JP5287259B2 - 異形断面管の製造方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、異形断面管の製造方法および装置に関し、特に、円管を金型プレス成形加工して馬蹄形断面形状の異形断面管を製造する、異形断面管の製造方法および装置に関する。

本発明の背景技術としては、特許文献１に記載される異形断面筒状体の製造方法が挙げられる。これは、素形態が円管であるワークの体内に液体を密封しつつ、上下の一方を凸状型とし他方を凹状型とした上下一対の金型でワーク長手方向中央部をプレスし、プレス開始点からプレス終了点までの一ストローク行程で素形態から最終形態（馬蹄形断面形状の異形断面筒状体）までの成形を完了するというものである。

特開２００１−３２１８４６号公報

前記背景技術では、例えば図１に示すように、製品２（最終形態のワーク10）の馬蹄形断面幅（潰し加工部の幅）Ｗが素管１（素形態のワーク10）の外径Ｄより小さい（Ｗ＜Ｄである）場合、型締め時にワーク長手方向に反りが発生しやすい、プレス時に凹状型面でワークが摺動して焼き付きが発生しやすい、成形後に製品を金型から取出し難い、などの成形不具合が起こるため、１行程で行う潰し加工の前にプリプレスが必要であり、該プリプレスのための金型が別途必要であるという課題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その要旨構成は以下の通りである。
（請求項１）
円管を素管としたワークの一部を凸状金型と凹状金型で挟んで押し潰して馬蹄形断面形状の異形断面管となす異形断面管の製造方法であって、前記凹状金型は２分割且つ幅可変構造を有しており、該２分割且つ幅可変構造の凹状金型にて前記ワークをワーク体内に液圧なしの状態又は０超３MPa以下の液圧を印加した状態で素管外径Ｄよりも小さな(0.79〜0.89)×Ｄの幅に潰した後、前記ワーク体内に下記式(1)の成立範囲内の液圧を印加し、その状態で前記凸状金型を押し込んで馬蹄形断面形状に成形することを特徴とする異形断面管の製造方法。

記
（ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ）≦ｐ≦（２×ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ） …(1)
ｐ：液圧、Ｄ：素管外径、ｔ：素管肉厚、YS：素管降伏強度
（請求項２）
円管を素管としたワークの一部を押し潰して馬蹄形断面形状の異形断面管となす異形断面管の製造装置であって、凹状型を幅方向に２分割してなる下金型と、該下金型を移動可能に支持する下金型ホルダと、前記下金型を移動させて前記凹状型の幅を素管外径Ｄ超から(0.79〜0.89)×Ｄまでの範囲で変える下金型移動手段と、前記凹状型と協働して前記ワークの一部を挟んで馬蹄形断面形状に押し潰す凸状型を有する上金型と、該上金型を昇降可能に保持する上金型ホルダと、前記上金型の昇降を駆動する上金型昇降手段と、前記上金型ホルダを昇降させる上金型ホルダ昇降手段と、前記ワーク体内に液圧を印加する液圧印加手段と、前記ワーク体内の液圧を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出圧力が、前記下金型の移動時には液圧０以上３MPa以下、前記上金型の下降時には下記式(1)の成立範囲内となるように前記液圧印加手段の動作を制御する液圧制御手段とを有することを特徴とする異形断面管の製造装置。

記
（ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ）≦ｐ≦（２×ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ） …(1)
ｐ：液圧、Ｄ：素管外径、ｔ：素管肉厚、YS：素管降伏強度

本発明によれば、凹状金型を２分割且つ幅可変構造として凸状金型との協働潰し加工前に凹状金型にてワーク幅調整を行うようにしたから、製品幅が素管径より小さい場合でも、型締め時にワーク長手方向の反りは発生せず、プレス時に凹状型面でワークが摺動して焼き付きが発生することもなく、成形後の製品を金型から取り外すのも容易であり、よって、別個のプリプレス用金型は必要なく、ワークセットから成形完了まで一貫して同じ金型で加工して、馬蹄形断面形状の異形断面管を製造することができる。

製品の潰し加工部の幅Ｗが素管外径Ｄより小さい場合を示す断面模式図 本発明方法の実施形態の１例を示す断面模式図 本発明方法による金型圧下と液圧印加の実行手順を示す線図 本発明装置の１例を示す模式図 本発明装置の好適形態の１例を示す模式図 本発明装置による製造工程の１例を示す模式図 本発明装置による製造工程の１例（図６に続く）を示す模式図

本発明方法では、例えば図２に示すように、一体構造（一体型）の凸状金型４と、２分割且つ幅可変構造（２分割・幅可変型）の凹状金型３とを用いる。成形加工に際し、まず、凹状金型３の凹状型幅を素管１（素形態のワーク10）が無理なく収まる幅に設定し、凹状型内に素管１をセットする（図２(ａ））。次いで、凹状金型３の凹状型幅を狭めることによりワーク10を幅圧下して素管１外径よりも小さい幅に潰す（図２（ｂ））。次いで、ワーク10体内に液圧を印加し、その状態で凸状金型４をワーク10に押し込んでワーク10を馬蹄形断面形状に成形する（図２（ｃ））。

なお、図３には、本発明方法による金型圧下と液圧印加の実行手順を線図で示した。凹状金型による幅圧下時には液圧をわずかしか印加しない（液圧媒体は予めワーク体内に注入しておいてもよいが、液圧は水道水圧力0.3MPa以下程度）が、液圧がほぼゼロの状態のまま凸状金型による潰し加工を行うと、所望の馬蹄形断面形状への成形が困難となるため、凸状金型による潰し加工は液圧を印加した状態（液圧をゼロ超に立ち上げた状態）で行う必要がある。

従来のように一体型の凹状金型を用いるのでは、図１のように製品の潰し加工部の幅Ｗが素管外径Ｄより小さい場合、凸状金型ホルダの型締め時にワーク長手方向に反りが発生し、また、凸状金型押し込み時に凹状金型面でワークが摺動して焼き付きが発生し、また、成形後に金型からワークを取出し難いなどの成形不具合が発生しやすい。これに対し、本発明では、凹状金型を２分割且つ幅可変構造としたことにより、前記成形不具合の発生を防止することができる。

また、本発明では、ワーク体内に印加する液圧は、前述のように式(1)の成立範囲内の液圧とすることが好ましい。液圧ｐが式(1)の下限（（ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ））未満であると、成形後の形状ばらつき（長手方向反り量、縦横寸法）がやや大きくなり、形状凍結性に劣る。一方、液圧ｐが式(1)の上限（（２×ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ））を超えると、割れ不良が発生しやすくなる。

本発明方法は、図４に例示した本発明装置を用いることにより効率良く実施することができる。本例のように本発明装置は、凹状型を幅方向に２分割してなる下金型３と、下金型３を移動可能に支持する下金型ホルダ５と、下金型３を移動させて凹状型の幅を変える下金型移動手段６と、凹状型と協働して円管を素管１としたワーク10の一部を挟んで馬蹄形断面形状に押し潰す凸状型を有する上金型４と、上金型４を昇降可能に保持する上金型ホルダ７と、上金型４の昇降を駆動する上金型昇降手段８と、上金型ホルダ７を昇降させる上金型ホルダ昇降手段９と、ワーク10体内に液圧を印加する液圧印加手段11とを有する。

液圧印加手段11は、ワーク10への接続端子として、ワーク10の長手方向両端部の開口に所定の液圧媒体通路を形成してそれ以外の開口部分は注水・エア抜き後封鎖するよう機能するシールヘッド12を有する。なお、ワーク10の長手方向両端部のいずれか一方の開口に接続させるシールヘッドは、当該開口の全部を封鎖するよう機能するものであってもよい。

本発明装置は、さらに、例えば図５に示すように、ワーク10体内の液圧を検出する圧力センサ13と、圧力センサ13の検出圧力が式(1)の成立範囲内となるように液圧印加手段11の動作を制御する液圧制御手段14とを有するものにすると、製品形状精度のさらなる向上につながって好ましい。
図４ないし図５に示した形態の本発明装置による製造工程の１例を図６ないし図７に示す。この製造工程では、まず、上金型４、上金型ホルダ７、下金型３をそれぞれ上金型昇降手段８、上金型ホルダ昇降手段９、下金型移動手段６で動かして初期（開放）状態に配位しておき、下金型３に素管１をセットする（図６（ａ））。次いで、上金型ホルダ昇降手段９で上金型ホルダ７を下降させて上金型ホルダ型締めを行った後、シールヘッド12をワーク10長手方向両端開口に装着し、ワーク10体内に液圧媒体15を注入する（図６（ｂ））。この段階では、液圧は図３のようにほぼゼロ（水道水圧力程度の0.3MPa以下）とする。

次いで、下金型移動手段６により下金型３の凹型幅を狭めてワーク10幅を所定の幅まで圧下し、該幅圧下の終了後、図３のようにほぼゼロから立ち上げた所定の液圧（好ましくは式(1)の成立範囲内の液圧）を印加する（図６（ｃ））。
次いで、前記所定の液圧を印加した状態の下で、上金型昇降手段８で上金型４を下降させて馬蹄形断面形状への潰し加工を行なう（図７（ａ））。

その後、上金型昇降手段８で上金型４を上昇させて開放し、シールヘッド12を取り外し（図７（ｂ））、下金型移動手段６により下金型３の凹型幅を広げて開放し、上金型ホルダ昇降手段９で上金型ホルダ７を上昇させて開放し、最後に製品２を取り出す（図７（ｃ））。

表１に示す外径、肉厚、降伏強度の鋼管を素管としたワークを、図６ないし図７に示した製造工程により加工し、あるいは、該製造工程において下金型（凹状金型）を一体型のものに変更して幅圧下は無しとした製造工程により加工して、馬蹄形断面形状の異形断面管を製造した。加工条件を表１に示す。得られた製品について、金型によるカジリの発生、割れの発生の有無、および検査型（許容限界形状に造形した雌型とのフィッティング）による形状不良率判定を行った。その結果を表１に示す。

表１より、２分割・幅可変型の下金型にて幅圧下してからゼロ液圧状態で潰し加工した比較例No.５、および一体型の下金型（幅圧下無し）としてゼロ液圧状態で潰し加工した比較例No.６では形状不良率が比較的高く、また一体型の下金型（幅圧下無し）として式(1)成立範囲（本実施例中の素管の場合、ｐ＝34.1〜68.3MPa）内の液圧印加状態で潰し加工した比較例No.７では金型によるカジリが発生した。

これらに対し、２分割・幅可変型の下金型にて幅圧下してから式(1)成立範囲内の液圧印加状態で潰し加工した本発明例No.１，２，３では、金型によるカジリの発生、割れの発生は、ともに無く、形状不良率もゼロであり、良好な製品が得られた。なお、２分割・幅可変型の下金型にて幅圧下してから式(1)成立範囲を上に外れる液圧印加状態で潰し加工した本発明例No.４では、一部（製品31本中1本）に割れが発生した。

１ 素管
２ 製品
３ ２分割且つ幅可変構造を有する凹状金型（下金型）
４ 凸状金型（上金型）
５ 下金型ホルダ
６ 下金型移動手段
７ 上金型ホルダ
８ 上金型昇降手段
９ 上金型ホルダ昇降手段
10 ワーク
11 液圧印加手段
12 シールヘッド
13 圧力センサ
14 液圧制御手段
15 液圧媒体

Claims (2)

1. 円管を素管としたワークの一部を凸状金型と凹状金型で挟んで押し潰して馬蹄形断面形状の異形断面管となす異形断面管の製造方法であって、前記凹状金型は２分割且つ幅可変構造を有しており、該２分割且つ幅可変構造の凹状金型にて前記ワークをワーク体内に液圧なしの状態又は０超３MPa以下の液圧を印加した状態で素管外径Ｄよりも小さな(0.79〜0.89)×Ｄの幅に潰した後、前記ワーク体内に下記式(1)の成立範囲内の液圧を印加し、その状態で前記凸状金型を押し込んで馬蹄形断面形状に成形することを特徴とする異形断面管の製造方法。
   記
   （ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ）≦ｐ≦（２×ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ） …(1)
   ｐ：液圧、Ｄ：素管外径、ｔ：素管肉厚、YS：素管降伏強度
2. 円管を素管としたワークの一部を押し潰して馬蹄形断面形状の異形断面管となす異形断面管の製造装置であって、凹状型を幅方向に２分割してなる下金型と、該下金型を移動可能に支持する下金型ホルダと、前記下金型を移動させて前記凹状型の幅を素管外径Ｄ超から(0.79〜0.89)×Ｄまでの範囲で変える下金型移動手段と、前記凹状型と協働して前記ワークの一部を挟んで馬蹄形断面形状に押し潰す凸状型を有する上金型と、該上金型を昇降可能に保持する上金型ホルダと、前記上金型の昇降を駆動する上金型昇降手段と、前記上金型ホルダを昇降させる上金型ホルダ昇降手段と、前記ワーク体内に液圧を印加する液圧印加手段と、前記ワーク体内の液圧を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出圧力が、前記下金型の移動時には液圧０以上３MPa以下、前記上金型の下降時には下記式(1)の成立範囲内となるように前記液圧印加手段の動作を制御する液圧制御手段とを有することを特徴とする異形断面管の製造装置。
   記
   （ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ）≦ｐ≦（２×ｔ×YS）/（Ｄ−２×ｔ） …(1)
   ｐ：液圧、Ｄ：素管外径、ｔ：素管肉厚、YS：素管降伏強度

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