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パイプ曲げ工程で最も目立ち、かつ最も不満の多い問題は「しわ」の発生です。曲げ部の内側半径にわずかに1つでもしわが生じると、その部品は不良品として廃棄されてしまいます。このしわにより応力集中が生じ、最終的には荷重下で破損します。また、家具、医療機器、自動車のロールバーなどの完成品の表面仕上げも損なわれます。多くのメーカーでは、ある程度のしわ発生を工程上の当然の現象と見なしています。一方、トップクラスの丸パイプベンダーでは、精密な工具設計および厳密な制御によって「しわゼロ」を実現していると主張しています。
パイプ曲げ時にしわが発生する理由
パイプの曲げ部における内面壁のしわは、圧縮下で内側半径が座屈することによって生じます。パイプが曲げられる際、外側壁は伸び、内側壁は圧縮されます。圧縮された材料が逃げ場を失うと、その材料は自己内で重なり合い、しわを形成します。比較的肉厚の薄いパイプほど、厚肉パイプに比べて座屈しやすくなります。また、一般に、管径に対する肉厚の比が大きいパイプほどしわができやすく、アルミニウムや銅などの延性の高い材料は鋼に比べてしわができやすい傾向があります。いずれの場合も、根本的な原因は内側半径部における支持力の不足であり、これにより材料が曲げ部を滑らかに流動できず、重なり合ってしまうのです。ゼロしわ成形機は、この原因そのものに対処し、単に結果を修正するのではありません。
しわ付き曲げと滑らかな曲げにおけるマンドレルの違い
マンドレルとは、パイプを曲げる前にその内側に挿入する、きわめて高精度に製造された工具であり、パイプの座屈を防ぐために使用されます。ゼロ・ウィンクル・マシンでは、管厚と外径の比がそれを必要とするすべての曲げ工程においてマンドレルを使用します。典型的なマンドレルは、曲げ半径に沿って可動する柔軟なチェーンに連結された複数のボールジョイントから構成されています。チェーン上のボールの数が多いほど、曲げ部内部への支持範囲が広がります。すべてのマンドレルは摩擦低減のため研磨仕上げされています。他のメーカーではボールジョイント式チェーンを採用し、マンドレルをオプション付属品として扱っていますが、ゼロ・ウィンクル・マシンではこれを不可欠な構成要素と位置づけ、顧客がパイプの形状および曲げ半径に最適なマンドレルを選定できるよう支援しています。
ワイパー・ダイによる内面半径部の欠陥防止方法
しわを防ぐために最も重要なツールの2番目に重要なものは、ワイパーダイです。これはベンディングダイの後方に取り付けられており、パイプが移動する際に内側の曲率半径を滑らかに「拭き取る」役割を果たします。ワイパーダイは、材料が堆積してしわになる前に、文字通りその材料を「拭き取る」のです。ワイパーの材質も影響を与えます。プラスチックやブロンズ製のダイは、低圧または急な曲げ加工において有効ですが、摩耗が速い場合があります。一方、焼入れ鋼製のワイパーダイは耐久性に優れていますが、正確な位置合わせが必須です。トップクラスのパイプベンダーには、特定のパイプおよびサイズに最適化された焼入れ鋼製ダイが採用されています。また、パイプベンダーには、ワイパーダイとベンディングダイとの間で正確な位置合わせを保証するツールホルダーも備える必要があります。0.5ミリメートルのわずかな位置ずれでも、キズやしわの原因となります。
マテリアルフロー制御におけるプレッシャーダイの役割
プレッシャーダイは、曲げ加工中にパイプをベンドダイに固定します。このダイが外径側に加える力は、パイプが金型を通る際の送り均一性を左右します。プレッシャーダイによる十分な圧力が確保されないと、パイプが滑って流れが不均一になり、しわが生じます。逆に圧力が強すぎると、パイプがつぶれたり変形したりして、表面に痕跡が残る可能性があります。しわゼロを保証するメーカーでは、油圧式の可変プレッシャーダイを採用しており、圧力を微調整できます。さらに高度な機械では、サーボモーターと比例圧力制御バルブを用いて、曲げ中の各位置（特に曲率半径が小さい箇所）に応じて力を精密に制御します。多くのプレッシャーダイには、ローリング接触（ベアリング）または低摩擦ライナーが採用されています。
起動時のしわ発生を防止するための曲げ速度制御
曲げの開始部分は、通常、しわの形成に最も大きく寄与します。開始時点では、材料がまだ一貫した流動パスを確立しておらず、パイプ材の初期の運動量変化によって圧縮の「衝撃波」が生じ、ワイパーダイが反応する前にしわが形成されます。機械オペレーターは、プログラムされた段階的な速度制御（ラムプアップ速度）を用いることで、こうした初期のしわを回避する成功率が大幅に向上します。つまり、まず低速で曲げを行い、パイプ材を安定した流れで動かし始め、その後パイプが曲げ部に入り始めた時点で目標速度まで加速します。一部のパイプベンダー制御装置では、同一曲げ内のセグメントごとに異なる速度設定が可能です。一方、基本的な油圧式マシンでは、サーボ制御付き油圧バルブを用いなければ、オン／オフ以外での精密な速度制御がほとんど不可能であるため、このような制御は実現できません。
宝瑞社がしわのない曲げを保証する方法
宝瑞では、しわを許容できない欠陥と捉えています。当社が製造するすべての機械には、急角度曲げが必要な用途向けに一体型マンドレルサポートが標準装備されています。当社は、ペアで使用する硬化鋼製ワイパーダイを供給しています。当社の油圧プレッシャーダイは、可変式の加圧力と低摩擦ローラーを特長としています。また、すべてのCNCモデルには、プログラム可能なスロープ式の加速開始機能を搭載しています。当社は、すべてのベンドダイ溝を高精度で機械加工・研磨しており、ツールホルダーはワイパーダイの位置を正確に制御できるよう設計されています。自動車部品、家具、医療機器、スポーツ用品、キッチンウェアなどの分野で20年以上にわたりお客様にご奉仕してきた実績から、パイプベンダーの制御および工具に関する細部への配慮を徹底すれば、しわのない曲げ加工が実現可能であることを、当社は繰り返し証明してきました。これは、完璧を求めるお客様にとって、絶対に譲れない品質基準です。