JP2016531759A - 継目無管を製造するための改善された耐用年数を有する穿孔マンドレル - Google Patents

Abstract

本発明は、穿孔マンドレルノーズ（４．２）とマンドレルバー（５）に接続することができる穿孔マンドレル本体（４．１）を有する継目無管（６）の製造のための加熱された金属の円形ブロック（３）を穿孔するための穿孔マンドレル（４）に関する。穿孔された円形ブロックの内面の質的向上を考慮し、同時に工具コストを削減する傾斜圧延によって、特に加工するのが困難である高合金鋼材料のような金属の円形ブロックを穿孔するために使用される場合の穿孔マンドレルの耐久性を向上させるために、穿孔マンドレルノーズ（４．２）の外径は、穿孔マンドレル本体（４．１）に向かう長手方向の延伸部で円錐状に先細りするように形成されることが、提案されている。

Description

本発明は、穿孔マンドレルノーズとマンドレルバーに接続することができる穿孔マンドレル本体を有する継目無管の製造のための加熱された金属の円形ブロックを穿孔するための穿孔マンドレルに関する。

一般に、円筒状に形成され、回転炉床炉で加熱された出発材料、いわゆる円形ブロックが、管状の中空ブロックを製造するために、穿孔マンドレルおよびマンドレルバーからなる軸方向に固定された内側工具を使用して穿孔機に形成される方法を用いて、継目無管が製造されることが知られている。

継目無の中空ブロック管を形成するために、穿孔機により把持された後に、ブロックは、穿孔機を通って軸方向に固定された内側工具上を螺旋方式に搬送され、この方法のその後の過程で、継目無管を形成するために壁がしごかれる。穴は、円形ブロックが斜行ローラによって前進され、穿孔マンドレル上に付勢されることによって製造される。穿孔マンドレル自体は、一般に、先端から開始して連続的に大きくなる直径を有している。

一般に耐熱性の高い工具鋼で構成される穿孔マンドレルは、実際の穿孔のタスクだけでなく、任意の材料破砕を溶接し、得られた中空ブロックの内面を平滑化し、その壁の厚さを可能な限り最も均一な所望の寸法にするタスクを有する。

穿孔マンドレルは、圧延熱の影響下で、その作業を行う必要があるので、極端な負荷を受け、限られた耐用年数を有する。傾斜圧延方法の発明以来、圧延マンドレルの耐用年数を延ばすため、コストを節約するため、および圧延管の品質を改善するために、努力がなされてきた。圧延マンドレルとも呼ばれている穿孔マンドレルが、その工具寿命の終わりに近づいている場合、穿孔マンドレルは、その形状を失うこともあり、その表面が破損したり、その材料が破砕することもある。また、同時に、特に、中空ブロックの内面の欠陥や不均一な壁の厚さにより、管の品質が劣化することになる。

この場合、穿孔マンドレルや、特にマンドレル先端において熱的および機械的負荷がかかる、５重量％を超えるクロムを有するクロム含有物質のような、加工するのが困難な管材料によって特定の問題がもたらされるため、すぐに、マンドレルの形状、および中空ブロック内の内部欠陥や形状誤差への不利益な変化につながる。

時間の経過とともに、マンドレルへの導熱を低減させ、耐久性を向上させることを目的とした多くの対策が提案されてきた。この例として、特にエンジニアリングセラミックスなどの耐熱性材料による穿孔マンドレル先端の生産、追加の材料による穿孔マンドレル表面の被膜、表面の制御された酸化、水噴霧および浸漬冷却と連携したマンドレルの頻繁な交換、およびマンドレルバーを通る水による穿孔マンドレルの内部冷却が含まれる。従来技術の概要は、特開平０３−２０４１０６号公報、独国特許第１９６３６３２１号明細書、および欧州特許出願公開第２４０４６８０号明細書に記載されている。

穿孔マンドレルの耐久性を向上させるため、および中空ブロック内の内部欠陥を回避するために、酸化鉄被膜とともに穿孔マンドレル先端の最適化された形状を用いて穿孔マンドレルの改善された耐久性を達成することが、欧州特許出願公開第２４０４６８０号明細書に従って試行された。同時に、得られた中空ブロックに穿孔マンドレル先端を通して冷却潤滑剤を噴霧することにより、穿孔マンドレル上に摩擦によって誘起される表面欠陥を回避することが提案されている。この目的のために、冷却潤滑剤は、穿孔マンドレルの先端に斜めに延びている出口開口部を介して穿孔マンドレルの本体を通って中空ブロック内に導かれる。このために、穿孔マンドレル先端は筒状部と半球状の先端から構成され、出口開口部は、円筒部と穿孔マンドレル本体との間の遷移領域内に配置されている。この場合の欠点は、穿孔マンドレル先端自体、および穿孔マンドレル先端での冷却剤用の出口開口部の傾斜位置のまだ不十分な冷却を含み、この穿孔マンドレル先端は、一方では製造するのに複雑であり、他方では、円形ブロックの材料との接触による穿孔手順中の閉鎖を妨げるものではない。別の欠点は、摩耗した場合に穿孔マンドレル全体を交換する必要がある、穿孔マンドレルの一体型設計である。

摩耗した穿孔マンドレルを交換するコストを下げるために、穿孔マンドレルを、マンドレルノーズとそこに接続することができる穿孔マンドレル本体の２つの部分で形成すること、および、耐久性を向上させる目的で、マンドレルノーズとマンドレル本体を熱的および機械的負荷に応じて異なる材料から製造することや、穿孔マンドレル先端のみを交換する必要があることが、独国特許出願公開第１００２４２４６号明細書に提案されている。この場合の欠点は、マンドレル先端が冷却されないこと、および特に加工するのが困難である材料の場合に耐久性がまだ不十分であることである。

さらに、欧州特許第１９６１４９７号明細書から、穿孔機の別の穿孔マンドレルが知られている。この穿孔マンドレルは、穿孔マンドレル本体に穿孔マンドレルノーズを示している。穿孔マンドレルノーズは、穿孔マンドレル本体の方向に円錐状に広がって見られる。
これらの手段のすべては、経済的および定性的な面から、特に加工するのが困難である材料の場合に十分に高い耐久性を達成できるように、傾斜圧延中の穿孔マンドレルへの熱的および機械的負荷を効果的に低減するためにはこれまで不適当であった。

特開平０３−２０４１０６号公報 独国特許第１９６３６３２１号明細書 欧州特許出願公開第２４０４６８０号明細書 独国特許出願公開第１００２４２４６号明細書 欧州特許第１９６１４９７号明細書

本発明の目的は、穿孔された円形ブロックの内面の質的向上を考慮し、同時に工具コストを削減する傾斜圧延によって、特に加工するのが困難である高合金鋼材料のような金属の円形ブロックを穿孔するために使用される場合の穿孔マンドレルの耐久性を向上させることである。

本発明によれば、上記目的は、穿孔マンドレルノーズおよびマンドレルバーに接続することができる穿孔マンドレル本体を有する穿孔マンドレルを用いて達成され、穿孔マンドレルノーズの外径は、穿孔マンドレル本体に向かう長手方向の延伸部で円錐状に先細りするように形成されることを特徴とする。予想に反し、マンドレルノーズまたはノーズキャップの逆円錐形状を用いることによって、穿孔マンドレルの耐久性の大幅な向上を達成することができたと同時に、中空ブロックの内面を改善することができたことが、テストで示された。

この場合には、穿孔マンドレルノーズが、穿孔マンドレル本体に接続されたノーズコア、およびノーズコア上に配置され、ノーズコアに着脱式に接続されたノーズキャップから形成されることが特に好適である。ノーズキャップおよびノーズコアの着脱式接続によって、摩耗した場合に容易なかつ費用対効果の高い交換を行うことができ、なぜなら、複雑に組み込まれた冷却剤の供給ラインおよび排出ライン有する穿孔マンドレル全体またはマンドレルノーズではなく、摩耗によって最も影響を受けたノーズキャップのみを交換する必要があり、製造が容易であるためである。

特に構造的な観点から、マンドレルノーズを冷却するためのマンドレルノーズまたはノーズキャップを冷却するためおよび穿孔マンドレルを潤滑するためのノーズコアが、冷却潤滑剤のための供給ラインに接続されることが有利であり、この供給ラインは、穿孔マンドレル本体を通って、マンドレルノーズまたはノーズコアまで通過し、少なくとも１つの排出ラインに接続され、その後、この排出ラインは、冷却潤滑剤をガイドしてマンドレルノーズまたはノーズコアを通じて戻し、穿孔マンドレルノーズおよび穿孔マンドレル本体の遷移領域における排出ラインの末端で、穿孔マンドレルの外に冷却潤滑剤を出すように、出口開口部が設けられている。マンドレルノーズまたはノーズキャップの逆円錐形状と組み合わせることで、この領域に正確に配置された出口開口部の目詰まりと、これにより低減されまたは完全に遮断される冷却が効果的に防がれるため、穿孔マンドレルの耐久性の大幅な向上と同時に中空ブロックの内面の改善を達成することが可能である。

特に、５．０重量％を越えるクロムを含む、加工するのが困難なスチールを穿孔するために使用される場合、マンドレルノーズまたはノーズキャップの特定の幾何学的な構成は、穿孔マンドレルまたはマンドレルノーズの耐久性を向上させるために特に重要であり、ここで、直径はマンドレル本体に向かって円錐状に先細りになっており、すなわち、逆円錐形に形成されている。マンドレル本体の直径はノーズ側の端部から開始して大きくなるので、マンドレルノーズまたはノーズキャップおよびマンドレル本体の遷移領域に、既知の穿孔マンドレルと比較してかなり大きく、冷却潤滑剤のための出口開口部が好ましくは放射状に配置された、「ガセット」が製造される。

穿孔中に、冷却潤滑剤のための出口開口部が、穿孔される円形ブロックの材料に接触できないことが保証されているため、この領域に正確に配置された出口開口部の目詰まりと、これにより低減されまたは完全に遮断される冷却が効果的に防がれる。

また、マンドレルノーズまたはノーズキャップの逆円錐形状や、マンドレルノーズおよびマンドレル本体の遷移領域のガセットにおける出口開口部の好適な放射状の配置を用いて、出口開口部の閉鎖が効果的に防がれるため、穿孔マンドレルの、特に最大限に負荷を受けるノーズキャップの十分な冷却および潤滑が常に保証されることが、テストで示された。

確実にこの効果を達成するために、マンドレルノーズまたはノーズキャップの形状のための、０．１０×ＤＢ≦Ｌ≦３×ＤＮを満たす条件が維持される必要があり、マンドレルノーズまたはノーズキャップの長さＬは、圧延されるブロックの直径ＤＢおよびマンドレルノーズまたはノーズキャップのノーズ側の端部のノーズの直径ＤＮに依存して決定される。

本発明のキャップの冷却ではその加熱を完全に防ぐことはできないので、マンドレルノーズまたはノーズキャップに利用可能な最小容積と最小断面を有するために、この条件を満たす必要がある。

マンドレルノーズまたはノーズキャップのノーズ側の端部の半径は、この遷移での負荷ピークと早期摩耗を回避するために、好適には、ｒ≧３．０ｍｍの値を有する必要がある。

マンドレルノーズまたはノーズキャップの逆円錐形の構成に必要な角度αは、十分に大きなガセットを形成するため、および穿孔マンドレルの耐久性を向上させる本発明の効果を達成するために、２°と１０°との間であるべきである。

マンドレルノーズおよびマンドレル本体の遷移領域における出口開口部の放射状配置は、既知の、斜めに延びるボアと比較して非常に容易に製造することができるため、有利である。有利な方法で、穿孔マンドレルの周囲にわたって均一な潤滑を確実にするために、出口開口部は、環状の間隙として形成されている。

ノーズコアを通ってノーズキャップの内側に流れる冷却潤滑剤の十分に大きな流量を確保するために、十分に大きな軸方向の間隔が、ノーズコアの面側の端部とノーズキャップの内側との間に設けられている。冷却潤滑剤の供給ラインは、穿孔マンドレルを通ってノーズコアの面側の端部に、中央に延びていることが好ましい。好適には、ノーズコアを通るいくつかの排出ラインが、マンドレルノーズおよびマンドレル本体の遷移領域において穿孔マンドレルから出口開口部につながり、供給ラインの周りに放射状に好適に配置されている。ノーズコアの直径および冷却潤滑剤の必要とされる流量に依存して、例えば４つ、６つ、または８つの排出ラインを、ノーズコアに配置することができる。

本発明のさらなる改善された実施形態において、マンドレル本体に着脱式に接続されたノーズコアが設けられるため、要件に応じて、冷却潤滑剤の供給および排出のために、マンドレル本体だけではなく、そこに組み込まれたチャネルを有するノーズコアも交換する必要がある。

本発明によれば、ノーズコアおよびマンドレル本体の接続を、ネジ接続によって、あるいは、より容易な組み立てや解体能力の理由により、有利にはバヨネット取り付けによって行うことができる。

穿孔マンドレルの耐久性をさらに高めるために、例えば酸化鉄被膜である、マンドレルへの導熱を低減する被膜を有するマンドレルノーズのみ、または穿孔マンドレル全体のどちらかを設けることが、本発明の好適な１つの開発として提供されている。代替または追加で、マンドレルノーズおよび本体を、穿孔中の異なる負荷を考慮した、異なる材料から構成することもできる。

本発明のさらなる特徴、利点、および詳細は、添付の図面に示される例示的な実施形態の以下の説明から明らかにされよう。

本発明による穿孔マンドレルを有する円錐型の穿孔機での穿孔プロセスの概略図である。 本発明による穿孔マンドレルの拡大概略図である。 穿孔マンドレルノーズの断面図である。

図１は、本発明による穿孔マンドレルを用いて、中空ブロック管内に固体スチールブロックを形成する円錐型の穿孔機を概略的に示している。円錐型の穿孔機１は、本発明の穿孔マンドレル４とマンドレルバー５で構成された内側工具を用いて、中空ブロック管６内に固体ブロック３を形成する２つのワーキングロール２，２’から構成されている。ワーキングロール２，２’の回転の反対方向に、ブロック３または中空ブロック管６は、軸方向に固定された内側工具を介して螺旋方式に移動される。

本発明によれば、穿孔マンドレル４は、マンドレルノーズ４．２が接続されている穿孔マンドレル本体４．１から構成されている。穿孔マンドレル本体４．１の直径は、ノーズ側の端部から開始して、中空ブロック管６の内径を決定する最大値まで連続的に大きくなる。本発明によれば、マンドレルノーズ４．２は、穿孔マンドレル本体４．１に対して円錐状に先細りする直径を有し、穿孔マンドレル本体４．１および穿孔マンドレルノーズ４．２から、得られた中空ブロック管６への遷移領域において、穿孔中に中空ブロック管６の材料と当接しないガセット７が、形成される。

図は、冷却潤滑剤および穿孔マンドレルの冷却のための、このガセットまたは遷移領域に正確に配置された出口開口部を示していない。

図２は、本発明による穿孔マンドレル４の幾何学的詳細の拡大概略図である。

マンドレルノーズ４．２は、穿孔マンドレル本体４．１に向かって円錐状に先細りするように形成され、ここで、角度αは、２°と１０°との間に維持される。角度αは、穿孔マンドレルノーズ４．２の外面と穿孔マンドレル４の長手方向の軸線と並列に走る概念的な直線との間に形成され、その最大の直径ＤＮの領域で穿孔マンドレルノーズ４．２の外面に接している。穿孔マンドレルノーズ４．２は、穿孔されるブロック３の直径（ＤＢ）およびマンドレルノーズ４．２の最大の直径（ＤＮ）に依存する長さＬを有し、ここで、条件０．１０×ＤＢ≦Ｌ≦３×ＤＮが満たされる。さらに、マンドレルノーズ４．２の面側の端部は、少なくとも３ｍｍである半径ｒを有している。

図３は、縦断面図（左側の部分図）と断面（右側の部分図）において、穿孔マンドレルノーズ４．２の構成を概略的に示している。この例では、より単純化された説明のために、穿孔マンドレル本体４．１およびマンドレルノーズ４．２は、一体設計、すなわち、非着脱式の設計で示されている。また、以下の説明を、相応に、着脱式の設計に適用することができる。

左側の部分図では、本発明による穿孔マンドレルノーズ４．２が、ノーズコア４．２ａおよびその上に配置されたノーズキャップ４．２ｂからなることは明らかである。穿孔マンドレルノーズ４．２を通って流れる冷却潤滑剤の十分に大きな流量を達成するために、軸方向の間隔「ｘ」が、ノーズコア４．２ａの面側の端部とノーズキャップ４．２ｂの内側との間に設けられている。穿孔手順の間に必要な軸方向の間隔を維持するために、接続部は円錐シート１０として設計され、ここで、ノーズキャップ４．２ｂおよびノーズコア４．２ａは、穿孔中にノーズキャップ４．２に加わる軸方向の圧力によって、一緒に動かなくなる。

ノーズキャップ４．２ｂへの冷却潤滑剤の供給ライン８は、穿孔マンドレル４を通ってノーズコア４．２ａの面側の端部に、中央に延びている。また、排出ライン９は、ノーズコア４．２ａを通過し、穿孔マンドレルノーズ４．２およびマンドレル本体４．１の遷移領域で環状の間隙として形成されている出口開口部１１まで延びていることが明らかである。

図３の右側の部分図に示すようなマンドレルノーズ４．２の断面は、供給ライン８の周りに円形に放射状に配置された４つの排出ライン９を示している。

１ 円錐型の穿孔機
２，２’ ワーキングロール
３ 固体ブロック
４ 穿孔マンドレル
４．１ 穿孔マンドレル本体
４．２ 穿孔マンドレルノーズ
４．２ａ ノーズコア
４．２ｂ ノーズキャップ
５ マンドレルバー
６ 中空ブロック管
７ ガセット
８ 冷却潤滑剤の供給ライン
９ 冷却潤滑剤の排出ライン
１０ 円錐シート
１１ 出口開口部
ＤＢ ブロックの直径
ＤＮ ノーズの直径
Ｌ 穿孔マンドレルノーズの長さ
ｒ ノーズキャップの半径
α 角度

Claims (16)

1. 穿孔マンドレルノーズ（４．２）およびマンドレルバー（５）に接続することができる穿孔マンドレル本体（４．１）を有する継目無管（６）の製造のための加熱された金属の円形ブロック（３）を穿孔するための穿孔マンドレル（４）において、
   前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）の外径が、前記穿孔マンドレル本体（４．１）に向かう長手方向の延伸部で円錐状に先細りするように形成されることを特徴とする、
   穿孔マンドレル。
2. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）が、前記穿孔マンドレル本体（４．１）に接続されたノーズコア（４．２ａ）、および前記ノーズコア（４．２ａ）上に配置され、前記ノーズコア（４．２ａ）に着脱式に接続されたノーズキャップ（４．２ｂ）から形成されることを特徴とする、
   請求項１に記載の穿孔マンドレル。
3. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）を冷却するための前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）または前記ノーズキャップ（４．２ｂ）を冷却するためおよび穿孔マンドレル（４）を潤滑するための前記ノーズコア（４．２ａ）が、冷却潤滑剤のための供給ライン（８）に接続され、前記供給ライン（８）が、前記穿孔マンドレル本体（４．１）を通って、前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）または前記ノーズコア（４．２ａ）まで通過し、少なくとも１つの排出ライン（９）に接続され、その後、前記排出ライン（９）が、前記冷却潤滑剤をガイドして前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）または前記ノーズコア（４．２ａ）を通じて戻し、前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）および前記穿孔マンドレル本体（４．１）の遷移領域における前記排出ライン（９）の末端で、前記穿孔マンドレル（４）の外に前記冷却潤滑剤を出すように、出口開口部（１１）が設けられていることを特徴とする、
   請求項２に記載の穿孔マンドレル。
4. 前記冷却潤滑剤のための前記出口開口部（１１）が、前記穿孔マンドレル（４）の長手方向の軸線に対して径方向に延びていることを特徴とする、
   請求項３に記載の穿孔マンドレル。
5. 前記出口開口部（１１）が、前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）と前記穿孔マンドレル本体（４．１）との間に環状の間隙として形成されていることを特徴とする、
   請求項３または４に記載の穿孔マンドレル。
6. 前記冷却潤滑剤の前記供給ライン（８）が、前記穿孔マンドレル（４）を通って前記ノーズコア（４．２ａ）の面側の端部に、中央に延びていることを特徴とする、
   請求項３から５のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
7. ＤＢが穿孔される前記円形ブロック（３）の直径であり、ＤＮが前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）の前端の直径である場合に、前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）の長さＬが条件０．１０×ＤＢ≦Ｌ≦３×ＤＮを満たすことを特徴とする、
   請求項１から６のいずれかに記載の穿孔マンドレル。
8. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）の前端での半径が少なくとも３ｍｍであることを特徴とする、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
9. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）の円錐形の先細り部分の角度αが、条件２°≦α≦１０°を満たすことを特徴とする、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
10. 前記ノーズコア（４．２ａ）および前記ノーズキャップ（４．２ｂ）が、円錐シートを介して接続され、前記円錐シートにより軸方向の圧力の下で動かなくなることを特徴とする、
    請求項２から９のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
11. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）と前記穿孔マンドレル本体（４．１）が、着脱式に一緒に接続されていることを特徴とする、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
12. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）と前記穿孔マンドレル本体（４．１）が、ネジ接続によって一緒に接続されていることを特徴とする、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
13. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）と前記穿孔マンドレル本体（４．１）が、バヨネット取り付けによって一緒に接続されていることを特徴とする、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
14. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）と前記穿孔マンドレル本体（４．１）が、異なる金属材料から構成されていることを特徴とする、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
15. 前記穿孔マンドレルノーズ（４．２）および／または前記穿孔マンドレル本体（４．１）が、前記穿孔マンドレル（４）への導熱を低減する被膜を設けていることを特徴とする、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の穿孔マンドレル。
16. 前記被膜が酸化鉄被膜であることを特徴とする、
    請求項１５に記載の穿孔マンドレル。

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