JP3781761B2 - テーパ鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、テーパ鋼管の製造方法に関し、特に、長尺の鋼管（パイプ）をテーパ鋼管に加熱雰囲気下で塑性加工する際、材料の歩留まりと加工時間の短縮を図ることのできる、テーパ鋼管の製造方法に関する。

従来の長尺の鋼管（パイプ）をテーパ鋼管に製造する際に用いるテーパ鋼管加工機の概略を図６に示す。
このテーパ鋼管加工機４０は、テンション側回転機構台４１及び駆動側回転機構台４２、並びにテンション側回転機構台４１と駆動側回転機構台４２の間に配設した絞り加工装置Ｓ及び加熱装置Ｈからなる。
パイプ素材Ｗを把持するパイプ材把持装置５０Ａ、５０Ｂは、テンション側回転機構台４１と駆動側回転機構台４２のそれぞれの先端に配備され、モータＭ等の駆動手段により回転するマンドレル５４に被加工物であるパイプ素材Ｗを嵌め、マンドレル５４の先端に穿孔したピン挿入孔に素材Ｗに穿孔した孔とをあわせてピン５１を挿入し、回転時にピン５１が抜け落ちるのを防止するためのピン抜け防止リング５２をボルト５３等の固定手段によって固定することによって把持するものである。

把持されたパイプ素材Ｗは、同期駆動制御機構（図示省略）によってテンション側回転機構台４１と駆動側回転機構台４２を同一方向に駆動させるか、いずれか一方のみを回転させ他方は従動させてもよく、テンション側回転機構台４１によってパイプ素材Ｗに張力を付与し、駆動側回転機構台４２は制動させながら図例左側（図６（ａ）参照）に移行する。
パイプ素材Ｗは、加熱装置Ｈ内のヒーターｈによって数百℃まで加熱され、周知の絞り加工装置Ｓに配備された絞りローラＲによって絞り加工を行い、テーパ鋼管が製作される（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、このパイプ材把持装置５０Ａ、５０Ｂでは、パイプ素材の両端を保持する回転機構にパイプ素材Ｗを取り付ける際に作業者が手作業で行う必要があり、特にテンション側回転機構台４１にパイプ素材Ｗの先端（パイプ成形始端側端）を取り付けるときにその取付部分を一旦絞り加工装置Ｓを抜き出る所まで移行させて連結ピン５１を挿入した後加熱装置ＨをＯＮ作動させる必要があり、連結作業中は加熱装置Ｈによる加熱を行うことができない。また、パイプ素材Ｗの端管において６００〜９００ｍｍもの加工不能箇所Ｌ（図６（ａ）参照）が発生するといった歩留まりの悪さと手作業取付によるサイクルタイムが長時間になるという問題があった。
特開２００２−１９２２２５号

本発明は、上記従来のパイプ材把持装置を用いたテーパ鋼管の製造方法の有する問題点に鑑み、パイプの把持作業を自動化させ、パイプ素材の歩留まりを向上させるとともに、テーパ鋼管の加工時間を短時間にすることのできるテーパ鋼管の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、走行駆動手段によって軸方向に移行する駆動側回転機構台に、鋼管の後端（パイプ成形終了端側）を軸回転手段により回転駆動されるように取り付けた後、駆動側回転機構台を、加熱器及び絞り加工装置を挟んで該絞り加工装置の出口側に待機している、走行駆動手段によって軸方向に移行するテンション側回転機構台側に移行させることによって、鋼管の先端側（パイプ成形始端側）より加熱装置を通過させて鋼管を移送しながら加熱し、前記待機中のテンション側回転機構台に配設した把持装置により鋼管の先端を回動自在に把持し、テンション側回転機構台を走行駆動手段により移行することによって鋼管を順次移送するとともに、鋼管を回動させながら鋼管周面に絞り加工装置の絞りローラを当接して鋼管をテーパ加工することを特徴とする。

この場合において、テンション側回転機構台を走行駆動手段により移行することによって鋼管を順次移送する際に、駆動側回転機構台により鋼管に対して引止力（パイプの移行方向とは逆方向の引張力）を付与するようにすることができる。

さらに、この場合において、パイプの管端を挟持する内径把持体と、外径把持体とを備え、内径把持体及び外径把持体をそれぞれ押圧することによって内径把持体と外径把持体との間隔を狭める押圧手段とを備えた把持装置を使用することができる。

本発明のテーパ鋼管の製造方法によれば、テンション側回転機構台に配設した把持装置により鋼管の先端を人手によらず自動的に把持することができるので駆動側回転機構台によるパイプ移行時に成形始端側からパイプを加熱しながらパイプを移送することができ、加工のサイクルタイムを大幅に短縮することができるとともに、把持装置によってパイプ素材の成形始端側を把持した後に直ちに絞り加工を開始することができることから加工不能箇所を大幅に少なくして材料の歩留まりを向上することができるテーパ鋼管の製造方法を提供することができる。

また、テンション側回転機構台を走行駆動手段により移行することによって鋼管を順次移送する際に、駆動側回転機構台により鋼管に対して引止力（パイプの移行方向とは逆方向の引張力）を付与するときは、鋼管に移行方向の張力及びその反対方向の張力が加わり、その張力差による負荷が鋼管に与えられ、絞り加工の際の良好な肉流れを生じさせることができる。

また、パイプの管端を挟持する内径把持体と、外径把持体とを備え、内径把持体及び外径把持体をそれぞれ押圧することによって内径把持体と外径把持体との間隔を狭める押圧手段とを備えた把持装置を使用するときは、パイプの管端を確実かつ強固に把持することができる。

以下、本発明のテーパ鋼管の製造方法の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明のテーパ鋼管の製造方法の概略を示す。
このテーパ鋼管の製造方法に用いるテーパ鋼管加工機１は、長尺のパイプ素材Ｗをテーパ鋼管に加熱雰囲気下で塑性加工するもので、架体４上に載置するテンション側回転機構台２と、架体５上に載置する駆動側回転機構台３と両架体４、５間に配設する絞り加工装置Ｓと加熱装置Ｈからなり、テンション側回転機構台２、駆動側回転機構台３は、それぞれ走行駆動手段２ａ、３ａを配設し、架体４、５上を軸方向に移行可能に構成する。走行駆動手段２ａ、３ａの構成は特に限定されるものではないが、サーボモータや油圧モータ等によって回転するピニオンを、両架体４、５上に敷設したラックに噛み合わせてテンション側回転機構台２、駆動側回転機構台３を移行させるように構成することが好ましい。

駆動側回転機構台３には軸回転手段３ｂを配設し、パイプ素材Ｗを回転駆動させる。テンション側回転機構台２には、同期駆動制御機構（図示せず）によって回動手段を設けてもよいが、ベアリングなどによって回動自在に支持し、単に従動するように構成することが好ましい。

テンション側回転機構台２の先端には送られてくるパイプ素材Ｗを人手によらず自動的に固定するための把持装置７０を配設する。

この把持装置７０は、図２〜５に示すように、外径把持体７３と内径把持体７４を個別の押圧手段７５、７６によって押圧するように構成したもので、荷重が２０トン程度かかるテンション側回転機台２の主軸先端（図示省略）にボルト等の固定手段で取り付けられ、パイプ素材Ｗを把持するもので、パイプ素材Ｗを把持する外径把持体７３と内径把持体７４、それぞれの把持体を押圧する押圧手段７５、７６、及び外径把持体７３を外側から規制する外径ホルダ７１と内径把持体７４を内側から規制する内径ホルダ７２との主要構成要素からなる。

外径把持体７３は、その先端内面に爪７３ａを備え、先端外面７３ｂを傾斜面として構成し、押圧部材７５の先端に連設されるジョイント７７と、該ジョイント７７から突設された複数本の連接柱７９ａと、該連接柱７９ａの先端に連結した面板８０を介して軸方向に進退可能に配設されるとともに、面板８０に対してパイプ素材Ｗの軸方向と直角方向（半径方向）に移行可能に取り付けられる。面板８０の先端には外径把持体７３を外側に配設された外径ホルダ７１の頭部傾斜面７１ａ側に付勢するバネ８０ａを備えるためのバネケース８０ｂを配設する。
また、外径把持体７３は、有底筒状で軸方向に切り欠き部分を形成した一体品を使うことができるほか、周方向に複数個分割して配設するように構成してもよく、本実施例では図３に示すように周方向に６分割した例を示す。外径ホルダ７１には、後述する内径把持体７４の爪７４ａの取り替えの際に爪７４ａの固定ボルトＢを外すために隣り合う外径把持体７３の間に位置する箇所に孔７１ｃを穿孔している。そして内径把持体７４の爪７４ａの交換時には、押圧部材７５、７６を操作して孔７１ｃと固定ボルトＢとの位置を同じ位置にしておき、孔７１よりドライバ（図示省略）を挿入して固定ボルトＢを孔７１ｃより抜き出す。孔７１ｃには、運転中はピン８３を嵌め込み外径ホルダ７１の傾斜面である内面よりも若干突設させて外径把持体７３の周方向への回転を規制するように構成する。ピン８３は外径ホルダ７１の端面側よりボルト等の固着手段で固定されている。

内径把持体７４は、その先端に爪ホルダ７４ｂを備えるとともに、該爪ホルダ７４ｂの外面に接離可能に爪７４ａを備え、爪ホルダ７４ｂの内面７４ｃを傾斜面として構成し、押圧部材７６の先端に連設されるジョイント７８と、該ジョイント７８に連接柱７９ｂを突設するための面板８２と、該面板８２に複数本立設した連接柱７９ｂ先端に連結したスライド８１を介して軸方向に進退可能に配設されるとともに、スライド８１に対して軸方向と直角方向（半径方向）に移行可能に取り付けられる。スライド８１には、内径把持体７４の内面７４ｃを、内径把持体７４の内側に配設された内径ホルダ７２の先端に配備した円錐台状の内径チャック用ガイド７２ａに付勢するバネ８２ａを押さえるためのバネ押さえ８２ｂを配設する。
また、内径把持体７４も、有底筒状で軸方向に切り欠き部分を形成した一体品を使うほか、周方向に複数個分割して配設するように構成してもよく、本実施例では図３に示すように周方向に６分割した例を示す。

内径ホルダ７２は、円盤状の底板７２ｂと該底板７２ｂの中心部分から延設され、外径把持体を取り付ける面板８０と、内径把持体を取り付けるスライド８１とを摺動可能に嵌め込む軸部７２ｃと、軸部７２ｃの先端にボルトなどの固着手段で取り付る前述した内径チャック用ガイド７２ａからなる。底板７２ｂと軸部７２ｃは一体構造である必要はなく、底板７２ｂの中心に軸部７２ｃをボルトなどで固定するように構成してもよい。
底板７２ｂには、連接柱７９ａ、７９ｂを通すための孔を連接柱７９の位置に合わせて穿孔する。
また、底板７２ｂは、主軸側にベアリングなどを介して回動自在に取り付けた連結管８４にボルトなどの固着手段で固着する。連結管８４には周方向に複数箇所設けた切り欠き部分８４ａを形成し、該切り欠き部分８４ａから前述した外径ホルダ７１をボルト等の固定手段で底板７２ｂの外周に取り付ける。底板７２ｂから外径ホルダ７１を取り外すことによって爪部分が摩耗などした外径把持体７３の交換を行うことができる。切り欠き部分８４ａは、常時は蓋部材８４ｂによって覆われている。

次に、外径把持体７３と内径把持体７４と押圧部材７５、７６とを連結するジョイント７７、７８について説明する。ジョイント７７、７８は、図２に示すＸ−Ｘ断面線で段取り替えのときのために分割される構造で、外径継手８５と内径継手８６によって連結される。
ジョイント７８は、軸前部７８ａと軸後部７８ｂからなり、軸前部７８ａと軸後部７８ｂにはそれぞれＴ型の切り欠き溝を形成している。軸前部７８ａと軸後部７８ｂを突き合わせた状態では対面する部分にＨ型の切り欠き部７８ｃが形成されている（図４（ｂ）参照）。円筒材料の側面を小判状に切り欠き、前記Ｈ型の切り欠き部７８ｃに嵌合する溝部８６ａを形成した内径継手８６によって連結される。
ジョイント７７は、内部にジョイント７８の通過を許容する中空形状で把持体側の面板前部７７ａと面板後部７７ｂからなり、ジョイント７８と同様、面板前部７７ａと面板後部７７ｂの対面側にはそれぞれＴ型の切り欠き溝を形成することにより、面板前部７７ａと面板後部７７ｂを突き合わせた状態で対面する部分にはＨ型の切り欠き部７７ｃが形成される（図４（ｂ）参照）。ジョイント７７の中空部分と同形状の半円形の切り欠き部８５ｂ、８５ｂと、前記Ｈ型の切り欠き部７７ｃに嵌合する溝部８５ａを形成した対となる外径継手８５−１、８５−２によって連結される。

内径継手８６は一対の外径継手８５−１、８５−２に抱持されて嵌合状態が維持される。外径継手８５−１、８５−２の外端にはジョイント７７の周面をボルトなどの固着手段により連結管８４に固着される平板状のカバー８７を配置して、把持装置７０の回転時における外径継手８５−１、８５−２の抜け止めと押圧手段７５の作動力伝達機能を可能にしている。

外径把持体７３に連接される面板７７と内径把持体７４に連接される面板７８を軸方向に進退せしめる押圧手段７５、７６は、主軸先端にロータリジョイント等で配設される押圧装置（図示省略）によって駆動されるもので、その構成は特に限定されるものではなく油圧式、電気式であっても構わない。

駆動側回転機構台３側におけるパイプ素材の連結には、従来と同様の人手によるピン挿入式連結方式を採用することもできるが、片側とはいえ人手により固定によるサイクルタイムのロスが発生するため上述した把持装置７０を配設することが好ましい。

次に、上記構成のテーパ鋼管加工機１を用いて行う本発明のテーパ鋼管の製造方法を説明する。

まず、図１（ａ）に示すように、パイプ素材Ｗのパイプ成形終端側をローダ機構（図示省略）や人手によって駆動側回転機構台３の把持装置７０に取り付ける。このとき、テンション側回転機構台２は図１（ａ）の位置又は図１（ｂ）の位置で待機する。絞り加工装置Ｓの絞りローラＲは軸芯６よりも離れた位置で待機する。

次に、駆動側回転機構台３の軸回転手段３ｂを低速で回転させながら走行駆動手段３ａによって駆動側回転機構台３を図例左側に移行させる。軸回転手段３ｂを低速で回転さるのは、テンション側回転機構台２側でパイプ素材Ｗを把持し、絞り加工に移行するときに軸回転を短時間で所定の高速回転に到達させるために行うものであり、テンション側回転機構台２側でパイプ素材Ｗのパイプ成形始端側を把持してから軸回転手段３ｂによる回転駆動を開始してもよい。

走行駆動手段３ａによって左方向に移行する駆動側回転機構台３に取り付けられているパイプ素材Ｗのパイプ成形始端側の先端が加熱装置Ｈに入ったとき、加熱装置Ｈに通電を開始する。これによりテンション側回転機構台２側でパイプ素材Ｗのパイプ成形始端側を把持した後に直ちに絞り加工を開始することができる。
加熱装置Ｈを通過したパイプ素材Ｗの先端は、絞り加工装置Ｓの出口側に待機させたテンション側回転機構台２先端に配設した把持装置７０によって把持される（図１（ｂ）参照）。

パイプ素材Ｗの先端がテンション側回転機構台２に配設した把持装置７０によって把持されたとき、駆動側回転機構台３の走行駆動手段３ａを停止し、軸回転手段３ｂによって高速にパイプ素材Ｗを回転させるとともに、テンション側回転機構台２の走行駆動手段２ａによって図例左側に引張力を付与し鋼管を順次移送しながら絞り加工装置Ｓの絞りローラＲをパイプ素材Ｗの周面に当接し縮管（絞り加工）を開始する。

テンション側回転機構台２を走行駆動手段２ａにより移行することによってパイプ素材Ｗを順次移送する際に、絞りローラＲによって加工されるパイプ素材Ｗに対して引張力を付与することができる。本発明者らの実験によると、パイプ素材の両端に走行駆動手段２ａによるＡ方向（図１（ｃ）参照）の引張力を約２０ｔ、走行駆動手段３ａによる引止力（Ｂ方向の引張力（図１（ｃ）参照））を約５ｔ付加させて絞り加工を行うことによって長尺の鋼管（パイプ）をテーパ鋼管に加熱雰囲気下で塑性加工する際に、１回の操作で良好な塑性加工を行うことができる。
なお、引張力や引止力は、パイプサイズや肉厚等の変更に対応して付加力が変わることはいうまでもない。

駆動側回転機構台３の先端に配設した把持装置７０が加熱装置Ｈを通過し、絞り加工装置ＳのローラＲによって、把持装置７０に把持されたパイプ素材Ｗの把持装置７０近傍まで絞り加工がなされたとき絞り加工は終了する（図１（ｃ）参照）。

絞り加工が終了した後、駆動側回転機構台３の先端に配設した把持装置７０の把持を開放し、絞りローラＲも原点位置（パイプ素材Ｗの周面に当接しない位置）まで復帰する。
そして、テンション側回転機構台２を走行駆動手段２ａによりパイプ素材Ｗの後端（パイプ成形終端の側端）を絞り加工装置Ｓから外れる位置まで移行させる（図１（ｄ）参照）。

その後、適宜アンローダ機構（図示省略）で絞り加工がなされた鋼管を掴み、テンション側回転機構台２の先端に配設した把持装置７０の把持を開放して鋼管を次行程に送る。このとき、駆動側回転機構台３は図１（ａ）（ｄ）に示す位置まで復帰させておき、次に加工するパイプ素材Ｗをローダ機構（図示省略）や人手によって駆動側回転機構台３の把持装置７０に取り付け、以後上述した手順を繰り返す。

以上、本発明のテーパ鋼管の製造方法について、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

以上、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、自動で簡単にパイプ素材の把持を行うことができる把持装置を有するテーパ鋼管加工機を用いることによってテーパ鋼管を製造するという特性を有していることから、新規の設備でテーパ鋼管の製造に用いることができるほか、例えば、既存のテーパ鋼管加工機においても把持装置を取り替えることによって用いることができる。

本発明のテーパ鋼管の製造方法の概略図である。 本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いるテーパ鋼管製造機のパイプ材把持装置の実施例の一部断面の正面図である。 本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いるテーパ鋼管製造機のパイプ材把持装置の実施例の側面図である。 （ａ）は、図２におけるＸ−Ｘ断面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。 外径継手と内径継手の外観を示す斜視図である。 従来のテーパ鋼管の製造方法を説明する概略図で、（ａ）はパイプ材把持装置を装備するテーパ鋼管製造装置の全体図を、（ｂ）はそのテーパ鋼管製造装置に用いられるパイプ材把持装置の一部断面の正面図を示す。

符号の説明

１ テーパ鋼管加工機
２ テンション側回転機構台
２ａ 走行駆動手段
３ 駆動側回転機構台
３ａ 走行駆動手段
３ｂ 軸回転手段
７０ 把持装置
７３ 外径把持体
７４ 内径把持体
７５ 押圧手段
７６ 押圧手段
Ｓ 絞り加工装置
Ｒ 絞りローラ
Ｈ 加熱装置

Claims (3)

1. 走行駆動手段によって軸方向に移行する駆動側回転機構台に、鋼管の後端を軸回転手段により回転駆動されるように取り付けた後、駆動側回転機構台を、加熱器及び絞り加工装置を挟んで該絞り加工装置の出口側に待機している、走行駆動手段によって軸方向に移行するテンション側回転機構台側に移行させることによって、鋼管の先端側より加熱器を通過させて鋼管を移送しながら加熱し、前記待機中のテンション側回転機構台に配設した把持装置により鋼管の先端を回動自在に把持し、テンション側回転機構台を走行駆動手段により移行することによって鋼管を順次移送するとともに、鋼管を回動させながら鋼管周面に絞り加工装置の絞りローラを当接して鋼管をテーパ加工することを特徴とするテーパ鋼管の製造方法。
2. テンション側回転機構台を走行駆動手段により移行することによって鋼管を順次移送する際に、駆動側回転機構台により鋼管に対して引止力を付与するようにしたことを特徴とする請求項１記載のテーパ鋼管の製造方法。
3. パイプの管端を挟持する内径把持体と、外径把持体とを備え、内径把持体及び外径把持体をそれぞれ押圧することによって内径把持体と外径把持体との間隔を狭める押圧手段とを備えた把持装置を使用することを特徴とする請求項１又は２記載のテーパ鋼管の製造方法。

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