パイプ曲げ（ベンダー加工）の発注で決めること——曲げ半径・へん平・減肉と材料規格の曲げ性

パイプ曲げは「どの方法で曲げるか」で、できる半径が違う

この記事は、配管、フレーム、手すり、自動車や設備の部品などで、金属管を曲げた部品を外注するときの話である。日本塑性加工学会の会報誌の解説（2018 年）は、曲げ加工の方法を選ぶときには、素材の材質と外径、所望の曲げ半径・肉厚と管の直径の比、徐変 R や連続曲げの可否、曲げ角度、熱間か冷間か、生産性とコストを考える必要がある、としている^[1]。そのうえで、一般的に使われる曲げ方として次のものを挙げている^[1]。

同じ解説は、曲げ加工の限度は、しわや割れが出ない限界を、曲げ半径と管の直径の比（R/D）や肉厚と直径の比（t/D）で示すことが多く、一般に曲げ半径が 1D になる曲げは非常に高い加工限度とされている、と書いている^[1]。図面の曲げ半径が小さいほど、使える曲げ方と仕入先が絞られ、心材や専用の型が要って費用が上がる。

曲げると起きること：へん平・しわ・屈服・割れ・スプリングバック

同じ解説は、円管や方形管を曲げると、加工の開始と同時に断面のへん平化が生じ、その後しわや屈服（断面が折れ込む変形）、くびれや割れが発生し、ほかにスプリングバックも考える必要がある、としている^[1]。それぞれの対策は別々で、へん平の抑制には管の内側から心材で拘束する方法がよく使われ、しわは長手方向に引張力をかけながら曲げる回転引き曲げや引張曲げで抑えやすいが、引張力が高すぎると引張側の肉厚が極端に偏って割れるおそれがある、と説明している^[1]。

割れの目安として、解説は、管の引張側の最外層のひずみを簡単に D/2R と見積もる式を示し、一様伸びの限界が 20% で管の直径 D が 10 mm なら、曲げ半径 R を 25 mm 以上に設定すればよい、という例を挙げている^[1]。ただし、これは机上の計算で、実際の曲げでは一様伸びより数% 大きなひずみで割れが生じるので、25 mm 以下でも曲がる可能性がある、とも書いている^[1]。最終的にどこまで小さく曲げられるかは、加工する側の試し曲げで決まる。

引張りが大きいほど、外側が薄くなり、へん平も大きくなる

アルミニウム合金管（A6063、外径 40 mm・肉厚 2 mm、焼なまし材）をマンドレル（心金）付きの回転引き曲げで曲げた研究（1994 年）は、曲げの条件のうちブースター（管の送りを助ける装置）の速度の影響が最も大きく、管にかかる軸方向の引張力が大きいほど、外側の減肉率が大きく、内側の増肉率が小さく、へん平率が大きくなったと報告している^[2]。この研究は、曲げ加工では、外側の肉厚が減ることによる管の強度の低下と、へん平化による断面積の減少の両方を防ぐことが重要だ、と書いている^[2]。

発注側が受け取ることは、外側の減肉とへん平は、仕入先の設備と条件で決まる量で、同じ図面でも仕入先が替われば変わりうる、ということである。だから、許す量を図面に書き、初回品で測り、条件や設備を変えたときに測り直す取り決めにする。

材料規格の曲げ性は、半径の大きな曲げしか確かめていない

鋼管の材料規格には、曲げ性の規定がある。ただし、その中身を読むと、部品の曲げを保証するものではないことが分かる。

JIS G 3445（機械構造用炭素鋼鋼管）は、管のへん平性を規定したうえで、注文者は外径 50 mm 以下の管に対してへん平性に代えて曲げ性を指定してもよいとし、曲げ性はその指定があった場合に適用する、としている^[3]。曲げ性の値は表 3 にあり、STKM11A は内側半径が外径の 4 倍で 180°、STKM12A・STKM12B・STKM13A・STKM13B は外径の 6 倍で 90°、STKM14B は外径の 8 倍で 90°である^[3]。STKM12C と STKM13C は、へん平性も曲げ性も値が「－」になっている^[3]。JIS G 3444（一般構造用炭素鋼鋼管）も同じ形で、外径 50 mm 以下の管に注文者が指定した場合に、STK400 なら内側半径が外径の 6 倍で 90°、STK500 なら 8 倍で 90°の曲げ性を適用する^[4]。JIS G 3452（配管用炭素鋼鋼管）の SGP は、呼び径 50A 以下の管に注文者がへん平性に代えて指定した場合に、外径の 6 倍の内側半径で 90°に曲げて割れないこと、としている^[5]。

表から言えることは三つある。第一に、曲げ性は指定しないと適用されず、外径 50 mm（SGP は呼び径 50A）を超える管には曲げ性の規定そのものが無い^[3][4][5]。第二に、試験の半径は外径の 4〜8 倍と大きい。部品の図面の曲げ半径が外径の 2 倍なら、材料がこの試験に合格していることは、その曲げで割れないことの保証にならない。第三に、STKM の C 材のように曲げ性の値が無い種類もある^[3]。小さな半径で曲げる部品に、曲げ性の規定が無い種類の管を当てない。強度のために C 材が要るなら、加工する側に試し曲げで割れないことを確かめてもらい、その結果を記録に残す。鋼管の記号の選び方はSTK と STKM の違い、SGP はSGP の発注での指定、ステンレス管はステンレス鋼管 JIS G 3459・G 3446 の違いで扱った。角パイプならSTKR の規格も見てほしい。

溶接管は、溶接部をどこに置くかを決める

電気抵抗溶接鋼管の曲げ試験について、JIS G 3445 は、溶接部を曲げの最外部から 90°に置いて試験すると定めている^[3]。JIS G 3452 も、溶接部を曲げの最外部から約 90°の位置に置く、としている^[5]。つまり規格の曲げ性は、溶接部が一番伸びる外側にも一番縮む内側にも来ない向きで確かめた結果である。部品を曲げるときに溶接部が曲げの外側に来ると、規格の試験とは違う条件で曲げることになる。溶接管を曲げる部品は、溶接部の位置（曲げの外側・内側を避けるのか、許すのか）を図面か購買仕様書に書く。

図面に書くこと

パイプ曲げの部品は、図面の描き方しだいで、仕入先の読み方が割れる。ここからは規格の要求ではなく、発注する側の実務の提案である。

1. 曲げ半径の基準
管の中心線での半径か、内側の半径か。「R50」だけでは、どちらの意味かが分からない。曲げ型は半径ごとに用意するので、半径の種類を減らすと型代も下がる。

2. 曲げ角度と、角度の測り方
曲げた後の開き角で書くのか、まっすぐからの曲げ量で書くのか。スプリングバックがあるので、どの状態で測った角度かもそろえる。

3. 形状の寸法の基準
複数の曲げがある部品は、各曲げの位置・向き・角度を、どの点を基準にした寸法で書くか（直線部の交点で書くか、管端からの長さで書くか）。3 次元の部品は、座標の表で渡すと仕入先の機械に入れやすい。

4. 直線部の長さ
曲げと曲げの間、管端と曲げの間の直線部が短すぎると、つかむ場所が無くて曲げられない。必要な長さは曲げ方と仕入先の設備で違うので、図面を出す前に仕入先に確かめる。

5. へん平と減肉の許容
曲げ部の断面の最大外径と最小外径の差を呼び外径で割った値のように、へん平の量を式で決めて上限を書く。外側の肉厚の下限も、強度や圧力に効くなら書く。どちらも、測る位置（曲げの中央か、全域か）を決める。

6. しわ・傷の許容
曲げの内側のしわ、型の当たり傷の扱い。外観部品なら限度見本を使う。

7. 溶接部の位置と、曲げ後の処理
溶接管なら溶接部の位置。曲げ後の焼なまし、めっき・塗装を誰がどの順でするか。

受け入れるときに確かめること

受入では、形状（角度・位置・長さ）を検査治具か 3 次元の測定で確かめ、曲げ部の外径を二方向で測ってへん平を確かめる。外側の減肉は、超音波厚さ計で測るか、初回品を切断して測る。材料の検査文書は、JIS G 3445 の場合、特に指定のない限り製造業者が注文者に提出し、種類は注文時に指定が無ければ検査証明書 3.1 になる^[3]。ただし、その注文者は管を買った加工先であることが多い。曲げ部品の受入で材料の証明が要るなら、加工先から写しを出してもらうことを注文書に書いておく。材料規格ごとに扱いが違うので、ほかの規格の管を使うときはその規格の「報告」の箇条で確かめる。

曲げの条件を変えたとき（仕入先が曲げ機や型を替えた、材料の購入先を替えた）は、へん平と減肉が変わりうるので^[2]、変更の事前連絡と、変更後の初回品の測定を取り決めておく。量産前に試作で形を確かめる場合の型の扱いは、同じ束の簡易金型（試作型）の発注で扱う。

曲げで作るか、別の工法で作るか

管の端を絞ったり広げたりする部品は、回転させて成形するへら絞り（スピニング加工）が候補になる。板からカップ状に絞る部品は深絞り品の発注、板材の曲げの限界は板金の曲げ加工でできないことで扱った。精密な穴や外形のある板の部品と組み合わせるならファインブランキングも参考になる。

よくある質問

材料のミルシートに曲げ試験の合格が載っていれば、部品の曲げで割れませんか

材料規格の曲げ試験は、外径の 4〜8 倍という大きな内側半径で確かめている^[3][4][5]。部品の曲げ半径がそれより小さいなら、合格していても割れないとは言えない。小さな半径の曲げは、加工する側の試し曲げで確かめる。

へん平率の上限はどのくらいに書けばよいですか

一律の値は無い。流量が効く配管、相手部品とはまる管、見た目だけの手すりで、必要な値が違う。へん平は管の軸方向の引張りなど曲げの条件で変わるので^[2]、機能から上限を決め、仕入先に初回品で測ってもらってから確定する。

曲げ半径を小さくすると、何が変わりますか

使える曲げ方と仕入先が絞られ、心材などの工具が要るようになる。解説は、回転引き曲げは心材や制御装置を付加すると設備や型費が割高になる、と書いている^[1]。機能上その半径が要るのかを、設計部門と確かめてから発注する。

まとめ

パイプ曲げの部品は、曲げ方によってできる半径が違い、曲げると加工の開始と同時にへん平が起き、進むとしわ・屈服・割れが出る。軸方向の引張りが大きいほど外側が薄くなり、へん平も大きくなる。材料規格の曲げ性は、外径 50 mm 以下の管で注文者が指定したときだけ、外径の 4〜8 倍という大きな半径で確かめたもので、STKM の C 材には値が無い。図面には、曲げ半径の基準、角度の測り方、寸法の基準、直線部の長さ、へん平と減肉の許容、溶接部の位置を書き、条件を変えたときは測り直す取り決めにする。

出典・参考資料

1. 内海能亜・吉田昌史「円管と形材の曲げ加工」ぷらすとす 第 1 巻 第 3 号（日本塑性加工学会／2018 年 3 月）
2. 鋤本己信ほか「6063 アルミニウム合金円管の回転引き曲げ加工後の断面形状に及ぼす曲げ加工条件の影響」軽金属 第 44 巻 第 9 号（軽金属学会／1994 年）
3. JIS G 3445:2025 機械構造用炭素鋼鋼管（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 4 月 21 日改正）
4. JIS G 3444:2025 一般構造用炭素鋼鋼管（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2025 年 4 月 21 日改正）
5. JIS G 3452:2026 配管用炭素鋼鋼管（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／2026 年 5 月 20 日改正）

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