JP5593191B2 - 金属管の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、プレス型を用いて平板状のワークを円筒状の管に成形する金属管の製造装置に関する。

金属管を製造する分野では、平板状のワークを円筒状の管に成形する場合、プレス金型を用いて行う方法を使用すると、簡便でコスト的にも有利に管を成形できることから、最近注目されている。

例えば、下記特許文献１に開示されているものは、帯材ロールから成形用の帯状板材を引き出し、平板状に矯正し、これをワークとしている。この平板状のワークを円筒状の管に成形するに当り、本例では、それぞれ半円状の型面を有するプレス上型及びプレス下型と、両型間に配置された円柱状の芯金との３者を用いている。成形に当っては、まず、半円状の両型面間に円柱状の芯金を設置し、プレス下型上にワークを挿入する。そして、芯金をプレス下型に下降作動しワークを半円状に仕上げた後、次に、プレス上型と芯金との間でワークを加圧し、円筒状に成形する。最後に、上型が上昇退避した状態で、芯金上の円筒状に成形されたパイプ体に溶接トーチにより接合縁部を溶着し、溶着パイプ体を形成している。

特開２００３−５３４５５号公報

しかし、このような従来のプレス金型による管の製造装置は、プレス上型と芯金とにより円筒状に成形するが、単に平板状のワークをプレス型や芯金に押し付けるのみであるため、成形された管の合わせ部分、つまりワークの両側端部を確実に一致させることが困難で、側端部が精度良く合致した円筒状に成形することができない。

また、この製造装置は、管の合わせ部分の一致が困難こともあって、最終的に溶接により縁部を接合しており、溶接という面倒で、作業環境的にも好ましくない工程が必要となり、結果的に、生産のタクトタイムが長くなり、管を安価に大量生産する場合には好ましくないものとなっている。特に、強度が要求されない管のように溶接が必要ない円筒管の製造には、適用できず、採用の自由度が低いものとなっている。

本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたもので、平板状のワークをプレス金型を用いて円筒管に成形するものであって、最終的に円筒状に成形したときでも、ワークの側端部を確実に一致させることができ、生産性も高く、作業環境的にも好ましいものであって、しかも、設備全体が管を製造するアタッチメントとして種々のプレス装置に簡単に取り付けて使用することもできる、金属管の製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る金属管の製造装置は、受け型に半円状の主型面を形成し、第１加圧型に形成した第２加圧型面と、第２加圧型に形成された第３加圧型面とが協同することにより半円状となるようにし、これら主型面、第２加圧型面及び第３加圧型面を用いて平板状のワークを円筒状に成形するものであり、管の成形時に、管の合わせ部分、つまりワークの両側端部が合致しうるように、前記受け型の補助型面と前記第１加圧型面が前記ワークの両側端部を円弧状に予備成形することを特徴とする。

この製造装置は、円筒状の管の製造に当り、前記受け型及び第１加圧型によりワークの両側縁部を円弧状に形成する予備成形工程と、前記受け型、中子及び第２加圧型により予備成形工程で成形されたワークの中央部を管の半断面状に凹ませ前記両側縁部を相互に近接させる方向に折り曲げ変形させる折り曲げ工程と、前記主型面、第２加圧型面及び第３加圧型面を用いて折り曲げられたワークの両側端部を相互に接するように加圧変形させるベント工程と、を有している。

特に、予備成形工程で、ワークの両側縁部を予め円弧状に形成しているので、ベント工程でワークを加圧変形させるときは、変形した両側端部を利用して円滑に加圧変形させることができる。

しかも、ベント工程の最終段階で、ワークの両側端部が接するまで変形させることができ、溶接により両側端部を接合しなくても両側端部が近接している程度の管でも実用に供しうるのであれば、管を容易に製造できる。

さらに、ワークの一方の側縁部が他方の側縁部を超えるようにオーバーベントさせれば、加圧を解いたとき、ワークの両側縁部を確実に一致させた状態の管を成形することができる。

請求項１の発明では、受け型、第１加圧型、中子及び第２加圧型を用いてワークを円筒状に形成するとき、前記受け型の補助型面と前記第１加圧型の第１加圧型面が前記ワークの両側端部を円弧状に予備成形するので、ワークが最終的に円筒状に成形されるとき、その両側端部が型面に沿った状態で変形しつつ、
両側端部が相互に接し、厳密にはきわめて近接した状態の円筒管を容易に製造することができる。つまり、第２加圧型の第３加圧型面と第１加圧型の第２加圧型面が円弧状を呈するようにしたので、中子を外した状態で、受け型の第１加圧型面に保持されたワークの両側端部を、前記第２加圧型面と第３加圧型面に沿って変形させ、ワークの両側端部が接するように外周から加圧でき、円筒管を容易に成形できる。

しかも、平板状のワークから円筒状の鋼管をプレス金型により製造し、溶接を使用しないので、作業環境的にも好ましく、生産性の面でも、タクトタイムが短縮され、安価で大量生産が可能で、溶接の有無を問わず各種製品に適用でき、採用の自由度が増大する。

請求項２の発明では、前記主型面、前記第１加圧型面、前記第２加圧型面及び第３加圧型面により形成される輪郭を、成形する管の外径より小さくしたので、ワークの一方の側縁部が他方の側縁部を超えるようにオーバーベントさせることができ、加圧を解いたとき、ワークの両側縁部を確実に一致させた状態の管を成形できる。

請求項３の発明では、前記ワークの一側端部に凹状部を、他側端部に前記凹状部と噛み合う凸状部を形成したので、成形後の管は、捩じりや軸方向の力などに対しても強度的に優れ、溶接接合の必要もない管にすることができる。

請求項４の発明では、前記受け型が第２加圧型面の近傍に前記ワークをガイドするガイド部材を有するので、ワークＷの中央部分を確実に加圧変形させて折り曲げることができ、また、搬入される次位のワークにより成形された管が押し出され、作業性が向上する。

請求項５の発明では、受け型をプレス装置の基台上に、第２加圧型を前記基台に対して近接離間するプレス装置のスライドにそれぞれ脱着自在に設け、平板状のワークを筒状の管に成形するアタッチメントとしたので、あらゆるプレス装置に取付けて管の製造を行うことができ、プレス装置全体の稼働率を高めることができる。

また、管の製造装置は、シンプルな構成の受け型、第１加圧型、第２加圧型、中子及びスペーサからアタッチメントが構成されているので、コスト的に有利となるのみでなく、プレス装置にも取り付けやすく、管の製造作業性も向上する。特に、所定長の管であれば、受け型に対し加圧型が複数回近接離間するのみで管を成形でき、迅速な管成形が可能となる。

請求項６の発明では、第１加圧型が受け型上に弾性部材を介して支持されている構成としたので、第１加圧型が受け型に連結され、この第１加圧型に第２加圧型が挿通された構造となるので、アタッチメント全体としてのまとまりがよく、取り扱いも容易になる。

本発明の実施形態に係る管の製造装置を示す概略側面図である。 図１の２−２線に沿う概略断面図である。 予備成形工程時の状態を示す概略断面図である。 中子を設置した状態を示す概略断面図である。 折り曲げ工程時の状態を示す概略断面図である。 中子を外した状態を示す概略断面図である。 ベント工程時の状態を示す概略断面図である。 本発明の変形例によるワークの要部を示す拡大平面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る管の製造装置は、図１に示すように、基本的には、基台１と、基台１に対して近接離間するスライド２との間に、蟻溝と鳩尾状凸部などからなる連結手段３を介して脱着自在に設けられるアタッチメントである。したがって、基台１とスライド２を有するプレス装置であれば、これにセットし、管の製造に供することができる。

アタッチメントは、概して、図２に示すように、基台１上に下型である受け型１０が設けられ、受け型１０に対し上型２０の第１加圧型２１が近接離間し得るように弾性部材２５により支持され、第１加圧型２１を貫通して第２加圧型２３が設けられている。

さらに詳述する。受け型１０は、図１、２に示すように、中央に一端から他端まで伸延し、成形する管の半断面形状である半円状の主型面１０ａが形成され、両側端部には、円弧状の補助型面１０ｂが形成されている。主型面１０ａは、図１において、左端から右端まで全域にわたって伸延して形成され、後述の中子２８を介して上型２０と共にワークＷの中央に管Ｐ（図７参照）の一部である半円状部分を形成すると共に全体を断面Ｕ字状に折り曲げる働きをする。

受け型１０の両側端部、つまり主型面１０ａの中心軸線に対する左右両側端部には、補助型面１０ｂが形成されている。補助型面１０ｂは、上型２０の第１加圧型２１と共働して平板状のワークＷの両側縁部Ｗｅを円弧状に競り上げて湾曲させるものである。このように、平板状のワークＷの両側縁部Ｗｅを円弧状に湾曲させると、後述するように、半円状の主型面１０ａと、第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａと、第１加圧型２１の第２加圧型面２１ａが円状になり、これら型面により外周からワークＷを加圧するベント工程時に、変形した両側縁部Ｗｅが第２加圧型面２１ａと第３加圧型面２３ａに沿って円滑に移動させることができ、ワークＷを円筒管に容易に成形できる。

したがって、補助型面１０ｂの曲率は、両側縁部Ｗｅが湾曲する程度の大きさであればよく、必ずしも図２に示す１／４円弧でなくてもよい。

受け型１０の両側端部であって補助型面１０ｂの近傍には、ワークＷをガイドするガイド部材Ｇがそれぞれ立設されている。ガイド部材Ｇは、受け型１０上でのワークＷの送り方向に対する横方向の変位を規制するので、後に詳述するように、ワークＷの中央部分を確実に加圧変形させて折り曲げることができ、また、搬入される次位のワークＷをガイドし、成形された管Ｐをこの次位のワークＷの搬入動作により確実に押し出す補助的な機能も発揮する。したがって、成形された管Ｐ（図７参照）の搬出に手間が掛からず、作業性が向上する。

上型２０は、第１加圧型２１と第２加圧型２３とを有しているが、第１加圧型２１は、ワークＷの送り方向に対し直交する面での下部両側端に、受け型１０の補助型面１０ｂとの共働によりワークＷの両側縁部Ｗｅを円弧状に湾曲させる第１加圧型面２１ａが形成されている。また、第１加圧型２１の中央部分には、主型面１０ａに対向して設けられた円弧状の第２加圧型面２１ｂが形成されている。

第１加圧型２１は、支持板２４により支持され、支持板２４は、４隅が受け型１０上に立設された弾性部材２５の上端に連結され、支持板２４の下面に第１加圧型２１が取り付けられている。したがって、第１加圧型２１は、受け型１０に対し弾性的に近接離間し得るように支持されている。

第２加圧型２３は、スライド２に連結手段３を介して脱着自在に設けられた支持板２６の下面より垂下され、第１加圧型２１の中央穴Ｏを挿通して配置されている。第２加圧型２３の先端部は、円弧状の第３加圧型面２３ａが形成されている。

本実施形態では、第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａと、第１加圧型２１の両第２加圧型面２１ｂは、それぞれ略１／６円弧状であり、略１／２円弧状の主型面１０ａと共に断面円形の輪郭を形成している。ただし、第１加圧型２１の両ベント型面２１ｂは、必ずしも１／６円弧状に限定されるものではなく、第２加圧型２３の型面第３加圧型面２３ａとの合算により略１／２円弧状であればよい。

特に、本実施形態では、受け型１０の主型面１０ａ、第１加圧型２１の第２加圧型面２１ｂ及び第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａにより形成される円形輪郭の大きさが、成形される管に外径より小さくなるようにしている。このようにすれば、作業が最終段階になり、ワークＷが断面円形に成形されたとき、円形ワークＷの一方の側縁部Ｗｅが他方の側縁部Ｗｅを超えるようにオーバーベントさせることができる。この結果、型面によるワークＷに対する加圧を解き、自由状態にし、ワークＷがその弾性により少し広がったとき、両側縁部Ｗｅが相互に接した状態にすることができる。

第２加圧型２３の支持板２６と第１加圧型２１の支持板２４との間には、第２加圧型２３の位置を調整するスペーサ２７が挿脱自在に設けられている。

例えば、スペーサ２７は、油圧などにより作動する液圧作動手段（不図示）と連結され、この液圧作動手段を動作し、スペーサ２７を両支持板２４、２６の間に挿入すると、第２加圧型２３の型面２３ａが第１加圧型２１の型面２１ｃにより高位置となり、第２加圧型２３の型面２３ａが、受け型１０の主型面１０ａ及び第１加圧型２１の第２加圧型面２１ｂと共に断面円形の輪郭を形成することになる。

したがって、ベント工程においてスペーサ２７を両支持板２４、２６の間に挿入すると、図７に示すように、ワークＷの上半分を円弧状に設定でき、スペーサ２７を両支持板２４、２６から外すと、図５に示すように、第２加圧型２３の型面２３ａが第１加圧型２１の型面２１ｃにより下方位置となる。したがって、第２加圧型２３の型面２３ａの下部に後述の中子２８が存在すると、第２加圧型２３は、中子２８を介してワークＷを受け型１０の主型面１０ａに押圧することができる。

本実施形態の中子２８は、成形する管の断面形状に対応する形状、つまり円柱状をしたもので、主型面１０ａの中心軸線に沿って挿脱自在に設けられているが、挿入した状態、つまりセットした状態の場合には、第２加圧型２３により押圧され、ワークＷの送り方向に対し直交する面の中央部分を受け型１０の主型面１０ａに押し込み、ワークＷの中央部分を凹ませて半円形状に仕上げると共に、ワークＷの両側縁部Ｗｅを相互に近接させる方向に折り曲げる機能も発揮することになる。

次に、上記実施形態による金属管の製造を説明する。

＜予備成形工程＞
まず、図２に示すように、スペーサ２７を支持板２４と支持板２６との間に挿入し、第１加圧型２１の第１加圧型面２１ａが受け型１０の補助型面１０ｂに合致するように、スライダ２のストロークを調整する。次に、成形すべき管Ｐの長さと周長に対応する巾を有するワークＷをガイド部材Ｇに沿って受け型１０上に送り込む。

そして、図３に示すように、スライダ２を下降作動させると、第１加圧型２１の第１加圧型面２１ａと受け型１０の補助型面１０ｂとによりワークＷがプレス成形され、ワークＷの送り方向に直交する方向の両側縁部Ｗｅが円弧状に湾曲される予備成形が行われる。

＜折り曲げ工程＞
予備成形が完了すると、図４に示すように、スライダ２を上昇させた後、スペーサ２７を支持板２４と支持板２６との間から除去すると共に、中子２８を第１加圧型２１と受け型１０との間であってワークＷの上面にセットする。これにより、図５に示すように、スライダ２は下降し、支持板２６が支持板２４に直接接した位置になる。第１加圧型２１は弾性部材２３により上昇位置で保持されたままであり、第２加圧型２３は第１加圧型２１の中央穴Ｏを挿通し、第３加圧型面２３ａが中子２８上に接した位置となる。

受け型１０の主型面１０ａはワークＷの送り方向に直交する断面での中央に位置しており、中子２８は主型面１０ａの中心軸線に沿って配置されているので、スライダ２を下降すると、第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａが中子２８を介してワークＷを主型面１０ａに内に押し込むように加圧する。この結果、ワークＷは、中央部分が半円弧状に成形されると共に、その両側縁部Ｗｅが相互に近接するように変形し、全体がＵ字状となるように折り曲げ成形される。

＜ベント工程＞
折り曲げ成形が完了すると、スライダ２を上昇させた後、スペーサ２７を支持板２４、２６間に挿入すると共に、中子２８を第１加圧型２１と受け型１０との間から除去する。この結果、図６に示すように、第１加圧型２１は弾性部材２５により上昇位置で保持されたままであり、第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａが第１加圧型２１に対し上昇した位置となるので、第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａと第１加圧型２１の第３加圧型面２３ａが略半円状の輪郭を形成することになる。なお、Ｕ字状に成形された状態のワークＷの下半分は、受け型１０の主型面１０ａに保持されたままに状態である。

そして、スライダ２を下降すると、図７に示すように、第２加圧型２３が下降すると共に、第１加圧型２１も弾性部材２５に抗して下降し、両加圧型２１、２３が同時に下降する。

したがって、円弧状に湾曲されたワークＷの両側縁部Ｗｅが、第１加圧型２１の第２加圧型面２１ｂに沿って円滑に移動し、Ｕ字状に成形されたワークＷの肩部分全体が相互に近接するように内方に向う。そして、さらにスライダ２を下降すると、両側縁部Ｗｅが第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａに沿って円滑に移動し、さらに近接し、最終的には相互に接した状態になる。

両側縁部Ｗｅが相互に接した状態で加圧を解いて自由状態にすると、ワークＷの弾性により両側縁部Ｗｅが多少離れた状態になる。このような状態でも管として利用可能な場合は、この段階で加工を完了してもよい。

しかし、本実施形態では、隙間が極めて小さい管を得るために、一方の側縁部Ｗｅが他方の側縁部Ｗｅを超えた状態になるまで第１加圧型２１と第２加圧型２３とにより成形する。つまり、本実施形態では、ワークＷの巾と、受け型１０の主型面１０ａ、第１加圧型２１の第２加圧型面２１ｂ及び第２加圧型２３の第３加圧型面２３ａによる円形輪郭の大きさを調整し、ワークＷの一方の側縁部Ｗｅが他方の側縁部Ｗｅを超えるようにオーバーベントさせるようにしている。この結果、各型面による加圧を解くと、両側縁部Ｗｅが、ワークの弾性により広がり、相互に略接した状態となる。

＜ワークの排出工程＞
ベント成形若しくはオーバーベント成形が完了すると、スライダ２を上昇させる。これにより、図３に示すように、弾性部材２５の弾性力により第１加圧型２１及び第２加圧型２３が上昇位置となり、次位のワークＷを搬入可能な状態になる。この状態で次位のワークＷを搬入すると、このワークＷは、図７に一点鎖線で示すような位置となり、成形された管Ｐと交差することになるので、その搬入力により成形済の管Ｐを装置の外部に排出することができる。

＜変形例＞
図８は本発明の変形例によるワークの要部を示す拡大平面図である。
前述した例では、ワークＷの側端部は直線状をしたものであるので、円筒管に成形したとき、両側端部は単に近接若しくは接するのみである。したがって、捩じりや軸方向に大きな力が作用しない管であれば、問題なく使用することができるが、例えば、車両のサスペンションで使用されるロッドなどのように、強力な捩じりや大きな軸方向の力などが作用すると、近接した両側端部が離れ、強度不足となる可能性がある。

このような強度のある管材にする場合には、両側端部を溶接接合しなければならないこともあるが、
本変形例は、図８に示すように、ワークＷの一側端部に凸状部Ｔと凹状部Ｈを交互に形成し、円筒管にしたとき、凸状部Ｔと凹状部Ｈが相互に噛み合い結合するように構成している。このようにすれば、捩じりや軸方向の力などに対しても強度的に優れ、溶接接合の必要もない管にすることができる。

なお、凸状部Ｔと凹状部Ｈは、その形状が略矩形状のみでなく、相互に噛み合うものであれば、例えば、三角形状のものが、いわばジグザグ状のもの、あるいは個々の凸状部Ｔと凹状部Ｈが種々の形状を有するものなど、どのような形状であってもよく、また、必ずしも複数個形成する必要はなく、１対のみであってもよい。

本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、上述した実施形態は、受け型、第１加圧型及び第２加圧型を上下に配置したものであるが、相互に近接離間するものであれば、上下のみでなく左右など配置状態は問われない。また、上述した実施形態では、円筒管Ｐを成形しているが、これのみでなく断面が楕円形状の管の成形も可能である。さらに、ワークＷに複数の孔Ａ（図８参照）を開設し、軽量化を図ることも可能である。

本発明は、円筒状に成形したワークの側端部を確実に一致させることができ、生産性も高く、作業環境的にも好ましい金属管の製造装置として利用可能である。

１…基台、
２…スライド、
１０…受け型、
１０ａ…主型面、
１０ｂ…補助型面、
２１…第１加圧型、
２１ａ…第１加圧型面、
２１ｂ…第２加圧型面、
２３…第２加圧型、
２３ａ…第３加圧型面、
２５…弾性部材、
２７…スペーサ、
２８…中子、
Ｇ…ガイド部材、
Ｈ…凹状部、
Ｔ…凸状部、
Ｗ…ワーク、
Ｗｅ…ワークの側縁部。

Claims (6)

1. 平板状のワークを円筒状の管に成形する管の製造装置であって、
   前記管の半断面形状である半円弧状に形成された主型面、及び、当該主型面の軸線と平行に両側縁部に形成され、前記ワークの側端を円弧状に予備成形する補助型面、を有する受け型と、
   当該受け型に対し近接離間可能に支持され、前記受け型の補助型面に対応する第１加圧型面、及び、前記主型面に対向して設けられた円弧状の第２加圧型面を有する第１加圧型と、
   前記第１加圧型を挿通して配置され、先端部が前記第２加圧型面と協同し前記管の他方の半断面形状となる半円弧状を形成するように構成された第３加圧型面を有する第２加圧型と、
   前記第２加圧型の第３加圧型面により押圧されて前記受け型の主型面内に押し込まれるように、前記受け型と前記第２加圧型との間に挿脱可能に配置された、前記管の断面形状に対応する断面形状を有する中子と、
   前記第２加圧型を支持する支持板と前記第１加圧型を支持する支持板との間に設けられ、挿入時には前記第３加圧型面が前記第２加圧型面と協同し前記管の他方の半断面形状となる位置に、取り外し時には前記第２加圧型の第３加圧型面が前記中子を加圧し得る位置となるように構成されたスペーサと、
   を有し、
   前記受け型の補助型面と前記第１加圧型面は、前記主型面、第２加圧型面及び第３加圧型面により前記ワークを外周より加圧し円筒状に形成するとき、当該ワークの両側端部が前記第２加圧型面及び第３加圧型面に沿って移動する形状に、前記ワークの両側端部を予備成形することを特徴とする金属管の製造装置。
2. 前記主型面、前記第１加圧型面、前記第２加圧型面及び第３加圧型面により形成される輪郭は、成形する管の外径より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の金属管の製造装置。
3. 前記ワークは、一側端部に少なくとも１つの凹状部を、他側端部に前記凹状部と噛み合う凸状部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属管の製造装置。
4. 前記受け型は、前記補助型面の近傍に前記ワークをガイドするガイド部材を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属管の製造装置。
5. 前記受け型をプレス装置の基台上に、前記第２加圧型を前記基台に対して近接離間する前記プレス装置のスライドにそれぞれ脱着自在に設け、平板状のワークを筒状の管に成形するアタッチメントとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の金属管の製造装置。
6. 前記第１加圧型は、前記受け型上に弾性部材を介して支持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の金属管の製造装置。

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