JP2005021910A

JP2005021910A - Rocker die type u press forming method in uo steel pipe manufacturing process, and rocker die type u press die

Info

Publication number: JP2005021910A
Application number: JP2003187266A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Seki; 春彦関; Michio Yamashita; 道雄山下; Masanori Kitahama; 正法北浜; Mitsuo Arisaka; 光男有坂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a high-strength thick UO steel pipe only by applying a simple modification to a rocker die type U press die. <P>SOLUTION: In the rocker die type U press forming method in the UO steel pipe manufacturing process, by which the pipe is manufactured through a nip bending, a U press, an O press, a welding of end parts and an expansion, the ratio of the distance a<SB>2</SB>between the foot of the perpendicular which is drawn from the supporting point of the rocker die type U press die to the common tangent of upper and lower tools and the contact point of the lower tool to the distance a<SB>1</SB>between the foot of the perpendicular and the contact point of the upper tool is defined as 0.7 to 1.0, and following conditions are satisfied: (1) L/2≥r+a<SB>2</SB>cosθ+xsinθ, and (2) L/2≤t+r+x+y. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＯ鋼管製造プロセスにおけるロッカーダイ式Ｕプレス成形方法およびロッカーダイ式Ｕプレス金型に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大径鋼管の代表的な成形方法として、ＵＯ成形方式がある。このＵＯ成形方式による溶接鋼管（以下、ＵＯ鋼管）の製造プロセスの概要を図２に示す。
【０００３】
これは、（Ａ）厚鋼板（以下、鋼板）１の幅端部をミーリング機２でエッジミーリング開先加工して、製品ＵＯ鋼管外径から決まる周長に、素材である鋼板の幅を調整するとともに、溶接に好適な開先形状に幅端部を加工後、（Ｂ）Ｃプレス３により端曲げ加工を行い、つづいて（Ｃ）Ｕプレス４にてＵ字形に成形し、その後、（Ｄ）Ｏプレスすなわち略半円筒状に上下に開いたＯ金型５での挟圧を行って、Ｏ字形すなわち円筒形に成形する、という製造プロセスである。その後、（Ｅ）端部溶接、（Ｆ）拡管等が施される。
【０００４】
Ｕプレス後の鋼板６は、幅端部を曲げられた状態であるが、Ｏプレス金型５に挿入出来るよう、上下に開いたＯ金型５に収まる全体形状である必要がある。Ｕプレス４の油圧力には設備仕様上の上限があるので、被成形素材である鋼板は仕様上の荷重上限以下で成形可能な必要がある。また、鋼板のスプリングバックが生じると鋼板の両幅端部が口を開き、Ｏプレス金型５に収まらないという問題が生じることもある。よって、ＵＯ鋼管、中でも大きな成形力が必要となる、Ｘ６５クラス以上で肉厚３０ｍｍ以上の高強度厚物鋼管の製造には、Ｕプレス４の金型、およびＵプレス装置の設計と、その使用方法が重要になる。
【０００５】
ちなみに、Ｘ７０という呼称に示す７０等の数値は、製品として許容される最小降伏応力を、ｋｉｌｏｐｏｕｎｄｐｅｒｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ（ｋｐｓｉ）で示したものであり、ラインパイプ規格ＡＰＩ５Ｌでは、１ｋｐｓｉ＝６．８９４７６ＭＰａと規定されている。
【０００６】
ところで、Ｕプレス成形方法には、図２のものとはタイプ的に異なる、図３に示した、ロッカーダイ式といって、パンチと呼ばれる図中に２０で示される金型に沿わせるようにロッカーダイと呼ばれるＵプレス用金型（以下、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０）を回動させ、その間に鋼板を挟むようにして行うものがあるが、その成形反力はパンチ２０の側に作用する。
【０００７】
ところで、図３に示した一般的なロッカーダイ式Ｕプレス金型１０には、図４（ａ）に示すように上工具１２、下工具１４が備えられていて、支点１６を中心に回動するようになっているが、上下工具１２、１４の位置関係に関する各寸法には制約がある。その制約の要因について以下に順を追って説明する。
【０００８】
図４（ａ）にａで示す上下工具間距離の最大値は、製品ＵＯ鋼管外径により制限される。ａが製品ＵＯ鋼管外径の割に大きすぎると、パンチ２０を下降させ、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０を回動させて鋼板１を曲げ切った際に鋼板１がパンチ２０とロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の間でたるんでしまう場合がある。また、逆に小さすぎると、成形反力が大きくなり、鋼板１を所望のＵ形状に十分に成形できなくなる場合が出てくる。
【０００９】
左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６間の距離Ｌ（図４（ａ）中にはＬ／２を表示。図示しない左半分があり、左右対称。）には、パンチ２０との幾何学的関係による制限が存在する。
【００１０】
すなわち、（１）このＬ／２が小さすぎると、図４（ａ）中の、パンチ２０が下降して鋼板１と接触し成形を開始するときの、上下工具１２、１４の共通接線の、水平方向に対する角度θ（初期状態でのロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の傾斜角度）が、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の干渉により、小さな角度まで回動できなくなる。
【００１１】
図４（ａ）中のθ（ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の傾斜角度）が、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の干渉により、小さな角度まで回動できなくなると、Ｕプレス成形過程での成形反力が増加して不利になる。
【００１２】
また、（２）このＬ／２が大きすぎると、パンチ２０を下降させていく過程で、まだ十分に鋼板１がＵ字形に曲げられる以前に、鋼板１が左右の下工具１４間からすり抜けて落ちてしまう。
【００１３】
図５は、従来の一般的なロッカーダイ式Ｕプレス金型１０で鋼板１をＵ字形に成形する場合の、鋼板１と、パンチ２０の移動方向位置（ストロークＳ）との関係を、その時間的な変化のようすとして示したものである。なお、このときのロッカーダイ式Ｕプレス金型１０が鋼板から受ける成形反力の変化のようすを図６の下側のグラフに示す。
【００１４】
パンチ２０が下降し始めると、やがて、図５の（１）に示すように、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の上工具と鋼板１が接触位置Ａで接触するとともに、パンチ２０と鋼板１が接触位置Ｂで接触する（図示しない左半分も含め３点曲げの状態になる）。
【００１５】
しばらくすると、（２）接触位置Ｂはパンチ２０の外形に沿って次第に移動し（図示しない左半分も含め４点曲げの状態になる）、その接触位置Ｂとロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の上工具１２と鋼板１の接触位置Ａとの間の距離が次第に短くなり、パンチ２０の外形上、どこかにあるその接触位置Ｂを支点とする曲げモーメントのアームが短くなって、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０側に作用する成形反力は鉛直方向にその成分が増大する。しかし、成形がすすむにつれ、鋼板１が水平に対して傾斜する角度θが次第に大きくなる仕組になっているため、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０側に作用するその成形反力の鉛直成分の増大は、間もなく小さくなり、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０側に作用する成形反力は水平方向成分が次第に大きくなり、鉛直方向の成分は次第に減少する。
【００１６】
更にパンチ２０が下降すると、（３）鋼板１とロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の下工具１４が接触位置Ｃで接触するタイミングで（図示しない左半分も含め６点曲げの状態になる）成形反力は急激に増大する。
【００１７】
ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の下工具１４に鋼板１が接触するまでは、パンチ２０と鋼板１の接触位置Ｂとロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の上工具１２で鋼板１を曲げるのに足りるモーメントを負担する必要があるが、それには、そのモーメントをモーメントアームで割った値に相当する力がその鉛直成分として必要になる。しかし、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の下工具１４に鋼板１が接触して以降は、更にロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６まわりのモーメントが釣り合う必要があり、通常のロッカーダイ式Ｕプレス装置１００は、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６から上下工具１２、１４の共通接線へ下ろした垂線の足と下工具１４における接点との間の距離ａ_２が前記垂線の足と上工具１２における接点との間の距離ａ_１に対して短いため、（２）４点曲げから（３）６点曲げへ移るタイミングＴで大幅な成形反力の増大が避けられない。
【００１８】
この問題に関する先行技術としては、特許文献１が存在する。これは、パンチ２０が下降し、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０が回動し始めるタイミングで、別に設置した油圧による横押し機構も同時に使用して成形反力に抗する、というものである。
【００１９】
又、特許文献２には、ロッカーダイの下金具を移動可能としてアーム長さを調整可能とし、成形可能域を拡大することが記載されている。
【００２０】
又、特許文献３には、ロッカーダイの初期設定角度を所定範囲とすることが記載されている。
【００２１】
【特許文献１】
特開昭５５−２４７７９号公報
【特許文献２】
実開昭５８−１６０６１６号公報
【特許文献３】
特開昭５４−１３８８５６号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１による技術では、従来の設備に対し、パンチ２０を挟む左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型１０にそれぞれ油圧による横押し機構を追加して設置する必要があり、設備費がかかる問題があった。
【００２３】
又、特許文献２には、ロッカーダイの支点から下工具迄の長さを大きくすると、鋼板を曲げるための荷重が小さくて済むことが記載されているが、具体的な数値関係については記載されていなかった。
【００２４】
又、特許文献３には、ロッカーダイ自体の形状や寸法関係については、記載されていなかった。
【００２５】
本発明は、かような従来技術の問題を解決するべくなされたもので、ロッカーダイ式Ｕプレス金型に簡単な改造を加えるだけで、高強度厚物ＵＯ鋼管の製造ができるようにすることを課題とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一に、端曲げ、Ｕプレス、Ｏプレス、端部溶接、拡管を経て製造するＵＯ鋼管製造プロセスにおけるロッカーダイ式Ｕプレス成形において、ロッカーダイ式Ｕプレス金型の支点から上下工具の共通接線へ下ろした垂線の足と上工具における接点との間の距離ａ_１に対し、前記垂線の足と下工具における接点との間の距離ａ_２を０．７〜１．０倍とするとともに、以下の関係
Ｌ／２≧ｒ＋ａ_２ｃｏｓθ＋ｘｓｉｎθ…（１）
Ｌ／２≦ｔ＋ｒ＋ｘ＋ｙ…（２）
（ここにおいて、
Ｌ：左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の支点の間の距離
ｒ：ロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具の曲率半径
ｘ：ロッカーダイ式Ｕプレス金型の支点から上下工具を結ぶ接線へ下ろした垂線と、台座との交点を求め、該支点から該交点までの距離
θ：上下工具の共通接線の水平方向に対する角度
ｙ：パンチの水平方向寸法
ｔ：鋼板の板厚）
を満たすようにすることを特徴とするＵＯ鋼管製造プロセスにおけるロッカーダイ式Ｕプレス成形方法である。
【００２７】
上記第一の本発明においては、前記ロッカーダイ式Ｕプレス成形方法において、パンチが下降して鋼板と接触し成形を開始するときの、上下工具の共通接線の水平方向に対する角度θ_０を４５〜９０°の範囲とするのが好ましい。
【００２８】
また、本発明は、第二に、支点から上下工具の共通接線へ下ろした垂線の足と上工具における接点との間の距離ａ_１に対し、前記垂線の足と下工具における接点との間の距離ａ_２を０．７〜１．０倍としたことを特徴とするＵＯ鋼管製造用ロッカーダイ式Ｕプレス金型である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
発明者らは、Ｕプレスに供するロッカーダイ式Ｕプレス金型の形状を種々変更してシミュレーションを行い、以下の知見を得た。
【００３０】
本発明の一つの実施の形態と、その実施の形態をとった場合にロッカーダイ式Ｕプレス金型１０が鋼板１から受ける成形反力の変化のようすを図１に示す。図６に示した従来の場合と比較してみるとよくわかるが、ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０が矢印で示すように下方に長くなっている。ロッカーダイ式Ｕプレス金型２０の支点１６から上下工具１２、１４の共通接線へ下ろした垂線の足と上工具１２における接点との間の距離をａ_１とし、その垂線の足と下工具１４における接点との間の距離をａ_２とすると、従来の場合は、ａ_２がａ_１の０．３５倍程度であったのに対し、本発明の一つの実施の形態をとった場合は０．７倍となっている。
【００３１】
そのため、４点曲げから６点曲げに移るタイミングＴでの成形反力の増大分が、従来の場合に比べ、約５０％減少し、成形反力の絶対値としても約３０％減少している。このため、油圧による横押し機構を追加して設置する必要はなくなる。
【００３２】
次に、ａ_２とタイミングＴでの成形反力の絶対値の減少の関係を実験により検証した。実験に用いた鋼板の厚さは、４０ｍｍ、製品ＵＯ鋼管の外径は６０インチ、グレードはＸ７０である。パンチ幅は、製品ＵＯ鋼管の外径の７０％とした。結果を表１に示す。ちなみに、θ０は、初期状態（パンチが下降して鋼板に接するときの状態）での上下工具の共通接線の水平方向に対する傾斜角度である。
【００３３】
【表１】

【００３４】
ａ_１に対するａ_２の比率を大きくすると、従来の場合に対し、６点曲げへ移るタイミングＴでの成形反力の増大分が減少するが、ａ_２をａ_１の１．０倍を超えて大きくしても、成形反力の増大分が減少する効果は飽和していく一方、パンチが下降して鋼板と接触し成形を開始するときの、ロッカーダイ式Ｕプレス金型の上下工具の共通接線の水平方向に対する角度を小さくしようとしたときに、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具が機械干渉して成形不可能（成形可否が×）になる場合が生じてくる。よって、ａ_２≦ａ_１とする。
【００３５】
また、発明者らは、更に研究を重ねた結果、高強度な鋼板ほど、そして、板厚の厚い鋼板ほど、そして、成形反力そのものが低いほど、ａ_２の延長が有効であることがわかった。定量的には、従来のような油圧による横押し機構が必要なくなるまでに成形反力の増大分を減少するには、ａ_２≧ａ_１×０．７が必要であることがわかった。
【００３６】
なお、図４（ａ）に示した本発明のロッカーダイ式Ｕプレス金型の各部の取り合いからすると、
（１）パンチ２０が下降して鋼板１と接触し成形を開始するときの、上下工具１２、１４の共通接線の、水平方向に対する角度θが、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具の機械干渉により、小さな角度まで回動できなくなる。これを防止するため、幾何学的に、以下の関係が成立する。
【００３７】
Ｌ／２≧ ｒ（１−ｓｉｎθ）＋ａ_２ｃｏｓθ＋（ｘ＋ｒ）ｓｉｎθ
これを変形すると、
Ｌ／２≧ｒ＋ａ_２ｃｏｓθ＋ｘｓｉｎθ…（１）
ここにおいて、
Ｌ：左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の支点の間の距離
ｒ：ロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具の曲率半径
ｘ：ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６から上下工具を結ぶ接線へ下ろした垂線と、台座１８との交点を１７とし、支点１６から交点１７までの距離
ａ_２：ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６から上下工具を結ぶ接線へ下ろした垂線の足１９と下工具１４における接点との間の距離
θ：上下工具の共通接線の水平方向に対する角度をそれぞれ意味するものとする。
【００３８】
なお、ｒは、パンチが下降して鋼板に接して以降、成形が完了するまでに接触位置が移動していく範囲では一定となるようにする。また、曲率円の中心はその範囲では台座１８上で一定して動かないようにする。
【００３９】
一方、（２）パンチ２０を下降させていく過程で、鋼板１が左右の下工具１４間からすり抜けて落ちてしまうのを防止する観点から、図４（ｂ）に示した各部の取り合いからすると、幾何学的に、以下の関係も成立する。
【００４０】
Ｌ／２≦ｔ＋ｒ＋ｘ＋ｙ…（２）
ここにおいて、
ｙ：パンチ２０の水平方向寸法
ｔ：鋼板１の板厚
をそれぞれ意味するものとする。
【００４１】
（実施の形態２）
続いて、上記した本発明の一つの実施の形態を小径のＵＯ鋼管の製造に適用した結果について述べる。製品外径は２０インチ、鋼板は板厚が３０ｍｍのＸ６５のものを用いた。成形反力が小さくなるように、ａ_２はａ_１の０．７倍とし、初期状態（パンチが下降して鋼板に接するときの状態）での上下工具の共通接線の水平方向に対する傾斜角度θ_０を４０〜９２ｄｅｇの範囲で変更し、成形反力の増大分が減少する効果、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具の機械干渉による成形可否（可…○、否…×）を調査した。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】

【００４３】
これにより、例えば製品外径２０インチというような、小径のＵＯ鋼管の製造を行うと、ロッカーダイ式Ｕプレス金型の下方への延長（ａ_２／ａ_１）を本発明範囲内としても、初期状態でのロッカーダイ式Ｕプレス金型の傾斜角度θを４５ｄｅｇ未満というように小さくした場合、左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具が機械干渉して成形不可能（否）となること、逆に初期状態でのロッカーダイ式Ｕプレス金型の傾斜角度θを大きくすると、成形反力の増大分、ひいてはその絶対値も大きくなることがわかる。これはタイミングＴよりもむしろ、ロッカーダイ式Ｕプレス金型の下工具に鋼板が接触する以前の成形反力が大きくなることに起因しており、こういう場合、所望のＵ形状に鋼板を成形しにくくなる。
【００４４】
そこで、初期状態でのロッカーダイ式Ｕプレス金型の傾斜角度θを４５〜９０ｄｅｇとすれば、成形反力の低減を図れると同時に、製品外径２０インチというような、小径のＵＯ鋼管であっても、所望のＵ形状に十分に成形することが可能となる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、ロッカーダイ式Ｕプレス金型に簡単な改造を加えるだけで、さほど設備費をかけずに、大きな成形力が必要となる、高強度厚物ＵＯ鋼管の製造ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態を示す図
【図２】ＵＯ鋼管の製造プロセスの概要を示す図
【図３】ロッカーダイ式Ｕプレス装置の概要を示す図
【図４】本発明のロッカーダイ式Ｕプレス金型の各部の取り合いを説明するための図
【図５】従来の一般的なロッカーダイ式Ｕプレス金型で鋼板をＵ字形に成形する場合の、鋼板と、パンチのストロークとの関係を、その時間的な変化のようすとして示した図
【図６】従来技術の問題を説明するための図
【符号の説明】
１、６…鋼板
２…ミーリング機
３…Ｃプレス
４…Ｕプレス
５…Ｏ金型
１０…ロッカーダイ式Ｕプレス金型
１２…上工具
１４…下工具
１６…ロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点
１７…交点
１８…台座
１９…垂線の足
２０…パンチ
ａ…上下工具間距離
ａ_１…ロッカーダイ式Ｕプレス金型の支点から上下工具を結ぶ接線へ下ろした垂線の足と上工具における接点との間の距離
ａ_２…前記垂線の足と下工具における接点との間の距離
Ｌ…左右のロッカーダイ式Ｕプレス金型１０の支点１６間の距離
Ｓ…パンチ２０の移動方向位置（ストローク）
ｔ…鋼板１の板厚
Ｔ…４点曲げから６点曲げに移るタイミング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rocker die type U press forming method and a rocker die type U press mold in a UO steel pipe manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
As a typical forming method for large-diameter steel pipes, there is a UO forming method. An outline of a manufacturing process of a welded steel pipe (hereinafter referred to as UO steel pipe) by this UO forming method is shown in FIG.
[0003]
This is because (A) the edge of the thick steel plate (hereinafter referred to as “steel plate”) 1 is edge milled with a milling machine 2 and the width of the steel plate is adjusted to the circumference determined from the outer diameter of the product UO steel pipe. In addition, after processing the width end portion into a groove shape suitable for welding, (B) end bending is performed by the C press 3, and then (C) the U press 4 is formed into a U shape, and then ( D) This is a manufacturing process in which an O-press, that is, a pressing force with an O die 5 opened up and down in a substantially semi-cylindrical shape is performed to form an O-shape, that is, a cylindrical shape. Thereafter, (E) end welding, (F) pipe expansion, and the like are performed.
[0004]
The U-pressed steel plate 6 is in a state where the width end portion is bent, but needs to have an overall shape that can be accommodated in the O die 5 opened up and down so that it can be inserted into the O press die 5. Since the hydraulic pressure of the U press 4 has an upper limit in terms of equipment specifications, the steel sheet that is a material to be molded must be capable of being formed below the upper limit of load on the specifications. Further, when the spring back of the steel plate occurs, the both width end portions of the steel plate open a mouth, and there may be a problem that the O press die 5 does not fit. Therefore, for the manufacture of UO steel pipes, especially high strength steel pipes of X65 class or higher and wall thickness of 30 mm or more, which require a large forming force, the design and use of the U press 4 mold and U press apparatus The method becomes important.
[0005]
By the way, the numerical value such as 70 shown in the name of X70 indicates the minimum yield stress allowed as a product in kilopound per square inch (kpsi). In the line pipe standard API 5L, 1 kpsi = 6.889476 MPa. It is prescribed.
[0006]
By the way, the U press molding method is different from that of FIG. 2 in terms of the type of rocker die shown in FIG. A U-press mold called a rocker die (hereinafter referred to as a rocker die type U-press mold 10) is rotated and a steel plate is sandwiched between them. The forming reaction force acts on the punch 20 side. .
[0007]
By the way, the general rocker die type U press die 10 shown in FIG. 3 is provided with an upper tool 12 and a lower tool 14 as shown in FIG. However, each dimension regarding the positional relationship between the upper and

lower tools

12 and 14 is limited. The factor of the restriction will be explained in order below.
[0008]
The maximum value of the distance between the upper and lower tools indicated by a in FIG. 4 (a) is limited by the product UO steel pipe outer diameter. If a is too large for the outer diameter of the product UO steel pipe, when the punch 20 is lowered and the rocker die type U press die 10 is rotated to bend and cut the steel plate 1, the steel plate 1 becomes the punch 20 and the rocker die type. In some cases, the U-press mold 10 may sag. On the other hand, if it is too small, the forming reaction force increases, and the steel sheet 1 may not be sufficiently formed into a desired U shape.
[0009]
The distance L between the fulcrums 16 of the left and right rocker die type U-press dies 10 (L / 2 is shown in FIG. 4A. There is a left half not shown and left-right symmetry). There are limitations due to geometric relationships.
[0010]
That is, (1) If this L / 2 is too small, the common tangent line of the upper and

lower tools

12, 14 when the punch 20 in FIG. The angle θ with respect to the horizontal direction (inclination angle of the rocker die type U press mold 10 in the initial state) cannot be rotated to a small angle due to the interference of the left and right rocker die type U press molds 10.
[0011]
When θ (inclination angle of the rocker die type U press mold 10) in FIG. 4A cannot be rotated to a small angle due to interference between the left and right rocker die type U press molds 10, the U press molding process The molding reaction force is increased and disadvantageous.
[0012]
Also, (2) if L / 2 is too large, the steel plate 1 slips between the left and right lower tools 14 before the steel plate 1 is sufficiently bent into a U shape in the process of lowering the punch 20. It will fall.
[0013]
FIG. 5 shows the relationship between the steel plate 1 and the moving direction position (stroke S) of the punch 20 when the steel plate 1 is formed into a U shape with a conventional general rocker die type U press die 10. It is shown as a typical change. In addition, the lower graph of FIG. 6 shows changes in the forming reaction force that the rocker die type U press die 10 receives from the steel plate at this time.
[0014]
When the punch 20 starts to descend, the upper tool of the rocker die type U press die 10 and the steel plate 1 come into contact with each other at the contact position A as shown in FIG. Contact is made at the contact position B (a three-point bending state including the left half not shown).
[0015]
After a while, (2) the contact position B gradually moves along the outer shape of the punch 20 (becomes a four-point bent state including the left half not shown), and the contact position B and the rocker die type U press die 10 The distance between the upper tool 12 and the contact position A of the steel plate 1 is gradually shortened, the arm of the bending moment with the contact position B somewhere on the outer shape of the punch 20 is shortened, and the rocker die type The component of the reaction force acting on the U press die 10 side increases in the vertical direction. However, as the forming progresses, the angle θ at which the steel sheet 1 is inclined with respect to the horizontal is gradually increased, so that the vertical component of the forming reaction force acting on the rocker die type U press die 10 side increases. Will soon become smaller, and the horizontal component of the molding reaction force acting on the rocker die type U press die 10 side will gradually increase, and the component in the vertical direction will gradually decrease.
[0016]
When the punch 20 further descends, (3) forming at the timing when the steel plate 1 and the lower tool 14 of the rocker die type U press die 10 come into contact with each other at the contact position C (becomes a 6-point bending state including the left half not shown). The reaction force increases rapidly.
[0017]
Until the steel plate 1 comes into contact with the lower tool 14 of the rocker die type U press die 10, the steel plate 1 is bent by the contact position B of the punch 20 and the steel plate 1 and the upper tool 12 of the rocker die type U press die 10. Although it is necessary to bear a sufficient moment, a force corresponding to a value obtained by dividing the moment by the moment arm is required as the vertical component. However, after the steel plate 1 comes into contact with the lower tool 14 of the rocker die type U press die 10, the moments around the fulcrum 16 of the rocker die type U press die 10 need to be further balanced. The U-press device 100 is such that the distance a ₂ between the foot of the perpendicular line dropped from the fulcrum 16 of the rocker die type U-press mold 10 to the common tangent line of the upper and

lower tools

12 and 14 and the contact point of the lower tool 14 is the foot of the perpendicular line. Since the distance a ₁ between the contact point of the upper tool 12 and the upper tool 12 is short, a large increase in forming reaction force is inevitable at the timing T when (2) the four-point bending is changed to (3) the six-point bending.
[0018]
As a prior art regarding this problem, Patent Document 1 exists. This means that at the timing when the punch 20 descends and the rocker die type U-press mold 10 starts to rotate, a lateral pressing mechanism using hydraulic pressure installed separately is also used to resist the molding reaction force.
[0019]
Patent Document 2 describes that the arm length can be adjusted so that the lower metal fitting of the rocker die can be moved and the moldable area is expanded.
[0020]
Patent Document 3 describes that the initial set angle of the rocker die is within a predetermined range.
[0021]
[Patent Document 1]
JP 55-24779 A [Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 58-160616 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 54-138856 [0022]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique according to Patent Document 1, it is necessary to add a lateral press mechanism by hydraulic pressure to the left and right rocker die type U press molds 10 sandwiching the punch 20 with respect to the conventional equipment, which requires equipment costs. There was a problem.
[0023]
Patent Document 2 describes that if the length from the fulcrum of the rocker die to the lower tool is increased, the load for bending the steel plate can be reduced, but a specific numerical relationship is described. It wasn't.
[0024]
Further, Patent Document 3 did not describe the shape or dimensional relationship of the rocker die itself.
[0025]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and enables the manufacture of a high-strength thick UO steel pipe by simply modifying the rocker die type U press mold. Is an issue.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In the UO steel pipe manufacturing process, which is manufactured through end bending, U press, O press, end welding, and pipe expansion, the present invention firstly moves up and down from the fulcrum of the rocker die U press mold. The distance a ₂ between the perpendicular foot and the contact point on the upper tool is 0.7 to 1.0 times the distance a ₁ between the perpendicular foot and the contact point on the upper tool. And the following relationship L / 2 ≧ r + a ₂ cos θ + xsin θ (1)
L / 2 ≦ t + r + x + y (2)
(put it here,
L: Distance between the fulcrum points of the left and right rocker die type U press dies r: The radius of curvature of the lower tool of the rocker die type U press die x: From the fulcrum of the rocker die type U press die to the tangent line connecting the upper and lower tools The intersection between the lowered perpendicular and the pedestal is obtained, the distance from the fulcrum to the intersection θ: the angle of the common tangent of the upper and lower tools with respect to the horizontal direction y: the horizontal dimension of the punch t: the thickness of the steel plate)
It is a rocker die type U press forming method in the UO steel pipe manufacturing process characterized by satisfying the above.
[0027]
In the first aspect of the present invention, in the rocker die type U press forming method, the angle θ ₀ with respect to the horizontal direction of the common tangent line of the upper and lower tools when the punch descends and comes into contact with the steel sheet to start forming is set to 45 to 45. A range of 90 ° is preferable.
[0028]
In addition, the present invention secondly relates to the distance a ₁ between the foot of the vertical line and the contact point of the upper tool that is lowered from the fulcrum to the common tangent line of the upper and lower tools, the distance _{a 2} is a UO pipe rocker-die U press die for manufacturing which is characterized in that a 0.7 to 1.0-fold.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
The inventors changed the shape of the rocker die type U press mold to be used for the U press and performed simulations to obtain the following knowledge.
[0030]
FIG. 1 shows one embodiment of the present invention and how the reaction force of the rocker die type U press mold 10 received from the steel plate 1 changes when the embodiment is adopted. As can be clearly seen when compared with the conventional case shown in FIG. 6, the rocker die type U press mold 10 is elongated downward as indicated by an arrow. The distance between the foot of the perpendicular line dropped from the fulcrum 16 of the rocker die type U press mold 20 to the common tangent line of the upper and

lower tools

12, 14 and the contact point of the upper tool 12 is a _1. when the distance between the contact point and a ₂ in, the case of the conventional, while a ₂ was 0.35 times that of a _1, when taking the one embodiment of the present invention 0 .7 times.
[0031]
Therefore, the increase in the molding reaction force at the timing T at which the four-point bending shifts to the six-point bending is reduced by about 50% compared to the conventional case, and the absolute value of the molding reaction force is also reduced by about 30%. . For this reason, it is not necessary to additionally install a lateral pushing mechanism by hydraulic pressure.
[0032]
Next, the relationship between a ₂ and the decrease in the absolute value of the molding reaction force at timing T was verified by experiment. The thickness of the steel plate used in the experiment is 40 mm, the outer diameter of the product UO steel pipe is 60 inches, and the grade is X70. The punch width was 70% of the outer diameter of the product UO steel pipe. The results are shown in Table 1. Incidentally, θ0 is an inclination angle with respect to the horizontal direction of the common tangent line of the upper and lower tools in the initial state (the state when the punch is lowered and contacts the steel plate).
[0033]
[Table 1]

[0034]
Increasing the ratio of a ₂ with respect to a _1, to the conventional case, but the amount of increase in the shaping reaction force at a timing T that moves to bend 6 points is reduced, the a ₂ beyond 1.0 times a ₁ Even if it is increased, the effect of decreasing the increase in the forming reaction force is saturated, while the upper and lower tools of the rocker die type U-press mold are common when the punch descends and contacts the steel plate to start forming. When an attempt is made to reduce the angle of the tangential line with respect to the horizontal direction, the lower tools of the left and right rocker die type U press dies may be unable to form (formability is x) due to mechanical interference. Therefore, a ₂ ≦ a ₁ is set.
[0035]
Moreover, the inventors have further result of extensive research, the more high-strength steel plate, and, as the thick steel plate and the lower mold reaction force itself, found to be an extension of a ₂ is valid It was. Quantitatively, it has been found that a ₂ ≧ a ₁ × 0.7 is necessary to reduce the increase in the molding reaction force until the conventional lateral pushing mechanism by hydraulic pressure is not necessary.
[0036]
In addition, from the connection of each part of the rocker die type U press mold of the present invention shown in FIG.
(1) When the punch 20 descends and comes into contact with the steel plate 1 to start forming, the angle θ with respect to the horizontal direction of the common tangent of the upper and

lower tools

12 and 14 is the lower tool of the left and right rocker die type U press molds. It becomes impossible to rotate to a small angle due to mechanical interference. In order to prevent this, the following relationship is established geometrically.
[0037]
L / 2 ≧ r (1−sin θ) + a ₂ cos θ + (x + r) sin θ
If this is transformed,
L / 2 ≧ r + a ₂ cos θ + xsin θ (1)
put it here,
L: Distance between fulcrum of left and right rocker die type U press molds r: Radius of curvature of lower tool of rocker die type U press mold x: Upper and lower tools are connected from fulcrum 16 of rocker die type U press mold 10 The distance from the fulcrum 16 to the intersection point 17 with the intersection of the perpendicular line down to the tangent line and the pedestal 18 a ₂ : The leg of the perpendicular line dropped from the fulcrum 16 of the rocker die type U-press die 10 to the tangent line connecting the upper and lower tools The distance θ between the contact point 19 and the contact point of the lower tool 14 means the angle of the common tangent of the upper and lower tools with respect to the horizontal direction.
[0038]
Note that r is constant within a range in which the contact position moves after the punch descends and comes into contact with the steel sheet until the forming is completed. In addition, the center of the curvature circle should not move constantly on the pedestal 18 within that range.
[0039]
On the other hand, (2) From the viewpoint of preventing the steel sheet 1 from slipping through the left and right lower tools 14 in the process of lowering the punch 20, from the contact of each part shown in FIG. Geometrically, the following relationship holds:
[0040]
L / 2 ≦ t + r + x + y (2)
put it here,
y: Horizontal dimension of the punch 20 t: Thickness of the steel plate 1 is meant.
[0041]
(Embodiment 2)
Subsequently, the result of applying the above-described embodiment of the present invention to the manufacture of a small-diameter UO steel pipe will be described. A product with an outer diameter of 20 inches and a steel plate of X65 having a thickness of 30 mm was used. As molding reaction force becomes smaller, a ₂ is set to 0.7 times the a _1, the inclination angle relative to a common tangent of the horizontal upper and lower tool in the initial state (state when the punch is in contact with the steel plate is lowered) theta By changing ₀ in the range of 40 to 92 deg, the effect of decreasing the increase in the molding reaction force, the possibility of molding due to mechanical interference of the lower tool of the left and right rocker die type U press dies (Yes… ○, No… ×) investigated. The results are shown in Table 2.
[0042]
[Table 2]

[0043]
Thereby, for example, when a UO steel pipe having a small diameter such as a product outer diameter of 20 inches is manufactured, the downward extension (a ₂ / a ₁ ) of the rocker die type U press mold is within the scope of the present invention. When the inclination angle θ of the rocker die type U press mold in the initial state is reduced to less than 45 deg, the lower tools of the left and right rocker die type U press molds are mechanically interfered with each other and cannot be formed (No). On the contrary, when the inclination angle θ of the rocker die type U press mold in the initial state is increased, the increase in the molding reaction force, and hence the absolute value thereof, increases. This is due to the fact that the forming reaction force before the steel plate comes into contact with the lower tool of the rocker die type U press die rather than the timing T is increased. In this case, the steel plate is formed into a desired U shape. It becomes difficult.
[0044]
Therefore, if the inclination angle θ of the rocker die type U press mold in the initial state is set to 45 to 90 deg, it is possible to reduce the forming reaction force, and at the same time, it is a small diameter UO steel pipe having a product outer diameter of 20 inches. However, it can be sufficiently formed into a desired U shape.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to manufacture a high-strength thick UO steel pipe that requires a large forming force and does not require much equipment cost by simply modifying the rocker die type U-press die. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an outline of a UO steel pipe manufacturing process. FIG. 3 is a diagram showing an overview of a rocker die type U press apparatus. FIG. 5 is a view for explaining the engagement of each part of a rocker die type U press die of FIG. 5. FIG. 5 shows a steel plate and punches when a steel plate is formed into a U shape with a conventional general rocker die type U press die. Fig. 6 shows the relationship with the stroke as if it were a change over time. Fig. 6 is a diagram for explaining the problems of the prior art.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 6 ... Steel plate 2 ... Milling machine 3 ... C press 4 ... U press 5 ... O die 10 ... Rocker die type U press die 12 ... Upper tool 14 ... Lower tool 16 ... Rocker die type U press die 10 Support point 17 ... Intersection 18 ... Pedestal 19 ... Vertical foot 20 ... Punch a ... Distance between upper and lower tools a ₁ ... Vertical foot lowered from the fulcrum of the rocker die type U-press die to the tangent line connecting the upper and lower tools and the contact point on the upper tool Distance a ₂ ... distance L between the perpendicular foot and the contact point in the lower tool ... distance S between the fulcrums 16 of the left and right rocker die U-press molds 10 ... position of the punch 20 in the moving direction (stroke) )
t: Thickness T of steel plate 1 ... Timing of transition from 4-point bending to 6-point bending

Claims

In rocker die type U press molding in UO steel pipe manufacturing process manufactured through end bending, U press, O press, end welding, pipe expansion,
Relative distance a ₁ between the contacts in perpendicular foot and the upper tool drawn from the fulcrum of the rocker-die U press die to a common tangent of the upper and lower tools, the distance between the contacts in the foot and the lower tool of the perpendicular line a a ₂ with a 0.7 to 1.0 times,
The following relationship L / 2 ≧ r + a ₂ cos θ + xsin θ (1)
L / 2 ≦ t + r + x + y (2)
(put it here,
L: Distance between the fulcrum points of the left and right rocker die type U press dies r: The radius of curvature of the lower tool of the rocker die type U press die x: From the fulcrum of the rocker die type U press die to the tangent line connecting the upper and lower tools The intersection between the lowered perpendicular and the pedestal is obtained, the distance from the fulcrum to the intersection θ: the angle of the common tangent of the upper and lower tools with respect to the horizontal direction y: the horizontal dimension of the punch t: the thickness of the steel plate)
A rocker die type U press forming method in a UO steel pipe manufacturing process, characterized in that:

In the rocker die type U press forming method of claim 1, when the punch descends and comes into contact with the steel sheet to start forming, the angle θ ₀ with respect to the horizontal direction of the common tangent line of the upper and lower tools is in the range of 45 to 90 °. A rocker die type U press molding method.

The distance a ₂ between the vertical foot and the contact point on the lower tool is 0.7 to ₁ with respect to the distance a ₁ between the vertical foot lowered from the fulcrum to the common tangent line of the upper and lower tools and the contact point on the upper tool. A rocker die type U-press mold for UO steel pipe production characterized by being set to 0 times.