CN1942261A - Uoe钢管制造工序中的u形冲压机用冲头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种UOE钢管制造工序中的U形冲压机用冲头装置，其能够对应于各种制管尺寸，且比以往的U形冲压机用冲头装置更加能够减小U形冲压后的U管宽度。作为在UOE钢管的制造过程中使用的U形冲压机用冲头装置(100)，具有：第一冲头部(10)，其在两侧面具备半圆筒形状的冲压面(11、11)；第二冲头部(20)，其配置于第一冲头部(10)的下方并与其相接，在两侧面具备与冲压面(11)相同或不同的半圆筒形状的冲压面(21、21)；和第三冲头部(30)，其配置于第二冲头部(20)的下方并与其相接，具备向下的半圆筒形状的冲压面(31)。
Description
技术领域
本发明涉及在通过UOE方式制造的钢管的制造过程中使用的U形冲压机(U press)用冲头装置。
背景技术
UOE钢管是在主要用于输送石油、天然气等的管道用的管道中使用的钢管，其名称源自该钢管的代表性的制造工序。经过大致分为20个左右的工序而制造的UOE钢管的制造工序包括：对钢板的端部实施弯曲加工(C形加工)的工序、通过U形加工制得U管的工序、及通过O形加工制得开口管(open pipe)的工序等，通过这些工序加工后的钢板，之后经过焊接工序、扩管(Expander)工序、及检查工序等，成为制品(UOE钢管)。
在上述工序中，UOE钢管的C形加工工序是在钢板的宽度方向端部附近根据钢管直径实施弯曲加工的工序，其目的在于降低O形加工中的成形载荷，抑制钢板端部作为直线部而残留的突角(peaking)。在该C形加工后的U形加工工序中，使用具有开放模的冲压机(U形冲压机)将平板加工成U管形状，做成能够送入O形加工工序的装置内的形状。还有，在O形加工工序中，使用具有闭合模的冲压机(O形冲压机)，将U形加工工序后的U管加工成O形状。此时，为了提高尺寸精度，对O形冲压时的管施加稍许拉伸。
O形加工后内部焊接及外部焊接的钢管，多数情况下还不满足对制品钢管的直径及圆度的尺寸要求，所以，在焊接工序后通过扩管(冷扩口加工)来矫正。在该扩管工序中，通过对钢管的整体壁厚施加塑性拉伸，来除去上述加工及焊接工序中的残留应力。
经过这样的工序制造的UOE钢管，由于其制管尺寸分为多种，所以通常根据制管尺寸，需要分别更换C形加工、U形冲压、O形冲压、及扩管中各装置的工具。但是，在U形冲压中，U形冲压装置的U形冲头的更换需要大量的时间，除此之外，按每个制管尺寸制作U形冲头也需要高额的费用。因此，一直在追求一种能够对应于多个制管尺寸的U形冲头。
针对能够对应于多个制管尺寸的U形冲头的研究，一直延续到现在。例如，专利文献1中公开有如下技术：通过调整U形冲头附带的汽缸，能够自如地调整冲头尺寸的U形冲头装置的技术。根据该U形冲头装置，在制造钢管尺寸近似的管时不需要更换冲头，除此之外，如果通过该装置加工，则还能够将U形冲压后的管形状维持为一定形状。
专利文献1：特开昭59-109116号公报
但是，专利文献1中公开的U形冲头装置所具备的冲头，只具有曲率半径不同的两种冲头，所以，在摇臂装配(rocker assembly)方式下的U形冲压方式的情况下，产生了无法赋予管充分的弯曲的问题。
另一方面，近年来，由于输送效率的提高，能够耐高压输送的高强度管道的需要逐渐增加。若由以往的U形冲头装置加工这样的高强度材料，则由于U形冲压后的回弹(弯曲回复)量增大，所以特别是在U形冲压后的U管的开口宽度大于O形冲压装置的模的直径时，还产生了无法将U管送入到O形冲压装置内的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种UOE钢管制造工序中的U形冲压机用冲头装置，其能够对应于各种制管尺寸，且比以往的U形冲压机用冲头装置更加能够减小U形冲压后的U管宽度。
以下，对本发明进行说明。再有，为了容易理解本发明，附图中的参照符号用括号标注，但并不因此而将本发明限定于图示的方式。
技术方案1所述的发明，通过一种U形冲压机用冲头装置(100)解决上述问题，该U形冲压机用冲头装置(100)在UOE钢管的制造过程中使用，其特征在于，具有：第一冲头部(10)，其在两侧面具备半圆筒形状的冲压面(11)、(11)；第二冲头部(20)，其配置于第一冲头部(10)的下方并与其相接，在两侧面具备与冲压面(11)相同或不同的半圆筒形状的冲压面(21)、(21)；和第三冲头部(30)，其配置于第二冲头部(20)的下方并与其相接，具备向下的半圆筒形状的冲压面(31)。
根据技术方案1所述的发明，可提供相比于以往的U形冲压机用冲头装置，能够进一步减小U形冲压后的U管宽度的U形冲压机用冲头装置(100)。
技术方案2所述的发明的特征在于，在技术方案1所述的U形冲压机用冲头装置(100)中，第一冲头部(10)及/或第二冲头部(20)能够扩大/缩小冲压面(11)、(11)及/或(21)、(21)之间的距离。
根据技术方案2所述的发明，可提供相比于以往的U形冲压机用冲头装置，能够进一步减小U形冲压后的U管宽度，且能够对应于各种制管尺寸的U形冲压机用冲头装置(100)。
根据本发明，可提供一种UOE钢管制造工序中的U形冲压机用冲头装置，其能够对应于各种制管尺寸，且比以往的U形冲头装置更加能够减小U形冲压后的U管宽度。
附图说明
图1是表示本发明的冲头装置的实施方式例的示意图；
图2是U管宽度的示意图；
图3是表示以往的冲头装置的方式例的示意图；
图4是表示使用了以往的冲头装置的U形冲压的方式例的图；
图5是表示使用了本发明的冲头装置的U形冲压的方式例的图；
图6是使用了本发明的冲头装置的U形加工工序的示意图；
图7是表示本发明的冲头装置的实施方式例的示意图；
图8是适用了本发明的U形冲压机用冲头装置的示意图。
图中：5-U管；10-第一冲头部；11、21、31-冲压面；20-第二冲头部；30-第三冲头部；100、200-U形冲压机用冲头装置。
具体实施方式
以下，基于图示的实施方式，说明本发明。
图1是表示本发明的U形冲压机用冲头装置的第一实施方式例的示意图。
本发明的U形冲压机用冲头装置100具备第一冲头部10、第二冲头部20、及第三冲头部30。第一冲头部10在两侧面具备曲率半径R1的半圆筒形状的冲压面11、11，配置在该第一冲头部10的下方而与之相接的第二冲头部20在两侧面具备曲率半径R2的半圆筒形状的冲压面21、21。还有，第三冲头部30配置在第二冲头部20的下方而与之相接，具备曲率半径为R3的朝向向下的半圆筒形状冲压面31。
通过将本发明的U形冲压机用冲头装置做成所述结构，如后所述，相比以往，由于能够使U管有效变形，所以能够相比以往更进一步减小U形冲压后的U管宽度。图2表示U管宽度的示意图。以下，U管宽度是指与U管5的管轴方向垂直且在水平方向上的U管5的最大宽度。
为了便于说明本发明的冲头装置，图3示意性表示以往的冲头装置的结构例。以往的冲压装置具备：具有半圆筒形状的钢管冲压面的一对冲头A、和具有朝向向下的半圆筒形状的钢管冲压面的冲头B，一对冲头A的冲压面的曲率半径至少比上述R1及R2大。图4表示使用了以往的冲头装置的采用摇臂装配方式的U形冲压的示意图。在采用该方式的U形冲压中，除了冲头装置以外，使用一对摇臂模(rocker die)50、50进行U管45的加工，一对摇臂模50、50分别具备摇臂靴(rocker shoe)51、52，及加工中恒定的旋转中心53。
在使用了以往的冲压装置的U形冲压中，通过一对摇臂模50、50及一对冲头A所具备的冲压面，确定U管45的侧部(是指从U管与冲头A相接的部位到U管端部为止的部位。以下相同)的形状，因此，难以使U管45的侧部充分变形。尤其在使用以往的冲头装置加工的U管45为高强度材的情况下，若通过U形冲压未进行充分的变形，则容易导致U形冲压后的回弹量变大。若该回弹量变大，则将U形加工后的U管送入O形冲压装置内变得困难，导致钢管的生产率降低。另一方面，被认为是通过在U形加工中使U管宽度足够减小，能够制得在U形加工后能够直接送入O形冲压装置内的U管。因而，在本发明中，通过使用具有三种冲头的冲头装置来实施U形冲压，可制得U管宽度相比以往减少、且能够直接送入O形冲压装置内的U管。
图5表示使用了本发明的冲头装置100的采用摇臂装配方式的U形冲压的示意图。在采用该方式的U形冲压中，经过了C形加工工序的钢板通过冲头装置100及摇臂模50、50，而变形为截面形状呈“U”字状。本发明的冲头装置100具备三个冲头部10、20、及30，另一方面，摇臂模50、50分别具备摇臂靴51、52，及加工中恒定的旋转中心53。
在如图5所示的U形冲压中，U管5的侧部在具有冲头部10及20的一对冲压面11、11和21、21以及摇臂靴51、51及52、52的作用下变形。在本发明的冲头装置100中，具备冲头部10及20的冲压面的曲率半径R1及R2，比以往的冲头装置中对U管侧部的变形发挥作用的冲头(以下，称为“冲头A”)的冲压面的曲率半径小。另外，通过冲头部10具备的一对冲压面11、11，相比以往的冲头装置，能够使更靠近U管端部的部分弯曲。因而，通过使用本发明的冲头装置100而进行U形冲压，能够使U管5的侧部有效地变形，其结果是，相比以往，能够抑制U管的回弹量，并且还能够减小U管宽度。
如此，通过使用具有分割的小的曲率半径的冲压面而进行U管加工，能够进行相比以往更减小U管宽度的加工。另一方面，在以往的冲头装置中，在减小冲头A的冲压面的曲率半径来加工所要求的制管尺寸的U管时，为了减小冲压面的曲率半径而需要缩小冲头A自身的大小，因此，需要将冲头A更换为曲率半径小的冲头。对此，本发明的冲头装置100具备具有比冲头A的冲压面小的曲率半径的冲压面的冲头部10及20，因此，即使在制造厚壁等尺寸或材质不同的钢管的情况下，只通过扩大/缩小冲头部10及20的冲压面间距离就可以，不需要将冲头A更换为曲率半径小的冲头。因此，如果通过本发明的U形冲压装置100进行U形冲压，则相比以往能够更容易减小U管宽度。另外，如上所述，通过使用本发明的冲头装置100进行U管加工，能够相比以往减小U管宽度，因此，能够将U形冲压后的U管容易地送入O形冲压装置内，从而能够提高钢管的生产率。
还有，本发明的U形冲压机用冲头装置100也可以为具备冲头部10、20、及30的一体式的冲头装置，但也可以为例如，由每个冲头部不同的部位构成的由多个构件构成的冲头装置。
图6表示使用了本发明的冲头装置100的采用摇臂装配方式的U形加工工序的示意图。通过C形加工工序加工了钢板端部的钢板，被送入到一对摇臂模50、50和冲头装置100之间，由摇臂模的摇臂靴51、51及第三冲头部30所夹持(图6(a))。然后，通过冲头装置100从上向下的方向(重力方向)移动，钢板逐渐被加工成U字状(图6(b))。随着装置100的移动，在从钢板与摇臂靴52接触了的时刻开始，摇臂模50、50以旋转中心53、53为中心旋转，进行钢板的U形加工。若这样将钢板加工成U字状，则加工后的U字状的钢板，进而被摇臂模的摇臂靴51、51及52、52、以及冲头装置100的冲头部10、20、及30所夹持，最终被加工成能够送入到O形加工工序的O形冲压装置内的形状的U管(图6(c))。
图7是表示本发明的U形冲压机用冲头装置的第二实施方式例的示意图。本发明的冲头装置200具备第一冲头部10、第二冲头部20、及第三冲头部30。在这些冲头部中，第一冲头部10及配置于该冲头部10的下方而与其相接的第二冲头部20，能够扩大/缩小在各自的两侧面所具备的曲率半径R1的半圆筒形状的冲压面11、11及曲率半径R2的半圆筒形状的冲压面21、21之间的距离。并且，配置于第二冲头部20的下方而与其相接的第三冲头部30具有曲率半径为R3的向下的半圆筒形状的冲压面31。
再有，在本发明的第二实施方式的冲头装置200的说明中，将与图7的纸面垂直的方向记述为被冲头装置U形冲压了的U管的“管轴方向”，将图7的纸面的左右方向记述为U管的“左右方向”。
本发明的冲头装置200在第一冲头部10及第二冲头部20的管轴方向端部具备作为冲头移动机构的第一螺钉15及第二螺钉25。在装置200中，通过旋转第一螺钉15及第二螺钉25，能够扩大/缩小第一冲头部10及第二冲头部20的冲压面11、11及21、21之间的距离。例如，在制管的直径大的情况下，通过使螺钉15及螺钉25顺时针旋转，能够使各冲压面向一对冲压面11、11及21、21之间的距离扩大的方向移动，另一方面，在制管的直径小的情况下等，通过使螺钉15及螺钉25逆时针旋转，能够使各冲压面向一对冲压面11、11及21、21之间的距离缩小的方向移动。
在此，本发明的冲头装置200的方式，并不是限于如上述那样的能够扩大/缩小第一冲头部10及第二冲头部20的冲压面之间距离的方式，也可为能够扩大/缩小第一冲头部10或第二冲头部20中的仅一个的冲压面之间距离的方式。
如果使本发明的冲头装置形成为所述方式，则能够得到两个以下的冲头部能够扩大/缩小冲压面之间距离的冲头装置200。并且，尤其通过将冲压面的移动方向设为U管的左右方向，使用一个冲头装置200，就能够使各种制管尺寸的U管容易地变形。另外，由于冲头装置200具备三个冲头部10、20及30，所以与本发明的第一实施方式的冲头装置100同样地，也能够减少U形冲压后的回弹量。因此，根据本发明，能够提供一种UOE钢管制造工序中的U形冲压机用冲头装置200，其能够对应于各种制管尺寸，且比以往的U形冲头装置更加能够减小U形冲压后的U管宽度。
再有，在本发明中，螺钉的旋转方向和冲压面的移动方向的关系，并不限定于上述的方式。另外，本发明的U形冲压机用冲头装置所具备的冲头移动机构，并不限定于螺钉，只要是能够有效地移动各冲头的机构就可适当地使用。另外，本发明的U形冲压机用冲头装置200也可以为具备冲头部10、20、及30的一体式的冲头装置，但也可以为例如，由每个冲头部不同的部位构成的由多个构件构成的冲头装置。
实施例
以下，基于实施例说明本发明。
在外径609.6mm、厚度14mm的UOE钢管(以下，记为“试验钢管1”。)、及外径711.2mm、厚度14mm的UOE钢管(以下，记为“试验钢管2”。)的制造中，按照以下的条件进行了试验。再有，在以下的试验中，采用了摇臂装配方式的U形冲压方式，U形冲压的次数设为一次。另外，试验钢管1及2的屈服应力为750MPa。
(条件1)
利用具有冲头移动机构的本发明的U形冲压机用冲头装置，进行了试验钢管1及2的U形冲压。图8表示适用了本发明的U形冲压机用冲头装置的示意图。本条件下的冲头装置具备：具有曲率半径R1的一对半圆筒状冲压面的第一冲头部10、具有曲率半径R2的一对半圆筒状冲压面的第二冲头部20、具有曲率半径R3的向下的半圆筒状冲压面的第三冲头部30、以及第一螺钉15和第二螺钉25。在图7中，X1及X2表示第一冲头部10及第二冲头部20的冲压面的水平方向的移动量(滑动量)。
表1综合表示：本实施例中使用的冲头装置中的各冲头的曲率半径R1、R2及R3的值，以及第一冲头部10的滑动量X1、及第二冲头部20的滑动量X2的值。
[表1]
| 试验钢管1 | 试验钢管2 | |
| R1(mm) | 130 | 130 |
| R2(mm) | 125 | 125 |
| R3(mm) | 120 | 120 |
| X1(mm) | -20 | 30 |
| X2(mm) | -10 | 15 |
在此，X1及X2为正值是指，使各冲头部向各冲头部上的一对冲压面的间隔扩大的方向(以下，记为“扩大方向”。)移动，另外，这些值为负值是指，使各冲头部向与所述方向相反的方向(以下，记为“缩小方向”。)移动。另外，在本条件下，由于使用一个冲头装置进行了两个试验钢管的U形冲压，所以冲头装置所具备的各冲头部的冲压面的曲率半径在试验钢管1及2中为同一值。
(条件2)
使用具有形状不同的两种冲头部的以往的冲头装置(参照图3)，进行了试验钢管1及2的U形冲压。表2表示在进行试验钢管1及2的U形冲压时使用的、各冲头部的冲压面的曲率半径。
[表2]
| 试验钢管1 | 试验钢管2 | |
| r1(mm) | 190 | 230 |
| r2(mm) | 110 | 140 |
在表2中，r1及r2分别表示图3所示的冲头A及冲头B的冲压面的曲率半径。
(结果)
由于条件1(以下，记为“实施例”)下的冲头装置具备具有能够移动的一对冲压面的第一冲头部10及第二冲头部20，所以在冲压试验钢管1时，使各冲头部的一对冲压面向缩小方向移动，同时在冲压试验钢管2时，使各冲压部的一对冲压面向扩大方向移动。通过这样使各冲压面移动，实施例中的本发明的冲头装置能够对应于多个制管尺寸。另外，本实施例的冲头装置即使在制管尺寸不同的情况下，也不需要更换冲头部。因此，在本实施例中，能够缩短以往的冲头装置所需要的钢管尺寸变更时的冲头更换的时间。
与此相对，由于条件2(以下，记为“比较例”。)中使用的冲头装置不能由一个冲头装置对应于两个钢管(试验钢管1及2)，所以对每个钢管都变更了使用的冲头。因此，需要更换冲头的时间。
表3综合表示实施例及比较例的U形冲压后的U管宽度。再有，表3中示出的是通过用O形冲压装置的宽度(O形冲压模直径)除U管宽度而规格化的值。
[表3]
| 试验钢管1 | 试验钢管2 | |
| 实施例 | 0.90 | 0.95 |
| 比较例 | 1.05 | 1.12 |
根据表3，使用了本发明的冲头装置的本实施例的U形冲压后的U管，在试验钢管1及2的双方中，均为小于O形冲压模直径的宽度，表2中的值变为小于1。因此，使用了本发明的冲头装置的U形冲压后的U管，其U管宽度小于O形冲压模直径，所以任一个均能够在U形冲压后直接被送入到O形冲压装置内。
与此相对，在比较例的U形冲压中，由于难以防止U管的回弹，所以表3中的值超过1，U形冲压后的U管宽度变得大于了O形冲压模直径。因此，在本比较例中，在试验钢管1及2的双方中，均不能够在U形冲压后直接将U管送入到O形冲压装置内。
如以上所述，可确认：本发明的冲头装置能够对应于尺寸不同的钢管，且能够减小U管宽度，并且具备形状不同的三种冲头和冲头移动机构的本发明的U形冲压机用冲头装置具有有效性。
Claims (2)
1.一种U形冲压机用冲头装置，其在UOE钢管的制造过程中使用，其特征在于，
具有：
第一冲头部，其在两侧面具备半圆筒形状的冲压面；
第二冲头部，其配置于所述第一冲头部的下方并与其相接，在两侧面具备与所述冲压面相同或不同的半圆筒形状的冲压面；和
第三冲头部，其配置于所述第二冲头部的下方并与其相接，具备向下的半圆筒形状的冲压面。
2.根据权利要求1所述的U形冲压机用冲头装置，其特征在于，
所述第一冲头部及/或所述第二冲头部能够扩大/缩小所述冲压面之间的距离。
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