JP2018039014A

JP2018039014A - 鋼管の拡管方法

Info

Publication number: JP2018039014A
Application number: JP2016172417A
Authority: JP
Inventors: 清水　純; Jun Shimizu; 純清水; 貴裕山▲崎▼; Takahiro Yamazaki; 功穴井; Isao Anai
Original assignee: Srd Holdings Ltd; Subaru Corp; Nippon Steel and Sumikin Pipe Co Ltd
Current assignee: Srd Holdings Ltd; Subaru Corp; Nippon Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-05
Also published as: JP6704319B2

Abstract

【課題】設備構成を複雑化させることなく、また亀裂などの拡管不良を発生させることなく、鋼管の管端を低コストで拡管することができる鋼管の拡管方法を提供する。【解決手段】本発明の鋼管の拡管方法は、鋼管の外周を拘束することなく、鋼管の管端に先端がテーパ状のパンチを押し込んで管端を段階的に拡管する鋼管の拡管方法であり、先端角度が３５°〜５５°のパンチを用いて最初の拡管を行ない、２回目以降は先端角度が１回目に使用したパンチよりも小さい先端角度を有したパンチを用いて拡管することを特徴とする。減肉率を従来よりも低く抑えることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管の管端にパンチを押し込んで段階的に拡管する鋼管の拡管方法に関するものである。

自動車の燃料を給油口から燃料タンクまで導く給油管は、鋼管の給油口側の管端を拡管して製造されている。この場合、管端を素材鋼管の直径の２倍程度にまで拡管する必要がある。しかし一度に急激な拡管を行なうと、鋼管に亀裂が発生したり、座屈が生じたりするおそれがある。このため従来は先端角度を２０°〜２５°としたパンチを用い、６段階（６工程）で徐々に管端を拡管していた。

しかしこのような拡管方法では、工程中の鋼管端部の減肉率が２０〜２２％程度と大きくなり、亀裂などの拡管不良が発生することがあった。また工程数が多く６種類のパンチが必要となるため、拡管コストも高くなるという問題があった。なお上記の減肉率は、拡管後の鋼管の肉厚Ｔと拡管前の鋼管の肉厚ｔとの比（Ｔ／ｔ）として定義される値である。

このような問題を解決するために、外金型を用いて鋼管の外周を拘束しながら、先端角度を３０°から６０°としたパンチを用いて１工程で拡管する方法（特許文献１）が提案されている。しかしこの方法では外金型が必要となるため、設備構成が複雑化するという問題があった。また急激な拡管を行なうために、管端部に座屈が発生するおそれがあった。

特許第４４４２９７３号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、設備構成を複雑化させることなく、また亀裂などの拡管不良を発生させることなく、鋼管の管端を低コストで拡管することができる鋼管の拡管方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼管の拡管方法は、鋼管の外周を拘束することなく、鋼管の管端に先端がテーパ状のパンチを押し込んで管端を段階的に拡管する鋼管の拡管方法であって、先端角度が３５°〜５５°のパンチを用いて最初の拡管を行ない、２回目以降は先端角度が１回目に使用したパンチよりも小さい先端角度を有したパンチを用いて拡管することを特徴とするものである。

なお、最初の拡管は、（Ｄ１−ｄ）／ｄとして定義される拡管率（Ｄ１は最初の拡管後の直径、ｄは拡管前の直径）が４５〜５５％となるように行うことが好ましい。また、前記したパンチの押し込みを、パンチの直径を順次大きくしながら、４段階で行うことが好ましい。また、２回目以降の拡管率を１０〜２０％とすることが好ましく、拡管後の鋼管の肉厚Ｔと拡管前の鋼管の肉厚ｔとの比（Ｔ／ｔ）として定義される減肉率を、各工程において１８％未満とすることが好ましい。

本発明の鋼管の拡管方法によれば、鋼管の外周を拘束することなく、先端角度が３５°〜５５°のパンチを用いて最初の拡管を行ない、その後は先端角度が１回目に使用したパンチよりも小さい先端角度を有したパンチを用いて拡管する。このように最初に先端角度が大きいパンチを鋼管の管端に押し込んで拡管率が４５〜５５％となるように拡管を行なうと、管端に軸線方向の大きい圧縮力が作用する。この圧縮力は、素材鋼管の長さを短縮するとともに、圧縮された分だけ管端部の肉厚を増加させる作用がある。このため、先端角度を２０°〜２５°程度としたパンチを用いた従来法では２０〜２２％程度であった最初の拡管工程における管端部の減肉率が、本発明によれば１８％未満となる。また最初の拡管率を４５〜５５％と大きくしたので、その後の拡管工程における拡管率は１０〜２０％と小さくすることができ、減肉率を１８％未満とすることができる。

このため本発明によれば、亀裂などの拡管不良を発生させることなく、鋼管の管端を低コストで拡管することができる。また、本発明では鋼管の外周を拘束せずに拡管するため外金型は不要であり、設備構成を複雑化させることがない。しかも従来の６工程を４工程にまで工程数を減らすことができる。

本発明の鋼管の拡管方法の工程説明図である。最初の拡管工程を説明する断面図である。拡管終了後の状態を示す平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の鋼管の拡管方法の工程説明図である。（ａ）に示す素材鋼管は普通鋼からなる鋼管であり、その管端は（ｂ）〜（ｅ）の４工程で拡管される。なお素材鋼管は特に限定されるものではないが、本実施形態では引張強度が３００Ｎ/ｍｍ^２級の電縫鋼管を用いている。

図１の（ｂ）に示す最初の拡管工程では、図２に示すように先端角度αが３５°〜５５°のテーパ状のパンチ１を管端に押し込んで拡管を行なう。このとき鋼管の外周は拘束されていない。管端はパンチ１の外形状に沿って塑性変形し、パンチ１の外径Ｄ１となるまで拡管される。最初の拡管は、（Ｄ１−ｄ）／ｄとして定義される拡管率（Ｄ１は最初の拡管後の直径、ｄは拡管前の直径）が４５〜５５％となるように行うことが好ましい。拡管率はパンチ１の外径Ｄ１によって決定される。

前記したように、従来は先端角度を２０°〜２５°程度としたパンチを用いていたのに対して、本発明では先端角度αが３５°〜５５°と２倍ほど大きいパンチ１を使用して拡管する。このため、鋼管の軸線方向に従来よりも大きい圧縮力が作用する。この圧縮力は鋼管を押し縮めると同時に、肉厚を増加させるように作用する。本発明では鋼管の外周は拘束されていないので、増肉が妨げられることはない。従って本発明によれば、直径が４５〜５５％増加したにも拘わらず、減肉率を１８％未満に抑えることができる。

最初の拡管で使用するパンチ１の先端角度が３５°未満であると、軸方向の圧縮力が不足するため、増肉効果が減少し、減肉率を１８％未満に抑えることができなくなる。逆にパンチ１の先端角度を５５°より大きくすると、座屈が発生してうまく拡管が行なえなくなる。

なお、電縫鋼管は電縫部に溶接ビードが存在し、かつ電縫部はその他の部分よりも硬度が高くなっているため、電縫部は減肉しにくく、電縫部から２０°〜９０°離れた位置の減肉率が最大となる傾向がある。このため本明細書においては減肉率の値として、電縫部から２０°〜９０°離れた位置の減肉率の平均値を用いている。

このようにして最初の拡管を行なった後に、次に図１の（ｃ）に示すように２回目の拡管を行なう。２回目の拡管は先端角度が２５°未満のパンチ２を用いて行う。パンチ２の外径は、パンチ１よりも１０〜２０％大きく設定されている。

以下同様に、外径を１０〜２０％順次大きくしたパンチ３、パンチ４を用いて図１の（ｄ）、（ｅ）に示す３回目、４回目の拡管を行なう。パンチ３、パンチ４も先端角度が２５°未満のパンチ２を用いて行うものとする。これらの２回目から４回目の拡管工程の拡管率は１０〜２０％と小さいので、各工程の減肉率は１８％未満に抑えられる。

前記したように電縫鋼管は電縫部が硬化しているため、図３に示すように管端に突出部５が形成される。しかしこの部分は切断され、製品となる。

上記したように、本発明によれば、拡管不良を発生させることなく、鋼管の管端を低コストで拡管することができる。以下に本発明の実施例を示す。

外径が２５.４ｍｍ、肉厚が０.８ｍｍの電縫鋼管を素材鋼管とし、従来法と本発明法とによって外径が４８.４ｍｍとなるまで拡管を行なった。素材鋼管の材質は、ＳＴＫＭ１１Ａである。

従来例では、先端角度が２５°のパンチを用いて前半の３工程の拡管を行ない、後半の３工程は先端角度が１９°のパンチを用いた。各工程における拡管率と、加工結果の減肉率を表１に示した。このように従来法では減肉率が２０％を超えていた。

表２〜表４に示す実施例１〜実施例３は、最初の拡管に用いたパンチの先端角度を３５°〜５５°とした例である。何れも減肉率は低く、亀裂発生のおそれもない。表５に示す比較例は、最初の拡管に用いたパンチの先端角度を６５°とした例であり、減肉率が２０％を超え、また座屈が発生した。なお、何れも全体を４工程とした。

以上に説明したように、本発明によれば従来よりも工程数を削減しつつ、外金型を用いない簡単な設備構成によって、鋼管の管端を亀裂や座屈を発生させることなく、拡管することができる。

１最初の拡管に用いられるパンチ
２２回目の拡管に用いられるパンチ
３３回目の拡管に用いられるパンチ
４４回目の拡管に用いられるパンチ
５突出部

Claims

鋼管の外周を拘束することなく、鋼管の管端に先端がテーパ状のパンチを押し込んで管端を段階的に拡管する鋼管の拡管方法であって、先端角度が３５°〜５５°のパンチを用いて最初の拡管を行ない、２回目以降は先端角度が１回目に使用したパンチよりも小さい先端角度を有したパンチを用いて拡管することを特徴とする鋼管の拡管方法。
最初の拡管は、（Ｄ１−ｄ）／ｄとして定義される拡管率（Ｄ１は最初の拡管後の直径、ｄは拡管前の直径）が４５〜５５％となるように行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の拡管方法。
前記したパンチの押し込みを、パンチの直径を順次大きくしながら、４段階で行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼管の拡管方法。
２回目以降の拡管率を１０〜２０％としたことを特徴とする請求項２または３に記載の鋼管の拡管方法。
拡管後の鋼管の肉厚Ｔと拡管前の鋼管の肉厚ｔとの比（Ｔ／ｔ）として定義される減肉率を、各工程において１８％未満としたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の鋼管の拡管方法。