JP4393543B2 - テーパ鋼管加工機 - Google Patents

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本発明は、テーパ鋼管加工機に関し、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した後のテーパ鋼管を回転機構台の把持装置から取り外す取外構造を有するテーパ鋼管加工機に関する。
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4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パイプ素材Wに穿孔した孔とをあわせて連結ピン51を挿入し、回転時に連結ピン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4(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、連結ピン51を挿入してマンドレル54にパイプ素材Wを連結することから、パイプ素材Wの両端を保持する回転機構台41、42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、パイプ素材Wの先端をパイプ材把持装置50Aに連結する作業中は加熱装置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(成形始端側)において600〜900mmもの加工不能箇所L(図4(a)参照)が発生するといった歩留まりの悪さと手作業取り付け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。
このため、本発明者等がパイプの把持作業を自動化させ、パイプ素材W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案している。
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、図5に示すように、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とからなり、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したものである。
そして、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70aを配設する。
この把持装置70aは、図6〜図7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構台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。
次に、上記構成のテーパ鋼管加工機1を用いて行うテーパ鋼管の製造方法を説明する。
まず、図5(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70bに取り付ける。このとき、テンション側回転機構台2は図5(a)の位置又は図5(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から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を低速で回転するのは、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によって図例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70aによって把持される(図5(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70a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、係る引張力として、パイプ素材Wの両端に走行駆動手段2aによるA方向(図5(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5(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。
駆動側回転機構台3の先端に配設した把持装置70b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70bに把持されたパイプ素材Wが把持装置70b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5(c)参照)。
そして、先に駆動側回転機構台3の把持装置70bの押圧手段75、76を緩め、テーパ鋼管の一端を取り外し(図5(d)参照)、ついで、テンション側回転機構台2の把持装置70aから他端を取り外すようにしている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−192225号 特開2006−110616号
しかし、このテーパ鋼管加工機1を用いて行うテーパ鋼管の製造方法は、加工後のパイプ素材Wを取り外す際に、押圧手段75、76によって外径把持体73及び内径把持体74を引き戻して取り外すものであるが、駆動側回転機構台3によって生じる約5tの引張力とテンション側回転機構台2によって生じる約20tの引張力とが、それぞれ把持装置70a、70bの外径把持体73及び内径把持体74とパイプ素材Wとのクランプ面に生じ、加工後においても、外径把持体73及び内径把持体74の把持面がクランプ面にかみ込んだ状態となっている。
そのため押圧手段75、76による引き戻し力として、それに打ち勝つだけの力が必要となり、例えば、把持装置70aの押圧手段75、76としてシリンダを使用する場合、非常に大型のシリンダが必要となるという問題があった。
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後におけるテーパ鋼管を取り外す際の問題点に鑑み、把持装置の押圧手段に使用する機器を小型化しても加工後のパイプ素材を良好に取り外すことのできるテーパ鋼管加工機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加工機は、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配設した把持装置により鋼管の後端を回転自在に取り付けるとともに、駆動側回転機構台をテンション側回転機構台側に移行することによって、絞り加工装置の出口側に待機させた、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に配設した把持装置により鋼管の先端を回転自在に取り付け、鋼管を回転させながら順次移動させ、絞り加工装置の絞りローラによって鋼管にテーパ加工を施すテーパ鋼管加工機において、前記駆動側回転機構台及びテンション側回転機構台に配設した把持装置のうち、少なくとも一方の把持装置を、鋼管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とし、前記テーパ加工の終了後、把持装置と鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台を動かしながら、前記把持装置の内径把持体及び外径把持体の押圧を解除するように押圧手段を作動させ、テーパ鋼管の一端を把持装置から取り外すように構成されたテーパ鋼管の取外構造を有することを特徴とする。
この場合において、前記駆動側回転機構台及びテンション側回転機構台に配設した把持装置の両方を、鋼管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とし、前記テーパ鋼管の一端を把持装置から取り外した後に、テーパ鋼管の移動を拘束する拘束機構によってテーパ鋼管の移動を拘束し、把持装置と鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台を動かしながら、前記把持装置の内径把持体及び外径把持体の押圧を解除するように押圧手段を作動させ、テーパ鋼管の他端を把持装置から取り外すように構成されたテーパ鋼管の取外構造を有することができる。
本発明のテーパ鋼管加工機によれば、テーパ鋼管の取り外しの際に、把持装置と鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台を動かしながら、前記把持装置の内径把持体及び外径把持体の押圧を解除するように押圧手段を作動させてテーパ鋼管を取り外すようにしたから、把持装置の押圧手段に使用する機器を小型化することのできるテーパ鋼管加工機を提供することができる。
また、前記駆動側回転機構台及びテンション側回転機構台に配設した把持装置の両方を鋼管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とし、前記テーパ鋼管の一端を把持装置から取り外した後に、テーパ鋼管の移動を拘束する拘束機構によってテーパ鋼管の移動を拘束するようにしたときは、テーパ鋼管の一端を取り外した後に、鋼管の他端を取外構造によって取り外すことができる。
以下、本発明のテーパ鋼管加工機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図1〜図2に、本発明のテーパ鋼管加工機を使用したテーパ鋼管の取外方法の概略(取り付けからテーパ加工を含めた一連の工程)を示す。
このテーパ鋼管加工機1は、走行駆動手段3aによって軸方向に移行する駆動側回転機構台3に配設した把持装置70bにより鋼管の後端を回転自在に取り付けるとともに、駆動側回転機構台3をテンション側回転機構台2側に移行することによって、絞り加工装置Sの出口側に待機させた、走行駆動手段2aによって軸方向に移行するテンション側回転機構台2に配設した把持装置70aにより鋼管の先端を回転自在に取り付け、鋼管を回転させながら順次移動させ、絞り加工装置Sの絞りローラRによって、従来例と同様、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ようにしたもので、少なくとも一方の把持装置70a、70bに、図3、図6に示すように、鋼管の管端を挟持する内径把持体74と、外径把持体73とを備え、内径把持体74及び外径把持体73をそれぞれ押圧することによって内径把持体74と外径把持体73との間隔を狭める押圧手段75、76とを備えた把持装置70a、70bとし、テーパ加工の終了後、把持装置70a、70bと鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台2、3を動かしながら、前記把持装置70a、70bの内径把持体74及び外径把持体73の押圧を解除するように押圧手段75、76を作動させ、テーパ鋼管の一端を把持装置70a、70bから取り外すように構成されたテーパ鋼管の取外構造を有するようにしたものである。
そして、従来例と同様、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。
次に、上記構成のテーパ鋼管加工機1を用いて行うテーパ鋼管の取外方法を説明する。
まず、従来例と同様、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70b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から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を低速で回転するのは、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70a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70a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、係る引張力として、パイプ素材Wの両端にそれぞれ走行駆動手段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70b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70bに把持されたパイプ素材Wの把持装置70b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70b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を停止した状態で、駆動側回転機構台3側に配設した把持装置70bからテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を取り外す。
この場合、加工に際して約5tの引止力(B方向の引張力)を図例右側に向かって付加しているため、把持装置と鋼管との間には約5tの引張力が生じることとなる。
その際、上述したように加工時に5tの引止力が生じることにより、外径把持体73及び内径把持体74の把持面によるパイプ素材Wに対する押圧力が、押圧手段75、76によって初期に付加した押圧力よりも増加しており、外径把持体73及び内径把持体74の把持面がパイプ素材Wにかみ込んだ状態となっている。
そのため、駆動側回転機構台3を図2(a)、図3(a)に示すように、図例左側に向かって動かすことによって外径ホルダ71及び内径ホルダ72に押圧力Cを発生させるとともに、把持装置70bの押圧手段75、76によって内径把持体74及び外径把持体73を図例右側に引き戻す引張力C’を発生させ、外径ホルダ71及び内径ホルダ72にかかる押圧力Cを内径把持体74及び外径把持体73にかかる引張力C’に合算してテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を把持装置から取り外すようにしている。
次に、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、拘束機構Kによってテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を拘束する(図2(b)参照)。
そして、駆動側回転機構台3側に配設した把持装置70bからテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を取り外した方法と同様の方法で、テンション側回転機構台2側に配設した把持装置70aからテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を取り外す。
この場合、拘束機構Kによってテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を拘束しているから、テンション側回転機構台2を動かすことによって外径ホルダ71及び内径ホルダ72に押圧力Cを発生させることができる。
その後、適宜アンローダ機構(例えば、拘束機構Kをアンローダ機構として用いることもできる)で両把持装置70a、70bから取り外されたテーパ鋼管(加工したパイプ素材W)を掴み、次工程に送る。
このとき、駆動側回転機構台3は図1(a)、図2(c)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70bに取り付け、以後上述した手順を繰り返す。
以上のように、本実施形態のテーパ鋼管加工機のテーパ鋼管の取外構造では、走行駆動手段2a、3aにより加工時において生じる引張力と逆方向に回転機構台2、3を動かすことで、外径把持体73及び内径把持体74の把持面のパイプ素材Wへのかみ込みを解除することができ、押圧手段75、76による把持装置70a、70bを開放するための動力を縮小又は省略することができるので、押圧手段75、76として使用するシリンダを小型化することができる。
以上、本発明のテーパ鋼管加工機について、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、例えば、駆動側回転機構台に配設する把持装置を従来と同様の人手による挿入式の連結方式を採用することもでき、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加工機は、テーパ鋼管の取り外しに際して、回転機構台の動力を把持装置の把持力の開放に利用することができるという特性を有していることから、把持装置の押圧手段に使用する機器を小型化したテーパ鋼管の製造装置に好適に用いることができる。
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加工機を使用したテーパ鋼管の取外方法の概略図である。 把持装置からテーパ鋼管を取り外す際の一部断面の拡大図である。 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。 従来のテーパ鋼管の製造から取り外しまでの概略図である。 テーパ鋼管製造機のパイプ材把持装置の一部断面の正面図である。 同パイプ材把持装置の側面図である。
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
70a 把持装置
70b 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
C 押圧力
C’ 引張力
S 絞り加工装置
R 絞りローラ
H 加熱装置
K 拘束機構
W パイプ素材

Claims (2)

  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配設した把持装置により鋼管の後端を回転自在に取り付けるとともに、駆動側回転機構台をテンション側回転機構台側に移行することによって、絞り加工装置の出口側に待機させた、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に配設した把持装置により鋼管の先端を回転自在に取り付け、鋼管を回転させながら順次移動させ、絞り加工装置の絞りローラによって鋼管にテーパ加工を施すテーパ鋼管加工機において、前記駆動側回転機構台及びテンション側回転機構台に配設した把持装置のうち、少なくとも一方の把持装置を、鋼管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とし、前記テーパ加工の終了後、把持装置と鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台を動かしながら、前記把持装置の内径把持体及び外径把持体の押圧を解除するように押圧手段を作動させ、テーパ鋼管の一端を把持装置から取り外すように構成されたテーパ鋼管の取外構造を有することを特徴とするテーパ鋼管加工機。
  2. 前記駆動側回転機構台及びテンション側回転機構台に配設した把持装置の両方を、鋼管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とし、前記テーパ鋼管の一端を把持装置から取り外した後に、テーパ鋼管の移動を拘束する拘束機構によってテーパ鋼管の移動を拘束し、把持装置と鋼管との間に生じる引張力の働く方向と逆方向に回転機構台を動かしながら、前記把持装置の内径把持体及び外径把持体の押圧を解除するように押圧手段を作動させ、テーパ鋼管の他端を把持装置から取り外すように構成されたテーパ鋼管の取外構造を有することを特徴とする請求項1記載のテーパ鋼管加工機。
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