ステンレス鋼管の曲げ：専門家ガイド

ステンレス鋼は製造業において最も一般的に使用される材料の一つです。そのため、ステンレス鋼管の曲げ加工は、様々な用途の金属部品を製造するための一般的な成形工程です。エンジニアや設計者は、これをシステム配管・チューブにとって重要な工程と捉えています。しかし、正しい曲げ加工方法を習得する必要があります。 金属曲げ加工.

一部の高級ステンレス鋼材の使用増加に伴い、加工は複雑化しています。そのため、鋼管の曲げ加工方法を理解することは不可欠です。この記事では、鋼管を曲げる最も効率的な方法をご紹介します。さらに、加工プロセスを最大限に活用するためのお手伝いもいたします。

ステンレス鋼管の曲げ加工の基礎と課題

カスタムプロトタイピングに鋼材を使用するのは、非常に難しい場合があります。これは、鋼材が非常に硬い金属材料であるためです。しかし、鋼材は延性と展性に富んだ材料であるため、様々な加工方法を用いることで、様々な形状に容易に成形することができます。金属曲げ加工は、鋼管を様々な形状に加工するのに役立つ加工方法です。

ステンレス鋼は様々な形状に曲げることができますが、この技術には専用の工具による大きな直接的な圧力が必要になる場合があります。ステンレス鋼材の曲げ加工となると、より難易度の高い曲げ加工に焦点が当てられます。この難易度は通常、パイプの厚さに依存します。

厚肉チューブは通常、曲げ加工に高い圧力を必要とします。また、チューブのサイズや形状によっては、特殊な曲げ加工機の使用が必要になる場合もあります。さらに、ステンレス鋼チューブの曲げ加工においては、スプリングバックのリスクが大きな問題となります。

ステンレス鋼管の曲げ方

ステンレス鋼管の加工は難しいですが、いくつかの方法を使えば加工が簡素化できます。このセクションでは、最も効率的な方法でステンレス鋼管を曲げる方法について説明します。

マンドレルチューブ曲げ

ロータリードローチューブ曲げ機は、通常、金属管のマンドレル曲げに使用されます。マンドレルとは、曲げ加工中に管の形状を維持するために使用される工具です。曲げ加工中にマンドレルが曲げ部から外れないように、マンドレルには球状鋼が追加されている場合があります。

マンドレルチューブ曲げのセットアップには以下が含まれます。

圧力ダイ: 圧力ダイは鋼管の接線部分または直線部分を固定します。

クランプダイ: クランプダイは曲げダイの周囲に鋼管を回転させます。

マンドレル: マンドレルは曲げ部分の鋼管の内側を支え、関節式ボールがいくつか含まれる場合があります。

スクレーパーダイスクレーパーダイは、内径の接線よりも手前でチューブに接触します。ワークピースを拭き取り、内径のしわを防ぎます。

マンドレル曲げは、ステンレス鋼管の曲げ加工において主流です。特に、より小さな半径が求められる用途では、この傾向が顕著です。ステンレス鋼管の半径曲げ加工方法を決める際には、マンドレル曲げ加工を採用することをお勧めします。この方法は、楕円度と肉薄化を最も効果的に制御できます。

内径（ID）にマンドレルを使用することで、曲げ加工時の材料の流れがスムーズになります。同様に、圧縮金型は外径（OD）を支えます。これらの部品が連携して、金属曲げ加工中にチューブの外径と内径を一定に保ちます。マンドレルによるチューブ曲げは、特にスプリングバックなどの最も一般的な曲げ加工の問題を防ぐのに役立ちます。さらに、しわ、扁平、ねじれも防止します。

3ロールローラー

ロール曲げまたはアングル曲げは、大型のワークピースに適した方法です。通常、ピラミッド型に配置された3つのロールで構成されます。さらに、断面のサイズに応じて、垂直方向または水平方向の加工が可能です。ローラーを移動させることで、大きな半径を形成することができます。

どのローラーがどちら側に動くかは機械が決定します。パイプまたはチューブの半径は、中央のロールの位置によって決まります。一部の機械では、正しい角度を得るために上部のロールが上下に動きます。また、下部の2つのロールが動き、上部のロールが固定されている機械もあります。

メーカーは、ロール曲げを用いて螺旋形状を形成することがよくあります。オペレーターはチューブを1回転ごとに持ち上げることで、連続したコイルを成形できます。この場合、ワークピースの半径は直径1つ分だけ離して大きくする必要があります。ただし、コイルの間隔が広い場合は、追加のローラーが必要になります。このローラーは、コイル成形中にチューブを外側に導くのに役立ちます。

ロータリードローベンディング

この方法はマンドレル曲げ加工に似ていますが、マンドレルを使用しません。チューブ部品の精度が向上し、複雑な形状でも歪みなく曲げ加工が可能になります。この金属曲げ加工では、通常、機械を支えるための治具が使用されます。

治具は管を管の半径に等しい形状に引き寄せます。この技術により、ドローベンディングは管を鋭角形状に曲げることを可能にし、優れた精度と均一性を維持します。

回転引き曲げ加工は、構造フレームや機械の管状部品の製造において、メーカーが一般的に用いる加工方法です。ロールケージ、自転車のハンドル、手すりなどがその例です。

圧縮曲げ

圧縮曲げは、ステンレス鋼管を曲げる効果的な方法です。この方法では、圧縮ダイを用いて、固定された曲げダイの周囲で材料を曲げます。まず、システムはチューブをバックカットポイントの後ろでクランプします。次に、圧縮ダイがワークピースを曲げダイに「圧縮」するのを助けます。

圧縮曲げは、左右対称のワークピースに最適です。これらのチューブは、両側で同様の曲げ形状をしています。2つの曲げヘッドを備えた機械を使用すれば、1回のセットアップで曲げ加工が可能です。そのため、曲線の真円度がそれほど重要でない場合は、この方法を選択できます。

コストを削減しながら生産性を向上させたい場合、圧縮曲げはスピードと経済性に優れています。ただし、中心線半径（CLR）が曲げ径の2倍未満のチューブには、この方法はお勧めしません。つまり、1インチの曲げでは、適切な曲げ品質を得るためには、少なくとも2インチの中心線半径が必要です。

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ステンレス鋼管の曲げに関する考慮事項

鋼管の曲げ加工方法を決定する際には、構造上の問題や側面を考慮する必要があります。その中で最も重要なものを以下に示します。

曲げ半径

鋼管の曲げ加工では、より小さな半径が必要となることがよくあります。多くの場合、曲げ加工後の外壁が薄くなると、曲げ加工後の管が変形してしまいます。マンドレルを支持部として使用することで、この変形を回避できます。このことから、このケースではマンドレル曲げ加工が最も信頼性の高い選択肢であることがわかります。

場合によっては、半径を小さくすると鋼材の弾性限界を超えてしまうことがあります。これは通常、しわやこぶなどの変形につながります。このような場合は、3ロール曲げまたは回転引き曲げが推奨されます。

さらに、曲げ半径が小さいほど、より正確な力の適用が求められる場合が多くあります。チューブの内径と厚さによっては、180度曲げも可能です。ただし、構造の完全性と内部形状を維持するために、より大きな「U」字型曲げが必要になる場合があります。

降伏強度

ステンレス鋼管を曲げ加工する際には、降伏強度も考慮すべき重要な要素です。降伏強度は、スプリングバックの発生確率を高める鋼の特性の一つです。降伏強度の高い材料は、弾性ひずみ比も高くなります。また、降伏強度の低い材料に比べて、スプリングバックも大きくなります。

したがって、鋼材を曲げる前に、まず降伏強度を計算する必要があります。曲げ加工のたびに適切なひずみが生じます。したがって、降伏強度は予想されるひずみの正確な量と比較する必要があります。

材料の厚さ

ステンレス鋼管の曲げ加工においては、材料の厚さのばらつきが重要な問題となります。製造業者が正確な曲げ公差を達成しようとする場合、厚さのばらつきは大きな影響を及ぼす可能性があります。様々なステンレス鋼の厚さは平均値で議論されることがよくありますが、実際の材料の厚さは特定の範囲内にあります。

その結果、わずかな厚さの違いでも曲げ角度に大きな影響を与える可能性があります。特に厳しい公差が求められる場合、これは性能に重大な影響を与える可能性があります。カスタムチューブの製造においては、特定の材料では他の材料よりも大きな曲げ力が必要になる場合があることを認識することが重要です。厚いステンレス鋼は、薄いステンレス鋼よりも大きな曲げ力を必要とします。

指定半径内で厚い材料を曲げる場合、薄い材料を曲げる場合よりも大きな応力が発生します。管の肉厚が厚いほど、より大きな圧力に耐えることができます。同様に、管の肉厚が薄いほど、曲げ加工中に管が潰れる可能性が高くなります。

したがって、不均一性や材料の変形を避けるため、曲げ出力を適切に設定することをお勧めします。つまり、適切なプロセスを選択し、機械を正しく構成する必要があります。

溶接鋼管およびシームレス鋼管

シームレス鋼管と溶接鋼管はどちらも曲げ加工が可能です。ただし、必要な半径が小さい場合、シームレス鋼管の方が曲げ加工性に優れています。一方、溶接鋼管は肉厚が薄いため、大口径の用途に適しています。溶接鋼管の継ぎ目は、曲げ加工の安定性に影響を与える可能性があります。これは、鋼管に応力集中点が生じるためです。

応力集中により、溶接管の作動圧力はシームレス管よりも低くなります。さらに、溶接シームの形成誤差の可能性も考慮する必要があります。これにより、管の丸みが正確に得られず、溶接鋼管の適切な曲げ加工が妨げられる可能性があります。

ステンレス鋼管の曲げ半径

鋼管の曲げ半径は、中心線から測定された半径です。曲げ半径測定ツールは通常、ベンダーによって異なります。しかし、最も一般的に使用されるチューブベンダーは、厳密な経験則に従っています。

標準引張曲げ半径は2 x Dです

これは、直径20mmのチューブには40mmの曲げ半径が必要であることを示しています。より小さな曲げ半径（Dの1/2）も考えられますが、2 x Dより小さい曲げ半径は通常、コストが高くなります。

最小曲げ半径7 x D

材料特性と肉厚は最小曲げ半径に影響します。したがって、7 x D規格に準拠することは技術的に安全です。ただし、曲げ半径にはより大きな公差を設けることをお勧めします。

ステンレス鋼管の用途

ステンレス鋼管は組み立てが容易なため、幅広い用途に使用されています。また、高温・高圧といった過酷な環境にも耐えることができます。これは、ステンレス鋼が特定の分野で価値を持つ理由の一つです。

例えば自動車業界では、CNC工作機械を用いてステンレス鋼管から高品質のマフラーを製造することができます。これは、ステンレス鋼管が通過する高圧に耐えられるためです。

さらに、ステンレス鋼は医療機器、太陽光パネルのフレーム、産業機械、電気配線にも使用されています。鋼管は様々な形状や厚さに製造できるため、より一層の利便性が期待できます。

ステンレス鋼管は、様々な家電製品、暖房、給水、配管システムに使用されています。この汎用性の高い素材は、航空宇宙、自動車、テクノロジー、電気、建設、食品・飲料など、ほぼすべての業界で使用できます。

まとめ

前述の通り、鋼管は様々な業界や用途に適しています。さらに、高度な機械や最新の方法の登場により、鋼管曲げ加工の精度は向上しています。そのため、適切な材料、技術、設備を選択することで、理想的な曲げ鋼管を得られる可能性が高まります。

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よくある質問

ステンレス鋼管を曲げるのはどのくらい難しいですか?

鋼管の曲げ加工は、素材の硬さから非常に難しい場合があります。しかし、適切な加工業者を選び、手順と工具について十分な知識を持つことで、全体の工程をスムーズに進めることができます。

マンドレル鋼管曲げはロール曲げよりも優れていますか?

どちらの方法を使用するかは、曲げ加工の要件によって異なります。マンドレル曲げは、扁平、折り目、ねじれを防ぐため、小径曲げに適しています。一方、ロール曲げは、より細径で大きな半径のチューブに最適です。

ステンレス鋼管の用途分野は何ですか?

多くの企業が様々な用途でステンレス鋼管を使用しています。家電製品、自動車・航空機部品、電子機器、配管システム、医療機器など、幅広い用途で使用されています。