JPH02217105A - 内面溝付管の冷間圧延用マンドレル - 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〕 本発明は管軸方向にストレートな溝が内面周方向に複数
形成された内面溝付管を、冷間圧延で製造する際に用い
るマンドレルに関する。

〔従来の技術〕

従来より、エチレンプラントの熱分解管等の熱交換用管
材には、熱交換効率をあげるために、管軸方向にストレ
ートな溝又は傾斜した溝を内面周方向に複数形成して管
内周長を長くした内面溝付管が用いられている。この内
面溝付管は、長尺のものが要求され、切削加工等の機械
加工では加工長さが制限されるため、従来は、ストレー
トな溝を有する内面溝付管は熱間押出しによって製造し
、傾斜した溝を有する内面溝付管はこれを捩り加工して
製造していた。しかし、熱間押出しによって製造したも
のは、寸法精度が悪く、また高Ｎｉ−高Ｃｒｆｉの如き
難加工材の場合は、押出しプレス能力の面から小径薄肉
のものが製造できないという制約がある。

熱間押出し法に比べて、寸法精度の良い製管法としでは
、周知のように、冷間加工法があり、内面溝付管の場合
もコールドピルガ−ミルによる冷間圧延法が適用されて
いる。そして、この冷間圧延法で前記のようなストレー
トな溝を有する内面溝付管を製造する場合に使用される
マンドレルが、特開昭６（１−１６６１０８号公報及び
特開昭６２２１２００６号公報に開示されている。

特開昭６０−１６６１０８号に開示されているマンドレ
ルは、第４図（イ）に示すように、凸部外径Ｈが圧延開
始点Ａから圧延終了点Ｂまで徐々に減少し、整形領域で
あるＢ−Ｂ’の間は同じ外径である。また内面溝付管の
山頂内径に対応する凹部外径Ｇは、圧延開始点Ａから途
中のＡ′点までは外径縮小割合より大きい割合で縮小し
、Ａ′点から圧延終了点Ｂまでは外径縮小割合と同程度
に縮小しており、管が圧延される初期は、管の断面形状
が仕上り管の断面形状と相似形となるようにしである。

特開昭６２−２１００６号に開示されているマンドレル
は、第４図（ロ）に示すように、凸部外径Ｈ及び凹部外
径Ｇが、圧延開始点から圧延終了点まで所定の式（マン
ネスマンの推奨する式）に従って漸減しており、内面溝
付管の山部形状を山の先端が溝底と常に一致するように
マンドレル軸方向に移動させた軌跡をマンドレル凹部形
状としたものである。

（発明が解決しようとする課題〕 これらの従来マント−レルのうち、前者のマンドレルは
、管の断面形状が仕上がり管の断面形状と相似形となる
ようにしであるため、マンドレルの軸長方向各位置にお
ける断面形状が夫々異なることになる。このようなマン
ドレルは例えばミーリングカンタの如き機械加工のりで
は製作できず、不作業が伴うのでマンドレル製作に要す
る工数が極めて大きい。

これに対し、後者のマンドレルでは、例えばマンドレル
の凸部中心から隣接する凸部の中心までの総型の刃を有
するカッタを用いれば、マント“レル外径からのカノク
押込ノ量を圧延開始点から圧延終了点に向けて大きくす
ることで加工できる。

したがって、前者のマンドレルの如く、マンドレル製造
上の問題はない。しかし、このマンドレルで、例えばエ
チレンプラントの熱分解管に用いられる内面８条の溝を
有する内面溝付管を製造すると、材料がマンドレルの凹
部内に充満しにくいと言う問題がある。この問題を第４
図（ロ）により詳しく説明する。

同図はマンドレルの断面形状を軸方向の３位置について
示しており、ａは圧延開始点と圧延終了点間長をほぼ３
等分した時の圧延開始点から１７３入ったところの断面
、ｂは同じり２／３のところの断面、Ｃは圧延終了点の
断面を示す。

同図で理解されるように、このマンドレルは圧延開始点
側での外径が圧延終了点側での外径より大きいため、圧
延終了点に比べて圧延開始点側の周長が長い。また、圧
延終了点に比べて圧延開始点側の凹部深さが浅い。この
ことから、圧延終了点より圧延開始点側にはマンドレル
の凸部に円周方向に平滑部１ａ、ｌｂが形成され、この
平滑部ｌａ、ｌｂの周方向長さは、圧延開始点に近づく
ほど長くなる。

そして、圧延にあたっては、マンドレルに対向して設け
た一対の溝付ロールを転動させるのであるが、圧延開始
点近傍では管はロールとマンドレルの平滑部とで減肉圧
延されて主として軸方向に延び、凹部への張り出しはほ
とんど生じない。平滑部は、前述のように圧延終了点側
に近づくにつれて、周方向長さが短くなるので、管は減
肉圧延される領域が少なくなって、マンドレルの凹部に
張り出す。しかし、圧延初期にマンドレルの凹部への材
料充満が不充分となるため、得られた内面溝付管の山部
には未充満部が生じ、難加工材の場合は特にこの傾向が
大きい。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、製作が容易で
、しかも圧延終了までにマンドレルの凹部へ材料を確実
に充満させ得るマンドレルを提供することを目的とずろ
。

〔課題を解決するための手段） 本発明のマンドレルは、管軸方向にストレー１−な溝部
と山部とが内面周方向に交互に形成され、前記溝部の溝
底中心と管中心とを結ぶ線の延長線に、側壁の延長線が
溝底より一外方で交差する内面溝付管を冷間圧延で製造
する際に用いるマンドレルであって、少なくとも圧延開
始点から圧延終了点に向かって漸減する外径を有し、外
面周方向に交互に形成された凸部及び四部が少なくとも
圧延開始点から圧延終了点までの間に亘って内面溝付管
の溝部及び山部と実質同一形状とされ、凸部と凹部とを
結ぶ斜辺が内面溝付管の側壁と実質同一傾斜角度で且つ
圧延問題点から圧延終了点に向かって前記外径変化に応
じて短くなっていることを特徴としζなる。

〔作　　用〕

本発明のマンドレルにおいては、その外面周方向に交互
に形成される凸部および凹部が、製品である内面溝付管
の溝部および山部と圧延有効部全域で実質同一形状にな
っており、マンドレルの軸長方向の外径変化に伴う凸部
と凹部との間隔変化および凸部に対する四部の深さ変化
は、凸部と凹部とを結ぶ斜辺の長さで調節されている。

しだがって、凸部および凹部に夫々対応する形状の刃物
を用意すれば、その切り込め深さの調節だけでマンドレ
ルが製作できる。また圧延にあたっては、単に凹部へ順
次材料が充満するだけでなく、凸部に周方向の平滑部が
存在しないので、管の軸方向への減肉圧延が殆ど生しず
、圧延開始点近傍より凹部への材料充満が積極的に行わ
れ、得られた内面溝付管の山部に未充満部は生じない。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図、第２図に基づき説明す
る。

第１図（イ）（ロ）は本発明が対象とする内面溝付管の
断面形状の一例を示すものである。内面溝付管１０の内
面には、円弧の一部で形成された溝部１１と山部１２と
が周方向に交互に複数（図示例では夫々８つ）形成され
、溝部１１と山部１２は管軸方向にストレートである。

隣接する溝部１１と山部１２とは、直線の側壁１３で結
ばれている。

溝部１１、山部１２および側壁１３を第１図（ロ）によ
り詳説すると、溝部１１は管中心０まわりに角θ（本例
では２２．５°）で区分される直線上の点りを中心とし
て管中心０の反対側に描いた所要半径の円弧のうち、角
度２βの範囲で構成されている。また、山部１２は、溝
部１１の中心を通る線からθの位置の線上の点Ｅを中心
として管中心０側に描いた所要半径の円弧のうち、角度
２γの範囲で構成されている。以後、溝部１１のβにつ
いては溝部半角、山部１２のＴについては山部半角と称
す。

側壁１３は溝部１１．山部１２の各終点における共通の
接線で構成される直線であり、この側壁１３の延長線ｉ
Ｖ、ｌ＋　　ρ２は、溝部１１の中心りと管中心０とを
結ぶ線の延長線ｍに溝部１１の溝底より外方の点Ｆで交
わっている。両延長線！で２の交角２αは、溝部１１の
溝部半角βおよび山部１２の山部半角Ｔ、対向する溝部
１１の底間距離である溝底内径ｄ１、対向する山部１２
の頂間距離である山頂内径ｄ３及び溝深さ（山高さ）に
より決まる。なお、αは以後、側壁傾斜角と称す。

第２図は、第１図の内面溝付管を冷間圧延で製造するに
際して用いる本発明マンドレルの一例を示している。

同図（イ）は側面図、（ロ）は圧延終了点における断面
図である。なお、内面溝付管１０の溝底内径ｄに相当す
るマンドレル外径は凸部外径と称してＨで表わしている
。また山頂内径ｄ３に相当するマンドレル外径は凹部外
径と称してＧで表わしている。

マンドレル２０の外面周方向８箇所には、内面溝付管ｌ
Ｏの溝部１１に対応する凸部２１がマント”レル軸線方
向に形成してあり、隣接する凸部２１の間には、内面溝
付管１０の山部１２に対応する凹部２２が形成しである
。そして、圧延開始点Ａと圧延終了点Ｂとの間では、凸
部外径Ｈが圧延終了点Ｂ側に向かって同一角度でテーパ
状に漸減しており、圧延終了点Ｂにおける凸部外径Ｈは
、内面溝付管１０として要求される溝底内径ｄ１に一致
させである。

第２図（／ｌまマンドレルの拡大断面図、に）は断面変
化を軸方向で段階的に示す拡大図であり、第２図に）に
おけるＣは圧延開始点Ａ、ｆは中間点、ｇは圧延終了点
Ｂにおける断面を夫々示している。

両図で判るように、凸部２１は、全長にわたり内面溝付
管１０の溝部１１と実質同一の円弧（半径Ｒｂ、半角β
）の一部であり、また、凹部２２も全長にわたり、内面
溝管１０の山部１２と実質同一の円弧（半径Ｒｔ、半角
γ）の一部である。

隨接する凸部２１と凹部２２を結ふ斜辺２３は、内面溝
付管１０の側壁１３の側壁傾斜角αと同一傾斜角度、す
なわちマント−レル２０の軸心ＯＭと凸部中心とを結ふ
線ｎと斜辺１３の延長線とのなす角度をαとしである。

そして斜辺２３の長さのみが、マンドレル２０の外径変
化に応じて調節され、圧延終了点Ｂにおいてはこの長さ
が内面溝付管ｌＯの斜辺１３と同一長さとしてあり、中
間点、圧延開始点Ａとなるに従い長くしである。したが
って全体としては、圧延開始点Ａでは深い谷となってお
り、徐々に谷が浅くなって、圧延終了点Ｂでは、内面溝
付管１０の内面形状と同一である。

なお、圧延開始点Ａより基端側には第２図（イ）に示す
ように、圧延開始点Ａに連続する同一テーパ外径部２０
ａと、これに続く等径の外径部２０ｂとが形成してあり
、凹部は圧延開始点Ａより基端側において、適宜のアー
ルにより逃しである。また、圧延終了点Ｂより先端側に
は、圧延終了点Ｂにおける断面形状と同一断面形状の整
形部２０ｃが形成しである。

上記形状のマンドレル２０は、次のようにして製作され
る。先ず、第３図に示すように、凸部２１と斜辺２３に
対応する総型の山カンタ３１と、凹部２２と斜辺２３に
対応する総型の谷カッタ３２を準備する。次に、丸材ま
たは両端を夫々等径とし、中間部をテーパ状に粗加工し
たマンドレル用素材に、山カノク３１の刃底が前記テー
パ状の外径に沿うよう基端側から先端側に向かって押し
込み量を増やしながら上記山カッタ３１で切削する。そ
の後、山カッタ３１で切削された対向する側壁間を谷カ
ッタ３２で、この谷カッタ３２の斜辺を前記山カッタ３
１で切削された斜辺に一致させて切削する。これにより
マンドレル２０が容易に製作できる。

このようなマンドレル２０を用いて冷間圧延を行うと、
圧延開始点Ａにおいてマンドレル２０には、内面溝付管
１０の溝部１１に対応する形状の円弧状の凸部２１が形
成されているため、ロールとマンドレル平滑部による減
肉圧延は実質行われずに、凸部２１が管内面に食い込み
、余肉が凹部２２の側へ張り出す。圧延開始点Ａ近傍で
は余肉の凹部２２への張り出しが少なく、また凹部２２
も深いため、凹部２２は完全には充満されないが、圧延
が更に進行すると余肉の張り出しの増加と、凹部２２が
浅くなることにより、凹部２２は充満され、圧延終了点
Ｂ近傍では凸部２１、凹部２２および斜辺２３の全体で
圧延されることとなって、マンドレル２０の圧延終了点
形状に一致した内面溝付管１０が得られる。

本発明のマンＩレルの使用結果を次に説明する。

対象管は第１図に示すエチレンプラントの熱分解管で、
内面に管軸方向にストレートな溝を周方向に８本官して
いる。この管を冷間圧延で製造するに際して使用したマ
ンドレルは、第２回に示したもので、圧延開始点Ａから
圧延終了点Ｂまでの距離は７２０ｍｍである。

具体的に説明すると、２５Ｃｒ−２５Ｎｉ　（０，２Ｃ
）からなる外径７５ｍｍ、内径４４ｍｍ、肉厚１５゜５
ｍｍの素管に対して、第１表に示す２種類のマンドレル
を使用して冷間圧延を行った。製造された２種類の管の
寸法を第２表に示す。Ｎｏ、　１の管はＮ０１のマンド
レルを用いて製造され、Ｎｏ、　２の管はＮ０２のマン
ドレルを用いて製造されたものである。

いずれの管においてもその山部は全長にわたって完全な
形状を有していた。

第 第 表 表 なお、上記実施例では、マンドレル２０の凸部外径Ｈは
圧延開始点Ａと圧延終了点Ｂとの間でテパ状に変化させ
であるが、これに限ることなく、例えばマンネスマンが
推奨する式や、この式の改良したものにより計算したも
のであってもよい。

また、内面溝付管１０として溝部１１と山部１２が直線
の側壁１３で結合されたものについて説明したが、直線
部がなく、溝部１１の円弧と山部１２の円弧が直接つな
がっているものでもよい。

但し、この場合であっても両円弧の共通の接線が、溝部
中心と管部中心とを通る直線に、溝底より外方で交わっ
た形状のものとすることが必要である。

更に溝部１１．山部１２については円弧に限らず、所謂
台形状、三角形状等のものでもよい。

［発明の効果］ 本発明のマンドレルは、製作が容易で、したがって低コ
ストであり、しかも内面溝イ」管の山部で十分な材料充
満を行なわしめ、その品質向上に大きな効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

Ｇ 第１図は本発明マンドレルの対象管材の説明図、第２図
はその管材に適用される本発明マンドレルの説明図、第
３図はその製作法の説明図、第４図は従来のマンドレル
の説明図である。 図中、ｌＯ：内面溝付管、１１：溝部、１２：山部、２
０：マンドレル、２１：凸部、２２：凹部、２３：斜辺
。 符開平 Ｚｌ／ＨＪ、）（／） 手続補正書（１釦 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、事件の表示 平成１年特許願第３５６０７号 ２、発明の名称 内面溝付管の冷間圧延用マンドレル ３、補正をする者 事件との関係　特許出順人 住　所　　大阪市中央区北浜４丁目５番３３号名　称（
２１１）住友金属工業株式会社代表者新宮康男 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 明細書第１５頁第１表を別紙のとおりに補正します。 以　　　上 ４、代理人 〔別 紙〕 第 表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、管軸方向にストレートな溝部と山部とが内面周方向
   に交互に形成され、前記溝部の溝底中心と管中心とを結
   ぶ線の延長線に側壁の延長線が溝底より外方で交差する
   内面溝付管を冷間圧延で製造する際に用いるマンドレル
   であって、少なくとも圧延開始点から圧延終了点に向か
   って漸減する外径を有し、外面周方向に交互に形成され
   た凸部及び凹部が少なくとも圧延開始点から圧延終了点
   までの間に亘って内面溝付管の溝部及び山部と実質同一
   形状とされ、凸部と凹部とを結ぶ斜辺が内面溝付管の側
   壁と実質同一傾斜角度で且つ圧延開始点から圧延終了点
   に向かって前記外径変化に応じて短くなっていることを
   特徴とする内面溝付管の冷間圧延用マンドレル。