JPH0775725B2 - 外面2条ひれ付管の製造方法 - Google Patents

外面2条ひれ付管の製造方法

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JPH0775725B2
JPH0775725B2 JP1064274A JP6427489A JPH0775725B2 JP H0775725 B2 JPH0775725 B2 JP H0775725B2 JP 1064274 A JP1064274 A JP 1064274A JP 6427489 A JP6427489 A JP 6427489A JP H0775725 B2 JPH0775725 B2 JP H0775725B2
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JP
Japan
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hole
pipe
rolls
diameter
fin
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忠志 堂原
雅義 秋山
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B17/00Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/08Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel having one or more protrusions, i.e. only the mandrel plugs contact the rolled tube; Press-piercing mills

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Extraction Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外周面に2条の管軸に平行なひれを有する管
をロール加工で製造する外面2条ひれ付管の製造方法に
関する。
〔従来の技術〕
熱交換器の伝熱管等として利用されるこの種の外面ひれ
付管は、押し出しやリングダイスを用いた抽伸で製造さ
れることが多い。しかるに、これらの方法は低能率であ
る。例えばリングダイスを用いた抽伸による方法は大き
な加工力を必要とし、1パス当りの加工量も大きくとれ
ないことから、通常必要とするひれ高さを確保するには
最小でも2パスの加工が要求され、製造能率を低下させ
る。そこで考えられるのがロールによる加工である。
ロールによる外面ひれ付き管の製造方法としは、特開昭
57−142715号公報に示される方法が公知である。この方
法では、第5図に示されるように、被加工管のパスライ
ン周囲に所定の間隔をおいて3個以上のロール3′,3′
…が周設され、これらのロールで被加工管1の圧下加工
が行われる。ロール圧下より隣接するロール間の間隙部
分でひれ5が形成される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この方法では被加工管1の加工前と加工後とで
実質的に肉厚変化はなく、ひれ5は図示のように管外面
側へつままれたような形状となり、孔型ロールを用いた
としてもひれ5には折れ込み6′が生じ、これにともな
いひれ5の管内面側に大きな内面ひけ6が生じるのを避
けられない。管内面に折れ込み6′や大きな内面ひけ6
が生じると伝熱管として内部に水を通して使用した場
合、この部分に水あか等が溜り、熱伝達が阻害されると
共に腐食が生じることがある。また、この方法ではロー
ル3′の肩部3″対応部及びひれ5の頂部が曲げ加工を
受けるため、局部的に薄肉となり強度低下を招く。そし
て何よりもこの方法では、外面2条のひれ付管をひれ近
傍内面が圧壊されることから製造ができない。
本発明は、外面2条のひれ付管をロール加工で能率よ
く、しかも問題となるような過大な折れ込みや内面ひけ
付けを生じることなく製造し得る外面2条ひれ付管の製
造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
従来法で折れ込みや大きな内面ひけを生じる原因が上記
のとおりであるならば、孔型ロールと内面規制工具との
組合せで断面円形素管を圧延し、圧延によって減少する
管肉の一部を孔型ロールのフランジ面間間隙に膨出させ
れば、折れ込みや大きな内面ひけの発生は防止できると
考えられる。しかし、本発明者らの調査によれば、孔型
ロールが2個の場合は加工中で管のひれ形成部つけ根部
分に十分な求心方向の力が作用せず、大きな内面ひけの
生じることが認められた。このため、本発明者らは孔型
ロールのロール数を増加させる方向でひれ付管製造の実
用化を進め、例えば4ロールで外面2条のひれ付管を製
造する方法を特願昭63−186487号にて提案している。
この方法によれば、加工中の管のひれ部つけ根部分に求
心方向の力が作用するので内面ひけが防止される。しか
し、1回の圧延によって形成できるひれ高さが低く、ひ
れ高さの大きな管を製造するには、圧延回数を増加させ
るか、圧延後にリングダイスによる抽伸を付加しなけれ
ばならず、工程数が増加する問題があった。
一方、本発明者らは、この種の圧延実験を繰り返す過程
で、ひれ高さの確保については4ロールよりも2ロール
の方が実質的に有利なことを確認している。そして更に
実験を続ける過程で今回、2ロールでも圧延条件次第で
は、問題となるような折れ込みや過大な内面ひけが生じ
ないことを知見した。2ロールで内面ひけを抑制できる
条件の1つは、素管の内径が2個の孔型ロール間に形成
される孔型の直径よりも小さいことである。この条件で
素管を圧延することにより、ひれ高さの大きい外面2条
ひれ付き管が折れ込みや過大な内面ひけをともなうこと
なく1パスで能率よく製造できる。
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、2個の孔
型ロールをそのフランジ面間に間隙が形成されるよう
に、その孔型中心をパスラインに一致させて対向配置
し、断面円形素管を内面規制工具が内挿された状態で前
記孔型内に挿通させてその肉厚を減少させる際に、下記
条件を同時満足させることにより、減少する管肉の
一部を前記ロールフランジ間の隙間に膨出させて、肉厚
の増大により周方向対称2位置に軸方向へ延在するひれ
を形成することを特徴とする外面2条ひれ付管の製造方
法を要旨とする。
孔型ロールの孔型直径doより素管の内径Diを小さく
する。
下式で表わされる減肉率ΔTおよび内径縮径率ΔDi
が、第4図中のA(ΔT=15%、ΔDi=5%)、B(Δ
T=15%、ΔDi=18%)、C(ΔT=30%、ΔDi=15
%)、D(ΔT=47%、ΔDi=5%)で囲まれる領域に
入るものとする。
T:素管の肉厚 Di:素管の内径 do:孔型の直径 di:内面規制工具の直径 第1図は本発明の製造方法における管の圧延状態をその
代表例について示した模式図である。
パスラインを挟んで対向配置された2個の孔型ロール10
a,10bは、両側に回転中心に平行なフランジ面11a,11bを
有し、その間に真円のキャバリー部12a,12bを有してい
る。孔型ロール10a,10bの各回転中心は、パスラインに
直角な平面上で平行しており、且つパスラインから等距
離のところに位置している。したがって、孔型ロール10
a,10bのキャバリー部12a,12b間に形成される孔型は直円
で、その中心はパスラインに一致している。また、孔型
ロール10a,10bのフランジ面11a,1b間には、ひれ部を膨
出されるための間隙Gが設けられている。
上記孔型に第2図に示す断面円形の素管20を内面規制工
具30が内挿された状態で挿通させて、孔型ロール10a,10
bのキャバリー部12a,12bと内面規制工具30との間で素管
20を圧延すれば、素管20の肉厚Tが減少し、減少する管
肉の一部が両側のフランジ面11a,11b間に膨出する。こ
れにより、圧延後の管ではその本管部21の周方向2位置
に管軸方向に連続するひれ部22が対称的に形成される。
そして、上記素管20の内径Diを孔型ロール10a,10b間の
孔型の直径doよりも小さくしておけば、ひれ部22の内面
側に生じる折れ込みや内面ひけは著しく抑制される。ま
た2ロールで圧延すれば、内面ひけの有無に関係なく4
ロールで圧延するよりもひれ部22の高さ、すなわちひれ
高さhは大となる。
なお、第1図および第2図において、素管20の外径は
Do、内面規制工具30の直径はdi、圧延後の管の肉厚はt
で表わされている。孔型の直径doとは、初期設定値では
なく圧延中の反力を受けた状態での寸法であり、この寸
法は圧延後の管の本管部21の外径にほぼ一致する。同様
に、内面規制工具30の直径diは、圧延後の管の内径にほ
ぼ一致する。
孔型ロール10a,10bは1パスに1段配設されていても複
数段配設されていてもよい。パス数は1パスを基本とす
るが、難加工材料、ひれ高さをより大きくする場合等
は、複数パスを実施してもよく、圧延後にリングダイス
を用いた抽伸を付加することも可能である。
孔型ロール10a,10bはまた、駆動されても駆動されなく
てもよい。非駆動の場合は抽伸のように外部から管送通
力を付加する必要がある。
〔作用〕
本発明の製造方法によれば、上述したように、2ロール
であることに起因してひれ部22の高さhが4ロールの場
合よりも大となる。その理由は次のとおりである。
2ロールでは、第1図に矢示されるロール肩部14a,14b
における荷重作用線が管外周面の接線方向に作用する。
その結果、ひれ部22のつけ根部分に対して十分な求心力
を作用させるのが難しく、ひれ部22の内面側に折れ込み
や内面ひけが出やすくなる。4ロールであれば、この荷
重作用線が内面側を向くので、折れ込みや内面ひけの点
では有利となる。しかして、ひれ部22は素管20が圧延さ
れることにともなう周方向のメタルフローによって生じ
るものである。その点で2ロールの場合は荷重作用線の
方向がメタルフローの方向に沿うので、ひれ部22の形成
は促進される。これに対し4ロールの場合は、荷重作用
線が内面側を向き、内面ひけを抑える荷重がメタルフロ
ーの誘起という点では逆に障害となる。
次に、本発明の製造方法における圧延条件について詳述
する。
本発明の製造方法においては、素管20に減肉加工を加え
るために、素管20の肉厚T、孔型の直径do、内面規制工
具30の直径diが下記(1)式の条件を満足することが必
要なことは言うまでもない。
第3図は、下記(2)式で示す減肉率ΔTとひれ高さh
との関係を下記(3)式で示す内径縮径率ΔDiが15%の
ものと8%のものとについて示したグラフである。
同図によれば、いずれの内径縮径率ΔDiのものも、減肉
率ΔTが大きくなるほど、ひれ高さhが大きくなること
がわかる。また、同一の減肉率ΔTでは、内径縮径率Δ
Diが大きいほうがひれ高さhが大となる。
したがって、本発明の製造方法でひれ高さhの大きい外
面二条ひれ付管を製造するには、減肉率ΔT、内径縮径
率ΔDiのいずれも大きい方が望ましく、ΔT≧15%、Δ
Di≧5が必要である。
また第3図には、特願昭63−186487号で出願人が先に提
案した4ロール法(ΔDi=8%)の場合のひれ高さを示
している。4ロール法では、3.5mmのひれ高さhを確保
するのに40%を超える減肉率ΔTが必要になる。これに
対し、本発明の製造方法の場合は、40%を超える減肉率
ΔTを付与すれば、内径縮径率ΔDiが8%でも約7mmの
ひれ高さが確保され、内径縮径率ΔDiが15%では僅か10
%の減肉率ΔTで、4ロール法の場合のひれ高さh(3.
5mm)にほぼ匹敵するひれ高さが得られる。
本発明の製造方法においては又、素管20の内径Diが孔型
の直径doより小さいこと、すなわちDi<doであることが
重要であり、Di≧doでは素管20が薄肉の場合に折れ込み
が生じ、また肉厚を問わず大きな内面ひけが生じる。
すなわち、内径規制工具30の直径diは孔型直径doよりも
必然的に小さくなる。このために、素管20の内径Diが孔
型の直径doよりも大きくなると、内面規制工具30の直径
diと素管20の内径Diとの径差が過大になる。その結果、
素管20の内面が内面規制工具30の外面に接触していない
状態で素管20が外面側からロール圧延される領域が長
く、このために折れ込みや過大な内面ひけが生じる。Di
<doとすれば、この領域が短くなり、折れ込みは生じ
ず、また問題となるような大きな内面ひけは生じない。
内面ひけについては、外面ひれ付き管の主たる用途であ
る発電用ボイラーの水壁管では製品レベルで0.2mmでの
ひけ深さ許容されるので、ロール圧延後の管をそのまま
製品とする場合には、ひけ深さを0.2mm以下に抑えれば
よい。ロール圧延後にリングダイスによる抽伸を行なう
場合は、抽伸加工度にもよるが、ひけ深さを0.5mm以下
としておけば抽伸後のひけ深さは0.2mm以下に矯正され
る。
なお、素管20は、その内部に内面規制工具30を挿入する
関係から、di≦0.95Diとするのが挿入作業上は望まれ
る。
内面ひけについては更に、その深さが前記減肉率ΔT、
内径縮径率ΔDiに関連することが本発明者らの調査から
判明している。
第4図はこの三者の関係を例示したグラフである。同図
からわかるように、内面ひけを抑えるには、ひれ高さh
を確保する場合とは逆に、減肉率ΔT、内径縮径率ΔDi
のいずれも小さい方が望ましい。しかし、ひけ深さを小
さくしてもひれ高さhは十分に確保される。例えば、Δ
T=30%、ΔDi=15%ではひれ高さhは約6mmになる
が、この条件でもひけ深さは0.5mm以下に抑制される。
またΔDi=8%の場合は、ΔT=35%で、約5mmのひれ
高さhが確保され、ひけ深さは0.2mm以下に抑制され
る。ひけ深さを0.5mm以下に抑制し、かつひれ高さhを
加味した場合、減肉率T、内径縮径率ΔDiは、第4図に
A〜Dで囲まれる範囲に管理することが必要であり、こ
の範囲は前述したΔT≧15%、ΔDi≧5の条件も加味し
たものになっている。
なお、Aは(ΔT=15%、ΔDi5%)、Bは(ΔT=15
%、ΔDi=18%)、Cは(ΔT=30%、ΔDi=15%)、
Dは(ΔT=47%、ΔDi=5%)、の各点を表わしてい
る。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を説明する。
炭素鋼(C=0.2%)からなる6種類の素管(Do=46m
m、Di=26mm)、(Do=48mm、Di=26mm)、(Do=50m
m、Di=26mm)、(Do=50mm、Di=28mm)、(Do=52m
m、Di=28mm)、(Do=58mm、Di=40mm)を2種類の孔
型ロール(do=38mm、40)と2種類の内面規制工具(di
=22mm、24mm)とを用いて2ロールで圧延することによ
り、11種類の外面2条ひれ付管を製造した。フランジ面
間隙Gはいずれも8mmとした。製造されたひれ付管のひ
れ高さh、ひけ深さlを第1表にNo.1〜11として示す。
Di<doを満足するNo.1〜9では1パスで3mmを超えるひ
れ高さhが確保され、ひけ深さlは1mm未満に抑制され
ている。特に第4図のA〜Dで囲まれたハッチングの条
件を満足するNo.1〜4、6ではひけ深さが0.5mm以下に
抑制され3.5mm以上のひれ高さhが確保されている。
また、No.6と実質的に同じ条件で4ロール圧延を行った
場合をNo.12に示しているが、ひれ高さhは3.5mmであ
る。これに対し、2ロールのNo.6では、ひけ深さは0.1m
mから0.37mmに若干大きくなっているものの、ひれ高さ
は3.5mmから6.6mmへ3.1mmも増大している。
〔発明の効果〕
本発明の外面2条ひれ付き管の製造方法は、1パスで大
きなひれ高さを確保し、しかも折れ込みや内面ひけの発
生を抑え、肉厚の増大によりひれを形成して、ひれの品
質を高める。したがって、本発明の方法は高品質な外面
2条ひれ付き管を経済性よく製造して製造コスト低減に
大きな効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造方法における圧延状況の説明図、
第2図は同じく素管の説明図、第3図および第4図はひ
れ高さおよびひけ深さの変動因子の影響度を示すグラ
フ、第5図は従来法の説明図である。 図中、10:孔型ロール、20:素管、30:内面規制工具。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】2個の孔型ロールをそのフランジ面間に間
    隙が形成されるように、その孔型中心をパスラインに一
    致させて対向配置し、断面円形素管を内面規制工具が内
    挿された状態で前記孔型内に挿通させてその肉厚を減少
    させる際に、下記条件を同時満足させることによ
    り、減少する管肉の一部を前記ロールフランジ間の隙間
    に膨出させて、肉厚の増大により周方向対称2位置に軸
    方向へ延在するひれを形成することを特徴とする外面2
    条ひれ付管の製造方法。 孔型ロールの孔型直径doより素管の内径Diを小さく
    する。 下式で表わされる減肉率ΔTおよび内径縮径率ΔDi
    が、第4図中のA(ΔT=15%、ΔDi=5%)、B(Δ
    T=15%、ΔDi=18%)、C(ΔT=30%、ΔDi=15
    %)、D(ΔT=47%、ΔDi=5%)で囲まれる領域に
    入るものとする。 T:素管の肉厚 Di:素管の内径 do:孔型の直径 di:内面規制工具の直径
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JPS6099423A (ja) * 1983-11-02 1985-06-03 Kawasaki Steel Corp 管の連続延伸圧延方法
JPS62207502A (ja) * 1986-03-07 1987-09-11 Kawasaki Steel Corp マンドレルミルによる素管圧延方法

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