JP2009160616A - 円筒体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板を曲げてオープンパイプ状とし、突き合せ部を溶接して円筒体を製造するときに、板厚や材質の降伏強度のばらつきにより突き合せ精度が悪化し、内径精度が低くなる問題を解消する。
【解決手段】この発明に係る円筒体の製造方法は、オープンパイプ状にロール成形された被加工物３に対して、内径側に拡管手段６を挿入し、外径側に縮管手段７を配置し、これら拡管手段と縮管手段の協働により上記被加工物を円筒状に成形加工した後、突き合せ部を溶接手段８により接合することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明はオープンパイプ状にロール成形された金属板からなる被加工物を円筒状に成形した後、突き合せ部を溶接する円筒体（管材）の製造方法及び製造装置に関する。

板状の被加工物を曲げ加工して円筒体を形成する場合、次の３工程で製造される。
１．板状の被加工物の両側部（突き合せ部となる部位）を端曲げ加工する工程。
２．被加工物をロール成形してオープンパイプ状に形成する曲げ加工工程。
３．オープンパイプ状の被加工物の突き合せ部を溶接して円筒体にする工程。
ところが、ロール成形後のオープンパイプ状部材の突き合せ部は、所定の真円形状より外側に広がった形状となり、この突き合せ部は完全な真円形状に沿うことはない。これは曲げ加工により強制的にオープンパイプ状に塑性変形されたオープンパイプ状部材には、元の形状に戻ろうとする方向の残留応力が作用するためである。
この様な問題に対して、例えばロール成形後のオープンパイプ状部材を半径方向に縮小して突き合せ部を内側に押し込む縮管工程を行なった後に溶接工程を行なうものがある（例えば特許文献１参照）。また、マンドレル金型に板材を巻き付け、突き合せ部を溶接するというものがある（例えば特許文献２参照）。

特開昭６１−２９６９２５号公報（第２頁、第４図） 実開昭６２−９２０９１号公報（第１頁、第１図）

上記特許文献１のような従来技術の場合、板状の被加工物の板厚または降伏強度にばらつきがあると、ロール成形時に被加工物の曲率が一様にならないため、突き合せ部に段差が生じる。その結果、突き合せ精度が低いため、良好な溶接品質を得ることができなくなる。また、この段差は溶接後も残るため、内径形状の精度が悪化するという課題もあった。一方、上記特許文献２のような従来技術の場合、溶接後に被加工物が熱収縮を起こし、マンドレル金型が被加工物から抜けなくなる場合がある。また、被加工物の板厚が厚いとき、溶接法を深い溶け込みが得られるレーザー溶接またはプラズマ溶接によるキーホール溶接にした場合、母材を貫通したレーザーまたはプラズマアークがマンドレル金型を溶融させてしまい、マンドレル金型が損傷するという問題もあった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、加工が容易で、突き合せ部の段差をなくし、高い内径精度を有する円筒体の製造方法及びその製造装置を提供することを目的としている。

この発明に係る円筒体の製造方法は、オープンパイプ状にロール成形された被加工物に対して、内径側に拡管手段を挿入し、外径側に縮管手段を配置し、これら拡管手段と縮管手段の協働により上記被加工物を円筒状に成形加工した後、突き合せ部を溶接手段により接合することを特徴とするものである。
また、この発明に係る円筒体の製造装置は、オープンパイプ状に成形された被加工物の内周側に挿入されて該被加工物を拡管し得る拡管手段と、上記被加工物の外周側に配設されて該被加工物を縮管し得る縮管手段と、これら拡管手段及び縮管手段の協働により円筒状に成形加工された被加工物の突き合せ部を接合する溶接手段とを備えたものである。

この発明に係る円筒体の製造方法によれば、拡管手段と縮管手段の協働により被加工物を円筒状に成形加工した後、溶接するようにしたので、突き合せ部に段差が生じず、溶接工程で良好な溶接品質が得られ、高い内径精度を有する管材を製造することができる。
また、この発明に係る円筒体の製造装置によれば、拡管手段と縮管手段が協働して被加工物を円筒状に成形加工するので、高い内径精度を有する管材を効率よく製造できる。また、突き合せ精度が高いため、突き合せ部を溶接する時に良好な溶接品質を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜図７はこの発明の実施の形態１による円筒体の製造方法及び製造装置を説明する図であり、図１は円筒体の製造装置を概念的に示す要部平面図、図２は図１に示された円筒体の製造装置の側面図、図３は図１に示された拡管手段の概要構造及び動作を説明する図、図４〜図７は図１に示された円筒体の製造装置の要部の詳細構造及び円筒体の製造方法における主要動作を説明する図である。なお、図１及び図３では後述する拡管金型の上半部を取り除いた状態を示し、図２では移送ハンド及び拡管用駆動手段は図示省略している。図において、円筒体の製造装置１０は、基台１、この基台１上面に設けられた移送手段２、この移送手段２上に固定された被加工物３を載置する台４、移送経路における基台１の一側部に設けられた移送ハンド５、基台１に対し移送ハンド５の反対側に設けられた拡管手段６及び縮管手段７、並びにこれら拡管手段６及び縮管手段７の移送経路下流側に設けられた溶接手段８を備えている。

所望の金属材からなる被加工物３は予めロール成形され、図２に示すように突き合せ部３ａが開いたオープンパイプ状に形成されている。台４の上面には一対の突起４ａが設けられており、この突起４ａの間に図２のように被加工物３を載置することで移送中に被加工物３が横転するのを防止している。移送手段２は何れも詳細図示省略している例えばガイドローラ、ガイドレール、及びモータからなっており、モータによってガイドローラが回転することで、台４が基台１上を図２の右側から左方向に移送される。移送ハンド５は把持部５１と、把持部５１を駆動する把持部用駆動手段５２を有している。把持部５１は２本以上のツメ５１ａを有しており（図２では２本の場合を図示している）、これらのツメ５１ａ相互の間隔を広げることで、被加工物３の内径側を把持するように構成されている。なお、ツメ５１ａ相互の間隔を広げる機構は図示されていないが、例えば空圧を動力源とする一般的な駆動手段などを用いることができる。把持部用駆動手段５２は把持部５１を図１の上方向に押し出し、または下方向に引くことで把持部５１を台４の移動方向に直交する方向に移動させることができる。

拡管手段６は拡管機構６１と、拡管機構６１の被加工物３の内径側への挿入及び拡管機構６１の外径の変化を行う拡管用駆動手段６２を有している。拡管機構６１は図３に示すように拡管金型６１１と拡管押し子６１２、拡管金型用ガイド６１３、拡管金型用直動軸６１４、拡管押し子用直動軸６１５を有している。なお、図３の横方向の白抜き矢印Ａは拡管金型６１１の移動可能な方向を示し、縦方向の白抜き矢印Ｂは拡管金型用直動軸６１４及び拡管押し子用直動軸６１５の移動可能な方向を示している。拡管金型６１１は拡管金型用ガイド６１３と係合しており、拡管金型６１１は拡管金型用ガイド６１３上を白抜き矢印Ａで示す半径方向に移動できるようになっている。また拡管金型６１１の形状は、軸方向に貫通するテーパー穴を持つ円筒を分割した形状になっており、図２では６分割の例を示しているが、３分割以上であればよい。拡管金型用ガイド６１３は拡管金型用直動軸６１４と連結されており、拡管金型用直動軸６１４を図３の下方向に押し出し、または上方向に引き抜くことで拡管金型用直動軸６１４の軸方向に矢印Ｂのように移動できる。

同様に、拡管押し子６１２は拡管押し子用直動軸６１５と連結されており、拡管押し子用直動軸６１５を図３の下方向に押し込み、または上方向に引き抜くことで拡管押し子用直動軸６１５の軸方向に矢印Ｂのように移動できる。そして、上記拡管金型用直動軸６１４と拡管押し子用直動軸６１５は、拡管用駆動手段６２とそれぞれ個別に連結されており、拡管用駆動手段６２を用いることで拡管金型用直動軸６１４と拡管押し子用直動軸６１５を互いに独立して図３の矢印Ｂ方向に駆動することができる。また、拡管金型用直動軸６１４と拡管押し子用直動軸６１５を同期して図３の下方向に押し出し、または上方向に引き抜くことで、拡管機構６１を矢印Ｂ方向に移動することができる。なお、拡管用駆動手段６２は拡管金型用直動軸６１４と拡管押し子用直動軸６１５を独立して駆動するため、図示省略している２つの駆動源を有している。該駆動源は特に限定されるものではないが、例えば油圧、空圧、あるいは直動モータなどは好ましく用いることができる。

上記拡管金型６１１は図３に示すように内側に傾斜が設けられており、拡管押し子６１２はその傾斜に沿う円錐台形状をしているため、拡管金型用直動軸６１４を固定した上で拡管押し子用直動軸６１５を、拡管用駆動手段６２を用いて図３の上方向に引き抜くことで、拡管金型６１１は拡管金型用ガイド６１３上を矢印Ａで示す半径方向に移動し、拡管を行うことができる。なお、拡管金型用ガイド６１３には半径方向に力が作用するバネ（図示省略）が組み込まれており、拡管金型６１１と拡管押し子６１２が接触していないときはそのバネの復元力により、拡管金型６１１が一点鎖線で示す中心軸Ｏ方向に移動する。一方、縮管手段７は図２に示すように縮管用上金型７１と縮管用下金型７２、縮管用上金型７１を駆動させる縮管用駆動手段７３、及びストッパー７４を有している。また、溶接手段８は特に限定されるものではなく、例えばアーク溶接、レーザー溶接など一般的な溶接装置を特別な制限なく適宜選択して用いることができる。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。なお、この実施の形態１の製造装置を用いた実施の形態１の典型的な製造方法では、次のＡ〜Ｄの４つの基本的な工程により円筒体が製造される。
Ａ．金属の板材を例えば公知の従来技術によりロール成形してオープンパイプ状の被加工物３にする。
Ｂ．拡管手段６を上記被加工物３の内径側に挿入し、その拡管手段６の外径を、加工後の被加工物の目標内径Ｄｒに固定する。
Ｃ．拡管手段６の外径を目標内径に固定した状態で縮管手段７により縮管を行なう。
Ｄ．拡管手段６を被加工物から引き抜いた後に、溶接手段８によって突き合せ部を溶接する。
以下、図４〜図７を用いて動作を更に具体的に説明する。なお、図７の各ＳＴＥＰと、上記Ａ〜Ｄの工程との対応は、ＳＴＥＰ１が上記Ａと、ＳＴＥＰ２〜６が上記Ｂと、ＳＴＥＰ７が上記Ｃと、ＳＴＥＰ８〜１１が上記Ｄに対応している。

ＳＴＥＰ１．
被加工物３は例えば公知の従来技術によるロール成形によって、所定の板材を予めオープンパイプ状に成形する。なお、プレスによる端曲げ、及びＵベンドによってオープンパイプ状に成形しても良い。
ＳＴＥＰ２〜４．
ＳＴＥＰ１によって得られたオープンパイプ状の被加工物３を台４上の所定の位置に載せた後、該台４を移送手段２によって基台１上の移送ハンド５の正面まで移送する（ＳＴＥＰ２）。被加工物３が移送ハンド５の正面に来たときに移送手段２を停止し、把持部用駆動手段５２によって把持部５１を被加工物３の端部まで移動させ、被加工物３の内径端部を把持する。そして、図４に示すように、把持部用駆動手段５２によって被加工物３を縮管手段７まで移送し、縮管用下金型７２に被加工物３を載置する。このとき、被加工物３の把持されていない側の端面３ｂがストッパー７４に当接するように、移送ハンド５は被加工物３を縮管用下金型７２に載置する（ＳＴＥＰ３）。その後、把持部５１を把持部用駆動手段５２によって元の位置まで退避させる（ＳＴＥＰ４）。

ＳＴＥＰ５〜６．
次に、拡管用駆動手段６２によって、図５に示すように拡管機構６１を被加工物３の内径側に挿入し（ＳＴＥＰ５）、拡管金型用直動軸６１４を固定した上で拡管押し子用直動軸６１５を図５の上方向に引き抜くことで、拡管機構６１の外径を加工後の被加工物３の目標内径Ｄｒに固定する（ＳＴＥＰ６）。なお、拡管機構６１を被加工物３に挿入する際の寸法関係としては、拡管機構６１を被加工物３に挿入する時の拡管機構６１の外径をＤｅ、ロール成形された被加工物３の最大内接円直径をｄとするとき、幾何的拘束からＤｅ＜ｄとする必要がある。
ＳＴＥＰ７．
次いで、縮管用駆動手段７３によって縮管用上金型７１を鉛直方向下向きに移動して被加工物３を挟み込み、さらに縮管用駆動手段７３により図６の下方向に押し込むことで被加工物３を縮管する。このとき、図６に示すように被加工物３の内径側に外径が固定された拡管機構６１が挿入されているので、拡管手段６と縮管手段７との協働により成形加工が行われ、従来のように突き合せ部に段差が生じずに縮管加工され、被加工物３は略真円状に成形される。

ＳＴＥＰ８〜９．
次に、縮管用駆動手段７３によって縮管用上金型７１を鉛直方向上向きに引き上げ（ＳＴＥＰ８）、その後、拡管押し子用直動軸６１５を押し込むことで拡管機構６１の外径を目標内径Ｄｒよりも小さくし、拡管用駆動手段６２によって被加工物３から拡管機構６１を引き抜いて退避させる（ＳＴＥＰ９）。このとき、被加工物３が拡管機構６１に例えばぶら下がるようになっていたとしても、ストッパー７４に被加工物３の端面３ｂが引っ掛かるため、被加工物３が拡管機構６１と共に移動することはない。
ＳＴＥＰ１０．
移送ハンド５の把持部５１を把持部用駆動手段５２によって被加工物３の端部まで移動させて被加工物３の内径側を把持し、台４上まで被加工物３を移送し、台４に設けられている一対の突起４ａ間に被加工物３を載置し、移送手段２を再び駆動させて溶接手段８の直下まで移送する。

ＳＴＥＰ１１．
移送手段２を停止し、溶接手段８を用いて被加工物３の突き合せ部３ａを溶接して、被加工物３を円筒体（管材）にする。
なお、被加工物３を溶接手段８で溶接するときに、スプリングバックにより被加工物３の突き合せ部が所定の寸法幅より開く場合は、被加工物３を例えば図示省略しているシリンダまたは金型で挟み込む等の適宜の方法で予め突き合せ部３ａの間隔を狭めた状態に保持して溶接するようにしても良い。上記のようにして得られた円筒体は、突き合せ部３ａの段差がなく、従って高い内径精度を有するものであった。

上記のように、実施の形態１による円筒体の製造方法によれば、オープンパイプ状にロール成形された被加工物３に対して、内径側に拡管手段６を挿入し、外径側に縮管手段７を配置し、これら拡管手段６と縮管手段７の協働により被加工物３ａを円筒状に成形加工した後、突き合せ部を溶接手段８により接合するようにしたので、突き合せ部３ａに段差を生じることが回避され、溶接工程で良好な溶接品質が得られ、高い内径精度を有する円筒体を製造することができる。また、被加工物の板厚や材質の降伏強度のばらつきによりロール成形された被加工物の突き合せ部に最初から段差があっても、拡管手段６と縮管手段７との協働により真円状に成形加工するようにしたので、該段差を最小化し、その後の溶接においても良好な溶接品質を得ることができる。また、この実施の形態１では、溶接する前に拡管手段６を被加工物３から取り外すようにしたので、熱収縮によって拡管手段６が被加工物３から抜けなくなるという問題を回避でき、更にレーザー溶接あるいはプラズマ溶接によるキーホール溶接にした場合でも、母材を貫通したレーザーあるいはプラズマアークが拡管手段６を損傷する恐れもなくすことができる。

また、実施の形態１の円筒体の製造装置によれば、オープンパイプ状に成形された被加工物の内周側に挿入されて該被加工物を拡管し得る拡管手段と、上記被加工物の外周側に配設されて該被加工物を縮管し得る縮管手段と、これら拡管手段及び縮管手段の協働により円筒状に成形加工された被加工物の突き合せ部を接合する溶接手段とを備えたことにより、高い内径精度を有する管材を効率よく製造できる。また、突き合せ精度が高いため、突き合せ部を溶接する時に良好な溶接品質を得ることができ、被加工物の内径側に挿入する拡管機構が抜けなくなることがなく、また溶接手段によって拡管機構が損傷することもなくなる。

なお、上記実施の形態１では、拡管手段６と縮管手段７の協働により上記被加工物３ａを円筒状に成形加工する際、拡管手段６の外径を加工後の目標内径に固定した後、縮管手段７を動作させる場合について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば外径基準の円筒体が必要の場合、縮管手段７の内径を加工後の目標外径に固定した後、拡管手段６を動作させるようにすることもできる。また、円筒体の製造装置１は、必要に応じていわゆるロボット等を用い、例えばワークの搬送、セットから溶接完了後の加工済品のアンロードまでの工程を自動化するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１による円筒体の製造装置を概念的に示す要部平面図。 図１に示された円筒体の製造装置の側面図。 図１に示された拡管手段の概要構造及び動作を説明する図。 図１に示された把持部が被加工物を把持し、移送ハンドが被加工物を縮管用下金型に載置したときの被加工物周辺を概念的に示す上断面図。 図１に示された拡管機構を被加工物の内径側に挿入したときの被加工物周辺の上断面図。 図１に示された縮管手段を拡管手段と協働させて縮管したときの被加工物周辺の側断面図。 図１に示された円筒体の製造装置による工程の流れを示す図。

符号の説明

１ 基台、 ２ 移送手段、 ３ 被加工物、 ３ａ 突き合せ部、 ３ｂ 端面、 ４ 台、 ４ａ 突起、 ５ 移送ハンド、 ５１ 把持部、 ５１ａ ツメ、 ５２ 把持部用駆動手段、 ６ 拡管手段、 ６１ 拡管機構、 ６１１ 拡管金型、 ６１２ 拡管押し子、 ６１３ 拡管金型用ガイド、 ６１４ 拡管金型用直動軸、 ６１５ 拡管押し子用直動軸、 ６２ 拡管用駆動手段、 ７ 縮管手段、 ７１ 縮管用上金型、 ７２ 縮管用下金型、 ７３ 縮管用駆動手段、 ７４ ストッパー、 ８ 溶接手段、 １０ 円筒体の製造装置、

Claims (4)

1. オープンパイプ状にロール成形された被加工物に対して、内径側に拡管手段を挿入し、外径側に縮管手段を配置し、これら拡管手段と縮管手段の協働により上記被加工物を円筒状に成形加工した後、突き合せ部を溶接手段により接合することを特徴とする円筒体の製造方法。
2. 上記被加工物の内径側に挿入した上記拡管手段の外径を加工後の被加工物の目標内径に保持した後、上記縮管手段によって縮管を行なうことを特徴とする請求項１に記載の円筒体の製造方法。
3. 上記拡管手段と上記縮管手段の協働により上記被加工物を円筒状に成形加工した後、上記拡管手段を上記被加工物から引き抜き、しかる後、突き合せ部を上記溶接手段により接合することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の円筒体の製造方法。
4. オープンパイプ状に成形された被加工物の内周側に挿入されて該被加工物を拡管し得る拡管手段と、上記被加工物の外周側に配設されて該被加工物を縮管し得る縮管手段と、これら拡管手段及び縮管手段の協働により円筒状に成形加工された被加工物の突き合せ部を接合する溶接手段とを備えたことを特徴とする円筒体の製造装置。

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