JP3272601B2 - 厚肉テーパ付中空部材の製造方法 - Google Patents

厚肉テーパ付中空部材の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原子力工業、化学
工業等で使用される圧力容器の端部つまり頭部又は底部
を形成するための厚肉テーパ付中空部材の製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術及びその課題】この種の厚肉テーパ付中空
部材は、厚肉製品であるため、肉厚全体に塑性流動を促
し難く、従来、歩留りを向上させるために、複数個の厚
肉テーパ付中空部材片を溶接固着して、次の(1)、
(2)の方法によつて製造されている。(1)図13に
示す厚肉テーパ付中空部材50は、厚肉テーパ付中空部
材50を周方向に分割した扇形状の厚肉テーパ付中空部
材片51を機械加工によつて予め製作し、この厚肉テー
パ付中空部材片51の複数個(本例では3個)を突き合
わせて溶接部52によつて溶接固着する。この厚肉テー
パ付中空部材50に更に機械加工を施して、ほぼ半球状
をなす圧力容器の頭部又は底部となす。
【0003】(2)図14に示す厚肉テーパ付中空部材
60は、厚肉テーパ付中空部材60を中心軸線方向に分
割した環状の厚肉テーパ付中空部材片61を機械加工に
よつて予め製作し、この厚肉テーパ付中空部材片61の
複数個(本例では2個)を積み重ねて溶接部62によつ
て溶接固着する。この厚肉テーパ付中空部材60に機械
加工を施して、ほぼ半球状をなす圧力容器の頭部又は底
部となす。
【0004】環状の厚肉テーパ付中空部材片61は、矩
形状断面をなす環状部材64から製作される。例えば、
図15に示すようにマンドレル63に内周面を支持した
環状部材64を回動させながら、環状部材64の外周面
を所定幅の上金敷65を当てて均一にたたき、その後に
斜線で示す余肉64aを環状に取り除いて円錐状の厚肉
テーパ付中空部材片61となす。また、図16に示すよ
うに環状部材64の内周面をマンドレル63に支持し、
狭幅の上金敷67を当てて環状部材64の外周面を部分
的にたたき、外周がテーパ面を形成する荒地形状とな
す。次いで、図17に示すように広幅の上金敷68を使
用して外周面を全幅に渡つてたたき、内外周面に平行な
テーパ形状を与える。
【0005】しかしながら、上記(1)に示す従来の厚
肉テーパ付中空部材の製造方法にあつては、厚肉テーパ
付中空部材50を周方向に分割した形状の厚肉テーパ付
中空部材片51の複数個(3〜4個)を機械加工によつ
て予め製作するため、歩留りの向上を図る形状への加工
に困難を伴うと共に、溶接部52が複数箇所(3〜4箇
所)に形成されるため、溶接欠陥に起因する信頼性の低
下を生じ易いという技術的課題がある。
【0006】また、上記(2)に示す従来の厚肉テーパ
付中空部材の製造方法にあつては、厚肉テーパ付中空部
材60を中心軸線方向に分割した形状の厚肉テーパ付中
空部材片61を、上述したような方法で機械加工によつ
て予め製作するため、歩留りの向上を図る形状への加工
に困難を伴うと共に、溶接部62が形成されるため、溶
接欠陥に起因する信頼性の低下を生じ易いという技術的
課題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような従
来の技術的課題に鑑みてなされたものであり、その構成
は次の通りである。請求項1の発明の構成は、加熱した
インゴット10を据込み成形した後に、中央部に貫通孔
2aを形成した素材2となし、該素材2を熱間で部分的
にたたくことを含んで圧縮加工し、通孔3aを有する厚
肉の中空円板素材3を形成した後、上面に凹部5aを有
する下型5の上に加熱した中空円板素材3を載置し、ポ
ンチ6の凸球面6aによつて中空円板素材3の上面を押
込み、円錐状をなす厚肉テーパ付中空部材1となすこと
を特徴とする厚肉テーパ付中空部材の製造方法である。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の1実施の形態について図
1〜図12を参照して説明する。図1中において、符号
1は原子力工業、化学工業等で使用される圧力容器等の
端部つまり頭部又は底部を形成するための厚肉テーパ付
中空部材を示し、厚肉テーパ付中空部材1は、図5に示
すインゴット10から製作される。
【0009】先ず、図5に示す不純物を含む押湯10a
及びインゴットボトム10bをガス切断によつて除去し
たインゴット10を1000〜1250℃に加熱し、イ
ンゴット10を熱間据込み鍛造して、図6に示す厚肉の
円板状ないし円柱状の素材2となすと共に、図7に示す
ポンチ11によつて素材2の中央部に貫通孔2aをせん
孔する。この貫通孔2aを有する素材2を1000〜1
250℃に加熱し、この素材2に対し、図8に示すよう
に熱間据込み鍛造を施す。すなわち、加熱した素材2を
下金敷12上に載置し、上金敷13によつて上面全体を
たたくことにより、所定厚さの円板状体に圧縮加工す
る。
【0010】その後、図9,図10に示すように素材2
を回転テーブル14上に載置し、素材2の上面を扇形の
金敷15によつて部分的にたたきながら全体が所定厚さ
になるまで圧縮加工する。更に、素材2を1000〜1
250℃に加熱した後、図11に示すように素材2の一
端部下面を支持部材16によつて支持すると共に、他端
部下面を扇形の下金敷17によつて支持した状態で、他
端部上面を扇形の上金敷18によつてたたき、順次に全
周に渡つて上・下金敷18,17間で圧縮させることに
より、図3に示すように中央部に通孔3aを有して円板
状をなす厚肉(厚さ:300〜1000mm)の中空円
板素材3に成形する。
【0011】次に、図2に示す下型5及び欠球状をなし
て凸球面6aを有する球状ポンチ6を使用して、900
〜1200℃に加熱した中空円板素材3を、図1に示す
ように円錐状をなす厚肉テーパ付中空部材1に成形す
る。下型5は、中央部上面側に凹部5aを有する。凹部
5aは、実際には下型5の中央部に形成した貫通孔5b
と、貫通孔5bの上部に接続し、上方に向けて次第に拡
径するテーパ孔5cとからなる。この下型5の環状をな
す上面5dに中空円板素材3を載置し、球状ポンチ6の
凸球面6aを下向きとして、図外のプレス装置による押
圧力を球状ポンチ6に作用させ、中空円板素材3の中央
部上面を押込む。これにより、中空円板素材3が、図1
に示すように球状ポンチ6の凸球面6aとテーパ孔5c
との間に挟み込まれ、円錐状に変形する。7は、プレス
装置による押圧力を球状ポンチ6に作用させるための押
込みリングである。これにより、中央に通孔1aを有す
る厚肉テーパ付中空部材1が形成される。
【0012】球状ポンチ6を使用することにより、当
初、中空円板素材3の中央部上面つまり通孔3aの上端
周縁部に接触していた球状ポンチ6の凸球面6aが、球
状ポンチ6の降下に伴つて順次に中空円板素材3の外径
側に向けて滑らかに接触するようになる。このように、
球状ポンチ6の凸球面6aが次第に中空円板素材3の上
面の外径部に接触することにより、中空円板素材3の下
面がテーパ孔5cに圧接支持されながら変形する。これ
により、中空円板素材3が、中空円錐状の厚肉テーパ付
中空部材1に成形される。
【0013】ここで、球状ポンチ6の凸球面6aの半径
Rは、図3に示す中空円板素材3の厚さt及び半径rに
応じて設定するものであり、中空円板素材3の半径rが
大きいほど凸球面6aの半径Rを大きく設定し、中空円
板素材3の厚さtが厚いほど凸球面6aの半径Rを小さ
く設定し、加圧力の増大を抑制しながら適度に円錐状に
変形した厚肉テーパ付中空部材1を成形することが望ま
れる。また、凸球面6aの半径Rは、図4に示すように
上端部6bの半径R2 を下部の半径R1 よりも小さく設
定し、図1に示す円錐状の厚肉テーパ付中空部材1への
加工時の内面と凸球面6aの上端部6bとの圧接に起因
して、圧痕が生ずることを防止する。
【0014】更に、テーパ孔5cの傾斜角度は、製品で
ある厚肉テーパ付中空部材1の外形にほぼ合致させるこ
とが望ましい。勿論、球状ポンチ6の外形の方が、中空
円板素材3の通孔3a及び厚肉テーパ付中空部材1の通
孔1aよりも大きく設定されている。
【0015】このような厚肉テーパ付中空部材1は、イ
ンゴット10から環状の中空円板素材3を形成するまで
に熱間鍛造されているので、凝固時の欠陥が鍛圧着され
て機械的性質が改善されている。また、この成形方法に
よれば、図1に示す厚肉テーパ付中空部材1の内周面の
傾斜角度θを40°程度以上に形成することが可能であ
る。この厚肉テーパ付中空部材1には、細粒化及び歪除
去を目的として焼準・焼戻の熱処理を施す。なお、この
ような厚肉(厚さ:300〜1000mm)の中空円板
素材3に対してスピニング加工を適用し、厚肉テーパ付
中空部材1を形成することは、実質的に不可能である。
【0016】厚肉テーパ付中空部材1は、切削加工を施
して所定形状となし、圧力容器の頭部又は底部となす。
すなわち、図12に示すように厚肉テーパ付中空部材1
の斜線部1aに対して切削加工を施し、ほぼ半球状をな
す製品8となす。この厚肉テーパ付中空部材1から製品
8とすれば、例えば従来、600tのインゴットから作
り上げていたものが、350tのインゴット10からで
も可能であり、著しい歩留りの向上が図られる。
【0017】
【発明の効果】以上の説明によつて理解されるように、
本発明に係る厚肉テーパ付中空部材の製造方法によれ
ば、次の効果が得られる。 (1)球状ポンチの凸球面によつて中空円板素材を押込
んで、円錐状をなす厚肉テーパ付中空部材を一体成形す
るので、厚肉テーパ付中空部材の製造に要する時間が短
縮されると共に、ほぼ半球状をなす容器の端部を比較的
歩留り良く形成することができ、コスト低減も図ること
ができる。 (2)インゴットから中空円板素材を形成するまでに熱
間据込みによつて鍛造されているので、凝固時の欠陥が
鍛圧着されている。その結果、高品質の厚肉テーパ付中
空部材が得られる。
【0018】(3)厚肉テーパ付中空部材が一体成形さ
れ、溶接部が生じないので、要求される機械的性質を全
体に確保した信頼性の高い厚肉テーパ付中空部材が得ら
れる。 (4)インゴットの凝固時の欠陥が鍛圧着されていると
共に溶接部が生じないので、欠陥検出の必要性も減少す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施の形態に係る厚肉テーパ付中
空部材の製造方法を断面で示す側面図。
【図2】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造方法を断
面で示す側面図。
【図3】 同じく中空円板素材を示す断面図。
【図4】 同じく球状ポンチを示す側面図。
【図5】 同じくインゴットを示す図。
【図6】 同じく素材を示す図。
【図7】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造工程を一
部断面で示す側面図。
【図8】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造工程を一
部断面で示す側面図。
【図9】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造工程を示
す平面図。
【図10】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造工程を
一部断面で示す側面図。
【図11】 同じく厚肉テーパ付中空部材の製造工程を
一部断面で示す側面図。
【図12】 同じく厚肉テーパ付中空部材の加工工程を
示す説明図。
【図13】 従来の厚肉テーパ付中空部材を示す斜視
図。
【図14】 従来の厚肉テーパ付中空部材を示す斜視
図。
【図15】 同じく厚肉テーパ付中空部材片の製造方法
を示す説明図。
【図16】 同じく厚肉テーパ付中空部材片の製造方法
を示す説明図。
【図17】 同じく厚肉テーパ付中空部材片の製造方法
を示す説明図。
【符号の説明】
1:厚肉テーパ付中空部材、2:素材、2a:貫通孔、
3:中空円板素材、3a:通孔、5:下型、5a:凹
部、6:球状ポンチ、6a:凸球面、10:インゴッ
ト、10a:押湯、10b:インゴットボトム部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B30B 15/02 B30B 15/02 B C21D 9/00 C21D 9/00 A (56)参考文献 特開 昭60−148641(JP,A) 特開 昭58−196136(JP,A) 特開 平6−114479(JP,A) 特開 昭62−38736(JP,A) 特開 昭63−174750(JP,A) 特開 昭58−221621(JP,A) 特開 昭59−101253(JP,A) 特開 平2−160119(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 B21D 11/20 B21D 19/08 B21D 22/02 B21D 22/21 B21D 22/26 B21D 51/10 B21D 51/18 B21D 51/24 B30B 15/02 C21D 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱したインゴット(10)を据込み成
    した後に、中央部に貫通孔(2a)を形成した素材
    (2)となし、該素材(2)を熱間で部分的にたたくこ
    とを含んで圧縮加工し、通孔(3a)を有する厚肉の中
    空円板素材(3)を形成した後、上面に凹部(5a)を
    有する下型(5)の上に加熱した中空円板素材(3)を
    載置し、ポンチ(6)の凸球面(6a)によつて中空円
    板素材(3)の上面を押込み、円錐状をなす厚肉テーパ
    付中空部材(1)となすことを特徴とする厚肉テーパ付
    中空部材の製造方法。
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