マンドレルベントチューブ: プロセスの仕組み、必要な場合、および機械のセットアップ

図面上の曲げにチューブの外径の約 2 倍よりも小さい半径が必要な場合、または壁が直径に比べて薄い場合、サポートされていない曲げはほとんどの場合検査に合格しません。断面は楕円形になり、外壁は最小値を超えて薄くなり、半径の内側に沿ってしわが形成されます。マンドレル曲げチューブは、この問題を根本的に解決します。研磨されたサポート要素がボアに挿入され、チューブが曲がり始める点で保持されるため、金属は空の空間に潰れるのではなく、固体鋼の上に形成されます。その結果、より丸い断面、制御された薄肉化、滑らかな内側半径が実現され、排気、油圧、航空宇宙、熱伝達部品の仕様に基づいた特性が得られます。この記事では、プロセスの仕組み、それが本当に必要なタイミングを示す 2 つの比率、マンドレルの種類の選択方法、再現性のある結果を生み出すために曲げ機械が何を制御する必要があるかについて説明します。

マンドレルの曲がった管の内部で何が起こっているのか

マンドレル曲げ管は、精密管加工の標準プロセスである回転絞り曲げによって製造されます。クランプ ダイがチューブを曲げダイに押し付け、加圧ダイが直線部分を前方に押し、曲げダイが回転して選択された中心線半径の周りにチューブを絞ります。ボア内では、マンドレル シャンクが機械のアクチュエーターに固定されており、そのノーズは接線 (直管が曲がり始める正確な点) をちょうど超えた位置にあります。その場所では、材料は曲げの外側で伸ばされ、同時に内側で圧縮されます。新しい形状が金型の周囲に完全に形成されるまで、材料自体の剛性はありません。

内部サポートがないと、通常は 3 つの欠陥が同時に発生します。楕円形であると断面が平らになるため、フィッティングが妨げられ、流れが制限される可能性があります。壁を薄くすると、曲げの外側が弱くなり、これは圧力を加える場合に重要になります。内側の半径に沿ってしわが発生し、乱流と応力集中が発生します。一般的な図面のコールアウトは、これらのリスクを反映しています。楕円率は外径の 5 ～ 10% に制限されることが多く、肉厚の薄化は一般に公称肉厚の 10 ～ 25% に制限されており、航空宇宙および高圧油圧作業はこれらの範囲の厳密な限界に位置しています。マンドレルとワイパーダイを併用することで、製造業者は狭い半径でこれらの数値を維持することができます。厚い壁のあるオープンベンドでは、内部サポートがなくても、単純な回転絞りベンディングでも検査に合格できます。

実際にマンドレルベント管が必要な場合

それを決定する 2 つの比率

2 次元のない値は、金属が切断されるずっと前に、曲げに内部サポートが必要かどうかを予測します。 1 つ目は曲げの D、つまり中心線の半径をチューブの外径で割ったものです。 2D 曲げは 4D 曲げよりもはるかに激しく、壁にさらに大きな負担をかけます。 2 番目は壁係数、つまり外径を壁の厚さで割ったものです。壁係数が高いほど、チューブがより薄く、より折り畳み可能であることを意味します。一緒に読むと、最初のセットアップ シートが作成される前に、ジョブにどのツール パッケージが必要かがわかります。

マンドレルサポートが標準的な用途

特定の製品ファミリーは、最初からマンドレルの品質を中心に指定されています。自動車の排気システムとヘッダーでは、滑らかな内側半径が排気ガスの移動を維持する、きつい複合屈曲部を使用しています。しわは制限と乱流として機能します。薄肉鋼鉄またはステンレス製の油圧ラインと燃料ラインは、流れ面積と壁強度の両方を維持するためにマンドレルの曲げに依存しています。航空宇宙産業では、平面度と薄肉化の制限が非常に厳しいため、マンドレルのサポートが事実上必須です。熱交換器、ボイラー、冷凍コイルは、薄肉の銅やステンレスを U 字型や蛇行状に曲げますが、サポートされていないと単純に折れ曲がってしまいます。 自動車製造 排気、燃料、ブレーキ、冷却ラインなど、これらすべての需要を単独で組み合わせることにより、マンドレルの能力がその業界にサービスを提供する曲げ装置の基本要件として扱われるのです。

マンドレルを省略できる場所

手すり、ガードレール、ロール ケージ、家具フレーム、および 2.5D または中程度の壁を備えたオープン半径の建築用チューブは、通常、内部サポートなしで検査に合格します。 1 回限りの曲げの場合は、砂を詰める技術や凍結したメディアを使用する技術がピンチの場合に代用できますが、どちらも時間がかかり面倒です。部品にマンドレルを必要としない場所にマンドレルを追加すると、セットアップ時間、潤滑剤、工具の磨耗、オペレータの注意がかかり、測定可能な品質の向上はありません。多品種の作業では、そのオーバーヘッドがすぐに増加します。

ブレットマンドレル、ボールマンドレル、ワイパーダイ

マンドレルは万能ではなく、間違ったタイプを選択すると、すぐにパンクしたり、曲げ部分でかじりついたりしてしまいます。ブレット マンドレル (プラグ マンドレルとも呼ばれます) は、シャンクの端にある 1 つの固定ノーズです。これは、壁係数が中程度で、複数の曲がりが十分に離れていて、チューブが接線を超えてサポートする必要がない場合には、シンプルで安価で適切です。ボール マンドレルにより、ノーズ後方に 1 ～ 3 つのヒンジ付きボール セグメントが追加されるため、曲げが形成されると接線を超えてサポートが拡張されます。この関節構造により、薄肉チューブ、1.5D から 2D の曲げ、密集した曲げや複合曲げが可能になります。

マンドレルが単独で機能することはほとんどありません。ワイパー ダイ (半径内側のベンド ダイの後ろのポケットに取り付けられた硬化ブレード) は、新しいシワが固まる前に平らに剥がします。どちらのツールも高圧下でチューブの穴に対して動作するため、潤滑は必須ではありません。マンドレルが乾燥していたり​​、サイズが小さかったりすると、穴がかじり、壁を引きずってしまいます。マンドレルの材質も重要です。アルミニウム青銅のノーズはステンレスチューブのカジリに耐えますが、炭素鋼やアルミニウムの加工には硬化工具鋼が標準的な選択肢です。

ベンディングマシンが制御しなければならないこと

マンドレルの曲げチューブの再現性は機械のマンドレルの取り扱いと同程度であり、この点が汎用ベンダーでは不十分な点です。マンドレルは、曲げが始まる前に前進し、その後、曲げアームの位置に連動したタイミングできれいに後退する必要があります。早すぎると、鼻が形成ゾーンを引きずられて傷跡が残ります。遅すぎると、曲げの最初の角度がサポートされていない状態になり、まさにそこからほとんどの崩壊が始まります。マンドレルアクチュエータをまったく備えていない機械では、これらの部品を製造することはできません。

NC Mシリーズ マンドレル制御付き油圧式チューブベンディングマシン プログラム可能なスプリングバック補償、両方のダイの油圧クランプ、調整可能な加圧ダイ速度を備えた NC 半自動ベンダーは、クランプ サポートとスムーズな油圧制御が重要なマンドレル曲げ作業に適しています。 製品を見る→

ベンドヘッド周りの剛性はコントローラーと同じくらい重要です。薄肉の作業には、チューブが滑らないように適切なクランプ ダイの長さ、材料を曲げ部に押し込んで薄肉化を軽減する加圧ダイ アシスト、および負荷時にマンドレルが急激に動かないようにスムーズな油圧制御が必要です。これらの要素のいずれかが弱い場合、たとえプログラムが変更されていない場合でも、パンク、かじり跡、一貫性のない薄化などの症状がバッチ全体に現れます。マンドレル ジョブを見積もる前に、機械が次の 4 つの点をカバーしていることを確認してください。

1. アームの曲げ角度に連動したプログラム可能なマンドレルの前進と後退のタイミング
2. 肉厚に合わせたクランプ長さとクランプ力
3. 圧力ダイは材料の供給を補助または促進し、外壁の薄化を制限します
4. 滑らかな油圧動作を備えた剛性の高いベンドヘッドがマンドレルの表面を保護します。

バッチサイズと業界に合わせた機器のマッチング

バッチサイズと部品の組み合わせによって自動化レベルが向上するはずであり、その逆ではありません。短納期や頻繁な段取り替えを扱うジョブショップや委託製造業者にとって、簡単なプログラム設定を備えた NC 半自動マンドレル ベンダーは、オペレータの感覚に任せることのできない 2 つの要素、つまり曲げ角度とマンドレルのタイミングを確実に保ちながら、段取り替え時間を短縮します。

NC Sシリーズ マンドレル 簡単プログラム設定の油圧式チューブベンダー それぞれ角度ごとのスプリングバック設定を備えた 16 曲げのプログラムを最大 16 個保存し、作業工場が曲げ角度とマンドレルのタイミングを固定しながら、短納期や頻繁な部品交換でも迅速な切り替えを維持できます。 製品を見る→

生産量が増加し、同じファミリーの部品が毎週稼働すると、CNC 機能は元が取れます。マルチ半径 CNC マシンには、マンドレルのタイミング、クランプと圧力ダイの位置、単一チューブ上の複数の半径を含む完全な曲げプログラムが保存されているため、訓練を受けたセッターは再調整することなく、部品番号 1 から部品番号 500 を再現します。この再現性は、まさに排気ガス、HVAC コイル、および油圧継手のサプライヤーが曲げセルを認定するときに監査するものです。

CNC Mシリーズ全自動マルチラジアスチューブベンディングマシン サーボ駆動の送りと回転、加圧ダイアシスト、マンドレル潤滑機能を備えた全自動 CNC ベンダーで、排気、HVAC コイル、油圧継手の製造に必要な、保存されたマルチ半径プログラムと再現性を実現します。 製品を見る→

業界の要件は、ボリュームと同様に構成を形成します。航空宇宙および自動車のサプライヤーは、曲げごとに楕円形と薄化を文書化します。コイル製造業者は、数千サイクルにわたる蛇行のような一貫性を優先します。どちらが当てはまるにせよ、図面上の仕様は機械の能力に直接対応している必要があります。図面で 0.9 mm の壁で 1.5D が必要な場合、見積もられた機械にはボール マンドレル パッケージ、ワイパー ダイ サポート、およびマンドレル タイミング コントロールが示されている必要があります。それ以外のものは、最初の製品検査中に不一致が表面化します。

マンドレル自体は単純な研磨鋼板ですが、マンドレルの曲げチューブは調整されたシステムの成果物です。壁係数に適したマンドレル タイプ、半径に適合したワイパー ダイ、適切な潤滑、タイミングを正確に制御する機械です。これら 4 つの要素を調整すると、半径が小さい曲げがスクラップや再加工の原因になるのを防ぎます。どれか 1 つでも放っておくと、オペレーターがどれほど熟練していても、楕円形、薄化、しわなどの欠陥が再発します。これらの要件に基づいて精密パイプ曲げ装置がどのように設計されているかを詳しく見るには、 パイプ曲げ精度の業界概要 マシン側の詳細を詳しく説明します。