JPS5928404B2 - 金属管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属管の製造方法、特にスケルプまた板を素
材としてサプヤージドアーク溶接管を製造するときの冷
間成形方法および装置に関する。

従来スケルプまたは板から製造されるサプマージ０ ド
アーク溶接管、例えばＵＯＥ成形方式による大径管は最
初に両端部が凸曲面と凹曲面を有する上下ダイスにより
浅い樋型形状に端曲げされる。ついで単円筒また複円筒
型の上Ｕポンチと１対の左右の回転式ロッカ−ダイによ
レ素材の中央部を突５ き曲げ後、Ｕ字状に折りたゝみ
成形が行われる。その後Ｕ字形状材は土下Ｏダイスに送
り込まれて上下ダイス間隔を徐々に縮めてゆくことによ
りダイス内面に沿つて変形され、最後に管周方向に圧縮
を加えられて真円形状に成形され後に端面を０ 内外面
溶接され、拡管さわて製品とされる。前述の従来技術に
よる成形法においては次に示す問題点がある。１ 一般
ｖｃＵ字形成形け比較的小さい荷重で成形が可能である
が、０字形成形では材料断面が成５ 形の初期において
は多角形形状となわ、板厚３５Ｔｍを超えるような高張
力鋼厚肉管では現状のｏプレス能力（５０、０００〜６
０、０００をｏｎ）【一では十分に多角形形状部を真円
形状に成形することは困難である。

とくに接合部近傍は十分に真円形状に成形され難く、後
程の拡管によつても十分には矯正されない実状である。
２一般にＯ成形に卦いて管周方向に圧縮を加えた場合従
来法で良好な形状を得るのに必要な成形荷重Ｐは後述す
るように材料とダイス内面密着時の荷重の約２〜３倍で
あり（１）式のように表わされ、このＯ成形荷重は板厚
と管長卦よび素材の降伏強度に比例するため、厚肉、長
尺管になると極めて大きくなジ降伏強度５２！／Ｍｌｉ
で板厚４０鰭、長さ１８ｍの厚肉高張力鋼管では成形に
必要な荷重は８６，０００ｔ０ｎとなシ巨大なプレス成
形機が必要となる。

また長尺厚肉管の一部の分野では比較的小さい容量のプ
レス機による端曲げ成形と粗成形後に短い長さのＯ形状
ダイスにより成形が行われているが形状は必ずしも安定
せず、成形過程で発生が懸念されるダイマークを防止す
るためには莫大な時間と工数が必要となｂ経済的に製造
するのは非常に困難である。

この発明の目的は前述した現在の厚肉高張力鋼長尺管の
成形技術課題を解決することであシ、スケルプまたは板
材から金属の長尺円筒管を成形する過程に卦ける成形荷
重を減少させるとともに製品の形状、とくに接合部の形
状を真円形状に近づけることによる製品の醇接部品質の
向上、再拡管其の他の方法による再矯正作業を省略する
ことによる生産性の向上、原価の切下げ、製造範囲の拡
大を可能とする新ＵＯ成形法を得ることである。

以下、この発明を詳細に説明する。本発明によつて金属
管（円筒管）を製造する場合に素材としてスケルプまた
は板材を使用する。

これらの素材は最初から本発明の複ダイス、あるいは複
プレスによる多段成形法によるのではない。通常は後述
する一連の成形プロセスによつてまづ素材をＵ字形状に
成形して後、本発明にか〜る粗Ｏ成形ダイスと遷移変形
部を含む仕上０成形ダイスの組合せによる多段成形法ま
たは後者の遷移変形部を含む仕上０成形ダイス単独によ
る多段成形法によつて円筒管に成形されるものである。
ここで、板材より溶接管ができるまでの程について、第
１図を参照しながら概略説明する。板状の素材１Ａはダ
イスのまもう防止と製品に高い真円度を与えるため端曲
げされる。端曲げは第２図に示すように材料１Ｂを樋状
に成形する端曲げ機１１ｆ１Ｃよつて行なわれる。端曲
げ機１１は凸曲面をもつた上ダイス１２と凹曲面をもつ
た下ダイス１３とを有し、材料１Ｂの両端部２をそれぞ
れ上ダイス１２と下ダイス１３とで挟圧して曲げる。端
曲げされた板１Ｂは第３図に示すＵプレス１５によりＵ
成形される。

Ｕプレス１５ＶＣ訃いて、端曲げさＦｌた板１Ｂはピボ
ツトシヤフト１７周ｂに揺動自在なロツカーダイ１６Ｖ
Ｃ左右両側を支持され、Ｕ形ポンチ１９を有するラム１
８ＶＣよシ中央部を押下されてＵ形に押し曲げられる。
Ｕ成形された板１Ｃは後に述べるようＶｃＯ成形される
。

次いで、０成形材１Ｄは接合部が内面溶接１Ｗ訃よび外
面溶接０Ｗを施されたのち拡管機により拡管される。次
に、Ｏ成形について説明する。

先ず、従来のＯ成形法について説明すると、第４図は従
来法に用いられるＯプレスである。

０ブレス２１は油圧ユニツト２２ＶＣよつて作動する複
数個の油圧シリンダ２３を備えて卦わ，油圧シリンダ２
３のラム２４下端には、プラテン２５を取り付けてある
。

プラテン２５ＶＣは断面半円状の上ダイス２６を取り付
けてある。また、上ダイス２６ＶＣ対向して断面半円状
のダイス２７を配置してある。前述のようにＵ成形材は
上ダイス２６と下ダイス２７との間に両エツジを土にし
た姿勢で挿入され、士ダイス２６の緩やかな押し下げに
より、管全長にわたつて均一な成形圧力をうけてＯ成形
さわる。

第５図は材料がＵ形よシＯ形に成形される過程に卦いて
、成形材の形状変化を順次Ａ，ＢおよびＣの段階で示し
ている。Ａはダイス２６卦よび２７間に挿入されたＵ成
形材が僅かに圧下された状態、Ｂは成形材の下半部が下
ダイス２７ＶＣほぼ半円周にわたつて密着した状態、Ｃ
は成形材が上，下ダイス２６，２７に全周にわたつて密
着し５た状態卦よびＯ成形完了の状態を示している。第
６図は上記ｏ成形過程において、成形材に生ずる周方向
の圧縮ひずみとｏ成形荷重との関係を示すグラフである
。図に記入された記号Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ上記第６図
の記号と対応している。このグラムかられかるように、
成形材がダイスに密着してからｏ成形完了までに大きな
成形荷重を必要とする。このことは、従来法では前述の
ように巨大な０プレスを必要とすることを示している。
また、従来法では厚肉材料を成形する場合、Ｏプレスの
容量不足に起因して第Ｔ図に示すようにｏ成形材３の接
合部３Ａ近傍はダイスの内周面に沿つて十分に変形せず
、直線に近い形状をなしている。したがつて、Ｏ成形材
３は真円形状に成形されず、後で拡管により矯正しても
正しい形状の製品管を得ることは困難である。次に、こ
の発明のｏ成形法について説明する。

この発明では、基本的な技術は共通であるがお互に若干
異つた２つのｏ成形法、すなわち、複ダイス方式、およ
び複プレス方式がある。以下、これらの方法について説
明する。先ず、複ダイス方式について説明する。

第８図は複ダイス方式に用いられるｏプレス３１の主要
部を示すもので、この装置に設けられている油圧ユニツ
ト３２、油圧シリンダ３３などは前記第４図に示す。

プレス２１のものと同じであるから説明は省略する。ダ
イス３４は粗０成形ダイス３５とｏ成形ダイス３８とよ
りなつている。

粗０成形ダイス３５はＵ成形材をほぼｏ形に近く、すな
わち、エツジ間のギヤツプが少し残る程度まで相成形す
るものである。粗ｏ成形ダイス３５の土ダイス３６およ
び下ダイス３Ｔは共に同じ半径の半円であるが、上ダイ
ス３６けＯ成形ダイス３８の中心線ｒよりも距離δだけ
土に位置している。距離δは一例として１０−程度であ
わ、土ダイス３６が距離δだけ上方にづれていることに
より、粗ｏ成形材のエツジ間のギャツプけ製品管径１，
０００ｗｒｍ１肉厚が３０ｗｒｆｎの場合２０−程度と
なる。ｏ成形ダイス３８は遷移変形部３９と仕上成形部
４０と再成形部４１からなわ、遷移変形部３９は粗成形
ダイス３５の土ダイス３６の内面とｏ成形ダイス３８の
仕上成形部４０の土ダイス４０ａの内面とを滑らかな曲
面で結んで形成されている。

したがつて、遷移変形部３９の土ダイス３９ａは半だ円
をなし、下ダイス３９ｂは製品管と同じ半径の半円であ
るので、上ダイス３９ａと下ダイス３９ｂとを合わせた
断面形状は卵形をしている。また、再成形部４１は仕土
成形部４０と同じ円形断面をしている。この複ダイスに
より多段成形する場合の各部の長さをそれぞれＴＡ，ι
Ｂ，ιＣ，ｔＤとして示すと、管長ｔに対してＴｃ＞ｔ
／ｎ）ιＢ中（ ０．１−一０．２）Ｄ，ιＤキ（ ０
．３〜１．０）Ｄ、ιＡ＝ｔ−（ιＢ＋ＴＣ＋ιＤ）と
なる。こゝでｎは正整数であわ、仕土げｏ成形のステツ
プ数を示すものである。またＤは成形さわるｏ字形管の
外径である。この方式による成形法は第９図に示すよう
に第１ステツプでＵ成形材ＩＣの前端をｏ成形ダイスの
右端に合せて成形を行い、後方部が粗ｏ形に、前方部が
Ｏ形に成形きれた管８Ａを得る。そして、粗ｏ成形部８
ａとｏ成形部８ｃとの間に遷移変形部８ｂが形成される
。次に管８ＡをＴｃだけ管前端に送つてから第１ステツ
プと同様の成形を行い、粗ｏ成形部８ａと遷移変形部８
ｂを含む管８Ｂを得る。以下同様にして第３ステツプの
成形を行い完全にｏ形に成形された管８Ｃを得る。この
方式では、第６図のグラフから明らかなように、ｏ成形
ダイス３８の仕上成形部４０において成形材８Ａ，８Ｂ
，８Ｃに大きな成形荷重が作用するようにしなければな
らない。成形荷重を更に具体的に説明すると、これらお
ダイスによる最大成形荷重は、粗Ｏ成形部８ａに対する
（２）式の値およびｏ成形部８ｃｖｃ対する３）式の値
の和として（４）式のように表わされる。ここで遷移変
形部８ｂｖｃ対する荷重は小さいので無視して良い。

前述のように仕土げ成形部４０の管前端側にはさらに長
さＴＤの再成形部４１を設けてある。

第１ステツプの成形後の遷移変形部前端Ｐは第９図のよ
うに第２ステツプでは再成形部４１の左端に位置する。
次の遷移変形部前端Ｑについても同様の経過をたどク、
このように材料の各ステツプの継目に相当する部分は長
さιＤだけ、各々２度づつ挾圧成形される。この結果、
成形されるｏ成形材のシームギヤツプは長手方向に変化
せずに一様になる。これは溶接を円滑に行うために必要
なことである。第１０図は、ダイス３８の遷移変形部３
９により変形された部分６Ａを含む成形材の一部６を示
している。

遷移変形された部分６Ａは材料の前端側に向うに従つて
断面形状が粗０形より真円に近づき、両エツジ７間のギ
ヤツプｇも漸次狭ばまつている。遷移変形された部分６
Ａは男び仕上成形部４０ＶＣよつて曲け成形されるが、
これにより、エツジ７の曲シを小さく抑えることができ
る。その結果、良好な形状の円管を成形することができ
る。次に、複プレス方式について説明すも この方式の成形プレス５１は第１１図に示すように、粗
０ブレス５２卦よびＯプレス５５よジ構成されている。

粗０プレス５２の上ダイス５３卦よび下ダイス５４は半
円をなして訃わ、ダイス長さは管長以上である。この粗
０プレス５２は第４図に示す従来のＯプレス２１と実質
的に同じである。プレス５５のダイスは前記第８図に示
すＯプレスの仕上成形部３８と同じであり１ダイス５６
は遷移変形部５７、仕上成形部５８卦よび再成形部５９
とからなつている。遷移変形部５７の長さＴＢは管径Ｄ
（７）２／３程度以下であり、仕上成形部５８の長さＴ
ｃは管長Ｔｆ）１／２程度以下である。また、再成形部
５９の長さＴＤは管径Ｄｆ）０．２〜１．０倍程度であ
る。上記のように構成された成形プレスによるＯ成形に
ついて説明すると、Ｕ成形材社先ず粗０ブレス５２によ
シＵ成形材全長にわたつて一度で粗成形される力｛、こ
のとき、上ダイス５３と下ダイス５４との間のギヤツプ
がδとなるまでしか上ダイス５３は押し下げられない。

これよシ、材料のエツジ間にいくらかのギヤツブをもつ
粗０成形材が得られる。次いで粗０成形材はＯプレス５
５ＶＣより、先端より仕上成形部５８の長さＴ。ごとに
Ｏ成形される。この方式では、士述のように材料はＯ成
形される前に、全長に亘つて粗０成形されているので、
Ｏプレスは複ダイス方式と同様高圧化が必要ではあるが
、０成形長さが短かいためＯプレス容量は複ダイス方式
に比較して小さくて済む。

この多段Ｏ成形法では第１１図に示すようにダイス５６
の入側すなわち、遷移変形部５７の断面形状を長さ方向
に向つて滑らかに変化させることによつて仕上０成形途
中のＯ字形管ｑ緑の曲ｂを小さく抑えることが可能とな
Ｖ１その結果良好な形状のＯ字形管を得ることができる
。この複プレス方式による多段０成形法Ｑ効果は次のと
卦りである。粗０成形は（１）式による全長仕上０成形
荷重のｌ−ン，程度の荷重で完了し、ついで仕土０成形
荷重は成形長さが例えば４うと短いので成形荷重は同様
に（１）式の約騒程度でよい。従つて従来のＯ成形法に
比較すると同一容量のプレスによつて著しく厚肉のＯ字
形管が成形可能となる。上記本発明の方法により多段成
形を行つた場合の成形荷重の一例を示すと次のようにな
る。

複ダイス方式ではＸ−６０級の板厚３０喘材で、外径３
０Ｉ，長さ１８ｍの鋼管の成形に卦いてダイス長さをＴ
Ａ＝１１．５ｍ．ｔＢ二０．５ｍ．ｔｃ＝６ｍとし、８
ａおよび８ｃ部分（第９図参照）の孔型土半部の高さの
差δを４０ｍとして３ステツプで成形（ｎ＝３）を行つ
た結果である。この成形条件に対する従来法の成形荷重
は（１）式によつて（σァ＝４５Ｋｆ／Ｍｄとして）５
５，８９０ｔ０ｎとして求められるが、本発明の成形法
によつた第１ステツプの成形荷重は３１，０００ｔ０ｎ
程度であつた。

この値は（４）式Ｖｃ卦いてα：レ３として求めた値３
０，５３０ｔ０ｎに近く、従来法よリも４４％低い荷重
である。また、同様の素材を用いて複プレス方式では粗
０成形荷重を２７，９００ｔ０ｎ、仕上０成形荷重を１
８，６００ｔ０ｎとして良好な形状を得ることができた
。以上述べたように本発明による多段０成形法の効果は
１台のプレスまたは２台のプレスを用いて従来法の％〜
ｔ程度の荷重でＯ成形が可能とすることである。

従つて従来の成形法に比べると容量の小さいブレスによ
つて著しく厚肉のＯ字形管が成形可能であう、製造可能
範囲が大巾に拡張できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は板より金属管を製造するまでの工程説明図、第
２図は上記工程において用いられる端曲げ機の略図、第
３図は上記工程ＶＣ卦いて用いられるＵプレスの略図、
第４図は従来のＯプレスを示すもので第４ａ図はダイス
の部分を断面で示す正面図、第４ｂ図は第４ａ図の−矢
視図、第５図はＯ成形に卦いて成形材の断面形状がＵか
らＯに変化する過程を示す図面、第６図はＯ成形にのい
て、周方向の圧縮ひずみと成形荷重との関係を示すグラ
フ、第７図は従来法により成形されたＯ成形材の断面図
、第８図はこの発明のＯプレスの実施例を示すもので、
第８ａ図はダイスの部分を断面で示す正面図、第８ｂ図
は第８ａ図の−矢視図、第９図は第８図のＯプレスによ
りＵ成形材をＯ成形する過程の説明図、第１０図は遷移
変形部を含むＯ成形中の成形材の一部を示す斜視図、第
１１図はこの発明のＯプレスが粗０プレスと仕上０プレ
スとからなるものの例を示すもので、それぞれのブレス
のダイスの部分を断面で示す正面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属板をプレス曲げ加工により冷間で順次、端曲げ
   、Ｕ成形およびＯ成形し、Ｏ成形材の長手方向に沿つて
   延びる衝合部を溶接して金属管を製造する方法において
   、Ｕ成形材を先端より長手方向に沿つた一部の長さだけ
   部分的にＯ形に仕上成形すると同時に仕上成形部分より
   材料後端側に続く隣接部分を、断面形状が材料先端側に
   向つて次第に粗Ｏ形からＯ形に近付き、相対向するエッ
   ジ間のギャップが次第に狭ばまるように遷移変形すると
   ともに、遷移変形部より材料後端側に後く部分をほぼＯ
   形に粗成形すること、仕上成形した長さ未満の長さだけ
   材料をその先端側に送ること、および上記Ｏ成形と材料
   の送りとを交互に繰返して行ない、Ｕ成形材を全長に亘
   つてＯ形断面に仕上げることよりなる金属管の製造方法
   。 ２ 金属板をプレス曲げ加工により冷間で順次、端曲げ
   、Ｕ成形およびＯ成形し、Ｏ成形材の長手方向に沿つて
   延びる衝合部を溶接して金属管を製造する方法において
   、Ｕ成形材を全長に亘つてほぼＯ形になるように粗成形
   すること、前記粗Ｏ成形材を先端より長手方向に沿つた
   一部の長さだけ部分的にＯ形に仕上成形すると同時に仕
   上成形部分より材料後端側に続く隣接部分を、断面形状
   が材料先端側に向つて次第に粗Ｏ形からＯ形に近付き、
   相対向するエッジ間のギャップが次第に狭ばまるように
   遷移変形すること、仕上成形した長さ未満の長さだけ材
   料をその先端側に送ること、および上記Ｏ成形と材料の
   送りとを交互に繰返して行ない、Ｕ成形材を全長に亘つ
   てＯ形断面に仕上げることよりなる金属管の製造方法。