JP4531648B2 - 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）を加熱雰囲気下でテーパ鋼管に塑性加工するに際し、大きな絞り率の製品を加工することのできる、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）をテーパ鋼管に加工するテーパ鋼管加工機の概略を図５及び図６に示す。
このテーパ鋼管の製造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とからなり、テンション側回転機構台２及び駆動側回転機構台３には、それぞれ駆動手段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。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（図示省略）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。

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は、まず、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７に取り付ける。そして、駆動手段３ａによって駆動側回転機構台３をテンション側回転機構台２に移動させ、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とき、駆動側回転機構台３の駆動手段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の駆動手段２ａによって図示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駆動手段２ａによるＡ方向（図５（ｂ）参照）の引張力を約２０ｔ、駆動手段３ａによる引止力（Ｂ方向の引張力（図５（ｂ）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７が加熱装置Ｈを通過し、絞り加工装置Ｓの絞りローラＲによって、把持装置７に把持されたパイプ素材Ｗの把持装置７近傍まで絞り加工がなされたとき絞り加工は終了し（図５（ｂ）参照）、テーパ鋼管が製作される（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このテーパ鋼管加工機１による絞り加工の際に用いる絞りローラＲは、素材に当接するローラ２０の当接部分が、図６に示すように両端を軸受け１５、１５によってブラケット１４に回動自在に取り付けた主軸１３に固定された円錐形状の一体物であり、素材の絞り加工が進むにつれてローラ面の作用領域がａ部分（成形ローラ部分）をすぎてｂ部分（加圧ローラ部分）に拡大されると、周速が大の素管部（Ｗ−１）に周速が小の加圧ローラ部分（ｂ部分）が加圧作用することになり、ｂ部分で大きなスリップが発生し、これが加工抵抗となって絞り率の大きなテーパ鋼管の成形には品質上、また、生産効率の観点からも著しい制約になるといった問題があった。

また、絞り率は、素材に対する絞りローラの加工可能面が大きな、つまり、絞りローラのサイズを大きくすることにより向上することはできるものの、絞りローラのサイズを大きくすることは絞り加工装置全体のサイズも大型化させる必要があり、設備価格が高騰するとともに、運転時におけるランニングコストの高騰にもなるといった問題があった。
特開２００２−２９２４３３号

本発明は、上記従来の絞りローラの有する問題点に鑑み、絞り加工装置を大型化することなく、絞り率の大きなテーパ鋼管の成形を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、加熱した鋼管の周面に絞り加工装置の絞りローラの加工面を当接して鋼管をテーパ加工するテーパ鋼管の製造方法において、前記絞りローラを、互いに相対回転するとともに各々の凸状の周面が連続した加工面を形成するように隣接して配設した複数のローラ単体でもって構成し、該絞りローラを用いて鋼管を一段階でテーパ加工することを特徴とする。

そして、より具体的には、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、ブラケットに回動自在に配設した主軸と、該主軸に固定した第１ローラと、前記主軸に回動自在に配設した第２ローラとからなる絞りローラを用いてテーパ加工することを特徴とする。

また、本発明のテーパ鋼管の製造方法は、ブラケットに固定した主軸と、該主軸に回動自在に配設した第１ローラと、該第１ローラに回動自在に配設した第２ローラとからなる絞りローラを用いてテーパ加工することを特徴とする。

また、これらの場合において、第２ローラを、複数個のローラ単体に分割して構成することができる。

本発明のテーパ鋼管の製造方法によれば、加熱した鋼管の周面に絞り加工装置の絞りローラの加工面を当接して鋼管をテーパ加工するテーパ鋼管の製造方法において、前記絞りローラを、互いに相対回転するとともに各々の凸状の周面が連続した加工面を形成するように隣接して配設した複数のローラ単体でもって構成し、該絞りローラを用いて鋼管を一段階でテーパ加工することにより、それぞれのローラが独自に回転することによって、スリップの発生を低減し、絞り率の大きなテーパ鋼管を成形することができる。

そして、ブラケットに回動自在に配設した主軸と、該主軸に固定した第１ローラと、前記主軸に回動自在に配設した第２ローラから構成するから、第１ローラと第２ローラを別個に回転させることができる。従って周速度の速くなる第２ローラ部分のみが先に摩耗することがなく、また、第２ローラを支持する軸受けは第１ローラとの周速度の差の回転速度に耐えうるものであればよく、安価な軸受けを使用できるとともに、第２ローラ部分のみの交換も可能な絞りローラを用いてテーパ鋼管を製造することができるから、製造コストを低く抑えながら絞り率の大きなテーパ鋼管を成形することができる。

また、ブラケットに固定した主軸と該主軸に回動自在に配設した第１ローラと、該第１ローラに回動自在に配設した第２ローラから構成するときも同様の効果を奏することができる。

さらに、第２ローラを、複数個のローラ単体に分割して構成するときは、周速度の細かな違いに対応することができ、更に絞り率の向上を図ることができる。

以下、本発明の絞りローラの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、従来例と同様のテーパ鋼管製造用のテーパ鋼管加工機に、本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラを用いた例を示す。
本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラ１０は、鋼管に当接する絞りローラ１０の加工面を互いに相対回転する複数のローラ単体で構成するようにするもので、加工面（成形曲面）が連続した曲面を構成するローラ単体を用いるものである。
この絞りローラ１０は、ブラケット１４に回動自在に配設した主軸１３に固定した大径の第１ローラ１１と、前記主軸１３に回動自在に取り付けた小径の第２ローラ１２とから構成し、両ローラで円錐形状のローラ面を形成している。主軸１３は、中央部分の大径部分１３ａと、加圧ローラとなる第２ローラ１２側端部の中径部分１３ｂと、成形ローラとなる第１ローラ側端部の小径部分１３ｃとからなり、中径部分１３ｂと、小径部分１３ｃとがそれぞれ軸受け１５ａ、１５ｂを介して回動自在にブラケット１４ａ、１４ｂに取り付けられる。なお、中径部分１３ｂと小径部分１３ｃの外径は、絞り加工時の荷重に耐えうるものであれば特に限定されるものではなく、同径であっても、また反対に第１ローラ１１側端部の方（１３ｃ）を反対側（１３ｂ）より大径に形成してもよい。
また、第１ローラ１１が主軸１３に固定されるのであれば、主軸１３は段付軸でなく、一定径のものであっても構わない。

第１ローラ１１は、図例の如くボルト等の固着部材で主軸１３の大径部分１３ａと小径部分１３ｃとの段差部分に固着するほか、切削加工などによって主軸１３と一体成形したものであってもよい。
また、第２ローラ１２は、第２ローラ用の軸受け１６を介して主軸１３の大径部分１３ａに回動自在に取り付けられる。第２ローラ１２は、素材Ｗに当接するローラ周部１２ａと、軸受け１６と嵌合するローラボス部１２ｂに分割形成し、ローラ周部１２ａをローラボス部１２ｂにボルトなどの固着手段で固着する。また、ローラ周部１２ａとローラボス部１２ｂを一体に構成しても構わない。なお、ローラ周部１２ａとローラボス部１２ｂとに分割して構成する場合は、ローラ周部１２ａのみの交換が可能となりメンテナンスの費用を更に抑えることができる。
両ローラ１１、１２の側面間には、微小隙間Ｍ（図１（ｂ）参照）があけられており、第１ローラ１１の周部と第２ローラ１２のローラ周部１２ａとは連続した凸状の周面を形成するようにしている。
そして、図１（ｂ）（図１（ａ）のＸ部拡大図）に示すように、両ローラ１１、１２の合わせ側角部は面取り（１１ｒ、１２ａｒ）し、しかも、第２ローラ１２のローラ周部１２ａを第１ローラ１１の周部よりわずかにＬ（約１ｍｍ程度）だけ突出させて両ローラ１１、１２間にスケールが噛み込むのを防止している。

そして、絞りローラ１０は、上記構成を有することによって、素材の絞り加工が進むにつれて、素材に当接するローラ面に周速度の違いが生じても、周速度の早くなる第２ローラ１２のローラ周部１２ａが第１ローラ１１と一体回転する主軸１３に、軸受け１６を介して回動自在に取り付けられていることによって、周速度の差分だけ第１ローラ１１よりも余分に回転することが可能であり、周速度差によるスリップや加工抵抗を大幅に低減させ得る。発明者等の実験によれば、素材の外径が２１６．３ｍｍの鋼管を、７３ｍｍ程度まで絞る（絞り率６５％以上）ことが可能で、絞りローラ１０の加工可能面Ｋの９３％程度まで深絞りを行ってもスリップや加工抵抗による製品の品質低下を起こすことなく加工することができた。

次に、図２に示す、本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの第２実施例について説明する。この絞りローラ１０は、第２ローラ１２を輪切り状に複数個（図例は３個の第２ローラ単体１２ｃ、第２ローラ単体１２ｄ、第２ローラ単体１２ｅ）に分割して構成した例を示し、それぞれの第２ローラ単体１２ｃ、１２ｄ、１２ｅは、主軸１３に軸受け１６ａ、１６ｂ、１６ｃを介して回動自在に配設される。第２ローラ１２の側面間には周溝が形成され、該周溝にスラストボールベアリングＳＢを配設することによって、第２ローラ１２の側面間の摩擦抵抗を軽減している。

そして、第２ローラ１２を輪切り状に複数個のローラ単体に分割してなるから、絞り加工が進むにつれて、第２ローラ１２と素材の接触面積が増え、第１ローラ１１との周速度差が徐々に拡大していくものの、その速度差は、第２ローラ単体１２ｃ、１２ｄ、１２ｅそれぞれ別個に回動することによって有効に吸収することができ、スリップや加工抵抗による製品の品質低下を起こすことがない。

次に、図３に示す、本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの第３実施例について説明する。この絞りローラ１０は、ブラケット（図示省略）に固定した主軸１３と、該主軸１３に軸受け１５を介して回動自在に配設した第１ローラ１１と、第１ローラ１１に軸受け１６を介して回動自在に配設した第２ローラ１２とからなる。

第２ローラ１２は、第２実施例と同様に図例では、輪切り状に３個の第２ローラ単体１２ｃ、第２ローラ単体１２ｄ、第２ローラ単体１２ｅに分割し、それぞれ、軸受け１６ａ、１６ｂ、１６ｃを介して第１ローラ１１に回動自在に配設した例を示すが、第１実施例と同様に非分割であっても構わない。

そして、素材の絞り加工が進むにつれて、素材に当接するローラ面に周速度の違いが生じても、周速度の早くなる第２ローラ１２の各々の部分は主軸１３に軸受け１５によって支持されて回転する第１ローラ１１に、軸受け１６を介して回動自在に取り付けられていることによって、周速度の差分だけ第１ローラ１１よりも余分に回転し、第１、２実施例と同様の作用効果を奏するとともに、ブラケットに主軸１３を固定するだけで済み、その構成を簡素化することができる。

また、第１ローラ１１と第２ローラ１２との合わせ側角部１１ｒ、１２ｒ、及び分割構成する際の第２ローラ１２同士の合わせ側角部に、図３（ｂ）に示すように、所定の半径ｒで面取りを形成することが好ましい。これによって加工中にスケールを噛み込んで素材に傷を付けるといった不具合を有効に防止することができる。

次に、図４に示す、本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの第４実施例について説明する。
この絞りローラと第１実施例（図１参照）とは、以下の点で相違しているのみで、同様の構成についてはその説明を省略する。この絞りローラ１０は、第１ローラ１１と第２ローラ１２との間において、第２ローラにローラ周部１２ａの切欠き部１２ａ−１にリング状のローラ１２ａ’を回転可能に嵌装するものである。
そして、第１ローラ１１の周面とローラ１２ａ’の周面とローラ周部１２ａの周面とで連続した加工周面を形成するようにしている。
加工時にローラ１２ａ’が受けるラジアル荷重はローラ周部１２ａの切欠き部１２ａ−１で支持され、ローラ１２ａ’が受けるスラスト荷重は第１ローラ１１の側面で支持されている。３部材で連続した加工周面を形成するが、各ローラの合わせ側角部は図４（ｂ）に示すように第１実施例と同様にしている。

以上、本発明のテーパ鋼管の製造方法について、複数の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、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、スピニングマシンに使用する絞りローラを第１ローラと第２ローラに分割して構成することによってローラ面の周速度差による異常摩耗を低減し、絞り率の大きな製品を製造することができ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、既存のスピニングマシンにおいても絞りローラ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に用いる絞りローラの第１実施例を示し、（ａ）は、一部断面の正面図を、（ｂ）は、（ａ）のＸ部分の詳細図を、（ｃ）は、絞りローラの加工可能面を説明する部分切り欠き図である。 本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの第２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絞りローラの第３実施例を示し、（ａ）は、一部断面の正面図、（ｂ）は、合わせ側角部の詳細図である。 本発明のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの第４実施例を示し、（ａ）は、一部断面の正面図を、（ｂ）は、（ａ）のＹ部分の詳細図である。 テーパ鋼管の製造方法の概略図である。 従来のテーパ鋼管の製造方法に用いる絞りローラの一部断面の正面図である。

１０ 絞りローラ
１１ 第１ローラ
１２ 第２ローラ
１２ａ ローラ周部
１２ｂ ローラボス部
１２ｃ 第２ローラ単体
１２ｄ 第２ローラ単体
１２ｅ 第２ローラ単体
１３ 主軸

Claims (3)

1. 加熱した鋼管の周面に絞り加工装置の絞りローラの加工面を当接して鋼管をテーパ加工するテーパ鋼管の製造方法において、前記絞りローラを、ブラケットに回動自在に配設した主軸と、該主軸に固定した第１ローラと、前記主軸に回動自在に配設した第２ローラとからなり、第１ローラと第２ローラとが互いに相対回転するとともに各々の凸状の周面が連続した加工面を形成するように隣接して配設するようにした複数のローラ単体でもって構成し、該絞りローラを用いて鋼管を一段階で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. 加熱した鋼管の周面に絞り加工装置の絞りローラの加工面を当接して鋼管をテーパ加工するテーパ鋼管の製造方法において、前記絞りローラを、ブラケットに固定した主軸と、該主軸に回動自在に配設した第１ローラと、該第１ローラに回動自在に配設した第２ローラとからなり、第１ローラと第２ローラとが互いに相対回転するとともに各々の凸状の周面が連続した加工面を形成するように隣接して配設するようにした複数のローラ単体でもって構成し、該絞りローラを用いて鋼管を一段階で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。
3. 第２ローラが、複数個のローラ単体に分割してなる絞りローラを用いてテーパ加工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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