鋼板兩端的對(duì)接部的間隔為125mm后，對(duì)該部位進(jìn)行焊接來制造外徑尺寸為1219mm的鋼管，進(jìn)行針對(duì)所得到的鋼管的品質(zhì)及作用于支承沖頭前端部的沖頭支承體的應(yīng)力的調(diào)查。將其結(jié)果與使用具有由單一圓弧構(gòu)成的加工面的沖頭2來進(jìn)行彎曲加工的情況下的結(jié)果一起示出到表1中。

此外，在該彎曲加工中，使用了前端部的半徑為75mm、將棒狀部件1a、1b的相互間隔e(中心之間的距離)設(shè)定成550mm的沖模。另外，沖頭前端部使用寬度為400mm的沖頭前端部，作為支承該沖頭前端部的沖頭支承體，如圖7所示，使用主體部分的寬度(厚度)為100mm且在其前端部上具有固定、保持沖頭前端部的寬度為400mm的承接部的沖頭支承體，在設(shè)于該主體部分與承接部的連接部的半徑為50mm的圓角(R)的端部(圓角的開始部位)上安裝應(yīng)變儀，通過該應(yīng)變儀來測(cè)定作用于沖頭支承體2b的應(yīng)力。

另外，在表1的項(xiàng)目中加工面的形態(tài)為連續(xù)圓弧是指使用具有如下的加工面的沖頭來進(jìn)行彎曲加工的情況：主圓弧和副圓弧在距沖頭前端部的加工中心O為角度15°的位置上使該主圓弧的切線與該副圓弧的切線所成的角度為0°地相連。加工面的形態(tài)為漸開線是指使用具有如下的加工面的沖頭來進(jìn)行彎曲加工的情況：根據(jù)漸開曲線，隨著從沖頭前端部的加工中心O遠(yuǎn)離而半徑逐漸減小。在該漸開線的情況下，主圓弧的半徑表示加工中心O處的半徑的值(即半徑的最大值)，另外副圓弧的半徑表示從加工中心O離開彎曲成形量θ_i：29.6°的1/2的位置、即主要有助于彎曲加工的范圍的半徑的最小值。而且，加工面的形態(tài)為不連續(xù)圓弧是指使用具有如下的加工面的沖頭來進(jìn)行彎曲加工的情況：主圓弧和副圓弧在距沖頭前端部2a的加工中心O為15°的位置上使該主圓弧的切線與該副圓弧的切線所成的角度具有6°之差地相連。

另外，在表1的作用于沖頭支承體的應(yīng)力相對(duì)于疲勞極限應(yīng)力的比中，作用于沖頭支承體的應(yīng)力表示十一次的彎曲加工中的最大值。但是，在實(shí)施中應(yīng)考慮的是作用于沖頭支承體的應(yīng)力相對(duì)于疲勞極限應(yīng)力為何種程度的量。因此，在表1中，示出將作用于沖頭支承體的應(yīng)力除以該沖頭支承體在社團(tuán)法人日本鋼構(gòu)造協(xié)會(huì)編“鋼構(gòu)造的疲勞設(shè)計(jì)指針·解說”中的2×10⁶次應(yīng)力重復(fù)數(shù)下的基本允許應(yīng)力范圍所得的值、即作用于沖頭支承體的應(yīng)力相對(duì)于基本允許應(yīng)力范圍的比。

沖頭的評(píng)價(jià)中，將作用于沖頭支承體的應(yīng)力小于疲勞極限應(yīng)力的情況、即作用于沖頭支承體的應(yīng)力相對(duì)于疲勞極限應(yīng)力的比小于1的情況表示為◎(優(yōu))，將應(yīng)力的比為1.25以下的情況表示為○(可)、將為1.25以上的情況表示為×(不可)。在此，將應(yīng)力重復(fù)數(shù)為1×10⁶次以上的應(yīng)力的比1.25設(shè)為閾值。此外，若為該閾值以下，則由于對(duì)于一根管作用10次(最后第11次形成為大致對(duì)稱，基于彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力基本不會(huì)作用而不對(duì)疲勞壽命造成影響)的重復(fù)應(yīng)力，所以能夠承受1×10⁵根(在為標(biāo)準(zhǔn)的40ft長(zhǎng)度的情況下相當(dāng)于1219km)管的制造，在實(shí)用上沒有問題。

而且，在表1中鋼管的評(píng)價(jià)是針對(duì)局部圓度來實(shí)施的。局部圓度是使用例如圖8的(a)所示那樣的具有腿間距離為D的一對(duì)腿部4a、4b的千分表4，使該腿部4a、4b的腿端4c、4d與所得到的鋼管的周面接觸，并且進(jìn)一步使主軸4e的前端所具有的測(cè)定元件(未圖示)與鋼管的周面接觸，通過讀取相對(duì)于作為鋼管的目標(biāo)形狀的假想正圓的徑向位移來測(cè)定的，表示該值越小則越接近正圓。在本實(shí)施例中，成為沖頭和/或沖模所接觸的部分和未接觸的部分之間的形狀的變動(dòng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在此，使用腿間距離D為150mm的千分表，沿著鋼管的周面的圓周方向來測(cè)定圖8的(b)所示那樣的局部圓度，求出測(cè)定出的局部圓度的最大值，將該值為作為鋼管的代表性標(biāo)準(zhǔn)的API標(biāo)準(zhǔn)的API-2B的公差2.0mm以下的情況表示為◎(優(yōu))，將該值為API-5L的公差3.2mm以下的情況表示為○(良)，將為超過該公差3.2mm的值的情況表示為×(不可)。

[表1]

由表1可以明確，適合于本發(fā)明的沖頭No.A～H在彎曲加工時(shí)施加于沖頭支承體的應(yīng)力的比為1.25以下，沒有觀察到?jīng)_頭的變形或損傷。另外，通過沖頭No.A～H的沖頭而成形的鋼管的局部圓度為2.3mm以下，確認(rèn)到充分地滿足API標(biāo)準(zhǔn)。

可以明確的是，尤其是在沖頭前端部的加工面由連續(xù)圓弧形成(No.A、B、C、E、F)時(shí)，鋼管的局部圓度為2.0mm以下，滿足即使在API標(biāo)準(zhǔn)中也嚴(yán)格的2B標(biāo)準(zhǔn)，能夠不用付加多余的工序地成形品質(zhì)良好的鋼管。

此外，判明了在對(duì)沖頭前端部的加工面適用連續(xù)圓弧的情況下，使副圓弧的半徑為最小的沖頭No.A的接合部中的應(yīng)力的比為0.87，是最小的，所述沖頭支承體能夠半永久地使用。

與此相對(duì)，在主要有助于彎曲加工的區(qū)域的加工長(zhǎng)度(n_i)與板材的進(jìn)給量(δ)之比(n_i/δ)為0.90的沖頭No.I中，即使使其為非均勻圓弧的情況下，施加于沖頭支承體的應(yīng)力的比也較大，為1.30，擔(dān)心沖頭變形或損傷。

而且，可知在使用具有沖頭前端部(該沖頭前端部具有由單一圓弧構(gòu)成的加工面)的沖頭的彎曲加工中，在適用了具有半徑為480mm的加工面的沖頭No.J的情況下，施加于沖頭支承體的應(yīng)力的比增高，而擔(dān)心沖頭變形和/或損傷，另一方面，在適用了具有半徑為455mm、420mm的加工面的沖頭No.K、L的情況下，鋼管的局部圓度具有劣化的傾向。

工業(yè)實(shí)用性

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種彎曲沖壓成形用模具，能夠抑制因過大的彎矩的產(chǎn)生而導(dǎo)致的沖頭變形和/或損傷的影響，并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地且高效地成形圓度高的鋼管。

附圖標(biāo)記說明

1、101 沖模

1a、101a 棒狀部件

1b、101b 棒狀部件

2、102 沖頭

2a、102a 沖頭前端部

2b、102b 沖頭支承體

3、103 輥

4 千分表

4a 腿部

4b 腿部

4c 腿端

4d 腿端

4e 主軸

S 板材

e 相互間隔

K₁ 主圓弧

K₂ 副圓弧

r₁ 半徑

r₂ 半徑

O 加工中心

q 按壓軸芯