JP6188282B2 - 板材からスリット管を製造する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、板材、特に厚手の板材からスリット管を製造する方法であって、板材を管成形プレスに供給して、管成形プレス内で、板材を下側工具上に載置して、昇降可能な上側工具により曲げ力を加えることによって漸次、後の長手方向シーム溶接のためにギャップを伴って対向する長手方向縁部を備えるスリット管へと成形する、板材からスリット管を製造する方法に関する。

さらに本発明は、特に上記方法を実施するための、板材、特に厚手の板材からスリット管を製造するための装置であって、板材を管成形プレスに供給して、管成形プレス内で、板材を下側工具上に載置して、昇降可能な上側工具により曲げ力を加えることによって漸次、後の長手方向シーム溶接のためにギャップを伴って対向する長手方向縁部を備えるスリット管へと成形する、板材からスリット管を製造するための装置に関する。

実用化されている板材から管を製造する方法には、管成形プレスにおいて漸次の加工ステップあるいは曲げステップを伴う管成形プレス法がある。管成形プレスあるいは管曲げプレスは、通常、基本フレーム内に、側方に間隔を置いて互いに並んで配置された２つの支持体あるいは曲げ体からなる下側工具と、鉛直方向に上方から下側工具に向かって移動可能であって、昇降可能な曲げラムによって支持される、板材の全長にわたって延在する上側工具とを有している。上側工具によって曲げ力を、下側工具上に載置された板材に印加することが可能である。

漸次の成形法による管あるいは大型管の製造のためには、連続する複数回の作業ステップが必要である。板材は、第１の工程で長手方向縁部において予め曲げられる。この工程は、通常、別個の端曲げプレスで行われる。長手方向縁部は、管半径がスリット管への変形時に、後のシームの領域であって、管へと曲げられる板材の長手方向縁部が互いに長手方向シーム溶接のためにギャップを有して対向することになる、後のシームの領域において、均一に成形されているように曲げられる。このようにして予め曲げられた板材は、その後、管成形プレスに装入され、そこで本来の曲げプロセスにかけられる。このとき、プレス上側部分の押し下げにより、曲げ力が板材に加えられる。曲げラム、及び曲げラムにより支持される上側の成形工具の作用下で、板材の変形が調節される。この経過は、板材が変形加工されてスリット管を形成するまで、何度も繰り返される。

ドイツ連邦共和国特許第４２１５８０７号明細書において、フレーム構造で形成された管曲げプレスあるいは管成形プレスが公知となっている。曲げ工具として形成されたラムは、フレームの側柱内で鉛直方向に案内されている。この上側の曲げ工具は、ピストン‐シリンダ‐ユニットに僅かな範囲で自在に運動可能に取り付けられており、ピストン‐シリンダ‐ユニットを介して上側のフレームクロスバーに支持されている。下側の曲げ工具の支持体は、テーブルにより支持される。このテーブルをやはりピストン‐シリンダ‐ユニットが支持しており、このピストン‐シリンダ‐ユニットは、上側のピストン‐シリンダ‐ユニットに対して同軸的に作用する。対向して作用するピストン‐シリンダ‐ユニットは、下側のフレームクロスバーがプレスの作業荷重下で撓んだとしても、テーブルの撓みを防止することが望ましい。このために、個々のピストン‐シリンダ‐ユニットには、大小の圧力が作用するようになっている。

ラム幅により大きな影響を受け、特に比較的肉厚の管、例えば４０ｍｍの管において残される、約１３０〜１７０ｍｍのスリットの大きな残留ギャップ、さらにはスリット管内の応力が、漸次の成形法において極めて問題であることが判っている。大きなスリット幅は、仮付け溶接装置において高い閉鎖力を必要とし、仮付けされた管内の高い応力のために、かつ本溶接された管内の残留応力によっても、仮付けシームあるいは溶接シームを破断する危険が生じる。過度に大きなスリット幅を認めると、経験豊富な機械オペレータは、スリットをできる限り閉じるように管成形プレスを手動で繰り返し操作することで対策を講じる。このような方法は、時間がかかり、相応に処理能力の低下を招くだけでなく、再現可能な高い品質での実施は不可能である。

ドイツ連邦共和国特許第４２１５８０７号明細書

それゆえ本発明は、上述の欠点を有しない冒頭で述べた方法及び装置を提供すること、特に、肉厚の、直径の小さな、例えば約８００ｍｍの管においても簡単に、再現可能な品質を備える円筒状のスリット管の製造を可能にすることである。

上記課題を解決するために本発明に係る板材からスリット管を製造する方法では、漸次成形される板材に進入する上側工具の長手方向軸線により規定される中央に関してそれぞれ左右で板材の内面に作用する少なくとも１回の曲げステップで、他の曲げステップに比べて僅かな成形を行うことによって、まず非円形のプリフォームを備えるスリット管を形成し、その後、外側から非円形のプリフォームにその都度適当に、中央の両側の予め僅かに成形された領域において作用する押し付け力を加えることにより、完成したスリット管を成形するようにした。

好ましい態様において、非円形のプリフォームを押し付け力の印加前の製造段階において時計回り又は反時計回りに回転させることにより位置決めする。

好ましい態様において、中央の右側の僅かに成形された領域を約３時の位置に回転させ、中央の左側の僅かに成形された領域を約９時の位置に回転させる。

上記課題を解決するために本発明に係る板材からスリット管を製造するための装置では、板材を非円形のプリフォームへと変形加工し、その後、スリット管へと変形加工するために、回転方向を反転可能な手段を備えて形成された下側工具と、外側から、位置決めされたプリフォームに対して力を加えることが可能なポンチとを備えるようにした。

好ましい態様において、非円形のプリフォームを形成する少なくとも１つの管成形プレスの下流に押し付けプレスが接続されており、押し付けプレスが、回転方向を反転可能な手段を備えて形成された下側工具と、上側工具として、外側から、位置決めされた非円形のプリフォームに対して力を加えることが可能なポンチとを備える。

好ましい態様において、下側工具が、互いに間隔を置いて配置され回転可能に駆動される２つのロールと、ロール間に設けられる載置体とを備える。

好ましい態様において、ロールが、ばね手段を介して支承されている。

上述のように、本発明が解決しようとする課題は、漸次成形される板材に進入する上側工具の長手方向軸線により規定される中央に関してそれぞれ左右で板材の内面に作用する少なくとも１回の曲げステップで、他の曲げステップに比べて僅かな成形を行うことによって、まず非円形のプリフォームを備えるスリット管を形成し、その後、外側から非円形のプリフォームにその都度適当に、中央の両側の予め僅かに成形された領域において作用する押し付け力を加えることにより、完成したスリット管を成形する、本発明に係る方法により解決される。

本発明に係る方法により、意図的に、一部に比較的僅かに成形された領域、例えば２４°の曲げの代わりに１２°の曲げを備える、まず寸法に合わせて仕立てられた非円形のプリフォームを形成することで、最小のスリットを有する略円形のスリット管幾何学形状が成形される。すなわち、僅かに成形された領域によって、続いて外側から加えられる押し付け力が、その後も、この僅かに成形された領域において他の管区分よりも明らかに後まで影響をもたらし、結果として、所望の狭く閉じられたギャップを備える略円形のスリット管につながる前提が形成される。機械オペレータの経験に基づく場合とは異なり、品質が同じであれば、再現性は改善され、処理能力は向上する。

部分的に非円形の予備成形及び最終成形あるいは仕上げ成形のために、２つの曲げステップあるいは２つの押し付けプロセスで十分である、それも、ギャップあるいはスリットのそれぞれ左右で加えられる押し付け力による最終成形時においても十分である場合がある。

本発明の有利な措置は、非円形のプリフォームを押し付け力の印加前の製造ステップにおいて時計回り又は反時計回りに回転させることにより位置決めすることである。これにより、位置決め次第で、押し付け力が、スリットあるいはギャップの左横又は右横で非円形のプリフォームに導入される。

本発明の有利な提案によれば、中央の右側の僅かに成形された領域を約３時の位置に回転させ、中央の左側の僅かに成形された領域を約９時の位置に回転させる。このような下側工具の支持体上での非円形のプリフォームの前位置決めされた位置で、仕上げ成形のために、最大の曲げモーメントが達成される。

本発明の根底にある課題は、板材を非円形のプリフォームへと変形加工し、その後、スリット管へと変形加工するために、回転方向を反転可能な手段を備えて形成された下側工具と、外側から、位置決めされたプリフォームに対して力を加えることが可能なポンチとを備える装置によって解決される。

これにより、完成したスリット管を、板材から出発して、唯一の管成形プレスあるいは機械において製造することができる。回転方向反転は、この場合、押し付け力が実施の場所、すなわちスリットの両側で作用するように、非円形のプリフォームを正確に位置決めすることを可能にする。その際、即時に、管成形プレスの曲げラムは、プリフォームに対して外側から押し付け力を加えるために使用することもできる。任意選択的には、プレスは、押し付けポンチに付け替えられる。

生産能力向上のために有利な本発明の一態様は、非円形のプリフォームを形成する少なくとも１つの管成形プレスの下流に押し付けプレスが接続されており、押し付けプレスが、回転方向を反転可能な手段を備えて形成された下側工具と、上側工具として、外側から、位置決めされた非円形のプリフォームに対して力を加えることが可能なポンチとを備えることにある。これにより、生産ラインにおいて、非円形の成形品を排出する管成形プレスに、押し付けプレスが接続されている。押し付けプレスにおいて、供給された非円形のプリフォームは、少なくとも、連続する２つのステップで、それぞれスリットあるいはギャップの右横及び左横で、完成したスリット管へと変形加工される。これにより、板材の非円形予備成形は、スリット管への最終変形から独立した場所で実施可能である。

下側工具の回転可能な手段は、本発明の一提案によれば、互いに間隔を置いて配置され、回転可能に駆動される２つのロールとして形成されている。ロールの回転方向反転は、最適化された力の導入を伴う仕上げ成形のために非円形のプリフォームを位置決めすることを可能にする。管成形プレスにおける予備成形時の時間的な経過と、押し付けプレスにおける仕上げ時の時間的な経過とは、１つの後置された押し付けプレスで２つの管成形プレスに対応することを許可する。

本発明の一態様は、回転可能なロールが、サスペンションにより支承されていることにある。押し付けプレスの下側工具上での非円形のプリフォームの支持は、ロール間に設けられた定置の載置体により改善可能である。

本発明の別の特徴及び詳細は、特許請求の範囲、及び図面に２つの別個のプレスを基に示した本発明の一実施の形態の以下の説明から看取可能である。

従来技術に数えられる管成形プレスにおいて板材をステップバイステップに成形（ａ）して、スリット管を形成（ｂ）する概略図、及び予め決められた寸法例で完成したスリット管を示すグラフ（ｃ）である。 通常の管成形プレスにおいてまず寸法に合わせて仕立てられた非円形のプリフォームを形成（ａ）し、管成形プレスに後置された押し付けプレスにおいて非円形のプリフォームから完成したスリット管を製造（ｂ）することによる、本発明に係るスリット管の製造の概略図、及び図１ｃに示した寸法で本発明により製造された完成したスリット管を示すグラフ（ｃ）である。 押し付けプレスと、押し付けプレス内に装入される非円形のプリフォームとを示す図２の詳細図である。 押し付けプレスの少なくとも２つの曲げステップにおける、管成形プレスからの非円形のプリフォームの後成形あるいは変形加工、より詳細には、スリットあるいはギャップの右横で非円形のプリフォームに力を加えることによる第１の曲げステップ（図４Ａ）、及び非円形のプリフォームの回転後の、スリットあるいはギャップの左横で力を加えることによる第２の曲げステップ（図４Ｂ）における後成形あるいは変形加工の概略図である。

図１に示すように、それ自体は十分に公知の管成形プレス１において、長手方向縁部に端曲げ部２（図３参照）を備える板材あるいは金属薄板３が、ステップバイステップ状に、完成したスリット管４へと成形あるいは変形加工される。その際、板材３は、互いに間隔を置いた２つの支持体５ａ，５ｂを備える下側工具６上に載置されている。変形加工力は、先行する前端に成形工具８を取り付けた曲げラムあるいは曲げブレード７として形成される、昇降可能な上側工具９により加えられる。成形あるいは変形加工すべき板材３は、２つの側方の受け１０ａ，１０ｂにより案内される。受け１０ａ，１０ｂのうち、受け１０ａは、直動可能であって、次の成形ステップのために必要な板材区分を送る。完成したスリット管４は、図１ｃに示すように、大きなスリットあるいはギャップ１１を有している。大きなスリットあるいはギャップ１１は、図１ｃに破線で示すような、溶接により閉じた長手方向シーム溶接管の形成を著しく困難にする。

図２ａに示すように、板材３を変形加工して、明らかに小さなスリットあるいはギャップ１１１を有するスリット管１０４（図２ｃ参照）を形成することは、前述したような管成形プレス１において実施される。しかし、このスリット管１０４の形成は、板材の、曲げラム７の長手方向軸線の左右それぞれに、ひいてはスリットあるいはギャップ１１の横に位置する領域で、曲げステップが、板材の、その他の曲げステップと比較して僅かな曲げを伴って実施されるという条件付きで行われる。図３に概略的に示すように、これにより規定通り、それぞれの曲げステップに応じて比較的僅かに成形された２つの領域が存在する。その結果、適当な非円形の、それにもかかわらず仕上げ変形加工のために寸法に合わせて仕立てられたプリフォーム１３が実現される。

こうして第１の段階で管成形プレス１において形成された非円形のプリフォーム１３は、管成形プレス１からの搬出あるいは排出後、図２ｂに示すように、製造プロセスにおいて下流に接続された押し付けプレス１４に供給される。押し付けプレス１４は、下側工具１５を有している。下側工具１５は、互いに間隔を置いて設けられ、図２ｂに双方向矢印で概略的に示すように回転方向反転可能な、駆動される２つのロール１６ａ，１６ｂと、ロール１６ａ，１６ｂ間の間隔を架橋する定置の載置体１７とからなっている。回転可能なロール１６ａ，１６ｂは、ばね手段１８を介して支持されて支承されていてよい（図３参照）。下側工具１５に対向して、ポンチ１９を備えて形成される上側工具２０が配置されている。ポンチ１９を介して押し付け力が、完成した略円形のスリット管１０４を製造するために、外側から非円形のプリフォーム１３に加えられる。

このために非円形のプリフォーム１３は、回転可能なロール１６ａ，１６ｂを介して、図３に水平の一点鎖線で概略的に示すように、スリットあるいはギャップ１１の右横に位置する僅かに成形された領域１２ｂが時計でいうところの３時の位置にあるように位置決めされる。

この第１の押し付け‐曲げステップの経過は、図４Ａにおいて左から右に、非円形のプリフォーム１３の位置決め、ポンチ１９による押し付け力の印加、及び力を加えた後のポンチ１９の持ち上げにより示してある。

第２の押し付け‐曲げステップは、上記第１の押し付け‐曲げステップと同じ経過で、図４Ｂに示してある。曲げモーメントを最適化するために、第２の押し付け‐曲げステップにおいてその左半部で相変わらず非円形のプリフォーム１３は、スリットあるいはギャップ１１の左横の僅かに成形された領域１２ａが時計でいうところの９時の位置を占めるように位置決めされている。ポンチ１９により今度はプリフォーム１３のこちら側で加えられる押し付け力Ｆ（中央の図）は、非円形のプリフォーム１３を、その後、完成したスリット管１０４の最終的な略円形の形状にもたらす。スリット管１０４は、その際に達成される明らかに小さなスリットあるいはギャップ１１１を有している（右外の図）。

１ 管成形プレス
２ 端曲げ部
３ 板材
４，１０４ スリット管
５ａ，５ｂ 支持体
６ 下側工具
７ 曲げラム
８ 成形工具
９ 上側工具（ポンチ）
１０ａ，１０ｂ 受け
１１，１１１ スリット／ギャップ
１２ａ，１２ｂ 僅かに成形された領域
１３ 非円形の形状
１４ 押し付けプレス
１５ 下側工具
１６ａ，１６ｂ 回転可能なロール
１７ 載置体
１８ ばね手段
１９ ポンチ
２０ 上側工具
Ｆ 押し付け力

Claims (1)

1. 板材（３）からスリット管（４；１０４）を製造する方法であって、板材を管成形プレス（１）に供給して、該管成形プレス（１）内で、板材を下側工具（６）上に載置して、昇降可能な上側工具（９）により曲げ力を加えることによって漸次、後の長手方向シーム溶接のためにギャップ（１１；１１１）を伴って対向する長手方向縁部を備えるスリット管（４；１０４）へと成形する、板材（３）からスリット管（４；１０４）を製造する方法において、
   漸次成形される板材（３）に進入する上側工具（９）の長手方向軸線により規定される中央に関してそれぞれ左右に離間し、ギャップ（１１；１１１）の横に位置する個別の領域（１２ａ，１２ｂ）で板材（３）の内面に作用する少なくとも１回の曲げステップで、他の曲げステップによる成形と比べて僅かな成形を行うことによって、まず非円形のプリフォーム（１３）を備えるスリット管を形成し、その後、外側から前記非円形のプリフォーム（１３）にその都度適当に、中央の両側の前記少なくとも１回の曲げステップにより予め僅かに成形された個別の領域（１２ａ，１２ｂ）において作用する押し付け力（Ｆ）を加えることにより、完成したスリット管（１０４）を成形し、この場合に、前記非円形のプリフォーム（１３）を前記押し付け力（Ｆ）の印加前の製造段階において時計回り又は反時計回りに回転させることにより位置決めし、その際に、前記中央の右側の前記僅かに成形された領域（１２ｂ）を３時の位置に回転させ、前記中央の左側の前記僅かに成形された領域（１２ａ）を９時の位置に回転させることを特徴とする、板材からスリット管を製造する方法。

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