JPS6064725A - 分岐管の製造方法 - 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】 本発明は、配管の分岐部に用いられるＴ型分岐上記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って説明を
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＆）　（（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
下穴周辺まだ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（ダイス穴径キ枝
管外径（Ｄ２））（８）を有する引抜ダイス（７）上に
セントするとともに、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）よりも仕上残分だけ小さい外
径（ｄｐ）の引抜プラグα０）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α０の通過により下穴（４）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、枝管部と云う）（
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
ビ）に（５）（クロスハンチング部分）で示した外径：
ｄｐ（引抜プラグ（１０）の外径）、内径：ｄＯ（素管
下穴（６）の径ハ高さ：　Ｔｏ（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）の高さく載）が制約される。Ｔ継手の如きものに
あっては、枝管（３）の高さくＨ２〕は枝管に管等を溶
接する場合の作業性の点から、更には強度上重要な枝管
付根をその溶接部から遠ざけるという急味においても、
できるだけ大きいことが望まれ、したがって低い枝管部
（３）シ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（Ｔｏ）は通常は製品母管肉厚（Ｔ
１）と同一にするか、素管肉厚（Ｔｏ）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（Ｔ。）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１本発明者経験に
よれば、とくにＴ。がＴ。／Ｄ２〉０８（Ｄ２：ダイス
穴（６）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（４）の拡がり変形が優先的に生じるよう
になり、枝管部（３′）の高さく１（２）は却って小さ
なものとなる。直接引抜法では一般に、“この枝管部の
高さくＨ，、’）としてはダイス穴径（Ｄ２）の０３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云
えば、これは一般に冷間で実施され、＠４図貧〕に示す
如く目標製品母管（２）と同径、同肉厚で長さはより太
き目の素管Ｕ→を用い、目標製品外郭形状と同一の内面
形状をもつ上下対のダイス（６）−にセントした状態で
素管θυに油圧等で内圧を付加しつつその素管に両管端
からピストンａＩ３にて軸圧縮を加え、枝管形成側ダイ
スｄに設けたダイス穴（８）に、同図←〕に示すように
材料を押込み流入させ、目標製品母管長（Ｌｌ）より仕
上残分だけ長い母管部（２）（母管用の成形完了部を意
味する）と同製品枝管高さａ（２）より大きい高叡へ〕
の隆起部（イ）を有する生成品ａ４１を得る。この生成
品の隆起部（イ）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（ｉ５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（Ｄｉ）の比
Ｄ２／Ｄ、　（以下、径比と呼ぶ）が小さくなるにつれ
、また素管肉圧（Ｔｏ）とダイス穴径（Ｄ２）の比Ｔρ
２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
／Ｄ、）０．４、Ｔｏ／Ｄ２（α２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ａ）１）の１２〜Ｌ４倍はどの外
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（Ｄｌ）に略々等しい偏平管とな
し、これを第５図ｑ）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αｉにセット
して、長径方向にプレスにて加圧することにより周方向
に圧縮する加工を行い、枝管形成側ダイスｔＡに設けた
ダイス穴（８）へ材料を流し込んで四図呻）に示す如く
隆起部（≦）を得る。そうしてその隆起部（イ）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Ｄ
２／／Ｄ□が小さくなるにつれ、またＴ。／Ｄ２が犬き
ぐなるにつれダイス穴（８）への材料の押込みが困難と
なり、したがってこの場合にもその適用は、実質上Ｄ２
／／Ｄ□〉α３かつＴ。／Ｄ２〈０３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０）に示す如く外１１≦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、
このブロックから製品を削り出す方法、或いは同図（０
）に示すように枝管形成部αηを凸形状に残した中空ブ
ロックに鍛造し、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
やクロッ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素管内に、プラグを横向
きに取付けたマンドレルを挿入して、そのプラグを偏平
素管の長径方向に向けてセントした状態で素管を長径方
向に押圧し前記マンドレルを介してプラグを管内面から
肉厚方向に押込むことにより管外面側に隆起部を形成す
る予成形を行い、次いでこの素管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とプラグを取去り、
しかるのち前記隆起部にプラグ引抜き法により枝出し加
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って詳細に説明する。

■　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０）に示す如
く真円素管（Ｊ［相］をその外半径（、Ｄｏ）よりも大
きな曲率半径（８）の円弧状断面の溝（４）をもつ上下
対の偏平ダイス■１）＠にセットし、同図（０）に示す
ようにプレス（図示せず）にて上ダイス１２］）を降下
させて、この素管Ｏすを両ダイスＱυ（イ）聞で押圧す
る偏平加工を行い、−次側平管＠を得る。この偏平化の
程度は、後述のマンドレル（ハ）とプラグ（ハ）を管内
にセントし得る範囲とする。使用する素管叫の外径は偏
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％　Ｄｌの１０２〜ＬＯ５倍程
度とするのが望ましい。またその長さは、目標製品量管
長（Ｌ４）に若干の仕上代を見込んだ長さとすればよい
。素管肉厚（Ｔｏ）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Ｔ。

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、熱間の河れの加工でも可能
である。

■　次にこの一次側平管＠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ｅ１）すように
−次側平管＠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（ハ）にそれと直角の向き
にプラグ（ハ）を取付けてなる工具を前記−次側平管＠
内に挿入、セットする。

−次側平管＠を、図示のように下ダイス（イ）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
（ハ）に枝出し予定部が対応するようにセントするとと
もに、工ＪＡｉｌ−１：そのプラグ（ハ）を前記−次側
平管（ハ）の長径方向に向けてダイス穴（ハ）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（ハ）とプラグ（財）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絡
しておく。プラグ（ハ）の径（ｄｐ）については、後述
スる。マンドレル（ハ）のプラグ取付側と又対の面（背
面）−は、下記のプラグ押込み過程でその背面−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。

上記のようにセットした状態で、同図に）に示す如くプ
レスにより上ダイスＱつを下降させ、−次側平管（ハ）
を長径方向に押圧しその内面でマンドレル（イ）の背面
ｄを押してプラグ（ハ）を管内面から肉厚方向に押込み
、これによりダイス穴（ハ）に材料を押し込んで管外面
の枝出し予定部に隆起部＠を形成する。この際、素管（
ハ）そのものは長径方向と短径方向が第７図便）の場合
と逆になる。隆起部（ハ）の体積（ｖ２）は目標製品枝
管（３）の体積をまか々いＩＭ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に）を介し
て行われるため、プラグ押込みの久方（Ｆ＞は第８図に
（±）で示すように分散された形でマンドレル背面−と
接触する管内面翰に伝えられることになり、したかつて
それによる管内面の変形はきわめて軽微に止められ、問
題とばならない。

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云える。すなわち、第９図げ）
を参照に説明すると、予成形で得られる隆起部（ハ）の
体積（ｖ２）は、プラグ（ハ）の押込みにより排除され
る素管材料の体積（以下、排除体積と云う）　ｆｆ、）
が増すにつれ大きくなってゆくのは自明であるが、この
Ｖ２とｖｌの比■２／ｖ工刈０＠（：押出し効率）はプ
ラグ径（ｄｐ）とダイス穴径（Ｄ２）の比ｄｐ７Ｄ２に
依存する。同図ｉｏ’）Ｉｒｅ実験結果に基＜■２／ｖ
□とｄｐ／Ｄ、の関係であるが、同図に明らかなように
押出し効率Ｖ２／ｖ□Ｘ１００（％）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、
同一の排除本積（Ｖ□〕ではｄｐ／Ｄ２を犬きくとった
方がよシ大きな隆起部体積（Ｖ２）が得られるのであり
、この実験結果によれば、ｄｐ／Ｄ２キ１１とすること
によって排除体積（Ｖ工）と同一の隆起部体積（■２）
、つまり１００％の押出し効率が達成される。

さて、本発明方法の場合、この予成形において、隆起部
翰の体積（ｖ２）として、目標製品枝管（２）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、したがって実施条件としてのプラグ径（ｄｐ）とそ
の押込み深さ缶）、そして素管肉厚（Ｔｏ）については
次のように決めるものである。まず％は、押出し効率ｖ
２／ｖ□ｘ　ｌｏ　ｏ（％）を１００％とするためにｄ
ｐ／Ｄ、中１１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（■２）をめ、必要排除体積（ｖｌ）（−ｖ２）に
対応したプラグ押込み深さくｈ）を算出し、これを実施
条件とする。Ｔｏは、目標製品母管肉厚（Ｔ１）にこの
算出り値を加えて更に若干の削り代を見込んだ値とする
。

■　上記予成形により偏平方向を逆にした二次偏平管（
ハ）を次いで、第７図（ホ）（へ）に示すように上下一
対のダイス（３５Ｘ３５）により熱間にて型入れ加工す
る。使用するダイス（３５Ｘ３５）は、第１０図に示す
ように二次偏平管の本体部翰と隆起部（ハ）にそれぞれ
対応する溝（３６）（３７）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（ハ）とプラグ（ハ））を付けたまま二次偏平管（
イ）をその長径方向をダイス対向方向（鉛直）に向けて
セットし、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（イ）の偏平を矯正する
加工を行い、本体部を真円状の母管部（２）となす。素
管外径（Ｄ。）を先に述べたようにＬＯ２〜ＬＯ５Ｄ、
（Ｄ□：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０ ■　この矯正加工のあと、マンドレル（ハ）とプラグ（
ハ）を素管内から取去る。まずマンドレル（ハ）は、上
記矯正加工により素管内面から離れた状態となる（第７
図（へ）参照）から、そこでこのマンドレル（ハ）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、ホルト或いは点溶接によるプラグ（ハ）との接
合部を剪断で切離しプラグ（ハ）をそのまま置去りにし
て取去る。残ったプラグ（ハ）Ｋついては、例えば同図
チ）に示す如く、隆起部翰の中央に後述するプラグ引抜
加工を行うための下穴（３９）を穿ち、それからこの下
穴（３９）にポンチ（４ｏ）を突込んで素管内部へ押抜
く等して、取除く。このポンチにょるプラグの押抜きは
、プラグ（財）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（至）とプラグ（ハ）を取去ったのち、
その矯正済み予成形管（３８）の隆起部（ハ）について
既述したとおシ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（ト）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）をその隆起部翰が前記ダイス穴（８）に
嵌り込むようにセットするとともに、隆起部翰に穿設し
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αＯを連結する。引抜プラグαＯ
としては、外径（ｄｐ）が目標製品枝管内径より仕　−
上残分だけ小さめのものを使用する。セット後、引抜棒
（９）を下方に引き、この引抜プラグ（１０を下穴（３
８）に通過させることにより、その下穴（３８）をプラ
グ外径（ｄｐ）まで拡大するとともに、隆起部外面をダ
イス穴（８）の内壁との間でしごく加工を行って枝管部
（３５を形成し、荒仕上成品（４２）を得る。このプラ
グ引抜加工は、隆起部（ハ）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α０）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（ハ）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（ハ）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。

以上により得られた荒仕上成品（４２）は、母管部（２
）および枝管部品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（へ
）の段階で製品枝管（３）が採取できる高さの隆起部（
ロ）が得られている場合には、プラグ（ハ）及びマンド
レル（ロ）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／Ｄ工が小さく（
＜０３）、しかもＴ。／Ｄ２）（１噸厚肉の素管を必要
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
グの押込みによって予め隆起させ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５７−１４
２７２５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動させる
こ七によって半径方向（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ットがある０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、ヘソグ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太きい。

【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Ｇ）、（０
）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＆）（０）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
く圧縮成形法を示す工程説明図、第６図Ｃ）、（ロ）は
鍛造削り出し法を説明するもので、鍛造後側９出し前の
素材ブロックを２種顕示し、（イ）は中実ブロック、←
）は中空ブロック、である。第７図（イ）〜休）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０）は同上予成形における
ｄｐ／Ｄ２と押出し効率Ｖ２／ｖｌの関係を示す図、同
図００）／ｉ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、である。 図中　にＴ縦継手２：母管、３：枝管、５：素管、９：
引抜棒、１０：引抜プラグ、２１．２２：偏平ダイス、
２４ニブラグ、２５：マンドレル、３５：型入れダイス
。 出　願　人　住友金属工業株式会社 第１図 １ 第２図 （ロ） （０）（ｂ） 第１０図 第７図 （ネ）　（八） 第７図 Ｃ＋１ 第８図 第９図 （イ） ｄｐ／Ｄ２

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
   平断面の管体内に、マンドレルにそれと直角の向きにプ
   ラグを取付けた工具を挿入して、そのプラグを前記管体
   の長径方向に向けて枝出し予定部に対応させ、この状態
   で管体を長径方向に押圧して前記マンドレルを介してプ
   ラグを管内面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させ、次いでこの管体の真円度を
   矯正する刀ロエを行ってのち使用済みのマンドレルとプ
   ラグを取去り、しかるのちその隆起した枝出し予定部に
   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。