車やバイクの排気管に、曲がった管状の構造物を見たことがあるかもしれません。これは、チューブやパイプの曲げ加工の典型的な用途です。曲げ加工では、ステンレス鋼、炭素鋼、鉄、アルミニウム、銅、真鍮など、様々な材料で作られたチューブを、希望の形状に成形することができます。
チューブ曲げ加工には、必要な曲げ回数やその他の設計仕様に基づいて選択できる複数の技術があります。サイズ、形状、精度に関して、高度なカスタマイズが可能です。
次のセクションでは、さまざまなチューブと パイプ曲げ方法、チューブ曲げツール、設計上の考慮事項、アプリケーション、および関連する計算。
チューブとパイプの曲げ加工の基礎
製造工程において、パイプ曲げとチューブ曲げはしばしば同じ意味で用いられますが、主な違いは精度と工具管理のレベルにあります。チューブ曲げではより厳しい公差と精密な工具が求められるのに対し、パイプ曲げでは公差よりも大きな半径と流量が重視されます。
チューブ曲げの基礎
チューブまたはパイプは、次のように定義される中空の円筒形の部品です。 中心線 半径、公称直径、壁の厚さ、長さ流体制御システムで幅広く使用されており、時には構造部品としても使用されます。
変形は管壁で発生します。曲げ力が加わると、内壁付近の材料は圧縮され、外面は伸張します。この伸張と圧縮は、内外の曲げ半径に影響を与えます。
設計者や製造業者は、中心線（中立軸）を製図、金型製作、成形工程の基準とみなします。この概念図は、以下の模式図で確認できます。
曲げイラスト
曲げ変数（上図参照）は、材料の変形挙動や寸法偏差の可能性を決定するのに役立ちます。例えば、厚さのわずかな誤差は曲げ半径の精度を低下させ、性能とフィッティングに影響を与えます。
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チューブ曲げ加工方法の種類
チューブとパイプの曲げ加工には、ロール曲げ、ロータリードロー曲げ、圧縮曲げ、プレス曲げの4つの方法があります。これらの方法はそれぞれ曲げ加工の手順が異なり、用途によっても異なります。
それらについて簡単に説明しましょう。
ロータリードロー曲げ
ロータリードラチューブ曲げ
この方法は、加圧ダイ、クランプダイ、回転曲げダイ、ワイパーダイ、およびマンドレルで構成されます。変形力は回転曲げダイの回転によって加えられます。
回転引き抜き法用のチューブ曲げツールは次のとおりです。
- クランプダイ: 曲げダイがチューブを輪郭に沿って曲げることができるようにチューブを保持します。
- ワイパーダイ: これは曲げ部と圧力ダイの間の隙間を補正するために使用され、引き抜き時にチューブがより適切にサポートされるようになります。
- 曲げダイ: 曲げプロファイルを定義し、これの周りにチューブが描画されます。
- 圧力ダイ： 外側の表面を支え、回転する曲げダイがチューブを引き抜く際に、曲げ線に沿ってダイが移動します。
- マンドレル: チューブ/パイプの内側からしっかりとサポートして壁の厚さを制御します。
回転引き曲げ加工は精度が高く、繰り返し性に優れているため、油圧ライン、ロールケージ、計器用チューブ、自動車やオートバイの燃料ライン、手すりなどによく使用されます。
プレス曲げ
チューブプレス曲げ
プレス曲げ加工、またはラム曲げ加工は、固定されたチューブやパイプを可動ローラーに押し付けて、所望の曲げ形状を実現する加工方法です。形状や複雑さを細かく制御できるわけではありませんが、セットアップが容易でコスト効率に優れています。
設計に複雑なチューブ プロファイルがなく、厳しい公差が必要ない場合、つまり、角管曲げや厚くて重い曲げなど、コスト効率が高く簡単なソリューションを探している場合は、この方法を選択できます。
ロールベンディング 
チューブロール曲げ
大きな曲げ半径のチューブやパイプを曲げることができ、重工業の製造工程で役立ちます。この装置は、ピラミッド型に配置された3つの機械式ローラーで構成されています。ローラーの位置を調整することで、曲げ半径を固定できます。チューブが上下2つのローラーの間に送り込まれると、上部のローラーがチューブに圧力をかけ、下部の2つのローラーがチューブを支えます。
HVAC ダクト、建築構造物、船体フレームなど、曲げ半径が大きい長いスイープ曲線が必要な場合は、ロール曲げ法を選択します。
圧縮曲げ
チューブ圧縮曲げ
円筒状の管またはパイプの一端を固定ダイとクランプで固定し、もう一端から圧縮ダイで管を固定ダイに向かって押し込み、所定の曲げ角度と半径を形成します。この方法は、通常、 中心線 半径は外径の3倍以上です。
圧縮曲げは、単純な手すり、家具のフレーム、電気配線などの単純な曲げ形状に適しており、大量生産の場合にコスト効率が高くなります。
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チューブ曲げ工具に関する考慮事項
金型は、曲げ加工の品質、精度、コスト、そして効率に直接影響を及ぼします。金型やその他の金型付属品における些細なミスが、肉厚の増大、しわ、局所的な歪み、さらには材料の破損といった欠陥を引き起こす可能性があります。これは、ロータリードロー加工において特に重要です。
以下は、効率的、正確、かつ欠陥のないチューブ曲げを実現するための主要なツールに関する考慮事項です。
- マンドレル硬度: チューブの材質に基づいてマンドレルの材質と硬度レベルを選択します。硬いチューブには柔らかいマンドレル、硬いチューブには柔らかいマンドレルを選択します。
- 放射状成長: 硬質材料の場合、曲げ半径は一般的に外径の3倍以上となるように設定します。これにより、工具がラジアル成長に伴う問題を補正しやすくなります。
- ワイパーダイ: ワイパーダイの接触点に摩耗がないことを確認し、ワークピースに対してわずかな角度で配置します。
- クランプダイ: クランプダイが短いと亀裂が生じる可能性があるため、長さはチューブ外径の3倍にする必要があります。
- 潤滑： マンドレルとチューブ内面の隙間には、非石油系合成潤滑剤を使用してください。これにより、曲げ加工時の摩擦が低減され、かじりも防止されます。
チューブ曲げ計算
そして 板金曲げ計算チューブの曲げには、k 係数、曲げ許容差、スプリングバック、その他の変数など、いくつかの同様の計算が必要です。
主要なチューブ曲げの公式と主要な計算を見てみましょう。
スプリングバックとKファクター
スプリングバックとは、曲げ力が解放された後に、材料の内部応力と弾性特性によって曲げ線／曲げ形状から生じるずれのことです。したがって、材料の種類、管厚、その他の変数に応じて、2°～10°の曲げ角度を追加して補正することを検討してください。スプリングバック曲げ表をご参照ください。
さらに、K 係数は、チューブの内側表面から中立軸までの距離を厚さで割った値 (d/t) という式で計算できます。
内側と外側の半径
内半径は、チューブの内表面から中心までの距離です。これは圧縮ひずみに影響を与え、内半径が小さいと材料の座屈を引き起こす可能性があります。一方、外半径はチューブの外表面までの長さで測定されます。
チューブの曲げの内径と外径の公式は以下の通りです。
内側半径（Ri）= 中心線半径（Rc）- 厚さ（t）2
外側半径(Ro)= 中心線半径(Rc) + 厚さ（t）2
曲げ代
曲げ代を計算する前に、まず中心線半径を決定する必要があります。チューブ＆パイプ曲げでは、中心線円弧法が推奨され、中央壁を基準とします。
中心線の半径(Rc)= 内側の半径(Ri) + 厚さ（t）2
曲げ許容差(BA)= π180 x Rc
平面中心線長さ = L1 + L2 + BA ( L1 と L2 は 2 つのチューブ脚の長さ)
外表面の伸び
チューブを曲げる際に外面の材料が伸びますが、正確な伸び率はどれくらいでしょうか？以下の式で計算できます。
伸び率（E）＝ t / 2Rc X 100
スチールチューブを曲げるにはどうすればいいですか?
鋼は、耐食性、耐久性、強度と成形性のバランスの良さから、チューブ用途でよく用いられる材料の一つです。 アルミ管の曲げ加工 (NAIST) と ステンレス鋼管を曲げる上記の方法を用いて鋼管を曲げることもできますが、回転曲げが最も一般的な方法です。
鋼管曲げ加工用の金型には、焼入れ工具鋼製のダイスを選び、マンドレルには合金鋼またはアルミニウム青銅を使用してください。さらに、大きな曲げ半径を扱う場合は、鋼種、肉厚、曲げやすさも考慮する必要があります。
チューブとパイプの曲げ加工の用途
チューブ・パイプ曲げ部品・製品は、家電製品から建設機械、油圧機械まで、あらゆる業界で使用されています。スムーズな流体の流れと堅牢な構造を実現するカスタムチューブの製造を可能にします。
次に、自動車、建設、
自動車
- メリット： スムーズな流路、耐久性のあるジョイント、軽量、最小限の振動。
- 例： 排気ダウンパイプ、燃料および油圧ライン、シャーシサブフレーム、ステアリングコラム。
石油業界
- メリット： チューブ曲げは、溶接ジョイントを最小限に抑えたコンパクトな設計をサポートします。
- 例： 製油所および圧力容器接続用の供給パイプ
産業用空調設備
- メリット： 取り付けが簡単で、空気の流れが効率的で、メンテナンスの必要性が低い。
- 例： 冷媒供給管、配管ライン、コイル配管。
医療
- メリット： 高精度、内部表面への影響なし、曲げによる漏れのリスクなし、汚染リスクが最小限。
- 例： 計器用チューブ、診断機器用の流体ライン、医療用カートおよび家具のフレーム。
建築・建設
- メリット： 高い機械的強度、堅牢な構造、正確な曲率のサポート。
- 例： 手すり、美観ファサード、構造用チューブ部品。
続きを読む： 板金曲げ技術
まとめ
チューブとパイプの曲げ加工は、構造要素や流体流動システムの製造において極めて重要なプロセスです。適切な技術を用いることで、複数の曲げ部を持つ複雑なチューブ構造を成形できます。ロータリードロー曲げは精密な多重曲げチューブの成形に最適ですが、ラム/圧縮曲げは、形状が単純で曲げ部数が少ない金属チューブの曲げ加工に最適です。
肉厚の減少、スプリングバックの不正確さ、しわの発生を防ぐには、金型設計と曲げ計算に関するいくつかの要素を考慮する必要があります。高品質のチューブと 板金曲げ加工サービスProleanTech は、DFM フィードバック、有限要素解析 (FEA)、ツール、CNC 曲げ、組み立て、後処理を網羅した包括的なソリューションを提供します。
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