JP2014223666A - プレス切断用電縫管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス切断における切断部の変形を抑制すると共に安価で製造することが可能な電縫管の製造方法及びその方法により製造された電縫管を提供する。
【解決手段】連続的に走行する金属帯２を筒状に成形し、金属帯２の板幅方向両端部を電縫溶接するプレス切断用電縫管１の製造方法において、電縫管１の電縫溶接部１１において当該電縫管１の外周面から突出するビード１２を切削し、電縫管１の外周面の電縫溶接部１１に対応する部位に金属帯走行方向Ｐに沿って予亀裂２０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般構造物、機械構造物、配管等に好適に用いられるプレス切断用の電縫管及びその製造方法に関する。

例えば自動車の足回り部品等の機械構造物には、従来、棒鋼が用いられることが多かった。しかし、近年、構造物重量の軽量化のニーズにより、構造物を構成する各部品の軽量化が求められてきた。そのため、現在では、従来の構造物に用いられてきた棒鋼の代わりに中空管を用いることが多くなっている。また、中空管は、一般構造物の他、気体や流体を輸送する配管等にも用いられ、その用途は多岐にわたる。

このような中空管の一例として電縫管が挙げられる。電縫管は、例えば特許文献１，２に示されるように従来からよく知られているものである。従来の電縫管の製造方法では、例えば、以下に説明するようなプロセスを経て製造される。

まず、図１１に示すように、一群の成形ロールにより金属帯１０２を走行させながら筒状に成形してオープン管とする。続いて、オープン管とした金属帯１０２の互いに突き合わせた板幅方向両端部１０２ａを誘導加熱等による加熱によって溶融させて、その状態のまま一対のスクイズロール１３１により金属帯１０２の板幅方向両端部１０２ａ同士を圧接することによって、その両端部１０２ａ同士を溶接して電縫溶接部１１１が形成される。このとき、金属帯１０２の板幅方向両端部１０２ａ間に形成された溶融金属の一部が外部に押し出されることにより、電縫管１０１の表面から突出するビード１１２が電縫溶接部１１１に形成される。このビード１１２は、後続する後工程での加工不良の原因となるうえ、最終製品として用いられる電縫管の外観劣化の原因となる。このため、通常は、そのビード１１２をバイト等の切削治具１３２により切削することとしている。

ビード切削後の電縫管は、長さが所定の製品寸法となるように後工程において切断される。切断手法としては、鋸切断やディスクカッター方式、プレス切断等があるが、切断の能率を考慮した場合、プレス切断の能率が最も高い。しかし、電縫管は中空管であるが故に、プレス切断時におけるせん断力の影響により、電縫管のせん断部に亀裂が入るまでの間に管本体が潰れてしまい、切断後の端部（以下、「切断部」という）が大きく変形してしまう。切断部の変形は、棒鋼のプレス切断時にも起こるものではあるが、変形量は中空管たる電縫管の方が大きい。切断部の変形部分を削り取ることで製品としての電縫管を造管することはできるが、削り量が多ければ多いほど材料を無駄にすることになり、歩留が悪化する。

このような問題を解決すべく、特許文献２に記載された電縫管の製造方法では、金属帯を筒状に成形する前にロータリーシャーで金属帯に所定の間隔で段差を付与する工程を設けている。この段差は、金属帯を完全に切り離さない程度の段差であり、段差が付与された金属帯は、その後、筒状に成形される。そして、後工程のプレス切断時においては、電縫管が段差部を起点としてせん断が進みやすい状態にあることから、電縫管の切断部の変形が大きくなる前に電縫管は切断される。特許文献２では、このようにして切断部の変形を抑制している。

特開２０００−２６３２９６号公報 特開２００１−４７１３７号公報

しかしながら、特許文献２に記載された金属帯への段差付与加工は、冷間で行われることから、金属帯に段差を付与するためには大きな力が必要となる。これに対応可能な設備を導入するためには初期投資が大きくなってしまう。また、付与された段差の影響でロール成形時に成形不良を起こすおそれもある。

上記事情を鑑み、本発明の目的は、プレス切断における切断部の変形を抑制すると共に安価で製造することが可能な電縫管の製造方法及びその方法により製造された電縫管を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によれば、筒状に成形された金属帯の板幅方向両端部が電縫溶接されてなるプレス切断用電縫管において、電縫管本体の電縫溶接部において当該電縫管本体の外周面から突出するビードが切削され、管軸方向に沿って前記電縫溶接部に対応する部位に前記電縫管本体の外周面より窪むように予亀裂が形成されていることを特徴とするプレス切断用電縫管が提供される。

前記予亀裂の深さは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、前記予亀裂が形成された後、引き抜き加工が施されていても良い。

また、本発明によれば、連続的に走行する金属帯を筒状に成形し、前記金属帯の板幅方向両端部を電縫溶接するプレス切断用電縫管の製造方法において、前記電縫管の電縫溶接部において当該電縫管の外周面から突出するビードを切削するビード切削工程と、前記電縫管の外周面の前記電縫溶接部に対応する部位に金属帯走行方向に沿って予亀裂を形成する予亀裂形成工程とを有することを特徴とするプレス切断用電縫管の製造方法も提供される。

前記予亀裂の深さは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、前記予亀裂形成工程の後に前記電縫管の引き抜き加工を行う引き抜き加工工程を有していても良い。また、ローレット駒の歯幅が前記電縫管の外周面における熱影響部の幅以下となるように形成されたローレット加工治具を用いて前記予亀裂を形成しても良い。

本発明によれば、電縫管に予亀裂を形成することで、後工程のプレス切断時における切断部の変形を抑制することができる。また、電縫管に形成する予亀裂は、軟化した状態にある電縫管の溶接部に形成するため、予亀裂形成に大きな力を必要とすることがない。これにより、設備投資にかかるコストを抑えることができ、電縫管を安価で製造することができる。

本発明の実施形態に係る電縫管の製造工程の一部を示す概略側面図である。 （ａ）は金属帯の板幅方向両端部を電縫溶接した直後の状態を示す正面断面図であり、（ｂ）は電縫管の外周面のビードを切削した直後の状態を示す正面断面図であり、（ｃ）は予亀裂を形成している状態を示す正面断面図である。 （ａ）は予亀裂を形成した後の電縫管の状態を示す概略正面図であり、（ｂ）は、その電縫管の概略平面図である。 図３（ｂ）中のＡ−Ａ断面図である。 電縫管の切断工程を示す概略図である。 電縫管の切断工程を示す概略図である。 本発明の別の実施形態に係る電縫管の平面図である。 図７中のＢ−Ｂ断面図である。 ローレット駒の歯幅を変更したローレット加工治具を用いて予亀裂を形成している状態を示す正面断面図である。 棒鋼及び電縫管の切断部の変形状態を示す概略図である。 従来の電縫管の製造方法において金属帯を電縫溶接している状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を電縫管１の製造工程に基づいて説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、電縫管１の素材となる金属帯２をアンコイラから巻き戻した後、複数の成形ロールにより金属帯２を筒状に成形してオープン管とする。

続いて、図１、図２（ａ）に示すように、誘導加熱又は通電加熱による加熱によって、オープン管とした金属帯２の互いに突き合わせた板幅方向両端部２ａを溶融させて、その状態のまま一対のスクイズロール３１により金属帯２の板幅方向両端部２ａ同士を圧接させることによって、その両端部２ａ同士を電縫溶接して電縫溶接部１１を形成する。図示においては、誘導加熱コイルによる誘導加熱により金属帯２を加熱する場合を例示している。通電加熱により加熱する場合、一対のコンタクトチップにより高周波電流を通電することにより行われる。

続いて、図１に示すように、電縫管１の電縫溶接部１１において電縫管１の外周面１ａから突出するビード１２をバイト等の切削治具３２により切削する。この切削治具３２は、スクイズロール３１の後段側に配設されている。このとき、図２（ｂ）に示すように、電縫管１の外周面１ａと電縫溶接部１１の外周面とが揃うようにそのビード１２を切削する。なお、必要に応じて、電縫管１の内周面から突出するビード１２も電縫管１内に配設される切削治具３２により切削してもよい。

続いて、図１、図２（ｃ）に示すように、切削治具３２の後段側に配設されたローレット加工治具４０を用いて、電縫管１の外周面１ａの電縫溶接部１１に対応する部位に予亀裂２０を形成する。本実施形態においては、電縫溶接部１１のビード切削面１１ａを通るように金属帯走行方向Ｐに沿って所定の間隔を空けて複数の予亀裂２０を形成している。なお、予亀裂２０が形成される箇所は、後工程においてプレス切断される箇所であるため、予亀裂２０が形成される所定の間隔とは製品寸法に応じた間隔のことを指す。また、電縫溶接部１１に対応する部位とは、電縫溶接部１１、熱影響部１３及び熱影響部近傍の母材を含む部位を指す。

また、電縫管１の外周面１ａに複数の予亀裂２０を形成するうえでは、ローレット駒４２の歯４２ｂを電縫管１の外周面１ａに対して押し付けるようにした状態で電縫管１を走行させ、これにより、ローレット駒４２の外周面４２ａの凹凸形状に応じたローレット目が電縫管１の外周面１ａに転造されることによりローレット加工が行なわれ、複数の予亀裂２０が形成されることになる。このローレット駒４２の外周面４２ａの凹凸形状、寸法を調整することにより、様々な形状、寸法の予亀裂２０が形成される。

なお、ローレット加工治具４０は、ホルダー４１そのものを保持した状態のまま配設することとしてもよいし、ピストン、シリンダー等により電縫管１の外周面１ａに対して押し付け力を負荷することとしてもよい。

また、予亀裂２０は、図３（ａ）、図４に示すように、電縫管本体の外周面１ａに対して窪むような溝形状となっている。ローレット加工治具４０は、ローレット駒４２の回転軸が管軸に対して平面視で直交するように配置されているため、電縫管１に形成される予亀裂２０は、図３（ｂ）に示すように、長手方向が管軸に対して直交するように形成される。

電縫管１に形成される予亀裂２０の深さＤは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。後述する実施例でも示すように、予亀裂深さＤが０．５ｍｍ以上であれば、後工程のプレス切断時における電縫管１の切断部の変形を確実に抑制することができ、歩留を向上させることができる。なお、予亀裂２０は、電縫管１の肉厚以上の深さ、すなわち、電縫管１の内周面に到達するような深さを有していても良い。

また、上記のような予亀裂形成工程は、電縫管１のビード切削工程の次の工程で行うことが好ましい。なぜなら、ビード切削後の電縫溶接部１１に対応する部位は、溶接後、依然として高温状態にあり、当該部位は、電縫管１のその他の部位よりも軟化した状態にあるためである。軟化した状態にある電縫溶接部１１に対応する部位には、ローレット駒４２の歯が食い込みやすく、容易に予亀裂２０を形成することが可能となる。なお、ビード１２の切削後、電縫溶接部１１に対応する部位にローレット駒４２の歯が食い込みやすい温度状態にあるのであれば、予亀裂形成工程をビード切削工程の直後に行わなくても良い。

また、上述のようにビード１２の切削後に予亀裂２０を形成することとしたのは次の理由もある。電縫管１の造管工程では、走行距離が長くなるほど電縫管１が円周方向に回転してしまい、その結果、電縫溶接部１１に対応する部位に予亀裂２０を形成することが困難となる。これに対して、ビード１２の切削後であれば、切削治具３２の配設位置が電縫溶接部１１であることが明らかであるため、その切削治具３２の後段側において切削治具３２の配設位置に対応した位置にローレット加工治具４０を配設すれば、電縫溶接部１１に対応する部位に予亀裂２０を形成することが可能となるためである。

予亀裂２０の形成後は、例えば、所要の製品寸法となるようにストレッチレデューサにより絞り加工を行う、サイジングロールにより外径、肉厚を調整する、タークスヘッド又は矯正機により曲がりを除去する等の公知の後工程を実行する。

その後、電縫管１が所要の長さとなるように、図５に示すようなプレス切断機で電縫管１を切断する。図５は、プレス切断機５０を示す概略図であり、プレス切断機の固定具５１及びせん断刃５２の断面を示すものである。搬送方向Ｔに沿ってプレス切断機５０に搬送される電縫管１は、搬送姿勢が制御されており、電縫管１に形成された予亀裂２０の開口がせん断刃５２の固定具５１側端部において、概ね上方を向くようにして固定具５１に固定される。

この状態でせん断刃５２が下方に向かって移動することにより、電縫管１の予亀裂２０の周辺部にせん断力が生じ、これと共に予亀裂２０に応力集中が生じることとなる。その結果、亀裂の進展が一気に進み、切断部の変形が大きくなる前に電縫管１を切断することができる。

なお、プレス切断される際の電縫管１は、予亀裂２０の深さ方向（管軸方向に直交する方向）がせん断方向に対して概ね沿うような状態で切断されることが好ましい。例えば、上記図５に示すような状態で切断する場合の他、図６に示すように、予亀裂２０の開口が下方を向くような状態で切断しても良い。

以上の一連の造管工程が連続的に行われることにより製品としての電縫管１が造管される。なお、上述の造管工程を経て製造された電縫管は造管ままで用いてもよいし、必要に応じて熱処理加工や絞り加工を造管工程の後工程として行うこととしてもよい。また、造管工程や後工程において絞り加工を行う場合、電縫管１そのものの変形によって、形成後の予亀裂２０の寸法より最終製品の予亀裂２０の寸法の方が小さくなってしまう。このため、絞り加工等の電縫管１の管軸直交断面の形状が変化するような加工を行なう場合、目的とする最終製品の予亀裂２０の寸法が得られるように、形成時の予亀裂２０の寸法が大きめとなるように調整する必要がある。

以上の通り、本実施形態によれば、ビード切削工程の後に電縫管１に予亀裂２０を形成することで、後工程のプレス切断時において、予亀裂２０を起点とした亀裂進展が起こりやすくなる。これにより、切断部の変形が大きくなる前に電縫管１を切断することができ、切断部の変形を抑制することができる。これに伴い、切断部の仕上げ加工に伴う材料廃棄量も減少させることができるため、歩留も向上させることができる。

また、予亀裂２０の形成は、ビード切削後、温度が高く軟化した状態にある電縫溶接部１１に対応する部位に行うため、従来のような冷間における段差付与加工と異なり、大きな力をかけることなく管本体に予亀裂を形成することができる。結果として、予亀裂形成のための装置導入への初期投資を抑えることができ、電縫管を安価に製造することができる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、電縫管は、その外径について、例えば、１０ｍｍ〜７００ｍｍのものから構成されるが、これに限定するものではない。また、電縫管は、その材質について、鋼材に限定されず、電縫管として公知のものであれば特に限定するものではない。

また、例えば、予亀裂２０の形成後に、所要の製品外径となるように引き抜き加工を施しても良い。図７、図８に示すように、引き抜き加工実施後の電縫管１は、予亀裂２０の管軸方向長さＷ’が、引き抜き加工実施前の管軸方向長さＷ（図４）よりも長くなる。これにより、プレス切断機５０のせん断刃５２の端部において、予亀裂２０の位置が管軸方向に多少ずれたとしても、上記実施形態で説明したように電縫管１をプレス切断することができる。すなわち、引き抜き加工を実施すれば、プレス切断機５０における電縫管１の固定位置精度をある程度低くすることができ、電縫管１の搬送制御にかかる負担を軽減することができる。

また、予亀裂を形成するにあたり、図９に示すようなローレット加工治具４０を用いても良い。このローレット加工治具４０は、電縫管１の正面断面視において、ローレット駒４２の歯４２ｂの幅が熱影響部１３の幅Ｗ_１３（外周面１ａにおける母材と熱影響部１３との２つの境界間の距離）以下となるように形成されている。電縫管１の電縫溶接部１１及び熱影響部１３は、その他の部位よりも特に温度が高く、軟らかくなっている。このため、図２（ｃ）に示す予亀裂形成時よりも更にローレット駒４２の歯４２ｂが食い込みやすく、容易かつ確実に予亀裂を形成することができる。なお、歯４２ｂの幅が小さくなるにつれ、電縫管１に形成される予亀裂は小さくなる。このため、どの程度歯幅を小さくするかは、電縫管の肉厚やプレス切断機の切断能力等に応じ適宜検討されるべきものである。

（実施例１）
従来の棒鋼、電縫管（予亀裂なし）及び本発明に係る電縫管（予亀裂あり）をプレス切断機で切断した。切断部の変形の様子を図１０に示す。なお、図１０（ａ）は従来の棒鋼２０１、図１０（ｂ）は従来の電縫管１０１、図１０（ｃ）は本発明に係る電縫管１の概略断面図である。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、棒鋼２０１、電縫管１０１、電縫管１のいずれの場合も切断部が変形している。変形部分は、仕上げ加工により製品端面Ｅまで削られ、スクラップＳとして廃棄される。図１０（ｂ）に示す通り、電縫管１０１は中空管であることにより、切断部の変形の大きさが棒鋼２０１に比べて大きくなっている。一方で、予亀裂を形成した電縫管１は、切断部の変形が従来の電縫管１０１よりも小さくなっている。

実施例１の結果によれば、電縫管に予亀裂を形成しておくことにより、プレス切断時における切断部の変形を抑制することができ、スクラップＳの量を低減することができる。

（実施例２）
次に、本発明に係る電縫管１について、予亀裂深さＤの大きさを変更してプレス切断を行い、予亀裂深さＤが切断部の変形に与える影響を考察した。結果を表１に示す。なお、本実施例では、電縫管１のスクラップＳの量が、棒鋼２０１のスクラップＳの量に対して少ない場合には合格判定（表１中“○”）、多い場合には不合格判定（表１中“×”）とし、切断部の変形に与える影響を示す指標として表１に示した。

表１に示す通り、予亀裂深さＤが０．１５ｍｍ、０．３０ｍｍの場合には、電縫管１のスクラップＳの量が棒鋼２０１のスクラップＳの量より多くなってしまった。一方で、予亀裂深さＤが０．５０ｍｍ、０．８０ｍｍ、１．０ｍｍの場合には、電縫管１のスクラップＳの量は、棒鋼２０１のスクラップＳの量よりも少なかった。

したがって、電縫管に形成する予亀裂の深さが０．５ｍｍ以上であれば、プレス切断時における切断部の変形を確実に抑制することができ、歩留を更に向上させることができる。

以上の実施例１及び実施例２で示した通り、電縫管に予亀裂を形成しておけば、予亀裂を形成しなかった場合に比べて、プレス切断時における切断部の変形を抑制することができ、更に予亀裂深さＤを０．５ｍｍ以上とした場合には、切断部の変形を抑制する効果を高めることが可能となる。

１
電縫管
１ａ 外周面
２ 金属帯
２ａ 端部
１１ 電縫溶接部
１１ａ ビード切削面
１２ ビード
１３ 熱影響部
２０ 予亀裂
３１ スクイズロール
３２ 切削治具
４０ ローレット加工治具
４１ ホルダー
４２ ローレット駒
４２ａ 外周面
４２ｂ 歯
５０ プレス切断機
５１ 固定具
５２ せん断刃
１０１ 従来の電縫管
２０１ 棒鋼
Ｄ 予亀裂深さ
Ｅ 製品端面
Ｐ 金属帯走行方向
Ｓ スクラップ
Ｔ 搬送方向
Ｗ 予亀裂管軸方向長さ
Ｗ_１３ 熱影響部の幅

Claims (7)

1. 筒状に成形された金属帯の板幅方向両端部が電縫溶接されてなるプレス切断用電縫管において、
   電縫管本体の電縫溶接部において当該電縫管本体の外周面から突出するビードが切削され、管軸方向に沿って前記電縫溶接部に対応する部位に前記電縫管本体の外周面より窪むように予亀裂が形成されていることを特徴とするプレス切断用電縫管。
2. 前記予亀裂の深さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のプレス切断用電縫管。
3. 前記予亀裂が形成された後、引き抜き加工が施されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレス切断用電縫管。
4. 連続的に走行する金属帯を筒状に成形し、前記金属帯の板幅方向両端部を電縫溶接するプレス切断用電縫管の製造方法において、
   前記電縫管の電縫溶接部において当該電縫管の外周面から突出するビードを切削するビード切削工程と、
   前記電縫管の外周面の前記電縫溶接部に対応する部位に金属帯走行方向に沿って予亀裂を形成する予亀裂形成工程とを有することを特徴とするプレス切断用電縫管の製造方法。
5. 前記予亀裂の深さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載のプレス切断用電縫管の製造方法。
6. 前記予亀裂形成工程の後に前記電縫管の引き抜き加工を行う引き抜き加工工程を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のプレス切断用電縫管の製造方法。
7. ローレット駒の歯幅が前記電縫管の外周面における熱影響部の幅以下となるように形成されたローレット加工治具を用いて前記予亀裂を形成することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のプレス切断用電縫管の製造方法。

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