JP5275904B2 - 内面溝付管の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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近年は特に、熱交換器の軽量化や金属の省資源化のために、伝熱管用の内面溝付管は、より薄いものが求められている。
前記加工関連データ検出手段を、前記縮径加工荷重測定手段で構成した場合、前記縮径手段での前記加工荷重の変化を基にして断管が発生したと判定することができる。
(第1実施形態)
第1実施形態における内面溝付管の製造装置10Aは、図1に示すように、管軸方向Xの上流側から下流側(抽伸方向)へ沿って、縮径加工部13、溝加工部14、整径ダイス15、抽伸部16(引抜部)を構成している。
なお、図1は、本実施形態における内面溝付管の製造装置10Aの説明図である。
溝加工荷重測定用ロードセル41は、可動台43を介して溝加工部14にかかる管軸方向Xの加工荷重Fを測定可能に固定治具42aに設置している。
なお、素管11aには銅,その合金,アルミニウム又はその合金等の熱伝導性のよい金属管を用いることができる。
前記製造装置10Aは、溝加工部14に備えた溝加工荷重測定用ロードセル41により検出した加工荷重Fに基づいて断管が発生したと判定可能な構成であり、整径ダイス15より上流側、特に、溝加工部14またはそれよりも上流側で断管が発生した場合でも断管が発生したと迅速、且つ、確実に判定することができる。
但し、以下で説明する内面溝付管の製造装置10B,10Cの構成のうち、上述した第1実施形態における内面溝付管の製造装置10Aと同様の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
第2実施形態における内面溝付管の製造装置10Bは、図2に示すように、管軸方向Xの上流側から下流側へ沿って、縮径加工部13、溝加工部14、整径ダイス15、抽伸部16を構成するとともに、加工関連データ検出部45と制御部46とを備えている。
前記加工関連データ検出部45は、縮径加工部13に備え、該縮径加工部13における加工荷重Fを測定する縮径加工荷重測定用ロードセル45で構成している。
縮径加工荷重測定用ロードセル45は、縮径ダイス22に取り付けられ、縮径ダイス22に負荷される管軸方向Xの荷重を検出することができる。
前記製造装置10Bは、縮径加工部13に備えた縮径加工荷重測定用ロードセル45により測定した加工荷重Fに基づいて断管が発生したと判定する構成であり、整径ダイス15よりも上流側で断管が発生した場合でも断管が発生したと迅速、且つ、確実に判定することができる。
第3実施形態における内面溝付管の製造装置10Cは、図3に示すように、管軸方向Xの上流側から下流側へ沿って、縮径加工部13、中間抽伸部51(中間引抜部)、溝加工部14、整径ダイス15、抽伸部16を構成するとともに、加工関連データ検出部52と制御部53とを備えている。
なお、図3は、第3実施形態における内面溝付管の製造装置10Cの説明図である。
なお、前記中間抽伸部51の上流側には、素管11aの外表面に付着した油膜や異物を除去するためのワイパー57を設け、下流側には、中間整径ダイス58を設けている。
中間整径ダイス58は、前記中間抽伸部51で扁平した素管11aの断面形状を真円に近い形状に戻すために設けられ、前記素管11aの形状に応じて、縮径ダイス22の径と同じか小さなダイス径で構成している。
前記制御部53は、中間抽伸部51のモータM3の駆動を制御することにより、中間抽伸部51のパッド56による素管11aに対する押し付け力を制御することができる。
パッド56を素管11aに対して適切な押し付け力で押し付けることによって、パッド56と素管11aの間のスリップを低減させ、荷重Fの変動が小さくなるようにする。
なお、製造装置10Cには、溝加工部14に、溝加工荷重測定用ロードセル41や可動台43を備えておらず、縮径加工部13に、縮径加工荷重測定用ロードセル45を備えていない。
制御部53では、素管11aが破断した場合、電流計52で検出した電流値を微分した微分値に基づいて、断管が発生したと判定し、加工停止を行う。
詳しくは、内面溝付管11の製造方法によれば、電流計52で検出した電流値を微分した微分値の変化量を計測し、その変動が5σを超えたら断管と判断し、抽伸部16のモータM1、中間抽伸部51のモータM2などの装置を停止させる。
前記製造装置10Cは、整径ダイス15よりも上流側で発生した断管であっても、溝付プラグ24が破損する前に確実に検出することができる。
詳しくは、製造装置10Cは、前記加工関連データ検出部52に加えて、溝加工部14に溝加工荷重測定用ロードセル41、及び/又は、縮径加工部13に縮径加工荷重測定用ロードセル45を備え、各箇所で断管発生を検出する構成を排除するものでない。
続いて、本発明の製造装置を用いて内面溝付管11の加工中に素管11a(内面溝付管11)に断管が発生したとき、代替困難な溝付プラグ24が破損することなく断管発生を判定できるか否かを検証する断管検出実験を行なった。
本断管検出実験では、本発明の製造装置として第1から第3実施形態の製造装置10A,10B,10Cを用い、さらに、第1から第3実施形態の製造装置10A,10B,10Cの比較例として従来技術に係る製造装置を用いて行なった。
図4は、第1、第2実施形態、比較例の各製造装置に設置する加工荷重検出部の設置箇所を示し、中間抽伸部を設置していない製造装置の模式図である。図5は、第3実施形態の製造装置に設置する加工荷重検出部の設置箇所を示し、中間抽伸部を設置している製造装置の模式図である。
断管箇所aからdは、図4に示すとおりであり、詳しくは、断管箇所aは、整径ダイス15と抽伸部16の間であり、断管箇所bは、整径ダイス15内、または、溝加工部14と整径ダイス15の間であり、断管箇所cは、溝加工部14内、または、縮径加工部13と溝加工部14の間であり、断管箇所dは、縮径加工部13内、または、縮径加工部13の上流側から素管11aを供給するペイオフテーブル62と縮径加工部13の間である。
なお、図6から図17は、各断管検出実験において、各加工部に適宜、設けた加工荷重検出部が検出する加工荷重と時間の関係のグラフを示す図であり、いずれも測定開始から100秒経過時点で断管が発生したものとする。
比較例の製造装置では、図6から図9に示すように、上述した抽伸ドラム31の定常加工時のモータM1の抽伸荷重に対して20%の割合だけ低下させた値を閾値とする断管検出ラインに設定している。
なお、図6から図9は、それぞれ断管検出実験0−a,0−b,0−c,0−dにおける断管検出実験の実験結果を示す。
詳しくは、抽伸ドラム31の抽伸荷重は、図6に示すように数100秒レベルの加工時間の範囲において、約±50Nの範囲内で変動している。ロットの先頭と終わりの間の数100分レベルの加工時間範囲に着目すると、銅管の前後での焼鈍状態の違いや偏肉、溝付プラグ24の磨耗などの要因によりさらに抽伸ドラム31の荷重には、変動が生じる。
続いて第1実施形態の製造装置10Aを用いた断管検出実験について説明する。
第1実施形態の製造装置10Aでは、断管検出の閾値として断管検出ラインを、溝加工荷重測定部17で測定した定常加工時の測定荷重(加工荷重F)の20%になるよう設定し、測定荷重が断管検出ライン以下になったら断管と判定し、装置を停止する制御を行なっている。
なお、断管検出実験1−bでの溝加工荷重測定部17の測定荷重は、図10と略同じ波形になるため、加工荷重と経過時間との関係を示すグラフは、省略する。
これは、溝加工部14よりも上流側である断管箇所cで断管が発生した場合、破断部が溝加工部14を通過するまで、断管が発生しても抽伸ドラム31による素管11aの抽伸が溝加工部14まで作用するからである。
続いて第2実施形態の製造装置10Bを用いた断管検出実験について説明する。
断管検出実験2−aでは、断管検出実験1−aと同様に溝加工部14よりも下流側で断管が発生するため、断管発生と同時に抽伸ドラム31による素管11aの抽伸が縮径加工部13まで作用しなくなる。
なお、断管検出実験2−b,cでの溝加工荷重測定部17の測定荷重は、図13と略同じ波形になるため、加工荷重と経過時間との関係を示すグラフは、省略する。
続いて第3実施形態の製造装置10Cを用いた断管検出実験について説明する。
第3実施形態の製造装置10Cでは、上述したように中間抽伸部51のモータM2の荷重の微分値をもとに断管が発生したと判定している。
詳しくは、中間抽伸部51のモータM2の荷重(中間抽伸部51の抽伸荷重F)の変化量(微分値)を監視し、微分値の変動が5σを超えたら断管と判断し、装置を停止する制御を行なっている。
なお、図15は、断管発生前後の中間抽伸部51での抽伸荷重と、荷重変化量(微分値)とをそれぞれグラフ化して示し、抽伸荷重は、図15中左側を縦軸とし、荷重の変化量は、図15中右側を縦軸としている。
縮径手段は、縮径加工部13に対応し、
溝加工手段は、溝加工部14に対応し、
抽伸手段は、抽伸部16に対応し、
中間抽伸手段は、中間抽伸部51に対応し、
加工関連データは、加工関連データ検出部17,45で測定した測定荷重、又は、計測した電流計52に対応し、
加工関連データ検出手段は、加工関連データ検出部17,45,52に対応し、
断管判定手段は、演算部、記憶部を備えた制御部18,46,53に対応し、
溝加工荷重測定手段は、溝加工荷重測定用ロードセル41に対応し、
縮径加工荷重測定手段は、縮径加工荷重測定用ロードセル45に対応し、
荷重関連データは、中間抽伸部51の抽伸荷重の微分値に対応し、
荷重関連データ検出手段は、電流計52、及び、制御部53の演算部に対応するも、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
11…内面溝付管
11a…素管
13…縮径加工部
14…溝加工部
16…抽伸部
17,45,52…加工関連データ検出部
18,46,53,59…制御部
24…溝付プラグ
41…溝加工荷重測定用ロードセル
51…中間抽伸部
Claims (5)
- 素管を抽伸して縮径させる縮径手段と、
該縮径手段通過後の素管内面に多数の溝を形成する溝加工手段と、
該溝加工手段の管軸方向下流側で加工済みの内面溝付管を抽伸する抽伸手段とを備えた内面溝付管の製造装置であって、
前記抽伸手段よりも管軸方向上流側に、素管の抽伸に伴って管軸方向に生じる加工荷重に関する加工関連データを検出する加工関連データ検出手段を備えた
内面溝付管の製造装置。 - 前記加工関連データ検出手段を、前記溝加工手段における前記加工荷重を測定する溝加工荷重測定手段、及び、前記縮径手段における前記加工荷重を測定する縮径加工荷重測定手段のうち、少なくとも一方で構成した
請求項1に記載の内面溝付管の製造装置。 - 前記縮径手段と前記溝加工手段との間で素管を抽伸する中間抽伸手段を備え、
前記加工関連データ検出手段を、前記中間抽伸手段のモータの抽伸荷重に関連する荷重関連データを検出する荷重関連データ検出手段で構成した
請求項1、又は、2に記載の内面溝付管の製造装置。 - 前記加工関連データ検出手段により検出した前記加工関連データに基づいて断管が発生したと判定する断管判定手段を備えた
請求項1から3のいずれかに記載の内面溝付管の製造装置。 - 請求項4に記載の内面溝付管の製造装置を用いて、
前記断管判定手段により、前記加工関連データ検出手段により検出した前記加工関連データに基づいて断管が発生したと判定し、加工停止を行う
内面溝付管の製造方法。
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