JP2000140947A - ベンディングロールによるパイプ成形方法及びパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベンディングロールによる成形中の上ロール
にかかる荷重を低減し、上ロールの撓みを抑制して、パ
イプ長手方向中央部で発生する口開きを抑制し、パイプ
形状の良好な高強度厚肉長尺材を製造する。 【解決手段】 予め先後端部両方をパイプ周長の１／５
以上端曲げした材料を用いて、ロール曲げ領域のパイプ
周長の３／５未満となるようにベンディングロールで成
形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベンディングロー
ルによるパイプ成形方法及びパイプに係り、特に、高強
度厚肉長尺材の製造に用いるのに好適な、板材の一方側
に配設される複数のロール（例えば下ロール）と、該複
数のロールの中間の板材に関して反対側に配設される対
向ロール（例えば上ロール）を備えたベンディングロー
ルによるパイプ成形方法、及び、該成形方法により成形
されたパイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプ等の鋼管の製造に際して、大量生
産が行われる際には、パイプ外径が比較的小さい場合に
は電縫鋼管ミルが用いられ、パイプ外径が比較的大きい
場合にはＵＯＥミルが用いられている。

【０００３】一方、少量生産の分野では、パイプ板厚が
厚い場合には、図１に示す如く、板材１０をプレスベン
ダ２０の曲げ型２２と押し型２４の間に挟んでプレスを
多数回（例えば５０回以上）繰り返すことによって曲げ
る方法が採られ、一方、パイプ板厚が薄い場合には、例
えば図２に３本ロールのピラミッド型ロールベンダ３０
を例示する如く、板材１０の下側に配設され、モータ
（図示省略）により駆動される一対の下ロール３２と、
該下ロール３２の中間の板材１０の上側に配設され、締
め込み量Ｓが調整可能とされた上ロール３４とからなる
３本のベンディングロールで、板材１０を送りながら、
曲率半径ρで連続的に曲げていく方法が行われている。

【０００４】このベンディングロールによるパイプ製造
は、具体的には、図３に例示する如く、例えばガスや酸
素プラズマ切断方式のフレームプレーナ４０による切断
・開先加工を行い、次いで、ベンディングロールで曲が
らない板端部を予め曲げておくため、例えば油圧プレス
４２による端曲げ加工を行い、次いで、例えば図２に示
したような３本のロールがピラミッド型に配置されたロ
ールベンダ３０によるロール曲げ加工を行い、次いで、
内外面溶接装置４６により仮付け溶接、内面溶接及び外
面溶接を行い、次いで、端面加工機（図示省略）により
端面切削を行い、ショットブラスト装置（図示省略）に
よるショットブラスト処理を経て、試験・検査に送られ
る。なお、ロール曲げ加工（又は仮付溶接後）の次工程
に、真円度を向上させるために曲げ矯正加工を挿入する
場合もある。曲げ矯正加工もロール曲げ加工とほぼ同様
の加工である。

【０００５】このベンディングロールによるパイプ製造
は、上ロール３４の締め込み量Ｓの調整で製品の外径を
容易に変更可能であるため、多種少量生産が可能で、且
つ、ＵＯＥミル等に比較して設備費が安い等、種々の利
点を有している。

【０００６】しかしながら、ベンディングロールは、特
に上ロール３４の撓み抑制が難しいため、図４に示す如
く、製造されるパイプ１２の中央部で、口開き１２Ａが
発生し易く、負荷が大きく、ロールが撓み易い高強度厚
肉長尺材のパイプが製造できないという問題点を有して
いる。

【０００７】これは、上ロール３４が両端部の軸受のみ
で支えられていること、及び、上ロール３４のロール外
径Ｄwuが、幾何学的関係で製品のパイプ内径より小さく
ないといけないため、製品のパイプ径によって制限され
ることに依存している。なお、下ロール３２は、その外
側に何点かの補強用バックアップロールを設けることが
でき、下ロールの撓みは抑制可能である。

【０００８】一方、前記プレスベンダによるパイプ製造
方法によれば、ロールベンダによるパイプ製造方法に比
べて、厚肉パイプが製造可能であるが、プレスを多数回
繰り返さなければならないため、生産性が低く、コスト
が高くなるという問題点を有していた。

【０００９】前記ロールベンダによるパイプ製造方法の
問題点を解消するものとして、特開昭５３−１２８５６
２に、図５に示す如く、上ロール３４の上方より、上バ
ックアップロール３５を介して、バックアップビーム３
６で圧力を加えながら成形することが提案されている。
図において、３３は、下ロール３２の撓みを抑制する下
バックアップロールである。

【００１０】この方法によれば、上ロール３４の撓みも
減少し、その結果、口開きが抑制されるため、高強度厚
肉長尺材のパイプを容易に製造することが可能となる。

【００１１】又、パイプ径に合わせて、より大きな直径
の上ロールを用いて、上ロールの撓みを防止することに
よって、高強度厚肉長尺材のパイプを製造可能にするこ
ともできる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、大径パイプの製造は可能であるが、小径パ
イプの製造は難しい。何故ならば、小径パイプの製造で
は、バックアップビーム３６を使用するだけのスペース
が、上ロール３４とパイプ１２の間にない上、上ロール
３４のロール外径Ｄwuが、製品（１２）のパイプ内径に
よって制限されるため、小径の上ロール３４を単独で用
いなければならない。その結果、小径パイプの製造で
は、上ロールの撓みを抑制することができず、口開きが
発生したり、あるいは、上ロールの曲げによる許容限界
を越えてしまう恐れがあった。

【００１３】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、パイプ長手方向中央部で発生する口
開きを小さくして、パイプ形状を向上させることを課題
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、板材の一方側
に配設される複数のロールと、該複数のロールの中間の
板材に関して反対側に配設される対向ロールを備えたベ
ンディングロールによるパイプ成形方法において、予め
先後端部両方をパイプ周長の１／５以上端曲げした材料
を用いて、ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５未満と
なるように成形することにより、前記課題を解決したも
のである。

【００１５】又、前記端曲げした先後端部をロールで変
形しないように、材料先後端部ではロールを停止するこ
とにより、前記ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５未
満となるようにしたものである。

【００１６】あるいは、前記複数のロール間隙を広げる
ことにより、前記ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５
未満となるようにしたものである。

【００１７】発明者らが、パイプ中央部の口開き部の曲
率分布を調査した結果を図６に示す。ロール曲げが行わ
れていない先後端部（この場合は、予めプレス等を用い
て端曲げが実施されている）のプレス領域では、製品の
パイプ径に対応する曲率（０．００４）に仕上がってい
るのに対して、ベンディングロールによるロール曲げ領
域の曲率は小さくなっている。即ち、口開き現象は、ロ
ール曲げ領域での曲げ不足に起因していることが分か
る。

【００１８】そこで、端曲げ領域の比率を変更して口開
き量を調査した結果を図７に示す。図の右端の端曲げ比
率５０％のところは、先後端部両方をパイプ周長の５０
％まで、即ち、パイプ周長全長に対して端曲げで仕上げ
たことに対応しており、当然、口開き量はほとんど発生
していない。そこまで端曲げ範囲を広げなくても、パイ
プ周長２０％（１／５）以上で大幅に口開き量が減少し
ている。これは、端曲げ部の剛性で、ロール曲げ部の曲
げ不足が抑制されるためである。

【００１９】端曲げ領域をパイプ周長の１／５以上に拡
大する方法としては、まず、端曲げでパイプ周長の１／
５以上の加工が必要である。端曲げ方法は特に限定する
ものではなく、プレスやロール成形等、ロール曲げより
口開きが少なくできる方法であればよい。

【００２０】更に、端曲げした先後端部をロール曲げで
変形させてしまわないように、即ち、ロール曲げで端曲
げ領域を減少させないように、ロール曲げ領域をパイプ
周長の３／５未満にするようにしなければならない。こ
のためには、端曲げされた先後端部をベンディングロー
ルで再成形して変形させてしまわないよう、ベンディン
グロールを停止して、ロール曲げが行われないようにす
ることが考えられる。

【００２１】一方、複数のロールである下ロールの間隔
Ｌ（図２参照）を拡大すれば、先後端部のベンディング
ロールによる非成形領域を広げるだけでなく、ロール撓
みを減少することもできる。即ち、下ロール間隔Ｌを増
やせば、対向ロールである上ロール３４と下ロール３２
間の距離が増加して、必然的に、非成形領域が広がる。
又、この上ロール３４と下ロール３２間の距離の増加
は、図８に示す如く、曲げモーメント長Ｍの増加につな
がるため、荷重が減少し、ロール撓みも減少することに
なる。即ち、下ロール間隔Ｌを広くして、ロール曲げ領
域を３／５未満にすると、ロール曲げ部自身での口開き
をも抑制できるため、更に有効である。又、下ロール間
隔Ｌの増加とベンディングロールの停止の両方を利用し
て、ロール曲げ領域を３／５未満にしてもよい。

【００２２】このようにして、バックアップビームや大
径の上ロールが使用できない小径のパイプに対しても、
口開きが抑制できるため、高強度厚肉長尺材のパイプを
製造できるようになる。本発明によるパイプ成形方法
は、当然、大径のパイプ製造にも適用可能であり、その
場合、バックアップビームは不要であり、上ロールの変
更もせずに成形できるため、設備の簡略化と作業能率の
向上を図ることができる。

【００２３】なお、前記説明では、２本の駆動用下ロー
ルと１本の締め込み用上ロールで構成される対称なピラ
ミッド型の３本ロールのロールベンダを例にとって説明
していたが、ロールベンダの構成は、これに限定され
ず、上ロールがオフセットされた非対称配置であった
り、例えば図２に示した下ロール３２から離れた位置
に、下ロールがもう一本追加された４本ロール等、３本
以上の下ロールを含んだり、上下逆であったり、又は、
複数側ロールと対向ロールが、板材の上下でなく左右に
配置されているロールベンダにも、本発明は適用でき
る。

【００２４】又、複数側ロールの直径も同じである必要
はない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００２６】本発明を実施するためのパイプ成形装置
は、例えば図９（正面図）及び図１０（側面図）に示す
如く、２本の下ロール３２と、該下ロール３２の中間に
配設される上ロール３４を備えたパイプ成形装置におい
て、前記下ロール３２の間隔Ｌを設定可能とするための
下ロール間隔設定用駆動モータ５０と、前記上ロール３
４の下ロール３２に対する締め込み量Ｓを設定可能とす
るための油圧圧下装置５２とを備えている。図におい
て、５４は、上ロール３４に加わる荷重を検出するため
のロードセル、５６は、スピンドル５８を介して下ロー
ル３２を駆動するための下ロール駆動モータである。

【００２７】本実施形態におけるパイプ成形後の曲率分
布を、従来法と比較して図１１に示す。

【００２８】

【実施例】板厚３０ｍｍ、幅６０００ｍｍの高張力鋼板
を、径に対応した長さに切断すると共に、図３に示した
ような油圧プレス４２で先後端部両方を円弧状に成形し
た後、本発明に係るロールベンダ３０で、直径５００ｍ
ｍのパイプを製造した。なお、ベンディングロールの上
ロール直径Ｄwuは４００ｍｍ、下ロール直径Ｄwlは３５
０ｍｍである。

【００２９】プレス加工範囲をパイプ周長の１／６に
し、且つ、下ロール間隔Ｌを６００ｍｍで成形した比較
例、プレス加工範囲をパイプ周長の１／４にし、且
つ、下ロール間隔Ｌ＝６００ｍｍでロール曲げ長さがパ
イプ周長の１／２になるようにロールを停止させて成形
した本発明法１、プレス加工範囲をパイプ周長の１／
４にし、且つ、下ロール間隔Ｌ＝８００ｍｍでロール曲
げ長さがパイプ周長の１／２になるようにロールを停止
させて成形した本発明法２の３種類の各々について、成
形後の口開き量を図１２に比較して示す。

【００３０】比較例では、成形時の荷重が大きいため、
端部に対して中央部の口開き量が８０ｍｍと大きく、製
品とならなかった。一方、本発明法１では、成形時の荷
重が大きいものの、端部に対して中央部の口開き量が２
０ｍｍと小さくなっており、製品にできた。更に、本発
明法２では、成形時の荷重も大幅に低減し、端部に対し
て中央部の口開き量が１０ｍｍと小さくなっており、良
好なパイプ形状の製品を得ることができた。

【００３１】なお、前記説明においては、いずれも、本
発明が鋼管の製造に適用されていたが、本発明の適用対
象はこれに限定されず、鋼以外の金属、例えばアルミニ
ウム、銅、チタニウム、真鍮等のパイプの製造にも同様
に適用できることは明らかである。

【００３２】又、上ロール締め込みや下ロール間隔変更
も、油圧圧下やモータ駆動に限定されず、締め込みロー
ルや駆動ロールも、それぞれ上ロールや下ロールに限定
されない。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、端曲げ部の剛性により
ロール曲げ時の撓みを抑制できるので、パイプ長手方向
の中央部で発生する口開きを抑制でき、寸法精度の優れ
た、良好なパイプ形状の高強度厚肉長尺材を製造するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプレスベンダによる鋼管の製造方法を説
明するための正面図

【図２】ロールベンダによる鋼管の製造方法を説明する
ための正面図

【図３】ロールベンダによる鋼管製造工程を説明するた
めの斜視図

【図４】従来のロールベンダによる製造でパイプに発生
した口開きを示す斜視図

【図５】口開きを解消するべく特開昭５３−１２８５６
２で提案された方法を示す正面図

【図６】本発明を考案するに際して、パイプ中央部の口
開き量の曲率分布を調査した結果を示す線図

【図７】同じく端曲げ領域の比率を変更して口開き量を
調査した結果を示す線図

【図８】本発明の原理を説明するための、下ロール間隔
を広げた状態を示す正面図

【図９】本発明を実施するためのパイプ成形装置の構成
例を示す正面図

【図１０】同じく側面図

【図１１】本発明の実施形態におけるパイプ成形後の曲
率分布を、従来法と比較して示す線図

【図１２】比較例と本発明法により、パイプ径５００ｍ
ｍのパイプを製造した際の口開き量を比較して示す線図

【符号の説明】

１０…板材 １２…パイプ １２Ａ…口開き ３０…ロールベンダ ３２…下ロール Ｌ…下ロール間隔 ３４…上ロール ５０…下ロール間隔設定用駆動モータ ５２…油圧圧下装置 ５４…ロードセル ５６…下ロール駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 英夫 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 江見 晋吾 千葉県千葉市中央区新浜町１番地 川鉄鋼 管株式会社内 (72)発明者 冨沢 信夫 千葉県千葉市中央区新浜町１番地 川鉄鋼 管株式会社内 Ｆターム(参考） 4E028 CB02 4E063 AA01 BB03 EA10 EA11 LA01 LA12 MA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板材の一方側に配設される複数のロール
   と、該複数のロールの中間の板材に関して反対側に配設
   される対向ロールを備えたベンディングロールによるパ
   イプ成形方法において、 予め先後端部両方をパイプ周長の１／５以上端曲げした
   材料を用いて、ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５未
   満となるように成形することを特徴とするベンディング
   ロールによるパイプ成形方法。
2. 【請求項２】前記端曲げした先後端部をロールで変形し
   ないように、材料先後端部ではロールを停止することに
   より、前記ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５未満と
   なるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のベン
   ディングロールによるパイプ成形方法。
3. 【請求項３】前記複数のロール間隙を広げることによ
   り、前記ロール曲げ領域がパイプ周長の３／５未満とな
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のベンデ
   ィングロールによるパイプ成形方法。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成
   形方法により成形されたパイプ。