JP2018187649A - 角形鋼管製造設備及び角形鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】近似四角形状鋼管の中間平板部を扁平状に成形し、各直角状折り曲げ部の形状が均一な品質の良い角形鋼管を製造する角形鋼管製造設備及び製造方法を提供する。
【解決手段】開先９１を形成した鋼板９０を折り曲げて開先９１同士を突き合わせた部分を溶接することにより角形鋼管９９を製造する角形鋼管製造設備１０であり、鋼板９０にキャンバーＣを付与するキャンバー付与装置３０と、開先９１が形成された鋼板９０の幅方向における開先９１寄りの二箇所を直角状に折り曲げて二箇所の直角状折り曲げ部９２を成形するとともに、直角状折り曲げ部９２の内側の二箇所を鈍角に折り曲げて二箇所の鈍角折り曲げ部９３を成形する成形プレス装置１４と、を備え、成形プレス装置１４は、キャンバー付与装置３０によりキャンバーＣが付与された鋼板９０の位置に中間平板部９５が形成されるように鈍角折り曲げ部９３を成形するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、角形鋼管製造設備に関するものである。

従来、この種の角形鋼管製造設備においては、例えば、特許文献１に示す角形鋼管製造設備のように、成形プレス装置が、鋼板を、その前段部の下金型に対する上金型の昇降動によって、幅方向における開先寄りの二箇所を直角状（９０度又は略９０度）に折り曲げて、二箇所の直角状折り曲げ部（隅部）を成形し、続いて、鋼板を、その後段部の下金型に対する上金型の昇降動によって、上記直角状折り曲げ部の内側の二箇所を鈍角（約１０５度）に折り曲げて、二箇所の鈍角折り曲げ部を成形する。これにより、前記鈍角折り曲げ部間が中間平板部となり、前記中間平板部に連なる部分が一対の側平板部となり、上記直角状折り曲げ部の外側が端平板部となる、開先間の開口部長さが長い近似四角形状鋼管が成形される。
成形プレス装置により成形された近似四角形状鋼管は、ロール成形装置によりその外側から加圧することにより、上記鈍角折り曲げ部が直角状折り曲げ部に成形され、上記開先同士を突き合わせた部分が仮付け溶接機によって仮付け溶接される。これにより、四角形状の角形鋼管が成形される。

特開２００４−１８８４６２号公報

しかしながら、特許文献１に示す角形鋼管製造設備においては、上記近似四角形状鋼管の開先同士を突き合わせて仮付け溶接機によって仮付け溶接する際に、近似四角形状鋼管の外側をロール成形装置により加圧するため、近似四角形状鋼管の中間平板部が下方（鋼管の外側方向）に膨らみ、中間平板部の両端における直角状折り曲げ部の形状（隅部外側曲率半径）が不均一になる。このため、製造される角形鋼管の品質が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は、近似四角形状鋼管の中間平板部を扁平状に成形し、各直角状折り曲げ部の形状が均一な品質の良い角形鋼管を製造する角形鋼管製造設備及び製造方法を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の角形鋼管製造設備は、幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板を折り曲げて前記開先同士を突き合わせた部分を溶接することにより角形鋼管を製造する角形鋼管製造設備であって、鋼板にキャンバーを付与するキャンバー付与装置と、前記キャンバー付与装置の下流側に配置され、開先が形成された鋼板の幅方向における開先寄りの二箇所を直角状に折り曲げて二箇所の直角状折り曲げ部を成形するとともに、前記直角状折り曲げ部の内側の二箇所を鈍角に折り曲げて二箇所の鈍角折り曲げ部を成形する成形プレス装置と、を備え、前記成形プレス装置は、前記キャンバー付与装置によりキャンバーが付与された前記鋼板の位置に、前記鈍角折り曲げ部間に形成される中間平板部が形成されるように前記鈍角折り曲げ部を成形するものである。

本発明の角形鋼管製造設備は、上記の角形鋼管製造設備において、鋼板に開先を形成する開先加工装置を備え、前記キャンバー付与装置は、前記開先加工装置の下流側に配置され、前記開先加工装置によって開先が形成された鋼板にキャンバーを付与するものである。

本発明の角形鋼管の製造方法は、幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板を折り曲げて前記開先同士を突き合わせた部分を溶接することにより角形鋼管を製造する角形鋼管の製造方法であって、鋼板にキャンバーを付与し、前記キャンバーが付与された鋼板の幅方向における前記開先寄りの二箇所を直角状に折り曲げて二箇所の直角状折り曲げ部を成形し、前記直角状折り曲げ部の内側の二箇所を鈍角に折り曲げて成形される二箇所の鈍角折り曲げ部間に形成される中間平面部が、前記鋼板において前記キャンバーが付与されている位置に形成されるように、前記鈍角折り曲げ部を成形する方法である。

本発明の角形鋼管製造設備によれば、仮付け溶接機による仮付け溶接時に、成形プレス装置により成形された近似四角形状鋼管の外側をロール成形装置により加圧する前に、当該加圧により生じる近似四角形状鋼管の中間平板部の脹らみを想定して、当該膨らみとは逆方向のキャンバーを予め鋼板に付与することから、当該加圧により生じる近似四角形状鋼管の中間平板部の脹らみを相殺することができ、当該中間平板部の両端における直角状折り曲げ部の形状（隅部外側曲率半径）を均一にすることができる。それゆえに、品質の良い角形鋼管を製造することができる。

本発明に係る角形鋼管製造設備の実施例を示す工程図である。 本発明に係る角形鋼管製造設備における角形鋼管の製造工程を示す正面図であり、（ａ）は、一箇所目の折り曲げ工程の正面図、（ｂ）は、二箇所目の折り曲げ工程の正面図、（ｃ）は、三箇所目の折り曲げ工程の正面図、（ｄ）は、四箇所目の折り曲げ工程の正面図、（ｅ）は、ロール成形装置部分での概略正面図である。 （ａ）は、本発明に係る角形鋼管製造設備のキャンバー付与装置の正面図、（ｂ）は、同キャンバー付与装置の平面図である。

以下、本発明に係る角形鋼管製造設備１０について図面に基づき説明する。なお、本発明は、以下に説明する角形鋼管製造設備１０に限定されるものではない。

角形鋼管製造設備１０は、鋼帯又は鋼板を角形断面に成型し、溶接継目を半自動若しくは自動でアーク溶接することにより角形鋼管９９を製造する設備である。図１に示すように、角形鋼管製造設備１０においては、まず、所定厚さ（９ｍｍ〜４０ｍｍ）の鋼板９０が供給テーブル１１により搬送され、その幅方向の両側縁を幅決めしながら開先加工装置１２により開先９１（図２）が施される。開先９１が施された鋼板９０は、切断装置１３により所定長さに切断される。所定長さに切断された鋼板９０は、成形プレス装置１４に導入される。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、成形プレス装置１４は、その前段部の第１下金型１６に対する第１上金型１５の昇降動によって、鋼板９０の幅方向Ｗにおける開先９１寄りの二箇所を直角状（９０度又は略９０度）に折り曲げて、直角状折り曲げ部（隅部）９２を成形する。続いて、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、成形プレス装置１４は、その後段部の第２下金型１８に対する第２上金型１７の昇降動によって、鋼板９０の直角状折り曲げ部９２の内側の二箇所を鈍角（約１０５度）に折り曲げて、鈍角折り曲げ部９３を成形する。これにより、図２（ｄ）に示すように、鈍角折り曲げ部９３間が中間平板部９５となり、この中間平板部９５に連なる部分が一対の側平板部９６となり、直角状折り曲げ部９２の外側が端平板部９７となる、開先９１間の開口部長さＬが長い（開先９１間が開口した）近似四角形状鋼管９４が成形される。さらに、図２（ｅ）に示すように、近似四角形状鋼管９４は、仮付け溶接装置（図示せず）の部分で、各平板部９５、９６、９７がロール成形装置２０のロール２１、２２、２３によって外側から加圧されることにより、鈍角折り曲げ部９３が直角状折り曲げ部９２に成形されながら開先９１同士が突き合わされて四角形状鋼管９８に成形される。

図１及び図２（ｅ）に示すように、四角形状鋼管９８は、その開先９１同士の突き合わせ部分Ａが仮付け溶接装置（図示せず）により仮付け溶接される。仮付け溶接された四角形状鋼管９８は、その内面が内面アーク溶接装置２５により溶接され、その外面が外面アーク溶接装置２６により溶接される。四角形状鋼管９８は、ロール矯正装置２７及び超音波深傷装置２８で処理された後、製品である角形鋼管９９となる。

図１及び図２に示すように、角形鋼管製造設備１０においては、仮付け溶接装置（図示せず）の部分で、近似四角形状鋼管９４の各平板部９５、９６、９７がロール成形装置２０のロール２１、２２、２３によって加圧される際に、近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５が下方（近似四角形状鋼管９４の外側方向）に膨らむ（曲がる）ことを防止するために、開先加工装置１２により開先９１が施された鋼板９０を成形プレス装置１４に導入する前に、鋼板９０の幅方向Ｗの中央部分にキャンバー（曲がり）Ｃを、鋼板９０の搬送面に対して上方向に膨らむように付与する。ここで、鋼板９０の幅方向Ｗの中央部分とは、図２（ｄ）に示すように、鋼板９０が成形プレス装置１４により近似四角形状鋼管９４に成形される際に中間平板部９５が形成される位置である。すなわち、角形鋼管製造設備１０においては、鋼板９０における近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５が形成される位置に、ロール成形装置２０の加圧により膨らむ（曲がる）方向とは逆方向に予めキャンバーＣを付与する。

図１及び図３に示すように、鋼板９０へのキャンバーＣの付与は、キャンバー付与装置３０により行う。キャンバー付与装置３０は、開先加工装置１２の下流側で且つ成形プレス装置１４の上流側に配置される。すなわち、キャンバー付与装置３０は、開先加工装置１２と成形プレス装置１４との間に配置される。キャンバー付与装置３０を開先加工装置１２の下流側に配置することで、鋼板９０の幅方向の両端部を一定の形状に成形した上でキャンバーＣを付与することができる。

キャンバー付与装置３０は、開先加工装置１２によって開先９１が形成された鋼板９０にキャンバーＣを付与する。図３（ａ）に示すように、キャンバー付与装置３０は、スタンド３１と、上方当接ロール３２と、下方当接ロール３３と、駆動源３５と、シリンダ装置４０と、から主に構成される。キャンバー付与装置３０は、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０を上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３によって上下方向から挟持する。キャンバー付与装置３０は、駆動源３５により上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３を回動させ、回動させた上方当接ロール３２と下方当接ロール３３との間に鋼板９０を通すことで、鋼板９０にキャンバーＣを付与する。

スタンド３１は、鋼板９０を搬送する供給テーブル１１の幅方向に供給テーブル１１と直交して設けられる。スタンド３１は、供給テーブル１１の両側方に配置される支柱３１Ａと、支柱３１Ａ間に供給テーブル１１と直交して架設される架設材３１Ｂと、から主に構成される。

上方当接ロール３２は、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０の上方に配置され、スタンド３１に回動自在に支持される。上方当接ロール３２は、シリンダ装置４０によりスタンド３１に対して昇降可能に設けられる。上方当接ロール３２は、鋼板９０の上面に当接可能に構成される。上方当接ロール３２は、スタンド３１間で回動可能に且つスタンド３１に対して昇降可能に支持される上方ロール軸３２Ａと、上方ロール軸３２Ａに固定され、上方ロール軸３２Ａの下降により鋼板９０の上面に上方から当接する上方ロール本体３２Ｂと、から主に構成されている。

上方ロール軸３２Ａは、駆動源３５の駆動により回動するとともに、シリンダ装置４０によりスタンド３１に対して上下方向に昇降する。上方ロール軸３２Ａは、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０に対して直交する方向に配置される。

上方ロール本体３２Ｂは、その中央部に縮径部３２ａが形成され、その中心部のロール径がその両端部のロール径より小さく構成されている。具体的には、上方ロール本体３２Ｂは、その中心が最小径部となるように、中央部分から長手方向の両端への所定範囲のロール面が、その端縁側から軸心側に湾曲して形成されている。上方ロール本体３２Ｂは、縮径部３２ａの縮径幅Ｙ_１（縮径部３２ａの端部間の距離）が成形プレス装置１４によって成形される近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５の長さによって設定される。上方ロール本体３２Ｂは、縮径部３２ａの縮径量Ｙ_２（縮径部３２ａの端部と縮径部３２ａの中央とのロール径の差）が角形鋼管製造設備１０において加工される鋼板９０の板厚によって設定される。

下方当接ロール３３は、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０の下方に配置され、スタンド３１に回動自在に支持される。下方当接ロール３３は、鋼板９０の下面に当接可能に構成される。下方当接ロール３３は、鋼板９０を挟んで上方当接ロール３２と対向するように、上方当接ロール３２と平行に配置される。下方当接ロール３３は、スタンド３１間で回動可能に支持される下方ロール軸３３Ａと、下方ロール軸３３Ａに固定されて鋼板９０の下面に当接する下方ロール本体３３Ｂと、から主に構成されている。

下方ロール軸３３Ａは、上方ロール軸３２Ａとは異なる駆動である駆動源３５の駆動により独立して回動する。下方ロール軸３３Ａは、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０に対して直交する方向に配置される。下方ロール軸３３Ａは、上方ロール軸３２Ａと平行に配置される。

下方ロール本体３３Ｂは、その中央部に拡径部３３ａが形成され、その中心部のロール径がその両端部のロール径より大きく構成されている。具体的には、下方ロール本体３３Ｂは、その中心が最大径部となるように、中央部分から長手方向の両端への所定範囲のロール面が、その軸心側から端縁側に突出して形成されている。下方ロール本体３３Ｂは、拡径部３３ａの拡径幅Ｚ_１（拡径部３３ａの端部間の距離）が成形プレス装置１４によって成形される近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５の長さによって設定される。下方ロール本体３３Ｂは、拡径部３３ａの拡径量Ｚ_２（拡径部３３ａの端部と拡径部３３ａの中央とのロール径の差）が角形鋼管製造設備１０において加工される鋼板９０の板厚によって設定される。下方ロール本体３３Ｂは、拡径部３３ａが上方ロール本体３２Ｂの縮径部３２ａと嵌合して当接するように、拡径部３３ａが上方ロール本体３２Ｂの縮径部３２ａに対向して配置される。

駆動源３５は、上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３のそれぞれに設けられ、上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３を独立して駆動する。すなわち、上方当接ロール３２と下方当接ロール３３とは独立駆動で回動する。

図３に示すように、キャンバー付与装置３０においては、ピンチローラ３６により位置決めされた状態の鋼板９０が、供給テーブル１１により、上方当接ロール３２と下方当接ロール３３との間に搬送される。供給テーブル１１により搬送される鋼板９０は、上方当接ロール３２と、下方当接ロール３３と、により挟持することによって、鋼板９０にキャンバーＣを付与する。具体的には、鋼板９０が、上方ロール本体３２Ｂの縮径部３２ａと、下方ロール本体３３Ｂの拡径部３３ａと、で挟持することにより、鋼板９０の中央部に、上方向に膨らむ上方向のキャンバーＣが付与される。

角形鋼管製造設備１０においては、仮付け溶接装置（図示せず）の部分で、近似四角形状鋼管９４の各平板部９５、９６、９７がロール成形装置２０のロール２１、２２、２３によって加圧される際に、近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５が下方（近似四角形状鋼管９４の外側方向）に膨らむ膨らみ量は、鋼板９０の板厚によって異なる。具体的には、鋼板９０の板厚が薄い場合には当該膨らみ量は多くなり、鋼板９０の板厚が厚い場合には当該膨らみ量は少なくなる。そのため、キャンバー付与装置３０においては、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０の板厚が薄い場合には、鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を多くする。一方、供給テーブル１１により搬送される鋼板９０の板厚が厚い場合には、鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を少なくする。

キャンバー付与装置３０においては、鋼板９０の板厚からロール成形装置２０による加圧により生じる近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５の脹らみ量を算出し、その算出結果に基づいて鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を設定する。キャンバー付与装置３０は、上方当接ロール３２と、下方当接ロール３３と、の間隔、すなわち、上方ロール本体３２Ｂの縮径部３２ａと、下方ロール本体３３Ｂの拡径部３２ａと、間隔を制御することにより鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を制御する。具体的には、キャンバー付与装置３０は、上方当接ロール３２と、下方当接ロール３３と、の間隔を狭くすることにより、上方当接ロール３２と下方当接ロール３３との間の押圧量を増やすことで鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を多くする。一方、キャンバー付与装置３０は、上方当接ロール３２と、下方当接ロール３３と、の間隔を広くすることにより、上方当接ロール３２と下方当接ロール３３との間の押圧量を減らすことで鋼板９０に付与するキャンバーＣの脹らみ量を少なくする。

以上のように、角形鋼管製造設備１０においては、仮付け溶接機（図示せず）による仮付け溶接時に、成形プレス装置１４により成形された近似四角形状鋼管９４の外側をロール成形装置２０により加圧する前に、当該加圧により生じる近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５の脹らみを想定して、当該膨らみとは逆方向のキャンバーＣを予め鋼板９０に付与することから、当該加圧により生じる近似四角形状鋼管９４の中間平板部９５の脹らみを相殺することができ、当該中間平板部９５の両端における直角状折り曲げ部９２の形状（隅部外側曲率半径）を均一にすることができる。それゆえに、品質の良い角形鋼管９９を製造することができる。

なお、本実施の形態においては、キャンバー付与装置３０を開先加工装置１２の下流側に配置しているが、これに限定されるものではなく、成形プレス装置１４の上流側であれば、開先加工装置１２の上流側に配置しても構わない。

本実施の形態においては、上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３を独立した駆動源３５により回動させているが、これに限定されるものではなく、同一（単一）の駆動源により回動させても構わない。

本実施の形態においては、上方当接ロール３２のみを昇降させる構成としているが、これに限定されるものではなく、上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３の両方のローラを昇降させる構成としても構わない。

本実施の形態においては、キャンバー付与装置３０におけるキャンバーＣの脹らみ量の制御を上方当接ロール３２と下方当接ロール３３との間の間隔により制御しているが、これに限定されるものではなく、キャンバーＣを付与する鋼板９０の厚さに応じて上方当接ロール３２及び下方当接ロール３３を交換することによりキャンバー付与装置３０におけるキャンバーＣの脹らみ量を制御しても構わない。

１０ 角形鋼管製造設備
１２ 開先加工装置
１４ 成形プレス装置
３０ キャンバー付与装置
９０ 鋼板
９１ 開先
９２ 直角状折り曲げ部
９３ 鈍角折り曲げ部
９５ 中間平板部
９９ 角形鋼管
Ｃ キャンバー

Claims (3)

1. 幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板を折り曲げて前記開先同士を突き合わせた部分を溶接することにより角形鋼管を製造する角形鋼管製造設備であって、
   鋼板にキャンバーを付与するキャンバー付与装置と、
   前記キャンバー付与装置の下流側に配置され、開先が形成された鋼板の幅方向における開先寄りの二箇所を直角状に折り曲げて二箇所の直角状折り曲げ部を成形するとともに、前記直角状折り曲げ部の内側の二箇所を鈍角に折り曲げて二箇所の鈍角折り曲げ部を成形する成形プレス装置と、
   を備え、
   前記成形プレス装置は、前記キャンバー付与装置によりキャンバーが付与された前記鋼板の位置に、前記鈍角折り曲げ部間に形成される中間平板部が形成されるように前記鈍角折り曲げ部を成形すること
   を特徴とする角形鋼管製造設備。
2. 鋼板に開先を形成する開先加工装置を備え、
   前記キャンバー付与装置は、前記開先加工装置の下流側に配置され、前記開先加工装置によって開先が形成された鋼板にキャンバーを付与すること
   を特徴とする請求項１に記載の角形鋼管製造設備。
3. 幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板を折り曲げて前記開先同士を突き合わせた部分を溶接することにより角形鋼管を製造する角形鋼管の製造方法であって、
   鋼板にキャンバーを付与し、
   前記キャンバーが付与された鋼板の幅方向における前記開先寄りの二箇所を直角状に折り曲げて二箇所の直角状折り曲げ部を成形し、
   前記直角状折り曲げ部の内側の二箇所を鈍角に折り曲げて成形される二箇所の鈍角折り曲げ部間に形成される中間平面部が、前記鋼板において前記キャンバーが付与されている位置に形成されるように、前記鈍角折り曲げ部を成形すること
   を特徴とする角形鋼管の製造方法。

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