CN106536079A - 扩管机 - Google Patents

Abstract

提供一种能够以低成本制造钢管的扩管机。扩管机具有：锥体(170)，嵌入于与液压缸连结的拉杆的前端，所述锥体的外周的大小在轴向上逐渐变化；及扩管头外表面构件(22)，配置在锥体的外周，利用液压缸沿轴向牵引锥体，由此在锥体与扩管头外表面构件的楔作用下，扩管头外表面构件沿径向扩大，对设置在扩管头外表面构件的外周的钢管进行扩管，所述扩管机的特征在于，所述锥体在与所述扩管头外表面构件接触的接触面具有能够拆装的衬里(171)。

Description

扩管机

技术领域

本发明涉及在UOE钢管等焊接管的制造中使用的扩管机。

背景技术

通常，在以UOE钢管为代表的焊接管的制造中，在管的内外表面的焊接后，以该焊接的热影响产生的残留应力为起因而正圆度、笔直度恶化。因此，为了除去残留应力并矫正正圆度、笔直度而进行扩管。

关于该扩管，例如记载在非专利文献1中。图1(a)及(b)转记了非专利文献1公开的图。在扩管工序中，在从内外表面实施了埋弧焊的钢管1的内侧，使机械扩管机100的扩管头13通过。如图1(b)所示，在扩管头13的锥体17沿轴向被拉拽时，由于锥体17及爪18的楔作用而爪18沿径向扩展，安装在爪18的外侧的模具19将钢管1扩开。在此，使爪18与模具19对合而成的结构相当于扩管头外周构件。

在这样的扩管的工序中，如图1(b)所示，锥体17及爪18在两者的接触面即滑动面处滑动。

近年来，钢管1高强度化，在锥体17沿轴向被拉拽时作用有过大的力，在锥体17及爪18之间的滑动面处，面压也变得过大，在锥体17及爪18之间的滑动面处产生烧结，不能扩管的问题经常发生，需要锥体17及爪18之间的滑动面的维护。

相对于此，在专利文献1中，提出了利用氮化处理在锥体的表层形成有0.05～1.5mm深度的硬化层的方案。而且，在专利文献2中，提出了扇形体(相当于前述的爪)的硬度为HRC45～52且对表面实施渗硫氮化处理的方案。并且，在专利文献3中，为了降低锥体17及爪18之间的滑动面处的烧结，提出了向锥体17及爪18之间的滑动面供给润滑油的方案。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平01-299723号公报

专利文献2：日本特开平05-195158号公报

专利文献3：日本特开2007-284519号公报

非专利文献

非专利文献1：钢铁便览第3卷(2)，第4版，12·4·6项

发明内容

发明要解决的课题

然而，在专利文献1、专利文献2中，关于锥体与扇形体(爪)的关系未作任何研究，无法充分地防止滑动面的滑动部的烧结。而且，滑动面的滑动部的烧结仅是如专利文献3那样供给润滑油的话，无法充分地防止。并且，在滑动部产生烧结时，不得不更换锥体，但是锥体造价高，因此锥体的更换会使钢管的制造成本较大地上升。

本发明针对这样的问题点而作出，其目的在于提供一种能够以低成本制造钢管的扩管机。

用于解决课题的方案

发明者们为了实现上述的课题，反复进行了仔细研究。其结果是，发现了通过将锥体设为在与爪接触的接触面上具有衬里的结构而能够解决上述课题，从而完成了本发明。更具体而言，本发明提供以下的技术。

[1]一种扩管机，具有：锥体，嵌入于与液压缸连结的拉杆的前端，所述锥体的外周的大小在轴向上逐渐变化；及扩管头外表面构件，配置在锥体的外周，利用液压缸沿轴向牵引锥体，从而在锥体与扩管头外表面构件的楔作用下，扩管头外表面构件沿径向扩大，对设置在扩管头外表面构件的外周的钢管进行扩管，所述扩管机的特征在于，所述锥体在与所述扩管头外表面构件接触的接触面具有能够拆装的衬里。

[2]根据[1]所述的扩管机，其特征在于，在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间的接触面处，在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间存在硬度差。

[3]根据[2]所述的扩管机，其特征在于，所述硬度差为20～50HS。

[4]根据[2]或[3]所述的扩管机，其特征在于，在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间的接触面处，软质侧的构件的硬度为30HS以上。

[5]根据[2]～[4]中任一项所述的扩管机，其特征在于，所述软质侧的构件为所述衬里。

[6]根据[1]～[5]中任一项所述的扩管机，其特征在于，所述衬里由铜合金构成。

在本说明书中，HS是指基于JIS Z 2246肖氏硬度试验的硬度HS。

发明效果

本发明的扩管机的锥体在与扩管头外表面构件接触的接触面具有能够拆装的衬里，因此在衬里产生烧结的情况下，不是更换锥体整体而是仅更换衬里即可。因此，根据本发明，能够抑制由锥体的更换引起的钢管的制造成本增大。

附图说明

图1是表示扩管机的一例的示意图，(a)是表示以往的扩管机的结构的图，(b)是表示扩管头的结构的图。

图2是表示本发明的扩管机的扩管头的一例的示意图，(a)是由爪和模具构成的扩管头外表面构件的情况，(b)是爪与模具成为一体的扩管头外表面构件的情况。

图3是表示在本发明的扩管机配置的锥体的一例的示意图，(a)是与轴垂直的方向的截面，(b)是轴向的截面。

图4是表示衬里与爪之间的硬度差和衬里与爪之间的摩擦系数的关系的图。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明没有限定为以下的实施方式。

第一实施方式

图1是表示扩管机的一例的示意图。图1(a)是表示扩管机的结构的图，(b)是表示扩管头的结构的图。

图2是表示本发明的扩管机的扩管头的一例的示意图。图2(a)是由爪和模具构成的扩管头外表面构件的情况，(b)是爪与模具成为一体的扩管头外表面构件的情况。

图3是表示在本发明的扩管机配置的锥体的一例的示意图。

如图1(a)所示，扩管机100具有扩管机主体14、轴向进给件15、横向进给件16。

扩管机主体14具有液压缸11、操纵杆12及扩管头13。

横向进给件16通过步进梁式而在与纸面正交的方向上进行钢管1的搬运。轴向进给件15将由横向进给件16搬运的钢管1向扩管机主体14侧压入。

由于钢管1被向扩管机主体14侧搬运，从而扩管头13插入到钢管1的内部。液压缸11将在操纵杆12的前端设置的扩管头13沿轴向牵引。扩管头13通过外周沿径向扩大而将钢管1的直径从内侧扩开。

如图1(b)所示，扩管头13具有锥体17、爪18、模具19。锥体17嵌入于与液压缸11连结的拉杆21的前端。锥体17外周的大小在轴向上逐渐变化。“外周的大小逐渐变化”是指形状为锥状的情况，例如，锥体17可以形成为棱锥台形状。由于液压缸11伸缩而锥体17沿轴向移动。需要说明的是，使爪18与模具19对合而成的结构相当于扩管头外表面构件。

爪18由多个扇形体构成，将多个扇形体组合而形成为管状。在管状的爪18的内侧配置锥体17。爪18的内侧形成为沿着锥体17的外周的形状，且与锥体17的外周之间能够滑动。需要说明的是，在该说明中，将锥体17与爪18之间的滑动面也称为滑移面。

模具19由多个扇形体构成，且设置在爪18的外周。

润滑油供给管20向锥体17与爪18之间的滑动面供给润滑油。

在这样构成的扩管机100中，利用液压缸11的伸缩使锥体17沿轴向移动，从而锥体17和爪18在滑动面处相互上行(楔作用)。由此，在爪18的外周设置的模具19呈放射状地扩展。由于在模具19的外周嵌入钢管1，通过模具19呈放射状地扩展，由此钢管1从内侧被扩开，进行钢管1的扩径。

在以往的扩管机中，在锥体17与爪18之间的滑动面处，在锥体17产生烧结。在锥体17的表面产生的烧结需要锥体17的更换。锥体17造价高，因此锥体17的更换会使钢管的制造成本大幅上升。

因此，在本发明中，采用的是在锥体17与爪18接触的面上具有能够拆装的衬里171的结构。

以下，对本发明的扩管机进行说明。本发明的扩管机的结构与图1所示的扩管机相同。因此，也使用图1记载的标号，并使用图2、3说明本发明的扩管机。

如图2、3所示，本发明的扩管机100的锥体17具有：锥体主体170；衬里171；及用于向锥体主体170固定衬里171的螺栓172。

在图2、3所示的锥体17中，锥体主体170的外表面沿着轴向成为锥状。而且，如图3(b)所示，锥体主体170的轴向截面为正十角形状。该正十角形的各边成为1个扇形体1700，该锥体主体170由10个扇形体1700构成。需要说明的是，如图3(b)所示，在各扇形体1700的锥体17的外周侧的面上形成有沿着锥体17的轴向延伸的槽1701。槽1701在中央部最深，且在两端具有阶梯面1701A、1701B。

在图2、3所示的锥体17中，衬里171是沿着锥体17的轴向延伸的板状，在锥体主体170的各扇形体1700上各固定2个。在图2、3所示的锥体17中，沿着阶梯面1701A、1701B利用螺栓172将衬里171固定。需要说明的是，利用螺栓172，衬里171能够拆装。

在图2、3所示的锥体17中，螺栓172只要是能够将衬里171以可拆装的方式固定在锥体主体170上的固定用具即可，没有限定为螺栓172。

在本发明中，也可以不是在锥体17与爪18的全部接触面上存在衬里171，只要在锥体17不产生由烧结引起的问题即可，也可以是在接触面的一部分具有不存在衬里171的区域。

对于第一实施方式的扩管机100的效果进行说明。

扩管机100的锥体17在与爪18接触的接触面上具有衬里171。因此，在扩管机100的使用时，衬里171与爪18的接触面成为滑动面。通过该滑动面处的滑动，即使在衬里171的表面产生烧结，也只要更换衬里171即可，因此与更换锥体17整体的情况相比，能抑制费用的增大。

尤其是只要仅更换产生了烧结的衬里171即可，因此能够进一步抑制成本。

第二实施方式

在第二实施方式的扩管机中，与第一实施方式的扩管机100相同的结构使用同一标号。第二实施方式的扩管机100在由与第一实施方式的扩管机100同样的构件构成的点上共通，与第一实施方式的扩管机100的不同之处在于衬里171的硬度和爪18的硬度被调整为特定的范围的点。在以下的说明中，关于与第一实施方式的扩管机100的共通部分省略说明。

在第二实施方式的扩管机100中，在衬里171与爪18之间的接触面处，在衬里171与爪18之间存在硬度差。硬度的测定只要使用JIS Z2246肖氏硬度试验即可。

上述硬度差优选为20～50HS。

另外，在衬里171与爪18的接触面处，软质侧的构件的硬度优选为30HS以上。

另外，软质侧的构件优选为衬里171。

对第二实施方式的扩管机100的效果进行说明。

通过对衬里171和爪18设置硬度差，使硬度小的一方(软质侧)磨损，使衬里171与爪18的接触面的面压降低，能够使衬里171与爪18的滑动部的烧结降低。其结果是，能够减少衬里171的更换频度。

图4是表示衬里171与爪18之间的硬度差和衬里171与爪18之间的摩擦系数的关系的图。图4的横轴的硬度差HS是从爪18的硬度减去了衬里171的硬度所得到的值。表示使衬里171的硬度为40HS、使爪18的硬度从33至95HS为止变化时的衬里171与爪18的摩擦系数。

从图4可知，如果衬里171与爪18的硬度差为20～50HS，则衬里171与爪18的摩擦系数进一步减小。如果摩擦系数小，则能进一步抑制衬里171和爪18产生烧结的情况。

因此，如果将上述硬度差调整为20～50HS的范围，则能够进一步抑制衬里171的更换频度。

另外，通过使软质侧的构件的硬度为30HS以上，软质侧的构件过度变形产生的不良情况变得难以发生。即，如果软质侧的构件的硬度为30HS以上，则能够充分地保持构件的规定形状。软质侧的构件的硬度优选为40HS以上。

优选将软质侧的构件设为衬里171。与爪18相比，衬里171的角部等多，以它们为起点而容易产生烧结。因此，将软质侧设为衬里171，通过促进衬里171的磨损，能够降低该烧结。

变形例

在本发明中，衬里171优选使用铜合金。铜合金优选使用以质量百分率(质量％)计而含有55％以上且96％以下的铜的铜合金，作为Cu以外的成分，也可以包含Pb、Fe、Sn、Zn、Al、Mn、Ni、P等。尤其是优选使用铝青铜作为铜合金。如上所述，衬里171与爪18的硬度差为20～50HS，衬里171优选为软质，因此相对于铝青铜的硬度30HS，爪18优选使用具有50HS以上且80HS以下的硬度的构件。

衬里171使用铝青铜等的铜合金，尤其是相对于衬里171而对爪18设置20HS以上且50HS的硬度差，由此使硬度小的一方(铝青铜侧)磨损，降低衬里171与爪18的接触面的面压，能够降低衬里171与爪18的滑动部的烧结。其结果是，能够进一步减少衬里171的更换频度。

在一直以来的见解中，关于相互滑动的两种金属的烧结容易度，在这两个金属的二元系平衡状态图中，在液相未全态固溶的情况下，难以产生烧结。不过，作为与钢在液相下未全态固溶的金属，已知有Ag、Cd、Pb等。这些金属或者以这些金属为主成分的合金从成本或环境问题的观点出发，在工业上难以采用。另一方面，作为与钢在液相下进行全态固溶的金属而已知的Al、Cr、Mn、Fe、Ni等容易产生与钢的烧结。在此，Cu也作为与钢在液相下进行全态固溶的金属而已知。本发明者们研究的结果可知，在含有Cu的合金即铜合金尤其是铝青铜的情况下，即使与钢之间滑动也难以产生烧结。关于通过使衬里171使用铜合金来降低滑动部的烧结的机理未必明确。关于这一点，本发明者们推测为，固相的Fe中的Cu固溶极限小，在固相区域中，固相Fe和固相Cu容易分别存在的情况正是有助于滑动部的烧结的降低。推测为在铜合金之中特别优选铝青铜的情况也是基于类似的机理。

需要说明的是，在此，铝青铜是指相当于JIS H 3100记载的合金编号C6140、C6161及C6280、以及JIS H 3250记载的合金编号C6161、C6191及C6241等、以Cu：78.0～92.5％、Al：6.0～11.0％、Fe：1.5～5.0％、Mn：2.0％以下等为主成分的铜合金。而且，除了铝青铜以外，也可以使用以同样记载在JIS H 3100中的合金编号C4250的加锡黄铜为首的记载在JISH 3100、JIS H 3250中的含有55％以上且96％以下的Cu的各种铜合金。

需要说明的是，如上所述，以扩管头外表面构件由爪18和模具19构成的情况为例而说明了本发明，但是作为图2(b)所示那样的爪18与模具19成为一体的扩管头外表面构件22也起到同样的作用效果。

实施例1

作为本发明例，在焊接管的扩管中，关于将图2、3的衬里171的硬度设为40HS、将爪18的硬度设为40HS、60HS、80HS时的衬里171与爪18之间的滑动面的烧结产生的有无和磨损产生的有无的外观进行了研究。其结果如表1所示。

爪18的硬度为40HS(硬度差0)时，在扩管次数1000次下，衬里171和爪18没有磨损，产生了烧结。因此，在将衬里171更换为新的衬里时，能够顺畅地扩管(表1的No.1)。

爪18的硬度为60HS(硬度差20HS)的话，在扩管次数3,000次的时点，衬里171产生了较小的磨损，但是在扩管次数30,000次的时点未产生烧结。并且，衬里171即便是扩管次数30,000次也不需要更换(表1的No.2)。

另外，爪18的硬度为80HS(硬度差40HS)的话，在扩管次数3,000次的时点，衬里171产生了较大的磨损，但是在该时点未产生烧结。衬里171的更换频度为扩管次数3,000次左右(表1的No.3)。

根据以上所述，即使产生烧结，只要更换衬里171即可，因此能抑制扩管的成本。而且，通过使衬里171与爪18的硬度差为20～50HS，能够降低烧结。此外可知，通过在前述的范围内变更衬里171与爪18的硬度差，能够调整衬里的磨损量，减少衬里更换频度。

[表1]

实施例2

作为本发明例，在焊接管的扩管中，关于使图2、3中的衬里171、爪18形成为表2所示的材质及硬度时的衬里171与爪18之间的滑动面的烧结产生的有无和磨损产生的有无的外观进行了研究。其结果如表2所示。需要说明的是，本实施例2为了确认衬里使用铜合金的效果而进行。

在衬里的硬度为80HS且爪18的硬度为80HS(硬度差0)的情况下，在扩管次数1000次下，衬里171和爪18没有磨损，产生了烧结。因此，将衬里171更换为新的衬里时，能够顺畅地扩管(表2的No.4)。

衬里使用以质量％计由Cu：82.3％、Al：10.4％、Fe：3.4％、Mn：1.9％、Ni：1.82％、其余部分为杂质而构成的铝青铜(硬度为30HS)且爪18的硬度为50HS(硬度差20HS)的话，在扩管次数3,000次的时点，确认到了衬里171产生较小的磨损，但是在扩管次数90,000次下，研究了衬里171时，确认到未产生烧结，还不需要更换。(表2的No.5)。

另外，衬里使用以质量％计由Cu：82.3％、Al：10.4％、Fe：3.4％、Mn：1.9％、Ni：1.82％、其余部分为杂质构成的铝青铜(硬度为30HS)且爪18的硬度为80HS(硬度差50HS)的话，在扩管次数3,000次的时点，衬里171产生了较大的磨损，但是即使在扩管次数10,000次的时点也未产生烧结。衬里171的更换频度为扩管次数10,000次左右(表2的No.6)。

根据以上所述可知，通过使衬里171使用铝青铜且与爪18的硬度差为20～50HS，能够降低烧结，并且通过适当地设定磨损量的大小而能够实现衬里更换频度的适当化。

[表2]

标号说明

1 钢管

11 液压缸

12 操纵杆

13 扩管头

14 扩管机主体

15 轴向进给件

16 横向进给件

17 锥体

170 锥体主体

1700 扇形体

1701 槽

171 衬里

172 螺栓

18 爪

19 模具

20 润滑油供给管

21 拉杆

22 扩管头外表面构件

100 扩管机

Claims (6)

1.一种扩管机，具有：

锥体，嵌入于与液压缸连结的拉杆的前端，所述锥体的外周的大小在轴向上逐渐变化；及

扩管头外表面构件，配置在锥体的外周，

利用液压缸沿轴向牵引锥体，从而扩管头外表面构件沿径向扩大，对设置在扩管头外表面构件的外周的钢管进行扩管，

所述扩管机的特征在于，

所述锥体在与所述扩管头外表面构件接触的接触面具有能够拆装的衬里。

2.根据权利要求1所述的扩管机，其特征在于，

在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间的接触面处，在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间存在硬度差。

3.根据权利要求2所述的扩管机，其特征在于，

所述硬度差为20～50HS。

4.根据权利要求2或3所述的扩管机，其特征在于，

在所述衬里与所述扩管头外表面构件之间的接触面处，软质侧的构件的硬度为30HS以上。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的扩管机，其特征在于，

所述软质侧的构件为所述衬里。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的扩管机，其特征在于，

所述衬里由铜合金构成。