JP3358654B2

JP3358654B2 - ベンディングロールによるパイプ成形方法

Info

Publication number: JP3358654B2
Application number: JP31320798A
Authority: JP
Inventors: 道雄山下; 英夫阿部; 晋吾江見; 信夫冨沢
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2002-12-24
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: JP2000140945A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベンディングロー
ルによるパイプ成形方法に係り、特に、高強度厚肉長尺
材の製造に用いるのに好適な、板材の一方側に配設さ
れ、その間隔を直線方向に調整可能な複数のロール（例
えば下ロール）と、該複数のロールに対して板材を挟ん
で反対側に配設される対向ロール（例えば上ロール）
と、を用い、それらロールの間で板材を挟んでロール曲
げ加工するベンディングロールによるパイプ成形方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプ等の鋼管の製造に際して、大量生
産が行われる際には、パイプ外径が比較的小さい場合に
は電縫鋼管ミルが用いられ、パイプ外径が比較的大きい
場合にはＵＯＥミルが用いられている。

【０００３】一方、少量生産の分野では、パイプ板厚が
厚い場合には、図１に示す如く、板材１０をプレスベン
ダ２０の曲げ型２２と押し型２４の間に挟んでプレスを
多数回（例えば５０回以上）繰り返すことによって曲げ
る方法が採られ、一方、パイプ板厚が薄い場合には、例
えば図２に３本ロールのピラミッド型ロールベンダ３０
を例示する如く、板材１０の下側に配設され、モータ
（図示省略）により駆動される一対の下ロール３２と、
該下ロール３２の中間の板材１０の上側に配設され、締
め込み量Ｓが調整可能とされた上ロール３４とからなる
３本のベンディングロールで、板材１０を送りながら、
曲率半径ρで連続的に曲げていく方法が行われている。

【０００４】このベンディングロールによるパイプ製造
は、具体的には、図３に例示する如く、例えばガスや酸
素プラズマ切断方式のフレームプレーナ４０による切断
・開先加工を行い、次いで、ベンディングロールで曲が
らない板端部を予め曲げておくため、例えば油圧プレス
４２による端曲げ加工を行い、次いで、例えば図２に示
したような３本のロールがピラミッド型に配置されたロ
ールベンダ３０によるロール曲げ加工を行い、次いで、
内外面溶接装置４６により仮付け溶接、内面溶接及び外
面溶接を行い、次いで、端面加工機（図示省略）により
端面切削を行い、ショットブラスト装置（図示省略）に
よるショットブラスト処理を経て、試験・検査に送られ
る。なお、ロール曲げ加工（又は仮付溶接後）の次工程
に、真円度を向上させるために曲げ矯正加工を挿入する
場合もある。曲げ矯正加工もロール曲げ加工とほぼ同様
の加工である。

【０００５】このベンディングロールによるパイプ製造
は、上ロール３４の締め込み量Ｓの調整で製品の外径を
容易に変更可能であるため、多種少量生産が可能で、且
つ、ＵＯＥミル等に比較して設備費が安い等、種々の利
点を有している。

【０００６】しかしながら、ベンディングロールは、特
に上ロール３４の撓み抑制が難しいため、図４に示す如
く、製造されるパイプ１２の中央部で、口開き１２Ａが
発生し易く、負荷が大きく、ロールが撓み易い高強度厚
肉長尺材のパイプが製造できないという問題点を有して
いる。

【０００７】これは、上ロール３４が両端部の軸受のみ
で支えられていること、及び、上ロール３４のロール外
径Ｄwuが、幾何学的関係で製品のパイプ内径より小さく
ないといけないため、製品のパイプ径によって制限され
ることに依存している。なお、下ロール３２は、その外
側に何点かの補強用バックアップロールを設けることが
でき、下ロールの撓みは抑制可能である。

【０００８】一方、前記プレスベンダによるパイプ製造
方法によれば、ロールベンダによるパイプ製造方法に比
べて、厚肉パイプが製造可能であるが、プレスを多数回
繰り返さなければならないため、生産性が低く、コスト
が高くなるという問題点を有していた。

【０００９】前記ロールベンダによるパイプ製造方法の
問題点を解消するものとして、特開昭５３−１２８５６
２に、図５に示す如く、上ロール３４の上方より、上バ
ックアップロール３５を介して、バックアップビーム３
６で圧力を加えながら成形することが提案されている。
図において、３３は、下ロール３２の撓みを抑制する下
バックアップロールである。

【００１０】この方法によれば、上ロール３４の撓みも
減少し、その結果、口開きが抑制されるため、高強度厚
肉長尺材のパイプを容易に製造することが可能となる。

【００１１】又、パイプ径に合わせて、より大きな直径
の上ロールを用いて、上ロールの撓みを防止することに
よって、高強度厚肉長尺材のパイプを製造可能にするこ
ともできる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、大径パイプの製造は可能であるが、小径パ
イプの製造は難しい。何故ならば、小径パイプの製造で
は、バックアップビーム３６を使用するだけのスペース
が、上ロール３４とパイプ１２の間にない上、上ロール
３４のロール外径Ｄwuが、製品（１２）のパイプ内径に
よって制限されるため、小径の上ロール３４を単独で用
いなければならない。その結果、小径パイプの製造で
は、上ロールの撓みを抑制することができず、口開きが
発生したり、あるいは、上ロールの曲げによる許容限界
を越えてしまう恐れがあった。

【００１３】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、パイプ長手方向中央部で発生する口
開きを小さくして、パイプ形状を向上させることを課題
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、板材の一方側
に配設され、その間隔を直線方向に調整可能な複数のロ
ールと、該複数のロールに対して板材を挟んで反対側に
配設される対向ロールと、を用い、それらロールの間で
板材を挟んでロール曲げ加工するベンディングロールに
よるパイプ成形方法において、製品パイプ外径Ｄp及び
複数のロールの直径Ｄwlに合わせて、複数のロールの間
隙Ｌを、次の範囲の値（Ｄp＋Ｄwl）＞Ｌ≧０．８５（Ｄp＋Ｄwl） …（１）に設定して材料を成形することにより、前記課題を解決
したものである。

【００１５】図２に示した、複数のロールである下ロー
ル間隔Ｌを一定にして、ベンディングロールでパイプを
成形した場合の、各パスのパイプ径Ｄp と荷重との関係
を調査した結果を図６に示す。下ロール間隔Ｌが狭い場
合、パスが進んでパイプ径が小さくなるほど、対向ロー
ルである上ロールの荷重は高くなり、図中に○印で示す
下ロール間隔６００ｍｍの場合は製造不可能である。下
ロール間隔Ｌを、図中に△印で示す如く、８００ｍｍに
広げると、下ロール間隔が狭い場合に比べて、荷重は減
少する。又、この場合はパスが進んでパイプ径が小さく
なると、急激に荷重が減少する。更に、下ロール間隔Ｌ
を、図中に□印で示す如く、１０００ｍｍまで広げる
と、途中パスでの荷重は下がるものの、最終径まで成形
することはできない。

【００１６】最終のパイプ径に対するロール配置状況を
図７に示す。図７（ａ）に示すように、下ロール間隔Ｌ
を適当な長さに広げると、上ロール３４が下ロール３２
の間に落ち込むことで、下ロール荷重の負荷方向が変化
して、荷重が大幅に減少する。即ち、下ロール３２の荷
重自体は減少していないが、荷重の負荷方向角度θが小
さくなるため、上ロールにかかる荷重は減少することと
なる。図７（ｂ）に示すように、下ロール間隔Ｌを広げ
過ぎると、パイプ１２が下ロール３２間に完全に落ち込
み、その後の成形ができなくなる。

【００１７】即ち、パイプが下ロール間に完全に落ち込
むぎりぎりのところで、下ロール間隔を設定すれば、荷
重を大幅に削減できる。製品の口開き量を決定している
のは、最終の成形条件であり、製品のパイプ径に対し
て、上記の条件を満たせばよい。製品パイプ外径をＤp
、下ロール径をＤwlとし、下ロール間隔をＬとする
と、パイプが下ロールの間に落ち込む幾何学的関係は、
次式に示す如くである。

【００１８】Ｌ＝（Ｄp ＋Ｄwl） …（２）

【００１９】下ロール間隔Ｌが製品パイプ外径Ｄp と下
ロール径Ｄwlの和（Ｄp ＋Ｄwl）より小さいことは、パ
イプが下ロールの間に落ち込まない条件であるが、逆に
何処まで小さくても有効であるかは不明である。そこ
で、製品パイプ外径Ｄp と下ロール径Ｄwlの和（Ｄp ＋
Ｄwl）に対する下ロール間隔Ｌの比Ｌ／（Ｄp ＋Ｄwl）
と荷重（Ｐ／Ｐo ）との関係を調査した結果を、図８に
示す。ここで、Ｐo は、Ｌ＝０．５（Ｄp ＋Ｄwl）のと
きの荷重である。図から明らかなように、比Ｌ／（Ｄp
＋Ｄwl）が０．８５を超えると急激に荷重が減小すると
共に、比Ｌ／（Ｄp ＋Ｄwl）が１．０で荷重が零とな
り、これが限界である。即ち、下ロール間隔Ｌは、前出
（１）式の範囲であることが有効であることが分かる。

【００２０】従って、（１）式の範囲内に、下ロール間
隔Ｌを設定しておき、上ロールを締め込んでいってパイ
プを成形することで、十分、荷重が低減される。その結
果、バックアップビームや大径の上ロールが使用できな
い小径のパイプに対しても、口開き量が少ない良好なパ
イプ形状の高強度厚肉長尺材のパイプを製造できるよう
になる。

【００２１】又、下ロール間隔を製品パイプ径に合わせ
て、（１）式の範囲内に設定するためには、下ロール間
隔が連続的に可変である方が有利であるが、組み替え等
の方法で、数段階の下ロール間隔を設定できる設備で
も、十分対処可能である。

【００２２】本発明は、更に、曲げ曲率の変化を最終曲
率の１０％以下に設定すると共に、複数のロールの間隔
を（１）式に示す範囲の値に設定して材料を成形するよ
うにして、前記課題を解決したものである。

【００２３】又、この成形方法を、曲げ矯正加工が無い
場合に、ロール曲げ加工の最終パスに適用したものであ
る。

【００２４】あるいは、前記成形方法を、仮付溶接前に
曲げ矯正加工を行う場合に、該曲げ矯正加工に適用した
ものである。

【００２５】あるいは、前記成形方法を、仮付溶接後に
曲げ矯正加工を行う場合に、ロール曲げ加工の最終パス
と曲げ矯正加工の両方に適用したものである。

【００２６】最後まで成形した、直径５００ｍｍで中央
部の口開き量が約５０ｍｍのパイプを用いて、再度、矯
正のために、複数のロールである下ロールの間隔Ｌを変
更して、ロール曲げを実施した結果を図９に示す。下ロ
ール間隔の増加に連れ、２段階に荷重が減少しており、
その結果、口開き量も大幅に減少している。成形の限界
下ロール間隔は、荷重が零となる点で、これは、図７
（ｂ）に示したように、パイプが下ロールの間に完全に
落ち込むことに対応している。従って、既に説明したよ
うに、下ロール間隔Ｌは、前出（１）式の範囲であるこ
とが有効である。即ち、（１）式の範囲内に下ロール間
隔を設定しておき、上ロールを締め込んでいって、パイ
プを成形することで、十分荷重が低減される。これは、
途中パスについては、どのようなパスに用いても関係が
なく、最終パスのみで口開き量が決まることを示してい
る。

【００２７】しかしながら、上記の条件は、一度パイプ
まで成形した後、再度矯正用に成形した場合の結果であ
る。そこで、最終パスで上記の下ロール間隔に設定し、
曲げ曲率を変更して、荷重及び口開き量を調査した。そ
の結果を図１０に示す。曲げ曲率がパイプの曲率の１０
％以下で急激に荷重が下がっており、最終パスでは、矯
正パスのように小さな変形で実施しなければならないこ
とが分かる。又、一度成形したものを再度ロール曲げし
た場合に、上記の下ロール間隔を用いる際は、一度成形
したことが途中パスに対応し、再度ロール曲げしたこと
が最終パスに対応することから、再度ロール曲げした場
合に上記の下ロール間隔を用いることは、当然本発明の
範囲内に含まれる。

【００２８】上記の条件が満たされると、上ロールにか
かる荷重が大幅に軽減できるため、上ロールの撓みも抑
制される。その結果、バックアップビームや大径の上ロ
ールが使用できない小径のパイプに対しても口開きが抑
制され、高強度厚肉長尺材のパイプを製造できるように
なる。

【００２９】本発明によるパイプ成形方法は、当然、大
径のパイプ製造にも適用可能であり、その場合、バック
アップビームは不要であり、上ロールの変更もせずに成
形できるため、設備の簡略化と作業能率の向上を図るこ
とができる。

【００３０】なお、前記説明では、２本の駆動用下ロー
ルと１本の締め込み用上ロールで構成される対称なピラ
ミッド型の３本ロールのロールベンダを例にとって説明
していたが、ロールベンダの構成は、これに限定され
ず、上ロールがオフセットされた非対称配置であった
り、例えば図２に示した、下ロール３２から離れた位置
に、下ロールがもう一本追加された４本ロール等、３本
以上の下ロールを含んだり、上下逆であったり、又は、
複数のロールと対向ロールが、板材の上下でなく左右に
配置されているロールベンダにも、本発明は適用でき
る。

【００３１】又、複数のロールの直径も同じである必要
はなく、異なる場合は、そのいずれか一方又は両者の平
均を基準とすることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００３３】本発明を実施するためのパイプ成形装置
は、図１１（正面図）及び図１２（側面図）に示す如
く、２本の下ロール３２と、該下ロール３２の中間に配
設される上ロール３４を備えたパイプ成形装置におい
て、前記下ロール３２の間隔Ｌを、（１）式の範囲内の
値に設定可能とするための下ロール間隔設定用駆動モー
タ５０と、前記上ロール３４の下ロール３２に対する締
め込み量Ｓを設定可能とするための油圧圧下装置５２と
を備えている。図において、５４は、上ロール３４に加
わる荷重を検出するためのロードセル、５６は、スピン
ドル５８を介して下ロール３２を駆動するための下ロー
ル駆動モータである。

【００３４】本発明は、図３に示した如く、曲げ矯正加
工が無い場合には、ロール曲げ加工の最終パスに適用で
きる。又、図１３に示す如く、仮付溶接前に曲げ矯正加
工を行う場合には、該曲げ矯正加工に適用することがで
きる。なお、ロール曲げ加工の最終パスに併用すること
もできる。又、図１４に示す如く、仮付溶接後に曲げ矯
正加工を行う場合には、ロール曲げ加工の最終パスと曲
げ矯正加工の両方に適用することができる。

【００３５】

【実施例】板厚３０ｍｍ、幅６０００ｍｍの高張力鋼板
を、径に対応した長さに切断すると共に、図３に示した
ような油圧プレス４２で先後端部を円弧状に成形した
後、ロールベンダ３０により、次に示す２種類の方法
で、直径５００ｍｍのパイプを製造した。なお、ベンデ
ィングロールの上ロール直径Ｄwuは４００ｍｍ、下ロー
ル直径Ｄwlは３５０ｍｍである。

【００３６】下ロール間隔Ｌを６００ｍｍで全パス成
形した比較例１と、下ロール間隔を８００ｍｍで全パ
ス成形した本発明法１の各々について、成形後の口開き
量を図１５に比較して示す。

【００３７】比較例１では、成形時の荷重が大きいた
め、端部に対して中央部の口開き量が８０ｍｍと大き
く、製品とならなかった。一方、本発明法１の場合は、
締め込み量Ｓが大きくとれ、荷重が大幅に低減して、成
形できた。その結果、中央部の口開き量が１０ｍｍ未満
となり、良好なパイプ形状の製品を得ることができた。

【００３８】次に、同じく板厚３０ｍｍ、幅６０００ｍ
ｍの高張力鋼板を、径に対応した長さに切断すると共
に、プレスで先後端部を円弧状に成形した後、ロールベ
ンダにより、次の３種類の方法で、径５００ｍｍのパイ
プを製造した。なお、ベンディングロールの上ロール直
径Ｄwuは４００ｍｍ、下ロール直径Ｄwlは３５０ｍｍで
ある。

【００３９】下ロール間隔Ｌを６００ｍｍで全パス成
形した比較例２、最終パスのみ曲率変化３×１０
^-4（直径５４０→５００ｍｍ）で、且つ、下ロール間隔
Ｌを８００ｍｍで成形した本発明法２、一度の方法
で成形したパイプを、再度下ロール間隔Ｌ＝８００ｍｍ
で成形した本発明法３の３種類のそれぞれについて、成
形後の口開き量を図１６に比較して示す。

【００４０】比較例２では、成形時の荷重が大きいた
め、端部に対して中央部の口開き量が８０ｍｍと大き
く、製品とならなかった。一方、本発明法２及び３の場
合は、いずれも、締め込み量Ｓを大きくとれ、荷重が大
幅に低減して、成形できた。その結果、中央部の口開き
量が１０ｍｍ未満となり、良好なパイプ形状の製品を得
ることができた。

【００４１】なお、前記説明においては、いずれも、本
発明が鋼管の製造に適用されていたが、本発明の適用対
象はこれに限定されず、鋼以外の金属、例えば、アルミ
ニウム、銅、チタニウム、真鍮などのパイプの製造にも
同様に適用できることは明らかである。

【００４２】又、上ロール締め込みや下ロール間隔変更
も、油圧圧下やモータ駆動に限定されず、締め込みロー
ルや駆動ロールも、それぞれ上ロールや下ロールに限定
されない。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、例えば最終パスにおい
て、ベンディングロールによる成形中の対向ロールにか
かる荷重を低減し、対向ロールの撓みを抑制することが
可能であるので、長手方向の中央部で発生する口開きを
抑制でき、良好なパイプ形状の高強度厚肉長尺材を製造
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプレスベンダによる鋼管の製造方法を説
明するための正面図

【図２】ロールベンダによる鋼管の製造方法を説明する
ための正面図

【図３】ロールベンダによる鋼管製造工程を説明するた
めの斜視図

【図４】従来のロールベンダによる製造でパイプに発生
した口開きを示す斜視図

【図５】口開きを解消するべく特開昭５３−１２８５６
２で提案された方法を示す正面図

【図６】本発明の原理を説明するための、出側製品パイ
プ径と上ロール荷重の関係の例を示す線図

【図７】同じく、広い下ロール間隔で上ロールを締め込
んだ状態、及び、下ロール間隔を広げ過ぎた状態を示す
正面図

【図８】同じく比Ｌ＝（Ｄp ＋Ｄwl）と荷重Ｐ／Ｐo の
関係の例を示す線図

【図９】同じく下ロール間隔と荷重の関係の例を示す線
図

【図１０】同じく最終パスの曲率変化率と荷重の関係の
例を示す線図

【図１１】本発明を実施するためのパイプ成形装置の構
成例を示す正面図

【図１２】同じく側面図

【図１３】ロールベンダによる鋼管製造工程の他の例を
示す工程図

【図１４】同じく更に他の例を示す工程図

【図１５】比較例と本発明法の一例によりパイプ径５０
０ｍｍのパイプを製造した際の口開き量を比較して示す
線図

【図１６】同じく比較例と本発明法の他の例によりパイ
プ径５００ｍｍのパイプを製造した際の口開き量を比較
して示す線図

【符号の説明】

１０…板材１２…パイプ１２Ａ…口開き３０…ロールベンダ３２…下ロールＤwl…下ロール直径Ｒwl…下ロール半径Ｌ…下ロール間隔３４…上ロールＤwu…上ロール直径Ｓ…締め込み量Ｄp …パイプ径５０…下ロール間隔設定用駆動モータ５２…油圧圧下装置５４…ロードセル５６…下ロール駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者江見晋吾千葉県千葉市中央区新浜町１番地川鉄鋼管株式会社内 (72)発明者冨沢信夫千葉県千葉市中央区新浜町１番地川鉄鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平７−9037（ＪＰ，Ａ) 特開平６−304664（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−64417（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−235023（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 5/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】板材の一方側に配設され、その間隔を直線
方向に調整可能な複数のロールと、該複数のロールに対
して板材を挟んで反対側に配設される対向ロールと、を
用い、それらロールの間で板材を挟んでロール曲げ加工
するベンディングロールによるパイプ成形方法におい
て、製品パイプ外径Ｄp及び複数のロールの直径Ｄwlに合わ
せて、複数のロールの間隙Ｌを、次の範囲の値（Ｄp＋Ｄwl）＞Ｌ≧０．８５（Ｄp＋Ｄwl）に設定して材料を成形することを特徴とするベンディン
グロールによるパイプ成形方法。
【請求項２】請求項１において、更に、曲げ曲率の変化
を最終曲率の１０％以下に設定することにより、パイプ
形状を矯正することを特徴とするベンディングロールに
よるパイプ成形方法。
【請求項３】請求項２に記載の成形方法を、曲げ矯正加
工が無い場合に、ロール曲げ加工の最終パスに適用した
ことを特徴とするベンディングロールによるパイプ成形
方法。
【請求項４】請求項２に記載の成形方法を、仮付溶接前
に曲げ矯正加工を行う場合に、該曲げ矯正加工に適用し
たことを特徴とするベンディングロールによるパイプ成
形方法。
【請求項５】請求項２に記載の成形方法を、仮付溶接後
に曲げ矯正加工を行う場合に、ロール曲げ加工の最終パ
スと曲げ矯正加工の両方に適用したことを特徴とするベ
ンディングロールによるパイプ成形方法。