パイプ曲げ加工における破断限界の考え方とは？

質問

ごく一般的な引き曲げ式ベンダーによるパイプ曲げ加工において、小R加工を検討しています。
Rを小さくしていくと、いずれ割れ発生してしまうため、曲げRには限界が存在するのは当然で、パイプの外周側は引張り応力がかかり、内周側は圧縮応力がかかるため、それぞれ、エクボや割れ、しわの発生などが認められます。
この時、曲げ限界を定量的に示したいと思い、曲げ前のパイプに標線を入れ、曲げ後に標線間のピッチを測定し、曲げ各部の伸びを測定してみたところ、曲げ外側では30％以上の伸びを示している箇所が認められました。今回材質としてはアルミ6000系を用いているため、破断伸びは12％程度です。しかし実際には破断伸びを超えた伸びを観測しているため、破断伸びを超えたものが成立していることになります。これは、曲げ部に歪み分布が存在しているからだと聞いたことがありますが、詳しいことが判らないため、どなたか教えていただけないでしょうか？
また、実際にどこまでが限界かを机上で計算することは出来ないのでしょうか？
（当初のイメージでは、実際の伸び＜破断伸びと考えていたので破断伸びに対しての余裕度見ればいいかと考えていました）

回答No.2

noname#230359

本題については全く知見がありませんが、#1の補足に関して。

以前、冷間加工のきついエルボを使用していた所、そのエルボだけが著しい腐食を受けたという実績があります。そのメーカーもその情報などから、製造方法を変えたとも聞いています。

加工度がきつければ耐食性にも影響があり得る、という視点を持って検討をして頂けると幸いです。

お礼

ありがとうございます。内部残留応力による耐食性低下ということですね。

回答No.1

noname#230359

私共もパイプ曲げは長いことやっていますし、塑性加工の専門書も随分見ましたが、どうも経験値を表にしたものしか見かけませんでした。ＳＴＫＭでも溶接部分が割れたり、ロットによって割れたりした場合も素材としてはＪＩＳの公差内だったりしますが、可能かどうかはトライ＆トライでした。参考にならない話で恐縮ですが、先輩からは塑性加工とは鉄をだますことなり、と聞いたことがあります。加工スピードは随分影響がありますが、焼鈍もだます、の範囲とか。
専門書では特定の材料の曲げでは最小Ｒ＝2Ｄとか3Ｄというのが表記されていましたが、そういう数字より小さく曲げる時は肉厚を変えたり、内径側に強制的にクビレを入れて曲げたり、芯金を入れて曲げたり、エルボ製造のように圧縮曲げをしたりと色々とコストを優先して方法を選択しています。
どなたか、ご質問のような様々な材料での実験データがあれば小生も知りたいと思っていますが。

補足

早速の御回答ありがとうございます。
初期品として割れる割れないなどは、やってみれば分かるのですが、振動などにより疲労した場合にどうかと考えると、初期としてどれぐらい余裕があるのか、現行品に対してどのぐらい悪くなるのか判ればと思った次第です。
DEツールを活用してやってみることも考えてはおります。
外側の引張り応力と内側の圧縮応力があるとして、どこかまん中くらいには引張り応力も圧縮応力もかからない点があり、応力分布を指して歪み勾配と言ってるのかな？と考えています。そうなると曲げ方法により歪み勾配が異なり、小Rにしても曲げることが出来るとかそんな理屈が成り立つのかなとも考えています。
当たり前にやっている加工ですが、実際に内部で何が起こっているのかと考えるとなかなかわからないものですね。