JPH08187516A - 薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄肉管の製造における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。 【構成】 通常の冷間ロール成形装置（Ｂ₁，Ｂ₂〜
Ｂ₄，Ｃ_L，ＦＳ，ＳＱ）を用い、これに可焼性のある平
ベルト１によるベルトコンベアを組合せて、平ベルト１
上に素材１０を載せて成形ロール間を通過させて素材１
０を平ベルト１で被覆するように冷間ロール成形するこ
とにより、板厚／外径（ｔ／Ｄ×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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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
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、板厚／外径（ｔ／Ｄ×
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。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】例えば、溶接管成形の場合、板厚／外径
（ｔ／Ｄ×１００）が１％以下になれば、シーム部を構
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、エッジ部の所謂縁波や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。

【０００４】現象的に言えば、成形の各段階で素材のエ
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りとなった
り、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

【０００５】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
ッジ位置の後戻りを少なくするため、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】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、シュー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ュー（Ｓｈｏｅ）を設置し、下流側
より引っ張り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。

【０００７】ところが、シューフォーミングでは素材と
シューとの間で大きな摩擦が生じて引っかき傷の発生原
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
張り力を発生する機構が必要となる欠点があった。ま
た、このシュ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／ｍｉ
ｎ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、オペレーターの熟練に頼らざる得ない欠
点があった。

【０００８】一方、パイプ成形におけるサイジング工程
では、充分な引張り力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プを抱きながら、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。

【０００９】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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、ロール及び
又はシューを複数対用いて帯材より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
駆動ロール間を所定の張力にて回転駆動される可焼性の
ある平ベルトを前記ロール及び又はシュー間を通してロ
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ー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。

【００１１】また、この発明は、上記の構成において、
平ベルトを上下に配置して被成形帯材を両ベルトで包む
ように成形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。

【００１２】さらに、この発明は、上記の構成におい
て、薄肉溶接管の板厚／外径（ｔ／Ｄ×１００）が１％
以下である薄肉管の製造方法、成形装置が製管ミルにお
けるブレークダウン、クラスター、フィンパス、スクイ
ズ、あるいはサイジングのいずれかの工程で使用される
装置である薄肉管の製造方法を併せて提案する。

【００１３】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ュ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った複数の成形ロール間を通過
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ロール間を所定
の張力にて回転駆動される。

【００１４】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、スクイズあるい
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
は一対の駆動ロー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。

【００１５】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り、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、基布の織りや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
層したり、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。

【００１６】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ァイルの成
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ューを適宜配置
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３−１２
９７５〜７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、インボリュート曲線を表面に有す
る成形ロー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トを交換するだけで、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ベルトエッ
ジ部をオーバー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。

【００１７】

【作用】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ーを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。

【００１８】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ロー
ルの場所で成形されるが、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
なり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
転によるすべりは生じない。従ってロールマークは外面
に発生しない。

【００１９】

【実施例】

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Ｂ₁は、図２に示すごとく従来
の下ロール１１，１２間に中間ロール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。

【００２０】ブレイクダウン２段Ｂ₂〜４段Ｂ₄及びクラ
スター工程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り長
いスパンで駆動ローラー２，３及びテンションローラー
４にて所定の張力を与えながら上記の成形ロール間を通
過するよう駆動され、非駆動の各成形ロールは平ベルト
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。

【００２１】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２
０，２１間を通過するが、平ベルト１が上ロール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が上下ロール２２，２
３間を通過するが、平ベルト１が上ロール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
リッ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トレッド幅変更を可能にした構成
を採用することもできる。

【００２２】クラスター部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。

【００２３】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群より長いスパンで駆動ローラー７１，７
２，８１，８２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
ルトを用いることができる。

【００２４】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４０，４
１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１
０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。

【００２５】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
シュー６０，６１で円形に変形させるもので、スクイズ
シュー６０，６１自体の押圧と各スクイズシュー６０，
６１の円弧内面に設けたエアー孔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。

【００２６】

【発明の効果】この発明は、実施例のごとく、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
なり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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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】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】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４】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】この発明による平ベルトを使用したクラスター
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】この発明による平ベルトを使用したクラスター
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】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】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】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は大径用、Ｂは小径用を示す。

【符号の説明】

Ｂ₁ ブレイクダウン初段 Ｂ₂〜Ｂ₄ ブレイクダウン２段〜４段 Ｃ_L クラスター部 ＦＳ フィンパス部 ＳＱ スクイズ部 １，７０，８０ 平ベルト ２，３，７１，７２，８１，８２ 駆動ローラー ４ テンションローラー １０ 素材 １１，１２，２０，２２，３０，７３ 下ロール １３ １４，１５，２１，２３，３３，８３ 上ロール ３１，３２ サイドロール ４０，４１，５０，５１ ガイドロール ４２ 押さえロール ５２ フィンパスロール ６０，６１ スクイズシュー ６２ エアー孔 ６３ 溶接トーチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロール及び又はシューを複数対用いて帯
   材より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、一対の駆動ロ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トを前記ロール及
   び又はシュー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ーにて所
   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。
2. 【請求項２】 平ベルトを上下に配置して被成形帯材を
   両ベルトで包むように成形することを特徴とする請求項
   １の薄肉管並びに管に準ずる断面形状製品の製造方法。
3. 【請求項３】 薄肉溶接管の板厚／外径（ｔ／Ｄ×１０
   ０）が１％以下であることを特徴とする請求項１または
   請求項２の薄肉管の製造方法。
4. 【請求項４】 成形装置が製管ミルにおけるブレークダ
   ウン、クラスター、フィンパス、スクイズ、あるいはサ
   イジングのいずれかの工程で使用される装置であること
   を特徴とする請求項１または請求項２の薄肉管の製造方
   法。