JP5230676B2 - 円筒体の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)板状の被加工物の両側部(突合せ部となる部位)を端曲げ加工する端曲げ加工工程
(2)被加工物をロール成形によりオープンパイプ状に形成する曲げ加工工程
(3)ロール成形後のオープンパイプ状の被加工物の突き合せ部を溶接して管材にする溶接工程
(4)溶接した管材の形状を整え、真円度を小さくするための拡管工程
上記(1)〜(4)の各工程において、管材の真円度を小さくする手法が種々提案されている。
また、(4)の工程を行う拡管装置として、例えば、円筒成形物の内周面と当接する外周面を有するとともに、円周方向に複数個に分割され、かつ、各分割部材は円筒成形物の軸心に対して半径方向に往復動作可能に設けられたダイ部材と、このダイ部材の中心部に挿入されると共に、円筒成形物の軸心方向に沿って往復動作可能に設けられた挿入棒とを備え、挿入棒の軸心方向への往復動作に連動して、分割されたダイ部材が半径方向に往復動作して円形に成形する拡管装置が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
(ア)上記(1)〜(3)までの工程で生じる被加工物の歪みのうち特に突合せ部近傍の歪みは、(4)の拡管工程のみで矯正しきれない。
(イ)上記(3)の溶接工程での溶接部は硬くなるため、(4)の拡管工程で管材の円周方向の伸びが不均一になる。
の2点が原因となっている。以下にこの2点の詳細について説明する。
図7は、シュリンク時のシュリンク金型の内径(被加工物の外径と接触する部位)が真円であり、かつ被加工物の突合せ部を鉛直真上に向けて加工する場合を示している。すなわち、(a)のように、被加工物51の突合せ部を鉛直真上にしてセットした状態で、シュリンク金型52a,52bを上下方向に駆動してシュリンクする。(b)はその場合のシュリンク工程後の被加工物51の内径形状を示す。図中のy軸は、内径形状の最小自乗中心と突合せ部中心を結ぶ方向の軸線を示しており、以下同様とする。なお、真円とのズレを分かりやすくするため、直径が被加工物の平均径と一致する真円との半径方向のズレを誇張して表示している。また、(c)は突合せ部を溶接した後に、内径を広げる拡管工程時のセグメントの状態を示す図である。
図8のように、シュリンク時に突合せ部が鉛直真上または真下を向いていない場合、被加工物51の内径形状に影響されて(c)のようにセグメント53が円周方向に回転し、結果的に管材の真円度が低下してしまうことになる。
以下、本発明の実施の形態1による円筒体の製造方法を、図に基づいて説明する。
円筒体の製造工程は、背景技術の項で説明した(1)〜(4)と同様の工程から成っているので、まず、各工程で使用される装置から説明する。
但し、(1)と、(2)のロール成形によりオープンパイプに形成するまでの工程は、従来から知られた方法と装置で実施するので、それらの説明は省略する。以下では、突合せ部の開口幅が大きいオープンパイプ状の被加工物を、開口部を突き合わせて断面を略円形にするシュリンク工程から説明する。
また、シュリンク時の被加工物1の突合せ部1aに嵌合する位置決め用突起24を有するマンドレル25が、両金型21a,21bの内部に配置されている。マンドレル25は,側面図(b)に示すように、マンドレル25を保持すると共に上下に駆動させるマンドレル駆動手段26を備えている。
なお、図では、位置決め用突起24はマンドレル25の鉛直上方に設けた場合を示しているが、鉛直下方にあっても良く、金型の駆動方向と一致していれば良い。
図2は、溶接装置3を示す図であり、(a)は上面図、(b)は側面断面図、(c)は(b)のc−cから見た正面断面図である。
溶接装置3は、被加工物1が押し込まれるトンネル金型31と、被加工物1をトンネル金型31に押し込むプッシャー32と、被加工物1がトンネル金型31に押し込まれる際に被加工物1の位置決めを行なう位置決め刃33と、突合せ部1aを溶接する溶接手段34とを備えて構成されている。
ここで、トンネル金型31の、被加工物1が通過するトンネル部31aの径方向断面の形状は、真円ではなく、(c)に示すように、y軸方向の直径がy軸に直交方向の直径より僅かに短軸となる楕円形状とし、更に、トンネル部31aの、突合せ部1aと接触する部分近傍(及びその180度反対側)の曲率半径が拡管工程後の被加工物1の目標半径と一致するようにしている。
図3は拡管装置4を示す図であり、(a)は正面断面図、(b)は(a)のb−bから見た断面図である。図のように、複数のセグメント41とプッシャー42とガイド43を有する拡管機構部と、拡管機構部の径を変化させるために、プッシャー42を駆動する拡管用駆動手段部(図示せず)とを有している。セグメント41とプッシャー42とは、互いに摺動可能な傾斜面を有して嵌合されている。
図中の白抜き矢印のうち、横方向のものはセグメント41の移動可能な方向を示し、縦方向のものはプッシャー42の移動可能な方向を示している。つまりプッシャー42を拡管用駆動手段部で押し込むことで傾斜面で摺動しセグメント41が径方向に広がる。なお、セグメント41の径方向の移動はガイド43によって、最大でもセグメント41とガイド43との間に設けた隙間分になるように規制されている。
被加工物1は、説明は省略したが、まず、板状の金属部材からなる被加工物1をロール成形してオープンパイプ状に形成する。図4は、ロール成形後の被加工物1の断面形状を示す図である。図のように、成形後の被加工物1は、y軸に対してできるだけ対称になるように成形しておく。
開口部は、突き合わされて最終的に溶接により接続されて円筒体となるが、溶接されるまでは突合せ部1aと称し、溶接後は溶接部1bと称することにする。ロール成形後の段階では、突合せ部1aはまだ大きく開口している。
この段階に加工された被加工物1を、図1で説明したシュリンク装置2にセットする。図5は、シュリンク装置2に被加工物1をセットした状態を正面から見たもので、シュリンク工程の一連の流れを説明する説明図である。
また、被加工物1と両金型21a,21bとの接触面の摩擦係数は0.15〜0.2程度とするのが望ましい。
セット後に、プッシャー42を被加工物1の目標径に対応した所定位置まで押し込むことで、セグメント41が径方向に広がり、被加工物1が目標径まで拡管されて円筒体が成形される。
シュリンク工程においては、被加工物1の突合せ部1aをほぼ鉛直上方または下方(シュリンク金型の駆動方向と同方向)を向くように加工することが可能となり、シュリンク加工したときの被加工物1の断面形状の対称性を損なわないようできる。
次の溶接工程においては、溶接時に被加工物の断面形状をy軸方向が短軸になるように矯正したことにより、溶接工程時の熱歪により、被加工物1の溶接部がy軸方向に伸びようとするのを抑制できる。
また、溶接部近傍の曲率半径を拡管後の目標径と一致するようにしたので、溶接部近傍は溶接時の硬化により他の部分より伸びづらくなっているが、拡管工程での伸びの不均一を考慮したものになっているため、拡管での真円度を小さくできる。
そして、拡管工程においては、被加工物1の溶接部1bが拡管装置4のセグメント41の中央または継ぎ目に来るように被加工物1をセットすることにより、y軸に対する対称性が保持された状態で拡管できる。
従って、拡管後の被加工物の真円度を従来手法に比べて小さくできる。
1b 溶接部 2 シュリンク装置
3 溶接装置 4 拡管装置
21 シュリンク金型 21a 上金型
21b 下金型 22 上ベース
23 下ベース 24 位置決め用突起
25 マンドレル 26 マンドレル駆動手段
31 トンネル金型 31a トンネル部
32 プッシャー 33 位置決め刃
34 溶接手段 41 セグメント
42 プッシャー 43 ガイド。
Claims (2)
- 板状金属の被加工物をロール成形によりオープンパイプ状に形成し、シュリンク工程によって前記被加工物の突合せ部を閉じ、溶接工程によって前記突合せ部を溶接し、拡管工程によって内径側を拡管して所定の内径の円筒体を得る円筒体の製造方法において、
前記溶接工程では、前記被加工物の径方向断面の溶接部近傍の曲率半径が、拡管後の目標半径と一致するように溶接装置で拘束しながら溶接を行うようにしたことを特徴とする円筒体の製造方法。 - 請求項1記載の円筒体の製造方法において、
前記溶接工程では、更に、前記被加工物の径方向断面の最小2乗中心と溶接部中心とを結ぶ直線をy軸とするとき、前記y軸方向の直径が、前記y軸に直交方向の直径より短くなるように溶接装置で矯正しながら溶接を行うようにしたことを特徴とする円筒体の製造方法。
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