JP7160320B2 - 拡管金型及び縮管金型、及び各金型装置 - Google Patents
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Description
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、鋼管の拡管又は縮径変形させたい部分の直径及び長さが大きい場合でも、容易に且つ安価に拡管又は縮径加工が可能な拡管金型及び縮管金型、及び各金型装置と提供することを目的とする。
管(13)の管径を拡大するよう加工する拡管金型において、
金型ベース(31)と、
該金型ベース(31)に固定されて軸方向に伸びる芯金型(32)と、
前記芯金型(32)の先端に固着され且つ外径寸法が先端側から前記金型ベース側へ向けて徐々に大きくなる外周テーパ部(33a)を有する先端金型(33)と、
前記金型ベース(31)と前記先端金型(33)との間にて、前記芯金型の外周に嵌合され且つ外径寸法が前記先端金型(33)側から前記金型ベース側へ向けて徐々に大きくなる所定外形寸法(D1~D3)の外周テーパ部(34a、51a、53a)を有する外周リング金型(34、51、53)と、を備え、
前記管(13)の内径部が、少なくとも前記外周リング金型(34、51、53)の外周テーパ部(34a、51a、53a)に押込み方向に押し当てられたときに、前記管(13)の管径が拡大加工される、拡管金型である。
また好ましくは、前記外周リング金型(34、51、53)は、軸方向に積重された二以上の部分外周リング金型(34A~34E、51A~51E、53A~53E)から構成される。
更に好ましくは、少なくとも前記先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)はSKD11材料を高温焼戻し処理及び低温TICコーティング処理した後に外周表面を鏡面仕上げして形成される。
金型ベース(31A)と、
該金型ベース(31A)に固定されて軸方向に伸びる外周筒形金型(61)と、
前記外周筒形金型(61)の先端に固着され且つ内径寸法が先端側から前記金型ベース側へ向けて徐々に小さくなる内周テーパ部(62a)を有する先端筒形金型(62)と、
前記金型ベース(31A)と前記先端筒形金型(62)との間にて、前記外周筒形金型(61)の内周に嵌合され且つ内径寸法が前記先端筒形金型(62)側から前記金型ベース側へ向けて徐々に小さくなる所定内径寸法(d1~d3)の内周テーパ部(63a、78a、79a)を有する内周リング金型(63、78、79)と、を備え、
前記管(13)の外径部が、少なくとも前記内周リング金型(63、78、79)の内周テーパ部(63a、78a、79a)に対して押込み方向に押し当てられたときに、前記管(13)の管径が縮小加工される。
また好ましくは、前記内周リング金型(63)は、軸方向に積重された二以上の部分内周リング金型(63A~63D、78A~78D、79A~79D)から構成される。
更に好ましくは、少なくとも前記先端金型(62)及び内周リング金型(63、78、79)はSKD11材料を高温焼戻し処理及び低温TICコーティング処理した後に内周表面を鏡面仕上げして形成されている。
各組(21A~21C)の前記内周リング金型(63、78、79)の内径寸法(d1~d3)が、所定の寸法関係(d1>d2>d3)を満たすように異なり、
前記管(13)が複数組の縮管金型(21A~21C)により順次縮管加工されてその外径寸法が順次縮小される、縮管金型セットである。
前記金型ベース(31A)に隣接して、前記内周リング金型(63、78、79)の内周近傍に設けられた離型押圧部材(73)とを備える金型装置であって、該離型押圧部材(73)により、縮管加工を終了した管(13)を前記押込み方向とは逆方向へ押し戻して前記内周リング金型(63、78、79)及び先端金型(62)から離間させる、縮管金型装置である。
(1) 管(13)を拡管する拡管金型が、大略、芯金型(32)、先端金型(33)及び外周テーパ部(34a、51a、53a)付き外周リング金型(34、51、53)の3つの構成部品を組付けて構成されるので、芯金型(32)は共通使用のままで先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)を交換することにより、管(13)の拡径寸法の変化に対応できるため、種々の拡管加工に対応でき、また芯金型(32)の共通使用によりコストを低減し得る。
(3) 外周リング金型(34)は、軸方向に積重された二以上の部分外周リング金型(34A~34E)から構成されるため、外周リング金型(34)の軸方向全長が大きいときは、一つの部材から製作するものに比して製作が容易になる。また、個々の部分外周リング金型(34A~34E)は小型化し得るから、TiCコーティング処理コストが低減される。また、部分外周リング金型(34A~34E)のいずれかが摩耗した際、当該摩耗した部分金型の交換のみでよくコストが低減される。また外周リング金型(34)の一定全長の範囲内で個々の部分外周リング金型(34A~34E)の長さ寸法の変更や、複数の部分外周リング金型を一体化してモジュール化し得る等の汎用性もある。
(11) 管(13)を縮管する縮管金型が、大略、外周筒形金型(61)、先端筒形金型(62)及び内周テーパ部(63a、78a、79a)付き内周リング金型(63、78、79)の3つの構成部品を組付けて構成されるので、外周筒形金型(61)は共通使用のままで先端筒形金型(62)及び内周リング金型(63、78、79)を交換することにより、管(13)の拡径寸法の変化に対応できるため、種々の縮管加工に対応できまた外周筒形金型(61)の共通使用によりコストを低減し得る。
(13) 内周リング金型(63)は、軸方向に積重された二以上の部分内周リング金型(63A~63D)から構成されるため、内周リング金型(63)の軸方向全長が大きいときは、一つの部材から製作するものに比して製作が容易となる。また、個々の部分内周リング金型(63A~63D)は小型化し得るから、TiCコーティング処理コストが低減される。また、部分内周リング金型(63A~63D)のいずれかが摩耗した際、当該摩耗した部分金型の交換のみでよくコストが低減される。また内周リング金型(63)の一定全長の範囲内で個々の部分内周リング金型(63A~63D)の長さ寸法の変更や、複数の部分内周リング金型を一体化してモジュール化し得る等の汎用性もある。
図1~図3は夫々、本発明に係る拡管金型及び縮管金型を適用した、拡管又は縮管加工装置の全体を示す平面図、側面図、及び正面図である。
21は、同じく右側架台9の上記金型取付基板17に取付けられた縮管金型で、1段目縮管金型21A、2段目縮管金型21B、及び3段目縮管金型21Cを備える。各縮管金型21A~21Cは夫々、水平方向に伸び且つ平面図(図1)で見て所定ピッチで配設されている。
なお図2中、符号26は、分割式の拘束ロッドであり、一対の架台7及び9が拡管又は縮管加工時に倒れ変形しないように拘束するもので、ナット26aにより張力を調節可能である。
図7及び図8中、1段目拡管金型15Aは、円板形の金型ベース31と、円柱形の芯金型32と、第1の先端金型33Aと、金型ベース31及び第1の先端金型33A間で芯金型32に嵌合された複数の外周リング金型34A~34E(外径寸法D1)とを備え、芯金型32は、機械加工の便宜上軸方向に積重した二つの部分芯金型32A及び32Bを組合せてなるが、これに限らず単一の部材でもよく又は3個以上の芯金型を組合せてもよい。金型ベース31、部分芯金型32A及び32B、及び第1の先端金型33Aは沈みボルト36~38により強固に一体固着されている。なお、35は芯金型32Aの根元部に嵌合されたカラーである。
次に、縮管金型の詳細を図12~図15を使用して説明する。
図12及び図13中、1段目縮管金型21Aは、円板形の金型ベース31Aと、円筒形の外周筒形金型61と、第1の先端金型62Aと、金型ベース31A及び第1の先端金型62A間で外周筒形金型61に挿入嵌合された複数の内周リング金型63A~63D(内径寸法d1)とを備え、外周筒形金型61は、機械加工の便宜上軸方向に積重した二つの部分外周筒形金型61A及び61Bを組合せてなるが、これに限らず単一の部材でもよく又は3個以上の部分外周筒形金型を組合せてもよい。金型ベース31A、部分外周筒形金型61A及び61B、及び第1の先端金型62Aは沈みボルト65~67により強固に一体固着されている。なお、71は、後述する離型押圧部材73を収納する固定シリンダであり、ボルト72により金型ベース31Aに固着される。
次に、 パイプ13を加工する手順について説明する。
まず、図1~図3中、パイプ13はパイプ搬入テーブル3から鋼管加工部2へ搬入されて、延長軸11及び1段目拡管金型15A間においてこれらと同軸的位置に至って送りローラ14上に載置され、送りローラ14の回転により図中左方向へ軸方向移動されて、延長軸11に当接される。次に、5個のクランプ10のクランプアーム10A及び10Bが油圧シリンダ23により閉鎖的に回動してパイプ13を、パイプ13の予め設定された加工用芯出し位置まで若干寸法だけ持ち上げつつクランプする。このとき、送りローラ14はパイプから離間される。
図17Aが、パイプ13及び1段目拡管金型15Aが互いに同軸的に芯出しされた状態である。
続いて、図17D中、パイプ13が図中右方向へ油圧シリンダ6により延長軸11を介して且つクランプ10と一体的に押圧移動されて、パイプ13先端部が1段目拡管金型15Aの先端金型33Aの外周テーパ部33a1及び33a2、更には外周リング金型34の外周テーパ部34aへ順次乗り上げて拡管加工開始される。
続いて、図17F中、パイプ13が離型リング16Aと共に図中右方向へ更に押し込まれ、検出装置43のドグ45がセンサ44に対応位置したとき、その検出信号により油圧シリンダ6の動作が停止されて、パイプ13の拡管加工が終了する。このとき、クランプ10によるパイプのクランプが開放された後に、左側油圧シリンダ6のシリンダロッド6aが図中左方向へ延長軸11と共に200mm程度戻り移動される。
続いて、図20A及び図20Bは夫々、3段目の拡管加工開始前のパイプ13C(図19Bのパイプ13Cに対応)の状態と、3段目の拡管加工の終了時のパイプ13D及び3段目拡管金型15C(外周テーパ部33c、53aを有する)の状態を示す図であり、パイプ13Cの右端側の内径寸法D2´は、2段目拡管金型15Bの外周リング金型51の外径寸法D2とほぼ同一であるがスプリングバックのためD2より僅かに小さい。(D2´<D2)
最後に、図21は、最終的に拡管加工されたパイプ13D(図20Bのパイプ13Dに対応)を示し、パイプ13Dの右端側の内径寸法D3´は、3段目拡管金型15Cの外周リング金型53の外径寸法D3とほぼ同一であるがスプリングバックのためD3より僅かに小さい。(D3´<D3)(D1´<D2´<D3´)
拡管加工が終了したパイプ13は図1及び図2に示す位置まで軸方向に移動復帰し、クランプ10によるクランプが解除された後に、搬出テーブル4から排出されて、また次のパイプ13が加工部2に搬入されて、同様の加工が繰り返される。
続いて、図22B中、押圧シャフト12が油圧シリンダ8により図中左方向へ移動されて離型押圧部材73に当接してこれを同方向へ所定距離nだけ移動させる。これにより、検出装置43のドグ45はセンサ44から外れた位置に至る。
続いて、図22D中、パイプ13が図中右方へ油圧シリンダ6により押圧移動されて、パイプ13先端部が1段目縮管金型21Aの先端金型62Aの内周テーパ部62a1及び62a2、更には内周リング金型63の内周テーパ部63aへ順次押し当てられて縮管加工開始される。
続いて、図25A及び図25Bは夫々、3段目の縮管加工開始前のパイプ13C´(図24Bのパイプ13C´に対応)の状態と、3段目の縮管加工の終了時のパイプ13D´及び3段目縮管金型21C(内周テーパ部62c、79aを有する)の状態を示す図であり、パイプ13C´の右端側の外径寸法d2´は、2段目縮管金型21Bの内周リング金型78の内径寸法d2とほぼ同一であるがスプリングバックのためd2より僅かに大きい。(d2´>d2)
最後に、図26は、最終的に縮管加工されたパイプ13D´(図25Bのパイプ13D´に対応)を示し、パイプ13D´の右端側の外径寸法はd3´は、3段目縮管金型21Cの内周リング金型79の内径寸法d3とほぼ同一であるがスプリングバックのためd3より僅かに大きい。(d3´>d3)(d1´>d2´>d3´)
縮管加工が終了したパイプ13は図1及び図2に示す位置まで軸方向に移動復帰し、クランプ10によるクランプが解除された後に、搬出テーブル4から排出されて、また次のパイプ13が加工部2に搬入されて、同様の加工が繰り返される。
2 鋼管加工部
3 搬入テーブル
4 搬出テーブル
5 フレーム
6、8、23 油圧シリンダ
6a、8a シリンダロッド
7、9、22 架台
10 クランプ
10A、10B クランプアーム
11 延長軸
12 押圧シャフト
13 鋼管
14 送りローラ
15(15A~15C) 拡管金型
16(16A~16C) 離型リング
16a 貫通孔
17 金型取付基板
21(21A~21C) 縮管金型
24 シリンダロッド
26 拘束ロッド
26a ナット
27 押プレート
28 ローラフォロワ
31、31A 金型ベース
32(32A、32B) 芯金型
33(33A~33C)、62(62A~62C) 先端金型
33a、33b、33c、34a、51a、53a、62a、62b、62c、63a、78a、79a テーパ部
33a1、33b1、62a1、62b1 ガイド部
34(34A~34D)、51(51A~51D)、53(53A~53D) 外周リング金型
35、52、54 カラー
36~38、41、65~67、72、77A~77C ボルト
40 当接ピン
42 案内ロッド
43 検出装置
44 センサ
45 ドグ
61(61A、61B) 外周筒形金型
63(63A~63D)、78(78A~78D)、79(79A~79D) 内周リング金型
71 固定シリンダ
73 離型押圧部材
74 ベース板
74a キー溝
75 中間リング
76(76A~76C) 押圧板
78 キー
Claims (24)
- 管(13)が押し込まれるように構成され、押し込まれた前記管(13)の端部を含む所定部分の管径を拡大するよう加工する拡管金型において、
金型ベース(31)と、
該金型ベース(31)に固定されて軸方向に伸びる芯金型(32)と、
前記芯金型(32)の先端に固着された先端金型(33)と、
前記金型ベース(31)と前記先端金型(33)との間にて、前記芯金型の外周に嵌合され且つ外径寸法が前記先端金型(33)側から前記金型ベース側へ向けて徐々に大きくなる所定外形寸法(D1~D3)の外周テーパ部(34a、51a、53a)を有する外周リング金型(34、51、53)と、
を備え、
前記管(13)の前記所定部分の内径部が、少なくとも前記外周リング金型(34、51、53)の外周テーパ部(34a、51a、53a)に押込み方向に押し当てられたときに、前記管(13)の前記所定部分の少なくとも一部の管径が拡大加工される、
拡管金型。 - 請求項1に記載の拡管金型において、
前記金型ベース(31)、芯金型(32)及び先端金型(33)はボルト(36~38)により互いに一体固定されている、
拡管金型。 - 請求項1又は2に記載の拡管金型において、
前記外周リング金型(34、51、53)は、軸方向に積重された二以上の部分外周リング金型(34A~34E、51A~51E、53A~53E)から構成された、
拡管金型。 - 請求項1乃至3の何れかに記載の拡管金型において、
前記先端金型(33)は、その外周に外径寸法が先端側から前記金型ベース側へ向けて徐々に大きくなる外周テーパ部(33a2、33b2、33c)を有し、
前記管(13)の内径部が最初に該外周テーパ部(33a2、33b2、33c)により拡管加工される、
拡管金型。 - 請求項4に記載の拡管金型において、
前記先端金型(33A~33C)の外周テーパ部(33a2、33b2、33c)と、前記前記外周リング金型(34、51、53)の外周テーパ部(34a、51a、53a)とは、テーパ角度値が互いに異なる、
拡管金型。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の拡管金型において、
前記先端金型(33A、33B)はその先端側に管(13)を案内するガイド部(33a1、33b1)を有する、
拡管金型。 - 請求項1乃至6の何れかに記載の拡管金型において、
少なくとも前記先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)は高い硬度を有する材料を使用するか、又は材料の表面を硬化処理又は内部を硬化処理のうちの少なくとも表面硬化処理が行われて形成されている、
拡管金型。 - 請求項7に記載の拡管金型において、
前記先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)は、前記材料の表面を硬化処理して形成されている、
拡管金型。 - 請求項7又は8に記載の拡管金型において、
前記表面硬化処理は、低温TICコーティング処理である、
拡管金型。 - 請求項1乃至9の何れかに記載の拡管金型が、管を複数段階で拡管するために複数組分(15A~15C)設けられ、
各組(15A~15C)の前記外周リング金型(34、51、53)の外径寸法(D1~D3)が、所定の寸法関係(D1<D2<D3)を満たすように異なり、
前記管(13)が複数組の拡管金型(15A~15C)により順次拡管加工されてその内径寸法が順次拡大される、
拡管金型セット。 - 請求項1乃至10の何れかに記載の少なくとも一つの前記拡管金型(15A~15C)と、
前記金型ベース(31)に隣接して、前記外周リング金型(34、51、53)の外周近傍に設けられた離型部材(16)と
を備える、拡管金型装置であって、
該離型部材(16)により、拡管加工を終了した管(13)を、前記押込み方向とは逆方向へ押し戻して前記外周リング金型(34、51、53)及び先端金型(33)から離間させる、
拡管金型装置。 - 請求項11に記載の拡管金型装置であって、
前記金型ベース(31)又はこれと一体の部材に取付けた第1の検出部材(44)と、前記離型部材(16)に取り付けた第2の検出部材(45)とからなる検出装置(43)を備え、
前記離型部材(16)が拡管加工される前記管(13)により押圧されて移動されたときに、該検出装置(43)により管(13)の拡管加工終了を検出する、
拡管金型装置。 - 管(13)が押し込まれるように構成され、押し込まれた前記管(13)の端部を含む所定部分の管径を縮小するよう加工する縮管金型において、
金型ベース(31A)と、
該金型ベース(31A)に固定されて軸方向に伸びる外周筒形金型(61)と、
前記外周筒形金型(61)の先端に固着された先端筒形金型(62)と、
前記金型ベース(31A)と前記先端筒形金型(62)との間にて、前記外周筒形金型(61)の内周に嵌合され且つ内径寸法が前記先端筒形金型(62)側から前記金型ベース側へ向けて徐々に小さくなる所定内径寸法(d1~d3)の内周テーパ部(63a、78a、79a)を有する内周リング金型(63、78、79)と、
を備え、
前記管(13)の前記所定部分の外径部が、少なくとも前記内周リング金型(63、78、79)の内周テーパ部(63a、78a、79a)に対して押込み方向に押し当てられたときに、前記管(13)の前記所定部分の少なくとも一部の管径が縮小加工される、
縮管金型。 - 請求項13に記載の縮管金型において、
前記金型ベース(31A)、外周筒形金型(61)及び先端筒形金型(62)はボルト(65~67)により互いに一体固定されている、
縮管金型。 - 請求項13又は14に記載の縮管金型において、
前記内周リング金型(63)は、軸方向に積重された二以上の部分内周リング金型(63A~63D、78A~78D、79A~79D)から構成された、
縮管金型。 - 請求項13乃至15の何れかに記載の縮管金型において、
前記先端筒形金型(62)は、その内周に内径寸法が先端側から前記金型ベース側へ向けて徐々に小さくなる内周テーパ部(62a2、62b2、62c)を有し、
前記管(13)の外径部が最初に該内周テーパ部(62a2、62b2、62c)により縮管加工される、
縮管金型。 - 請求項16に記載の縮管金型において、
前記先端筒形金型(62)の内周テーパ部(62a2、62b2、62c)と、前記内周リング金型(63、78、79)の内周テーパ部(63a、78a、79a)とは、テーパ角度値が互いに異なる、
縮管金型。 - 請求項13乃至17の何れかに記載の縮管金型において、
前記先端金型(62)はその先端側に管(13)を案内するガイド部(62a1、62b1)を有する、
縮管金型。 - 請求項13乃至18の何れかに記載の縮管金型において、
少なくとも前記先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)は高い硬度を有する材料を使用するか、又は材料の表面を硬化処理又は内部を硬化処理のうちの少なくとも表面硬化処理が行われて形成されている、
縮管金型。 - 請求項19に記載の縮管金型において、
前記先端金型(33)及び外周リング金型(34、51、53)は、前記材料の表面を硬化処理して形成されている、
縮管金型。 - 請求項19又は20に記載の拡管金型において、
前記表面硬化処理は、低温TICコーティング処理である、
縮管金型。 - 請求項13乃至20の何れかに記載の縮管金型が、管を複数段階で縮管するために複数組分(21A~21C)設けられ、
各組(21A~21C)の前記内周リング金型(63、78、79)の内径寸法(d1~d3)が、所定の寸法関係(d1>d2>d3)を満たすように異なり、
前記管(13)が複数組の縮管金型(21A~21C)により順次縮管加工されてその外径寸法が順次縮小される、
縮管金型セット。 - 請求項13乃至22の何れかに記載の縮管金型と、
前記金型ベース(31A)に隣接して、前記内周リング金型(63、78、79)の内周近傍に設けられた離型押圧部材(73)と
を備える、縮管金型装置であって、
該離型押圧部材(73)により、縮管加工を終了した管(13)を前記押込み方向とは逆方向へ押し戻して前記内周リング金型(63、78、79)及び先端金型(62)から離間させる、
縮管金型装置。 - 請求項23に記載の縮管金型装置であって、
前記金型ベース(31A)又はこれと一体の部材(71)に取付けた第1の検出部材(44)と、前記離型部材(16)に取り付けた第2の検出部材(45)とからなる検出装置(43)を備え、
前記離型押圧部材(73)が縮管加工される前記管(13)により押圧されて移動されたときに、該検出装置(43)により管(13)の縮管加工終了を検出する、
縮管金型装置。
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