JP7137829B2 - 丸形鋼管の製造方法、丸形鋼管製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板から丸形鋼管を製造する方法及びその方法により丸形鋼管を製造する丸形鋼管製造設備に関するものである。

従来、鋼板から丸形鋼管を製造する方法としては、特許文献１及び特許文献２に示すような製造方法がある。特許文献１の丸形鋼管の製造方法は、板をＵプレスによりＵ字形に曲げ、次いで段階的なプレス工具を備えたＯプレスにより管状に成形し、被接合部をシーム溶接した後、エキスパンダで拡管する方法である。

また、特許文献２の丸形鋼管の製造方法は、幅方向の両端に開先を形成した所定幅の鋼板を、その幅方向における中間複数箇所のプレス成形によって、幅方向における両端部分と中間の特定部分とに、それぞれ所望長さの直状部が残存しかつ直状部間を円弧部として曲げ形成し、曲げ形成体を、その開先の部分を相当接させた状態で溶接接合して半成形丸形鋼管を形成し、この半成形丸形鋼管の全体を加熱したのち、その成形面を最終半径に対応する半円状とした複数の成形ロール間に通して熱間成形する方法である。

特開平２００２－１０２９３１号公報 特開２００５－３２４２５５号公報

しかしながら、特許文献１の丸形鋼管の製造方法では、被接合部を適切にシーム溶接するために、板をＵプレスにより曲げる前に、予め板の両側縁を折り曲げる端曲げプレス（はな曲げ加工）を行うことで被接合部を平面状にする必要がある。そのため、製造工程が煩雑となるという問題があった。また、特許文献１の丸形鋼管の製造方法では、ＵプレスとＯプレスとを別体の金型で行うため、設備構成が複雑化して製造工程が煩雑となるという問題があった。

また、特許文献２の丸形鋼管の製造方法では、半成形丸形鋼管に残存した直状部を円弧状に成形するために当該半成形丸形鋼管全体を加熱するため、半成形丸形鋼管から丸形鋼管を成形する際に半成形丸形鋼管全体を加熱する工程が必要である。そのため、製造工程が煩雑となるという問題があった。

さらに、従来の丸形鋼管の製造方法では、プレス成形機（折り曲げ装置）によって鋼板の多数箇所を数十回以上プレスすることにより、多数の小径のアール部の集まりとしての半成形丸形鋼管を造管し、さらに、造管した半成形丸形鋼管の断面形状を真円状とするために手作業による精整作業を行うことから、上記プレス加工及び精整作業に時間を要し、製造工程が煩雑となるという問題があった。

そこで、本発明は、簡素化された設備構成で簡易な製造工程により鋼板から丸形鋼管を製造可能な丸形鋼管の製造方法及び丸形鋼管製造設備を提供することを目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上であり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、本発明の丸形鋼管の製造方法は、鋼板から丸形鋼管を製造する方法であって、前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの一方側の第１面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第１面を下方に押し切ることで、前記第１面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第１面を円弧状に折り曲げ、前記第１面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの他方側の第２面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第２面を下方に押し切ることで、前記第２面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第２面を円弧状に折り曲げ、前記第１面及び前記第２面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの前記第１面と前記第２面とに挟まれた第３面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第３面を円弧状に折り曲げ、前記第１面側の鋼板の側縁と前記第２面側の鋼板の側縁とを突き合わせて溶接することにより半成形丸形鋼管を造管し、造管した前記半成形丸形鋼管の壁面を加圧することにより前記半成形丸形鋼管を前記丸形鋼管に成形する方法である。

本発明の丸形鋼管の製造方法は、上記丸形鋼管の製造方法において、造管した前記半成形丸形鋼管の内壁を加圧することにより前記半成形丸形鋼管を前記丸形鋼管に成形する方法である。

本発明の丸形鋼管製造設備は、鋼板から丸形鋼管を製造する丸形鋼管製造設備であって、前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面をプレス成形により折り曲げる折り曲げ装置と、前記折り曲げ装置により折り曲げられた鋼板の両側縁を突き合わせて溶接する溶接装置と、前記溶接装置により溶接されて造管される半成形丸形鋼管の壁面を加圧する加圧装置と、を備え、前記折り曲げ装置は、前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの一方側の第１面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第１面を下方に押し切ることで、前記第１面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第１面を円弧状に折り曲げ、前記第１面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの他方側の第２面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第２面を下方に押し切ることで、前記第２面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第２面を円弧状に折り曲げ、前記第１面及び前記第２面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの前記第１面と前記第２面とに挟まれた第３面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第３面を円弧状に折り曲げるものである。

本発明の丸形鋼管の製造方法及び丸形鋼管製造設備によれば、丸形鋼管の前段階である半成形丸形鋼管を造管する際に、鋼板の両側縁付近をプレス成形により折り曲げることから、鋼板の両側縁を突き合わせて溶接する際に鋼板の両側縁の突き合わせ部が平面状になる。そのため、鋼板をプレス成形する前に予め端曲げプレス（はな曲げ加工）を行う必要がなく、鋼板から丸形鋼管を製造する製造工程を簡略化することができる。また、半成形丸形鋼管を造管する際に、同一の金型によって鋼板の所定の３箇所を折り曲げることができる。そのため、簡素化された設備構成で簡易な製造工程により丸形鋼管を製造することができる。さらに、造管された半成形丸形鋼管に直状部が残存しないため、半成形丸形鋼管から丸形鋼管を成形する際に半成形丸形鋼管全体を加熱する必要がない。そのため、簡素化された設備構成で簡易な製造工程により丸形鋼管を製造することができる。さらにまた、鋼板の所定の３箇所を折り曲げることにより丸形鋼管を製造することから、半成形丸形鋼管を造管するためのプレス加工の回数を削減できるとともに、３つの大径のアール部によって管の断面形状を丸形状に成形することができる。そのため、簡易な製造工程により丸形鋼管を製造することができる。

本発明に係る丸形鋼管設備における丸形鋼管の製造工程を示す説明図である。 本発明に係る丸形鋼管設備の成形プレスにおけるプレス成形の工程を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

図１に示すように、本発明に係る丸形鋼管製造設備１０は、厚さ１２ｍｍから７０ｍｍの鋼板９０から丸形の鋼管（丸形鋼管９９）を製造するための設備である。丸形鋼管製造設備１０は、鋼板９０から曲げ鋼板９２を形成し、続いて、曲げ鋼板９２から半成形丸形鋼管９６を形成し、さらに、半成形丸形鋼管９６から丸形鋼管９９を成形する。

丸形鋼管製造設備１０においては、まず、所定長さの鋼板９０を長さ方向Ｎに搬送し、開先加工機１１に導入する。開先加工機１１は、鋼板９０の幅方向Ｗにおける両側縁に開先９１を形成する。

次いで、鋼板９０を成形プレス１２（「折り曲げ装置」の一例）に導入する。成形プレス１２においては、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する面を鋼板９０の幅方向Ｗに三つに区分した第１面９０ａ、第２面９０ｂ、第３面９０ｃをそれぞれ順番にプレス成形により折り曲げる。ここで、鋼板９０の第１面９０ａとは、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する面を鋼板９０の幅方向Ｗに三つに区分した面のうちの一方側（例えば、鋼板９０の幅方向Ｗの右側）の面をいい、その面の一端縁に開先９１が形成されている。また、鋼板９０の第２面９０ｂとは、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する面を鋼板９０の幅方向Ｗに三つに区分した面のうちの他方側（第１面９０ａが形成される側と反対側、例えば、鋼板９０の幅方向Ｗの左側）の面をいい、その面の一端縁に開先９１が形成されている。さらに、鋼板９０の第３面９０ｃとは、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する面を鋼板９０の幅方向Ｗに三つに区分した面のうちの第１面９０ａと第２面９０ｂとに挟まれた面（鋼板９０の幅方向Ｗの中央部に形成される面）をいう。丸形鋼管製造設備１０においては、三つに区分した第１面９０ａ、第２面９０ｂ、第３面９０ｃのそれぞれの面が成形プレス１２におけるプレス成形の成形範囲となる。すなわち、丸形鋼管製造設備１０では、鋼板９０において成形プレス１２によりプレス成形する範囲を所定の三つの範囲に区分している。

成形プレス１２は、エヤーベンド形式のプレス手段であり、左右方向に互いに近接離間動自在な一対の下金型１２Ａと、下金型１２Ａに対して上下方向に近接離間動自在な上金型１２Ｂと、から構成される。一対の下金型１２Ａは、互いに所定の間隔を有することで上向きの凹状成形面を形成する。一対の下金型１２Ａは、鋼板９０の折り曲げ角度に応じて互いの間隔が設定される。上金型１２Ｂは、その先端部に、鋼板９０の折り曲げ角度に応じた円弧状の凸状成形面が形成されている。

成形プレス１２において、鋼板９０を載置した下金型１２Ａに対して上金型１２Ｂを昇降動させることにより第１面９０ａから第３面９０ｃのプレス成形を行う。すなわち、丸形鋼管製造設備１０においては、共通する１体の金型（下金型１２Ａ及び上金型１２Ｂ）によって鋼板９０の所定の３面（３箇所）を折り曲げる。

具体的には、図２に示すように、まず、成形プレス１２の下金型１２Ａに鋼板９０の第１面９０ａ側の端部を載置させる。この時、鋼板９０の第１面９０ａの裏面であって、第１面９０ａにおける幅方向Ｗの両端側のそれぞれの裏面が下金型１２Ａの載置面１２ａのそれぞれに載置される。そして、下金型１２Ａに載置された鋼板９０の第１面９０ａの全面に対して上金型１２Ｂを近接動させる。この時、上金型１２Ｂは、鋼板９０の第１面９０ａ側の開先９１（鋼板９０の幅方向Ｗの一方側縁部）の先端位置が下金型１２Ａの載置面１２ａの高さより所定高さＤだけ低い位置となるように、鋼板９０の第１面９０ａを下方に押し切る。これにより、鋼板９０の第１面９０ａ側における幅方向Ｗの一方側端部に直状部が残存することなく、鋼板９０の第１面９０ａの全面をプレス成形の成形範囲として第１面９０ａを円弧状に折り曲げることができる。このような成形プレス１２による１回目のプレス成形によって、鋼板９０の第１面９０ａ側を、中心角が略１２０度の円弧形状に折り曲げる。

続いて、図１に示すように、第１面９０ａ側が円弧状に折り曲げられた鋼板９０を幅方向Ｗに移動させ、成形プレス１２の下金型１２Ａに鋼板９０の第２面９０ｂ側の端部を載置させる。この時、鋼板９０の第２面９０ｂの裏面であって、第２面９０ｂにおける幅方向Ｗの両端側のそれぞれの裏面が下金型１２Ａの載置面１２ａのそれぞれに載置される。そして、下金型１２Ａに載置された鋼板９０の第２面９０ｂの全面に対して上金型１２Ｂを近接動させる。この時、上金型１２Ｂは、鋼板９０の第２面９０ｂ側の開先９１（鋼板９０の幅方向Ｗの他方側縁部）の先端位置が下金型１２Ａの載置面１２ａの高さより所定高さＤだけ低い位置となるように、鋼板９０の第２面９０ｂを下方に押し切る。これにより、鋼板９０の第２面９０ｂ側における幅方向Ｗの一方側端部に直状部が残存することなく、鋼板９０の第２面９０ｂの全面をプレス成形の成形範囲として第２面９０ｂを円弧状に折り曲げることができる。このように成形プレス１２による２回目のプレス成形によって、鋼板９０の第２面９０ｂ側を、中心角が略１２０度の円弧形状に折り曲げる。

続いて、第１面９０ａ及び第２面９０ｂが円弧状に折り曲げられた鋼板９０を幅方向Ｗに移動させ、成形プレス１２の下金型１２Ａに第３面９０ｃを形成する鋼板９０の中央部を載置させる。そして、下金型１２Ａに載置された鋼板９０の第３面９０ｃの全面に対して上金型１２Ｂを近接動させる。これにより、鋼板９０の第３面９０ｃに直状部が残存することなく、鋼板９０の第３面９０ｃの全面をプレス成形の成形範囲として第３面９０ｃを円弧状に折り曲げる。このように成形プレス１２による３回目のプレス成形によって、鋼板９０の中央部（第３面９０ｃ）を、中心角が略１２０度の円弧形状に折り曲げ、鋼板９０の第１面９０ａから第３面９０ｃが円弧状に折り曲げられた曲げ鋼板９２を形成する。

このように、成形プレス１２においては、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する側の面を三つに区分し、三つに区分した面（第１面９０ａから第３面）のそれぞれをプレス成形の成形範囲として当該面側からの１面ずつの３回のプレス成形によって折り曲げることにより曲げ鋼板９２を形成する。つまり、鋼板９０において丸形鋼管９９の内壁を形成する面を三つに区分した所定の３面に、丸形鋼管９９の内壁となる側から順次力を加えることにより曲げ鋼板９２を形成する。

また、成形プレス１２においては、鋼板９０において開先９１が形成されている両側縁付近（第１面側及び第２面側）をプレス成形により折り曲げることから、後述のように、鋼板９０（曲げ鋼板９２）の両側縁を突き合わせて溶接する際に鋼板９０の両側縁の突き合わせ部が平面状になる。そのため、鋼板９０をプレス成形する前に予め端曲げプレス（はな曲げ加工）を行う必要がなく、丸形鋼管９９を製造する製造工程を簡略化することができる。

続いて、成形プレス１２によって折り曲げられた曲げ鋼板９２を長さ方向Ｎに移動させて仮付け溶接機１４（「溶接装置」の一例）に導入する。仮付け溶接機１４において曲げ鋼板９２の外側（丸形鋼管９９の外壁となる側）から加圧することにより開先９１同士を突き合わせして突き合わせ部を形成させる。そして、仮付け溶接機１４が、当該突き合わせ部に対して仮付け溶接９５を施工する。すなわち、曲げ鋼板９２の両側縁を突き合わせた状態で、仮付け溶接機１４が曲げ鋼板９２に対して仮付け溶接９５を行う。このように、仮付け溶接機１４が曲げ鋼板９２に対して仮付け溶接９５を行うことで、半成形丸形鋼管９６が造管される。ここで、半成形丸形鋼管９６とは、丸形鋼管９９の製造工程の中間成形過程における半成形品の丸形鋼管であり、最終製品である丸形鋼管９９よりも管の丸形の断面形状の径が不均一な粗成丸形鋼管をいう。

さらに、仮付け溶接９５が行われた半成形丸形鋼管９６を内面溶接機２１（「溶接装置」の一例）に導入する。内面溶接機２１は、半成形丸形鋼管９６に対して内面溶接９７を施工する。さらにまた、半成形丸形鋼管９６を外面溶接機２２（「溶接装置」の一例）に導入する。外面溶接機２２は、半成形丸形鋼管９６に対して外面溶接９８を施工する。

次いで、半成形丸形鋼管９６をエキスパンダ１５（「加圧装置」の一例）に導入する。エキスパンダ１５は、ダイスセグメント１６Ａを円周方向に多数並べて形成した円筒状のダイ１６内にジョー１７を介してテーパーの付いたコーン１８を装着し、このコーン１８をドローバー１９で引っ張ることによりダイ１６の外径を押し広げて拡管を行う装置である。エキスパンダ１５においては、拡管ヘッド２０が半成形丸形鋼管９６の管端から挿入される。そして、ドローバー１９に連結されたコーン１８を軸方向に移動させ、或いは半成形丸形鋼管９６を軸方向に移動させることにより、コーン１８とジョー１７のくさび作用によってジョー１７が広がる。これにより、ジョー１７の外側に取り付けられたダイ１６が半成形丸形鋼管９６の内壁に当接し、半成形丸形鋼管９６の内壁を加圧することで半成形丸形鋼管９６を内側から外側に押し広げる。そして、ダイ１６が半成形丸形鋼管９６の全長にわたって半成形丸形鋼管９６の内壁を加圧することで、半成形丸形鋼管９６の全長が拡管される。エキスパンダ１５は、半成形丸形鋼管９６を内側から外側に押し広げることで、半成形丸形鋼管９６を側面視丸形に成形する。エキスパンダ１５は、半成形丸形鋼管９６の内壁をダイ１６により加圧することで、半成形丸形鋼管９６の内径が半成形丸形鋼管９６の全周にわたって均一となるように成形する。これにより、製品としての丸形鋼管９９が造管される。

以上のように、本実施形態に係る丸形鋼管９９の製造方法及び丸形鋼管製造設備１０によれば、丸形鋼管９９の前段階である半成形丸形鋼管９６を造管する際に、鋼板９０の両側縁付近をプレス成形により折り曲げることから、鋼板９０（曲げ鋼板９２）の両側縁を突き合わせて溶接する際に鋼板９０の両側縁の突き合わせ部が平面状になる。そのため、鋼板９０をプレス成形する前に予め端曲げプレス（はな曲げ加工）を行う必要がなく、鋼板９０から丸形鋼管９９を製造する製造工程を簡略化することができる。また、半成形丸形鋼管９６を造管する際に、同一の金型（下金型１２Ａ及び上金型１２Ｂ）によって鋼板９０の所定の３箇所を折り曲げることができる。そのため、簡素化された設備構成で簡易な製造工程により丸形鋼管９９を製造することができる。さらに、造管された半成形丸形鋼管９６に直状部が残存しないため、半成形丸形鋼管９６から丸形鋼管９９を成形する際に半成形丸形鋼管９６全体を加熱する必要がない。そのため、簡素化された設備構成で簡易な製造工程により丸形鋼管９９を製造することができる。さらにまた、鋼板９０の所定の３箇所を折り曲げることにより丸形鋼管９９を製造することから、半成形丸形鋼管９６を造管するためのプレス加工の回数を削減できるとともに、３つの大径のアール部によって管の断面形状を丸形状に成形することができる。そのため、簡易な製造工程により丸形鋼管９９を製造することができる。

なお、本実施の形態においては、折り曲げ装置の一例としてエヤーベンド形式の成形プレス１２が示されているが、これに限定されるものではなく、下金型１２Ａを上向きの凹状成形面を有した一体の金型とし、当該金型に対して上金型を近接動させる押し切り形式の折り曲げ装置であっても構わない。

また、本実施の形態においては、エキスパンダ１５のダイ１６によって半成形丸形鋼管９６を内側から外側に押し広げることにより丸形鋼管９９を成形しているが、この方法に限定されるものではなく、半成形丸形鋼管９６の内壁を加圧して半成形丸形鋼管９６を内側から外側に押し広げる構成であれば、例えば、水圧式の拡管機（半成形丸形鋼管９６の管内に水を満たし圧力をかける方式）を用いた方法により成形しても構わない。

さらに、本実施の形態においては、エキスパンダ１５によって半成形丸形鋼管９６を内側から外側に押し広げることにより丸形鋼管９９を成形しているが、この方法に限定されるものではなく、半成形丸形鋼管９６を真円の丸形鋼管９９に成形可能な方法であれば、半成形丸形鋼管９６の外壁を外側から内側に押し縮めることにより丸形鋼管９９を成形しても構わない。この場合、半成形丸形鋼管９６の外壁側から下型と上型とを嵌め合わせてプレスするプレス形式の加圧装置により丸形鋼管９９を成形する。また、半成形丸形鋼管９６の外壁側から複数のロールにより加圧するロール形式の加圧装置により丸形鋼管９９を成形する。

１０ 丸形鋼管製造設備
１２ 成形プレス（折り曲げ装置）
１４ 仮付け溶接機（溶接装置）
１５ エキスパンダ（加圧装置）
２１ 内面溶接機（溶接装置）
２２ 外面溶接機（溶接装置）
９０ 鋼板
９０ａ 第１面
９０ｂ 第２面
９０ｃ 第３面
９６ 半成形丸形鋼管
９９ 丸形鋼管

Claims (3)

1. 鋼板から丸形鋼管を製造する方法であって、
   前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの一方側の第１面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第１面を下方に押し切ることで、前記第１面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第１面を円弧状に折り曲げ、
   前記第１面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの他方側の第２面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第２面を下方に押し切ることで、前記第２面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第２面を円弧状に折り曲げ、
   前記第１面及び前記第２面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの前記第１面と前記第２面とに挟まれた第３面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第３面を円弧状に折り曲げ、
   前記第１面側の鋼板の側縁と前記第２面側の鋼板の側縁とを突き合わせて溶接することにより半成形丸形鋼管を造管し、
   造管した前記半成形丸形鋼管の壁面を加圧することにより前記半成形丸形鋼管を前記丸形鋼管に成形すること
   を特徴とする丸形鋼管の製造方法。
2. 造管した前記半成形丸形鋼管の内壁を加圧することにより前記半成形丸形鋼管を前記丸形鋼管に成形すること
   を特徴とする請求項１に記載の丸形鋼管の製造方法。
3. 鋼板から丸形鋼管を製造する丸形鋼管製造設備であって、
   前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面をプレス成形により折り曲げる折り曲げ装置と、
   前記折り曲げ装置により折り曲げられた鋼板の両側縁を突き合わせて溶接する溶接装置と、
   前記溶接装置により溶接されて造管される半成形丸形鋼管の壁面を加圧する加圧装置と、
   を備え、
   前記折り曲げ装置は、
   前記鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの一方側の第１面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第１面を下方に押し切ることで、前記第１面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第１面を円弧状に折り曲げ、
   前記第１面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの他方側の第２面の一端縁に形成される開先の先端位置が金型の載置面の高さより所定高さだけ低い位置となるように前記第２面を下方に押し切ることで、前記第２面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第２面を円弧状に折り曲げ、
   前記第１面及び前記第２面を折り曲げた鋼板において前記丸形鋼管の内壁を形成する面を三つに区分した面のうちの前記第１面と前記第２面とに挟まれた第３面の全面をプレス成形の成形範囲として前記第３面を円弧状に折り曲げること
   を特徴とする丸形鋼管製造設備。

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