JP2011255401A - Method of manufacturing steel pipe for cylinder - Google Patents
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本発明は、油圧シリンダ等のシリンダアクチュエータにおいて外筒を構成し、内部にピストンが摺動可能に嵌合されるシリンダ用鋼管の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a steel pipe for a cylinder in which an outer cylinder is formed in a cylinder actuator such as a hydraulic cylinder and a piston is slidably fitted therein.
シリンダアクチュエータの外筒を構成するシリンダ用鋼管としては、素管に対して引き抜き加工を施した後、応力除去熱処理を実施したものを適用するのが一般的である。応力除去熱処理は、シリンダ用鋼管の残留応力、特に、シリンダ用鋼管の外表層において周方向に膨張させる方向の引張応力を除去することで、動作中の内圧に対する疲労特性を向上させようとするものである(例えば、特許文献1参照)。 As the cylinder steel pipe constituting the outer cylinder of the cylinder actuator, it is common to apply a steel pipe that has been subjected to stress relief heat treatment after being drawn. Stress relief heat treatment is intended to improve fatigue characteristics against internal pressure during operation by removing residual stress of cylinder steel pipe, especially tensile stress in the direction of circumferential expansion in the outer surface layer of cylinder steel pipe. (For example, see Patent Document 1).
シリンダ用鋼管の疲労特性を低下させる要因としては、上述した残留応力によるもののほか、素管に存在する表層欠陥を挙げることができる。表層欠陥とは、製鋼・熱間圧延・熱間製管の際に生じた欠陥を含む表層部分の欠陥のことである。表層欠陥は、例えば表面下0.1mm程度の表層に生じる微細で鋭角の傷や表層に存在する微細な非金属介在物、あるいは表面に露出していない表層内部の表皮下欠陥を含むものである。シリンダ用鋼管の外周側に表層欠陥が存在した場合には、動作中の内圧により応力が集中して成長する恐れがあり、シリンダ用鋼管に亀裂を招来する原因となり得る。 Factors that deteriorate the fatigue characteristics of the cylinder steel pipe include surface layer defects existing in the raw pipe in addition to the above-described residual stress. A surface layer defect is a defect of the surface layer part including the defect produced in the case of steelmaking, hot rolling, and hot pipe making. The surface layer defect includes, for example, fine and acute scratches generated on the surface layer of about 0.1 mm below the surface, fine non-metallic inclusions existing on the surface layer, or subdermal defects inside the surface layer not exposed on the surface. When surface layer defects exist on the outer peripheral side of the cylinder steel pipe, stress may concentrate and grow due to internal pressure during operation, which may cause cracks in the cylinder steel pipe.
このため従来では、応力除去熱処理を実施した後に表面の検査を行い、傷や非金属介在物を確認した場合にハンドグラインダー等の研削工具を適用して研削作業を施し、これを除去することが行われている。 For this reason, conventionally, after carrying out the stress relief heat treatment, the surface is inspected, and when scratches or non-metallic inclusions are confirmed, a grinding tool such as a hand grinder is applied to perform grinding work to remove it. Has been done.
しかしながら、上述した応力除去熱処理の実施、並びに表層欠陥を除去する作業を実施した場合にも、絶対数は減少するとはいえ、シリンダ用鋼管に亀裂が発生する事態は依然として発生しているのが現状である。従って、シリンダ用鋼管に亀裂が発生する要因をさらに突き止め、これを如何に防止できるかが、シリンダアクチュエータの品質を向上させる上できわめて重要となる。 However, even when the stress-relieving heat treatment and the work for removing surface layer defects are performed as described above, the situation where cracks occur in the cylinder steel pipe is still occurring, although the absolute number decreases. It is. Therefore, it is very important to improve the quality of the cylinder actuator how to determine the cause of cracks in the cylinder steel pipe and how to prevent this.
本発明は、上記実情に鑑みて、亀裂が発生する事態を可及的に防止することのできるシリンダ用鋼管の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the steel pipe for cylinders which can prevent the situation where a crack generate | occur | produces as much as possible in view of the said situation.
上記目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、本発明者らは、表層欠陥を除去するために実施していた研削作業が、シリンダ用鋼管に亀裂を招来する一因になっていた事実を突き止めた。つまり、シリンダ用鋼管に亀裂が発生するのを防止すべく実施していた研削作業が、実は別の観点から見ると、シリンダ用鋼管の外表層に円周方向に引張りの残留応力を発生させており、シリンダ用鋼管の亀裂を招来する一因になっていた。本発明は、こうした知見に基づいて創作したもので、以下に記載する特徴を有する。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the grinding work performed to remove surface layer defects contributes to cracks in the steel pipe for cylinders. I found out. In other words, the grinding work that was carried out to prevent cracks in the cylinder steel pipe actually caused a residual tensile stress in the circumferential direction on the outer surface of the cylinder steel pipe. As a result, the steel pipe for cylinder was cracked. The present invention was created based on these findings and has the following characteristics.
すなわち、本発明に係るシリンダ用鋼管の製造方法は、シリンダアクチュエータの外筒を構成し、内部にピストンが摺動可能に嵌合されるシリンダ用鋼管において、素管に対して外周面の表層全域への研削加工及び引き抜き加工を実施した後、応力除去熱処理を行ったことを特徴とする。 That is, the method for manufacturing a cylinder steel pipe according to the present invention includes a cylinder steel pipe that constitutes an outer cylinder of a cylinder actuator and in which a piston is slidably fitted. After carrying out the grinding process and the drawing process, a stress relief heat treatment is performed.
また、本発明は、上述したシリンダ用鋼管の製造方法において、応力除去熱処理を実施した後、素管にプレス矯正を行ったことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described method of manufacturing a steel pipe for cylinder, after the stress relief heat treatment is performed, the base pipe is subjected to press correction.
応力除去熱処理の後に実施する矯正工程としては、ロール矯正を行うのが一般的である。しかしながら、このロール矯正についても、残留応力の観点から見ると、シリンダ用鋼管の外表層に円周方向に引張りの残留応力を発生させる。つまり、応力除去熱処理の後に、素管の曲がり取りを行うべく必須作業となっていたロール矯正が、残留応力の観点から見ると、シリンダ用鋼管に亀裂を招来する一因になり得る。これは、ロール矯正の構造上、本来矯正が必要でない部位に対してもロールによって余分な外力を加えざるを得ないため、これが円周方向に引張りの残留応力を発生させる原因と考えられる。従って、応力除去熱処理を実施した後には、不必要部分に外力を付与することのないプレス矯正を施すようにしている。 As a straightening process performed after the stress removal heat treatment, roll straightening is generally performed. However, this roll straightening also generates tensile residual stress in the circumferential direction on the outer surface layer of the cylinder steel pipe from the viewpoint of residual stress. In other words, the roll correction, which has been an essential operation for bending the raw pipe after the stress relief heat treatment, can contribute to cracking in the cylinder steel pipe from the viewpoint of residual stress. This is considered to be a cause of generating a tensile residual stress in the circumferential direction because an extra external force is inevitably applied by the roll even to a portion where correction is not originally required due to the roll straightening structure. Therefore, after the stress relief heat treatment is performed, press correction without applying external force to unnecessary portions is performed.
引き抜き加工及び研削加工は、応力除去熱処理を実施する以前であれば、いずれを先に実施しても構わない。しかしながら、加工硬化による加工性への影響等を考慮した場合、引き抜き加工を実施する以前に研削加工を施すことが好ましい。 Any of the drawing process and the grinding process may be performed first as long as the stress removing heat treatment is performed. However, when the influence on workability by work hardening is taken into consideration, it is preferable to perform grinding before carrying out the drawing process.
本発明によれば、応力除去熱処理を行う前に研削加工を施すようにしているため、研削加工が原因となる残留応力がその後の応力除去熱処理で除去されることになる。従って、円周方向に引張りの残留応力によってシリンダ用鋼管に亀裂が発生する事態を防止することができるようになる。しかも、研削加工としては、素管の外周面に対して表層全域に実施するため、表層欠陥が起点となってシリンダ用鋼管に亀裂が発生する事態を招来する恐れもなくなる。 According to the present invention, since the grinding process is performed before the stress removing heat treatment is performed, the residual stress caused by the grinding process is removed by the subsequent stress removing heat treatment. Accordingly, it is possible to prevent the cylinder steel pipe from being cracked due to the tensile residual stress in the circumferential direction. Moreover, since the grinding process is performed over the entire surface layer with respect to the outer peripheral surface of the raw pipe, there is no possibility of causing a situation in which a crack occurs in the cylinder steel pipe due to a surface layer defect.
以下、添付図面を参照しながら本発明に係るシリンダ用鋼管の製造方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a cylinder steel pipe according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施の形態であるシリンダ用鋼管の製造方法を示したものである。ここで製造方法を例示するシリンダ用鋼管は、特に、建設機械に搭載される比較的大型の油圧シリンダのシリンダチューブ(外筒)を構成するもので、具体的には、完成寸法において外径162.0mm、内径140.0mm、肉厚11.0mmの円筒状を成す鋼製の筒体である。 FIG. 1 shows a method for manufacturing a cylinder steel pipe according to an embodiment of the present invention. Here, the steel pipe for cylinders that exemplifies the manufacturing method constitutes, in particular, a cylinder tube (outer cylinder) of a relatively large hydraulic cylinder mounted on a construction machine. A steel cylinder having a cylindrical shape of 0.0 mm, an inner diameter of 140.0 mm, and a wall thickness of 11.0 mm.
この製造方法では、まず、搬入されたシリンダ用鋼管の素管に対して研削加工1を実施する。この研削加工1は、素管の外周面に対して表層全域を均一に研削することによる表層欠陥である微細な傷や微細な非金属介在物を除去するためのものである。素管に対して研削加工1を施す場合には、図2に例示するように、センターレス研削機を適用することができる。センターレス研削機では、互いに平行となる軸心回りに回転する2つの研削砥石A,Bの間に素管10を配置し、この状態から研削砥石A,Bを回転させれば、素管10の外周面に周方向に沿って研削目が出るように研削加工1が行われることになる。研削深さは、表層欠陥を除去することのできる寸法、例えば0.1mmである。これにより、表層欠陥が起点となって素管10に亀裂が発生する事態を可及的に防止することが可能となる。尚、研削加工1によって生じる研削目は、これが残存していたとしても、シリンダ用鋼管に亀裂を発生させる原因とはならない。これは、素管製造の際に生じる表層欠陥形状がきわめて角度が鋭く、かつ素管の軸方向に沿って形成されるものであるのに対して、研削機によって生じる研削目は、素管の周方向に沿い、かつ角度が緩やかなものとしかならないためであり、動作中の内圧によっても応力が集中することはなく、亀裂には至らない。
In this manufacturing method, first, the grinding process 1 is performed with respect to the raw | natural pipe | tube of the steel pipe for cylinders carried in. This grinding process 1 is for removing fine scratches and fine non-metallic inclusions, which are surface layer defects, by uniformly grinding the entire surface layer with respect to the outer peripheral surface of the raw tube. When the grinding process 1 is performed on the raw pipe, a centerless grinding machine can be applied as illustrated in FIG. In the centerless grinding machine, if the
次いで、図1に示すように、研削加工1を施した素管10に対して引き抜き加工(抽伸)2を実施する。具体的には、図3に例示するように、素管10の内部にプラグCを装着した状態でダイスDの孔Eから室温で素管10を引き抜くことにより、素管10の外形寸法がほぼ上述したシリンダ用鋼管の完成寸法となるように加工を行う。
Next, as shown in FIG. 1, a drawing process (drawing) 2 is performed on the
上述した研削加工1及び引き抜き加工2が終了した素管10に対しては、図1に示すように、応力除去熱処理3を施す。本実施の形態では、約600〜650℃に加熱する処理を行うようにしている。これにより、先の研削加工1において素管10に円周方向に引張りの残留応力が発生していたとしても、応力除去熱処理3により、これが除去されることになる。
As shown in FIG. 1, the stress relief heat treatment 3 is applied to the
次いで、応力除去熱処理3を実施した素管10に対してプレス矯正4を実施し、形状の修正を行う。プレス矯正4は、例えば図4に例示するように、2点で支持させた素管10に対して押圧力を付与することで曲げ等の矯正を行うものである。矯正加工の際にプレス矯正4を実施するのは、以下の理由による。すなわち、応力除去熱処理3の後に実施する矯正加工としては、現在、ロール矯正を行うのが一般的であるが、残留応力の観点から見ると、ロール矯正は素管10の外表層に円周方向に引張りの残留応力を発生させる。従って、本実施の形態では、応力除去熱処理3を実施した後、不必要部分に外力を付与することのないプレス矯正4を施すようにしている。
Next, press straightening 4 is performed on the
以上の工程を実施することにより、円周方向に引張りの残留応力を可及的に除去し、かつ表層欠陥を除去したシリンダ用鋼管を製造することができるようになる。その後、シリンダ用鋼管に対しては、ピストンが摺動する内周面に対してバニシング加工を施し、さらに適宜切断・塗装を施せば、油圧シリンダのシリンダチューブとして構成されることになる。 By carrying out the above steps, it becomes possible to manufacture a steel tube for a cylinder from which residual tensile stress is removed in the circumferential direction as much as possible and surface layer defects are removed. Thereafter, the cylinder steel pipe is configured as a cylinder tube of a hydraulic cylinder by performing burnishing on the inner peripheral surface on which the piston slides, and further cutting and painting as appropriate.
以上説明したように、本実施の形態の製造方法によれば、応力除去熱処理3を行う前に研削加工1を施すようにしているため、研削加工1が原因となる残留応力がその後の応力除去熱処理3で除去されることになる。従って、円周方向に引張りの残留応力によって素管10に亀裂を招来する事態を防止することができるようになる。しかも、研削加工1としては、素管10の外周面に対して表層全域に実施するため、外部に露出していない表皮下欠陥をも完全に除去することができ、表層欠陥が起点となって素管10に亀裂が発生する事態を招来する恐れもなくなる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, since the grinding process 1 is performed before the stress removal heat treatment 3 is performed, the residual stress caused by the grinding process 1 is the subsequent stress relief. It is removed by the heat treatment 3. Accordingly, it is possible to prevent a situation in which a crack is caused in the
尚、実施の形態で記載したシリンダ用鋼管の完成寸法等、具体的な数値はあくまでも例示を目的とするものであり、本願発明を何ら限定するものではない。例えば、研削加工1時の研削深さは、0.1mmである必要はなく、表層欠陥が除去できれば0.1mm以下であっても構わない。応力除去熱処理3に関しても、その温度は600〜650℃に限定されるものではなく、残留応力が除去できれば、600℃未満であっても650℃以上であっても良い。 In addition, specific numerical values, such as the completion dimension of the steel pipe for cylinders described in embodiment, are for the purpose of illustration only, and do not limit the present invention at all. For example, the grinding depth at 1 o'clock grinding need not be 0.1 mm, and may be 0.1 mm or less as long as surface layer defects can be removed. Regarding the stress relief heat treatment 3, the temperature is not limited to 600 to 650 ° C, and may be less than 600 ° C or 650 ° C or more as long as the residual stress can be removed.
また、上述した実施の形態では、引き抜き加工2を実施する以前に研削加工1を施すようにしているため、引き抜き加工2後の加工硬化による加工性への影響を受けることがないが、引き抜き加工2及び研削加工1は、応力除去熱処理3を実施する以前であれば、いずれを先に実施しても構わない。特に、引き抜き加工2の実施により、素管10の外周面表層に円周方向に圧縮の残留応力を発生させることができる場合には、研削加工1によってこれが除去されることのないように、研削加工1を先に実施することが好ましい。
In the above-described embodiment, the grinding process 1 is performed before the drawing process 2 is performed. Therefore, the workability after the drawing process 2 is not affected by work hardening, but the drawing process is performed. As long as 2 and the grinding process 1 are performed before the stress removal heat treatment 3 is performed, any of them may be performed first. In particular, when the residual stress of compression can be generated in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the
10 素管 10 Elementary tube
Claims (3)
素管に対して外周面の表層全域への研削加工及び引き抜き加工を実施した後、応力除去熱処理を行ったことを特徴とするシリンダ用鋼管の製造方法。 In a method of manufacturing a cylinder steel pipe in which an outer cylinder of a cylinder actuator is configured and a piston is slidably fitted therein,
A method of manufacturing a steel tube for a cylinder, comprising subjecting the base tube to grinding and drawing to the entire surface layer of the outer peripheral surface and then performing stress relief heat treatment.
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