JP2005305501A - Uoe鋼管製造工程におけるuプレス用ポンチ装置 - Google Patents

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    • B21C37/0815Making tubes with welded or soldered seams without continuous longitudinal movement of the sheet during the bending operation

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【課題】 様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、従来のUプレス用ポンチ装置よりもUプレス後のU管幅を低減させることが可能な、UOE鋼管製造工程におけるUプレス用ポンチ装置を提供する。
【解決手段】 UOE鋼管の製造過程において使用されるUプレス用ポンチ装置100であって、両側面に半円筒形状のプレス面11、11を備える第1ポンチ部10と、第1ポンチ部10の下方に接して配置され、プレス面11と同一又は異なる半円筒形状のプレス面21、21を両側面に備える第2ポンチ部20と、第2ポンチ部20の下方に接して配置され、下向きの半円筒形状プレス面31を備える第3ポンチ部30と、を有する、Uプレス用ポンチ装置100とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、UOE方式により製造される鋼管の製造過程において使用される、Uプレス用ポンチ装置に関する。
UOE鋼管は、主として石油、天然ガス等の輸送のためのパイプライン用のラインパイプに使用される鋼管であり、その名は、当該鋼管の代表的な製造工程に由来している。大きく分けて20程度の工程を経て製造されるUOE鋼管の製造工程は、鋼板の端部に曲げ加工(C加工)を施す工程、U加工によりU管を得る工程、及びO加工によりオープンパイプを得る工程等を含み、これらの工程により加工された鋼板は、その後、溶接工程、拡管(Expander)工程、及び検査工程等を経て、製品(UOE鋼管)となる。
上記工程のうち、UOE鋼管のC加工工程は、鋼板の幅方向端部付近に鋼管径に見合った曲げ加工を施す工程であり、O加工における成形荷重の低減及び鋼板端部が直線部として残るピーキングの抑制を目的としている。当該C加工後のU加工工程では、開放ダイを有するプレス(Uプレス)を用いて平板をU管形状に加工し、O加工工程の装置内へ搬送可能な形状にする。そして、O加工工程では、閉成ダイを有するプレス(Oプレス)を用いて、U加工工程後のU管をO形状にする。この際、寸法精度を向上させるため、Oプレス時の管には、若干の絞りが付与される。
O加工後に内部溶接及び外部溶接された鋼管は、多くの場合、未だ製品鋼管の直径及び丸みに対する寸法要求を満たしていないため、溶接工程後に拡管(冷間口拡げ加工)により矯正される。この拡管工程では、鋼管の全肉厚に渡って塑性伸びを与えることで、上記加工及び溶接工程による残留応力が除去される。
このような工程を経て製造されるUOE鋼管は、その製管サイズが多岐にわたるため、通常は、製管サイズに応じて、C加工、Uプレス、Oプレス、及び拡管における各装置の工具をそれぞれ交換する必要がある。しかし、Uプレスにおいては、Uプレス装置のUポンチの交換に多大な時間を要するほか、製管サイズ毎にUポンチを製作するには多大な費用を要する。そのため、複数の製管サイズに対応可能な、Uポンチが求められている。
複数の製管サイズに対応可能なUポンチに関する研究は、これまでに行われてきている。例えば、特許文献1には、Uポンチに付随しているシリンダを調整することにより、自在にポンチ寸法を調整することができるUポンチ装置に関する技術が開示されている。このUポンチ装置によれば、鋼管サイズが近似する管を製造する場合にはポンチ交換を要さないほか、この装置により加工すればUプレス後の管形状を一定に維持し得るとされている。
特開昭59−109116号公報
しかし、特許文献1に開示されているUポンチ装置に備えられているポンチは、曲率半径が異なる2種類のポンチを有するのみであるため、ロッカアッセンブリ方式によるUプレス方式の場合には、管に十分な曲げを付与できないという問題があった。
一方で、近年、輸送効率向上のため、高圧輸送に耐え得る高強度ラインパイプの需要が高まってきている。このような高強度材を従来のUポンチ装置により加工すると、Uプレス後のスプリングバック(曲げ戻り)量が大きくなるため、特にUプレス後のU管の開き幅がOプレス装置のダイス直径よりも大きい場合には、U管をOプレス装置内に搬送できないという問題もあった。
そこで、本発明は、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、従来のUプレス用ポンチ装置よりもUプレス後のU管幅を低減させることが可能な、UOE鋼管製造工程におけるUプレス用ポンチ装置を提供することを課題とする。
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。
請求項1に記載の発明は、UOE鋼管の製造過程において使用されるUプレス用ポンチ装置(100)であって、両側面に半円筒形状のプレス面(11)、(11)を備える第1ポンチ部(10)と、第1ポンチ部(10)の下方に接して配置され、プレス面(11)と同一又は異なる半円筒形状のプレス面(21)、(21)を両側面に備える第2ポンチ部(20)と、第2ポンチ部(20)の下方に接して配置され、下向きの半円筒形状プレス面(31)を備える第3ポンチ部(30)と、を有することを特徴とする、Uプレス用ポンチ装置(100)により、上記課題を解決する。
請求項1に記載の発明によれば、従来のUプレス用ポンチ装置よりもUプレス後のU管幅を低減させることが可能な、Uプレス用ポンチ装置(100)を提供することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のUプレス用ポンチ装置(100)において、第1ポンチ部(10)及び/又は第2ポンチ部(20)が、プレス面(11)、(11)及び/又は(21)、(21)間の距離を拡大/縮小可能であることを特徴とする。
請求項2に記載の発明によれば、従来のUプレス用ポンチ装置よりもUプレス後のU管幅を低減させることが可能であり、かつ、様々な製管サイズに対応し得る、Uプレス用ポンチ装置(100)を提供することができる。
本発明によれば、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、Uプレス後のU管幅を従来のUポンチ装置よりも低減させることが可能な、UOE鋼管製造工程におけるUプレス用ポンチ装置を提供することができる。
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図1は、本発明のUプレス用ポンチ装置にかかる第1実施形態例を示す概略図である。本発明のUプレス用ポンチ装置100は、第1ポンチ部10、第2ポンチ部20、及び第3ポンチ部30を備える。第1ポンチ部10は、両側面に、曲率半径R1の半円筒形状のプレス面11、11を備え、この第1ポンチ部10の下方に接して配置される第2ポンチ部20は、曲率半径R2の半円筒形状のプレス面21、21を両側面に備えている。そして、第3ポンチ部30は、第2ポンチ部20の下方に接して配置され、曲率半径がR3である下向きの半円筒形状プレス面31を備えている。
本発明のUプレス用ポンチ装置をかかる構成とすることにより、後述するように、従来よりもU管を効果的に変形させることが可能になるため、Uプレス後のU管幅を、従来よりも低減させることが可能になる。図2に、U管幅の概略図を示す。以下において、U管幅とは、U管5の管軸方向と垂直であり、かつ、水平な方向における、U管5の最大幅を意味する。
本発明におけるポンチ装置の説明を容易にするため、図3に、従来のポンチ装置にかかる構成例を概略的に示す。従来のポンチ装置は、半円筒形状の鋼管プレス面を有する一対のポンチAと、下向きの半円筒形状の鋼管プレス面を有するポンチBとを備え、一対のポンチAにおけるプレス面の曲率半径は、少なくとも、上記R1及びR2よりも大きい。図4に、従来のポンチ装置を用いたロッカアッセンブリ方式によるUプレスの概略図を示す。この方式によるUプレスでは、ポンチ装置のほかに、一対のロッカーダイ50、50を使用してU管45の加工を行い、一対のロッカーダイ50、50は、それぞれ、ロッカーシュー51、52、及び、加工中は不動の回転中心53を備えている。
従来のポンチ装置を用いたUプレスでは、一対のロッカーダイ50、50、及び、一対のポンチAに備えられるプレス面により、U管45における側部(U管がポンチAと接する部位からU管端部までを指す。以下同じ。)の形状が決定されるため、U管45の側部を十分に変形させることが困難であった。特に、従来のポンチ装置を用いて加工するU管45が高強度材である場合には、Uプレスによる変形が十分に行われていないと、Uプレス後におけるスプリングバック量が大きくなり易い。このスプリングバック量が大きくなると、Oプレス装置内にU加工後のU管を搬送することが困難になり、鋼管の生産性が低下する。一方、U加工においてU管幅を十分に低減させることで、U加工後にそのままOプレス装置内へと搬送可能なU管を得ることができるとされている。そこで、本発明では、三種類のポンチを備えるポンチ装置を用いて、Uプレスを実施することにより、U管幅を従来よりも低減させ、Oプレス装置内にそのまま搬送可能なU管を得ている。
図5に、本発明のポンチ装置100を用いたロッカアッセンブリ方式によるUプレスの概略図を示す。この方式によるUプレスにおいて、C加工工程を経た鋼板は、ポンチ装置100及びロッカーダイ50、50により、断面形状がU字状となるように変形される。本発明のポンチ装置100は、3つのポンチ部10、20、及び30を備える一方、ロッカーダイ50、50は、それぞれ、ロッカーシュー51、52、及び、加工中は不動の回転中心53を備えている。
図5に示すUプレスにおいて、U管5の側部は、ポンチ部10及び20が備える一対のプレス面11、11、及び、21、21、並びに、ロッカーシュー51、51及び52、52により変形される。本発明のポンチ装置100において、ポンチ部10及び20が備えるプレス面の曲率半径R1及びR2は、従来のポンチ装置においてU管側部の変形に寄与していたポンチ(以下において、「ポンチA」と記述する。)におけるプレス面の曲率半径よりも小さい。また、ポンチ部10が備える一対のプレス面11、11により、従来のポンチ装置に比べ、よりU管端部に近い部分に曲げを付与することができる。そのため、本発明のポンチ装置100を用いてUプレスを行うことにより、U管5の側部を効果的に変形させることができる結果、従来よりも、U管のスプリングバック量を抑えることが可能になるとともに、U管幅を低減させることも可能になる。
このように、分割された小さな曲率半径を有するプレス面を用いてU管加工を行うことにより、従来よりもU管幅を低減しうる加工を行うことが可能になる。一方、従来のポンチ装置において、ポンチAにおけるプレス面の曲率半径を小さくして要求される製管サイズのU管を加工する場合は、プレス面の曲率半径を小さくするためにポンチA自体の大きさを小さくする必要があるため、ポンチAを曲率半径の小さいものに交換する必要がある。これに対し、本発明のポンチ装置100は、ポンチAのプレス面よりも小さな曲率半径のプレス面を有するポンチ部10及び20を備えているため、肉厚等のサイズや材質が異なる鋼管を製造する場合であっても、ポンチ部10及び20におけるプレス面間距離を拡大/縮小するのみで足り、ポンチAを曲率半径の小さいものに交換する必要がない。そのため、本発明のUプレス装置100によりUプレスを行えば、U管幅を従来よりも容易に低減させることが可能になる。また、上述のように、本発明のポンチ装置100を用いてU管加工を行うことにより、従来よりもU管幅を低減させることができるため、Uプレス後のU管をOプレス装置内に容易に搬送できるようになり、鋼管の生産性を向上させることが可能になる。
なお、本発明のUプレス用ポンチ装置100は、ポンチ部10、20、及び30を備える一体物のポンチ装置であっても良いが、例えば、ポンチ部毎に異なる部位によって構成される、複数の部材からなるポンチ装置であっても良い。
図6に、本発明のポンチ装置100を用いたロッカアッセンブリ方式によるU加工工程の概観図を示す。C加工工程により鋼板端部を加工された鋼板は、一対のロッカーダイ50、50とポンチ装置100との間に搬送され、ロッカーダイのロッカーシュー51、51、及び、第3ポンチ部30に挟まれる(図6(a))。そして、ポンチ装置100が上から下の方向(重力方向)へと移動することにより、鋼板は次第にU字状へと加工される(図6(b))。装置100の移動に伴い、鋼板がロッカーシュー52に接触した時点から、ロッカーダイ50、50は、回転中心53、53を中心として回転し、鋼板のU加工が進行する。このようにして鋼板がU字状に加工されると、加工されたU字状の鋼板は、さらに、ロッカーダイのロッカーシュー51、51及び52、52、並びにポンチ装置100のポンチ部10、20、及び30により挟まれ、最終的に、O加工工程のOプレス装置内に搬送し得る形状のU管へと加工される(図6(c))。
図7は、本発明のUプレス用ポンチ装置にかかる第2実施形態例を示す概略図である。本発明のポンチ装置200は、第1ポンチ部10、第2ポンチ部20、及び第3ポンチ部30を備える。これらのポンチ部のうち、第1ポンチ部10及び当該ポンチ部10の下方に接して配置される第2ポンチ部20は、それぞれの両側面に備えられる曲率半径R1の半円筒形状のプレス面11、11、及び、曲率半径R2の半円筒形状のプレス面21、21間の距離を、拡大/縮小可能である。そして、第2ポンチ部20の下方に接して配置される第3ポンチ部30は、曲率半径がR3である下向きの半円筒形状プレス面31を有している。
なお、本発明の第二実施形態にかかるポンチ装置200の説明において、図7の紙面に垂直な方向を、ポンチ装置によりUプレスされるU管の「管軸方向」と、図7の紙面における左右方向を、U管の「左右方向」と、それぞれ記述する。
本発明のポンチ装置200は、第1ポンチ部10及び第2のポンチ部20の管軸方向端部にポンチ移動手段としての第1のスクリュ15及び第2のスクリュ25を備えている。装置200では、第1のスクリュ15及び第2のスクリュ25を回転させることにより、第1ポンチ部10及び第2ポンチ部20におけるプレス面11、11、及び21、21間の距離を拡大/縮小させることができる。例えば、製管の径が大きい場合には、スクリュ15及び25を時計回りに回転させることで、一対のプレス面11、11及び21、21間の距離が拡大する方向へと各プレス面を移動させることができる一方、製管の径が小さい場合等には、スクリュ15及び25を反時計回りに回転させることで、一対のプレス面11、11及び21、21間の距離が縮小する方向へと各プレス面を移動させることができる。
ここで、本発明のポンチ装置200の形態は、上述のように第1ポンチ部10及び第2ポンチ部20のプレス面間距離が拡大/縮小可能な形態に限られるわけではなく、第1ポンチ部10又は第2ポンチ部20の一方のみにおけるプレス面間距離が拡大/縮小可能な形態であっても良い。
本発明のポンチ装置をかかる形態とすれば、2つ以下のポンチ部がプレス面間距離を拡大/縮小可能であるポンチ装置200を得ることができる。そして、特に、プレス面の移動方向をU管の左右方向とすることにより、1つのポンチ装置200を用いて、様々な製管サイズのU管を容易に変形させることが可能になる。また、ポンチ装置200は、3つのポンチ部10、20、及び30を備えることから、本発明の第1実施形態にかかるポンチ装置100と同様に、Uプレス後のスプリングバック量を低減させることもできる。したがって、本発明によれば、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、Uプレス後のU管幅を従来のUポンチ装置よりも低減させることが可能な、UOE鋼管製造工程におけるUプレス用ポンチ装置200を提供することができる。
なお、本発明において、スクリュの回転方向とプレス面の移動方向との関係は、上述の形態に限定されない。また、本発明のUプレス用ポンチ装置に備えられるポンチ移動手段は、スクリュに限定されるものではなく、各ポンチを効果的に移動可能な手段であれば、好適に使用することができる。また、さらに、本発明のUプレス用ポンチ装置200は、ポンチ部10、20、及び30を備える一体物のポンチ装置であっても良いが、例えば、ポンチ部毎に異なる部位によって構成される、複数の部材からなるポンチ装置であっても良い。
以下、実施例に基づいて、本発明を説明する。
外径609.6mm、厚さ14mmのUOE鋼管(以下において、「試験鋼管1」と記述する。)、及び、外径711.2mm、厚さ14mmのUOE鋼管(以下において、「試験鋼管2」と記述する。)の製造において、以下の条件により試験を行った。なお、以下の試験では、ロッカアッセンブリ方式のUプレス方式を用い、Uプレスの回数は1回とした。また、試験鋼管1及び2の降伏応力は、750MPaであった。
(条件1)
ポンチ移動手段を備える本発明のUプレス用ポンチ装置を用いて、試験鋼管1及び2のUプレスを行った。図8に、本発明を適用したUプレス用ポンチ装置の概観図を示す。本条件にかかるポンチ装置は、曲率半径R1の一対の半円筒状プレス面を有する第1ポンチ部10、曲率半径R2の一対の半円筒状プレス面を有する第2ポンチ部20、及び、曲率半径R3の下向きの半円筒状プレス面を有する第3ポンチ部30、並びに、第1のスクリュ15及び第2のスクリュ25を備えている。図7において、X1及びX2は、第1ポンチ部10及び第2ポンチ部20における、プレス面の水平方向の移動量(スライド量)を示している。
表1に、本実施例で使用したポンチ装置における各ポンチの曲率半径R1、R2及びR3の値、並びに、第1ポンチ部10のスライド量X1、及び第2ポンチ部20のスライド量X2の値を、あわせて示す。

ここで、X1及びX2が正の値であることは、各ポンチ部における一対のプレス面の間隔が拡がる方向(以下において、「拡大方向」と記す。)に各ポンチ部を移動させたことを意味するとともに、これらの値が負の値であることは、前記方向と逆方向(以下において、「縮小方向」と記す。)に各ポンチ部を移動させたことを意味する。また、本条件では、1つのポンチ装置を用いて2つの試験鋼管のUプレスを行ったため、ポンチ装置に備えられる各ポンチ部におけるプレス面の曲率半径は、試験鋼管1及び2において、同一の値であった。
(条件2)
形状が異なる2種類のポンチ部を備える従来のポンチ装置(図3参照)を用いて、試験鋼管1及び2のUプレスを行った。表2に、試験鋼管1及び2のUプレスを行う際に使用した、各ポンチ部におけるプレス面の曲率半径を示す。

表2において、r1及びr2は、それぞれ、図3に示すポンチA及びポンチBにおけるプレス面の曲率半径を表している。
(結果)
条件1(以下において、「実施例」と記述する。)にかかるポンチ装置は、移動可能な一対のプレス面を有する第1ポンチ部10及び第2ポンチ部20を備えていたため、試験鋼管1をプレスする際には、各ポンチ部における一対のプレス面を縮小方向へと移動させるとともに、試験鋼管2をプレスする際には、各ポンチ部における一対のプレス面を拡大方向へと移動させた。このように各プレス面を移動させることにより、実施例にかかる本発明のポンチ装置は、複数の製管サイズに対応できた。また、本実施例のポンチ装置は、製管サイズが異なっていても、ポンチ部を交換する必要がなかった。そのため、本実施例では、従来のポンチ装置では必要とされていた鋼管サイズ変更時におけるポンチ交換の時間を短縮することができた。
これに対し、条件2(以下において、「比較例」と記述する。)で用いたポンチ装置は、1つのポンチ装置で2つの鋼管(試験鋼管1及び2)に対応することはできなかったため、鋼管毎に、使用するポンチを変更した。そのため、ポンチ交換の時間が必要であった。
実施例及び比較例によるUプレス後のU管幅を、表3にあわせて示す。なお、表3には、U管幅をOプレス装置の幅(Oプレスダイス直径)で除すことにより、規格化した値を示している。

表3より、本発明のポンチ装置を用いた本実施例にかかるUプレス後のU管は、試験鋼管1及び2の双方において、Oプレスダイス直径よりも小さい幅であり、表2における値は1未満となった。そのため、本発明のポンチ装置を用いたUプレス後のU管は、U管幅がOプレスダイス径よりも小さく、いずれもUプレス後にそのままOプレス装置内へと搬送することができた。
これに対し、比較例におけるUプレスでは、U管のスプリングバックを防ぐことが困難であったため、表3における値が1を超え、Uプレス後のU管幅がOプレスダイス径よりも大きくなった。したがって、本比較例では、試験鋼管1及び2の双方において、Uプレス後にそのままOプレス装置内へU管を搬送することは不可能であった。
以上より、本発明のポンチ装置は、サイズの異なる鋼管に対応でき、かつ、U管幅を低減することが可能であることが確認されるとともに、形状の異なる3種類のポンチと、ポンチ移動手段とを備える本発明のUプレス用ポンチ装置の有効性が確認された。
本発明のポンチ装置の実施形態例を示す概観図である。 U管幅の概略図である。 従来のポンチ装置の形態例を示す概観図である。 従来のポンチ装置を用いたUプレスの形態例を示す図である。 本発明のポンチ装置を用いたUプレスの形態例を示す図である。 本発明のポンチ装置を用いたU加工工程の概観図である。 本発明のポンチ装置の実施形態例を示す概観図である。 本発明を適用したUプレス用ポンチ装置の概観図である。
符号の説明
5 U管
10 第1ポンチ部
11、21、31 プレス面
20 第2ポンチ部
30 第3ポンチ部
100、200 Uプレス用ポンチ装置

Claims (2)

  1. UOE鋼管の製造過程において使用される、Uプレス用ポンチ装置であって、
    両側面に半円筒形状のプレス面を備える第1ポンチ部と、
    前記第1ポンチ部の下方に接して配置され、前記プレス面と同一又は異なる半円筒形状のプレス面を両側面に備える第2ポンチ部と、
    前記第2ポンチ部の下方に接して配置され、下向きの半円筒形状プレス面を備える第3ポンチ部と、
    を有することを特徴とする、Uプレス用ポンチ装置。
  2. 前記第1ポンチ部及び/又は前記第2ポンチ部が、前記プレス面間の距離を拡大/縮小可能であることを特徴とする、請求項1に記載のUプレス用ポンチ装置。
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