JP2015073998A - 鋼管の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板材に３点曲げ加工を施すことによって鋼管を製造する場合において、製造効率、品質の改善を図ることができる方法およびその製造装置を提案する。
【解決手段】板材をその送り方向に沿い２箇所で支持するダイ４と、このダイ４の支持相互間にて該板材Ｓを押圧するパンチ７とにより、間欠的に送給された板材Ｓに対して複数回にわたる３点曲げ加工を施して端面相互間にギャップｇが形成されたオープン管Ｓ_１を成形し、次いで、該オープン管Ｓ_１の端面相互を突き合わせ接合することにより鋼管を製造するに当たって、板材Ｓの曲げ加工中にパンチ７による押圧を一旦停止してアーム９に保持された角度計８ａ〜８ｆにてダイ４の導入側および導出側において該板材Ｓの長手方向の両端部および中央部における曲げ角度θをそれぞれ１回以上計測する。そして、その計測結果に基づいてパンチ７の押圧力を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３点曲げベンディングプレスにより、板材をその送り方向（送給方向）に沿い逐次押圧することによって、例えば、ラインパイプ等に使用される大径、かつ厚肉の鋼管を効率的に製造する鋼管の製造方法およびその製造装置に関するものである。

ラインパイプ等に使用される大径、かつ厚肉の鋼管を製造する技術としては、所定の長さ、幅、板厚を有する鋼板を、Ｕ字状にプレス加工し、次いで、О字状にプレス成形したのちその端部に形成されたギャップを、溶接により突き合わせ接合することによって鋼管となし、さらに真円度を高めるべく、その径を拡大（拡管）するようにした、いわゆるＵＯＥ成形技術が広く普及している。

しかし、上記ＵＯＥ成形技術では、鋼板をプレス加工してＵ字状、О字状に成形する工程において高いプレス圧力を必要とすることから大掛かりなプレス機械を使用せざるを得ない状況にある。

このため、最近では、この種の鋼管を製造するに当たっては、プレス圧力を軽減する技術の検討がなされている。

この点に関する先行技術としては、板材を、下型（ダイス）により２箇所で支持し、この下型の相互間に上型を押し込んで該板材に３点曲げプレスを施してその曲げ形状を制御するようにした、特許文献１に開示の如きプレス成形技術が知られている。

特開平１１―１２９０３１号公報

ところで、上記従来のプレス成形技術においては、パンチによる押圧力の過不足、あるいは経時変化による装置の各部の磨耗等の影響を排除して品質の良好な鋼管を製造するため、プレス加工の途中で板材が所定の曲げ形状になっているかどうか確認しようとする場合、該プレス加工を一旦中断し、必要な安全対策を施したうえで、装置の稼働範囲に人が立ち入って板材の長手方向（管の長手方向）の中央部および両端部について曲げ角度を計測し、板材が所定の曲げ形状になっているかどうか確認しているのが普通であり、このための手間や時間がかかることから鋼管の効率的な製造が困難な状況にあった。

本発明の目的は、板材の曲げ形状がどのようになっているか短時間で的確に把握することが可能であり、それに基づいて該板材に適切な押圧力を付与して曲げ加工を行うことにより品質の高い鋼管を効率的に製造できる方法および製造装置を提案するところにある。

本発明は、板材をその送り方向に沿い２個所で支持するダイと、このダイの支持相互間にて該板材を押圧するパンチとにより、間欠的に送給される板材に対し複数回にわたる３点曲げ加工を施して端面相互間にギャップが形成されたオープン管を成形し、次いで、該オープン管の端面相互を突き合わせ接合することにより鋼管を製造する方法において、前記板材の曲げ加工中に前記パンチによる押圧を一旦停止してアームに保持された角度計にて前記ダイの導入側および導出側にて該板材の長手方向の両端部および中央部における曲げ角度をそれぞれ少なくも１回計測し、その計測結果に基づいて前記パンチの押圧力を調整することを特徴とする鋼管の製造方法である。

上記の構成からなる鋼管の製造方法においては、板材の曲げ加工中、ＣＣＤカメラにより該板材の長手方向の端縁の少なくとも一方を撮影するとともに撮影された映像を画像処理して該板材の端縁における全体形状を把握し、その把握された全体形状を考慮に入れてパンチの押圧力を調整するのが好ましい。

また、本発明は、板材をその送り方向に沿い２個所で支持するダイと、このダイの支持相互間にて該板材を押圧して３点曲げ加工を行い端面相互間にキャップが形成されたオープン管を成形するパンチと、該オープン管の端面相互を突き合わせ接合する接合手段とを備えた鋼管の製造装置において、前記ダイの導入側および導出側にそれぞれアームを設け、このアームの先端部分に前記３点曲げ加工によって曲げられた板材の曲げ角度を計測する角度計を配設してなり、該角度計は、前記板材の長手方向中央部の曲げ角度を計測する角度計と、該板材の長手方向両端部の曲げ角度を計測する角度計からなることを特徴とする鋼管の製造装置である。

上記の構成からなる鋼管の製造装置においては、板材の長手方向端縁の少なくとも一方を撮影するＣＣＤカメラを設けておくのが望ましい。また、アームとしては、角度計を、板材の長手方向、板材の送り方向および上下方向に移動可能な移動機構を有するものを適用することが本発明の課題解決のための具体的手段として好ましい。

上記の構成からなる本発明の鋼管の製造方法によれば、板材の曲げ加工中にパンチによる押圧を一旦停止してアームに保持された角度計にてダイの導入側、導出側で板材の長手方向の両端部および中央部における曲げ角度をそれぞれ少なくとも１回計測し、その計測結果に基づいてパンチの押圧力を調整するようにしたため、装置の稼働範囲に人が立ち入ることなしに、板材の曲げ形状がどのようになっているか迅速に把握することが可能となり、適切な押圧力の設定により、品質の良好な鋼管を効率的に製造することができる。

また、本発明による鋼管の製造方法によれば、板材の長手方向端縁の少なくとも一方をＣＣＤカメラにより撮影、画像処理を行うことにより曲げ加工中の板材の全体形状を把握するとともに、把握された板材の全体形状を考慮に入れてパンチの押圧力を調整するようにしたため、押圧力の、より正確な設定が可能となる。とくに、ＣＣＤカメラを用いる場合には、板材の長手方向の中央部における形状までは把握することができないが、該板材の長手方向端縁の曲げ角度については角度計を用いて計測を行う場合に比較してより簡便に曲げ角度を把握し得る。

また、上記の構成からなる本発明の鋼管の製造装置によれば、該製造装置を、板材をその送り方向に沿い２箇所で支持するダイと、このダイの支持相互間にて該板材を押圧して３点曲げ加工を行い端面相互間にギャップが形成されたオープン管を成形するパンチと、このオープン管の端面相互を突き合わせ接合する接合手段とを備えたもので構成し、ダイの導入側、導出側にそれぞれアームを設け、このアームの先端部分に、板材の長手方向中央部における曲げ角度を計測する角度計と、板材の長手方向における曲げ角度を計測する角度計を配置するようにしたため、装置内に人が立ち入らなくても板材の曲げ形状がどのようになっているか迅速に把握することが可能となる。このため、曲げ加工に必要な時間が短縮されるとともに、パンチの押圧力の適切な設定を行うことができ、品質の良好な鋼管を効率的に製造することが可能となる。

本発明による鋼管の製造装置によれば、板材の長手方向端縁の少なくとも一方に、板材の全体形状を撮影するＣＣＤカメラを設けたため、板材の長手方向端縁の全体形状については簡便に把握することが可能となり、パンチの押圧力を、短時間でより適正な値に設定することできる。

さらに、本発明による鋼管の製造装置によれば、アームに移動機構を設けて板材の長手方向、該板材の送り方向、さらには上下方向に沿って角度計を移動させるようにしたため、曲げ加工される板材のサイズが変更されても、板材の各部位の曲げ角度を正確に計測することが可能になる。しかも、曲げ加工時には、角度計を加工域から退避させておくことができるため、該角度計が曲げ加工の際の障害（邪魔）になることはない。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明に従う鋼管の製造装置のうち３点曲げ加工を行う部分の構成を模式的に示した図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその正面図、（ｃ）はその背面図である。 板材の角度の計測状況を示した図である。 管の成形プロセスを示した図である。

以下、本発明を図面を用いてより具体的に説明する。なお、本発明の実施の形態は図面に示したものに限定されることはないのはいうまでもない。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に従う鋼管の製造装置の実施の形態のうち３点曲げ加工行う部分の構成を模式的に示した図であり、（ａ）は、その側面を示した図であり、（ｂ）は、その正面を示した図であり、（ｃ）は、その背面を示した図である。

図における符号１は、上フレーム、２は下フレーム、３は上フレーム１と下フレーム２をつなぐタイロッドである。また、４（４ａ、４ｂ）は、下フレーム２に配置され、板材Ｓをその送給方向（送り方向）に沿って２個所で支持するダイ、５は、ダイ２の導入側（板材Ｓを搬入する側）、ダイ２の導出側（板材Ｓを搬出する側）において板材Ｓの搬送経路を形成するガイドローラ群、６は、ガイドローラ群５に沿って移動可能に配置され、曲げ加工の際に板材Ｓの端面に接触してその位置決めを行うプッシャである。

ここで、ダイの導入側とは、板材Ｓをダイ２へ搬入して曲げ加工を開始する板材搬入側をいうものとし、ダイの導出側とは、曲げ加工を施したのちの板材Ｓをダイから取り出す板材搬出側をいうものとする（図１（ａ）参照）。板材Ｓの曲げ加工方式としては、一端（先端）から幅方向中央に向けて行う前半プレスと、他端（後端）から幅方向中央に向けて行う後半プレスの２工程に分け、板材Ｓの中央部を最後に押圧してオープン管とする曲げ加工方式を採用することが可能であり、この場合、前半プレスと後半プレスでは、ダイの導入側、導出側は、その位置が逆転することになる。また、本発明において、板材Ｓの幅方向とは、該板材Ｓの送り方向と平行な方向（図１（ａ）参照）をいい、板材Ｓの長手方向とは、板材Ｓの幅方向に直交する方向、すなわち、曲げ加工によって得られる鋼管の長手方向に合致する方向（図１（ｂ）参照）をいう。

また、７は、ダイ４に近接、離隔する向きに移動可能とした逆Ｔ字形状をなすパンチである。パンチ７は、板材Ｓ直接接触させてダイ４の支持相互間で該板材Ｓを押圧する幅広の加工面を有する金型本体７ａと、この金型本体７ａの背面につながり、該金型本体７ａを支持する幅狭の支持体７ｂと、この支持体７ｂの上端部に連結するスライダー７ｃから構成されている。

上記スライダー７ｃの上端部は、上フレーム１に設置された油圧シリンダーの如き駆動手段７ｄに連結しており、該駆動手段７ｄを駆動することによって金型本体７ａに押圧力（プレス荷重）を付与することができるようになっている。

また、８ａ〜８ｆ（図１（ｂ）（ｃ）参照）は、ダイの導入側、導出側に配置され、図２に示すように、板材Ｓの搬送パスライン（ガイドローラ群５のローラの頂点を結んだ水平線）Ｌと平行な直線Ｌ′を基準として板材Ｓの曲げ角度θを計測する角度計（デジタル式角度計等）である。

角度計８ｃ、８ｄは、板材Ｓの長手方向の中央部の対向位置の２点において曲げ角度θをそれぞれ計測するものであり、角度計８ａ、８ｂおよび角度計８ｅ、８ｆは、板材Ｓの長手方向両端部の各対向位置の２点（合計４点）において曲げ角度θをそれぞれ計測するものである。

上記の曲げ角度θを計測することによって鋼管の内側に対応する曲げ角度θ_１を求めることができる（図２参照）ため、曲げ加工により所望の品質（真円度等）に保持された鋼管に成形できるかどうかの判断が容易となるとともにパンチ７において適切な押圧力の設定が可能となる。

曲げ角度θを計測するに当たっては、例えば、板材Ｓの搬送パスライン（ガイドローラ群５のローラの頂点を結んだ水平線）Ｌに平行な直線Ｌ′を基準としてこの基準となる直線Ｌ′と曲げ加工後における板材Ｓとのなす角度を求めればよいが、該基準となる直線Ｌ′は、板材Ｓの搬送パスラインＬに平行な直線に限られることはなく任意に設定できる。

パンチ７を用いて板材Ｓに３点曲げ加工を施す場合においては、板材Ｓの最下部（ダイ４ａとダイ４ｂの中心に位置する部位）は、搬送パスラインよりも下側に位置しているのが普通であり、板材Ｓをダイ４に支持したままで曲げ角度θを計測しようとしてもダイ４が邪魔になり角度計８ａ〜８ｆによる計測が困難となる場合も想定される。

この場合には、ダイ４の相互間の下側部位に予め板材Ｓの上昇を可能とする持ち上げ機構を配置しておき、該持ち上げ機構を使用して板材Ｓを少なくとも搬送パスラインよりも上に持ち上げ、そこに角度計８ａ〜８ｆを位置せしめることによって曲げ角度θの計測を行えばよい。

曲げ角度θの計測は、真円度の高い鋼管を製造する観点からは、パンチ７によって板材Ｓを押圧する度に計測するのが好ましい。しかし、曲げ加工の度に曲げ角度θを計測する場合においては、ラインを一旦停止する必要があるため、製造効率の低下を招くことも懸念されるので、数回に一回の割合で計測（計測回数は任意）してもよく、この点については限定されない。

角度計８ａ〜８ｆによって計測された結果を基づいて適切な押圧力等を算出し、これを、油圧パンチ７の油圧シリンダー７ｄにフィードバックすることにより、真円度の高い鋼管の製造が可能となる。なお、角度計８ａ〜８ｆによって計測された曲げ角度に基づいて算出された押圧力は、次回の板材Ｓの曲げ加工の際に利用することもできる。

ここに、真円度とは、鋼管の断面形状がどれだけ円に近いかを表す指標である。具体的には、例えば、製造された鋼管の任意の管長位置で管を周方向に１２等分あるいは２４等分して対向する位置での外直径を測定し、それらのうちの最大径と最小径をそれぞれＤ_ｍａｘ、Ｄ_ｍｉｎとした場合に、真円度＝Ｄ_ｍａｘ−Ｄ_ｍｉｎで定義され、真円度が０に近いほど、鋼管の断面形状が完全な円に近い形状であることを示している。

角度計８ａ〜８ｆとしては、接触型、非接触型のいずれのタイプのものも適用することが可能である。また、角度計８ａ〜８ｆには、板材Ｓのサイズが変更されても各部位における角度の計測が行え、かつ、曲げ加工に際して支障をきたすことがない位置に退避できるように、板材Ｓの長手方向（図１（ａ）（ｂ）のＸ方向）への移動、上下方向（図１（ｂ）のＹ方向）への移動、板材の送り方向（幅方向）（図１（ａ）のＺ方向）への移動を可能とするアームを設けるのが望ましい。

図２における符号９は、ダイの導入側、導出側にそれぞれ設けられたアーム、１０はアーム９を移動可能に保持する移動機構である。アーム９の先端部に角度計８ａ〜８ｆを取り付け、該アーム９を移動機構１０により角度計８ａ〜８ｆとともに板材Ｓの長手方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）、板材Ｓの送り方向（Ｚ方向）に適宜移動させることによって装置内に人が立ち入ることなしに板材Ｓの曲げ角度θの正確な計測が可能となる。

移動機構１０としては、例えば、下フレーム２に予め軌道（図示せず）を設けておき、この軌道上を板材Ｓの送り方向（Ｚ方向）に沿って移動可能な台車１０ａと、この台車１０ａの上で板材Ｓの長手方向（Ｘ方向）に移動可能な台車１０ｂと、この台車１０ｂに配置され、アーム９を上下方向（Ｙ方向）に昇降させる昇降機１０ｃから構成されるものを適用することができる。なお、移動機構１０は、種々の構造からなるものを適用することが可能であり、上記のような構成のものに限定されることはない。下フレーム２に凹所を設け（図示せず）、この凹所に移動機構１０をアーム９とともに格納できるようにしておくことで板材Ｓの曲げ加工に際してアーム９、移動機構１０が邪魔になるのを回避することができる。

上掲図２に示す如きアーム９に角度計８ａ〜８ｆを取り付けるに当たっては、角度計８ａ〜８ｆとアーム９との相互間に角度変更部材（自在継手等）９ａを設けておくのが好ましい。これにより角度計８ａ〜８ｆの、アーム９に対する取付け角度を適宜変更することができる。なお、角度変更部材９ａに駆動機構を設けて角度計８ａ〜８ｆの、アーム９に対する取付け角度を自動的に変更するようにしてもよく、板材Ｓの曲げ角度θを迅速に計測することが可能となる。

また、１１は、板材Ｓの長手方向端縁の形状を撮影するＣＣＤカメラである。このＣＣＤカメラ１１は、板材Ｓの長手方向端縁の形状を撮影、画像処理することにより曲げ加工中の板材Ｓの全体形状を把握するものであり、把握された板材Ｓの全体形状から板材Ｓの押圧による曲げ角度を求め、この曲げ角度を角度計８ａ〜８ｆによって計測された計測結果のバックアップとして使用することにより、パンチ７の押圧力（圧下量）のより正確な設定が可能となる。

ＣＣＤカメラを板材Ｓの長手方向端縁の両方に設けて曲げ加工中の板材Ｓの全体形状を把握し、その中央部の全体形状については傾向分析等で曲げ角度θを把握するようにしてもよく、これにより装置の構造の簡素化が可能となる。

ＣＣＤカメラ１１に関しても、サイズの異なる鋼管の製造に対応するため、移動機構を設けることができる。

３点曲げ加工を終えたオープン管は、その長手方向へ引き出すことによってダイ４から搬出することになるが、その際に効率的な搬出ができるように搬出手段（図示せず）を適用する。

搬出手段としては、例えば、ダイ４ａとダイ４ｂとの相互間の下側に配置され、該ダイ４ａ、４ｂの上におかれているオープン管に向けて昇降移動可能な搬送ローラ群が用いる。かかる搬送ローラ群によるオープン管の搬送は、該搬送ローラ群を直接駆動することによって行ってもよいし、該搬送ローラ群に駆動系を設けず、該搬送ローラ群とは別に、オープン管の管端を押圧する押圧機構を設け、この押圧機構を使用して搬出するものであってもよい。

本発明に従う鋼管の製造装置においては、上記３点曲げ加工を行う領域の下流側に、オープン管のギャップを突き合わせた状態で溶接（接合）して鋼管とする溶接機（接合手段）が配置される（図示せず）。

溶接機としては、例えば、仮付溶接機、内面溶接機、外面溶接機という３種類の溶接機で構成されるものが適用可能である。仮付溶接機は、ケージロールにより突き合わせ面を適切な位置関係で連続的に密着させ、密着させた部分をその全長にわたって溶接するものである。

仮付された管は、内面溶接機により突き合わせ部の内面から溶接（サブマージアーク溶接）し、さらに、外面溶接機により突き合わせ部の外面から溶接（サブマージアーク溶接）する。

上記溶接機（接合手段）と３点曲げ加工を行う部分との位置関係はとくに限定されず、任意に変更される。

端曲げされた板材Ｓに３点曲げ加工を施してオープン管とするには、該板材Ｓをダイ４上に載置し、板材Ｓを所定の送りピッチＰで間欠的に送給しながら、該板材Ｓを先端側（一方の幅端）、後端側（もう一方の幅端）からともにその中央部に向けてパンチ７により逐次押圧していき、該板材Ｓの中央部を最後に押圧すればよく、これにより、端面相互にギャップｇが形成されたオープン管が得られる（図３参照）。得られたオープン管は、３点曲げ加工を行う領域から搬出したのち、溶接機の設置位置へと搬送され、溶接機にてギャップｇを消滅させるべく端面相互を突き合わせ接合するとともに、必要に応じてさらにその下流で拡管されて丸鋼管に仕上げられる。

図３は、前半プレス（行き）で板材Ｓの先端側から５回の押圧を行い、次いで、後半プレス（戻り）で板材Ｓの後端側から５回の押圧を行い、さらに最終プレスとして板材Ｓの中央部を１回だけ押圧してオープン管Ｓ_１とする例を示した図である。

かかる要領に従う３点曲げ加工においては、前半プレスと後半プレスでは、板材Ｓの送り方向が逆向きになるため、ダイの導入側、導出側は、前半プレスと後半プレスとでは逆転する。加工回数は上記の場合に限定されるものではなく、製造すべき鋼管のサイズに応じて適宜変更される。

角度計８ａ〜８ｆによって板材Ｓの曲げ角度θを計測するには、パンチ７による押圧を一旦停止することになるが、装置の稼動範囲に人が立ち入って計測する場合と異なり、短時間ですむため製造効率の低下を伴うことがない。

本発明によれば、曲げ加工中の停止時間が短くてすみ、パンチの押圧力を適正な値に設定して板材の曲げ加工を行うことが可能であるため、品質の良好な鋼管を効率的に製造することができる。

１ 上フレーム
２ 下フレーム
３ タイロッド
４ ダイ
５ ガイドローラ群
６ プッシャ
７ パンチ
７ａ 金型本体
７ｂ 支持体
７ｃ スライダー
７ｄ 駆動手段
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ 角度計
９ アーム
９ａ 角度変更部材
１０ 移動機構
１０ａ 台車
１０ｂ 台車
１０ｃ 昇降機
１１ ＣＣＤカメラ
Ｓ_１ オープン管
ｇ ギャップ

Claims (5)

1. 板材をその送り方向に沿い２個所で支持するダイと、このダイの支持相互間にて該板材を押圧するパンチとにより、間欠的に送給される板材に対し複数回にわたる３点曲げ加工を施して端面相互間にギャップが形成されたオープン管を成形し、次いで、該オープン管の端面相互を突き合わせ接合することにより鋼管を製造する方法において、
   前記板材の曲げ加工中に前記パンチによる押圧を一旦停止してアームに保持された角度計にて前記ダイの導入側および導出側にて該板材の長手方向の両端部および中央部における曲げ角度をそれぞれ少なくとも１回計測し、その計測結果に基づいて前記パンチの押圧力を調整することを特徴とする鋼管の製造方法。
2. 前記板材の曲げ加工中、ＣＣＤカメラにより該板材の長手方向の端縁の少なくとも一方を撮影するとともに撮影された映像を画像処理して該板材の端縁における全体形状を把握し、その把握された全体形状を考慮に入れて前記パンチの押圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載した鋼管の製造方法。
3. 板材をその送り方向に沿い２個所で支持するダイと、このダイの支持相互間にて該板材を押圧して３点曲げ加工を行い端面相互間にギャップが形成されたオープン管を成形するパンチと、該オープン管の端面相互を突き合わせ接合する接合手段とを備えた鋼管の製造装置において、
   前記ダイの導入側および導出側にそれぞれアームを設け、このアームの先端部分に前記３点曲げ加工によって曲げられた板材の曲げ角度を計測する角度計を配設してなり、
   前記角度計は、前記板材の長手方向中央部の曲げ角度を計測する角度計と、該板材の長手方向両端部の曲げ角度を計測する角度計からなることを特徴とする鋼管の製造装置。
4. 前記板材の長手方向端縁の少なくとも一方を撮影するＣＣＤカメラを設けたことを特徴とする請求項３に記載した鋼管の製造装置。
5. 前記アームは、前記角度計を、板材の長手方向、該板材の送り方向および上下方向に移動可能な移動機構を有することを特徴とする請求項３または４に記載した鋼管の製造装置。

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