スパイラルコイル曲げの用途は何ですか?

スパイラルコイル曲げ チューブ、パイプ、または異形材を一定のピッチと直径で連続螺旋（スパイラル）形状に曲げるのに使用される金属成形プロセスであり、主に熱交換器コイル、冷却および冷凍コイル、構造用螺旋杭、螺旋階段と手すり、オーガーとスクリューコンベア、および装飾的な建築要素の製造に使用されます。 このプロセスが評価されるのは、複数のセグメントを溶接したり接合したりすることなく、直管や棒材から連続的で均一な螺旋を製造できるためです。 、材料の強度を維持し、溶接またはセグメント化されたスパイラルによって生じる漏れ箇所や弱点を排除します。

スパイラル コイル曲げ機は、ガイド ローラーと曲げダイまたはマンドレルの組み合わせを通して直管、パイプ、または異形材を送り込み、同時に螺旋軸に沿って材料を前進させながら、材料をらせん状に徐々に湾曲させ、曲げ半径とピッチ (連続する巻きの間の軸方向の距離) の両方を独立して正確に制御することでこれを実現します。この半径とピッチの二重制御が、スパイラル コイルの曲げを単純な円形の曲げと区別するものであり、この機能により、この記事で取り上げる幅広い産業用途が可能になります。

スパイラルコイルの曲げの仕組み

スパイラルコイル曲げプロセスの仕組みを理解すると、スパイラルコイル曲げプロセスがなぜこれほど多様な用途に適しているのか、また、特定の用途が特定の機械で実現可能かどうかを決定する技術的パラメータが明確になります。

半径とピッチの制御

スパイラル コイル ベンディング マシンは、曲げ半径 (結果として生じる螺旋の直径) とピッチ (螺旋が 1 回転ごとに進む軸方向の距離) という 2 つの独立した幾何学的パラメーターを制御します。これら 2 つのパラメータは、曲げダイの形状と材料の軸方向の送り速度によって個別に制御され、熱交換器コイルで使用されるような最小のピッチで密に巻かれたコイル、またはオーガやヘリカルパイルで使用されるような広いピッチで間隔の広い螺旋を、異なるツーリングと送り設定を備えた同じ基本装置から同じ機械で製造することができます。

材質の適合性

スパイラルコイル曲げは、炭素鋼、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、チタンのチューブやパイプだけでなく、中実の丸棒や構造アングルやフラットプロファイル素材など、幅広い材料に適用できます。 一般的に加工されるチューブの直径は 6 mm から 150 mm 以上の範囲です 、壁の厚さと材料の降伏強度の両方が、壁の崩壊や曲げ部分での過度の楕円形を発生させずに達成可能な最小曲げ半径に影響します。

マンドレルとサポートツール

薄肉チューブの場合、特に熱交換器や冷凍コイル用途では、曲げ半径の内側でチューブ壁がつぶれたりしわが寄ったりするのを防ぐために、曲げ中に内部マンドレルまたはワイパーダイが使用されます。マンドレルは管壁を内側から支持し、曲げダイスは外側から成形力を加え、曲げ部の円形断面を維持し、流体を運ぶ導管としての管の機能に必要な内部流路面積を維持します。

熱交換器および冷凍コイル

生産量ベースでスパイラルコイル曲げの最大の用途は、熱交換器、冷凍システム、および空調機器用のコイルの製造です。スパイラルまたはヘリカル コイルは、コンパクトな設置容積内で熱伝達表面積を最大化します。これは、HVAC および冷凍産業全体で使用される蒸発器コイル、凝縮器コイル、給湯コイルにとって重要な設計目標です。

銅およびアルミニウム管のスパイラル コイルは、住宅用および商業用空調コンデンサー ユニットの標準的な熱交換器要素であり、一般的な管の直径は次のとおりです。 9.52 mm (3/8 インチ) ～ 15.88 mm (5/8 インチ) エアフロー設計と熱交換器アセンブリのフィン間隔に応じて、ターン間のピッチ間隔が 20 ～ 35 mm のマルチターン ヘリカル コイルに形成されます。空調・暖房・冷凍研究所 (AHRI、ahrinet.org) によると、曲げ半径の一貫性やピッチの均一性を含むコイルの形状は冷媒の圧力降下と熱伝達係数に直接影響し、正確なスパイラル曲げがシステム全体のエネルギー効率評価の決定要因となります。

化学処理、石油とガス、発電に使用される工業用プロセス熱交換器では、直径の大きいステンレス鋼または炭素鋼のスパイラル コイルがよく使用されます。 25mm～100mm 、シェルアンドチューブまたはコイルインシェル熱交換器容器内に設置された螺旋コイル束に巻かれています。これらのコイルは、シェル ハウジング内に均一にフィットし、すべてのコイル パスにわたって一貫した流れ分布を確保するために、コイル全長にわたって寸法の一貫性を維持する必要があります。

地熱および地中熱ヒートポンプ ループ

地熱冷暖房システムは、建物と安定した地温の間で熱エネルギーを伝達するために、埋設された地面ループ熱交換器に依存しています。スパイラルまたは「スリンキー」コイル構成は、直線の水平ループと並んで、これらのシステムで使用される 2 つの標準的な水平グランド ループ形状の 1 つであり、必要な熱交換表面積に対して利用可能なトレンチの長さが制限されている場合に特に選択されます。

スパイラル グラウンド ループ コイルは、通常、高密度ポリエチレン (HDPE) パイプを曲げることによって形成されます。 直径 19 mm ～ 32 mm (3/4 インチ ～ 1.25 インチ) -- コイル直径が 0.5 ～ 1.0 メートル、ピッチ間隔が 150 ～ 300 mm の連続螺旋を形成し、それをトレンチ内に水平に置きます。この構成により実現されるのは、 トレンチの長さ 1 メートルあたりのパイプの長さは 3 ～ 5 倍 国際地中熱ヒートポンプ協会 (IGSHPA、igshpa.org) によると、同じトレンチ長さの直線の水平ループと比較して、所定の冷暖房能力に必要な土地面積またはトレンチ掘削が大幅に削減されます。

専用のスパイラルコイル曲げ装置によって一貫したピッチと半径が実現できるため、地上ループコイルは全長にわたって均一なパイプ間隔を維持できます。これは、地熱システムの設計中にモデル化された予測熱性能を達成するために重要です。コイル間隔が一貫していない場合、周囲の土壌に局所的な高温または低温ゾーンが生じ、全体の熱交換効率が低下します。

構造および基礎の用途: 螺旋杭およびアンカー

螺旋杭 (スクリュー杭または螺旋アンカーとも呼ばれます) は、長さに沿って溶接された 1 つまたは複数の螺旋プレートを備えた鋼製シャフトで構成される深部基礎要素であり、大きなネジと同じように杭を地面に回転させることによって設置されます。螺旋プレート自体は通常、曲げられた管ではなく平らな鋼板から形成されますが、特定の螺旋杭およびグラウンドアンカー設計の螺旋リードセクションの製造プロセスでは、バーまたはプロファイルストックの螺旋曲げを使用して連続螺旋フライティングを形成し、その後中央シャフトに溶接されます。

ヘリカルパイルは、軟弱な土壌や変動する土壌条件での基礎支持、太陽光発電施設の架台基礎、遊歩道や桟橋の建設、従来の杭打ち込み装置のアクセスが制限されている場所での改修基礎の基礎として広く使用されています。螺旋フライトの形状 (ピッチ、直径、螺旋の巻き数) は、各現場の特定の地耐力と設計荷重要件に合わせて設計され、次のような基準に従って計算されます。 ICC-ES AC358 北米における（ヘリカルパイルシステムの合格基準）。

オーガーとスクリューコンベア

ヘリカルスクリューフライティングは、農業、食品加工、バルクマテリアルハンドリング、建設機械業界で使用されるあらゆるスクリューコンベアおよびオーガーシステムの機能の中核です。平らなストリップまたは棒材を連続螺旋状フライトにスパイラルコイル曲げすることは、このフライティングを製造するための主要な製造方法の 1 つであり、特に、連続螺旋が平板から切断されるのではなく、ストリップ材から直接曲げられる断面または成形フライトオーガーの場合に当てはまります。

スパイラル曲げによって生成されるオージェフライティングは、穀物取り扱いおよび貯蔵装置で使用され、スクリューコンベアが貯蔵サイロ、加工装置、および輸送車両の間で穀物を水平または垂直に移動させます。 Conveyor Equipment Manufactures Association (CEMA、cemanet.org) は、スクリューコンベア設計の標準フライティング寸法とピッチ対直径比を発行しています。一般的なバルクマテリアルハンドリングでは、一般的なピッチはコンベア直径と等しく設定されています (ピッチ対直径比は 1:1)。ただし、より高度な材料制御が必要な傾斜搬送用途や垂直搬送用途では、ピッチを 0.5:1 まで減らすことができます。

建設用オーガーや掘削用オーガー（柱穴掘削、基礎掘削、アースボーリング装置に使用）も同様に、らせん状の曲げによって形成される螺旋状のフライティングに依存しており、土壌の種類や掘削装置のトルク特性に応じてサイズやピッチが設定されています。コンクリート ポンプ オーガー コンポーネントとコンティニュアス フライト オーガー (CFA) 杭打ちリグはどちらも、厳しい寸法公差に合わせて製造されたスパイラル状のフライティングを使用して、掘削中の材料の変位を安定させます。

建築および装飾用途

スパイラル コイル曲げは、セグメント溶接などの代替製造方法では達成が非常に困難または不可能である構造的および装飾的な螺旋コンポーネントを製造するために建築金属加工で広く使用されています。

螺旋階段と側桁

螺旋階段の構造側桁、つまり踏み板を支える螺旋状の梁は、多くの場合、セグメント化された溶接された側桁に発生するような目に見える接合部や潜在的な弱点のない連続した滑らかな螺旋曲線を実現するために、螺旋曲げを使用してチューブまたは構造プロファイルから形成されます。また、連続螺旋状に曲げられた縦材は、螺旋形状自体が階段使用による垂直荷重とねじり荷重の両方の下での構造の剛性に寄与するため、構造荷重を長さに沿ってより均等に分散します。

手すりと欄干

螺旋階段、湾曲したスロープ、または建築上の特徴の曲線に従う螺旋状の手すりには、基礎となる構造の正確な半径と立ち上がり (垂直ピッチ) に一致するように曲げられた連続したチューブが必要です。水平方向の曲率と垂直方向の立ち上がりを同時に組み合わせた三次元螺旋を製造できるスパイラル コイル曲げ装置は、建築および商業建設プロジェクトを担当する手すりメーカーにとって標準的な製造方法であり、滑らかで連続した継ぎ目のないレールが安全性要件と美的期待の両方を求めています。

装飾的な彫刻およびファサード要素

建築のファサードスクリーン、装飾柱、彫刻インスタレーション、および特徴的な照明構造には、独特のデザイン特徴としてらせん状のチューブおよびバー要素がますます組み込まれています。最新のスパイラル コイル曲げ装置の精度と再現性により、建築製造業者は、多くの繰り返しユニットにわたって一貫した形状を必要とするファサード システムや設備用の複数の同一の螺旋要素を製造できます。この要件は、建築プロジェクト規模では手動または即席の曲げ方法では確実に達成することができません。

ばね・コイル製品

専用のスプリングコイリングマシンは、大量の精密圧縮スプリングや引張スプリングの製造に使用されますが、スパイラルコイル曲げ技術は、大型の工業用スプリング、コイルを巻いた構造ダンパー、特定の複合材やコンクリート構造の用途に使用されるヘリカルコイル補強材など、一般的なスプリングコイリングマシンの範囲外である大径、大ピッチのヘリカルコイル製品に使用されます。

ヘリカルコイル補強（コンクリートの柱や杭を拘束するために使用される連続螺旋状の鉄筋）は、一定のピッチと直径が鉄筋コンクリート要素の拘束性能と耐震性に直接影響を与える構造用途です。などの規格 ACI 318 (構造コンクリートに関する建築基準法要件) 柱の設計荷重と耐震設計カテゴリーに基づいてスパイラル鉄筋の最小ピッチとバー直径要件を指定し、スパイラル曲げプロセスの寸法精度が構造基準の準拠に直接関係します。

産業用プロセス機器: コイルチューブおよびプロセスコイル

スパイラル形成チューブコイルは、熱交換器以外にも、プロセス容器、タンク、または反応器内でコンパクトで表面積の大きいチューブ構成が必要とされる幅広い工業プロセス用途で使用されています。

• タンクの加熱および冷却コイル: 貯蔵タンク、混合容器、または発酵タンク内に沈められたスパイラルコイルは、プロセス流体と外部熱源が直接接触することなく、コイル内を循環する熱伝達流体を介してタンク内容物を間接的に加熱または冷却します。
• 低温殺菌および滅菌コイル: 食品および飲料の加工装置は、精密に形成されたスパイラルチューブコイルを使用して、低温殺菌または滅菌プロセスに必要な特定の滞留時間と熱伝達率を達成します。コイルの長さ、直径、ピッチはすべて、製品がコイルを流れるときに目的の熱処理を提供できるように計算されています。
• オイルおよびガスコイルチューブの用途: 坑井介入用のダウンホールコイル状チューブは、個別のスパイラル曲げではなく、特殊な連続ミルプロセスによって製造されますが、油田の分離装置やヒーター処理装置で使用される表面プロセスコイルは、他のプロセス産業で見られるのと同じ熱伝達機能のためにスパイラル曲げチューブコイルを使用するのが一般的です。
• 太陽熱集熱コイル: 太陽熱温水器システムは、太陽熱貯蔵タンク内の熱交換器要素として螺旋状の銅またはステンレス鋼のコイルを使用し、2つの流体回路を混合することなく、太陽熱パネル回路によって収集された熱を家庭用給湯に伝達します。

アプリケーションの比較: 業界別のスパイラル コイルの形状

以下の表は、主要な応用業界全体でスパイラル コイル曲げに使用される典型的な幾何学的パラメータと材料の種類をまとめたもので、非常に異なる規模や性能要件にわたるプロセスの多用途性を示しています。

スパイラルコイル曲げが他の方法よりも好まれる理由

理論的には、複数の湾曲部分の分割溶接、鋳造、手作業による成形など、いくつかの代替製造アプローチで螺旋形状を作り出すことができますが、螺旋コイル曲げには、上記の応用分野全体でその優位性を説明する特別な利点があります。

1. 材料の連続性と構造の完全性: 連続的に曲げられたスパイラルには、その螺旋の長さに沿って溶接や接合部がなく、応力集中点、潜在的な漏れ経路、溶接接合部によって生じる腐食開始部位が排除されます。熱交換器コイルなどの圧力がかかる用途では、この連続性が長期信頼性にとって不可欠です。
2. 生産実行全体にわたる寸法の一貫性: 機械制御のスパイラル曲げにより、コイル全長および複数の製造ユニットにわたって再現性の高いピッチと半径が生成されます。これは、コイルが固定ハウジングまたは容器内に収まる必要がある用途や、建築または産業用設備用に複数の同一ユニットを製造する必要がある用途には不可欠です。
3. 材料の無駄と人件費の削減: 連続したストレートストックからスパイラルを形成することで、セグメント化された代替品や鋳造品に伴う材料の無駄や労働集約的な溶接や仕上げ作業が回避され、少量生産と大量生産の両方の生産効率が向上します。
4. さまざまな材料とスケールにわたる機能: 同じ基本的な曲げ原理を適切なツールを使用して、小径の銅製冷凍管から建築用ストリンガーに使用される大径の構造用鋼管まで拡張でき、メーカーは複数の製品ラインや業界に対応できる単一のプロセス プラットフォームを実現できます。

工業生産向けスパイラルコイル曲げ装置の選択

生産用途のスパイラルコイル曲げ装置を評価するメーカーは、対象用途の特定の直径範囲、ピッチ範囲、材料の種類、生産量の要件に照らして機械の能力を評価する必要があります。評価すべき主な技術仕様には、機械が加工できるチューブまたはバーの最大直径と最小直径、達成可能なピッチ範囲と調整精度、過度のスプリングバックや工具の摩耗なしに曲げ機構が形成できる最大材料降伏強度、および異なる生産バッチ間のピッチと直径の切り替えに利用できる自動化のレベルが含まれます。

熱交換器コイルから建築用ストリンガーまで、複数の業界にサービスを提供するメーカーにとって、幅広い処理範囲と迅速なツーリング切り替え機能を備えた機器は、単一の生産資産から多様な顧客の要件に柔軟に対応できます。の スパイラルコイル曲げ パイプおよびプロファイル成形製品範囲内の機器は、精密 HVAC コイルの製造から大径の構造および建築用スパイラル成形作業に至るまで、これらのさまざまな用途分野にわたる生産をサポートするために必要な直径範囲、ピッチ制御精度、切り替えの柔軟性を実現するように設計されています。