JP2510294B2

JP2510294B2 - 管端のフランジ加工装置

Info

Publication number: JP2510294B2
Application number: JP1226635A
Authority: JP
Inventors: 久雄仲井
Original assignee: ARUMASU KK
Current assignee: ARUMASU KK
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPH0390220A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、配管に使用されるステンレス鋼管等の管
の端部にフランジ部を設け、フランジ接合させるような
場合に、フランジ部の形成が容易に行われるようにした
管端のフランジ加工装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の管継手として第８図に示すように、管１と管２
の端部にフランジ部3,4を設け、該フランジ部3,4の間に
ガスケット５を介在させて、該フランジ部3,4を２枚の
ルーズフランジ６を介して、ボルト6a及びナット6bで締
め付けるものがある。この場合フランジ部3,4を形成す
るには、第９図に示すように、スタブエンドといわれる
フランジ７のついた短管８を用意し、これを管１の端部
に溶接して形成していた。また第10図に示すようにフラ
ンジリングといわれる円板９を作り、管１の端部に直接
溶接することが行われている。

また管１の端部にフランジ部を形成するのに、第11図
に示すように管１をクランパ11に固定し、管１の中心線
10を軸として回転するヘッド12を設け、回転ヘッド12の
傾斜端部13にシャフト14を軸支し、シャフト14に拡張用
円錐ローラ15を回転自在に固定する。そしてヘッド12を
中心線10の方向に移動させて管１に近づけ、管１の端部
に鍔部16を形成する。次に第12図に示すように、拡張用
円錐ローラ15を覆うように別な補助ヘッド17を取付け、
再び回転ヘッド12を中心線10の方向に移動させて、中心
線10に直角方向のフランジ部18を形成するものが用いら
れている（特開昭63−268519号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上記のように、管の端部にフランジを形成す
る方法にあっては、スタブエンドやフランジリング等の
価格が高価であり、またこれらの部品の面を管の中心線
に直角に、正確な位置に取付けて溶接しなければならな
いため、溶接技術が難しく、溶接の欠陥などによって品
質が低下し、また自動化生産が難しいため、高価になる
という問題があった。

また管端部に、拡管用円錐ローラを押圧することによ
ってフランジ部を形成するものにおいて、冷間加工を行
うものでは、ステンレス鋼管は加工残留応力が問題とな
って加工ができず、また一般に加工端部に応力腐食や折
れが発生するし、その上ある程度より径の大きい管は加
工ができなかった。一方熱間加工を行うものでは、管端
を加熱した後、まず管端部を円錐状に45゜近くに拡大さ
せ、次に該管端の開口部を直角に広げるので、２回の工
程を必要とし、しかもそれぞれの工程について、別々の
拡張用ローラを取付けなければならないが、それには１
回目に用いた拡張用円錐ローラの上を他のローラで覆う
とか、別の拡張用円錐ローラに取り替えなければなら
ず、工具交換の時間を要する上、自動化が出来ないとい
う問題がある。さらに熱間加工であるから、加熱した管
端部が冷えないうちに迅速に加工しなければならないた
め、工具交換の時間が熱間加工の障害になるという問題
もある。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、簡単で迅速な工法によって、管の端部に直接フ
ランジ部を形成することができる、管端のフランジ加工
装置を得ることをその目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記の課題を解決するための手段として、
その構成を、管の端部にフランジを塑性加工により形成
させる管端のフランジ加工装置において、前記管の軸芯
に対して軸対称の位置に、先端を前記管の軸芯側に向け
るとともに前記管に対する当接側面を前記管の軸芯に対
し傾斜させて、自転軸に対し回転自在に装着させた、複
数個の円錐ローラを配置し、前記管の端部を円錐形状に
成形させる一次拡管ローラと、前記管の軸芯に対して軸
対称の位置で前記一次拡管ローラと干渉しない位置に、
先端を前記管の軸芯側に向けるとともに前記管に対する
当接側面を前記管の軸芯に対し直角にして、自転軸に対
し回転自在に装着させた、複数個の円錐ローラを配置
し、前記円錐形状に成形させた前記管の端部を管の軸心
に垂直なフランジに成形させる二次拡管ローラと、前記
一次拡管ローラを取り付けて回転軸方向へ移動自在に形
成させた回転内筒と、前記二次拡管ローラを取り付けて
前記回転内筒とは独立に回転軸方向へ移動自在に形成さ
せた回転外筒とを同軸的に回転軸へ接続させ、前記一次
拡管ローラと前記二次拡管ローラとを前記管の軸心に同
軸的に回転させるローラ回転装置と、前記回転内筒を前
記回転外筒とは独立に前記管に近接離間する方向へ移動
させる第１の軸方向移動装置と、前記回転外筒を前記回
転内筒とは独立に前記管に近接離間する方向へ移動させ
る第２の軸方向移動装置とからなるローラ移動装置とを
備えたことを特徴とする。

〔作用〕

管端のフランジ加工装置は、ローラ回転装置により管
の軸芯と同軸的に回転させた一次拡管ローラと二次拡管
ローラとのうち、まず第１の軸方向移動装置によって一
次拡管ローラを管端への近接側へ移動させ、管の端部に
一次拡管ローラを押し付けて管の端部を押圧し、一次拡
管ローラの回転にしたがって管端部の全周を均等に拡張
させて所定の円錐形状に成形する。成形後、第１の軸方
向移動装置によって一次拡管ローラを管端からの離間側
へ移動させ、一次拡管ローラを管の端部から後退させ
る。つぎに、第２の軸方向移動装置によって二次拡管ロ
ーラを管端への近接側へ移動させ、管の端部に二次拡管
ローラを押し付けて管の円錐形状に成形さるた端部を押
圧し、二次拡管ローラの回転にしたがって円錐形状の内
側の全周を均等に拡張させて軸芯に垂直なフランジに成
形する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の構成図で、端部を加工しようとする
管21の、管端部22からやゝ内方に、管21を固定するクラ
ンパ23がある。また管21の管端部22を、45゜の角度に円
錐状に広げるよう加工するために、管21の管端部22の近
くの位置で、管21の中心線24を中心として回転するよう
にした、後に述べるローラ回転装置50の中に、一次拡管
ローラ30を設ける。そして第２図及び第４図に示すよう
に、一次拡管ローラ30は２つの円錐ローラ31,32からな
り、円錐ローラ31,32は、管21の中心線24に対して放射
状で対称な位置に、しかも円錐ローラの円錐の頂点が、
常に管21の中心線24上にあるように設けられる。また円
錐ローラ31,32は自転軸34,35を有し、軸受36,37によ
り、一次拡管ローラ支持ブロック33に回転自在に装着さ
れており、一次拡管ローラ支持ブロック33は回転内筒38
に固着している。回転内筒38あローラ回転装置50によっ
て、管21の中心軸24の回りを回転するようになってい
る。一次拡管ローラ30の各円錐ローラ31,32の円錐面の
外側の面は、中心線24に対して45゜の角度を有するよう
にし、すなわち管端部22を45゜の角度に円錐状に広げた
とき、広げられた管端の管端部22の内面に、一時拡管ロ
ーラ30の外側の面が、丁度接触する位置となるように円
錐ローラ31,32を装着する。

次に管21の管端部22を、中心線24に垂直な面に拡大さ
せるよう加工するため、ローラ回転装置50の中に、二次
拡管ローラ40を設ける。二次拡管ローラ40は２つの円錐
ローラ41,42からなり、一次拡管ローラ30と同様に、管2
1の中心線24に放射状で対称な位置に、かつ円錐ローラ4
1,42の円錐の頂点が、管21の中心線24上にあるように設
ける。円錐ローラ41,42は第３図に示すように、自転軸4
4,45を有し、軸受46,47により二次拡管ローラ支持ブロ
ック43に回転自在に装着されている。そして二次拡管ロ
ーラ支持ブロック43は、回転外筒48に固着しており、回
転外筒48は回転内筒38と同様に、ローラ回転装置50によ
って、管21の中心線24の回りを回転するようになってい
る。さらに二次拡管ローラ40の各円錐ローラ41、42の円
錐面の外側の面は、中心線24に対して直角となるように
し、すなわち管端部22を直角に拡大したとき、拡大され
た管端のフランジ部に、二次拡管ローラ40の外側の面が
丁度接触する位置となるように、円錐ローラ41,42を装
着する。

第４図は一次，二次の拡管ローラ30,40と一次拡管ロ
ーラ支持ブロック33,二次拡管ローラ支持ブロック43お
よび回転内筒38、回転外筒48を管21の方向から見た図で
ある。二次拡管ローラ支持ブロック43が固着しいてる回
転外筒48は、外筒軸受台51にラジアルスラスト軸受52に
より回転自在に装着され、一次拡管ローラ支持ブロック
33が固着している回転内筒38は四角形の筒で、回転外筒
48の四角形の孔53に揺動自在に嵌着している。そして２
組の円錐ローラ31,32および41,42と、一次拡管ローラ支
持ブロック33及び二次拡管ローラ支持ブロック43とは、
互いに移動範囲が抵触しないように装着さえれており、
しかも管21の中心線24を含み円錐ローラ31,32の自転軸3
4,35がなす平面Pl₁と、管21の中心線24を含み円錐ロー
ラ41,42の自転軸44,45がなす平面Pl₂とは、直交するよ
うになっている。

次に一次拡管ローラ30および二次拡管ローラ40を、他
の拡管ローラを装着したままにして回転させ、また個別
に管端部の方向に前進させ後退させるための、ローラ回
転装置50及びローラ移動装置60の構成について説明す
る。一次拡管ローラ支持ブロック33は、回転内筒38に固
着しているが、第２図、第３図に示すように回転内筒38
は、軸接手54により回転駆動機55に連結しており、軸受
56によっても回転自在に支持されている。よって回転駆
動機55が回転すると、回転内筒38がそれに従って回転
し、四角形の孔53によって嵌着している回転外筒48も回
転して、一次拡管ローラ支持ブロック33および二次拡管
ローラ支持ブロック43が、一次拡管ローラ30および二次
拡管ローラ40と共に回転する。こうして回転外筒48がラ
ジアルスラスト軸受52に支持されて、外筒軸受台51の内
面で回転するようにし、ローラ回転装置50が形成されて
いる。

ローラ移動装置60は一次および二次の拡管ローラを、
個別に管21の中心線24に沿って、管端部の方向に前進さ
せ後退させるもので、第１スライドベッド61はスライド
軸受62により、基台70に対して管の中心線24の方向に、
前進後退自在に装着され、第１伸縮機63により駆動され
る。そしてローラ回転装置50の外筒軸受台51は、後に述
べる第２スライドベッド65の上に載置されており、第２
スライドベッド65と回転駆動器55は、第１スライドベッ
ド61の上に載置されている。そして第１スライドベッド
61が、第１伸縮機63の伸長収縮によって駆動され前進後
退すると、第１スライドベッド61の上に載置されている
もの全部が前進後退するので、回転内筒38も一次拡管ロ
ーラ支持ブロック33を伴って前進後退し、一次拡管ロー
ラ30が管端部22を押圧するようになっている。また第２
スライドベッド65はスライド軸受66により、第１スライ
ドベッド61の上で、管の中心線24の方向に前進後退自在
に装着され、第２伸縮機67により駆動される。第２伸縮
機67が伸長収縮して、第２スライドベッド65が移動する
ときは、ローラ回転装置50の外筒軸受台51は、第２スラ
イドベッド65の上に固着されているから、これ共に管21
の中心線24に沿って前進後退する。そして外筒軸受台51
にラジアルスラスト軸受52により回転自在になっている
回転外筒48も、二次拡管ローラ支持ブロック43を伴って
前進後退し、二次拡管ローラ40が管端部22を押圧するよ
うになっている。このとき回転内筒38は第１スライドベ
ッド61に対して停止しており、回転外筒48にあけられて
いる四角形の孔53の所で摺動して、回転外筒48が相対的
に移動する。

加工を行うときにはまず回転駆動機55を起動させ、軸
継手54を介して回転内筒38を回転させると回転外筒48も
回転し、これによって一次拡管ローラ30および二次拡管
ローラ40を、管21の中心線24を軸として回転させてお
く。そして管端部22を加熱器25により加工適温にまで加
熱した後、管21をクランパ23によって固定する。

そして第１スライドベッド61を、第１伸縮機63を伸長
させて回転駆動器55と共に移動し、回転駆動機55に固着
している回転内筒38および一次拡管ローラ支持ブロック
33、またそれに装着されている一次拡管ローラ30を、回
転状態のまゝ前進させて、管21の管端部22に押圧させ、
そのまゝ押圧を続けさせる。こゝで一次拡管ローラ30の
円錐ローラ31,32は、その自転軸34,35に対して回転自在
であるから、管端部22の内面を転がりながら、円周方向
に均一に押圧することになり、管端部をまず45゜の角度
の円錐状に拡大する（第５図の断面図の上半部分参
照）。

上記のようにして行われる一次拡管ローラ30による拡
管が、ある程度進行して管端が45゜近くに拡管したとき
に、第２スライドベッド65が第２伸縮機67の伸長によっ
て移動し、二次拡管ローラ40を回転状態のまゝ前進させ
て、管21の管端部22に押圧させ、そのまゝ押圧を続けさ
せる。こゝでも円錐ローラ41,42は、その自転軸44,45に
対して回転自在であるから、管端部22の内面を転がりな
がら、円周方向に均一に押圧し、管端部22を90゜の角度
にまで拡大させ（第５図の断面図の下半部分参照）、管
端部に垂直なフランジ面が形成される。

この場合の円錐ローラ31,32および41,42により、管端
部22の加工が行われるときには、各円錐ローラの円錐の
頂点が、管21の中心線上にあるようになっている。すな
わち第5a図に示すように、管21の内面の点P₁及びP₂に円
錐ローラ31が接するとし、P₁における円錐ローラの直径
をd₁，ローラの円周長をb₁，管の内径をD₁，管の円周長
さB₁，P₁から円錐ローラ31の頂点P₀までの距離をl₁と
し、P₂における円錐ローラの直径をd₂，ローラの円周長
をb₂，管の内径をD₂，管の円周長をB₂，P₂から円錐ロー
ラ31の頂点P₀までの距離をl₂とし、また管端部22に形成
される拡管角をθ₁，円錐ローラ31の頂角をθ₂，πを円
周率とすれば、円錐ローラ31の頂点P₀が管の中心線24の
上にあるという条件のため、 D₁＝2l₁sinθ₁ B₁＝πD₁＝２πl₁sinθ₁ d₁＝2l₁sinθ₂/2 b₁＝πd₁＝２πl₁sinθ₂/2 であり、P₁点の管内面を一周する間のローラの回転数n₁
は、P₁点におけるローラの円周長の比であるから、となる。また D₂＝2l₂sinθ₂ B₂＝πD₂＝２πl₂sinθ₂ d₂＝2l₂sinθ₂/2 b₂＝πd₂＝２πl₁sinθ₂/2 であり、P₂点の管内面を一周する間のローラの回転数n₂
は、となる。従って式（１）と式（２）よりなる関係が常に成立する。よってP₁点とP₂点においては
常にローラが同一回転数で回転する。式（３）は管端の
拡管角θ₁とローラ31の円錐角θ₂のみの関数であり、θ
₁とθ₂は一定であるから、式（３）はローラのP₁からP₂
の間の任意の点で成立し、ローラの回転数は同一であ
る。従って管端の内面と、これに接触するローラ外面と
の間に相対的なすべりがない。よって管の内面と円錐ロ
ーラの外面との間のすべりのために、ローラの外面が摩
耗したり、管のその部分が薄くなってフランジの肉厚が
ばらつくようなことがなくなる。

そしてフランジ面が形成された状態で、熱間加工のと
きは冷却機によって冷却される。そして第１および第２
のスライドベッド61,65を、第1,第２の伸縮機63,67によ
って後退させて、管端部に垂直なフランジ面が完成す
る。

なお上記の実施例では、管を加熱して加工する場合に
ついて述べたが、必ずしも加熱する必要はなく、冷間加
工を行ってもよい。そのときは加熱器25は不要である。
また一次、二次の拡管ローラ30,40は円錐ローラが中心
線24を含む平面内で、対称の位置に２個設けられ、しか
も二次拡管ローラ40の円錐ローラ41,42は、管21の中心
線24を含む平面内で、一次拡管ローラ30の円錐ローラ3
1,32が装着された平面Pl₁と直交する平面Pl₂上に装着さ
れるるものについて述べたが、管21の中心線24に対して
放射状に装着され、かつ前記一次、二次の拡管ローラの
移動範囲が他の移動範囲と干渉しない位置に装着される
ものであれば、各円錐ローラは、中心線24を中心とし
て、放射状に１個あるいは３個設けてもよく、一次拡管
ローラが装着される面と、二次拡管ローラが装着される
面とは直交していなくてもよい。また一次、二次の拡管
ローラを形成するものは、必ずしも円錐ローラでなくて
もよく、円筒形その他の形状のものでもよい。さらにロ
ーラ移動装置は、スライド軸受で支持したものを、伸縮
機によって駆動するものについて述べたが、回転モータ
と送りねじを用いるものや他の移動装置を用いてもよ
い。

第６図は他の実施例である。上記の実施例では第２ス
ライドヘッド65は、第１スライドヘッド61の上で、スラ
イド軸受66によって、前進後退自在に装着されるものに
ついて述べたが、図に示すように第２スライドヘッド65
を、基台70の上に直接スライド軸受68によって装着して
いる。こゝで一次拡管ローラ支持ブロック33は、第１ス
ライドヘッド61によって移動するようになっているが、
第１スライドヘッド61の上に載置されているのでなく、
その荷重は回転外筒48にあけられている四角形の孔53を
介して、第２スライドヘッド65の方にかゝっている。こ
こでは前進後退の駆動は、伸縮機53,67の代りに回転モ
ータとねじ64,69を使用している。

このようにしてローラ回転装置上に装着された一次拡
管ローラ30及び二次拡管ローラ40を、第１スライドヘッ
ド61、第２スライドヘッド65を含むローラ移動装置によ
り、一方の拡管ローラが作動しているときは他の拡管ロ
ーラは、それぞれローラ回転ブロック33,34に装着した
ままの状態で、個別に管端部に向って前進させ後退させ
ることにより、一つの装置により、２つの工程を簡単に
制御するのみで、管端のフランジ加工を行うことができ
る。またこのフランジ加工装置によれば、加工する管21
の直径が、第５図における200Aまたは50Aのように変化
しても、同じローラによって加工が可能であるという特
徴を有する。

またローラの形状を変更することにより、第７図
（ａ），（ｂ）に示すような、受差継手75やレデューサ
76の加工を行うこともできる。すなわち本発明のフラン
ジ加工装置により加工できるフランジの形状は、直角の
フランジだけでなく、ローラの形状や加工順序を適宜変
更することにより、管端部の角度を任意の角度とするこ
とができるので、第７図以外の形状のものの加工も容易
に行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明による管端のフランジ加
工装置によれば、一次拡管ローラと二次拡管ローラとを
軸対称位置で互いに干渉しない位置に配置したことによ
り、両方共に、管軸に対して同軸的に回転させることが
でき、偏心機構をもうけることなく管の端部を拡張させ
ることができ、また、管の端部を拡張させるときに軸対
称位置に均一に押圧することができて、形成させるフラ
ンジの波打ちを少なくし、フランジの平面度を向上させ
ることができ、継ぎ手のシール性を向上させることがで
きるとともに、加工装置の軸受に偏心荷重をかけずに済
んで荷重を分散でき、回転トルクを小さくすることがで
きて、装置を小型化できる。

両拡管ローラを回転内筒と回転外筒とに各別に取り付
けたことによって、ローラ回転装置によって同軸的に回
転させることができるとともにローラ移動装置によって
各別に軸方向に移動させることができ、煩わしい操作を
せずに容易に一次拡管ローラによる加工と二次拡管ロー
ラによる加工の切換えができ、特に、熱間加工時の切換
には加熱部の温度を低下させずに加工の切換えができ
て、加工品質を向上させることができる。

一次拡管ローラと二次拡管ローラとを円錐ローラによ
って形成したことにより、加工できる管の大きさが、小
さい管（50A等）から大きな管（200A等）にいたるま
で、許容加工径が大幅に大きくなって、工具の交換が不
要になり、加工時のロスタイムを最小にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る管端のフランジ加工装置
の斜視図、第２図は本発明の装置の一次拡管ローラが見
えるようにした一部断面を示す側面図、第３図は本発明
の装置の二次拡管ローラが見えるようにした一部断面を
示す平面図、第４図は拡管ローラと回転内筒および回転
外筒を軸方向から見た図、第５図は第１図の拡管ローラ
部の一部断面を示す側面図、第5a図は第５図のローラの
一部拡大図、第６図は回転装置とローラ移動装置の他の
実施例の側面図、第７図は本発明の装置を管端部のフラ
ンジ加工以外の種々の形状の加工に用いる場合の加工物
の側面図、第８図は従来の管と管とを接合させる場合の
接合方法を示す断面図、第９図は管端部にスタグエンド
を取り付ける場合の斜視図、第10図はフランジリングを
溶接する場合の断面図、第11図、第12図は従来の円錐ロ
ーラによる管端部の加工状態を示す側面図である。 21…管 22…管端部 24…管の中心線 30…一次拡管ローラ 31,32…円錐ローラ 34,35…自転軸 38…回転内筒 40…二次拡管ローラ 41,42…円錐ローラ 44,45…自転軸 48…回転外筒 50…ローラ回転装置 51…外筒軸受台 60…ローラ移動装置 61…第１スライドベッド 62…第２スライドベッド 63…第１伸縮機 64…第２伸縮機

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】管の端部にフランジを塑性加工により形成
させる管端のフランジ加工装置において、前記管の軸芯に対して軸対称の位置に、先端を前記管の
軸芯側に向けるとともに前記管に対する当接側面を前記
管の軸芯に対し傾斜させて、自転軸に対し回転自在に装
着させた、複数個の円錐ローラを配置し、前記管の端部
を円錐形状に成形させる一次拡管ローラと、前記管の軸芯に対して軸対称の位置で前記一次拡管ロー
ラと干渉しない位置に、先端を前記管の軸芯側に向ける
とともに前記管に対する当接側面を前記管の軸芯に対し
直角にして、自転軸に対し回転自在に装着させた、複数
個の円錐ローラを配置し、前記円錐形状に成形させた前
記管の端部を管の軸心に垂直なフランジに成形させる二
次拡管ローラと、前記一次拡管ローラを取り付けて回転軸方向へ移動自在
に形成させた回転内筒と、前記二次拡管ローラを取り付
けて前記回転内筒とは独立に回転軸方向へ移動自在に形
成させた回転外筒とを同軸的に回転軸へ接続させ、前記
一次拡管ローラと前記二次拡管ローラとを前記管の軸心
に同軸的に回転させるローラ回転装置と、前記回転内筒を前記管に近接離間する方向へ前記回転外
筒とは独立に移動させる第１の軸方向移動装置と、前記
回転外筒を前記管に近接離間する方向へ前記回転内筒と
は独立に移動させる第２の軸方向移動装置とからなるロ
ーラ移動装置とを備えたことを特徴とする管端のフランジ加工装置。
【請求項２】前記第１の軸方向移動装置および前記第２
の軸方向移動装置は、伸縮機、または回転モータとねじ
とを組み合わせた装置からなることを特徴とする請求項１記載の管端のフラン
ジ加工装置。