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【発明の名称】 パイプ曲げ加工条件算出システム、パイプ曲げ加工条件算出プログラム、およびパイプベンダ
【発明者】 【氏名】梅津 康義

【氏名】麻 寧緒

【氏名】渡辺 祐子

【要約】 【課題】短時間にパイプの曲げ加工条件を算出する。

【構成】本発明のパイプ曲げ加工条件算出システムは、曲げ部の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部についてスプリングバックの影響を加味しつつ加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、加工条件算出手段は、位置関係判定手段の判定結果が許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するパイプ曲げ加工条件算出システムであって、
曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、
パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、
前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、
各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、
目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、
前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
【請求項2】
前記請求項1に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、
加工条件算出手段は、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正することを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
【請求項3】
前記請求項1又は請求項2に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、
算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段が備えられていることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出システム。
【請求項4】
パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するためにコンピュータを駆動させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムであって、
コンピュータを、
曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段、
パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段、
前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段、
各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段、及び
目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段として機能させると共に、
前記加工条件算出手段として機能させるときは、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出するように機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
【請求項5】
前記請求項4に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、
コンピュータを加工条件算出手段として機能させるときは、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正するように機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
【請求項6】
前記請求項4又は請求項5に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、
コンピュータを、算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段として機能させることを特徴とするパイプ曲げ加工条件算出プログラム。
【請求項7】
パイプに曲げ加工を行うパイプ曲げ装置を備え、所定の曲げ加工条件に基いてパイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダであって、
曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、
パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、
前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、
各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、
目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、
前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出すると共に、
前記パイプ曲げ装置は、前記曲げ加工条件又は補正曲げ加工条件のいずれかに基いてパイプに曲げ加工を行うことを特徴とするパイプベンダ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、目標の形状を得るための曲げ加工条件をパイプベンダに提供するためのパイプ曲げ加工条件算出システム、曲げ加工条件をコンピュータに算出させるためのプログラム、および目標の形状のベンディングパイプを作製するパイプベンダに関し、コンピュータを用いた金属加工技術の分野に属する。
【背景技術】
【0002】
パイプを複数箇所(少なくとも一箇所)で曲げて目標の形状のベンディングパイプを作製する場合、スプリングバックを考慮する必要があるのは当業者にとっては当然のことである。スプリングバックを考慮せずに目標の形状のペンディングパイプを作製すると、特に曲げ部が多いほど最終加工形態のベンディングパイプは目標形状のベンディングパイプとは程遠い形状になり、例えばベンディングパイプがハイドロフォーミング用パイプとして型に入れられる場合、型に収まらないことがある。
【0003】
この対処として、スプリングバックを考慮して目標の形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出する方法として、例えば特許文献1に記載の方法がある。この方法では、有限要素法を利用してスプリングバックを考慮した曲げ加工条件を算出する。
【0004】
【特許文献1】特開2005−161332公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1の方法の場合、有限要素法を利用したものであるため、目標の形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出するのに時間を要し、特に曲げ部が多くなると、曲げ各条件の算出に著しく長時間を要することになる。
【0006】
また、各曲げ部が目標の形状になるように該各曲げ部に対応する曲げ加工条件を算出するため、曲げ部を多数備える形状のベンディングパイプの場合、各曲げ部に対応する加工条件を算出した計算において含まれる許容できる計算誤差が累積し、その結果、算出されたベンディングパイプの全体形状と目標のベンディングパイプの全体形状との間に、目標のベンディングパイプが収まるフォーミングパイプを作製するための型に算出されたベンディングパイプが収まらないというような形状の違いが生じることがある。
【0007】
これの対処として、計算誤差の累積による影響を小さくするために有限要素法による計算を緻密にやることが考えられるが、その分さらに計算に時間を要することになる。
【0008】
そこで、本発明は、有限要素法を使用せずに短時間で、また曲げ部を多数備えるベンディングパイプであっても、目標の形状のベンディングパイプを得るための最適な曲げ加工条件を算出することができるパイプ曲げ加工条件算出システムと、コンピュータに目標の形状のベンディングパイプを得るための最適な曲げ加工条件を算出させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムと、スプリングバックを考慮しつつ目標の形状のベンディングパイプを作製することができるパイプベンダとを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【0010】
まず、請求項1に記載の発明は、パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するパイプ曲げ加工条件算出システムであって、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することを特徴とする。
【0011】
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、加工条件算出手段は、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正することを特徴とする。
【0012】
さらに、請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は請求項2に記載のパイプ曲げ加工条件算出システムにおいて、当初の曲げ加工条件または位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段が備えられていることを特徴とする。
【0013】
一方、請求項4に記載の発明は、パイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダに提供する曲げ加工条件を算出するためにコンピュータを駆動させるパイプ曲げ加工条件算出プログラムであって、コンピュータを、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段、及び目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段として機能させると共に、前記加工条件算出手段として機能させるときは、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出するように機能させることを特徴とする。
【0014】
また、請求項5に記載の発明は、前記請求項4に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、コンピュータを加工条件算出手段として機能させるときは、補正曲げ加工条件を算出するときに、曲げ角度を優先的に補正するように機能させることを特徴とする。
【0015】
さらに、請求項6に記載の発明は、前記請求項4又は請求項5に記載のパイプ曲げ加工条件算出プログラムにおいて、コンピュータを、当初の曲げ加工条件又は位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出する板厚分布算出手段として機能させることを特徴とする。
【0016】
そして、請求項7に記載の発明は、パイプに曲げ加工を行うパイプ曲げ装置を備え、所定の曲げ加工条件に基いてパイプの少なくとも一箇所に曲げ加工を行うパイプベンダであって、曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度の情報を含む目標形状のパイプの情報を得る目標形状情報取得手段と、パイプの中心線上に複数の比較点を定義する比較点定義手段と、前記目標形状情報に基づいてパイプの曲げ部分の曲げ半径と曲げ角度を含む曲げ加工条件を算出する加工条件算出手段と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ前記加工条件算出手段が算出した曲げ加工条件に基づいて順次曲げ加工されたパイプの形状を算出する加工形状算出手段と、目標形状のパイプの比較点と前記加工形状算出段が算出した算出形状のパイプの対応する比較点との位置関係を判定する位置関係判定手段とを含み、前記加工条件算出手段は、前記位置関係判定手段の判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合、判定結果が該許容範囲に収まるように前記曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出すると共に、前記パイプ曲げ装置は、前記曲げ加工条件又は補正曲げ加工条件のいずれかに基いてパイプに曲げ加工を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、請求項1に記載するように、目標形状のパイプの中心線上に設けた複数の比較点と、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味して算出した算出形状におけるパイプ中心線上の対応する比較点との位置関係を判定し、その判定結果が所定の許容範囲を逸脱している場合に、判定結果がその許容範囲に収まるように当初の曲げ加工条件を補正した補正曲げ加工条件を算出することにより、当初の曲げ加工条件または補正曲げ加工条件のいずれかがパイプベンダに提供されることになる。その結果、目標形状または該目標形状と比較して許容できる範囲内の形状の曲げ加工品が得られることになる。具体的に言えば、各曲げ部分についてスプリングバックの影響を加味しつつ順次曲げ加工されたパイプの形状を算出した算出形状と目標形状とを比較するとき、先に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の位置関係の違いが次に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の位置関係の違いに現れることを考慮した上で、対応しあう比較点の位置関係の違いが許容範囲内に収まるような加工条件が算出されるから、算出された曲げ加工条件によって加工された全体形状が目標形状から大きく逸脱するといったことがない。また、各曲げ部におけるスプリングバックの影響は、中心線に対しての例えば材料力学的な計算で算出されるので、有限要素法を用いる場合に比較して計算時間が短縮されることになる。
【0018】
また、請求項2に記載の発明によれば、補正曲げ加工条件を算出するときに、
曲げ角度を優先的に補正するので、曲げ半径を優先的に補正する場合に比較して、パイプベンダにおけるローラを異なる径のものに交換する頻度が低減される。
【0019】
また、請求項3に記載の発明によれば、当初の曲げ加工条件又は位置関係判定手段による判定結果が許容範囲に収まるように補正した補正曲げ加工条件による算出形状のパイプについて、有限要素法を用いて板厚分布を算出するようにしたから、この加工条件で得られたパイプをハイドロフォーミングで加工するパイプ素材とする場合に、その加工の適否の判定したり、ハイドロフォーミング加工のシミュレーション用データとして用いたりすることができる。
【0020】
一方、請求項4〜請求項6に記載の発明によれば、これらの発明に係るプログラムをコンピュータに搭載して実行すれば、請求項1〜請求項3に記載のシステムと同様の効果が得られる。
【0021】
さらに、請求項7に記載の発明によれば、曲げ加工条件が必要に応じて自動的に補正されて、目標形状とほぼ一致した形状のパイプ製品が得られるパイプベンダが実現されることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
まず、本発明がすることは、目標の形状のベンディングパイプを得るために適切なパイプの曲げ加工条件を求めることである。したがって、本発明を理解するために、まず、パイプの曲げ加工、すなわちベンディングパイプの作製方法について簡単に説明する。
【0023】
図1は、パイプを曲げ加工するパイプベンダの構成を概略的に示す図である。図に符号10で示すパイプベンダは、概略、ローラ状の曲げ金型12と、曲げ金型12にパイプPを押し当てるクランパ14を備えたクランプ16と、パイプPを該パイプPの中心線を中心として回転させる回転チャック18と、パイプPを送り方向20に送るパイプPの搬送機構22と、曲げ加工時にパイプPを抑えるための抑えローラ24とから構成される。また、パイプベンダ10は、3つのXa軸、Ya軸、Za軸(図面に対して直交する方向に伸びる軸)からなる直交座標系(以下、「基準座標系」と称する。)を備える。なお、方向20は、Xa軸方向である。
【0024】
曲げ金型12とクランプ16は、協働してパイプPを曲げる手段として機能する。
【0025】
曲げ金型12は、送り方向20と直交する(Za軸方向の)回転中心線を有するローラ形状であって、所定の周速で回転可能に構成されている。パイプPは、曲げ金型12の外周面に沿って曲げ加工され、パイプPの曲げ部の曲げ半径Rは、曲げ金型12の回転中心線から外周面までの距離とパイプPの断面半径との和で決定される。
【0026】
クランプ16は、曲げ金型12の回転中心線を中心として旋回可能であって、曲げ金型12の回転中心線に向かって進退可能なクランパ14を備える。クランプ16は、パイプPと曲げ金型12とが最初に接触する位置(基準座標系の原点の位置で、以下、「曲げ開始位置」と称する。)Oで、クランパ14を進行させることによりパイプPを曲げ金型12に押し当てる(曲げ金型12にクランプする。)。クランプ状態で曲げ金型12の回転に合わせて曲げ開始位置Oから旋回角θmだけ旋回したとき、クランパ14を後退させて曲げ金型12へのパイプPへの押し当てを解除する(曲げ金型12からアンクランプする。)。この曲げ金型12と協働した動作により、曲げ半径Rで曲げ角度がθmの曲げ部Bが形成される。
【0027】
なお、クランプ16の旋回角は変更可能で、それにより所望の曲げ角度を備える曲げ部が形成される。
【0028】
回転チャック18は、パイプPを該パイプPの中心線を中心として回転させるものである。回転チャック18は、曲げ加工が実行されていないときに(すなわち、クランプ16がアンクランプ状態であるとき)、曲げ金型12に当接する前のパイプPの部分を保持してパイプPを所望の角度で回転させるように構成されている。
【0029】
搬送機構22は、パイプPを方向20、厳密にはパイプPの中心線が基準座標系のXa軸と一致するように、曲げ金型12の周速と一致する搬送速度でパイプPを搬送するように構成されている。
【0030】
抑えローラ24は、曲げ加工時において曲げ金型12とパイプPの当接を維持するためのもの、具体的に言えば、曲げ加工中、クランパ16のクランパ14によって曲げ金型12に押し当てられているパイプPの部分以外の部分が該曲げ金型12から離れないようにするためのものである。
【0031】
このようなパイプベンダ10によれば、搬送機構22から送られたパイプPは、パイプPの先端からある距離の部分でクランプ16によって曲げ金型12にクランプされて所望の曲げ角度の曲げ部が形成され、また、ある曲げ部が形成される直前に回転チャック18により回転されることにより、パイプPは所望の形状のベンディングパイプに曲げ加工される。
【0032】
次に、パイプベンダ10に与えられる曲げ加工条件について説明する。
【0033】
図2は、図3の曲げ加工条件テーブルにしたがって加工されたベンディングパイプP1と、ベンディングパイプPに加工される前のパイプP1’を示している。なお、ベンディングパイプP1とパイプP1’は中心線のみを示している。ここでは、説明を簡単にするためにスプリングバックが発生しないものとする。
【0034】
図3に示す曲げ加工条件テーブルによれば、まず、最初の曲げ部B1は、パイプP1’の先端から距離F1の地点を曲げ部先端点として曲げ角度θ1で形成される。距離F1は、パイプP1’の先端が曲げ開始位置Oからその先に搬送機構22によって送られた量でもあることから送り量と呼ぶこととする。
【0035】
次に、送り量F1に続いて送り量F2でパイプP1’を送った地点(先端からF1+F2の地点)を曲げ部先端点として曲げ角度θ2の曲げ部B2が形成される。この曲げ部B2の形成が開始される前、すなわちパイプP1’は、クランプ16によって曲げ金型12にクランプされる前に、回転チャック18によって角度φ2だけパイプP1’の中心線を中心として回転される。
【0036】
最後に、さらに送り量F3でパイプP1’を送った地点(先端からF1+F2+F3の地点)を曲げ部先端点として曲げ角度θ3の曲げ部B3が形成される。この曲げ部B3の形成が開始される前に、回転チャック18によってパイプP1’は角度φ3だけ該パイプP1’の中心線を中心として回転される。
【0037】
なお、図2や図3に示すように3つの曲げ部B1〜B3の曲げ半径はR1で共通である。すなわち1つの曲げ金型でベンディングパイプP1の曲げ部B1〜B3は形成されている。
【0038】
以上の図3に示す曲げ加工条件テーブルにしたがう工程を経て、ベンディングパイプP1が形成される。
【0039】
ここからは、本発明である、目標形状のベンディングパイプを得るためにパイプベンダに提供する適切なパイプの曲げ加工条件を算出するシステムについて説明する。
【0040】
本発明に係るシステムは、パイプ曲げ加工時に考慮しなければならないスプリングバックに対策したもので、スプリングバックの影響を加味しつつ目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出するためのものである。
【0041】
そのために、本発明の一実施形態のシステムは、図4に示すように、コンピュータ100を中心として構成され、コンピュータ100は、中央処理装置102と、キーボードや記憶媒体(図示せず)などの曲げ加工条件を算出するために必要な情報がユーザから入力されるための入力装置104と、算出した曲げ加工条件をユーザに出力するための出力装置106と、曲げ加工条件を算出するために必要なプログラムやテーブルを記憶する記憶装置108とを有する。
【0042】
中央処理装置102は、入力装置104や出力装置106を制御するとともに、記憶装置108にアクセス可能に構成されており、具体的に言えば、入力装置104を介して入力された情報と記憶装置108に記憶されているプログラムやデータを用いて曲げ加工条件を算出し、算出した曲げ加工条件を出力装置106に出力するように構成されている。
【0043】
入力装置104は、ユーザから目標形状のベンディングパイプの情報をコンピュータ100に取り込むためのもので、具体的には、ベンディングパイプの材料となるパイプの情報や目標形状の情報をユーザから得るためのものである。例えば、入力装置104がキーボ−ドであって、出力装置106がディスプレイである場合、後述するように記憶装置108に記憶されている図5に示すパイプ情報テーブルをディスプレイに画像表示し、パイプの全長L、外径d1、内径d2、ヤング率E、降伏応力σy、硬化係数Ehの数値をキーボードで入力させてパイプの情報をコンピュータ100に取り込む。
【0044】
また、目標形状の情報は、図3に示す曲げ加工条件テーブルと同様のテーブルで表現され、例えば、後述するように記憶装置108に記憶されている図6に示す目標形状情報テーブルをディスプレイに画像表示し、目標形状のベンディングパイプが備える複数の曲げ部1〜nに関する、各曲げ部が形成されるパイプ上の位置を示す送り量F1〜Fn、回転角度φ1〜φn、曲げ半径R、曲げ角度θ1〜θnの数値がユーザによるキーボード入力を介してコンピュータ100に取り込まれる。
【0045】
出力装置106は、ディスプレイやプリンタなどであって、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件の情報を出力したり、目標形状のベンディングパイプを画像として出力したりするように構成されている。
【0046】
記憶装置108には、図7に示すように、曲げ加工条件をコンピュータ100に算出させるためのプログラムや、その他のプログラムとして例えば、算出した曲げ加工条件を用いて加工されてなるベンディングパイプの板厚分布を解析するプログラムなどが記憶されている。
【0047】
また、記憶装置108には、各種のテーブルが記憶されており、上述したパイプ情報テーブルと目標形状テーブル、それ以外に、図3のテーブルと同様の図8に示すような曲げ加工条件テーブルと、パイプベンダが使用可能な曲げ金型の種類と曲げ半径のデータを示した図9に示すような可能曲げ半径テーブルとが記憶されている。
【0048】
次に、パイプ曲げ加工条件算出システムが実行する、すなわち曲げ加工条件算出プログラムにより駆動されたコンピュータ100が実行する曲げ加工条件の算出動作の一例をフローによって説明する。
【0049】
図10は、曲げ加工条件の算出動作のフローの一例を示している。
【0050】
まず、ステップS200において、ユーザのコンピュータ100の入力装置104を介する入力によりベンディングパイプの材料となるパイプの情報を取得する。これにより、図5に示すようなパイプ情報テーブルが取得される。
【0051】
次に、ステップS210において、ユーザのコンピュータ100の入力装置104を介する入力により目標形状情報テーブルを取得する。これにより、例えば、図11に示すベンディングパイプPgが形成されるための図6に示すような目標形状情報テーブルが取得される。
【0052】
続くステップS220において、ステップS210において取得した目標形状情報テーブルから、目標形状のベンディングパイプの中心線(以下、「目標中心線」と称する。)を算出し、目標中心線を構成する複数の点それぞれの座標を算出する。例えば、図12に示すように、上述した基準座標系における目標中心線CLgを構成する複数の点それぞれの座標を算出する。
【0053】
なお、簡単に補足すると、パイプの中心線を構成する複数の点それぞれの基準座標系における座標は次の考えのもとで算出することができる。
【0054】
すなわち、搬送機構による送り、曲げ金型による曲げ加工、回転チャックの回転のいずれかが行われるたびに、パイプの中心線を構成する複数の点それぞれの座標は変化することである。
【0055】
このような場合の中心線の座標を求める一例の考え方を説明する。まず、図13に示すように、搬送機構22によりパイプPがXa軸方向にΔxaだけ送られると、中心線CL上の点Cnは、Xa座標成分がΔxaだけ増分した基準座標系の座標に移動する。CnがCn’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「送り座標変換」と称する。
【0056】
また、図14に示すように、回転チャック18によりパイプPが角度Δφ回転されると、中心線CL上の点Cnは、Xa座標の値は変わらず、Ya−Za平面と平行な平面上においてXa軸を中心として角度Δφだけ回転移動される。CnがCn’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「回転座標変換」と称する。
【0057】
さらに、図15に示すように、曲げ金型12によって曲げ角度Δθで曲げ半径Rの曲げ部Bが形成されると、中心線CL上の点Cnは、Za座標の値は変わらず、Xa−Ya平面上において曲げ金型12の回転中心線を中心としてΔθだけ回転移動される。CnがCn’となる座標変換が行われる。以下、この座標変換を「曲げ座標変換」と称する。
【0058】
したがって、搬送機構による送り、曲げ金型による曲げ加工、回転チャックの回転のいずれかが行われるたびに、対応する送り座標変換、回転座標変換、曲げ座標変換のいずれかが中心線CLを構成する点に対して実行される。それにより、複雑な形状の中心線CLを構成する複数の点それぞれの基準座標系における座標を算出することができる。
【0059】
図10に戻り、ステップS230において、目標中心線CLgの形状を画像(図12に示すような画像)として出力装置106に出力する。代わりとしてまたは加えて、中央処理装置102が、ステップS200において取得したパイプ情報テーブルと目標中心線CLgの形状とに基づいて目標形状のベンディングパイプの画像(図11に示すような画像)を出力してもよい。
【0060】
次に、ステップS240において、図16に示すように、目標中心線CLgを構成する点から複数の比較点C0〜Ceを定義する。比較点C0は目標中心線CLgの先端点(いわゆるパイプの先端)であり、比較点Ceは目標中心線CLgの後端点であり、残りの比較点は、曲げ部先端点、曲げ部中点、曲げ部後端点である。
【0061】
ステップS240において比較点の定義が終わると、続くステップS250において複数の比較点C0〜Ceが付された目標中心線CLgの画像(図16に示すような画像)を出力装置106に出力する。
【0062】
次に、本システム(コンピュータ100)が算出した形状のベンディングパイプ(詳細は後述する。)と目標形状のベンディングパイプとの間の許容できる形状の違い(許容誤差)を、ステップS260においてユーザから入力装置106を介して知る。具体的には、ユーザの入力装置106を介する入力により、目標形状のベンディングパイプの比較点と、本システム(コンピュータ100)が算出した形状のベンディングパイプの対応する比較点との間の許容できる距離の値を取得する。
【0063】
ステップS270において、曲げ加工条件テーブルを作成する。ここでは、テーブル上の各パラメータをステップS210で所得した目標形状情報テーブルのパラメータと同一とした図8に示すような曲げ加工条件テーブルを作成する。
【0064】
ステップS280において、ステップS270で作成された(または後述するステップ360において補正された)曲げ加工条件テーブルを用いてパイプを曲げ加工した場合に各曲げ部に発生するスプリングバックの影響を算出する。具体的には、曲げ加工条件テーブルに示す複数の曲げ部B1〜Bnそれぞれについて、ステップS200において取得したパイプ情報テーブルを参照するとともに曲げ加工条件テーブルに示す曲げ半径Rと曲げ角度θを用いて、スプリングバック後の曲げ角度θ’を算出する。
【0065】
例えば、曲げ部B1について説明する。曲げ半径R1および曲げ角度θ1の曲げ部B1を形成すると、スプリングバック後の曲げ半径R1’は数1に示す式から求められる。
【0066】
【数1】


【0067】
数1に示す式において、d1、d2、σy、E、Ehは、パイプ情報テーブルから提供される、外径、内径、降伏応力、ヤング率、硬化係数である。
【0068】
スプリングバックが発生した後の曲げ半径R1’が求まると、スプリングバックが発生した後の曲げ角度θ1’は数2に示す式から求めることができる。
【0069】
【数2】


【0070】
ステップ290において、曲げ角度比αを算出する。曲げ角度比αは、曲げ加工条件テーブルの曲げ角度θをスプリングバック後のθ’で割った値で、1以上の値である。曲げ角度比αを各曲げ部B1〜Bnごとに算出する。
【0071】
ステップS290において各曲げ部B1〜Bnの曲げ角度比αが求まると、ステップS300において曲げ加工条件テーブルの曲げ角度θを、曲げ角度θに曲げ角度比αを積算して求まる曲げ角度をθaに補正変更する。補正されてなる曲げ角度補正済み曲げ加工条件テーブルを図17に示す。
【0072】
続く、ステップS310において、ステップS220において目標形状テーブルから目標中心線を算出したように、スプリングバックの影響を加味しつつ曲げ角度補正済み曲げ加工条件テーブルの曲げ加工条件で加工されたパイプの中心線の形状を算出する。以下、算出された形状のパイプ中心線は、目標中心線をスプリングバックの影響を加味して補正したものとみなせるため「補正中心線」と称する。
【0073】
さらに、ステップS320において、ステップS240において目標中心線上に複数の比較点を定義したように、補正中心線上にも複数の比較点を定義する。補正中心線上に定義される比較点の位置や数は、目標中心線上に定義した比較点の位置や数と同一である。
【0074】
ステップS330においては、目標中心線上の複数の比較点それぞれと、対応する補正中心線上の比較点との位置関係を判定する。判定は、目標中心線上の比各比較点と補正中心線上の対応する比較点との間の距離が、ステップS260において取得した許容誤差を超えているか否かを判定する。わかりやすく説明すると、図18のように、補正中心線CLaと目標中心線CLgとを基準座標系に配置してみると、それぞれの後端点C0とC0’との間にスプリングバックの影響による距離が発生しているのがわかる。このC0とC0’のように、対応しあう比較点の間の距離が許容誤差を超えているか否かを判定する。
【0075】
ステップS340において、ステップS330における判定の結果、目標中心線の各比較点と対応する補正中心線の比較点の複数の組のうち、その間の距離が許容誤差を超える組が少なくとも1つある場合、ステップS350に進む。そうでない場合、ステップS370に進む。
【0076】
ステップS350においては、記憶装置108に記憶されている図9に示す可能曲げ半径テーブルを参照してパイプベンダが使用可能な異なる曲げ半径Rを選択する。例えば、次に半径が小さい曲げ半径Rを選択する、または予め可能曲げ半径テーブルにおいて複数の曲げ半径Rに順序付けがなされていて、その順序にしたがって選択する。
【0077】
次に、ステップS360において、ステップ270において作成した曲げ加工条件テーブルの曲げ半径を先のステップS350において選択した異なる曲げ半径に変更補正する。例えば、曲げ半径R2に変更補正された曲げ半径補正済み曲げ加工条件テーブルを図19に示す。そして、ステップS280に戻る。
【0078】
ステップS370においては、ステップS330において否と判定された時の曲げ加工条件テーブルを、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件テーブルとして出力装置106を介してユーザに出力する。
【0079】
ステップ370において、算出した曲げ加工条件が出力されると曲げ加工条件算出のフローが完了する。
【0080】
本実施形態によれば、各曲げ部についてスプリングバックの影響を加味しつつ順次曲げ加工されたパイプの形状を算出した算出形状と目標形状とを比較するとき、先に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の間の距離が次に形成された曲げ部分近傍の対応しあう比較点の間の距離に影響として現れることを考慮した上で、対応しあう比較点の間の距離が許容誤差に収まるように補正された加工条件が算出されることになる。また、算出された曲げ加工条件によって加工されたパイプの全体形状が目標形状から大きく逸脱するといったことがない。さらに、各曲げ部におけるスプリングバックの影響は、中心線に対しての例えば材料力学的な計算で算出されるので、有限要素法を用いる場合に比較して計算時間が短縮されることになる。
【0081】
以上、一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【0082】
例えば、算出した曲げ加工条件から有限要素法を用いて、図20に示すようなベンディングパイプの板厚分布や図21に示すような相当ひずみ分布を算出して出力してもよい。図20のベンディングパイプPxや図21のベンディングパイプPyにおいて、板厚やひずみの分布は等高線のように表現される。その場合、コンピュータの記憶装置に板厚分布解析プログラムや相当ひずみ分布解析プログラムを記憶させておく必要がある。
【0083】
本発明によって算出された曲げ加工条件で作製されたベンディングパイプがハイドロフォーミングされる場合、板厚分布や相当ひずみ分布の情報がハイドロフォーミング持に役に立つからである。
【0084】
また、本発明の曲げ加工条件算出の方法は、パイプの断面形状に大きく影響されない。上述の実施形態においてパイプの断面形状は円形であるが、図22に示すような正方形断面形状のパイプPzにも実施可能である。なぜなら、本発明は、上述するようにパイプの中心線に基づいて曲げ加工条件を算出するためである。
【0085】
上述の実施形態においては、パイプベンダとパイプ曲げ加工条件算出システムは別体であるが、一体化されてもよい。例えば、パイプベンダに目標形状をユーザが入力したときに、パイプベンダ内の制御部が目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を算出し(すなわち、制御部が、上述の実施形態のシステムのように機能し)、算出した曲げ加工条件に基づいてパイプ曲げ機構がパイプを曲げ加工するようなパイプベンダが実現可能である。
【0086】
また、上述の実施形態において、ベンディングパイプの曲げ半径は共通であるが、各曲げ部毎に曲げ半径が異なるようなベンディングパイプの曲げ加工条件も算出可能なのは当業者にも明らかである。しかしながら、曲げ加工条件を算出し終わるために必要な時間は、曲げ部の数に比例する。
【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明は、パイプの曲げ加工に関わるあらゆる装置に、目標形状のベンディングパイプを得るために必要な曲げ加工条件を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0088】
【図1】パイプベンダの構成を概略的に示す図である。
【図2】曲げ加工条件を説明するための図である。
【図3】図2に関連する曲げ加工条件テーブルを示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るパイプ曲げ加工条件算出システムの構成を示す図である。
【図5】記憶装置に記憶されているパイプ情報テーブルを示す図である。
【図6】記憶装置に記憶されている目標形状情報テーブルを示す図である。
【図7】記憶装置の構成を示す図である。
【図8】記憶装置に記憶されている曲げ加工条件テーブルを示す図である。
【図9】記憶装置に記憶されている可能曲げ半径テーブルを示す図である。
【図10】システムのパイプ曲げ加工条件の算出動作のフローを示す図である。
【図11】目標形状のベンディングパイプを示す図である。
【図12】目標中心線を示す図である。
【図13】目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。
【図14】異なる目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。
【図15】さらに異なる目標中心線上の点の座標の求め方を説明する図である。
【図16】複数の比較点を付した目標中心線を示す図である。
【図17】曲げ角度が補正された曲げ加工条件テーブルを示す図である。
【図18】目標中心線と補正中心線を基準座標系に配置した図である。
【図19】曲げ半径が補正された曲げ加工条件テーブルを示す図である。
【図20】ベンディングパイプの板厚分布を示す図である。
【図21】ベンディングパイプの相当ひずみ分布を示す図である。
【図22】本発明で曲げ加工条件の算出が可能な断面形状のパイプを示す図である。
【出願人】 【識別番号】302064762
【氏名又は名称】株式会社日本総合研究所
【出願日】 平成18年6月20日(2006.6.20)
【代理人】 【識別番号】100083013
【弁理士】
【氏名又は名称】福岡 正明


【公開番号】 特開2008−752(P2008−752A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−169481(P2006−169481)