【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に組み込まれる伝熱管として好適なシームレス内面溝付管の製造装置及びこの製造装置を使用する内面溝付管の製造方法に関し、特に、溝付プラグ及び圧延ロールを使用する内面溝付管の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内面溝付管は、エアコンディショナ等に使用される空冷式熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用されている。内面溝付管には、転造加工により製造されるシームレス内面溝付管及び高周波誘導溶接等により製造される溶接内面溝付管の２種類がある。このうち、生産性において、シームレス内面溝付管は溶接内面溝付管よりも優れている。
【０００３】
シームレス内面溝付管の製造方法には、ボール転造による製造方法とロール加工による製造方法とがある。ボール転造による内面溝付管の製造方法（以下、ボール転造法という）を以下に説明する。素材には、光輝焼鈍又はインダクションヒーターによる焼鈍により調質された焼鈍材（Ｏ材）からなる素管を使用する。この素管の内部に、外面に溝が形成された溝付プラグを挿入すると共に、前記素管の外面に転接して遊星回転する転造ボールを前記溝付プラグに対応する位置に配置する。転造ボールの遊星回転は磁気浮上式高速モータにより行う。そして、この転造ボールにより前記素管を前記溝付プラグに向けて押圧すると共に、前記素管を抽伸することにより、溝付プラグは管軸を中心に回転し、前記素管の内面全体に前記溝付プラグの溝が転写され、溝が形成される。
【０００４】
しかしながら、前述のボール転造法には以下に示すような問題点がある。先ず、ボール転造法においては、転造ボールを高速で回転させるために磁気浮上式高速モータを使用する必要がある。この磁気浮上式高速モータは極めて高価な装置であるため、設備コストが高くつくという問題点がある。
【０００５】
また、ボール転造法において、シームレス内面溝付管の生産性を向上させ、製造コストを低減するためには、管の抽伸速度を速くする必要がある。一方、ボール転造法において、管内面の溝成形性に影響を及ぼす因子の一つに加工ピッチ（１個のボールが１公転する間に進む素管の長さ）がある。この加工ピッチを従来と同程度にして溝成形性を維持しながら抽伸速度を速くするためには，転造ボールの公転速度を早くする必要がある。しかし、通常の磁気浮上式高速モータにおいては、回転速度の上限値は約３０，０００ｒｐｍである。このため、管の加工ピッチが１回転当たり２ｍｍである場合、抽伸速度の上限値は約６０ｍ／分となる。現有する最高速度の磁気浮上式高速モータにおいても、回転速度は約４５，０００ｒｐｍが限界であり、従って、抽伸速度は約９０ｍ／分が限界である。このため、ボール転造法においては、管の抽伸速度をあまり速くすることができず、生産性の向上にも限界がある。
【０００６】
このように、ボール転造法によるシームレス内面溝付管の製造は、溶接内面溝付管の製造よりは製造コストを低減できるものの、製造設備に磁気浮上式高速モータを設ける必要があるため設備コストが高くなり、また、管の抽伸速度を速くすることが困難であり、製造コストの低減には限界がある。
【０００７】
これらの問題点を解決する手段として、ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法がある（例えば、特許文献１参照。）。ロール加工によるシームレス内面溝付管の製造方法（以下、ロール転造法という）を以下に説明する。
【０００８】
図６は、従来のロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図であり、図７は、図６に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図であり、図８は、図７に示すＡ−Ａ線による断面図である。図６に示すように、銅又は銅合金（以下、総称して銅という）からなる素管１の内部に、フローティングプラグ２が挿入されている。フローティングプラグ２の形状は、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管引抜き側（下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。フローティングプラグ２と整合する位置における素管１の外面には、フローティングプラグ２と共に素管１を縮径加工する保持ダイス３が配置されている。また、フローティングプラグ２には連結軸４を介して溝付プラグ１５が連結されている。溝付プラグ１５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。溝付プラグ１５は連結軸４を軸として自在に回転することができる。また、溝付プラグ１５の回転軸方向の長さは５乃至３０ｍｍ程度である。
【０００９】
なお、溝付プラグ１５の溝のリード角、即ち、溝付プラグ１５の側面における軸方向に平行な直線と溝が延びる方向とのなす角度は０乃至１０°である。また、溝の深さは０．０５乃至０．１５ｍｍである。更に、溝付プラグ１５の軸に直交する断面において、溝の底部の曲率半径は０．０４乃至０．０６ｍｍであり、溝間のフィンの頂部の曲率半径は約０．０５ｍｍであり、フィンの山頂角は８０乃至１２０°である。
【００１０】
そして、素管１の外側における溝付プラグ１５に整合する位置には、１対の圧延ロール６が素管１の外面に転接するように配設されている。各圧延ロール６は自転することができ、その回転軸の方向は素管１の管軸方向に直交している。なお、溝付プラグ１５及び圧延ロール６により転造部１７が構成されている。また、転造部１７の管引抜き方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法に縮径加工する整形ダイス８が設けられている。
【００１１】
図７に示すように、抽伸方向において、圧延ロール６の回転軸は、溝付プラグ１５の長手方向中心付近に位置している。そして、図８に示すように、圧延ロール６の形状はロール中央部の直径がロール両端部の直径よりも小さい鼓形であり、この圧延ロール６の回転軸を含む断面において、側縁の形状が素管１の外面形状に略整合するようになっている。即ち、圧延ロール６の側面の曲率半径は素管１の外面の曲率半径と略等しくなっている。
【００１２】
次に、従来の内面溝付管の製造方法について説明する。図６に示すように、先ず、素管１の内部におけるフローティングプラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１の外面を、この外面に転接して自転する圧延ロール６によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ１５に向けて押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ１５の溝が転写される。このとき、溝付プラグ１５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止しているため、溝付プラグ１５も圧延ロール６と整合する位置に停止している。次に、転造部７を通過した内面に溝が形成された素管１は、整形ダイス８により更に縮径されると共に管軸直交断面の形状が真円形となるように整形され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。
【００１３】
このように、ロール転造法においては、転造ボールを使用しないため、転造ボールを回転させるための磁気浮上式高速モータが不要である。このため、設備コストを抑えることができる。また、転造ボールを使用しないため、管の抽伸速度が転造ボールの公転速度によって決定されることがない。このため、管の抽伸速度を向上させ、生産性を向上させることができる。
【００１４】
【特許文献１】
特公平３−５８８２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。即ち、図６乃至図８に示す従来の製造装置により内面溝付管９を製造しようとすると、素管１の内面に形成しようとする溝の形状及び抽伸速度等の製造条件によっては、主として圧延ロール６と整形ダイス８との間及び整形ダイス８の出側において素管１が破断することがある。例えば、素管１の内面に形成しようとする溝の深さが０．０５ｍｍ未満であれば、ほぼ問題なく加工できるが、深さが０．０５ｍｍ以上の溝を形成しようとすると、破断しやすくなる。また、転造部を２段以上設けてタンデム圧延を施そうとすると、溝形状によらず困難になる。
【００１６】
このように、内面溝付管の製造装置において素管が破断すると、その都度製造装置を停止させなくてはならなくなり、内面溝付管の生産性が低下する。また、素管が破断しないように内面溝の形状及び製造条件を調節すると、内面溝付管の伝熱性能が低下したり、抽伸速度を低く抑えることにより内面溝付管の生産性が低下したりしてしまう。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、製造中の素管の破断を防止でき、伝熱性能が高い内面溝付管を生産性よく製造できる内面溝付管の製造装置及びこの製造装置を使用する内面溝付管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面溝付管の製造装置は、金属管の外面に接触する保持ダイスと、前記金属管の内部に配置され前記保持ダイスに係合され前記保持ダイスと共に前記金属管を縮径加工するフローティングプラグと、前記金属管の内部において前記フローティングプラグから見て前記金属管の引抜方向下流側に配置され前記フローティングプラグに対して回転可能に軸支され外面に溝が形成された円柱部及びこの円柱部の下流側の端面に結合され前記円柱部から下流側に遠ざかるにつれてその直径が減少するテーパ部からなる少なくとも１個の溝付プラグと、回転軸が前記金属管の管軸方向に直交するように前記金属管の外面に転接すると共に回転駆動されて前記金属管を前記溝付プラグに向けて押圧して前記金属管の内面に溝を形成する圧延ロールと、この圧延ロールよりも前記金属管の引抜方向下流側に配置され前記金属管の外面に接触して前記金属管にサイジング加工を施す整形ダイスと、を有し、前記圧延ロールは、この圧延ロールの回転軸が前記溝付プラグの円柱部とテーパ部との境界面よりも前記金属管の引抜方向の３乃至５ｍｍ上流側となる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明においては、圧延ロールが、その回転軸が溝付プラグにおける円柱部とテーパ部との境界面よりも金属管の引抜方向の３乃至５ｍｍ上流側となる位置に配置されているため、金属管と溝付プラグとの間の接触面積が小さくなり、金属管と溝付プラグとの間に発生する摩擦力が小さくなる。これにより、金属管に印加する引抜力を低減することができ、金属管が破断することを防止できる。
【００２０】
また、前記溝付プラグの外周面においてこの溝付プラグの軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とのなす角度が０乃至２０°であり、前記溝の深さが０．０５乃至０．１５ｍｍであり、前記溝付プラグの軸直交断面において、前記溝間に形成されるフィンの両側面がなす角度が６０乃至１２０°であり、前記溝の底部の曲率半径が０．０４乃至０．０６ｍｍであり、前記フィンの頂部の曲率半径が０．０４乃至０．１０ｍｍであることが好ましい。
【００２１】
更に、前記テーパ部の形状が円錐台形状であってもよく、この場合、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記円柱部の側縁と前記テーパ部の側縁とのなす角度が３０乃至６０°であることが好ましい。これにより、金属管の破断をより効果的に防止することができる。
【００２２】
又は、前記テーパ部の側面が外側に膨らんだ曲面であってもよく、この場合、前記溝付プラグの中心軸を含む断面において、前記曲面は曲率半径が１乃至２ｍｍの円弧状であることが好ましい。これにより、金属管の破断をより効果的に防止することができる。
【００２３】
更に、前記溝付プラグ及び前記圧延ロールからなる転造部が前記金属管の引抜方向に沿って複数段配置されており、前記圧延ロールの回転軸が延びる方向が前記転造部間で相互に異なっていてもよい。これにより、金属管の内面に溝をより均一に形成することができる。また、金属管の内面に複数種類の溝を形成することができる。
【００２４】
本発明に係る内面溝付管の製造方法は、金属管を引抜くことにより、この金属管の管外に配置された保持ダイス及び管内に配置され前記保持ダイスに係合させたフローティングプラグにより前記金属管を順次縮径加工する工程と、前記金属管の外面に圧延ロールをその回転軸が前記金属管の管軸方向に直交するように転接させると共に、前記金属管の内部において前記フローティングプラグから見て前記金属管の引抜方向下流側に配置され前記フローティングプラグに対して回転可能に軸支され外面に溝が形成された円柱部及びこの円柱部の前記金属管の引抜方向下流側の端面に結合され前記円柱部から下流側に遠ざかるにつれてその直径が減少するテーパ部からなる少なくとも１個の溝付プラグを前記金属管内における前記円柱部とテーパ部との境界面が前記圧延ロールの回転軸よりも前記金属管の引抜方向の３乃至５ｍｍ下流側となる位置に配置し、前記圧延ロールにより前記金属管を前記溝付プラグに押圧することにより前記金属管の内面に溝を形成する工程と、整形ダイスを前記金属管の外面に接触させることにより前記金属管にサイジング加工を施す工程と、を有することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、前述の素管破断の原因を究明すべく鋭意実験研究を行い、以下に示す知見を得た。即ち、図８に示すように、ロール転造法において、素管１の内面に均一に溝を形成するためには、圧延ロール６の形状を鼓形とし、圧延ロール６の側面が素管１の外面に可及的に均一に接触するようにする必要がある。これにより、素管１の内面は溝付プラグ１５の外面に略均一に線接触する。また、溝付プラグ１５の溝に流れ込んだ素管１の材料は、スプリングバックすることなく、溝付プラグ１５との間で接触が保たれる。このため、溝付プラグ１５と素管１との接触面積が大きくなる。この状態で素管１が抽伸方向に引抜かれると、前記接触面積が大きいため、大きな摩擦力が発生する。従って、素管１を引抜くためには、この大きな摩擦力を上回る大きな引抜力を素管１に印加する必要がある。この結果、転造部１７よりも下流側において、素管１に大きな力が加わり、この力が素管１の引張破断強度を超えると、素管１が破断する。なお、ボール転造法においては、転造ボールは素管の外面に点接触するため、素管の内面と溝付プラグとの接触面積は小さく、上述のような問題は発生しにくい。
【００２６】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図であり、図２は、図１に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図であり、図３は、本実施形態における溝付プラグを示す部分断面図である。なお、図１乃至図３に示す構成要素のうち、図６乃至図８に示す従来の装置の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態に係る内面溝付管の製造装置においては、フローティングプラグ２に、連結軸４を介して溝付プラグ５が連結されている。溝付プラグ５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の溝が加工されている。また、溝付プラグ５は連結軸４を軸として自在に回転することができる。
【００２８】
また、図２に示すように、溝付プラグ５は、抽伸方向上流側に配置された円柱部１１と、この円柱部１１の抽伸方向下流側の端面に結合されたテーパ部１２とから構成されている。溝付プラグ５の軸方向における全長は例えば５乃至３０ｍｍであり、例えば２５ｍｍである。また、外径は例えば１０ｍｍである。そして、円柱部１１の形状は円柱形であり、その側面には螺旋状又は直線状の溝１３が形成されている。溝１３のリード角θ、即ち、円柱部１１の側面における円柱部１１の軸方向に平行な直線と溝１３が延びる方向とのなす角度は例えば０乃至２０°である。リード角θが０°の場合は、溝１３が軸方向に平行な直線状の溝である場合である。
【００２９】
そして、図３に示すように、溝付プラグ５の円柱部１１においては、溝１３間がフィン１４となっている。溝１３の深さｈは例えば０．０５乃至０．１５ｍｍである。なお、溝１３の深さｈは、フィン１４の高さと等しく、中心軸が溝付プラグ５の中心軸と同一であり溝１３の底部を結ぶ仮想的な円柱面１６ａと、中心軸が溝付プラグ５の中心軸と同一でありフィン１４の頂部を結ぶ仮想的な円柱面１６ｂとの間の距離である。また、図３に示す断面、即ち、円柱部１１の軸に直交する断面において、溝１３の底部の曲率半径ｒ１は例えば０．０４乃至０．０６ｍｍであり、フィン１４の頂部の曲率半径ｒ２は例えば０．０４乃至０．１０ｍｍであり、フィン１４の山頂角α、即ち、フィン１４の両側面がなす角度は例えば６０乃至１２０°である。なお、溝付プラグ５は例えば超微粒子超硬合金により形成されていることが好ましく、超微粒子超硬合金は直径が０．５μｍ以下のタングステンカーバイド（ＷＣ）の微粒子を含むことがより好ましい。
【００３０】
一方、図２に示すように、テーパ部１２の形状は側面がテーパ状である円錐台形状であり、円柱部１１との境界面１７から離れるほど、即ち、抽伸方向下流側にいくほどその直径が小さくなっている。また、テーパ部１２の外面には溝は形成されていない。溝付プラグ５の中心軸を含む断面において、円柱部１１の側縁とテーパ部１２の側縁とのなす角度は、例えば３０乃至６０°である。
【００３１】
素管１の外側における溝付プラグ５に整合する位置には、１対の圧延ロール６が素管１の外面に転接するように配設されている。各圧延ロール６は自転することができ、１対の圧延ロール６の回転軸は相互に平行であり、その回転軸の方向は素管１の管軸方向に直交している。圧延ロール６の形状は両端部が太く中央部が細い鼓形であり、回転軸を含む断面において、その側面の曲率半径は素管１の外面の半径と略等しくなっており、圧延ロール６の側縁形状は素管１の外面形状に略整合し、圧延ロール６は素管１に略均等に線接触している。なお、溝付プラグ５及び圧延ロール６により転造部７が構成されている。
【００３２】
そして、抽伸方向において、圧延ロール６の回転軸は、溝付プラグ５における円柱部１１とテーパ部１２との境界面１７よりも３乃至５ｍｍ上流側に位置している。即ち、１対の圧延ロール６の回転軸を含む平面１８は、素管１の管軸に垂直であり、円柱部１１の内部を横断しており、この平面１８と境界面１７との間の距離Ｘは３乃至５ｍｍとなっている。
【００３３】
更に、転造部１７の管引抜き方向下流側には、内面に溝が形成された素管１の外径を所定の寸法にサイジング加工する整形ダイス８が設けられている。本実施形態に係る内面溝付管の製造装置における上記以外の構成は、図６乃至図８に示す従来の製造装置の構成と同様である。
【００３４】
以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００３５】
圧延ロールの回転軸の位置：円柱部とテーパ部との境界面よりも３乃至５ｍｍ上流側
圧延ロールの回転軸を含む平面と前記境界面との間の距離Ｘが３ｍｍ未満であると、圧延ロールのロールセンターが溝付プラグの下流側端部に乗ってしまう。このため、素管における圧延ロールとの接触部分と、溝付プラグとの接触部分との重なりが少なくなり、圧延ロールが素管を押圧する力が素管の内面に溝を形成することに有効に使用されなくなる。このため、溝を形成することが困難になる。また、素管における溝付プラグの円柱部とテーパ部との境界部分に相当する部分に応力が集中するため、素管が破断しやすくなる。一方、前記距離Ｘが５ｍｍを超えると、素管の内面に形成されたフィンと溝付プラグの溝との接触面積が増加し、素管と溝付プラグとの摩擦力が増加するため、素管が破断しやすくなる。従って、圧延ロールの回転軸の位置は円柱部とテーパ部との境界面よりも３乃至５ｍｍ上流側とする。
【００３６】
溝付プラグの溝のリード角：０乃至２０°
溝付プラグにより素管の内面に溝を形成する際には、溝付プラグの溝と、この溝が素管の内面に転写されて形成された素管内面のフィンとが相互に噛み合った状態となる。溝が螺旋状、即ち、溝のリード角が０°より大きい角度であると、素管が抽伸されることにより、素管が、その内面に形成された溝に沿って溝付プラグを回転させようとする。そして、素管は溝付プラグからの反力を受け、溝付プラグと逆の方向に回転しようとする。一方、圧延ロールは素管との接触面積が大きいため、素管を管周方向に拘束し、回転を妨げる。この結果、素管には管周方向に沿って大きな力が加わり、この力が管軸方向に沿った引抜力に加算される。溝付プラグの溝のリード角が２０°を超えると、この力が大きくなり、素管が破断しやすくなる。従って、溝付プラグの溝のリード角は０乃至２０°とすることが好ましい。
【００３７】
溝付プラグの溝の深さｈ：０．０５乃至０．１５ｍｍ
溝付プラグの溝の深さｈが０．０５ｍｍ未満であると、この溝が素管の内面に転写されて形成されるフィンの高さが低くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下する。一方、溝付プラグの溝の深さが０．１５ｍｍを超えると、素管が破断しやすくなり、加工できなくなる。従って、溝付プラグの溝の深さｈは０．０５乃至０．１５ｍｍとすることが好ましい。
【００３８】
溝付プラグの溝の底部の曲率半径ｒ １ ：０．０４乃至０．０６ｍｍ
溝の底部の曲率半径ｒ１が０．０４ｍｍ未満であると、溝の形状が鋭くなりすぎて溝の加工ができなくなる。一方、曲率半径ｒ１が０．０６ｍｍを超えると、内面溝付管の内面に形成されるフィンが太くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下すると共に、内面溝付管の単重が重くなる。従って、溝付プラグの溝の底部の曲率半径ｒ１は０．０４乃至０．０６ｍｍとすることが好ましい。
【００３９】
溝付プラグの溝間のフィンの頂部の曲率半径ｒ ２ ：０．０４乃至０．１０ｍｍ
溝付プラグのフィンの頂部の曲率半径ｒ２が０．０４ｍｍ未満であると、このフィンの形状が鋭利なくさび状になり、素管がこのフィンの頂部を起点として破断しやすくなる。一方、曲率半径ｒ２が０．１０ｍｍを超えると、フィンの形状が太くなり過ぎ、素管を形成する材料のメタルフローが悪くなり、フィンの成形性が劣化する。従って、溝付プラグの溝間のフィンの頂部の曲率半径ｒ２は０．０４乃至０．１０ｍｍとする。
【００４０】
溝付プラグのフィンの山頂角α：６０乃至１２０°
フィンの山頂角αが６０°未満であると、高さ、即ち溝の深さが０．０５ｍｍ以上となるフィンを形成できなくなる。一方、フィンの山頂角αが１２０°を超えると、素管の内面に形成される溝の幅が広くなり、内面溝付管の伝熱性能が低下する。従って、溝付プラグのフィンの山頂角αは６０乃至１２０°とすることが好ましい。
【００４１】
円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φ：３０乃至６０°
テーパ部は溝付プラグの抽伸方向下流側の端部と素管との接触部分において、素管に応力集中部が生じて素管が破断することを避けるために設けるものである。円柱部の中心軸を含む断面において、円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φが３０°未満であると、上述のテーパ部の効果を得るためにはテーパ部を長くする必要が生じる。この結果、テーパ部と素管との接触長さが長くなるため、溝付プラグと素管との間に発生する摩擦力が増大し、素管が破断しやすくなる。一方、前記角度φが６０°を超えると、溝付プラグの下流側端部の形状が鋭利になり、テーパ部を設けることによる効果が減少し、素管が破断しやすくなる。従って、円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φは３０乃至６０°とすることが好ましい。
【００４２】
次に、本実施形態に係る内面溝付管の製造装置の使用方法、即ち、本実施形態に係る内面溝付管の製造方法について説明する。図１に示すように、先ず、素管１を準備する。素管１を形成する材料は、管に加工可能な金属であれば何でもよいが、例えば銅又は銅合金であり、例えば、伝熱性及び加工性が良好なＪＩＳ Ｈ１２２０に記載されている脱酸銅又はＪＩＳ Ｈ１１０１に記載されているＯＦＣ（Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｒｅｅ Ｃｏｐｐｅｒ：無酸素銅）である。また、調質は例えば引張強度が３５０Ｎ／ｍｍ２を超える程度のＨ材とする。次に、素管１の内部におけるフローティングプラグ２の上流側に抽伸油１０を充填する。そして、素管１に対して抽伸方向に向かう引抜力を印加し、素管１を抽伸方向に引抜く。このとき、整形ダイス８を通過した後の内面溝付管９の引抜速度を例えば６ｍ／秒とする。
【００４３】
これにより、素管１をフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１の外面を、この外面に転接して自転する圧延ロール６によって押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ５に向けて押圧する。これにより、素管１の内面に溝付プラグ５の溝１３が転写され、フィンが形成される。即ち、溝付プラグ５の溝１３が素管１の内面に転写されてフィンとなり、フィン１４が素管１の内面に転写されて溝１９となる。
【００４４】
このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してフローティングプラグ２に連結されており、フローティングプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及び保持ダイス３からの抗力により、保持ダイス３と整合する位置に係止しているため、溝付プラグ５も圧延ロール６と整合する位置に停止している。次に、転造部７を通過した内面に溝が形成された素管１は、１対の圧延ロール６により１軸方向に押圧されるため、管軸直交断面の形状が楕円形となっている。そこで、この素管１は整形ダイス８によりサイジング加工を施され、更に縮径されると共に管軸直交断面の形状が真円形となるように整形され、所定の外径を有する内面溝付管９となる。この内面溝付管９は、外径が例えば４乃至１０ｍｍであり、内面に螺旋状又は直線状の溝１９が形成されたものである。
【００４５】
本実施形態においては、１対の圧延ロール６を使用して内面溝付管９を製造している。このため、転造ボールを使用する製造装置と比較して、高価な磁気浮上式高速モータを設ける必要がないため、設備コストが低い。また、転造ボールを使用しないため、管の抽伸速度が転造ボールの公転速度によって決定されることがなく、抽伸速度を高速化することが可能である。このため、内面溝付管の生産性を向上させることができる。
【００４６】
また、圧延ロール６の回転軸の位置を、溝付プラグ５の円柱部１１とテーパ部１２との境界面１７よりも３乃至５ｍｍ上流側とすることにより、素管１と溝付プラグ５との接触面積が減少し、素管１と溝付プラグ５との間に生じる摩擦力が低減する。これにより、素管１に印加する引抜力を従来よりも小さくすることができ、素管１の破断を防止することができる。
【００４７】
更に、溝付プラグ５の溝１３が上述の形状を有しているため、内面溝付管の内面に所定の形状の溝１９を形成することができる。この結果、この内面溝付管を熱交換器の伝熱管として使用する場合に、伝熱性能が良好な伝熱管を得ることができる。
【００４８】
次に、本第１実施形態の変形例について説明する。図４は、本変形例における溝付プラグを示す断面図である。図４に示すように、本変形例に係る内面溝付管の製造装置においては、前述の第１の実施形態と比較して、溝付プラグ５の替わりに溝付プラグ５ａが設けられている。本変形例における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００４９】
図４に示すように、溝付プラグ５ａは、円柱部１１と、この円柱部１１の抽伸方向下流側の端面に結合されたテーパ部１２ａとから構成されている。円柱部１１の構成は、前述の第１の実施形態における円柱部１１と同様である。一方、テーパ部１２ａは、円柱部１１との境界面１７から離れるほど、即ち、抽伸方向下流側にいくほどその直径が小さくなっている。そして、テーパ部１２ａの側面２０は、外側に膨らんだ曲面となっており、溝付プラグ５ａの中心軸を含む断面において、側面２０は円弧状となっている。この側面２０がなす円弧の曲率半径Ｒは、例えば１乃至２ｍｍである。また、本変形例においても、前述の第１の実施形態と同様に、１対の圧延ロール６の回転軸を含む平面１８（図２参照）は、円筒部１１とテーパ部１２ａとの境界面１７よりも３乃至５ｍｍ抽伸方向上流側に位置している。本変形例における動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。以下、前述の数値限定理由を説明する。
【００５０】
溝付プラグのテーパ部の側面の曲率半径Ｒ：１乃至２ｍｍ
前記テーパ部の側面の曲率半径Ｒが１ｍｍ未満であると、溝付プラグの下流側端部の形状が鋭利になり、テーパ部を設けることによる効果が減少し、素管が破断しやすくなる。一方、前記曲率半径Ｒが２ｍｍを超えると、テーパ部の効果を得るためにはテーパ部を長くする必要が生じる。この結果、テーパ部と素管との接触長さが長くなるため、溝付プラグと素管との間に発生する摩擦力が増大し、素管が破断しやすくなる。従って、溝付プラグのテーパ部の側面の曲率半径Ｒは１乃至２ｍｍとすることが好ましい。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係るロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。なお、図５においては、素管の内面に形成された溝は図示を省略している。
【００５２】
図５に示すように、本実施形態に係る内面溝付管の製造装置においては、前述の第１の実施形態と比較して、圧延ロールが２段設けられたタンデム圧延方式となっている点が異なっている。即ち、１段目の転造部７と整形ダイス８との間に、溝付プラグ５ｂ及び１対の圧延ロール６ｂからなる２段目の転造部７ｂが設けられている。また、１段目の転造部７と２段目の転造部７ｂとの間に、素管１を整形する中間ダイス２１が設けられている。
【００５３】
更に、連結軸４は溝付プラグ５を貫通しており、溝付プラグ５は連結軸４に沿って抽伸方向に移動可能に取り付けられている。そして、フローティングプラグ２と溝付プラグ５との間、及び溝付プラグ５と溝付プラグ５ｂとの間には、環状のワッシャ２２が複数個相互に密接するように設けられており、このワッシャ２２の開口部を連結軸４が貫通している。これにより、ワッシャ２２の数により溝付プラグ５はその抽伸方向における位置が調節され固定されている。
【００５４】
２段目の転造部７ｂにおいては、溝付プラグ５ｂの直径は１段目の転造部７の溝付プラグ５の直径よりも小さく、素管１の内部に設けられている。また、圧延ロール６ｂの構成は例えば１段目の転造部７の圧延ロール６と同じであり、素管１の外部における素管１の外面に転接する位置に設けられている。圧延ロール６ｂの回転軸が延びる方向は、素管１の抽伸方向に直交しており、且つ、圧延ロール６の回転軸が延びる方向にも直交している。転造部７ｂにおける溝付プラグ５ｂと圧延ロール６ｂとの相対的な位置関係は、転造部７における溝付プラグ５と圧延ロール６との相対的な位置関係と同様である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５５】
次に、本実施形態の動作について説明する。本実施形態においては、整形ダイス８を通過した後の内面溝付管９ｂの引抜速度を例えば４ｍ／秒とする。素管１はフローティングプラグ２及び保持ダイス３により縮径された後、転造部７において溝付プラグ５及び圧延ロール６により縮径されると共に内面に溝が形成される。その後、素管１は中間ダイス２１により管軸直交断面が真円形になるように整形される。次に、転造部７ｂにおいて、素管１は、溝付プラグ５ｂ及び１対の圧延ロール６ｂにより縮径されると共に内面に溝が形成され、整形ダイス８により更に縮径されると共に整形され、内面溝付管９ｂとなる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態においては、転造部を２段設けてタンデム圧延としているため、２対の圧延ロールにより素管１を相互に直交する方向から押圧することができる。これにより、素管１の内面により均一に溝を形成することができる。また、２段目の溝付プラグ５ｂの外面に形成されている溝の形状を、１段目の溝付プラグ５の外面に形成されている溝の形状と異ならせることにより、素管１の内面に２種類の溝を形成することができる。これにより、例えば、相互に異なる方向に沿って延びる２種類の溝が形成された交差溝内面溝付管を製造することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明の効果について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。
【００５８】
試験例１
本試験例１においては、前述の第１の実施形態において示したシングル圧延方式の製造装置（図１参照）により、長さが２０００ｍの内面溝付管を製造し、このとき、素管に破断が生じたか否かを評価した。サイジング後の内面溝付管の外径は７ｍｍとした。また、溝付プラグの形状は、フィンの高さ（溝の深さ）ｈを０．０８ｍｍとし、フィンの山頂角αを９０°とし、溝数を８０とした。更に、溝付プラグのテーパ部の形状は側面がテーパ状である円錐台形状とし、中心軸を含む断面における円柱部の側縁とテーパ部の側縁とのなす角度φを４５°とし、テーパ部の長さを１．５ｍｍとした。なお、溝付プラグの全長は２５ｍｍとした。整形ダイスの下流側における抽伸速度、１対の圧延ロールの回転軸を含む平面と溝付プラグにおける円柱部とテーパ部との境界面との間の距離Ｘ、溝付プラグの溝のリード角θ、内面溝付管の内面に形成された溝のリード角、及び加工性を表１に示す。なお、表１に示す「加工性」とは、長さが２０００ｍの内面溝付管を製造したときの素管の破断の有無を示し、破断が生じた場合を「×」、生じなかった場合を「○」と表記した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１に示すＮｏ．３、４、６、７、８は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．３、４、６、７、８は、１対の圧延ロールの回転軸を含む平面が溝付プラグの円柱部とテーパ部との境界面よりも抽伸方向上流側にあり、前記平面と境界面との間の距離Ｘが３乃至５ｍｍであるため、長さが２０００ｍの内面溝付管を製造しても途中で素管が破断せず、加工性が良好であった。特に、実施例Ｎｏ．６は、抽伸速度が６ｍ／秒と高速で加工することができた。また、実施例Ｎｏ．３、４、６、７、８は、溝付プラグの溝の形状が本発明の範囲を満たしているため、製造した内面溝付管の伝熱性能が良好である。なお、実施例Ｎｏ．８において、サイジング後（整形ダイス通過後）の内面溝付管のフィンの高さを測定したところ、０．１０ｍｍであった。
【００６１】
これに対して、表１に示すＮｏ．１、２、５は比較例である。比較例Ｎｏ．１及び２は距離Ｘが５ｍｍを超えていたため、溝付プラグと素管との間に発生する摩擦力が大きくなり、製造途中で素管が破断した。また、比較例Ｎｏ．５は、距離Ｘが３ｍｍ未満であったため、溝付プラグの下流側端部で素管が破断した。
【００６２】
試験例２
本試験例２においては、前述の第２の実施形態において示したタンデム圧延方式の製造装置（図５参照）により、長さが２０００ｍの内面溝付管を製造し、このとき、素管に破断が生じたか否かを評価した。サイジング後の内面溝付管の外径を７ｍｍとし、フィンの高さを０．１０ｍｍとし、フィンの山頂角を９５°とした。また、１段目及び２段目共に、溝付プラグの溝数を７５とし、溝付プラグのテーパ部の側面形状は円弧状とし、その曲率半径Ｒを１．５ｍｍとし、溝付プラグの全長を２５ｍｍとした。整形ダイスの下流側における抽伸速度、１段目及び２段目の転造部における１対の圧延ロールの回転軸を含む平面と溝付プラグにおける円柱部とテーパ部との境界面との間の距離Ｘ、溝付プラグの溝のリード角θ、内面溝付管の内面に形成された溝のリード角、及び加工性を表２に示す。加工性の判断基準及び表記は、前述の試験例１と同様である。
【００６３】
以下、前記距離Ｘの測定方法について説明する。図５に示すように、素管１を圧延している状態において素管の引抜きを停止し、加工部の素管並びにフローティングプラグ２、連結軸４、溝付プラグ５及び溝付プラグ５ｂからなるサンプルを作製した。そして、フローティングプラグ２の側面に生じた光沢が他の領域と異なる環状領域を検出した。この環状領域が保持ダイス３の押圧による素管１との摺動部である。次に、この環状の摺動部の抽伸方向下流側の端Ｂと、素管１における保持ダイス３の出側に相当する部分、即ち、保持ダイス３による縮径加工の終了端との位置を合わせた。このとき、素管１の外面における圧延ロール６による圧痕の下流側端縁が圧延ロール６のロールセンターに相当する。従って、この圧痕の下流側端縁と溝付プラグ５における円柱部１１とテーパ部１２との境界面との間の距離を測定することにより、前記距離Ｘを求めることができた。また、２段目の転造部７ｂにおいても同様に距離Ｘを求めることができた。そして、フローティングプラグ２と溝付プラグ５との間及び溝付プラグ５と溝付プラグ５ｂとの間に任意の数のワッシャ２２を挟むことにより、距離Ｘを所望の値に調整した。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２に示すＮｏ．１１、１２、１４、１５は本発明の実施例である。実施例Ｎｏ．１１、１２、１４、１５は、１段目の転造部及び２段目の転造部の双方において、１対の圧延ロールの回転軸を含む平面が溝付プラグの円柱部とテーパ部との境界面よりも抽伸方向上流側にあり、前記平面と境界面との間の距離Ｘが３乃至５ｍｍであるため、長さが２０００ｍの内面溝付管を製造しても途中で素管が破断せず、加工性が良好であった。また、実施例Ｎｏ．１１、１２、１４、１５は、溝付プラグの溝の形状が本発明の範囲を満たしているため、製造した内面溝付管の伝熱性能が良好である。特に、実施例Ｎｏ．１４においては、抽伸速度が２．０ｍ／秒と高速で加工することができた。また、実施例Ｎｏ．１５においては、抽伸速度を１．０ｍ／秒と高速にでき、且つ、管の内面にリード角が１４°と大きい溝を形成することができた。このため、実施例Ｎｏ．１５の内面溝付管は、伝熱性能が特に良好である。
【００６６】
これに対して、表２に示すＮｏ．９、１０、１３は比較例である。比較例Ｎｏ．９及び１０は距離Ｘが５ｍｍを超えていたため、溝付プラグと素管との間に発生する摩擦力が大きくなり、製造途中で素管が破断した。また、比較例Ｎｏ．１３は、１段目の転造部において距離Ｘが３ｍｍ未満であったため、素管が破断した。
【００６７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、圧延ロールを、その回転軸を含む平面が溝付プラグにおける円柱部とテーパ部との境界面よりも金属管の引抜方向上流側であり前記平面と前記境界面との間の距離が３乃至５ｍｍとなる位置に配置することにより、金属管と溝付プラグとの間の接触面積を小さくし、金属管が破断することを防止することができる。これにより、伝熱性能が高い内面溝付管を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図２】図１に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。
【図３】本実施形態における溝付プラグを示す部分断面図である。
【図４】本実施形態の変形例における溝付プラグを示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図６】従来のロール転造法によるシームレス内面溝付伝熱管の製造装置及び製造方法を示す断面図である。
【図７】図６に示す製造装置の転造部を示す拡大断面図である。
【図８】図７に示すＡ−Ａ線による断面図である。
【符号の説明】
１；素管
２；フローティングプラグ
３；保持ダイス
４；連結軸
５、５ａ、５ｂ、１５；溝付プラグ
６、６ｂ；圧延ロール
７、７ｂ、１７；転造部
８；整形ダイス
９、９ｂ；内面溝付管
１０；抽伸油
１１；円柱部
１２、１２ａ；テーパ部
１３；溝
１４；フィン
１６ａ、１６ｂ；仮想的な円柱面
１７；円柱部１１とテーパ部１２との境界面
１８；１対の圧延ロール６の回転軸を含む平面
１９；溝
２０；溝付プラグ５ａの側面
２１；中間ダイス
２２；ワッシャ
ｒ１；溝１３の底部の曲率半径
ｒ２；フィン１４の頂部の曲率半径
Ｒ；側面２０の曲率半径
Ｘ；平面１８と境界面１７との間の距離
α；フィン１４の山頂角
θ；溝１３のリード角
φ；円柱部１１の側縁とテーパ部１１の側縁とのなす角度[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a manufacturing apparatus for a seamless inner grooved pipe suitable as a heat transfer tube incorporated in a heat exchanger and a method for manufacturing an inner grooved pipe using the manufacturing apparatus, and particularly to using a grooved plug and a rolling roll. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing an inner grooved pipe.
[0002]
[Prior art]
The inner grooved pipe is used as a heat transfer pipe incorporated in an air-cooled heat exchanger used for an air conditioner or the like. There are two types of inner grooved pipes: a seamless inner grooved pipe manufactured by rolling and a welded inner grooved pipe manufactured by high frequency induction welding or the like. Among them, the seamless inner grooved pipe is superior to the welded inner grooved pipe in productivity.
[0003]
The method of manufacturing the seamless inner grooved pipe includes a manufacturing method by ball rolling and a manufacturing method by roll processing. A method of manufacturing an inner grooved tube by ball rolling (hereinafter, referred to as ball rolling method) will be described below. As the material, a raw tube made of an annealed material (O material) that has been tempered by bright annealing or annealing by an induction heater is used. A grooved plug having a groove formed on the outer surface is inserted into the inside of the raw tube, and a rolling ball which is in rolling contact with the outer surface of the raw tube and rotates planetarily is arranged at a position corresponding to the grooved plug. The planetary rotation of the rolled ball is performed by a magnetic levitation high speed motor. The rolled ball presses the raw tube toward the grooved plug, and by drawing the raw tube, the grooved plug rotates around the pipe axis, and extends over the entire inner surface of the raw tube. The groove of the grooved plug is transferred to form a groove.
[0004]
However, the above-described ball rolling method has the following problems. First, in the ball rolling method, it is necessary to use a magnetic levitation type high speed motor in order to rotate the rolled ball at high speed. Since this magnetic levitation type high-speed motor is an extremely expensive device, there is a problem that the equipment cost is high.
[0005]
Further, in the ball rolling method, it is necessary to increase the drawing speed of the tube in order to improve the productivity of the seamless inner grooved tube and reduce the manufacturing cost. On the other hand, in the ball rolling method, one of the factors that affect the groove formability of the inner surface of the tube is a processing pitch (the length of a raw tube that advances during one revolution of one ball). In order to increase the drawing speed while maintaining the groove formability by setting the working pitch to the same level as the conventional one, it is necessary to increase the revolution speed of the rolled ball. However, in a normal magnetic levitation type high-speed motor, the upper limit of the rotation speed is about 30,000 rpm. For this reason, when the processing pitch of the pipe is 2 mm per rotation, the upper limit of the drawing speed is about 60 m / min. Even in the magnetic levitation type high speed motor having the highest speed, the rotation speed is limited to about 45,000 rpm, and therefore, the drawing speed is limited to about 90 m / min. For this reason, in the ball rolling method, the drawing speed of the tube cannot be made too high, and there is a limit in improving the productivity.
[0006]
As described above, the production of the seamless inner grooved pipe by the ball rolling method can reduce the production cost as compared with the production of the welded inner grooved pipe, but it is necessary to provide a magnetic levitation type high-speed motor in the production equipment, so the equipment cost is reduced. And it is difficult to increase the drawing speed of the tube, and there is a limit in reducing the manufacturing cost.
[0007]
As a means for solving these problems, there is a method of manufacturing a seamless inner grooved pipe by rolling (for example, see Patent Document 1). A method for manufacturing a seamless inner grooved pipe by roll processing (hereinafter referred to as roll rolling method) will be described below.
[0008]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a heat transfer tube with a seamless inner surface groove by a conventional roll rolling method, and FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a rolled portion of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along line AA shown in FIG. As shown in FIG. 6, a floating plug 2 is inserted into a raw tube 1 made of copper or a copper alloy (hereinafter, collectively referred to as copper). The shape of the floating plug 2 is such that the outer diameter on the tube supply side (upstream side) is slightly smaller than the inner diameter of the raw tube 1, and the outer diameter on the tube withdrawal side (downstream side) is smaller than the outer diameter on the tube supply side. . A holding die 3 for reducing the diameter of the raw tube 1 together with the floating plug 2 is arranged on the outer surface of the raw tube 1 at a position matching the floating plug 2. A grooved plug 15 is connected to the floating plug 2 via a connection shaft 4. On the outer peripheral surface of the grooved plug 15, a groove having a shape to be formed on the inner peripheral surface of the raw tube 1 is formed. The grooved plug 15 can freely rotate around the connection shaft 4. The length of the grooved plug 15 in the direction of the rotation axis is about 5 to 30 mm.
[0009]
The lead angle of the groove of the grooved plug 15, that is, the angle between a straight line parallel to the axial direction on the side surface of the grooved plug 15 and the direction in which the groove extends is 0 to 10 °. The depth of the groove is 0.05 to 0.15 mm. Further, in a cross section orthogonal to the axis of the grooved plug 15, the radius of curvature at the bottom of the groove is 0.04 to 0.06 mm, the radius of curvature at the top of the fin between the grooves is about 0.05 mm, and The peak angle is 80 to 120 °.
[0010]
A pair of rolling rolls 6 are disposed at positions outside the raw tube 1 at positions matching the grooved plugs 15 so as to be in rolling contact with the outer surface of the raw tube 1. Each of the rolling rolls 6 can rotate on its own axis, and the direction of its rotation axis is orthogonal to the tube axis direction of the raw tube 1. In addition, the rolled part 17 is comprised by the grooved plug 15 and the rolling roll 6. A shaping die 8 is provided downstream of the rolled portion 17 in the pipe drawing direction to reduce the outer diameter of the raw tube 1 having a groove formed on the inner surface to a predetermined size.
[0011]
As shown in FIG. 7, in the drawing direction, the rotation axis of the rolling roll 6 is located near the center of the grooved plug 15 in the longitudinal direction. As shown in FIG. 8, the shape of the rolling roll 6 is a drum shape in which the diameter at the center of the roll is smaller than the diameter at both ends of the roll. Are substantially matched to the outer surface shape of the raw tube 1. That is, the radius of curvature of the side surface of the rolling roll 6 is substantially equal to the radius of curvature of the outer surface of the raw tube 1.
[0012]
Next, a method for manufacturing a conventional inner grooved pipe will be described. As shown in FIG. 6, first, drawing oil 10 is filled inside the raw pipe 1 on the upstream side of the floating plug 2. Then, the diameter of the raw tube 1 is reduced by the floating plug 2 and the holding die 3. Next, the outer surface of the tube 1 whose diameter has been reduced is reduced by being pressed by a rolling roll 6 which is in contact with the outer surface and rotates, and is pressed toward the grooved plug 15. Thereby, the groove of the grooved plug 15 is transferred to the inner surface of the raw tube 1. At this time, the grooved plug 15 is connected to the floating plug 2 via the connection shaft 4, and the floating plug 2 is aligned with the holding die 3 by the frictional force caused by pulling out the raw tube 1 and the drag force from the holding die 3. Since it is locked at the position, the grooved plug 15 is also stopped at a position matching the rolling roll 6. Next, the raw tube 1 having a groove formed on the inner surface that has passed through the rolled portion 7 is further reduced in diameter by a shaping die 8 and shaped so that the cross-section orthogonal to the tube axis becomes a perfect circle, and a predetermined shape is formed. An inner grooved tube 9 having an outer diameter is obtained.
[0013]
As described above, since the rolled ball is not used in the roll rolling method, a magnetic levitation type high-speed motor for rotating the rolled ball is unnecessary. For this reason, equipment costs can be reduced. Further, since the rolled ball is not used, the drawing speed of the tube is not determined by the revolution speed of the rolled ball. For this reason, the drawing speed of the tube can be improved, and the productivity can be improved.
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 3-5882
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional technology has the following problems. That is, when the inner grooved tube 9 is manufactured by the conventional manufacturing apparatus shown in FIGS. 6 to 8, the rolling mainly depends on the manufacturing conditions such as the shape of the groove to be formed on the inner surface of the raw tube 1 and the drawing speed. The raw tube 1 may be broken between the roll 6 and the shaping die 8 and at the exit side of the shaping die 8. For example, if the depth of the groove to be formed on the inner surface of the raw tube 1 is less than 0.05 mm, processing can be performed with almost no problem. However, if a groove having a depth of 0.05 mm or more is formed, the groove is easily broken. Become. Further, if tandem rolling is performed by providing two or more rolled portions, it becomes difficult regardless of the groove shape.
[0016]
As described above, when the raw pipe breaks in the manufacturing apparatus for the inner grooved pipe, the manufacturing apparatus must be stopped each time, and the productivity of the inner grooved pipe decreases. In addition, if the shape and manufacturing conditions of the inner groove are adjusted so that the raw tube does not break, the heat transfer performance of the inner grooved pipe will be reduced, and the productivity of the inner grooved pipe will be reduced by reducing the drawing speed. Or
[0017]
The present invention has been made in view of such a problem, and an apparatus for manufacturing an inner grooved pipe capable of preventing breakage of a raw pipe during manufacturing and capable of manufacturing an inner grooved pipe having high heat transfer performance with high productivity. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an inner grooved pipe using the manufacturing apparatus.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus for manufacturing an inner grooved pipe according to the present invention includes a holding die that is in contact with an outer surface of a metal pipe, and a process of reducing the diameter of the metal pipe together with the holding die that is disposed inside the metal pipe and is engaged with the holding die. A floating plug, a cylindrical portion having a groove formed in the outer surface thereof, which is disposed on the downstream side in the drawing direction of the metal tube when viewed from the floating plug inside the metal tube, is rotatably supported with respect to the floating plug, and has an outer surface formed with a groove. At least one grooved plug which is connected to a downstream end surface of the cylindrical portion and has a tapered portion whose diameter decreases as moving away from the cylindrical portion toward the downstream side, and a rotation axis orthogonal to a pipe axis direction of the metal pipe; The rolling roller is rotated and driven to rotate against the outer surface of the metal tube so as to press the metal tube toward the grooved plug to form a groove on the inner surface of the metal tube. And a shaping die that is arranged downstream of the rolling roll in the drawing direction of the metal pipe and that contacts the outer surface of the metal pipe to perform sizing processing on the metal pipe. The rolling axis of the rolling roll is disposed at a position 3 to 5 mm upstream in the drawing direction of the metal tube from a boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion of the grooved plug.
[0019]
In the present invention, since the rolling roll is disposed at a position where its rotation axis is 3 to 5 mm upstream in the drawing direction of the metal pipe from the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion in the grooved plug, The contact area between the tube and the grooved plug is reduced, and the frictional force generated between the metal tube and the grooved plug is reduced. Thereby, the pulling force applied to the metal tube can be reduced, and the metal tube can be prevented from breaking.
[0020]
The angle between a straight line parallel to the axial direction of the grooved plug and the direction in which the groove extends on the outer peripheral surface of the grooved plug is 0 to 20 °, and the depth of the groove is 0.05 to 0 °. .15 mm, and in the cross section orthogonal to the axis of the grooved plug, the angle formed by both side surfaces of the fin formed between the grooves is 60 to 120 °, and the radius of curvature of the bottom of the groove is 0.04 to 0. It is preferable that the fin has a radius of curvature of 0.04 to 0.10 mm.
[0021]
Furthermore, the shape of the tapered portion may be a truncated cone shape. In this case, in a cross section including the center axis of the grooved plug, an angle formed between a side edge of the columnar portion and a side edge of the tapered portion is formed. It is preferably 30 to 60 °. Thereby, the breakage of the metal tube can be more effectively prevented.
[0022]
Alternatively, the side surface of the tapered portion may be a curved surface bulging outward. In this case, in a cross section including the center axis of the grooved plug, the curved surface may be an arc having a radius of curvature of 1 to 2 mm. preferable. Thereby, the breakage of the metal tube can be more effectively prevented.
[0023]
Further, a rolled portion including the grooved plug and the rolling roll is arranged in a plurality of stages along a drawing direction of the metal tube, and a direction in which a rotation axis of the roll is extended is mutually different between the rolled portions. It may be different. Thereby, the groove can be formed more uniformly on the inner surface of the metal tube. Further, a plurality of types of grooves can be formed on the inner surface of the metal tube.
[0024]
The method for manufacturing an inner grooved pipe according to the present invention is characterized in that the metal pipe is pulled out, and the holding plug arranged outside the pipe of the metal pipe and the floating plug arranged inside the pipe and engaged with the holding die are used for the metal pipe. A step of sequentially reducing the diameter of the metal pipe, and rolling a rolling roll on the outer surface of the metal pipe so that a rotation axis thereof is orthogonal to a pipe axis direction of the metal pipe, and the floating plug inside the metal pipe. A cylindrical portion having a groove formed on the outer surface thereof, the cylindrical portion being rotatably supported by the floating plug with respect to the floating plug, and an end surface of the cylindrical portion on the downstream side in the drawing direction of the metal tube when viewed from above. At least one grooved plug consisting of a tapered portion, the diameter of which decreases as it moves further downstream from the cylindrical portion; The boundary surface is disposed at a position 3 to 5 mm downstream in the drawing direction of the metal tube from the rotation axis of the rolling roll, and the metal tube is pressed against the grooved plug by the rolling roll. Forming a groove in the inner surface of the metal tube; and sizing the metal tube by bringing a shaping die into contact with the outer surface of the metal tube.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present inventors have conducted intensive experimental research to find out the cause of the above-mentioned tube breakage, and obtained the following findings. That is, as shown in FIG. 8, in the roll rolling method, in order to form grooves uniformly on the inner surface of the raw tube 1, the shape of the rolling roll 6 is a drum shape, and the side surface of the rolling roll 6 is It is necessary to make the contact with the outer surface as uniform as possible. As a result, the inner surface of the raw tube 1 makes line contact with the outer surface of the grooved plug 15 substantially uniformly. Further, the material of the raw tube 1 flowing into the groove of the grooved plug 15 is kept in contact with the grooved plug 15 without springback. For this reason, the contact area between the grooved plug 15 and the raw tube 1 increases. When the raw tube 1 is pulled out in the drawing direction in this state, a large frictional force is generated because the contact area is large. Therefore, in order to pull out the raw tube 1, it is necessary to apply a large drawing force exceeding the large frictional force to the raw tube 1. As a result, a large force is applied to the raw tube 1 downstream of the rolled portion 17, and when this force exceeds the tensile breaking strength of the raw tube 1, the raw tube 1 breaks. In the ball rolling method, since the rolled ball makes a point contact with the outer surface of the raw tube, the contact area between the inner surface of the raw tube and the grooved plug is small, and the above-described problem hardly occurs.
[0026]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a heat transfer tube with a seamless inner groove by a roll rolling method according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view showing a rolled portion of the manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a partial sectional view showing a grooved plug according to the present embodiment. 1 to 3, the same components as those of the conventional apparatus shown in FIGS. 6 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0027]
As shown in FIG. 1, a grooved plug 5 is connected to a floating plug 2 via a connection shaft 4 in the apparatus for manufacturing an inner grooved tube according to the present embodiment. On the outer peripheral surface of the grooved plug 5, a groove having a shape to be formed on the inner peripheral surface of the raw tube 1 is machined. Further, the grooved plug 5 can freely rotate about the connection shaft 4 as an axis.
[0028]
As shown in FIG. 2, the grooved plug 5 includes a cylindrical portion 11 arranged on the upstream side in the drawing direction, and a tapered portion 12 coupled to an end face of the cylindrical portion 11 on the downstream side in the drawing direction. ing. The overall length of the grooved plug 5 in the axial direction is, for example, 5 to 30 mm, for example, 25 mm. The outer diameter is, for example, 10 mm. The cylindrical portion 11 has a cylindrical shape, and a spiral or linear groove 13 is formed on a side surface thereof. The lead angle θ of the groove 13, that is, the angle between a straight line parallel to the axial direction of the column 11 on the side surface of the column 11 and the direction in which the groove 13 extends is, for example, 0 to 20 °. When the lead angle θ is 0 °, the groove 13 is a linear groove parallel to the axial direction.
[0029]
As shown in FIG. 3, in the cylindrical portion 11 of the grooved plug 5, fins 14 are formed between the grooves 13. The depth h of the groove 13 is, for example, 0.05 to 0.15 mm. The depth h of the groove 13 is equal to the height of the fin 14, the central axis is the same as the central axis of the grooved plug 5, and a virtual cylindrical surface 16a connecting the bottom of the groove 13 is formed. It is the same as the central axis of the plug 5 and the distance between it and the virtual cylindrical surface 16b connecting the tops of the fins 14. Further, in the cross section shown in FIG. 3, that is, the cross section orthogonal to the axis of the cylindrical portion 11, the radius of curvature r of the bottom of the groove 13 is1Is, for example, 0.04 to 0.06 mm, and the radius of curvature r of the top of the fin 14 is2Is 0.04 to 0.10 mm, for example, and the peak angle α of the fin 14, that is, the angle formed by both side surfaces of the fin 14 is, for example, 60 to 120 °. The grooved plug 5 is preferably formed of, for example, an ultrafine cemented carbide, and more preferably, the ultrafine cemented carbide contains fine particles of tungsten carbide (WC) having a diameter of 0.5 μm or less.
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 2, the shape of the tapered portion 12 is a frustoconical shape with a tapered side surface, and the diameter increases as the distance from the boundary surface 17 with the columnar portion 11 increases, that is, as the diameter increases toward the downstream side in the drawing direction. Is getting smaller. No groove is formed on the outer surface of the tapered portion 12. In the cross section including the central axis of the grooved plug 5, an angle formed by the side edge of the cylindrical portion 11 and the side edge of the tapered portion 12 is, for example, 30 to 60 °.
[0031]
A pair of rolling rolls 6 is disposed outside the raw tube 1 at a position matching the grooved plug 5 so as to be in rolling contact with the outer surface of the raw tube 1. Each of the rolling rolls 6 can rotate on its own axis, and the rotation axes of the pair of rolling rolls 6 are parallel to each other, and the direction of the rotation axis is orthogonal to the tube axis direction of the raw tube 1. The shape of the rolling roll 6 is a drum shape with both ends being thick and the center part being thin, and in a cross section including the rotation axis, the radius of curvature of the side surface is substantially equal to the radius of the outer surface of the raw tube 1. The side edge shape substantially matches the outer surface shape of the raw tube 1, and the rolling roll 6 is almost uniformly in line contact with the raw tube 1. In addition, the rolled part 7 is comprised by the grooved plug 5 and the rolling roll 6.
[0032]
In the drawing direction, the rotation axis of the rolling roll 6 is located 3 to 5 mm upstream of the boundary surface 17 between the cylindrical portion 11 and the tapered portion 12 in the grooved plug 5. That is, the plane 18 including the rotation axis of the pair of rolling rolls 6 is perpendicular to the tube axis of the raw tube 1, crosses the inside of the cylindrical portion 11, and is located between the plane 18 and the boundary surface 17. The distance X is 3 to 5 mm.
[0033]
Further, a shaping die 8 for sizing the outer diameter of the raw tube 1 having a groove formed on the inner surface to a predetermined size is provided downstream of the rolled portion 17 in the pipe drawing direction. The other configuration of the inner grooved tube manufacturing apparatus according to the present embodiment is the same as the configuration of the conventional manufacturing apparatus shown in FIGS. 6 to 8.
[0034]
Hereinafter, the reasons for limiting the numerical values in each component of the present invention will be described.
[0035]
Position of the rotation axis of the rolling roll: 3 to 5 mm upstream from the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion
If the distance X between the plane including the rotation axis of the rolling roll and the boundary surface is less than 3 mm, the roll center of the rolling roll rides on the downstream end of the grooved plug. For this reason, the overlap between the contact portion with the rolling roll and the contact portion with the grooved plug in the raw tube is reduced, and the force of the rolling roll pressing the raw tube is effective in forming a groove on the inner surface of the raw tube. No longer used. For this reason, it becomes difficult to form a groove. In addition, since the stress is concentrated on a portion corresponding to a boundary portion between the cylindrical portion and the tapered portion of the grooved plug in the raw tube, the raw tube is easily broken. On the other hand, if the distance X exceeds 5 mm, the contact area between the fin formed on the inner surface of the raw tube and the groove of the grooved plug increases, and the frictional force between the raw tube and the grooved plug increases. The tube is easily broken. Therefore, the position of the rotation axis of the rolling roll is 3 to 5 mm upstream from the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion.
[0036]
Lead angle of groove of grooved plug: 0 to 20 °
When a groove is formed on the inner surface of the base tube by the grooved plug, the groove of the grooved plug and the fin of the inner surface of the base tube formed by transferring this groove to the inner surface of the base tube are engaged with each other. It becomes. If the groove is helical, that is, if the lead angle of the groove is greater than 0 °, the raw tube is drawn, and the raw tube rotates the grooved plug along the groove formed on the inner surface thereof. To try. Then, the raw tube receives a reaction force from the grooved plug and tries to rotate in the opposite direction to the grooved plug. On the other hand, since the rolling roll has a large contact area with the tube, the roll is restrained in the circumferential direction of the tube to prevent rotation. As a result, a large force is applied to the raw tube along the pipe circumferential direction, and this force is added to the pulling force along the pipe axis direction. When the lead angle of the groove of the grooved plug exceeds 20 °, this force increases, and the raw tube is easily broken. Therefore, it is preferable that the lead angle of the groove of the grooved plug be 0 to 20 °.
[0037]
Groove depth of the grooved plug h: 0.05 to 0.15 mm
If the depth h of the groove of the grooved plug is less than 0.05 mm, the height of the fin formed by transferring this groove to the inner surface of the raw pipe becomes lower, and the heat transfer performance of the inner grooved pipe decreases. I do. On the other hand, when the depth of the groove of the grooved plug exceeds 0.15 mm, the raw tube is easily broken and cannot be processed. Therefore, it is preferable that the depth h of the groove of the grooved plug is 0.05 to 0.15 mm.
[0038]
Radius of curvature r at the bottom of groove of grooved plug 1 : 0.04 to 0.06 mm
Radius of curvature r at the bottom of groove1Is less than 0.04 mm, the shape of the groove becomes too sharp, making it impossible to process the groove. On the other hand, the radius of curvature r1Exceeds 0.06 mm, the fins formed on the inner surface of the inner grooved tube become thicker, the heat transfer performance of the inner grooved tube decreases, and the single weight of the inner grooved tube increases. Therefore, the radius of curvature r at the bottom of the groove of the grooved plug is1Is preferably 0.04 to 0.06 mm.
[0039]
The radius of curvature r of the top of the fin between the grooves of the grooved plug 2 : 0.04 to 0.10 mm
Radius of curvature r at the top of fin of grooved plug2Is less than 0.04 mm, the shape of the fin becomes a sharp wedge, and the raw tube is easily broken starting from the top of the fin. On the other hand, the radius of curvature r2Exceeds 0.10 mm, the shape of the fin becomes too thick, the metal flow of the material forming the raw pipe deteriorates, and the moldability of the fin deteriorates. Therefore, the radius of curvature r of the top of the fin between the grooves of the grooved plug is2Is set to 0.04 to 0.10 mm.
[0040]
Crest angle α of fin of grooved plug: 60 to 120 °
If the peak angle α of the fin is less than 60 °, a fin having a height, that is, a groove depth of 0.05 mm or more cannot be formed. On the other hand, when the peak angle α of the fin exceeds 120 °, the width of the groove formed on the inner surface of the raw tube becomes wider, and the heat transfer performance of the inner grooved tube is reduced. Therefore, the peak angle α of the fin of the grooved plug is preferably set to 60 to 120 °.
[0041]
Angle between the side edge of the cylindrical portion and the side edge of the tapered portion φ: 30 to 60 °
The tapered portion is provided at a contact portion between the end portion on the downstream side in the drawing direction of the grooved plug and the raw tube in order to prevent a stress concentration portion from being generated in the raw tube and breaking the raw tube. When the angle φ between the side edge of the cylindrical portion and the side edge of the tapered portion is less than 30 ° in the cross section including the central axis of the cylindrical portion, the tapered portion is lengthened to obtain the above-described effect of the tapered portion. Need arises. As a result, the contact length between the tapered portion and the base tube becomes longer, so that the frictional force generated between the grooved plug and the base tube increases, and the base tube is easily broken. On the other hand, if the angle φ exceeds 60 °, the shape of the downstream end of the grooved plug becomes sharp, the effect of providing the tapered portion decreases, and the raw tube is easily broken. Therefore, it is preferable that the angle φ between the side edge of the cylindrical portion and the side edge of the tapered portion is 30 to 60 °.
[0042]
Next, a method for using the apparatus for manufacturing an inner grooved pipe according to the present embodiment, that is, a method for manufacturing the inner grooved pipe according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 1, first, a raw tube 1 is prepared. The material for forming the raw tube 1 may be any metal as long as it can be processed into a tube. For example, copper or a copper alloy, for example, deoxidized copper described in JIS H1220 having good heat conductivity and workability. Or OFC (Oxygen Free Copper: oxygen-free copper) described in JIS H1101. In addition, the temper has a tensile strength of, for example, 350 N / mm.2H material that exceeds Next, the drawing oil 10 is filled inside the raw pipe 1 on the upstream side of the floating plug 2. Then, a pulling force is applied to the raw tube 1 in the drawing direction, and the raw tube 1 is drawn in the drawing direction. At this time, the drawing speed of the inner grooved tube 9 after passing through the shaping die 8 is, for example, 6 m / sec.
[0043]
Thus, the diameter of the raw tube 1 is reduced by the floating plug 2 and the holding die 3. Next, the outer surface of the tube 1 whose diameter has been reduced is pressed by a rolling roll 6 which rolls on the outer surface and rotates, and is pressed toward the grooved plug 5. Thereby, the groove 13 of the grooved plug 5 is transferred to the inner surface of the raw tube 1 to form a fin. That is, the groove 13 of the grooved plug 5 is transferred to the inner surface of the tube 1 to form a fin, and the fin 14 is transferred to the inner surface of the tube 1 to form the groove 19.
[0044]
At this time, the grooved plug 5 is connected to the floating plug 2 via the connection shaft 4, and the floating plug 2 is aligned with the holding die 3 by the frictional force caused by pulling out the raw tube 1 and the drag force from the holding die 3. Since it is locked at the position, the grooved plug 5 is also stopped at a position matching the rolling roll 6. Next, since the raw tube 1 having a groove formed on the inner surface passing through the rolled portion 7 is pressed in one axial direction by a pair of rolling rolls 6, the cross section orthogonal to the tube axis becomes elliptical. I have. Therefore, the raw tube 1 is subjected to sizing by a shaping die 8, further reduced in diameter and shaped so that the cross-section orthogonal to the tube axis becomes a perfect circle, and an inner grooved tube 9 having a predetermined outer diameter. It becomes. The inner grooved tube 9 has an outer diameter of, for example, 4 to 10 mm, and has a spiral or straight groove 19 formed on the inner surface.
[0045]
In the present embodiment, the inner grooved tube 9 is manufactured using a pair of rolling rolls 6. For this reason, as compared with a manufacturing apparatus using rolled balls, there is no need to provide an expensive magnetic levitation type high-speed motor, and the equipment cost is low. Further, since the rolled ball is not used, the drawing speed of the tube is not determined by the revolution speed of the rolled ball, and the drawing speed can be increased. For this reason, the productivity of the inner surface grooved pipe can be improved.
[0046]
Also, by setting the position of the rotation axis of the rolling roll 6 to be 3 to 5 mm upstream from the boundary surface 17 between the cylindrical portion 11 and the tapered portion 12 of the grooved plug 5, the raw tube 1 and the grooved plug 5 Is reduced, and the frictional force generated between the base tube 1 and the grooved plug 5 is reduced. Thereby, the pulling force applied to the raw tube 1 can be made smaller than before, and breakage of the raw tube 1 can be prevented.
[0047]
Further, since the groove 13 of the grooved plug 5 has the above-described shape, a groove 19 having a predetermined shape can be formed on the inner surface of the inner grooved tube. As a result, when this inner grooved tube is used as a heat transfer tube of a heat exchanger, a heat transfer tube having good heat transfer performance can be obtained.
[0048]
Next, a modification of the first embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a grooved plug according to the present modification. As shown in FIG. 4, in the apparatus for manufacturing an inner grooved tube according to this modification, a grooved plug 5a is provided instead of the grooved plug 5 as compared with the first embodiment. . The configuration other than the above in this modified example is the same as that of the above-described first embodiment.
[0049]
As shown in FIG. 4, the grooved plug 5a includes a cylindrical portion 11 and a tapered portion 12a coupled to an end face of the cylindrical portion 11 on the downstream side in the drawing direction. The configuration of the column 11 is the same as the column 11 in the first embodiment. On the other hand, the diameter of the tapered portion 12a decreases as the distance from the boundary surface 17 with the cylindrical portion 11, that is, as it goes downstream in the drawing direction. The side surface 20 of the tapered portion 12a is a curved surface bulging outward, and has a circular arc shape in a cross section including the center axis of the grooved plug 5a. The radius of curvature R of the arc formed by the side surface 20 is, for example, 1 to 2 mm. Also in the present modification, the plane 18 (see FIG. 2) including the rotation axis of the pair of rolling rolls 6 has a boundary surface between the cylindrical portion 11 and the tapered portion 12a, as in the first embodiment. 17 is located 3 to 5 mm upstream in the drawing direction. The operation and effect of this modification are the same as those of the first embodiment. Hereinafter, the reasons for limiting the numerical values will be described.
[0050]
Curvature radius R of side surface of tapered portion of grooved plug: 1 to 2 mm
When the radius of curvature R of the side surface of the tapered portion is less than 1 mm, the shape of the downstream end of the grooved plug becomes sharp, the effect of providing the tapered portion decreases, and the raw tube is easily broken. On the other hand, when the radius of curvature R exceeds 2 mm, it is necessary to lengthen the tapered portion in order to obtain the effect of the tapered portion. As a result, the contact length between the tapered portion and the base tube becomes longer, so that the frictional force generated between the grooved plug and the base tube increases, and the base tube is easily broken. Therefore, the radius of curvature R of the side surface of the tapered portion of the grooved plug is preferably set to 1 to 2 mm.
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a heat transfer tube with a seamless inner groove by a roll rolling method according to the present embodiment. Note that, in FIG. 5, the grooves formed on the inner surface of the raw tube are not shown.
[0052]
As shown in FIG. 5, in the apparatus for manufacturing an inner grooved pipe according to the present embodiment, a tandem rolling method in which two rolling rolls are provided is used in comparison with the first embodiment. Are different. That is, a second-stage rolled portion 7b including a grooved plug 5b and a pair of rolling rolls 6b is provided between the first-stage rolled portion 7 and the shaping die 8. Further, an intermediate die 21 for shaping the raw tube 1 is provided between the first-stage rolled portion 7 and the second-stage rolled portion 7b.
[0053]
Further, the connecting shaft 4 penetrates the grooved plug 5, and the grooved plug 5 is attached along the connecting shaft 4 so as to be movable in the drawing direction. A plurality of annular washers 22 are provided between the floating plug 2 and the grooved plug 5 and between the grooved plug 5 and the grooved plug 5b so as to be in close contact with each other. The connection shaft 4 penetrates the opening 22. Accordingly, the position of the grooved plug 5 in the drawing direction is adjusted and fixed by the number of washers 22.
[0054]
In the second-stage rolled portion 7b, the diameter of the grooved plug 5b is smaller than the diameter of the grooved plug 5 of the first-stage rolled portion 7, and is provided inside the raw tube 1. The configuration of the rolling roll 6b is the same as that of the rolling roll 6 of the first-stage rolling section 7, for example, and is provided outside the raw tube 1 at a position where it is in rolling contact with the outer surface of the raw tube 1. The direction in which the rotation axis of the rolling roll 6b extends is orthogonal to the drawing direction of the raw tube 1, and is also orthogonal to the direction in which the rotation axis of the rolling roll 6 extends. The relative positional relationship between the grooved plug 5b and the rolling roll 6b in the rolled portion 7b is the same as the relative positional relationship between the grooved plug 5 and the rolling roll 6 in the rolled portion 7. The configuration of the present embodiment other than the above is the same as that of the above-described first embodiment.
[0055]
Next, the operation of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the drawing speed of the inner grooved tube 9b after passing through the shaping die 8 is, for example, 4 m / sec. After the diameter of the raw tube 1 is reduced by the floating plug 2 and the holding die 3, the diameter of the raw tube 1 is reduced by the grooved plug 5 and the rolling roll 6 in the rolled portion 7 and a groove is formed on the inner surface. Thereafter, the base tube 1 is shaped by the intermediate die 21 so that the cross section orthogonal to the tube axis becomes a perfect circle. Next, in the rolled portion 7b, the raw tube 1 is reduced in diameter by the grooved plug 5b and the pair of rolling rolls 6b, and a groove is formed on the inner surface thereof. , The inner grooved tube 9b. Other operations in the present embodiment are the same as those in the above-described first embodiment.
[0056]
In the present embodiment, since the rolled portion is provided in two steps to perform tandem rolling, the raw tube 1 can be pressed from directions orthogonal to each other by two pairs of rolling rolls. Thereby, the groove can be formed more uniformly on the inner surface of the raw tube 1. Also, by making the shape of the groove formed on the outer surface of the second-stage grooved plug 5b different from the shape of the groove formed on the outer surface of the first-stage grooved plug 5, Two types of grooves can be formed on the inner surface. Thereby, for example, it is possible to manufacture a cross groove inner surface grooved pipe in which two types of grooves extending along mutually different directions are formed. The other effects of the present embodiment are the same as those of the above-described first embodiment.
[0057]
【Example】
Hereinafter, the effects of the present invention will be specifically described in comparison with comparative examples that depart from the scope of the claims.
[0058]
Test example 1
In this test example 1, an inner grooved tube having a length of 2000 m was manufactured by the single-rolling type manufacturing apparatus (see FIG. 1) shown in the first embodiment described above, and at this time, the tube was broken. Was evaluated. The outer diameter of the inner grooved tube after sizing was 7 mm. The shape of the grooved plug was such that the fin height (groove depth) h was 0.08 mm, the peak angle α of the fin was 90 °, and the number of grooves was 80. Further, the shape of the tapered portion of the grooved plug is a frustoconical shape with a tapered side surface, and the angle φ between the side edge of the cylindrical portion and the side edge of the tapered portion in the cross section including the central axis is 45 °, The length of the part was 1.5 mm. The total length of the grooved plug was 25 mm. The drawing speed on the downstream side of the shaping die, the distance X between the plane including the rotation axis of the pair of rolling rolls and the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion in the grooved plug, the lead angle θ of the groove of the grooved plug. Table 1 shows the lead angles of the grooves formed on the inner surface of the inner grooved tube and the workability. In addition, "workability" shown in Table 1 indicates the presence or absence of breakage of the raw tube when an inner grooved tube having a length of 2000 m is manufactured. Is described as “○”.
[0059]
[Table 1]
[0060]
No. shown in Table 1. 3, 4, 6, 7, and 8 are embodiments of the present invention. Example No. 3, 4, 6, 7, and 8 are such that the plane including the rotation axis of the pair of rolling rolls is located on the upstream side in the drawing direction from the boundary between the cylindrical portion and the tapered portion of the grooved plug, and Was 3 to 5 mm, so that even when a tube with an inner surface groove having a length of 2000 m was manufactured, the raw tube was not broken in the middle and the workability was good. In particular, in Example No. No. 6 could be processed at a high drawing speed of 6 m / sec. Also, in Example No. In Nos. 3, 4, 6, 7 and 8, since the shape of the groove of the grooved plug satisfies the range of the present invention, the heat transfer performance of the manufactured internally grooved tube is good. In addition, in Example No. In 8, the fin height of the inner grooved pipe after sizing (after passing through the shaping die) was measured, and was 0.10 mm.
[0061]
On the other hand, No. 1 shown in Table 1 1, 2, and 5 are comparative examples. Comparative Example No. In Examples 1 and 2, since the distance X exceeded 5 mm, the frictional force generated between the grooved plug and the raw pipe became large, and the raw pipe was broken during manufacturing. In Comparative Example No. In No. 5, since the distance X was less than 3 mm, the raw tube was broken at the downstream end of the grooved plug.
[0062]
Test example 2
In this test example 2, an internal grooved tube having a length of 2000 m was manufactured by the tandem rolling method manufacturing apparatus (see FIG. 5) shown in the second embodiment, and at this time, the tube was broken into a raw tube. Was evaluated. The outer diameter of the inner grooved tube after sizing was 7 mm, the height of the fin was 0.10 mm, and the peak angle of the fin was 95 °. In both the first stage and the second stage, the number of grooves of the grooved plug is 75, the side surface shape of the tapered portion of the grooved plug is an arc, the radius of curvature R is 1.5 mm, and the total length of the grooved plug is Was set to 25 mm. The drawing speed on the downstream side of the shaping die, between the plane including the rotation axis of the pair of rolling rolls in the first and second-stage rolling portions and the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion in the grooved plug. Table 2 shows the distance X, the lead angle θ of the groove of the grooved plug, the lead angle of the groove formed on the inner surface of the inner grooved tube, and workability. The criteria and the notation for workability are the same as in Test Example 1 described above.
[0063]
Hereinafter, a method of measuring the distance X will be described. As shown in FIG. 5, while the raw tube 1 is being rolled, the drawing of the raw tube is stopped, and the raw tube of the processed portion and the floating plug 2, the connecting shaft 4, the grooved plug 5, and the grooved plug 5 b are formed. A sample was prepared. Then, an annular area where the gloss generated on the side surface of the floating plug 2 is different from other areas was detected. This annular area is a sliding portion with the base tube 1 due to the pressing of the holding die 3. Next, the positions of the end B of the annular sliding portion on the downstream side in the drawing direction and the portion of the raw tube 1 corresponding to the exit side of the holding die 3, that is, the end of the diameter reduction processing by the holding die 3 are described. I combined. At this time, the downstream edge of the impression by the rolling roll 6 on the outer surface of the raw tube 1 corresponds to the roll center of the rolling roll 6. Therefore, the distance X could be obtained by measuring the distance between the downstream edge of the indentation and the boundary surface between the cylindrical portion 11 and the tapered portion 12 in the grooved plug 5. In addition, the distance X could be similarly obtained in the second-stage rolled portion 7b. The distance X was adjusted to a desired value by inserting an arbitrary number of washers 22 between the floating plug 2 and the grooved plug 5 and between the grooved plug 5 and the grooved plug 5b.
[0064]
[Table 2]
[0065]
No. shown in Table 2. 11, 12, 14, and 15 are examples of the present invention. Example No. 11, 12, 14, and 15, in both the first-stage rolled portion and the second-stage rolled portion, the plane including the rotation axis of the pair of rolling rolls has the cylindrical portion and the tapered portion of the grooved plug. Since the distance X between the plane and the boundary surface is 3 to 5 mm on the upstream side in the drawing direction from the boundary surface of し て も, even if the inner grooved tube having a length of 2000 m is manufactured, It did not break and the workability was good. Also, in Example No. In Nos. 11, 12, 14, and 15, the shape of the groove of the grooved plug satisfies the scope of the present invention. In particular, in Example No. In No. 14, the drawing could be performed at a high drawing speed of 2.0 m / sec. Also, in Example No. In No. 15, the drawing speed could be as high as 1.0 m / sec, and a groove having a large lead angle of 14 ° could be formed on the inner surface of the tube. For this reason, in Example No. The fifteen inner grooved tubes have particularly good heat transfer performance.
[0066]
On the other hand, No. 2 shown in Table 2 9, 10 and 13 are comparative examples. Comparative Example No. In Examples 9 and 10, since the distance X exceeded 5 mm, the frictional force generated between the grooved plug and the raw pipe became large, and the raw pipe was broken during the production. In Comparative Example No. In No. 13, since the distance X was less than 3 mm in the first rolled portion, the raw tube was broken.
[0067]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the rolling roll has a plane including the rotation axis, which is located upstream of the boundary surface between the cylindrical portion and the tapered portion of the grooved plug in the drawing direction of the metal pipe, and The contact area between the metal pipe and the grooved plug can be reduced by arranging the metal pipe at a position where the distance between the metal pipe and the boundary surface is 3 to 5 mm, and the metal pipe can be prevented from breaking. . This makes it possible to manufacture an internally grooved tube having high heat transfer performance with high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a heat transfer tube having a seamless inner surface groove by a roll rolling method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a rolled portion of the manufacturing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a grooved plug in the present embodiment.
FIG. 4 is a sectional view showing a grooved plug according to a modification of the embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing apparatus and a manufacturing method of a heat transfer tube having a seamless inner surface groove by a roll rolling method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional apparatus and method for manufacturing a heat transfer tube with a seamless inner surface groove by a roll rolling method.
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing a rolled portion of the manufacturing apparatus shown in FIG.
8 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1; raw pipe
2: Floating plug
3: Holding dies
4: Connecting shaft
5, 5a, 5b, 15; grooved plug
6, 6b; rolling roll
7, 7b, 17; rolled part
8; Shaping dice
9, 9b; inner grooved pipe
10; drawing oil
11; column
12, 12a; tapered portion
13; groove
14; fin
16a, 16b; virtual cylindrical surface
17; interface between the cylindrical portion 11 and the tapered portion 12
18: plane including the rotation axis of the pair of rolling rolls 6
19; groove
20: Side face of grooved plug 5a
21; intermediate die
22; washer
r1A radius of curvature at the bottom of the groove 13
r2The radius of curvature of the top of the fin 14
R: radius of curvature of side surface 20
X: distance between plane 18 and boundary surface 17
α: the peak angle of the fin 14
θ: lead angle of groove 13
φ; angle formed between the side edge of the cylindrical portion 11 and the side edge of the tapered portion 11
