JP3556694B2 - 管焼入装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、鋼管製造設備において、所定の焼入温度に昇温した鋼管や丸棒などの回転体に焼入を施す管焼入装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
鋼管などに焼入を施す管焼入装置としては、特公昭60−20448号公報に開示されたものがある。図6に特公昭60−20448号公報に記載された従来の管焼入装置を表す概略、図7に外面焼入装置を表す図6のVII−VII断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態、図8に従来の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフを示す。
【0003】
図6及び図7に示すように、床面101上には所定に長さのターニングローラテーブル102が敷設されており、このターニングローラテーブル102には支持する鋼管Pに沿って一対のターニングローラ103〜106が複数組(図示では4組)それぞれブラケット107〜110を介し、共通の回転軸111によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸111の端部は床面101に配置された駆動装置112に駆動連結されている。従って、このターニングローラテーブル102は複数組のターニングローラ103〜106により鋼管Pを周方向回転自在に支持することができる。
【0004】
ターニングローラテーブル102の上方には鋼管Pの全長にわたって冷却水を板状に流下させてその鋼管Pの外面を冷却する外面焼入装置113が設けられている。この外面焼入装置113は冷却水タンク114とこの冷却水タンク114の下部に鋼管Pの長手方向に沿って設けられたノズル115とで構成されており、この冷却水タンク114には図示しない給水装置から冷却水が供給されるようになっている。また、ターニングローラテーブル102の前方には鋼管Pの内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置116が設けられている。この内面焼入装置116は鋼管Pの端部を把持してこの鋼管Pと共に回転自在なクランプ機構117を有すると共に、図示しない給水装置に連結された給水管118が接続されており、給水管118からクランプ機構117を通して鋼管Pの内部に冷却水を給水することができるようになっている。そして、この内面焼入装置116は上下移動機構119によって上下移動自在に支持されており、クランプ機構117とターニングローラテーブル102上の鋼管Pとの高さを合わせることができるようになっている。
【0005】
而して、鋼管Pの焼入を行う場合、この鋼管Pをターニングローラテーブル102上に支持すると共に、クランプ機構117によってこの鋼管Pをクランプする。この状態で冷却水タンク114内の冷却水をノズル115からターニングローラテーブル102上の鋼管Pの全長にわたって流下させることで、この鋼管Pの外面を冷却する。また、給水管118からクランプ機構117を通して鋼管Pの内部に冷却水を給水することで、この鋼管Pの内面を冷却する。更に、駆動装置112によって鋼管Pを回転させることで、鋼管Pの内外面を均一に冷却する。
【0006】
なお、図7に示すように、外径が異なる鋼管PB ,PS の焼入を行う場合、この鋼管PB ,PS の支持高さに合わせて上下移動機構119によって内面焼入装置116(クランプ機構117)を上下移動させることで、このクランプ機構117とターニングローラテーブル102に支持された鋼管PB ,PS の高さとを合わせた後にクランプする。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の管焼入装置の外面焼入装置113において、冷却水タンク114内の冷却水はノズル115からターニングローラテーブル102上の鋼管Pに流下させ、この鋼管Pの外面を冷却している。このとき、鋼管Pに流下された冷却水は、図7に示すように、鋼管Pに衝突してからその外周面に沿って流れながら鋼管Pを冷却することとなる。この場合、冷却水は鋼管Pに流下して衝突する時の流速が大きいほど鋼管Pの外周面に沿って流れる流速も大きくなり、鋼管Pの冷却効率が高い。しかし、鋼管Pに衝突する冷却水の流速が大きすぎると、流下した冷却水は鋼管Pに衝突したときに飛散してしまい、かえって冷却効率が損なわれてしまうこととなる。そのため、鋼管Pの高い冷却効率を得るためには、鋼管Pに衝突するときの冷却水の流速を所定の範囲内に維持する必要がある。
【0008】
図7に示すように、従来の管焼入装置の外面焼入装置113において、冷却水タンク114内のノズル115から流下する冷却水のノズル出口速度をV0 (m/s)、ノズル115から鋼管Pまでの冷却水の落下距離をH(m)、冷却水が鋼管Pに衝突する速度をV(m/s)とすると、これらの関係は下記数式1にて表すことができる。なお、gは重力加速度である。
【0009】
【数1】
【0010】
また、一般に、管焼入装置では複数種類の鋼管Pを取り扱うこととなり、鋼管Pの種類ごとにその外径が異なっている。そのため、従来の管焼入装置の外面焼入装置113では、鋼管Pがターニングローラテーブル102上のターニングローラ103〜106に支持されるようになっており、鋼管Pの外径の大きさが変わると冷却水の落下距離H(m)が変わり、その結果、冷却水の鋼管Pへの衝突速度V(m/s)も変わってしまう。
【0011】
この場合、大径の鋼管PB の外径をDmax 、小径の鋼管PS の外径をDmin とすると共に、大径の鋼管PB までの冷却水の落下距離をHmax 、小径の鋼管PS までの冷却水の落下距離をHmin とすると、両者の落下距離の差ΔHは下記数式2にて表すことができる。
【0012】
【数2】
【0013】
このように大径の鋼管PB の外径Dmax と小径の鋼管PS の外径Dmin の差が大きいほど両者の落下距離の差ΔHが大きくなり、両者の鋼管への衝突速度Vの差も大きくなる。
【0014】
即ち、例1として、小径管製造設備において、大径の鋼管PB の外径を245mm、小径の鋼管PS の外径をDmin を114mmとすると、両者の落下距離の差ΔH1 は、
ΔH1 =245−114=131mm(=0.131m)
となる。
【0015】
また、例2として、中径管製造設備において、大径の鋼管PB の外径を426mm、小径の鋼管PS の外径をDmin を140mmとすると、両者の落下距離の差ΔH2 は、
ΔH2 =426−140=286mm(=0.286m)
となる。
【0016】
例1の場合、落下距離の差ΔH1 =0.131mによる衝突速度の差は冷却性能に対しては無視できる程度であるが、例2の場合、落下距離の差ΔH2 =0.286mが大きくなり、この数値による衝突速度の差は冷却性能に対しては無視することはできず、悪影響を及ぼすものと考えられる。即ち、図8に示すように、冷却水の落下距離Hに対する冷却水の衝突速度Vの冷却性能曲線を図示のように設定した場合、前述した例1の落下距離の差ΔH1 の範囲は狭いが、前述した例2の落下距離の差ΔH2 の範囲は広い。従って、中径管製造設備のような鋼管Pの外径Dが広範囲に適用できる設備にあっては、冷却性能に問題が発生してしまう。
【0017】
本発明はこのような問題点を解決するものであって、良好な冷却性能を得ることができる管焼入装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の管焼入装置は、搬入された被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルと、該支持テーブルの上方に配置されて前記被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させて該被焼入管の外周を冷却する外面焼入装置と、前記被焼入管の一端を把持可能であると共に該被焼入管と共に回転可能な把持具を有して該把持具を通して該被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置と、前記支持テーブルを上下移動自在に支持して前記内面焼入装置の把持具の軸心と前記支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に前記外面焼入装置から前記支持テーブル上の前記被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置とを具えたことを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明の管焼入装置は、請求項1記載の管焼入装置において、内面焼入装置は、本体フレームに回転自在支持され、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結される一方、他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を有することを特徴とするものである。
【0020】
【作用】
被焼入管は支持テーブル上に周方向回転自在に支持され、外面焼入装置により被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させてこの被焼入管の外面を冷却すると共に、内面焼入装置の把持具により被焼入管の一端が把持されて回転した状態で把持具を通してこの被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する。このとき、上下調整装置により支持テーブルを上下移動させ、支持テーブル上に支持された被焼入管の軸心を内面焼入装置の把持具の軸心と一致させて保持することで、焼入処理する被焼入管の外径の変化に対して、外面焼入装置における冷却水の流下距離の変化量は少なくなって冷却性能の低下はほとんどない。
【0021】
また、内面焼入装置において、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結されて他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体は本体フレームに回転自在支持されることで、装置が小型軽量化される。
【0022】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。
【0023】
図1に本発明の一実施例に係る管焼入装置を表す概略、図2に外面焼入装置を表す図1のII−II断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態、図3に内面焼入装置を表す断面、図4に外面焼入装置の冷却水タンクを表す概略、図5に本実施例の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフを示す。
【0024】
図1及び図2に示すように、本実施例の管焼入装置において、所定に長さのターニングローラテーブル11は床面12の上方に位置しており、床面12に配置された2つの上下調整装置13,14によって上下に移動自在に支持され、この上下調整装置13,14には駆動装置15が連結軸16によって駆動連結されている。このターニングローラテーブル11には支持する鋼管Pに沿って一対のターニングローラ17〜20が複数組(本実施例では4組)それぞれブラケット21〜24を介し、共通の回転軸25によって回転自在に取付けられている。そして、この回転軸25の端部は床面12に配置された駆動装置26の駆動軸27に連結軸28及び自在継手29,30を介して駆動連結されている。従って、鋼管Pはターニングローラテーブル11の複数組のターニングローラ17〜20により周方向回転自在に支持され、上下調整装置13,14により所定の高さに位置決め調整することができる。
【0025】
ターニングローラテーブル11の上方には鋼管Pの全長にわたって冷却水を板状に流下させてその鋼管Pの外面を冷却する外面焼入装置31が設けられている。この外面焼入装置31は冷却水タンク32とこの冷却水タンク32の下部に鋼管Pの長手方向に沿って設けられたノズル33とで構成されており、冷却水タンク32には図示しない給水装置から冷却水が供給されるようになっている。
【0026】
また、ターニングローラテーブル11の前方には鋼管Pの内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置34が床面12に設置されている。この内面焼入装置34は鋼管Pの端部を把持するクランプ機構としての把持具35とこの把持具35によって把持された鋼管Pと共に回転自在な回転円筒体36と図示しない給水装置に連結された給水管37とで構成されており、給水管37から回転円筒体36を通して鋼管Pの内部に冷却水を給水することができるようになっている。
【0027】
即ち、図3に示すように、床面12に設置された本体フレーム38内には回転円筒体36が軸受39によって回転自在に支持されており、この回転円筒体36の一端部には回転継手40によって給水管37が連結され、中空部41にこの送水管37から冷却水を圧送することができる。また、この回転円筒体36の他端部には把持具35のノズル42が連結部としてのキー43をもって嵌合し、回転円筒体36とノズル42及び把持具35は共動して回転できるようになっている。また、本体フレーム38には把持具連結装置として油圧シリンダ44及び拘束レバー45が枢着されており、この拘束レバー45の一端部には油圧シリンダ44の駆動ロッド46が連結され、他端部には把持具35の傾斜面47上を転動自在なローラ48が取付けられている。更に、回転円筒体36の外周部には従動ギア49が一体に形成される一方、本体フレーム38には駆動ギア50を有する駆動モータ51が取付けられており、この駆動ギア50は従動ギア49と噛み合っている。
【0028】
従って、把持具35(ノズル43)にキー43を介して回転円筒体36の端部が密着した状態で、油圧シリンダ44を作動すると、拘束レバー45が回動して先端のローラ48が傾斜面を47を押圧することで、把持具35を回転円筒体36と一体回転可能に連結することができる。そして、この状態で、駆動モータ51を駆動すると、回転円筒体36は把持具35と共に回転し、更に、把持具35が把持した鋼管Pを一体に回転することができる。
【0029】
なお、この把持具35によるクランプ機構の構造を含む外面焼入装置31の構成については、すでに出願人が、特願平5−169922号として出願しており、詳細はこの出願明細書を参照されたい。
【0030】
また、図4に示すように、外面焼入装置31において、冷却水タンク32の下面にはブラケット52によりノズル33から流下する冷却水の流路を切り換える切換レバー53が回転自在に取付けられ、油圧シリンダ54によって作動することができるようになっている。
【0031】
而して、鋼管Pの焼入処理を行う場合、図1及び図2に示すように、この鋼管Pをターニングローラテーブル11のターニングローラ17〜20上に支持して把持具35によってこの鋼管Pをクランプする。このとき、予め、上下調整装置13,14によりターニングローラテーブル11を上下移動させてその高さが調整され、ターニングローラ17〜20上に支持された鋼管Pの軸心は把持具35の軸心と一致するように位置決めされている。従って、外径が異なる鋼管PB ,PS の焼入を行う場合であっても、上下調整装置13,14によりこの鋼管PB ,PS を上下移動調整することで、把持具35に把持された鋼管PB ,PS の軸心の高さ位置は常時一定の高さ位置となる。
【0032】
この状態で駆動モータ51を駆動して回転円筒体36及び把持具35を介して鋼管Pを回転すると共に、駆動装置26を駆動して各ターニングローラ17〜20を回転することで、回転状態にある鋼管Pを支持する。そして、外面焼入装置31において、冷却水タンク32内の冷却水をノズル33からターニングローラテーブル11上の鋼管Pの全長にわたって流下させることで、この鋼管Pの外面を冷却する。また、内面焼入装置34において、給水管37から回転円筒体36及び把持具35を通して鋼管Pの内部に冷却水を給水することで、この鋼管Pの内面を冷却する。このようにして回転している鋼管Pの外面及び内面に給水することで、この鋼管Pの内外面を均一に冷却することができる。
【0033】
鋼管Pの内外面の所定時間給水して鋼管Pの冷却が完了すると、外面焼入装置31及び内面焼入装置34の給水を停止すると共に鋼管Pの回転も停止する。そして、把持具35による鋼管Pの把持も解除し、焼入処理が完了した鋼管Pを搬出する。
【0034】
このように本実施例の管焼入装置にあっては、上下調整装置13,14によりターニングローラテーブル11を上下移動させ、ターニングローラ17〜20に支持された鋼管Pの軸心を把持具35の軸心と一致するように位置調整することができ、図2に示すように、外径が異なる鋼管PB ,PS の焼入を行う場合であっても、上下調整装置13,14によりこの鋼管PB ,PS を上下移動調整することで、把持具35に把持された鋼管PB ,PS の軸心の高さ位置は常時一定の高さ位置となる。
【0035】
従って、本実施例の管焼入装置によれば、従来技術にて例2として説明した中径管製造設備において、大径の鋼管PB の外径を426mm、小径の鋼管PS の外径をDmin を140mmとしたときの両者冷却水の落下距離の差ΔH3 は、
ΔH3 =(426−140)/2=143mm(=0.143m)
となる。前述した従来例2の場合、落下距離の差ΔH2 =0.286mが大きくなり、この衝突速度の差が冷却性能に対して悪影響を及ぼしていたが、本実施例の場合、落下距離の差ΔH3 =0.143mと半減して衝突速度の差は冷却性能に対しては無視できる程度となる。即ち、図5に示すように、冷却水の落下距離Hに対する冷却水の衝突速度Vの冷却性能曲線を図示のように設定した場合、本実施例の落下距離の差ΔH3 の範囲は狭く、中径管製造設備のような鋼管Pの外径Dが広範囲に適用できる設備であっても、冷却性能に問題が発生することはない。
【0036】
なお、本実施例の管焼入装置にあっては、鋼管Pの外径が異なる場合、図3に示すように、把持具35におけるノズル42内の図示しない芯管を別のものと交換することでいずれの外径の鋼管Pであっても対応することができるようになっている。この場合、油圧シリンダ44を作動して拘束レバー45を回動させることで、把持具35の拘束を解除して取外す。そして、ノズル42の芯管を交換して再び把持具35を装着すれば良いものである。
【0037】
また、本実施例の管焼入装置にあっては、鋼管Pを把持する把持具35を回転円筒体36に対して着脱自在とし、鋼管P(回転円筒体36、ノズル42)の回転時に油圧シリンダ44等は回転することがなく、高い強度が不要となって小型化が可能となり、油圧シリンダ44の作動油の漏れ等のトラブルもなくなって配管系統が簡素化される。
【0038】
なお、上述の実施例において、上下調整装置13,14を駆動装置15によって駆動するようにしたが、この駆動方法は、ウォームホイールによるジャッキ方式やリンク方式、くさび方式などいずれの方法であってもよい。また、ターニングローラテーブル11を一体式として上下調整装置13,14により上下移動自在支持したが、ターニングローラ17〜20ごとに分割して設けてもよい。更に、回転円筒体36と把持具35とを一体回転可能に連結する連結部としてのキー43を設けたが、これに限らず、例えば、セレーション嵌合としてもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上、実施例を挙げて詳細に説明したように本発明の管焼入装置によれば、被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルを設け、その支持テーブルの上方に被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させてその被焼入管の外面を冷却する外面焼入装置を配置すると共に、被焼入管の一端を把持可能でその被焼入管と共に回転自在な把持具を通して被焼入管の内部に冷却水を供給して内面を冷却する内面焼入装置を配置し、支持テーブルを上下移動自在に支持して内面焼入装置の把持具の軸心と支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に外面焼入装置から支持テーブル上の被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置を設けたので、上下調整装置により支持テーブルを上下移動させて支持テーブル上の被焼入管の軸心を内面焼入装置の把持具の軸心と一致させることで、焼入処理する被焼入管の外径の変化に対して外面焼入装置における冷却水の流下距離の変化量は少なく、冷却性能の低下はほとんどなくなって良好な冷却性能を得ることができる。
【0040】
また、本発明の管焼入装置によれば、内面焼入装置において、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結されて他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を本体フレームに回転自在支持したので、装置を小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る管焼入装置を表す概略図である。
【図2】外面焼入装置を表す図1のII−II断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態図である。
【図3】内面焼入装置を表す断面図である。
【図4】外面焼入装置の冷却水タンクを表す概略図である。
【図5】本実施例の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフである。
【図6】従来の管焼入装置を表す概略図である。
【図7】外面焼入装置を表す図6のVII−VII断面であって大径及び小径の鋼管を焼入状態図である。
【図8】従来の管焼入装置における冷却水の落下速度に対する衝突速度を表すグラフである。
【符号の説明】
11 ターニングローラテーブル
13,14 上下調整装置
15 駆動装置
17〜20 ターニングローラ
31 外面焼入装置
32 冷却水タンク
33 ノズル
34 内面焼入装置
35 把持具
36 回転円筒体
37 給水管
38 本体フレーム
45 拘束レバー
51 駆動モータ
Claims (2)
- 搬入された被焼入管を周方向回転自在に支持する支持テーブルと、該支持テーブルの上方に配置されて前記被焼入管の全長にわたって冷却水を板状に流下させて該被焼入管の外周を冷却する外面焼入装置と、前記被焼入管の一端を把持可能であると共に該被焼入管と共に回転可能な把持具を有して該把持具を通して該被焼入管の内部に冷却水を給水して内面を冷却する内面焼入装置と、前記支持テーブルを上下移動自在に支持して前記内面焼入装置の把持具の軸心と前記支持テーブル上の被焼入管の軸心とを一致させると共に前記外面焼入装置から前記支持テーブル上の前記被焼入管の軸心までの距離を被焼入管の径に拘らず一定にする上下調整装置とを具えたことを特徴とする管焼入装置。
- 請求項1に記載の管焼入装置において、内面焼入装置は、本体フレームに回転自在に支持され、一端が把持具と連結部を介して連結装置により一体回転可能に連結される一方、他端が給水管と回転自在に連結される回転円筒体を有することを特徴とする管焼入装置。
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