JP2005279745A - 太径鋼管の曲げ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
鋼管の性質を大きく損なわず、従来に比べて材料の歩留まりが高く、加工後の寸法制度が高く、しかも現存するプレス加工設備によって低コストで曲げ加工が可能な太径鋼管の曲げ加工方法の提供。
【解決手段】
固定台１上に固定した固定金型４と、これに対向して移動する加圧金型５とを備えたプレス曲げ装置を使用し、固定金型４上に鋼管Ｂを載せ、加圧金型５によりプレスすることにより両金型４,５間に鋼管を挟み込んで冷間曲げ加工を施すようにし、固定金型４と加
圧金型５とは、それぞれ幅方向側が略半円筒状をなし、長手方向側が曲げ加工を施す曲率の弧状をなす凹型部を有し、両凹型部を互いに接合させることによって両金型間に曲げ加工後の太径鋼管形状をした弧状筒型が構成されるようにし、両金型４,５間に、前記筒型
の内径より稍大きい外形の太径鋼管Ｂを挟み込ませ、両金型間でプレス成形することにより前記筒型と略同形状の曲げ加工を施す。

【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば直径１０００ｍｍ前後の大きさの太径鋼管を、冷間加工により曲率
ｍ程度に曲げ加工する太径鋼管の曲げ加工方法に関する。

一般に、トンネル掘削工事において、大口径トンネルの構築や拡幅部分の構築にパイプルーフ工法が採用されている。この工法は、例えば拡幅部分や大口径部分の構築に際し、図１０に示すように、平行配置に２本のトンネル３０，３０を構築し、その一方側から他方側に向けて多数のパイプ３１を平行に押し出し、パイプを並べた状態のルーフ３２を形成し、ルーフによって仕切られた内側の土砂３３を排除して地下空間を形成するものであり、このパイプ２には、真っ直ぐ又は弧状の鋼管が使用され、数ｍの長さのものを数本長手方向に繋ぎ合わせて所定の長さのルーフを形成させている。

また、一般に鋼管の曲げ加工方法には、プレスによる曲げ加工及び高周波加熱曲げ加工がある。従来のプレスによる曲げ加工は、図１１に示すように鋼管４０をダイス４１，４１上に支持させ、その中間をポンチ４２によって加圧して局部的に曲げ加工し、鋼管４０軸方向に移動させて同様に曲げ加工することにより、必要な長さ分の曲げ加工を行うものである（例えば特許文献１）。

また、高周波加熱を使用した曲げ加工は、図１２に示すように、鋼管４０を高周波加熱コイル４３内に通した状態で両端をクランプ４４，４５で掴み、高周波加熱コイル４３によって鋼管４０を局部的に加熱させながら該鋼管４０を軸方向に移動させ、一方のクランプ４５を曲げ方向に移動させて加熱部分に曲げモーメントを与えることにより順次曲げ加工を施し、曲げ加工後に冷却することによって焼入れするようにしている（例えば特許文献２及び３）。
特開平０８−２５２６３６号公報 特開平０８−２９４７２９号公報 特開２００３−１６４９１８号公報

上述した従来のプレスによる曲げ加工では、鋼管の両端部に曲げ加工が正確にできない部分が生じ、その長さは通常、曲げ加工する鋼管の直径と略同じ長さ分発生し、この部分を切除しなければならない。例えば、直径８００ｍｍ、長さ３０００ｍｍの弧状鋼管が必要な場合には、４６００ｍｍの直管が必要になり、加工ロス率は３５パーセントにも達することとなり、材料の歩留まりが悪く不経済であるという問題があった。

従来の高周波加熱を使用した曲げ加工では、局部的に過熱した部分を順次曲げ加工するものであるため、５〜７％の縮みが生じて寸法制度が悪く、また、曲げ加工に際して鋼管を高温に過熱し、これを急速冷却することによって焼入れし直すものであるため、加工前の鋼管とは、全く異なった性質の鋼管となりやすく、このため、所望の性質を持った鋼管を得るためには、鋼管の原材料である鋼板の製造時と同様の温度管理が必要とされるところであるが、曲げ加工時には鋼板製造時の如き冷却水の温度管理ができないため、靭性、せん断応力、曲げ応力等、所望の性質を得ることができず、また、部分的に性状が複雑に入り組んだ鋼管となることが予想される。

また、高周波加熱を使用した曲げ加工では、両端のクランプのための長さが一定以上必
要となり、上述した直径８００ｍｍ、長３０００ｍｍの鋼管の場合、加工前の鋼管の１０％以上のロスが発生する。更に、パイプルーフ工法に使用する場合には、現場において鋼管を繋ぐための溶接がなされるため、その部分の焼きなましが発生し、更に複雑な状態の鋼管となる等の問題がある。

本発明はこのように従来の問題に鑑み、鋼管の性質を大きく損なわず、従来に比べて材料の歩留まりが高く、加工後の寸法制度が高く、しかも現存するプレス加工設備によって低コストで曲げ加工が可能な太径鋼管の曲げ加工方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、固定台上に固定した固定金型と、該固定金型に対向して移動する加圧金型と、該加圧金型を動作させる加圧機構とを備えたプレス曲げ装置を使用し、前記固定金型上に鋼管を載せ、加圧金型によりプレスすることにより前記両金型間に鋼管を挟み込んで冷間曲げ加工を施す太径鋼管の曲げ加工方法において、前記固定金型と加圧金型とは、それぞれ幅方向側が略半円筒状をなし、長手方向側が曲げ加工を施す曲率の弧状をなす凹型部を有し、両凹型部を互いに接合させることによって両金型間に曲げ加工後の太径鋼管形状をした弧状筒型が構成されるようにし、前記両金型間に、前記筒型の内径より稍大きい外形の太径鋼管を挟み込ませ、両金型間でプレス成形することにより前記筒型と略同形状の曲げ加工を施すことにある。
請求項２に記載の発明の特徴は、前記請求項1の構成に加え、曲げ加工を施す前の太径鋼
管の両端部に加工後に鋼管の端部内面を成形する中子を挿入した状態で曲げ加工を施すことにある。

請求項３に記載の発明の特徴は前記請求項1又は２に記載の構成に加え、各凹型部が、
矩形平板状をした鋼板を半円筒状に曲げた形状をした複数の型面構成部材を円弧状配置に並べて構成された固定金型及び加圧金型を使用する請求項１又は２に記載の太径鋼管の曲げ加工方法。
請求項４に記載の発明の特徴は、前記請求項３に記載の構成に加え、固定金型の凹型部の長手方向を凹型の弧状となし、該凹型部の両端部を構成する前記型面構成部材を曲方向に回動自在とした固定金型を使用することにある。

本発明においては、請求項１に記載のように、それぞれ幅方向側が略半円筒状をなし、長手方向側が曲げ加工を施す曲率の弧状をなす凹型部を有する固定金型と加圧金型とを使用し、両凹型部を互いに接合させることによって両金型間に曲げ加工後の太径鋼管形状をした弧状筒型が構成されるようにし、この両金型間に、前記筒型の内径より稍大きい外形の太径鋼管を挟み込ませ、両金型間でプレス成形することにより前記筒型と略同形状の曲げ加工を施すようにしたことにより、プレスによって曲げられると同時にセイジング加工がなされ、戻りや収縮のない高精度の曲げ加工がなされるとともに、曲げ加工後の鋼管の性質が加工前とは大きく異なることのない弧状鋼管が得られる。

また、請求項２に記載のように、曲げ加工を施す前の太径鋼管の両端部に加工後に鋼管の端部内面を成形する中子を挿入した状態で曲げ加工を施すことにより、鋼管の端部の座屈が防止され、鋼管の先端近くまで高精度の曲げ加工がなされ、材料のロスが少ない高歩留まりの曲げ加工がなされる。
更に、請求項３に記載のように、各凹型部が、矩形平板状をした鋼板を半円筒状に曲げた形状をした複数の型面構成部材を円弧状配置に並べて構成された固定金型及び加圧金型を使用することにより、金型の製造が容易になり、低コストで堅牢な金型が得られ、加工コ
ストが低減される。

更にまた、請求項４に記載のように、固定金型の凹型部の長手方向を凹型の弧状となし、該凹型部の両端部を構成する前記型面構成部材を曲方向に回動自在とした固定金型を使用することにより、曲げ加工の初期状態において、鋼管の両端部に加わる反力が局部的に集中する度合いを和らげることができ、加工精度が高くなる。

次に本発明の実施の形態を図面に示した実施例に基づいて説明する。図１は本発明に使用するプレス装置の一例を示しており、図において符号１はプレス装置を構成する固定台、２は固定台1と対向配置に設置され加圧機構３によって昇降動作される加圧用移動台で
ある。固定台１には上向きに固定金型４が支持されているとともに、加圧用移動台２の下面には加圧金型５が下向きに支持されている。

各固定金型４は金型基盤６の上面に複数の分割金型７，７……が支持されている。金型基盤６は上面の長手方向側が、加工しようとする鋼管の曲率に合わせた上向きの凹型をした弧状に形成され、幅方向側が水平配置となっている。

分割金型７は、図３に示すように矩形状をした鋼板を半円筒上に湾曲させた型面構成部材８と、その裏面側を支持する一対の支持板９，９と、支持板９，９を一体に立設させたベース板１０とから構成されており、型面構成部材８は支持板９，９の上端面に形成した半円形状の凹部内に嵌め合わされて溶接されている。この分割金型７を所要数だけ金型基盤６の上面に並べ、各型面構成部材８によって連続した半円筒型の凹型面が形成されるようにしている。

尚、両端に位置する分割金型を除く他の分割金型７は金型基盤６の上面にボルト止めにより固定されている。両端に位置する分割金型７は、それぞれ滑り支承１１を介して支持され、鋼管の曲げ方向側に回動可能となっている。滑り支承１１は、金型基盤６に固定した受け部材１２とその上に重ね合わせた摺動部材１３とからなり、両部材１２，１３に形成した弧状の摺動面１２ａ，１３ａを互いに摺動可能に接合させている。摺動面１２ａ，１３ａは曲げ方向と直行する向きの回動軸心を有する円弧状に形成されている。

加圧金型５は加圧用移動台２の下面に固定した金型基盤１４を有し、この金型基盤１４は下面が、その長手方向側が、加工しようとする鋼管の曲率に合わせた下向きの凸型をした弧状に形成され、幅方向側が水平配置となっている。この金型基盤１４の下面に、前述と同様の割金型７が型面構成部材８を下向きにして所要数並べられ、ボルト止めさている。

このようにして各金型４，５は、それぞれの型面構成部材８によって略半円筒形の凹溝状をなし、所定の曲げ加工形状の湾曲された形状の型面が構成され、両金型４，５が接合されることによって、所望の曲率の筒型の型面Ａが構成されるようになっている。

このようなプレス装置からなる曲げ加工機を使用して、鋼管の曲げ加工を行う際には、前述した金型４，５が互いに接合されることによって形成される弧状に湾曲した円筒状の型面Ａを曲げ加工によって得られる所望の加工品形状に成形しておくとともに、これによって曲げ加工しようとする被加工鋼管Ｂの外径Ｄ２（図４に示す）を、前記型面Ａの内径Ｄ１（図２に示す）より稍大きく整形しておく。この時の鋼管外径と型面内径との差は、型面内径の０．５％程度鋼管外径を大きくし、これによって曲げ加工と同時に縮径方向のセイジング加工がなされるようにする。

また、曲げ加工に先立ち、被加工鋼管Ｂの両端部内に座屈防止用の中子を挿入する。この中子は、図５、図６に示すように、テーパ状の円柱状をした中子２０を使用し、テーパ円柱状部を被加工鋼管Ｂの端部内に挿入するようにしたものや、図７〜図９に示すように、一部に切欠部２１を有するリング状をなし、端部にフランジ２２を有するとともに、切欠部２１内に打ち込むテーパ状の止め金２３を有する中子２４を使用し、リング状部を被加工鋼管Ｂの端部に挿入し、切欠部２１に止め金２３を打ち込むことにより縮径不能とするようにしたもの等が使用できる。

上述のように予め被加工鋼管Ｂと型面Ａの大きさを設定しておき、図４に示すように、加圧金型５を上昇させて固定金型４内に被加工鋼管Ｂを載せる。被加工鋼管Ｂの両端内には中子２０又は２４を嵌合させておく。この状態で加圧金型５を加圧機構によって降下させる。これによって被加工鋼管Ｂは、両端部下側が固定金型の両端部上面で支えられた状態で、中央部分上側が加圧金型５の中央下面で下向きに加圧される。

この時、被加工鋼管Ｂの端部外面接している固定金型４の両端の分割金型７は、被加工鋼管Ｂの外面に沿った向きに回動され、曲げの進行によって被加工鋼管Ｂの両端が予定の曲げ方向側に角度が変化するとこれに追従して両端の分割金型７は支承面で滑り、型面の角度を変化させる。これによって被加工鋼管Ｂ曲げ加工初期に生じる両端部の応力が、両端の分割金型７の略全面で受けられることなり、局部的な応力集中が防止される。また、これと相俟って、被加工鋼管Ｂの両端に中子が挿入されているため、座屈による端部の異常変形が防止される。

このようにして加圧金型５が固定金型４接合する位置まで降下させることによって、被加工鋼管Ｂは両金型４，５によって形成される円筒状の型面Ａと略同じ形状に、曲げ加工及びセイジング加工がなされ、両端部に至るまで、許容される寸法精度の加工がなされ、加工ロスの極めて少ない曲げ加工鋼管が得られる。

尚、実験によれば、長さ３１００ｍｍ、直径８００ｍｍの鋼管を曲率半径１４００ｍｍに曲げ加工した時の端部のロスは両端部において約５０ｍｍ、全体として１００ｍｍ以内であり、ロス率は約３％であった。

本発明方法を実施するための装置の一例の概略構成を示す側面図である。 図１に示す装置の金型部分を示す断面図である。 図１に示す装置に使用した分割金型の斜視図である。 図１に示す装置を使用した加工初期の状態を示す断面図である。 本発明方法に使用する中子の一例を示す斜視図である。 同上の使用状態の断面図である。 本発明方法に使用する中子の他の例を示す正面図である。 同上の縦断面図である。 同中子の使用状態を示す断面図である。 従来のパイプループ工法によるトンネル施工状態の断面図である。 従来のプレスによる鋼管曲げ加工を示す説明図である。 従来の高周波加熱を利用した鋼管曲げ加工を示す説明図である。

符号の説明

Ａ 型面
Ｂ 被加工鋼管
１ 固定台
２ 加圧用移動台
３ 加圧機構
４ 固定金型
５ 加圧金型
６ 金型基盤
７ 分割金型
８ 型面構成部材
９ 支持板
１０ ベース板
１１ 滑り支承
１２ 受け部材
１２ａ 摺動面
１３ 摺動部材
１３ａ 摺動面
１４ 金型基盤
２０ 中子
２１ 切欠部
２２ フランジ
２３ 止め金
２４ 中子

Claims (4)

1. 固定台上に固定した固定金型と、該固定金型に対向して移動する加圧金型と、該加圧金型を動作させる加圧機構とを備えたプレス曲げ装置を使用し、前記固定金型上に鋼管を載せ、加圧金型によりプレスすることにより前記両金型間に鋼管を挟み込んで冷間曲げ加工を施す太径鋼管の曲げ加工方法において、
   前記固定金型と加圧金型とは、それぞれ幅方向側が略半円筒状をなし、長手方向側が曲げ加工を施す曲率の弧状をなす凹型部を有し、両凹型部を互いに接合させることによって両金型間に曲げ加工後の太径鋼管形状をした弧状筒型が構成されるようにし、前記両金型間に、前記筒型の内径より稍大きい外形の太径鋼管を挟み込ませ、両金型間でプレス成形することにより前記筒型と略同形状の曲げ加工を施すことを特徴としてなる太径鋼管の曲げ加工方法。
2. 曲げ加工を施す前の太径鋼管の両端部に加工後に鋼管の端部内面を成形する中子を挿入した状態で曲げ加工を施す請求項１に記載の太径鋼管の曲げ加工方法。
3. 各凹型部が、矩形平板状をした鋼板を半円筒状に曲げた形状をした複数の型面構成部材を円弧状配置に並べて構成された固定金型及び加圧金型を使用する請求項１又は２に記載の太径鋼管の曲げ加工方法。
4. 固定金型の凹型部の長手方向を凹型の弧状となし、該凹型部の両端部を構成する前記型面構成部材を曲方向に回動自在とした固定金型を使用する請求項３に記載の太径鋼管の曲げ加工方法。

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