JPH02160111A - 内面スパイラル溝付金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は傾斜圧延機により、金属素管から内面にスパイ
ラル溝を有する金属管を製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に内面にスパイラル溝を有する金属管、例えば内面
スパイラル溝付伝熱管については、冷間抽伸加工により
製造する方法が提案されている（特開昭６１−９９５１
７号）。

第１４図は従来の内面スパイラル溝付伝熱管の製造方法
の実施状態を示す模式図であり、固定ダイス３１．回転
ダイス３２を材料のパスラインに臨ませて２段に配設し
、固定ダイス３１の内側に対応してフローティングプラ
グ３３を、また回転ダイス３２と対応する位置には前記
フローティングプラグ３３に軸３３ａを介して回転自在
に支持された溝付プラグ３４を配設し、前記固定ダイス
３１、回転ダイス３２とフローティングプラグ３３、溝
付プラグ３４との間に金属素管３７を通して内面スパイ
ラル溝付管３８を得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述した如き従来方法が採用する抽伸加工は一
般的に冷間にて施されるから、冷間加工の限界加工量に
よって、加工可能な溝深さ、溝形状、スパイラルピッチ
、材質等が制限され、また厚肉管の加工には大きい抽伸
力が必要となり加工が難しくなるという欠点があった。

このため従来方法で成形できる内面スパイラル溝付金属
管は内面に浅くて小さい溝を有し、熱交換機能を高めた
内面スパイラル溝付伝熱管等に限られ、例えばねし鉄筋
用ナツト、カプラ、装置類の昇降移動に用いる螺条軸周
のナツト等は機械加工によって厚肉管、若しくは中実材
を切削して製造せざるを得ないのが現状である。

このような従来方法ではスパイラルピッチの短縮に限界
があるのは次の理由による。

第１４図において、いま抽伸加工による軸方向引張力を
Ｐとし、その分力である溝方向の作用力をＰｌ　、溝と
直交する方向の作用力をＰ２とすると、夫々ｐ、　＝Ｐ
ｓｉｎθ＋　Ｐｇ　＝Ｐｃｏｓθ（θ：スパイラルリー
ド角）で表される。ところでスパイラル溝ピッチを短く
しようとすると、スパイラルリード角θが当然小さくな
って溝形成に寄与すべき作用力Ｐ１が小さくなるから抽
伸力を太き（しなければならないが、この抽伸力を大き
くすると作用力Ｐｔも大きくなるため溝壁との摩擦力が
大きくなり、プラグの焼き付１割れが発生し、またスパ
イラル谷部、スパイラル山部を潰す等の不都合が生じる
こととなる。

このためスパイラルリード角θは４５＠〜６０６以上必
要となり、これ以下のスパイラルリード角を必要とする
スパイラル溝の形成は困難となる。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところは溝深さ、溝形状、スパイラルピッチ
、材質、肉厚等に制限されることなく内面にスパイラル
溝を精度良く、しかも高能率に形成し得るようにした内
面スパイラル溝付金属間の製造方法を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る内面スパイラル溝付金属管の製造方法は、
複数個のロールを材料のパスライン周りに配設し、これ
らロールに囲まれたパスライン上に、外周面に１又は複
数条のスパイラル溝を備えるプラグを固定した傾斜圧延
機を用いて、熱間で金属素管を傾斜圧延し、内面スパイ
ラル溝付金属素管を得る工程と、この内面スパイラル溝
付金属素管表面の金属酸化物を除去する工程と、複数個
のロールをパスライン周りに配設し、これらロールに囲
まれたパスライン上に、外周面に１又は複数条のスパイ
ラル溝を備えるプラグを固定した傾斜圧延機を用いて、
冷間で表面の金属酸化物を除去した前記内面スパイラル
溝付金属素管を傾斜圧延する工程とを含む。

また他の内面スパイラル溝付金属管の製造方法にあって
は、複数個のロールを材料のパスライン周りに配設し、
これらロールに囲まれたパスライン上に、外周面に１又
は複数条のスパイラル溝を備えるプラグを固定した傾斜
圧延機を用いて、熱間で金属素管を傾斜圧延し、内面ス
パイラル溝付金属素管を得る工程と、この内面スパイラ
ル溝付金属素管表面の金属酸化物を除去する工程と、金
属酸化物を除去した前記内面スパイラル溝付金属素管を
固定し、冷間でその内側に外周面に１又は複数のスパイ
ラル条を形成したプラグを回転駆動させつつ軸心線に沿
って螺合挿通させる工程とを含む。

更に他の内面スパイラル溝付金属管の製造方法にあって
は、内面スパイラル溝付金属素管を得た後、これをロー
ル矯正機を用いてその曲がり矯正を行う工程を含む。

〔作用〕

本発明にあっては、これによって溝深さ、？Ｉ形状、ス
パイラルピッチ、材質等に制約される製造可能範囲を飛
躍的に拡大して内面スパイラル溝付金属管を製造するこ
とが可能となる。

（実施例〕 以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明方法の主要工程を示す工程図である。先
ず金属素管を所定温度に加熱しくＳｌ）、これを２〜４
個のロールと、周５面にはスパイラル溝を備えたプラグ
とを組合せた傾斜圧延機を用いて熱間加工を施し、内面
にスパイラル溝が形成された内面スパイラル金属素管を
得る（Ｓ２）。

次にこの内面スパイラル溝付金属素管の曲がりを矯正機
を用いて矯正した後（Ｓ３）、内面に生成している金属
酸化物を酸洗、又はショットピーニング加工等の手段で
除去した後（Ｓ４）、これを２〜４個のロールと周面に
スパイラル溝を備えるプラグとを組合せた傾斜圧延機を
用いて冷間で仕上げ加工を施しくＳ５）、内面スパイラ
ル溝付金属管を得る。

この仕上げ加工においては、内面スパイラル溝付金属素
管を固定し、この内側に強制回転させつつプラグを螺合
挿通せ゛しめることとしてもよい。

次に本発明方法に用いる傾斜圧延機について具体的に説
明する。

第２図は本発明方法における熱間での傾斜圧延の状態を
示す模式的正面図、第３図は第２図の■−■線による部
分拡大断面図であり、図中１．２゜３はロール、４はプ
ラグ、７は金属素管、８は内面スパイラル溝付金属素管
を示している。

ロール１．２．３は同一の形状、構造に形成されており
、金属素管７、内面スパイラル溝付金属素管８のパスラ
インＸ−Ｘ線の周りに、その軸心線は同側の軸端が周方
向の同じ側へ向くように所要角度；β（傾斜角という）
で傾斜させて、また同側の軸端がパスライン側に向けて
接近又は離反するよう所要角度；　Ｔ（交叉角という）
で交叉させて配設されている。

プラグ４は略截頭砲弾形に形成され、その外周面に１又
は複数のスパイラル溝４ａが形成されており、また基端
部はこれよりも小径のマンドレル５に固定され、先端部
を金属素管７の入側に向けた状態でロール１，２．３で
囲われた内側においてパスラインＸ−Ｘ線に沿うよう配
設され、その軸心線方向及び周方向のいずれの方向にも
移動しないよう固定されている。

第４図はプラグ、マンドレルの支持態様を示す側面図、
第５，６図は夫々第４図のＶ−Ｖ線、■−■線による断
面図である。プラグ４とマンドレル５と、マンドレル５
の基端面中央に角形の凹孔５ａを設け、この凹孔５ａに
プラグ４の先端に形成した四角柱状の突部４ｂを着脱可
能に嵌合せしめて非回転の状態に固定しである。また例
えばマンドレル５はその中間にて前、後に分割し、ここ
に角柱形をなすブロック１０を介して支持台６に非回転
で、しかも軸心線方向にも摺動しないよう軸端にて固定
されている。

マンドレル５とブロック１０との固定はマンドレル５側
に設けた雌ねじ５ｂ、　５ｃにブロック１０の両端に設
けた雄ねじ５ｄ、　５ｅを螺合固定することにより行っ
ている。

なお、雌ねじ５ｂ、雄ねじ５ｄの向きは金属素管７゜内
面スパイラル溝付金属管８の回転方向と同じ方向の作用
力が加えられたとき相互に緊締力が増す向きに形成する
ことは勿論である。

支持台１１はブロック１０と同形の角柱形の環条体を半
割した構成となっており、この内側にブロック１０を挾
持して、例えばボルト等で固定し、ブロックｌＯを不動
の状態に固定するようにしである。

プラグ４を回転しないよう固定配置するのは形成すべき
スパイラル溝の溝深さ、ピンチの制御を容易にし、これ
らを広い範囲で設定制御可能とし、またその寸法精度を
高めるためである。なぜならばスパイラル溝のピッチは
金属素管７の回転とプラグ４の回転との相対運動で決定
されることになるが、プラグ４を自由回転させるとこの
相対運動速度を制御するコラか難しくなるのでピッチの
設定制御が難しくなり、またスパイラル溝ピツチ範囲が
極めて狭く限定されることとなるからである。

プラグ４に形成するスパイラル溝４ａの溝深さ、スパイ
ラルピッチ等については金属素管７に形成すべきスパイ
ラル溝８８の深さ、ピッチに応じて設定する。

即ち本方法ではプラグ４を回転させないので金属素管７
に形成されるスパイラル溝のピッチはロールｌ、２．３
によって金属素管７に与えられる螺旋連動の軌跡で決ま
る。ただし形成すべきスパイラルピッチに応じてプラグ
４の外周面のスパイラル突条の設計を行うことは勿論で
ある。即ちプラグ４が回転しないのでロールの設定角度
（とくに傾斜角）を好適に設定して目標の螺旋運動を与
えることによって容易に内面に所要のスパイラル突条を
形成することが可能となるのである。

なお、圧延中の伸び、捩れ変形を考慮して軸方向にスパ
イラルピッチ、深さ等を漸次変化させて傾斜圧延機出側
で目標寸法が得られるようにしておくのが望ましい。

また金属素管７の内径はプラグ４の挿通が容易に行い得
るよう、その内径をプラグ４の入側端部の外径よりも若
干大きく設定しておくのが望ましい。

而していま各ロール１，２．３を夫々適正な傾斜角、交
叉角に設定して第１．２図に示す如く同方向に回転駆動
しつつ、加熱した金属素管７を白抜矢符方向からパスラ
インｘ−Ｘ線に沿って供給し、ロールｌ、２．３内に噛
み込ませると同時的にその心孔７ａ内にプラグ４を嵌入
せしめる。これによって、金属素管７はその外周面から
ロール１゜２．３による圧下刃を受けて内側の金属素管
材料がプラグ４のスパイラル溝りａ内に充填せしめられ
、プラグ４のスパイラル溝４ａにそって金属素管７が螺
進移動せしめられて恰もプラグ４を雄ねじとする如くに
これに螺合挿通して、内面スパイラル溝付金属素管８が
製造されてゆくこととなる。

圧延が終了するとプラグ４をマンドレル５の先端部から
取り外し、内面スパイラル溝付金属素管８をマンドレル
５から抜き出す。このときロール１．２．３のギャップ
を大きくして傾斜圧延機の入側方向へ内面スパイラル溝
付金属素管８を引出して取り出してもよいし、或いは逆
にマンドレル５を後退させて材料を取り出してもよいこ
とは勿論である。

第７図は本発明の他の実施状態を示す模式的正面図であ
り、２個のロールｌ、２と、ガイドジュロｕ、　６ｄと
、周面にスパイラル溝を形成したプラグ４とを組合せた
傾斜圧延機を用いて熱間にて金属素管７を傾斜圧延する
態様を示している。ロール１．２は同一の形状、構造に
形成されており、金属素管７．内面スパイラル溝付金属
素管のパスライン周りに、その軸心線は同側の軸端が周
方向の同じ側へ向くように所要角度（傾斜角）で傾斜さ
せて、また同側の軸端でパスライン側に向けて接近又は
離反するよう所要角度（交叉角）で交叉させて配設され
ている。

なおプラグ４及びこれを支持するマンドレルの形状及び
支持構造は第２〜６図に示す場合と実質的に同じである
。

ロールの個数は前述した如き３個、或いは２゛個に限る
ものではないが、ロール個数が増すと構造が複雑化する
こと、ロール同士が接触するという制約条件によってロ
ール径を材料である金属素管７の外径に対して相対的に
小さくせざるを得なくなり、圧延速度が低下すること、
またロール径が小さくなればロール軸径も細くせざるを
得ないので、ロール軸強度、剛性が低下すること、ベア
リング寿命も低下すること等のため、必要以上にロール
数を増すことは好ましくなく、このような観点からロー
ル数は２個乃至４個程度とするのが望ましい。

第８，９図は本発明の他の実施状態を示す第３図と同様
の断面図である。第８図、第９図に示す場合にあっては
プラグ４は第３図に示したものと実質的に同じであるが
、プラグ４の先端部側、即ち金属素管７の挿入側の端部
をマンドレル１５に支持されており、また第９図に示す
場合にあってはプラグ１４の最大外径よりも金属素管７
の内径を大きくしであるので、圧延開始前のマンドレル
１５への金属素管７の挿入が容易である。

第１０図は第９図に示すプラグ及びマンドレルの支持態
様を示す側面図、第１１図は第１０図のＸｉ　−Ｘｉ線
による断面図であり、プラグ１４における金属素管７の
搬入方向側の端面に雌ねじ１４ａを形成し、ここにマン
ドレル１５の一端面に設けた雄ねじ１５ａを螺合緊締せ
しめてマンドレル１５に一体的に固定しである。

マンドレル１５は、その軸長方向の中間部で分割され、
ここに夫々雌ねじ１５ｂ、　１５ｃと雄ねじ１５ｄ、１
５ｅをねし結合した状態で角柱形のブロック１５ｆを介
装し、このブロック１５ｆを、第４．　５．　６図に示
したのと同じ構造で支持台１６に支持するようになって
いる。プラグ１４とマンドレル１５との螺合及びマンド
レル１５へのブロック１５ｆの螺合はいずれも金属素管
７、内面スパイラル溝付金属素管８の回転方向と同方向
に外力が作用したとき螺合状態がより緊締されるよう夫
々の螺条の向きが設定されていることは勿論である。他
の構成は第４．５゜６図に示す態様と実質的に同じであ
る。

このようなプラグ４，１４を金属素管７の搬入側にてマ
ンドレル１５に支持する構造は圧延後、プラグ４，１４
から内面スパイラル金属素管８を抜き出す作業が容易と
なる反面、圧延に先立って金属素管７をプラグ４，１４
、マンドレルに挿入する際には第９図に示すように金属
素管７の内径がプラグ４．１４の最大直径よりも大きい
ときは不都合を生じないが、第８図に示すように小さい
ときはプラグ４，１４．マンドレルＩ５に金属素管７を
挿入する作業に時間を要する難点がある。

また傾斜圧延中はマンドレル１５には軸心線方向の引張
力が作用するため座屈等の虞れが少なく、小径の内面ス
パイラル溝付金属の製造には材料搬出側でプラグを支持
する場合よりも有利である。

内面スパイラル金属素管８の曲がり矯正は、例えば棒材
の曲りを矯正する方法として一般的に用いられる凹形、
凸形の上下一対のロールから成る矯正機にて矯正を施す
か、又は凹形ロールをパスラインに沿って数対備えた従
来知られている管材用の矯正機を適宜使用して行う。

この場合、矯正によって内面スパイラル金属素管８の内
、外径が若干変化するから、この変化分を見込んだ内面
スパイラル金属素管８を得ることは勿論である。

また内面スパイラル金属素管８の金属酸化物の除去は酸
洗又はショットピーニング加工等に依るが、この他に従
来知られている方法を適宜採択すればよい。

なお、上述した第２図〜第１１図に示す傾斜圧延機はい
ずれも本発明方法における金属素管７から内面スパイラ
ル溝付金属素管８を加工する熱間での傾斜圧延に適用し
た場合につき・説明したが、そのまま内面スパイラル溝
付金属素管８から内面スパイラル溝付金属管に仕上げる
冷間仕上げ加工工程にもそのまま適用される。

第１２図は第２，３図に示す傾斜圧延機を用いて内面ス
パイラル溝付金属素管８に対する仕上げ加工の実施状態
を示す断面図であり、内面スパイラル溝付金属素管８に
おけるスパイラル溝８ａのスパイラル谷部、スパイラル
山部が恰も雌ねじの如（、またプラグ４におけるスパイ
ラ）吋＊４ａのスパイラル谷部、スパイラル山部が恰も
雄ねじきの如（した螺合状態となり、内面スパイラル溝
付金属素管８の螺進移動に従って、プラグ４が内面スパ
イラル溝付金属素管８内を螺合挿通することとなる。

これによって内面スパイラル溝付金属素管８のスパイラ
ル谷部、スパイラル山部はプラグ４からサイジング作用
を受け、高い寸法精度のスパイラル１９ａに形成される
こととなる。

第１３図は本発明方法における内面スパイラル溝付金属
素管８の仕上げ加工の他の実施状態を示す断面図であり
、内面スパイラル溝付金属素管８を固定治具１０にて軸
心線間りに回転しないよう固定すると共に、内面スパイ
ラル溝付金属素管８の一端部側からマンドレル２５の先
端に固定されたスパイラル溝２４ａを有するプラグ２４
をその軸心線口りに強制回転させつつ挿入せしめる。こ
れによってプラグ２４のスパイラルｒｎ　２４　ａを構
成するスパイラル谷部、スパイラル山部が恰も雄ねじと
して作用し、内面スパイラル溝付金属素管８のスパイラ
ル溝８ａを構成するスパイラル谷部、スパイラル山部が
恰も雌ねじとして作用し、プラグ２４が内面スパイラル
溝付金属素管８内を螺合挿通し、そのスパイラル溝８ａ
に対するサイジングを行うこととなる。

〔数値例１〕 第２図に示す３個のロールを備え、また第３図に示す如
く材料の搬送側で保持したプラグとを組み合わせた傾斜
圧延機を用いて熱間で圧延し、内面スパイラル溝付金属
素管を得た。寸法諸元及び圧延条件は次のとおりである
。

金属素管・・・材質：　５４５Ｃ外径：８５龍　　内径
：４２鳳■加熱温度・・・１１００℃ 内面スパイラル溝付金属素管の目標値 ・・・外径：　８０ｍｍ ・・・内面スパイラル山径：４０ｍｍ ・・・内、面スパイラル谷径：５６１１ＩＩ１１・・・
スパイラル溝ピッチ：１４ｍ５ ロール・・・材質：　ＳＣＭ４４０　　　外径：２００
　ａｍ　（最大部）プラグ・・・材質：ＳＫロ６１ ・・・スパイラル山径（最大部）：５６龍・・・スパイ
ラル谷径（最大部）：４０龍ロ一ル回転数・・・１００
ｒρｍ １頃斜角β・・・５．５゜ 交叉角γ・・・０″ 内面スパイラル溝付金属素管を酸洗処理した後、前述し
た熱間加工において用いたのと略同様の傾斜圧延機を用
いて冷間仕上げ加工を施した。傾斜圧延機は、ロール材
質、プラグ材質を下記のものを用いた以外は実質的に同
じである。

ロール材質・・・５ＫＤＩＩ プラグ材質・・・ＳＫＩ　９ 得られた内面スパイラル溝付金属管の形状は良好であり
、またスパイラル山部には充填不良等がなく、寸法精度
は士Ｑ、ｌａｗ程度であった。

〔数値例２〕 プラグを第８．９図に示す如く材料の搬入側で保持する
構造とした以外は（数値例１）において用いた傾斜圧延
機と同じものを用いた。また金属素管としてはプラグの
挿入が容易なよう次の寸法諸元とした。

金属素管・・・材質：　５４５Ｃ外径：　１０５　ａｍ
　　内径：６２膳− その他の寸法諸元及び冷間仕上げ加工時の傾斜圧延の条
件は（数値例１）と同じである。

得られた内面スパイラル溝付金属管の形状は良好で寸法
精度は±０．１１であった。

〔数値例３〕 第７図に示す如き２個のロールを用い、またプラグは第
３図に示す如き材料の搬出側で支持する構造とした傾斜
圧延機を用いた。ロール径は最大部で３６０ｍ５のもの
を用いた。冷間仕上げ加工時の傾斜圧延を含む他の条件
は〔数値例１〕の場合と実質的に同じである。得られた
内面スパイラル溝付金属管の寸法精度は±０．１１１で
あった。

ただスパイラル溝を構成する山部の肩肉に若干の欠肉が
認められた。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明にあっては複数個のロールとスパイラ
ル溝を形成したプラグとを組み合わせた傾斜圧延機を用
いて熱間での傾斜圧延によって内面スパイ゛ラル溝付金
属素管を得た後、これの表面金属酸化物を除去し、再度
傾斜圧延機或いはスパイラル溝を形成した強制回転され
るプラグを用いて仕上げ加工を行うこととしているから
、製品におけるスパイラル溝の寸法精度が高く、また形
状も良好となり、生産能率が高く、生産コストの大幅な
低減を図れる等本発明は優れた効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の主要工程を示す工程図、第２図は
本発明方法における熱間での傾斜圧延の態様を示す正面
図、第３図は第２図のｍ−ｍ線による断面図、第４図は
プラグ及びマンドレルの支持構造を示す側面図、第５，
６図は夫々第４図のＶ−Ｖ線、　Ｖｌ−Ｖｌ線による断
面図、第７図は本発明方法における熱間での傾斜圧延の
他の態様を示す正面図、第８．９図はプラグ及びマンド
レルの支持構造の他の態様を示す断面図、第１０図は第
９図に示す構造において用いるマンドレルの支持構造を
示す側面図、第１１図は第１０図の可−テ線による断面
図、第１２図は本発明方法における仕上げ加工を第２〜
６図に示す傾斜圧延機を用いて実施している状態を示す
縦断面図、第１３図は本発明方法における他の仕上げ加
工の状態を示す縦断面図、第１４図は従来方法の実施状
態を示す縦断面図である。 １、　２．　３・・・ロール　４・・・プラグ４ａ・・
・スパイラル溝　５・・・マンドレル　６・・・支持台
７・・・金属素管　　８・・・内面スパイラル溝付金属
素管　８ａ・・・スパイラル溝　９・・・内面スパイラ
ル溝付金属管 １４・・・プラグ　１５・・・マンドレル粥 図 弔 図 弔 図 弔 図 弔 図 弔 図 図 弔 図 弔 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個のロールを材料のパスライン周りに配設し、
   これらロールに囲まれたパスライン上に、外周面に１又
   は複数条のスパイラル溝を備えるプラグを固定した傾斜
   圧延機を用いて、熱間で金属素管を傾斜圧延し、内面ス
   パイラル溝付金属素管を得る工程と、 この内面スパイラル溝付金属素管表面の金 属酸化物を除去する工程と、 複数個のロールをパスライン周りに配設し、これらロー
   ルに囲まれたパスライン上に、外周面に１又は複数条の
   スパイラル溝を備えるプラグを固定した傾斜圧延機を用
   いて、冷間で表面の金属酸化物を除去した前記内面スパ
   イラル溝付金属素管を傾斜圧延する工程と、を含むこと
   を特徴とする内面スパイラル溝 付金属管の製造方法。 ２、複数個のロールを材料のパスライン周りに配設し、
   これらロールに囲まれたパスライン上に、外周面に１又
   は複数条のスパイラル溝を備えるプラグを固定した傾斜
   圧延機を用いて、熱間で金属素管を傾斜圧延し、内面ス
   パイラル溝付金属素管を得る工程と、 この内面スパイラル溝付金属素管表面の金 属酸化物を除去する工程と、 金属酸化物を除去した前記内面スパイラル 溝付金属素管を固定し、冷間でその内側に外周面に１又
   は複数のスパイラル条を形成したプラグを回転駆動させ
   つつ軸心線に沿って螺合挿通させる工程と、 を含むことを特徴とする内面スパイラル溝 付金属管の製造方法。 ３、内面スパイラル溝付金属素管を得た後、これをロー
   ル矯正機を用いてその曲がり矯正を行う工程を含む請求
   項１又は２記載の内面スパイラル溝付金属管の製造方法
   。