JPH0547296B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、配管の分岐部に用いられるＴ型分岐
管継手（以下、Ｔ継手と略称する）のように枝管
をもつ継目無分岐管の製造方法に関する。

上記Ｔ継手は、第１図に示すように母管２と枝
管３よりなり、これは分岐管の最も代表的な例と
して挙げられるものであり、以下このＴ継手の製
造を例にとつて説明を進める。

さて、Ｔ継手の製造法のうち、最も簡便な方法
は、直接引抜法である。この方法を第２図に示
す。すなわち、まずイ（ａは縦断側面図、ｂは同
じく正面図、以下同様）に示すように、目標とす
る製品母管２と同一外径で略々同一長さの真円素
管（直管）５の枝出し予定部（枝管３の形成予定
部）に透孔（以下、下穴と呼ぶ）６をあけ、次い
でその下穴周辺または素管全体を加熱してから、
目標製品の枝管外郭形状と略々同一形状のダイス
穴（ダイス穴径≒枝管外径D₂）８を有する引抜
きダイス７上にセツトするとともに、そのダイス
穴８から下穴６を通して管内に臨ましめた引抜棒
９に、目標製品枝管３の内径d₂によりも仕上代分
だけ小さい外径d_pの引抜プラグ１０を連結固定す
る。そうしてこの引抜棒９を、ロに示す如く下方
に引き、引抜プラグ１０の通過により下穴６を拡
げると同時に下穴周辺の部分を曲げてダイス穴８
内に引き込み、こうして枝管用の成形完了部（以
下、枝管部と言う）３′を得る。

しかし、この成形法では枝管部３′の形成に、
第２図イにＡ（クロスハツチング部分）で示した
外径：dp（引抜プラグ１０の外径）、内径：d₀（素
管下穴６の径）、高さ：T₀（素管肉厚）の円筒状
の領域内の材料だけしか使われないため、形成す
る枝管部３′の高さH′₂が制約される。Ｔ継手の
如きものにあつては、枝管３の高さH₂は枝管に
管等を溶接する場合の作業性の点から、更に強度
上重要な枝管付根をその溶接部から遠ざけるとい
う意味においても、できるだけ大きいことが望ま
れ、したがつて低い枝管部３′しか得られないと
いうことは大きな欠点となるものである。素管肉
厚T₀は通常は製品母管肉厚T₁と同一にするか、
素管肉厚T₀を製品母管肉厚T₁より大きくとり、
前記Ａ部の体積（材料量）を増加させる方法もあ
る。しかしながらこの方法では、母管部２が不必
要に厚肉となるので歩留的に不利となる。これと
関連した直接引抜法のもう１つの欠点は、素管肉
厚T₀が極めて厚い場合に枝管部３′の形成が困難
となることである。すなわち、本発明者の経験に
よれば、とくにT₀がT₀／D₂＞0.8（D₂：ダイス穴
８の径）の範囲になると、下穴６周辺の曲げが困
難となるため、第３図に示したようにプラグ引抜
加工により下穴６の拡がり変形が優先的に生じる
ようになり、枝管部３′の高さH′₂は却つて小さ
なものとなる。直接引抜法では一般に、この枝管
部の高さH′₂としてはダイス穴径D₂の0.3倍程度が
成形限界とされる。

高さの大きい枝管３を得るにはダイス穴８内に
材料を強制的に流し込むようにする必要があり、
この点を考慮した成形法としては、バルジ成形法
と縮径−引抜法が知られる。すなわち、まずバル
ジ成形法について言えば、これは一般に冷間で実
施され、第４図イに示す如く目標製品母管２と同
径、同肉厚で長さはより大き目の素管１１を用
い、目標製品外郭形状と同一の内面形状をもつ上
下一対のダイス１２，１２′にセツトした状態で
素管１１に油圧等で内圧を付与しつつその素管に
両管端からピストン１３，１３にて軸圧縮を加
え、枝管形成側ダイス１２′に設けたダイス穴８
に、同図ロに示すように材料を押込み流入させ、
目標製品母管長L₁より仕上代分だけ長いL′₁の母
管部２′（母管用の成形完了部を意味する）と、
同製品枝管高さH₂より大きい高さH′₂の隆起部
３″を有する半成品１４を得る。この半成品の隆
起部３″の閉塞頭部を切捨てて枝管部となす。

この加工法は、素管への内圧と軸圧縮力の作用
により効率的に隆起部３″を形成することができ
るものであるが、得ようとする枝管径D₂と母管
径D₁の比D₂／D₁（以下、径比と呼ぶ）が小さくな
るにつれ、また素管肉圧T₀とダイス穴径D₂の比
T₀／D₂が大きくなるにつれ、ダイス穴８への材
料の流入が生じにくくなり、このため実際上有効
なのは通常D₂／D₁＞0.4、T₀／D₂＜0.2の範囲で
ある。

一方、縮径−引抜法は素管を周方向に圧縮して
枝管用の隆起部を形成する加工法で、熱間加工を
原則とする。通常、目標製品母管外径D₁の1.2〜
1.4倍ほどの外径の素管を用い、これにまず偏平
加工を施して断面短径（外径）が製品母管径D₁
に略々等しい偏平管となし、これを第５図イに示
す如く目標製品外郭形状と略々同一の内面形状を
もつ上下一対のダイス１６，１６′にセツトして、
長径方向にプレスにて加圧することにより周方向
に圧縮する加圧を行い、枝管形成側ダイス１６′
に設けたダイス穴８へ材料を流し込んで同図ロに
示す如く隆起部３″を得る。そうしてその隆起部
３″の頂点に下穴を穿ち、既述したプラグ引抜法
（第２図）を適用して枝管部３′を形成する。

この縮径−引抜法も、前記バルジ成形法と同
様、径比D₂／D₁が小さくなるにつれ、またT₀／
D₂が大きくなるにつれダイス穴８への材料の押
込みが困難となり、したがつてこの場合にもその
適用は、実質上D₂／D₁＞0.3かつT₀／D₂＜0.3の
条件範囲に限られる。

以上に示した管を素材とする成形法で製造し得
ない寸法のＴ継手を得る方法に、鍛造削り出しに
よるものがある。第６図イに示す如く外郭形状を
製品Ｔ継手が採取可能な概略寸法とした中実ブロ
ツクを鍛造でつくり、このブロツクから製品を削
り出す方法、或いは同図ロに示すように枝管形成
部１７を凸形状に残した中空ブロツクに鍛造し、
そこから製品を削り出す方法があるが、このよう
なものはそもそも切削加工に手間がかかり非能率
的であるのみならず、強度上重要な意味をもつ枝
管やクロツチ部の管内面側の鍛錬の度合いが、管
を素材として成形で形を出す前述の諸方法に較べ
ると格段に劣るものである。

上記に鑑み本発明は、素材として管を使用し、
前記バルジ成形法や縮径−引抜法の如き従来法で
は製造し得ない分岐管を製造する方法の提供を目
的とするもので、円形断面素管を偏平化して得た
偏平管体２３内に、プラグ２４を横向きに取付け
たマンドレル２５を挿入して、そのプラグ２４を
偏平管体２３に長径方向に向けてセツトした状態
で該偏平管体２３を長径方向に押圧し、該長辺方
向が短辺方向となる二次偏平管２７となし、その
押圧力にて前記マンドレル２５を介してプラグ２
４を管内面から肉厚方向に押込むことにより管外
面側に隆起部２８を形成する予成形を行い、次い
でこの予成形後の管体３８の偏平を矯正する加工
を施してのち使用済みのマンドレル２５とプラグ
２４を取去り、しかるのち前記隆起部２８をダイ
ス７のダイス穴８に密に嵌入した状態で、該隆起
部２８に対しプラグ引抜き法による枝出し加工を
施すことを特徴とする方法である。

以下、本発明の方法を手順を追つて詳細に説明
する。

真円状の素管（直管）を用意し、まずこれを
偏平化して一次偏平管を得る。すなわち、第７
図イに示す如く真円素管１９をその外半径（1/
２D₀）よりも大きな曲率半径Ｒの円弧状断面の
溝２０をもつ上下一対の偏平ダイス２１，２２
にセツトし、同図ロに示すようにプレス（図示
せず）にて上ダイス２１を降下させて、この素
管１９を両ダイス２１，２２間で押圧する偏平
加工を行い、一次偏平管２３を得る。この偏平
化の程度は、後述のマンドレル２５とプラグ２
４を管内にセツトし得る範囲とする。使用する
素管１９の外径は偏平加工による周長の減少な
らびに後述の型入れによる真円度矯正の効果の
点から、D₁の1.02〜1.05倍程度とするのが望ま
しい。またその長さは、目標製品母管長L₁に
若干の仕上代を見込んだ長さとすればよい。素
管肉厚T₀の選択は、本発明の方法ではとくに
重要な意味をもち、このT₀は目標製品母管肉
厚T₁と同製品枝管３の体積から決められる。
この点については後で詳述する。

なお、この偏平加工は冷間、熱間の何れの加
工でも可能である。

次にこの一次偏平管２３について、管外面側
に枝管用の隆起部を形成する予成形を行う。同
図ハに示すように一次偏平管２３を上記偏平加
工時の状態から90°回転させて長径方向をダイ
ス対向方向（鉛直）に向けるとともに、素管よ
り長目のマンドレル２５にそれと直角の向きに
プラグ２４を取付けてなる工具を前記一次偏平
管２３内に挿入、セツトする。次途偏平管２３
を、図示のように下ダイス２２に設けられた目
標製品枝管径D₂と略々等しい径のダイス穴２
６に枝出し予定部が対応するようにセツトする
とともに、工具はそのプラグ２４を前記一次偏
平管２３の長径方向に向けてダイス穴２６に対
応した枝出し予定部の管内面側に位置せしめ
る。使用するマンドレル２５とプラグ２４は細
径のボルト或いは点溶接等により両者を比較的
簡単に分離し得るように連結しておく。プラグ
２４の径dpについては、後述する。マンドレ
ル２５のプラグ取付側と反対の面（背面）２
５′は、下記のプラグ押込み過程でその背面２
５′と接触する素管内面が変形するのを避ける
意味から、適当な円弧面とすることが推奨され
る。

上記のようにセツトした状態で、同図ニに示
す如くプレスにより上ダイス２１を下降させ、
一次偏平管２３を長径方向に押圧しその内面で
マンドレル２５の背面２５′を押してプラグ２
４を管内面から肉厚方向に押込み、これにより
ダイス穴２６に材料を押し込んで管外面の枝出
し予定部に隆起部２８を形成する。この際、得
られる二次偏平管２７の長径方向と短径方向は
第７図ロの場合と逆になる。隆起部２８の体積
V₂は目標製品枝管３の体積をまかない得るも
のとしなければならない。なお、プラグの押圧
操作はマンドレル２５を介して行われるため、
プラグ押込みの反力Ｆは第８図にｆで示すよう
に分散された形でマンドレル背面２５′と接触
する管内面２９に伝えられることになり、した
がつてそれによる管内面の変形はきわめて軽微
に止められ、問題とはならない。

以上が予成形までの基本手順であるが、ここで
上記予成形については次のことが言える。すなわ
ち、第９図イを参照して説明すると、プラグ２４
押込みによる予成形で管外面に形成される隆起部
２８の体積V₂は、プラグ２４の押込みにより排
除される素管材料の体積（以下、排除体積と言
う）V₁が増すにつれて大きくなつてゆくのは自
明であるが、このV₂とV₁の比V₂／V₁×100（％）
（：押出し効率）はプラグ径dpとダイス穴径D₂の
比dp／D₂に依存する。同図ロは実験結果に基く
V₂／V₁とdp／D₂の関係であるが、同図に明らか
なように押出し効率V₂／V₁×100（％）はdp／D₂
の値が大きくなるに伴い一次関数的に向上する。
すなわち、同一の排除体積V₁ではdp／D₂を大き
くとる方がより大きな隆起部体積V₂が得られる
のであり、この実験結果によれば、dp／D₂≒1.1
とすることによつて排除体積V₁と同一の隆起部
体積V₂、つまり100％の押出し効率が達成され
る。

なお、上記の実験結果において、dp／D₂の値
が1.1よりも小さい場合の材料の流れは、第１１
図に示す状態となる。すなわちdp／D₂の値が1.1
よりも小さいとV₁＞V₂となり、V₁−V₂の材料
は、プラグ２４の周辺に盛り上がり４１となつて
現れる。また、dp／D₂の値を1.1以上にしても
V₁／V₂は１（100％）以上にはなり得ない。すな
わち、第１２図に示すように、dp／D₂の値が1.1
を超えるようにdpを大きくすると、プラグ押込
み力が極めて大きくなり、材料はプラグ２４の周
辺に盛り上がるようになる。つまり、dpが大き
くなるとプラグ周辺の材料はダイスの穴より遠く
にあるのでダイス穴に流れにくくなり、ダイス２
４の周辺に盛り上がつてしまうのである。したが
つて、dpを必要以上に大きくすることは、効率
を悪化させるだけである。

さて、本発明方法の場合、この予成形におい
て、隆起部２８の体積V₂として、目標製品枝管
３の体積をまかない得るものを確保しなければな
らないわけであるが、したがつて実施条件として
プラグ径dpとその押込み深さｈ、そして素管肉
厚T₀について次のように決めるものである。ま
ずdpは、押出し効率V₂／V₁×100（％）を100％
とするためにdp／D₂≒1.1となるように決めれば
よい。そしてｈは、目標製品枝管の体積からそれ
をまかなうに足る隆起部体積V₂を求め、必要排
除体積V₁（＝V₂）に対応したプラグ押込み深さｈ
を算出し、これを実施条件とする。T₀は、目標
製品母管肉厚T₁にこの算出ｈ値を加えて更に若
干の削り代を見込んだ値とする。

なお、目標製品枝管の体積とは、第１３図に示
す製品の分岐管中心断面のうち、斜線域で示す枝
管断面を枝管軸ｐのまわりに回転させてできる仮
想円筒の体積をもつて目標製品枝管の体積とした
ものである。

上記予成形により偏平方向を逆にした二次偏
平管２７を次いで、第７図ホ，ヘに示すように
上下一対のダイス３５，３５により熱間にて型
入れ加工する。使用するダイス３５，３５は、
第１０図に示するように二次偏平管の本体部２
９と隆起部２８にそれぞれ対応する溝３６，３
７を有し、溝形状は目標製品外郭形状に略一致
するもので、これに前記工具（マンドレル２５
とプラグ２４）を付けたまま二次偏平管２７を
その長径方向をダイス対向方向（鉛直）に向け
てセツトし、プレス（図示しない）によるダイ
スの操作で長径方向に押圧して二次偏平管２７
の偏平を矯正する加工を行い、本体部２９を真
円状の母管部２′となす。素管外径D₀を先に述
べたように1.02〜1.05D₁（D₁：目標製品母管径）
としておけば、この加工により高い矯正効果が
得られるわけである。

この矯正加工のあと、マンドレル２５とプラ
ク２４を前記の矯正済みの予成形管３８内から
取去る。まずマンドレル２５は、上記矯正加工
によりその背面２５′が管内面から離れた状態
となる（第７図ヘ参照）から、そこでこのマン
ドレル２５を第７図トに示すように長手方向へ
プレス（図示せず）で押し、ボルト或いは点溶
接によるプラグ２４との接合部を剪断で切離
し、プラグ２４をそのまま置去りにして取去
る。ついで、隆起部２８の中央に後述するプラ
グ引抜加工を行うための下穴３９をドリル加工
などでプラグ２４に到達するまで穿ち、それか
ら同図チに示す如く、この下穴３９にポンチ４
０突込んで矯正済み予成形管３８の内部へ押抜
く等して、取除く。このポンチによるプラグの
押抜きは、プラグ２４の側面に若干の抜き勾配
を付けておけばきわめて容易に行い得る。

マンドレル２５とプラグ２４を取去つたの
ち、その矯正済み予成形管３８の隆起部２８に
ついて既述したとおりのプラグ引抜法を適用し
て枝管部を得る。すなわち、第７図リに示す如
く目標製品枝管径D₂と同径のダイス穴８をも
つダイス７に予成形管３８をその隆起部２８が
前記ダイス穴８に嵌り込むようにセツトすると
ともに、隆起部２８に穿設した下穴３９を通し
て管内部に臨ましめた引抜棒９の先端に引抜プ
ラグ１０を連結する。引抜プラグ１０として
は、外径dpが目標製品枝管内径より仕上代分
だけ小さめのものを使用する。セツト後、引抜
棒９を下方に引き、この引抜プラグ１０を下穴
３９に通過させることにより、第７図ヌに示す
如く、その下穴３９がプラグ外径dpまで拡大
するとともに、隆起部がプラグ１０とダイス穴
８の内壁との間で内外面からしごき加工を受け
て枝管部３′に形成される。これにより、荒仕
上成品４２を得る。このプラグ引抜加工は、隆
起部２８の外周をダイス穴８の内壁で完全に拘
束しながら行うから、引抜過程においてプラグ
１０の進行とともに排除される材料はすべて枝
管部３′の高さを増す方向に移行する。つまり、
隆起部２８を形成していた材料のすべてが枝管
形成に無駄なく使われるというわけである。要
するに、予成形による隆起部２８の形成には、
目標製品枝管３の形成に必要な分の材料を予め
素管外面から突出せしめて確保しておき、しか
もプラグ引抜工程でこの部分の材料が枝管形成
に有効に利用されるようにするという意味があ
る。

なお、素管肉厚T₀が厚い場合であつても、
第７図リに示すプラグ引抜加工前の段階で、す
でにダイス穴８の中に隆起部２８が形成されて
おり、隆起部２８の外周はダイス穴８で拘束さ
れている。したがつて、隆起部２８にプラグ引
抜加工を行なうと、隆起部２８の材料は、プラ
グ１０とダイス穴８の内壁の間でしごかれ、プ
ラグ引抜方向に長く伸びて高さの大きい枝管を
形成することができる。

したがつて、本発明の方法に従えば、前記し
た第３図に示すような下穴の拡がり変形が優先
的に生じ、枝管部の高さが小さくなるといつた
問題は生じない。

以上により得られた荒仕上成品４２は、母管部
２′および枝管部３′をそれぞれ目標製品寸法まで
切削する仕上げ加工を施されて、製品となる。な
お、第７図ヘの段階で製品枝管３が採取できる高
さの隆起部２８が得られている場合には、プラグ
２４及びマンドレル２５を除去した後、プラグ引
抜加工を省略して直接切削仕上加工を施し、製品
となすことも勿論可能である。

以上に示した本発明の方法は、既述したバルジ
成形法や縮径−引抜法では実現困難な径比D₂／
D₁が小さく（＜0.3）、しかもT₀／D₂＞0.3の厚肉
の素管を必要とするＴ継手の製造を可能とするも
のである。

本発明の方法では、素管の枝出し予定部を内面
へのプラグの押込みによつて予め隆起さておくも
のであるが、管内面側から枝出し予定部を押圧す
るという考え方そのものは従来より知られてい
る。しかしながら従来においては、例えば特開昭
52−139664号や特開昭57−142725号に示されるよ
うに、押込み用プラグはこれとくさび等を介して
係合する冶具を管軸方向に移転させることによつ
て半径方向（肉厚方向）へ進めるというのが専ら
で、かかる加工方式は使用する工具が複雑とな
り、大きな加工力を要する厚肉素管に対しては工
具の強度の面から実際上適用が困難である。本発
明の方法は、先述したとおり素管そのものにプレ
ス圧を作用させる偏平加工を行うことによりプラ
グを肉厚方向に移動させ押込むものであり、工具
としてはマンドレルにプラグを取付ただけの簡単
なものでよく、しかもプレスによる外圧を直接加
工力として利用することになるから、如何なる厚
みの素管に対しても適用し得るメリツトがある。

なお、説明は、Ｔ継手製造についてのみ終始し
たが、本発明の方法はこのＴ継手のみならず、ヘ
ツダー管のように多くの枝管を有する分岐管の製
造等にも広く適用されるものである。

以上の説明から明らかなように本発明の方法は
バルジ成形法や縮径−引抜法での製造が不可能な
分岐管を管を素材として製造することを可能なら
しめるものであり、鍛造削出し法にみられるよう
な製品品質面での不利も避けられ、その実用的価
値はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ継手の形状を示す斜視図、第２図
イ，ロは従来のプラグ引抜法を示す工程図、第３
図は厚肉素管にプラグ引抜法を適用した場合の素
管下穴周辺部の成形状況を示す部分図、第４図は
イ，ロは従来のバルジ成形法を示す工程説明図、
第５図イ〜ハは同じく縮形一引抜法を示す工程説
明図、第６図イ，ロは鍛造削り出し法を説明する
もので、鍛造後削り出し前の素材ブロツクを２種
類示し、イは中実ブロツク、ロは中空ブロツクで
ある。第７図イ〜ヌは本発明の成形法を示す工程
図、第８図は本発明法に基く予成形（隆起部の張
出し成形）過程におけるプラグ反力の作用状態を
示す説明図、第９図イは同上予成形における
dp／D₂と押出し効率V₂／V₁の関係を示す図、同
図ロは同予成形工程における素管の形状変化を説
明するための模式図、第１０図は本発明法に基く
型入れ矯正加工に使用する型ダイスを示す斜視
図、第１１図は本発明法に基く予成形において、
dp／D₂の値が小さい場合の素管材料の形状変化
を説明する図、第１２図は同じくdp／D₂の値が
大きい場合の素管材料の形状変化を説明する図、
第１３図は、目標製品枝管の体積を説明する図で
ある。 図中１：Ｔ継手、２：母管、３：枝管、５：素
管、９：引抜棒、１０：引抜プラグ、２１，２
２：偏平ダイス、２４：プラグ、２５：マンドレ
ル、３５：型入れダイス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管体の一部に枝出し加工を施す場合におい
   て、偏平断面に形成した一次偏平管体２３内に、
   マンドレル２５にそれと直角の向きにプラグ２４
   を取付けた工具を挿入して、そのプラグ２４を前
   記管体２３の長径方向に向けて枝出し予定部に対
   応させ、この状態で管体２３を長径方向に押圧し
   て該長径方向が短径方向となる二次偏平管２７と
   なし、その際の押圧力にて前記マンドレル２５を
   介してプラグ２４を管内径より肉厚方向に押込む
   ことにより枝出し予定部を管外面側に隆起２８さ
   せる予成形を行い、次いでこの二次偏平管体２７
   の真円度を矯正する加工を行つてのち使用済みの
   マンドレル２５とプラグ２４を取去り、しかるの
   ち上記矯正済み予成形管３８の隆起部２８に対
   し、該隆起部をダイス７のダイス穴８に密に嵌入
   した状態で、プラグ引抜きによる枝出し加工を施
   すことを特徴とする分岐管の製造方法。