WO1997032676A1

WO1997032676A1 - Procede pour la fabrication de tuyaux a paroi mince ou de produits ayant une section transversale similaire

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Publication number: WO1997032676A1
Application number: PCT/JP1996/000567
Authority: WO
Inventors: Ryosuke Kuramoto
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Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1997-09-12
Anticipated expiration: 1998-09-08
Also published as: AU4889896A

Description

明細書

薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法技術分野

この発明は、薄肉の帯材を連続的に成形して管のごとく所要の閉断面形状に冷間ロール成形する方法の改良に係り、例えば、通常の冷間ロール成形装置を用い、これに可焼性のある平ベルトによるベルトコンベアを組合せて、平ベルト上に帯材を載せて成形口一ル間を通過させて帯材を平ベルトで被覆するように冷間口一ル成形することによリ、板厚/外径 (t/DX 100)が 1%以下の溶接管でも、所謂エッジ部の座屈や縁波を発生させることなく、成形性よくかつ高速で成形できる薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法に関する。

背景技術

冷間ロール成形方法は、比較的薄肉の帯材を連続的に成形して管のごとく所要の閉断面形状に成形する方法として発展してきた。しかしながら、構成された断面の寸法に比較して、その帯材の肉厚みが薄くなると様々な問題が発生してくる。

例えば、溶接管成形の場合、板厚/外径 (t/Dx l00)が 1%以下になれば、シ一ム部を構成する素材は薄肉のために座屈強度が低く、そのエッジ部が座屈して波状となり、均一なシーム部を構成できなくなり、溶接不良の原因となる。一般成形材においても同様に、エッジ部の所謂緣波ゃ平坦部のポケットウェーブなどが発生する。

この原因には素材の材料特性や残留応力がベースと関係しているが、直接の原因は成形方法の適否に関わるものと考えられる。

現象的に言えば、成形の各段階で素材のェッジ部は中央部に比較して非常に長い軌跡を描くために長手方向に伸びが発生し、そのため、最終成形段階で、中央部の伸びとの差が製品の長手方向の反リとなったリ、捻れとなって現れる。また、長手方向をまっすぐに矯正すれば、伸びた部分に圧縮応力が発生し、座屈の限界を超えれば座屈現象、すなわちエッジ部に縁波が発生することになる

そこで、座屈現象の縁波の対策として従来のロール成形法に、以下の技術が採られてきた。

1. エッジ部の伸びを少なくするために、エッジ部の軌跡が短くなるような、例えば、ダウンヒルなどのロールフラワーを構成する。

2. 成形各段階における、スプリングバックによるエッジ位置の後戻リを少なくするため、スタンド間隔を短くする。

3. エッジ近傍に加える力によって生ずる応力の集中を避け、接触面積を大きくして、エッジ部の長手方向の伸びを弾性限界内に留まるようにする。すなわち、成形荷重の減少、ロール径の大径化を行う。

4. エッジ部に発生する応力は常に引っ張り側になるように、素材全体に張力を発生させ中央部を特に伸ばして、エッジ部の伸びと差を縮めるように張力制御を行う。

上述のような対策にもかかわらず、ロール成形法では鋼パイプ材の場合、 t/Dが 1%以下では特に困難とされてきた。

そこで、ロール成形法の代わりに、シュ一フォーミングが考えられた。すなわち、ロールの代わりに、所要成形断面が形成されるような穴型シユー (Shoe) を設置し、下流側より引っ張リを加えて帯材を成形する方法であり、上述の条件を満たすことができるため、 t/Dが 1%以下の鋼管でも充分、成形が可能である。

ところが、シユーフォーミングでは素材とシユーとの間で大きな摩擦が生じて引つかき傷の発生原因となることがあり、また、摩擦にて大きなブレーキ力が発生するため、成形品の形状を損なわずに大きな引っ張リカを発生する機構が必要となる欠点があつた。また、このシユーの摩耗が激しく長時間の使用には耐えないため、実際に稼働されている機械は、 4~5m/min程度の低速度稼働で非能率的であり、また、摩耗に伴う調整技術は、オペレータ一の熟練に頼らざる得ない欠点があった。一方、パイプ成形におけるサイジング工程では、充分な引張リカを発生させるためにキャタピラー方式が採用されている。すなわち、平ベルトの表面に半割のセグメントを装着し、スライドガイドを介して、上下セグメントでパイブを抱きながら、ベルトの駆動力でパイプを引き抜く方法である。

この方法の欠点は、セグメントをパイプの各サイズに合わせて製作し、使用しなければならないことでサイズの変更のために多大の手間を要し、かつ種々サイズのセグメントを準備することで多大のコストを要する問題もある。また、スライドガイドとベルトの間で摩擦によるブレーキ力が発生するため、駆動モーターに高トルク型を使用する必要がある。

この発明は、薄肉管の製造における上述の問題点を解消し、エッジ部の座屈や縁波を発生させることなく、成形性よくかつ高速で成形できる薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法の提供を目的としている。発明の開示

この発明は、ロール及び又はシュ一を複数対用いて帯材ょリ順次管または管に準ずる断面形状製品を成形する成形装置において、一対の駆動口ール間を所定の張力にて回転駆動される可焼性のある平ベル卜を前記ロール及び又はシュ一間を通してロールをベルトとともに回転可能にし、回転するロール及び又は接触するシュ一にて所定の断面形状に変形された前記平ベルトを介して帯材を成形することを特徴とする薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法である。

この発明の作用をブレークダウン部の成形を例に説明する。ここでは、素材の幅にほぼ等しい幅の平ベルトを駆動ロール及び遊転ロール及びテンショナ一を 1セットとした装置及び成形ロールスタンドと組み合せた実施例の図 1の装置を用いた場合であり、押さえロール (上ロール)およびガイドロール (下ロール）の組合せは通常のロール成形のロールフラワーに合わせて調整してあり、ロールはすべて原則として遊転ロール (無駆動ロール)を用いている。従って、該ロールはベルトの断面形を規制するが、ベルトとの接触によってベルトの速度に合った速度で回転することになる。

一方、素材はガイドロール、ベルト、押さえロールとの間で成形されてベルトと同速度で進行する（図 3、図 4参照)。ベルトと素材のスプリングバックの差による分離は、ガイドロールを適宜に配することにより、なるべく接触を保つように、かつ素材のスプリングバッグも拘束しながら押さえロールの位置で成形させることにより、素材とベルトは変形しながら押さえ口一ルの場所で成形される力スプリングバックを拘束されているのと、ベルトを介しての接触であるため、従来のロール成形のごとく、ロール直前で急激な変曲を生ずることなく、スムーズな成形がなされる。

すなわち、成形のための外力は、ベルトにより分散されて、分布荷重となリ局部変形が生じ難くなる。かつ、素材の外面はロールと直接接触せずベルトを介しているので、ロールの回転によるすベリは生じない。従ってロールマークは外面に発生しない。図面の説明

図 1は、この発明による薄肉管の製造方法を適用した製管ミルの構成を示すパスラインから見た説明図である。

図 2は、ブレイクダウン初段の成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 3は、この発明による平ベルトを使用したブレイクダウン 2段目の成形口一ルを素材パスラィン下流側から見た縦断説明図である。

Claims

図 4は、この発明による平ベルトを使用したブレイクダウン 3段目の成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 5は、この発明による平ベルトを使用したクラスタ一段における成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 6は、この発明による平ベルトを使用したクラスタ一段における他の成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 7は、この発明による平ベルトを使用したフィンパス段における成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 8は、この発明による平ベルトを使用したスクイズ段における成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図である。

図 9は、この発明による平ベルトを使用したサイジング段における成形ロールを素材パスライン下流側から見た縦断説明図であり、 Aは大怪用、 Bは小径用を示す。発明を実施するための最良の形態

この発明において、成形ロールの形状とともに変形あるいは当接するシユーにて変形して包みこむ帯材を成形するためのベルトは、被成形帯材を載せて上下あるいは左右の対になつた複数の成形口一ル間を通過してアイドルロールを回転させる必要から、当該成形ロール群長さより長いスパンで一対の駆動口一ル間を所定の張力にて回転駆動される。

また、平ベルト自体は、成形ロールの形状とともに変形し、例えば、フィンパス、スクイズぁるいはサイジングの工程では所定の管外径と同等寸法に曲げられることから、すぐれた可焼性を有する必要があり、同時に上述のように回転駆動されることから、所定の張力を与えた際に成形に必要な曲げ強度を保持し、さらには一対の駆動口一ル部分では平ベルトに戻るだけの弾性を有していることが必要で、かかる条件を満足すればベルトの基布素材やライニング構成、表面材、積層状態、素材の組合せなどは、被成形帯材の種類や物性に応じて適宜選定する必要がある。

可焼性を有する平ベルトとしては、駆動のための張力を加えた際に優れた曲げ強度、少なくとも被成形帯材以上の曲げ強度を有していることが望ましく、さらには、見かけの弾性限が大きく、かつその範囲で伸びが大きいものが望ましいが、曲げ強度としては、被成形帯材がスプリングバックで戻ろうとする力を抑制し所定の形状を保持することができればよく、実質的なベルト強度は平ベルト自体の強度だけでなく、駆動張力、使用するロール種類やロールにて補強するなどの機械系等によって決定される要素も有リ、これらを総合的に考慮する必要がある。

また、かかる特性を得るために、平ベルトとしては、基布の織リゃ編み方を特定したり、基布に種々の繊維の補強を行ったり、複数の樹脂や繊維を積層したリ、補強や所定の摩擦係数を得るためにコーティングするなどの手法を採用することができる。ベルトの素材としては、公知の布、合成樹脂、ゴム、金属などいずれの材料も適宜選定できる。

この発明において、成形装置には、従来公知の製管ミルや管に準ずるクローズドプロフアイルの成形に使用される冷間ロール成形装置などのロール成形装置を転用することが可能であり、所要形状の成形ロールのみならず平ロールの組合せあるいはシユーを適宜配置してベルトを曲げて所要の断面形状に曲げることも可能であり、さらには、発明者が先に提案 (特公平 3-12975~7号）した所要範囲の口径のパイプをロール交換なしで製管できる、ィンボリユート曲線を表面に有する成形口一ルを用いたパイプミルを用いると、帯材幅にて選定される幅の平ベル卜を交換するだけで、ロール交換なしで薄肉管の成形が可能になる。

また、この発明において平ベルトは、適用する成形ロール群長さより長いスパンで一対の駆動ロール間を所定の張力にて回転駆動されるだけの簡単な構成であり、ベルト交換も容易であるが、平ベルトが帯材よりも幅広であってもべルトエツジ部をオーバ一ラップさせて回転駆動することが可能であり、一つのベルトで複数幅の素材を成形する等の汎用性を持たせることが可能である。実施例 1

図 1にこの発明による薄肉管の製造方法を適用した製管ミルの構成をパスラインから見た説明図を示すが、まず、ブレイクダウン初段 Biは、図 2に示すごとく従来の下口一ル 11，12間に中間口一ル 13を配置して上ロール 14，15にて素材 10を挟み成形する構成からなる。

ブレイクダウン 2段 B₂~4段 B₄及びクラスタ一工程 C_Lに、この発明のベルトによる成形方法を適用している。平ベルト 1は上記の成形ロール群よリ長いスパンで駆動ローラ一 2，3及びテンシヨンローラ一4にて所定の張力を与えながら上記の成形口ール間を通過するよう駆動され、非駆動の各成形口一ルは平ベルト 1及び平ベルト 1に載せられた素材 10に接触して回転駆動される。

ブレイクダウン初段 B₂は、図 3に示すごとく、平ベルト 1に載せられた素材 10が上下ロール 20，21間を通過するが、平ベルト 1が上口一ノレ 21に押さえられ下ロール 20に沿って変形してその上に載せられた素材 10も平ベルト 1と共に変形、成形される。

また、ブレイクダウン 4段 B₄も、図 4に示すごとく、平ベルト 1に載せられた素材 10が上下口一ル 22，23間を通過するが、平ベルト 1が上口ール 23に押さえられ下ロール 22に沿って変形してその上に載せられた素材 10は平ベルト 1と共に変形、成形される。

ここでは、ブレイクダウンの上ロール 21，23には通常のソリツドロールを用いたが、ゴムタイヤを用いてエアー量の変更や押圧板による卜レツド幅変更を可能にした構成を採用することもできる。クラスタ一部 C_Lは、図 5に示すごとく、下ロール 30と左右のサイドロール 31,32にて平ベルト 1を円弧に変形させて押さえの上ロール 33にて素材 10を成形する。この上ロール 33を使用しない構成とすることもできる。

その後のフィンパス部 FS並びにスクイズ部 SQは、従来の成形、溶接装置で行う。

サイジング部 SZは、図 9に示すごとく、使用するガイドロールには、ここでは上下同形のロール形状の上下ロール 73，83とし、平ベルトも上下に分けられた 2組の平ベルト 70,80を用い、上下ロール 73，83群よリ長いスパンで駆動ローラー 71，72，81，82にて回転駆動され、当該成形機、成形された素材 10を包み込むようにロールを調整してベルト 70,80を駆動すれば、図 9Aは大径管の場合、同 Bは小径管の場合を示すが、上下ロール 73，83間のベルトは、成形機と接触したまま駆動されるので成形された素材 10を摩擦力で引っ張り、成形部に対する引っ張り成形力として作用する。

ガイドロールには、左右同形のロールを用い、平ベルトも左右に分けられた 2組のベル卜を用いることができる。

実施例 2

図 6に示すフィンパス部 FSは、この発明によるベルトを用いた成形であり、左右同形のガイドロール 40,41を用い、また、大径の押さえロール 42をを使用して、平ベルト 10を所定のほぼ円形に変形させ、素材 10を成形している。また、図 7に示すフィンパス部 FSは、左右同形のガイドロール 50,51を用い、かつ対向するエッジ部に当接するフィンパスロール 52を使用している。素材 10はガイドロール 50,51にて所定のほぼ円形に変形した平ベルト 10に抱かれた形でフィンパスロール 52にそのエッジ部が当接して成形されている。

実施例 3

図 8に示すスクイズ部 SQは、この発明によるベルトを用いた成形であり、平ベルト 10を左右同形のスクイズシュ一60,61で円形に変形させるもので、スクィズシュ一 60,61自体の押圧と各スクイズシュ一 60，61の円弧内面に設けたェァ一孔 62からの噴射にて平ベルト 10を所定の円形に保持し、素材を平ベルト 10に抱いた形で溶接トーチ 63にて溶接を行う構成からなる。産業上の利用可能性

この発明は、実施例のごとく、通常の冷間口一ル成形装置を用い、これに可焼性のある平ベルトによるベルトコンベアを組合せて、平ベルト上に帯材を載せて成形ロール間を通過させて帯材を平ベルトで被覆するように冷間ロール成形することにより、局部的な集中荷重が分布荷重となり、エッジ部の座屈や縁波を発生させることなく、成形性よくかつ高速で成形でき、また、摩擦による傷の発生がなく、さらにツールの摩耗がほとんどない利点があり、摩耗による調整技術が不用となリ長時間の高速運転に耐えることから、薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造を効率よく実施できる。