ネック付きエルボの製造方法
【課題】全長に亘り偏肉をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、優れた寸法特性や品質特性を確保することができるネック付きエルボ製品を提供する。
【解決手段】対称ダイスを用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、偏芯ダイスに切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームに所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法である。オフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係は、Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８とするのが望ましい。
【解決手段】対称ダイスを用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、偏芯ダイスに切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームに所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法である。オフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係は、Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８とするのが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管系に使用され、接続用の直管を端部に設けたネック付きエルボの製造方法に関し、さらに詳しくは、ネック部および曲げ部の全長に亘り、寸法特性（偏平度、偏肉率）や品質特性（しわ等）に優れ、高能率生産に最適なネック付きエルボの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電および化学プラント等に用いられるエルボ配管は、エルボとエルボの両端に溶接された直管部とから構成される。エルボ配管に用いられるエルボの成形方法としては、押し曲げ方式やマンドレル方式があるが、通常の肉厚寸法品（ｔ／Ｄ≦１５％）を主体として、マンドレル方式が広く適用されている。
【０００３】
マンドレル方式でエルボを製造する場合には、例えば、非特許文献１の４１頁、図３．６に示すような、マンドレル拡管曲げ（ハンブルグ曲げ）がエルボの加工法として最も普及している。このマンドレル拡管曲げでは、素管とマンドレルを加熱した状態で加工が施され、マンドレルの形状は素管外径が製品側に向かって徐々に大きくなるように構成されているのが特徴であり、素管は拡管しながら曲げ成形される。このようにして得られたエルボ製品は、曲げ外周側の減肉が小さく、また曲げ内周側のしわも抑制されることが経験的に認識されている。
【０００４】
また、特許文献１では、冷間加工によりマンドレルを用いた押通し曲げ方式でエルボを成形する曲管の製造装置を提案している。すなわち、提案の製造装置では、ワーク導入坑道を具えたガイド金型と、ガイド金型の上方に設けられ曲管の内側曲率と合致する円弧状型面を具えた内金型と、曲管の外側曲率と合致する円弧状型面を具えた外金型と、当該外金型と内金型の型締に基づき構成される彎曲坑道内にその上方口側から挿脱可能に嵌挿し、ワークの肉厚相当の環状間隙を成形するための彎曲マンドレルとで成形金型を構成しており、所定の曲率を具えた曲管を成形することができる。
【０００５】
上述の加工方法および製造装置は、エルボの成形加工に関するものであり、一定の品質と生産効率を確保することができる。ところが、配管系に使用されるエルボとして、配管の溶接施工性を向上させるため、接続用の直管部を片端または両端に設けたネック付きエルボが有用であることから、これらを効率的に製造することが必要になる。
【０００６】
ネック付きエルボの製造に際し、例えば、従来の代表的な加工法であるマンドレル拡管曲げ法でネック付きエルボを製造する場合には、前述した装置構成（非特許文献１の４１頁、図３．６）により、端部のネック長さを見込んだ長めのエルボ管を成形加工し、次いで、ネック部に相当する部分を金型に入れて直管に矯正加工することが必要になる。
【０００７】
すなわち、従来のネック付きエルボの製造では、管の曲げ加工とその後のネック付け加工との２行程からなる加工作業を必要としていたため、製造行程が煩雑になるとともに、成形されるネック長さには限界があり、ＪＩＳ Ｂ ２３１２等では従来の曲げ加工法を前提として短めのネック長さ、例えば、１６〜３０ｍｍ程度に限定されている。
【０００８】
実際の配管作業において、ネックに直管を溶接する場合に、ＪＩＳ規格より長いネック部を設けたエルボを用いることにより、作業性を大幅に改善できる。このようなことから、所定のネック長さを具備したネック付きエルボを、優れた寸法特性や品質特性を確保しつつ、効率的に製造することが要請される。
【非特許文献１】チューブフォーミング（管材の二次加工と製品設計）、日本塑性加工学会編、コロナ社、２００２年１１月２５日発行
【特許文献１】特開平６−１１４４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本出願人は、ネック付きエルボの製造効率化の要請に対応し、押し通しによるエルボ成形加工を施す際に、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイス（以下、「偏芯ダイス」という）を用い、素管を押し抜いて縮径加工と同時に曲げ加工を施し、１行程でネック付きエルボを製造する方法を提案した（特願２００７−００７１１８号参照）。
【００１０】
図１は、偏芯ダイスの構成をダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致しているダイス（以下、「対称ダイス」という）と比較して説明する図であり、（ａ）は対称ダイス、（ｂ）は偏芯ダイスを示している。
【００１１】
対称ダイス１ａではダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致し、周方向に亘り均一にダイス角度αが設けられている。これに対し、偏芯ダイス１ｂはダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイスであり、周方向に亘りダイス角度βが変化する。図１（ｂ）に示すように、偏芯ダイス１ｂのＡ部ではテーパ面が成形されダイス角度βが大きく、Ｂ部ではダイス角度βがほぼゼロ（０°）でありテーパ面が成形されない。
【００１２】
素管を曲げ加工する場合には、前記図１（ｂ）に示す偏芯ダイス１ｂのＡ部（ダイス角度βが大きい部位）が曲げ加工で曲げ外周側に位置するように、Ｂ部（ダイス角度βを設けない部位）が曲げ内周側に位置するように偏芯ダイス１ｂを配置する。このように配置された偏芯ダイス１ｂを用い、素管を押し抜いて縮径加工を行うと、Ａ部で主に塑性変形し外径が縮み肉厚が増えるのに対し、Ｂ部では塑性変形そのものが小さく肉厚変動は殆ど生じない。
【００１３】
さらに、成形加工において縮径加工と曲げ加工を組み合わせると、素管の押し抜き縮径加工によって管断面は塑性変形状態となり、その状態で素管に曲げ加工を加えることにより、成形加工する部位に組み合わせ応力の効果を生じさせることができる。すなわち、塑性変形状態にある素管に曲げ加工を施すことにより、曲げ加工のために新たに加えるべき曲げモーメントを小さくすることができる。
【００１４】
曲げ加工の際に、素管に加えるべき曲げモーメントを抑制できるようになると、曲げ手段として、旋回機能を有する曲げアームのような簡易な構造からなる手段を採用することができる。このように、曲げ手段として比較的簡易な構造を採用できるようになると、上述した偏芯ダイスの作用と組み合わせて、両ネックまたは片ネックに拘わらず、ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって効率的に製造できる。
【００１５】
図２は、両ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって製造する方法を説明する図であり、（ａ）は先端側ネックの成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示し、（ｃ）は後端側ネックの成形プロセスを示す。ネック付きエルボ２の成形加工には、素管３を案内するガイドチューブ４と、素管３を挿入側から逐次または連続的に押し抜く装置５とを備えて、偏芯ダイス１ｂを用いた縮径加工に引き続き、素管３の管端を曲げアーム６でクランプすることにより曲げ加工を行う。
【００１６】
先端側のネック成形は、曲げアーム６で素管の管端をクランプすることなくネック長さＮ１に相当する直管部を押し抜く（図２（ａ））。次に、曲げ部の成形は、素管３の管端を曲げアーム６でクランプし曲げ加工に移行し、所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を行う（図２（ｂ））。さらに、後端側のネック成形は、曲げ加工が所定の曲げ角度に至るまで進行したのち、素管３の管端から曲げアーム６のクランプを開放し、ネック長さＮ２の直管部を押し抜く（図２（ｃ））。
【００１７】
前記図２に示す成形方法によれば、ネック付きエルボを効率的に製造することができるが、ネック部における寸法特性が悪化し、特に偏肉の発生が顕著になる。また、曲げ加工された管の内周側では圧縮応力が作用することから、内周側の肉厚は厚くなるとともに、内周側でしわを発生し易い。
【００１８】
さらに、偏芯ダイス出側に配置された曲げアームを用いた曲げ加工では、偏芯ダイスから押し抜かれた後、曲げ加工の進捗にともなって曲げ部に加わる曲げモーメントが増大する。このため、曲げ部に新たな塑性変形が生じることから、局所扁平が生じ易くなる。
【００１９】
本発明は、このようなネック付きエルボの製造方法における問題に鑑みてなされたものであり、ネック部および曲げ部の全長に亘り肉厚変動（偏肉）をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、寸法特性や品質特性に優れ、高能率生産に最適なネック付きエルボの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、前記の課題を解決するため、押し通し縮径曲げによるエルボ成形加工について検討した結果、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工と同時に曲げ加工を施すことにより、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすことができ、両ネックまたは片ネックのいずれを形成するのに拘わらず、１行程からなる効率的な成形プロセスにより、ネック付きエルボを製造できることに着目した。
【００２１】
図３は、全長に亘り偏肉のないネック付きエルボを成形加工するプロセスを模式的に説明する図であり、（ａ）はネック部の成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示している。図３（ａ）に示すように、ネック部の成形プロセスでは、対称ダイス１ａを用い周方向に均一なダイス角度αで縮径加工を行い、その後も曲げ加工を加えることなく所定長さの直管部を押し抜く。このため、ネック部では素管肉厚を周方向に均等に増肉することが可能であり、成形加工にともなう偏肉発生をなくすことができる。
【００２２】
図３（ｂ）に示す曲げ部の成形プロセスでは、対称ダイス１ａを偏芯ダイス１ｂに切り換えて縮径加工を行い、引き続き所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を施す。対称ダイス１ａから偏芯ダイス１ｂに切り替えるのは、対称ダイス１ａをダイス傾斜角θで傾斜させることにより、偏芯ダイス１ｂを構成することができる。偏芯ダイス１ｂに切り換えることにより、偏芯ダイス１ｂのＡ部におけるダイス角度βは（α＋θ、ただし、θ＜α）となる。
【００２３】
このとき、偏芯ダイス１ｂのダイス角度βの大きいＡ部が曲げ外周側に位置するように、ダイス角度βの小さいＢ部が曲げ内周側に位置するように配置することにより、素管３の縮径加工にともない、Ａ部では材料が主に塑性変形し外径が縮み肉厚が増えるのに対し、Ｂ部では材料の塑性変形そのものが小さく肉厚変動は殆ど生じない。このため、引き続いて曲げ加工を行うことにより、曲げ外周側に位置するＡ部では縮径加工による増肉と曲げ加工による減肉とを相殺させ減肉を少なくできる。
【００２４】
次に、後端側ネック部を成形する場合には、前記図３（ａ）に示すように、偏芯ダイス１ｂを対称ダイス１ａに切り替えて、対称ダイス１ａによる周方向に均一なダイス角度αで縮径加工を行い、その後も曲げ加工を加えることなく所定長さの直管部を押し抜く。これにより、後端側ネック部の成形加工にともなう偏肉発生をなくすことができる。
【００２５】
偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う場合に、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とには偏芯Ｈが生じる。このため、図３（ｂ）に示すように、曲げ部の成形プロセスで偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う際に、ダイス穴径の出側中心軸と素管のパスラインと一致させ、ダイス穴径の入側中心軸を素管のパスラインより偏芯Ｈを下方に移動させる。
【００２６】
曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う場合の偏芯Ｈの修正法として、図４に示すように、曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う際に、偏芯ダイスのダイス穴径の入側中心軸と素管のパスラインと一致させ、ダイス穴径の出側中心軸を素管のパスラインより偏芯Ｈを上方に移動させる方式を採用することができる。
【００２７】
上記図３では、両ネック付きエルボ製品を対象として成形加工プロセスを説明したが、その成形加工プロセス内容は両ネック付きエルボ製品に限定されるものではなく、片ネック付きエルボ製品の成形加工にも適用できるものである。
【００２８】
ところで、上記図３で示す成形加工プロセスでは、曲げ部の成形プロセスで縮径加工と曲げ加工を組み合わせることにより、組み合わせ応力の効果が生じ、所要の曲げモーメントを小さくすることができるが、偏芯ダイスの出側において、曲げ加工の進捗にともなって曲げ部に加わる曲げモーメントが増大することがある。
【００２９】
例えば、エルボ製品の曲げ加工の中間過程で曲げモーメントが最大になる現象が現れると、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に新たな塑性変形が生じることになる。このため、エルボ製品の曲げ部に局所扁平が生じ易くなる。
【００３０】
さらに、曲げ部の内周側に発生するしわは、曲げ加工時の圧縮応力に起因するものである。このため、曲げ加工に要する曲げモーメントを抑制できれば、曲げ外周側の引張応力および曲げ内周側の圧縮応力を小さくでき、圧縮応力に起因する曲げ内周側に発生するしわを防止できる。
【００３１】
通常、ネック付きエルボの成形加工には、素管を逐次または連続的に押し抜きながら、曲げ加工手段として旋回用の曲げアームを用い、素管の管端をクランプする方式が用いられる。この場合に、曲げ加工にともなう曲げモーメントは、曲げアーム旋回中心の配置条件、および曲げアームの旋回速度と押し抜き速度との比で示される速度比λの影響を受けることになる。
【００３２】
本発明は、上記図３に示すネック付きエルボを１行程で成形加工するプロセスを前提とする検討結果や知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）のネック付きエルボの製造方法を要旨としている。
【００３３】
（１）ガイドチューブに挿入された素管を挿入側から逐次または連続的に押し抜きながら、対称ダイスを用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、偏芯ダイスに切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法である。
【００３４】
（２）上記（１）のネック付きエルボの製造方法は、前記曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足するのが望ましい。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【００３５】
さらに、安定して扁平やしわ発生をなくすために、曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）を０．９〜１．１の範囲で管理するのが望ましい。速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）がこの範囲を外れる場合、すなわち曲げアーム旋回速度Ｖφが過度に遅かったり、または速かったりすると、扁平やしわ発生をし易いことによる。さらに、また旋回アームに過度の荷重が働くことから、設備保全上からも望ましくない。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のネック付きエルボの製造方法によれば、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工し曲げ加工を施すとともに、曲げアームのオフセット量（旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離）を適切に選択し、さらに速度比（曲げアームの旋回速度と押し抜き速度の比）を制御することにより、両ネックまたは片ネックを形成するに拘わらず、高能率に製造することができる。
【００３７】
しかも、得られたネック付きエルボ製品は、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、優れた寸法特性や品質特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図５は、本発明が対象とするネック付きエルボ製品の外観形状を示す図であり、（ａ）は片ネック付きエルボ製品を、（ｂ）は両ネック付きエルボ製品を示している。ネック付きエルボ２の形状は軸心を基準とする曲率半径Ｒ並びに外径Ｄ、内径および肉厚ｔで規定されており、用途によってロングエルボ（曲率半径Ｒが１．５×外径Ｄ）、またはショートエルボ（曲率半径Ｒが外径Ｄ）に区分される。
【００３９】
図５（ａ）に示す片ネック付きエルボ２は、曲げ部の片端に溶接施工用の直管からなる長さＮのネック部を設けており、図５（ｂ）に示す両ネック付きエルボ２は、曲げ部の両端に溶接施工用の直管からなる長さＮのネック部を設ける。
【００４０】
図６は、本発明のネック付きエルボの製造方法を実施するための模式的な装置構成例を示す図である。素管３を挿入するガイドチューブ４と素管３を挿入側から逐次または連続的に押し抜くための押し抜き装置５が配置される。そして、ガイドチューブ４の先端側にダイスタンド７が設けられており、このダイスタンド７に縮径加工を施すためのダイス装置１と、曲げ加工を施す曲げ手段として曲げアーム６が配置される。
【００４１】
ダイス装置１は傾斜機構を備えており、ネック部または曲げ部の成形プロセス切替にともなって、対称ダイスと偏芯ダイスとの切替を行う。対称ダイスを用いて縮径加工する場合は、素管肉厚は周方向に均等に増肉される。一方、偏芯ダイスを用いて縮径加工する場合は、偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位が曲げ外周側に位置し、ダイス角度βの小さい部位が曲げ内周側に位置するように配置され、素管肉厚は曲げ外周側において曲げ内周側に比べて増肉される。
【００４２】
曲げアーム６は、ダイス装置１の出側領域に配置され、ダイスタンド７に固定される。このとき、曲げアーム６は、旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて配置される。曲げアーム６の先端には、図示しないが、素管３を保持するためのアームクランプが設けられる。アームクランプは、ネック部または曲げ部の成形プロセス切替にともない、保持または開放の操作を繰り返す。
【００４３】
さらに、ダイスタンド７には、偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う場合に、偏芯Ｈを修正するため、ダイス装置１および曲げアーム６と連動して昇降可能な装置が設置される。
【００４４】
素材鋼管から設計寸法に切断された素管３は、ガイドチューブ４に挿入され、ガイドチューブ４の後端側に配置された押し込み装置５の油圧シリンダーの作動によって、押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）でダイス装置１に押し込まれる。
【００４５】
先端側ネック部の縮径加工のプロセスでは、対称ダイスを用いて素管肉厚を周方向に均等に増肉し、曲げアーム６のアームクランプで素管を保持することなく所定長さの直管部を押し抜く。このため、先端側ネック部では、成形加工にともなう偏肉を発生することがない。
【００４６】
曲げ部の縮径加工のプロセスでは、対称ダイスを偏芯ダイスに切り換えるため、ダイス傾斜角度θが設定され、これと連動してダイスタンド７が偏芯Ｈを修正すると同時に、曲げアーム６のアームクランプが素管３を保持し、曲げアーム６は旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）で、所定の曲げ角度φに至るまで曲げ加工を施す。
【００４７】
このときの曲げ部の縮径加工のプロセスでは、縮径加工された素管３は、偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位で増肉加工され、その後の曲げ加工にともなう減肉と相殺されるため、肉厚変動が小さくなる。
【００４８】
後端側ネック部の縮径加工プロセスでは、曲げアーム６が所定の曲げ角度φに達した後、偏芯ダイスから対称ダイスに切り換えるため、ダイス傾斜角度θをゼロ（零）に設定し、これと連動してダイスタンド７を下降させ、偏芯Ｈをゼロ（零）にすると同時に、曲げアーム６のアームクランプによる素管の保持を開放し、所定長さのネック部を押し抜く。
【００４９】
本発明のネック付きエルボの製造方法では、上記図６に示す装置構成において、曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置に配置し、曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓを設ける。
【００５０】
オフセット量Ｏｓを適切に選択して曲げ加工を施すことにより、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に付加される曲げモーメントを増大させることがない。このため、偏芯ダイス出側を通過した素管に新たな塑性変形が生じることがなく、曲げ加工にともなう扁平変形が解消され、曲げ部に局所扁平が発生することを防止できる。同様に、曲げ内周側の圧縮応力を低減できるので、圧縮応力に起因するしわ発生を防止できる。
【００５１】
適切なオフセット量Ｏｓは、素管の押し抜き寸法との関係が確認されており、曲げアームのオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足するのが望ましい。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【００５２】
上記（１）式において、Ｏｓ／ｄ値が０．０９未満であると、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に付加される曲げモーメントの増加が見られ、新たな塑性変形が生じ曲げ加工にともなう変形により、曲げ部に局所扁平が発生し易くなる。
【００５３】
一方、上記Ｏｓ／ｄ値が０．１８を超えるようになると、偏芯ダイスから押し抜き後、曲げモーメントの増大は回避できるが、曲げ内周側にしわの起点が生じ、曲げ部にしわが発生し易くなる。
【００５４】
本発明のネック付きエルボの製造方法では、曲がり部に発生する扁平を軽減し、同時にしわ発生をなくすために、曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）を０．９〜１．１で稼働させるのが望ましい。すなわち、速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）がこの範囲を外れる場合、具体的には、曲げアーム旋回速度Ｖφが過度に遅かったり、または速かったりする場合には、扁平やしわ発生をし易く、また旋回アームに過度の荷重が働くことから、設備保全上も望ましくない。
【実施例】
【００５５】
前記図６に示す装置構成例からなる押し通し装置を用いて、寸法が外径６０．５ｍｍ×肉厚３．８ｍｍ×長さ４００ｍｍである素管（炭素鋼）を準備し、偏芯ダイスによる押し抜き仕上寸法が５５ｍｍとなる両ネック付きエルボを製造した。このときの成形加工による縮径率は１０％に相当する。
【００５６】
ダイス半角αが７．５°の対称ダイスを用い、素管の押し抜き速度Ｖｗを２．５ｍｍ／ｓで一定として、ネック部の成形加工を行った。次いで曲げ部の成形加工の開始と同時にダイスを傾斜し、傾斜角度θ＝αとして偏芯ダイスに切り替えた。このときの曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）を制御し、速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）と曲げアームのオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）を設定した。
【００５７】
本実施例では、先端側ネック部の長さ１００ｍｍを縮径加工し、次いで偏芯ダイスに切り替え、曲げアームで素管をクランプして所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を行い、曲げ加工後はダイス傾斜を戻し対称ダイスに切り替えて後端側ネック部を縮径加工し、曲がり部の扁平率の測定、並びに局所扁平およびしわ発生の評価を行った。
【００５８】
図７は、ネック付きエルボ成形加工後の測定位置を示す図である。該当する測定位置での短径ｄ１および長径ｄ２から平均径ｄ０を算出して、下記（２）より扁平率Ｆｒを求めた。算出された扁平率Ｆｒの結果および評価結果を表１に示す。
Ｆｒ（％）＝｛（ｄ２−ｄ１）／ｄ０｝×１００ ・・・ （２）
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果から、オフセット量Ｏｓを設けない場合には（試験Ｎｏ．１、２）、曲げ加工の中間過程において曲げモーメントが大きくなって、扁平率が増大し、曲げ部に局所扁平が観察された。
【００６１】
一方、オフセット量Ｏｓを大きくしすぎて、Ｏｓ／ｄ値が０．２７になると（試験Ｎｏ．７、８）、ダイス出側位置の曲げ部内周側にしわ発生があった。
これに対し、本発明で規定するＯｓ／ｄ値が０．０９〜０．１８の範囲においては（試験Ｎｏ．３〜６）、いずれも曲げ加工の中間過程において曲げモーメントの増加が抑制され、扁平率Ｆｒは２０％未満に低減されるとともに、しわ発生は観察されなかった。
【００６２】
本実施例では、扁平率Ｆｒの測定と同時に、縮径加工された素管が偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位で増肉加工され、その後の曲げ加工にともなう減肉と相殺され、肉厚変動が小さくなり、偏肉率が６％以下に抑制されていることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のネック付きエルボの製造方法によれば、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工し曲げ加工を施すとともに、曲げアームのオフセット量（旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離）を適切に選択し、さらに速度比（曲げアームの旋回速度と押し抜き速度の比）を制御することにより、両ネックまたは片ネックを形成するに拘わらず、高能率に製造することができる。
【００６４】
しかも、得られたネック付きエルボ製品は、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、優れた寸法特性や品質特性を確保することができる。これによりエルボ配管に用いられるネック付きエルボの成形加工法として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】偏芯ダイスの構成を対称ダイスと比較して説明する図であり、（ａ）は対称ダイス、（ｂ）は偏芯ダイスを示している。
【図２】両ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって製造する方法を説明する図であり、（ａ）は先端側ネックの成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示し、（ｃ）は後端側ネックの成形プロセスを示す。
【図３】全長に亘り偏肉のないネック付きエルボを成形加工するプロセスを模式的に説明する図であり、（ａ）はネック部の成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示している。
【図４】曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う場合に適用できる、他の偏芯Ｈの修正法を示す。
【図５】本発明が対象とするネック付きエルボ製品の外観形状を示す図であり、（ａ）は片ネック付きエルボ製品を、（ｂ）は両ネック付きエルボ製品を示している。
【図６】本発明のネック付きエルボの製造方法を実施するための模式的な装置構成例を示す図である。
【図７】ネック付きエルボ成形加工後の測定位置を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：ダイス、ダイス装置、 １ａ：対称ダイス
１ｂ：偏芯ダイス、 ２：エルボ
３：素管、 ４：ガイドチューブ
５：押し抜き装置、 ６：曲げアーム
７：ダイスタンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管系に使用され、接続用の直管を端部に設けたネック付きエルボの製造方法に関し、さらに詳しくは、ネック部および曲げ部の全長に亘り、寸法特性（偏平度、偏肉率）や品質特性（しわ等）に優れ、高能率生産に最適なネック付きエルボの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電および化学プラント等に用いられるエルボ配管は、エルボとエルボの両端に溶接された直管部とから構成される。エルボ配管に用いられるエルボの成形方法としては、押し曲げ方式やマンドレル方式があるが、通常の肉厚寸法品（ｔ／Ｄ≦１５％）を主体として、マンドレル方式が広く適用されている。
【０００３】
マンドレル方式でエルボを製造する場合には、例えば、非特許文献１の４１頁、図３．６に示すような、マンドレル拡管曲げ（ハンブルグ曲げ）がエルボの加工法として最も普及している。このマンドレル拡管曲げでは、素管とマンドレルを加熱した状態で加工が施され、マンドレルの形状は素管外径が製品側に向かって徐々に大きくなるように構成されているのが特徴であり、素管は拡管しながら曲げ成形される。このようにして得られたエルボ製品は、曲げ外周側の減肉が小さく、また曲げ内周側のしわも抑制されることが経験的に認識されている。
【０００４】
また、特許文献１では、冷間加工によりマンドレルを用いた押通し曲げ方式でエルボを成形する曲管の製造装置を提案している。すなわち、提案の製造装置では、ワーク導入坑道を具えたガイド金型と、ガイド金型の上方に設けられ曲管の内側曲率と合致する円弧状型面を具えた内金型と、曲管の外側曲率と合致する円弧状型面を具えた外金型と、当該外金型と内金型の型締に基づき構成される彎曲坑道内にその上方口側から挿脱可能に嵌挿し、ワークの肉厚相当の環状間隙を成形するための彎曲マンドレルとで成形金型を構成しており、所定の曲率を具えた曲管を成形することができる。
【０００５】
上述の加工方法および製造装置は、エルボの成形加工に関するものであり、一定の品質と生産効率を確保することができる。ところが、配管系に使用されるエルボとして、配管の溶接施工性を向上させるため、接続用の直管部を片端または両端に設けたネック付きエルボが有用であることから、これらを効率的に製造することが必要になる。
【０００６】
ネック付きエルボの製造に際し、例えば、従来の代表的な加工法であるマンドレル拡管曲げ法でネック付きエルボを製造する場合には、前述した装置構成（非特許文献１の４１頁、図３．６）により、端部のネック長さを見込んだ長めのエルボ管を成形加工し、次いで、ネック部に相当する部分を金型に入れて直管に矯正加工することが必要になる。
【０００７】
すなわち、従来のネック付きエルボの製造では、管の曲げ加工とその後のネック付け加工との２行程からなる加工作業を必要としていたため、製造行程が煩雑になるとともに、成形されるネック長さには限界があり、ＪＩＳ Ｂ ２３１２等では従来の曲げ加工法を前提として短めのネック長さ、例えば、１６〜３０ｍｍ程度に限定されている。
【０００８】
実際の配管作業において、ネックに直管を溶接する場合に、ＪＩＳ規格より長いネック部を設けたエルボを用いることにより、作業性を大幅に改善できる。このようなことから、所定のネック長さを具備したネック付きエルボを、優れた寸法特性や品質特性を確保しつつ、効率的に製造することが要請される。
【非特許文献１】チューブフォーミング（管材の二次加工と製品設計）、日本塑性加工学会編、コロナ社、２００２年１１月２５日発行
【特許文献１】特開平６−１１４４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本出願人は、ネック付きエルボの製造効率化の要請に対応し、押し通しによるエルボ成形加工を施す際に、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイス（以下、「偏芯ダイス」という）を用い、素管を押し抜いて縮径加工と同時に曲げ加工を施し、１行程でネック付きエルボを製造する方法を提案した（特願２００７−００７１１８号参照）。
【００１０】
図１は、偏芯ダイスの構成をダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致しているダイス（以下、「対称ダイス」という）と比較して説明する図であり、（ａ）は対称ダイス、（ｂ）は偏芯ダイスを示している。
【００１１】
対称ダイス１ａではダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致し、周方向に亘り均一にダイス角度αが設けられている。これに対し、偏芯ダイス１ｂはダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイスであり、周方向に亘りダイス角度βが変化する。図１（ｂ）に示すように、偏芯ダイス１ｂのＡ部ではテーパ面が成形されダイス角度βが大きく、Ｂ部ではダイス角度βがほぼゼロ（０°）でありテーパ面が成形されない。
【００１２】
素管を曲げ加工する場合には、前記図１（ｂ）に示す偏芯ダイス１ｂのＡ部（ダイス角度βが大きい部位）が曲げ加工で曲げ外周側に位置するように、Ｂ部（ダイス角度βを設けない部位）が曲げ内周側に位置するように偏芯ダイス１ｂを配置する。このように配置された偏芯ダイス１ｂを用い、素管を押し抜いて縮径加工を行うと、Ａ部で主に塑性変形し外径が縮み肉厚が増えるのに対し、Ｂ部では塑性変形そのものが小さく肉厚変動は殆ど生じない。
【００１３】
さらに、成形加工において縮径加工と曲げ加工を組み合わせると、素管の押し抜き縮径加工によって管断面は塑性変形状態となり、その状態で素管に曲げ加工を加えることにより、成形加工する部位に組み合わせ応力の効果を生じさせることができる。すなわち、塑性変形状態にある素管に曲げ加工を施すことにより、曲げ加工のために新たに加えるべき曲げモーメントを小さくすることができる。
【００１４】
曲げ加工の際に、素管に加えるべき曲げモーメントを抑制できるようになると、曲げ手段として、旋回機能を有する曲げアームのような簡易な構造からなる手段を採用することができる。このように、曲げ手段として比較的簡易な構造を採用できるようになると、上述した偏芯ダイスの作用と組み合わせて、両ネックまたは片ネックに拘わらず、ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって効率的に製造できる。
【００１５】
図２は、両ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって製造する方法を説明する図であり、（ａ）は先端側ネックの成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示し、（ｃ）は後端側ネックの成形プロセスを示す。ネック付きエルボ２の成形加工には、素管３を案内するガイドチューブ４と、素管３を挿入側から逐次または連続的に押し抜く装置５とを備えて、偏芯ダイス１ｂを用いた縮径加工に引き続き、素管３の管端を曲げアーム６でクランプすることにより曲げ加工を行う。
【００１６】
先端側のネック成形は、曲げアーム６で素管の管端をクランプすることなくネック長さＮ１に相当する直管部を押し抜く（図２（ａ））。次に、曲げ部の成形は、素管３の管端を曲げアーム６でクランプし曲げ加工に移行し、所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を行う（図２（ｂ））。さらに、後端側のネック成形は、曲げ加工が所定の曲げ角度に至るまで進行したのち、素管３の管端から曲げアーム６のクランプを開放し、ネック長さＮ２の直管部を押し抜く（図２（ｃ））。
【００１７】
前記図２に示す成形方法によれば、ネック付きエルボを効率的に製造することができるが、ネック部における寸法特性が悪化し、特に偏肉の発生が顕著になる。また、曲げ加工された管の内周側では圧縮応力が作用することから、内周側の肉厚は厚くなるとともに、内周側でしわを発生し易い。
【００１８】
さらに、偏芯ダイス出側に配置された曲げアームを用いた曲げ加工では、偏芯ダイスから押し抜かれた後、曲げ加工の進捗にともなって曲げ部に加わる曲げモーメントが増大する。このため、曲げ部に新たな塑性変形が生じることから、局所扁平が生じ易くなる。
【００１９】
本発明は、このようなネック付きエルボの製造方法における問題に鑑みてなされたものであり、ネック部および曲げ部の全長に亘り肉厚変動（偏肉）をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、寸法特性や品質特性に優れ、高能率生産に最適なネック付きエルボの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、前記の課題を解決するため、押し通し縮径曲げによるエルボ成形加工について検討した結果、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工と同時に曲げ加工を施すことにより、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすことができ、両ネックまたは片ネックのいずれを形成するのに拘わらず、１行程からなる効率的な成形プロセスにより、ネック付きエルボを製造できることに着目した。
【００２１】
図３は、全長に亘り偏肉のないネック付きエルボを成形加工するプロセスを模式的に説明する図であり、（ａ）はネック部の成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示している。図３（ａ）に示すように、ネック部の成形プロセスでは、対称ダイス１ａを用い周方向に均一なダイス角度αで縮径加工を行い、その後も曲げ加工を加えることなく所定長さの直管部を押し抜く。このため、ネック部では素管肉厚を周方向に均等に増肉することが可能であり、成形加工にともなう偏肉発生をなくすことができる。
【００２２】
図３（ｂ）に示す曲げ部の成形プロセスでは、対称ダイス１ａを偏芯ダイス１ｂに切り換えて縮径加工を行い、引き続き所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を施す。対称ダイス１ａから偏芯ダイス１ｂに切り替えるのは、対称ダイス１ａをダイス傾斜角θで傾斜させることにより、偏芯ダイス１ｂを構成することができる。偏芯ダイス１ｂに切り換えることにより、偏芯ダイス１ｂのＡ部におけるダイス角度βは（α＋θ、ただし、θ＜α）となる。
【００２３】
このとき、偏芯ダイス１ｂのダイス角度βの大きいＡ部が曲げ外周側に位置するように、ダイス角度βの小さいＢ部が曲げ内周側に位置するように配置することにより、素管３の縮径加工にともない、Ａ部では材料が主に塑性変形し外径が縮み肉厚が増えるのに対し、Ｂ部では材料の塑性変形そのものが小さく肉厚変動は殆ど生じない。このため、引き続いて曲げ加工を行うことにより、曲げ外周側に位置するＡ部では縮径加工による増肉と曲げ加工による減肉とを相殺させ減肉を少なくできる。
【００２４】
次に、後端側ネック部を成形する場合には、前記図３（ａ）に示すように、偏芯ダイス１ｂを対称ダイス１ａに切り替えて、対称ダイス１ａによる周方向に均一なダイス角度αで縮径加工を行い、その後も曲げ加工を加えることなく所定長さの直管部を押し抜く。これにより、後端側ネック部の成形加工にともなう偏肉発生をなくすことができる。
【００２５】
偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う場合に、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とには偏芯Ｈが生じる。このため、図３（ｂ）に示すように、曲げ部の成形プロセスで偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う際に、ダイス穴径の出側中心軸と素管のパスラインと一致させ、ダイス穴径の入側中心軸を素管のパスラインより偏芯Ｈを下方に移動させる。
【００２６】
曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う場合の偏芯Ｈの修正法として、図４に示すように、曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う際に、偏芯ダイスのダイス穴径の入側中心軸と素管のパスラインと一致させ、ダイス穴径の出側中心軸を素管のパスラインより偏芯Ｈを上方に移動させる方式を採用することができる。
【００２７】
上記図３では、両ネック付きエルボ製品を対象として成形加工プロセスを説明したが、その成形加工プロセス内容は両ネック付きエルボ製品に限定されるものではなく、片ネック付きエルボ製品の成形加工にも適用できるものである。
【００２８】
ところで、上記図３で示す成形加工プロセスでは、曲げ部の成形プロセスで縮径加工と曲げ加工を組み合わせることにより、組み合わせ応力の効果が生じ、所要の曲げモーメントを小さくすることができるが、偏芯ダイスの出側において、曲げ加工の進捗にともなって曲げ部に加わる曲げモーメントが増大することがある。
【００２９】
例えば、エルボ製品の曲げ加工の中間過程で曲げモーメントが最大になる現象が現れると、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に新たな塑性変形が生じることになる。このため、エルボ製品の曲げ部に局所扁平が生じ易くなる。
【００３０】
さらに、曲げ部の内周側に発生するしわは、曲げ加工時の圧縮応力に起因するものである。このため、曲げ加工に要する曲げモーメントを抑制できれば、曲げ外周側の引張応力および曲げ内周側の圧縮応力を小さくでき、圧縮応力に起因する曲げ内周側に発生するしわを防止できる。
【００３１】
通常、ネック付きエルボの成形加工には、素管を逐次または連続的に押し抜きながら、曲げ加工手段として旋回用の曲げアームを用い、素管の管端をクランプする方式が用いられる。この場合に、曲げ加工にともなう曲げモーメントは、曲げアーム旋回中心の配置条件、および曲げアームの旋回速度と押し抜き速度との比で示される速度比λの影響を受けることになる。
【００３２】
本発明は、上記図３に示すネック付きエルボを１行程で成形加工するプロセスを前提とする検討結果や知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）のネック付きエルボの製造方法を要旨としている。
【００３３】
（１）ガイドチューブに挿入された素管を挿入側から逐次または連続的に押し抜きながら、対称ダイスを用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、偏芯ダイスに切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法である。
【００３４】
（２）上記（１）のネック付きエルボの製造方法は、前記曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足するのが望ましい。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【００３５】
さらに、安定して扁平やしわ発生をなくすために、曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）を０．９〜１．１の範囲で管理するのが望ましい。速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）がこの範囲を外れる場合、すなわち曲げアーム旋回速度Ｖφが過度に遅かったり、または速かったりすると、扁平やしわ発生をし易いことによる。さらに、また旋回アームに過度の荷重が働くことから、設備保全上からも望ましくない。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のネック付きエルボの製造方法によれば、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工し曲げ加工を施すとともに、曲げアームのオフセット量（旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離）を適切に選択し、さらに速度比（曲げアームの旋回速度と押し抜き速度の比）を制御することにより、両ネックまたは片ネックを形成するに拘わらず、高能率に製造することができる。
【００３７】
しかも、得られたネック付きエルボ製品は、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、優れた寸法特性や品質特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図５は、本発明が対象とするネック付きエルボ製品の外観形状を示す図であり、（ａ）は片ネック付きエルボ製品を、（ｂ）は両ネック付きエルボ製品を示している。ネック付きエルボ２の形状は軸心を基準とする曲率半径Ｒ並びに外径Ｄ、内径および肉厚ｔで規定されており、用途によってロングエルボ（曲率半径Ｒが１．５×外径Ｄ）、またはショートエルボ（曲率半径Ｒが外径Ｄ）に区分される。
【００３９】
図５（ａ）に示す片ネック付きエルボ２は、曲げ部の片端に溶接施工用の直管からなる長さＮのネック部を設けており、図５（ｂ）に示す両ネック付きエルボ２は、曲げ部の両端に溶接施工用の直管からなる長さＮのネック部を設ける。
【００４０】
図６は、本発明のネック付きエルボの製造方法を実施するための模式的な装置構成例を示す図である。素管３を挿入するガイドチューブ４と素管３を挿入側から逐次または連続的に押し抜くための押し抜き装置５が配置される。そして、ガイドチューブ４の先端側にダイスタンド７が設けられており、このダイスタンド７に縮径加工を施すためのダイス装置１と、曲げ加工を施す曲げ手段として曲げアーム６が配置される。
【００４１】
ダイス装置１は傾斜機構を備えており、ネック部または曲げ部の成形プロセス切替にともなって、対称ダイスと偏芯ダイスとの切替を行う。対称ダイスを用いて縮径加工する場合は、素管肉厚は周方向に均等に増肉される。一方、偏芯ダイスを用いて縮径加工する場合は、偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位が曲げ外周側に位置し、ダイス角度βの小さい部位が曲げ内周側に位置するように配置され、素管肉厚は曲げ外周側において曲げ内周側に比べて増肉される。
【００４２】
曲げアーム６は、ダイス装置１の出側領域に配置され、ダイスタンド７に固定される。このとき、曲げアーム６は、旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて配置される。曲げアーム６の先端には、図示しないが、素管３を保持するためのアームクランプが設けられる。アームクランプは、ネック部または曲げ部の成形プロセス切替にともない、保持または開放の操作を繰り返す。
【００４３】
さらに、ダイスタンド７には、偏芯ダイスを用いて縮径加工を行う場合に、偏芯Ｈを修正するため、ダイス装置１および曲げアーム６と連動して昇降可能な装置が設置される。
【００４４】
素材鋼管から設計寸法に切断された素管３は、ガイドチューブ４に挿入され、ガイドチューブ４の後端側に配置された押し込み装置５の油圧シリンダーの作動によって、押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）でダイス装置１に押し込まれる。
【００４５】
先端側ネック部の縮径加工のプロセスでは、対称ダイスを用いて素管肉厚を周方向に均等に増肉し、曲げアーム６のアームクランプで素管を保持することなく所定長さの直管部を押し抜く。このため、先端側ネック部では、成形加工にともなう偏肉を発生することがない。
【００４６】
曲げ部の縮径加工のプロセスでは、対称ダイスを偏芯ダイスに切り換えるため、ダイス傾斜角度θが設定され、これと連動してダイスタンド７が偏芯Ｈを修正すると同時に、曲げアーム６のアームクランプが素管３を保持し、曲げアーム６は旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）で、所定の曲げ角度φに至るまで曲げ加工を施す。
【００４７】
このときの曲げ部の縮径加工のプロセスでは、縮径加工された素管３は、偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位で増肉加工され、その後の曲げ加工にともなう減肉と相殺されるため、肉厚変動が小さくなる。
【００４８】
後端側ネック部の縮径加工プロセスでは、曲げアーム６が所定の曲げ角度φに達した後、偏芯ダイスから対称ダイスに切り換えるため、ダイス傾斜角度θをゼロ（零）に設定し、これと連動してダイスタンド７を下降させ、偏芯Ｈをゼロ（零）にすると同時に、曲げアーム６のアームクランプによる素管の保持を開放し、所定長さのネック部を押し抜く。
【００４９】
本発明のネック付きエルボの製造方法では、上記図６に示す装置構成において、曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置に配置し、曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓを設ける。
【００５０】
オフセット量Ｏｓを適切に選択して曲げ加工を施すことにより、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に付加される曲げモーメントを増大させることがない。このため、偏芯ダイス出側を通過した素管に新たな塑性変形が生じることがなく、曲げ加工にともなう扁平変形が解消され、曲げ部に局所扁平が発生することを防止できる。同様に、曲げ内周側の圧縮応力を低減できるので、圧縮応力に起因するしわ発生を防止できる。
【００５１】
適切なオフセット量Ｏｓは、素管の押し抜き寸法との関係が確認されており、曲げアームのオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足するのが望ましい。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【００５２】
上記（１）式において、Ｏｓ／ｄ値が０．０９未満であると、偏芯ダイスから押し抜かれた素管に付加される曲げモーメントの増加が見られ、新たな塑性変形が生じ曲げ加工にともなう変形により、曲げ部に局所扁平が発生し易くなる。
【００５３】
一方、上記Ｏｓ／ｄ値が０．１８を超えるようになると、偏芯ダイスから押し抜き後、曲げモーメントの増大は回避できるが、曲げ内周側にしわの起点が生じ、曲げ部にしわが発生し易くなる。
【００５４】
本発明のネック付きエルボの製造方法では、曲がり部に発生する扁平を軽減し、同時にしわ発生をなくすために、曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）を０．９〜１．１で稼働させるのが望ましい。すなわち、速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）がこの範囲を外れる場合、具体的には、曲げアーム旋回速度Ｖφが過度に遅かったり、または速かったりする場合には、扁平やしわ発生をし易く、また旋回アームに過度の荷重が働くことから、設備保全上も望ましくない。
【実施例】
【００５５】
前記図６に示す装置構成例からなる押し通し装置を用いて、寸法が外径６０．５ｍｍ×肉厚３．８ｍｍ×長さ４００ｍｍである素管（炭素鋼）を準備し、偏芯ダイスによる押し抜き仕上寸法が５５ｍｍとなる両ネック付きエルボを製造した。このときの成形加工による縮径率は１０％に相当する。
【００５６】
ダイス半角αが７．５°の対称ダイスを用い、素管の押し抜き速度Ｖｗを２．５ｍｍ／ｓで一定として、ネック部の成形加工を行った。次いで曲げ部の成形加工の開始と同時にダイスを傾斜し、傾斜角度θ＝αとして偏芯ダイスに切り替えた。このときの曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）を制御し、速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）と曲げアームのオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）を設定した。
【００５７】
本実施例では、先端側ネック部の長さ１００ｍｍを縮径加工し、次いで偏芯ダイスに切り替え、曲げアームで素管をクランプして所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工を行い、曲げ加工後はダイス傾斜を戻し対称ダイスに切り替えて後端側ネック部を縮径加工し、曲がり部の扁平率の測定、並びに局所扁平およびしわ発生の評価を行った。
【００５８】
図７は、ネック付きエルボ成形加工後の測定位置を示す図である。該当する測定位置での短径ｄ１および長径ｄ２から平均径ｄ０を算出して、下記（２）より扁平率Ｆｒを求めた。算出された扁平率Ｆｒの結果および評価結果を表１に示す。
Ｆｒ（％）＝｛（ｄ２−ｄ１）／ｄ０｝×１００ ・・・ （２）
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１の結果から、オフセット量Ｏｓを設けない場合には（試験Ｎｏ．１、２）、曲げ加工の中間過程において曲げモーメントが大きくなって、扁平率が増大し、曲げ部に局所扁平が観察された。
【００６１】
一方、オフセット量Ｏｓを大きくしすぎて、Ｏｓ／ｄ値が０．２７になると（試験Ｎｏ．７、８）、ダイス出側位置の曲げ部内周側にしわ発生があった。
これに対し、本発明で規定するＯｓ／ｄ値が０．０９〜０．１８の範囲においては（試験Ｎｏ．３〜６）、いずれも曲げ加工の中間過程において曲げモーメントの増加が抑制され、扁平率Ｆｒは２０％未満に低減されるとともに、しわ発生は観察されなかった。
【００６２】
本実施例では、扁平率Ｆｒの測定と同時に、縮径加工された素管が偏芯ダイスのダイス角度βが大きい部位で増肉加工され、その後の曲げ加工にともなう減肉と相殺され、肉厚変動が小さくなり、偏肉率が６％以下に抑制されていることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明のネック付きエルボの製造方法によれば、適切に対称ダイスと偏芯ダイスを切り替え、同時に偏芯ダイスを適正に配置することにより、素管を押し抜いて縮径加工し曲げ加工を施すとともに、曲げアームのオフセット量（旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離）を適切に選択し、さらに速度比（曲げアームの旋回速度と押し抜き速度の比）を制御することにより、両ネックまたは片ネックを形成するに拘わらず、高能率に製造することができる。
【００６４】
しかも、得られたネック付きエルボ製品は、ネック部および曲げ部の全長に亘り偏肉をなくすとともに、曲げ部におけるしわ発生や局所扁平を抑制し、優れた寸法特性や品質特性を確保することができる。これによりエルボ配管に用いられるネック付きエルボの成形加工法として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】偏芯ダイスの構成を対称ダイスと比較して説明する図であり、（ａ）は対称ダイス、（ｂ）は偏芯ダイスを示している。
【図２】両ネック付きエルボを１行程からなる縮径加工と曲げ加工によって製造する方法を説明する図であり、（ａ）は先端側ネックの成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示し、（ｃ）は後端側ネックの成形プロセスを示す。
【図３】全長に亘り偏肉のないネック付きエルボを成形加工するプロセスを模式的に説明する図であり、（ａ）はネック部の成形プロセスを示し、（ｂ）は曲げ部の成形プロセスを示している。
【図４】曲げ部の成形プロセスで縮径加工を行う場合に適用できる、他の偏芯Ｈの修正法を示す。
【図５】本発明が対象とするネック付きエルボ製品の外観形状を示す図であり、（ａ）は片ネック付きエルボ製品を、（ｂ）は両ネック付きエルボ製品を示している。
【図６】本発明のネック付きエルボの製造方法を実施するための模式的な装置構成例を示す図である。
【図７】ネック付きエルボ成形加工後の測定位置を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：ダイス、ダイス装置、 １ａ：対称ダイス
１ｂ：偏芯ダイス、 ２：エルボ
３：素管、 ４：ガイドチューブ
５：押し抜き装置、 ６：曲げアーム
７：ダイスタンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガイドチューブに挿入された素管を挿入側から逐次または連続的に押し抜きながら、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致しているダイス（以下、「対称ダイス」という）を用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、
前記対称ダイスをダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイス（以下、「偏芯ダイス」という）に切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、
前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法。
【請求項２】
前記曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載のネック付きエルボの製造方法。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【請求項３】
前記曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）が０．９〜１．１であることを特徴とする請求項１または２に記載のネック付きエルボの製造方法。
【請求項１】
ガイドチューブに挿入された素管を挿入側から逐次または連続的に押し抜きながら、ダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが一致しているダイス（以下、「対称ダイス」という）を用いて縮径加工するネック部成形プロセスと、
前記対称ダイスをダイス穴径の入側中心軸と出側中心軸とが偏芯しているダイス（以下、「偏芯ダイス」という）に切り換えて縮径加工し、前記素管を曲げアームで保持して所定の曲げ角度に至るまで曲げ加工する曲げ部成形プロセスとを組み合わせてネック付きエルボを製造する方法であって、
前記曲げ部成形プロセスにおいて、縮径加工により前記素管の曲げ外周側の肉厚を曲げ内周側の肉厚に比べて増肉させると同時に、前記曲げアームの旋回中心を偏芯ダイスの出側先端位置よりダイス入側に移動させた位置とし、所定のオフセット量Ｏｓを設けて曲げ加工を施すことを特徴とするネック付きエルボの製造方法。
【請求項２】
前記曲げアームの旋回中心と偏芯ダイスの出側先端位置との距離で示されるオフセット量Ｏｓ（ｍｍ）と、偏芯ダイスの仕上直径ｄ（ｍｍ）との関係が下記（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載のネック付きエルボの製造方法。
Ｏｓ／ｄ＝０．０９〜０．１８ ・・・ （１）
【請求項３】
前記曲げアームの旋回速度Ｖφ（Ｒ・ω）と素管の押し抜き速度Ｖｗ（ｍｍ／ｓ）との比で示される速度比λ（Ｖφ／Ｖｗ）が０．９〜１．１であることを特徴とする請求項１または２に記載のネック付きエルボの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５１９９０（Ｐ２０１０−５１９９０Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１７７８９（Ｐ２００８−２１７７８９）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００１８２９２６）住金機工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００１８２９２６）住金機工株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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