JPH0322244B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、配管の分岐部に用いられるＴ型分岐
管継手（以下Ｔ継手と省略する）のように母管と
枝管の軸が直交した分岐管のうち、溶接線のない
一体構造の継目無分岐管の製造方法に関する。

第１図の斜視図に示すように、Ｔ継手１は母管
２と枝管３から成り、その形状を特徴付けるのは
枝管径D₂と母管径D₁の比（径比）D₂/D₁と、枝
管高さＨと枝管径D₂の比H/D₂である。また性能
的に最も重要な部位はクロツチ部４で、その断面
形状は第２図イ，ロに示す２つのタイプに大別さ
れる。同図イに示すものは内面Ｒ（曲率半径）が
大きく流体のスムーズな流れが特徴で以下スムー
ズクロツチと呼ぶ。同図ロに示すものは内面Ｒが
極めて小さく角張つた形状で、クロツチ肉厚Tc
が大きく強度的に強く丈夫な点が特徴で以下シヤ
ープクロツチと呼ぶ。

継目無Ｔ継手の製造法を使用素材で大別する
と、継目無管を素管に用い成形によつて製品形状
を得る成形法と、鍜造によつて概略Ｔ形状とした
素材から削り出しによつて製品を得る鍜造削り出
し法があり、前者はスムーズクロツチ形状のＴ継
手、後者はシヤープクロツチ形状のＴ継手の製造
に用いられるのが通例である。はじめに成形法と
クロツチ形状の関連について、成形法の代表であ
るバルジ成形法と縮径成形法を例にとつて説明す
る。

バルジ成形法は一般に冷間加工によつて実施さ
れ、第３図イに示す如く目標製品母管２と同径、
同肉厚、長さは製品より大きい真円素管５を用
い、これを製品外郭形状と同一の内部形状を有す
る上下一対のダイス６，６′の中心にセツトした
後、その素管５の両管端をピストン７，７で拘束
し、ピストン７，７に設けた透孔８，８を通して
送入した油等の液圧媒体９で素管５内を満たし、
上下ダイス６，６′を図示しないプレスにて分離
せぬよう加圧した状態で素管５に内圧をかけなが
ら、その素管５にピストン７，７にて軸圧縮変形
を生ぜしめ、枝管形成側の下ダイス６′に設けた
ダイス穴１０内に、同図ロに示すようにダイス穴
入口肩部１０′を通過して材料を流入せしめ、枝
管のもととなる隆起部３′を有する半製品１′を得
る。次いで隆起部３′を閉塞頭部を切り捨てて枝
管部３″となす。

一方、縮径成形法は素管を周方向に圧縮して枝
管用の隆起部を形成する加工法で、熱間加工を原
則とする。通常、目標製品母管外径D₁の1.2〜1.4
倍の外径で、肉厚、長さは製品母管と略々同一の
真円素管を用い、これにまず偏平加工を施して断
面短径（外径）が母管径D₁と略々等しい偏平管
１１となす。次いで加熱した後これを、第４図イ
の如くに製品Ｔ継手外郭形状より熱膨脹代分だけ
大きい内部形状をもつ上下一対のダイス１２およ
び１２′にセツトし、長径方向に図示しないプレ
スにて加圧することにより周方向に圧縮する加圧
を行い、下ダイス１２′に設けたダイス穴１０内
に同図ロに示すようにダイス穴入口肩部１０′を
経て材料を押込み流入せしめ、円形断面の母管部
２′ならびに枝管のもととなる隆起部３′を有する
半成品１′を得る。

この圧縮加工は熱間にて実施され、上下ダイス
１２および１２′に拘束されないワーク１１直壁
部は、該直壁部の高さが肉厚の２〜３倍以下であ
れば、挫屈を生じない。挫屈を生じるおそれのあ
る場合は、下側のダイス１２′に納まる隆起加工
を行う部分を高温にして、他の少なくとも直壁部
を低温にする方法が採用される。すなわち、下側
のダイス１２′に納まる部分のみを加熱するか、
ワーク１１全体を加熱後、下側のダイス１２′に
納まる部分以外を水冷して、圧縮加工を行うので
ある。こうすることにより、円形断面の２′に隆
起部３′が形成された半成品１′が得られる。

半成品１′が得られると、その隆起部３′の頭部
中央に下穴１３を穿ち、第４図ハに示す如くダイ
ス穴１０から下穴１３を通して管内に臨ましめた
引抜棒１４に、目標製品枝管内径（第１図d₂）よ
り仕上代分だけ小さい外径dpの引抜プラグ１５
を連結固定し、熱間状態にて前記引抜棒１４を下
方に引いて引抜プラグ１５の通過により下穴１３
を拡げると同時に下穴周辺のドーム状の隆起部
３′の壁を立てて同図ニに示す如く枝管部３″を得
る。

以上のバルジ成形法、縮形成形法のいずれにお
いても、材料がダイス穴内に流れ込む際のダイス
穴入口肩部１０′での変形は曲げであり、ダイス
穴入肩部での丸味半径rdより大きな丸味の付いた
スムーズクロツチ形状とならざるを得ないのであ
る。

ところで、縮形形成法の場合も、切削代を見込
んだ十分な肉厚をクロツチ部に与えることがもし
もできれば、シヤープクロツチを有するＴ継手の
製造は可能であろう。しかし、その場合は、厚肉
の素管を使用することになり、肉厚が厚い場合は
隆起部３′を形成することができなくなるので、
厚肉の場合、縮径成形法は適用できない。本発明
者の経験によれば、素管肉厚T₀と製品枝管径D₂
の比T₀/D₂が0.3未満でなければ、縮径成形法の
適用は不可能であること、即ち、隆起部３′を形
成させることは不可能であることが確認された。
また、T₀/D₂が0.3未満の場合でも、シヤープク
ロツチを有するＴ継手を得るためには母管部を相
当薄肉に削り込まざるを得ず、母管部の強度が問
題となつてくる為、縮径成形法は適用出来ない。
従つて、縮径成形法ではクロツチ部に十分な肉厚
が確保されたシヤープクロツチＴ継手の製造は不
可能であり、このようなシヤープクロツチＴ継手
を製造しようとする場合は、鍜造削り出し法によ
らざるを得ないこととなる。

ところで、その鍜造削り出し法は、第６図イに
示す如く外郭形状を製品Ｔ継手が採取可能な概略
寸法とした中実ブロツクを熱間での鍜造でつくつ
たもの、あるいは同図ロに示す如く枝管採取部１
８のみ凸形状を残した異形管状ブロツクに熱間で
鍜造したものからそれぞれ機械加工によつて製品
を削り出す方法である。従つて、肉厚確保が容易
で、シヤープクロツチ形状のＴ継手は、この方法
の方がむしろ製造し易い。

しかし、第６図イの鍜造削り出し法は、切削加
工代が極端に多く、不経済である。また、第６図
ロの鍜造削り出し法は、枝管付近の鍛練の度合い
が上記の成形法にくらべて低く、またメタルフロ
ーも良好とは言えず、枝管付近の品質が劣るとい
う欠点がある。

すなわち、第６図ロの鍜造削り出し法の場合
は、枝管採取部１８を厚く残して鍜造が行われる
ので、枝管採取部１８の鍜練が他の部分より不足
してしまう。また、枝管採取部１８では、第５図
ロに示すような外側に膨出したメタルフローにな
るので、枝管部３″を削り出す際にメタルフロー
が分断されてしまう。その結果、管全体が十分な
鍜練を受けた圧延管が使用でき、かつ母管部２′
からクロツチ部４を経て枝管部３″にかけて第５
図イに示すような連続したメタルフローが得られ
る成形法の場合と比べて、枝管部３″の靭性が不
十分なものとなる。そのため、配管接続後の枝管
に作用する力や振動によつて、枝管つけ根部分に
亀裂の発生するおそれがある。

上記に鑑み本発明は、厚肉でしかも枝管つけ根
部の靭性に優れたシヤープクロツチ形状のＴ継手
（Ｔ型分岐管）を経済性よく製造し得る分岐管の
製造方法の提供を目的としている。

本発明の要旨とするところは、管体の一部に枝
出し加工を施す場合において、製品母管より大径
で肉厚が製品枝管径の0.3倍以上の厚肉素管を熱
間あるいは冷間で偏平加工し、当該偏平素管を加
熱後その内部に、マンドレルにそれと直角の向き
に押込みプラグを取付けた工具を挿入して、その
押込みプラグを前記偏平素管の長径方向に向けて
枝出し予定部に対応させ、この状態で製品母管お
よび製品枝管の外郭形状と略々同一の内部形状を
有する上下一対のダイスにて前記偏平素管を長径
方向に押圧して円形断面とすると同時に、枝出し
される側とは反対側の管内面にて前記マンドレル
を押圧することにより、前記押込みプラグを枝出
しされる側の管内面に押込んでプラグ肩と枝出し
予定部ダイス穴入口肩との間でせん断変形を生ぜ
しめることにより枝出し予定部を管外面側に隆起
せしめ、その後、使用済みのマンドレルを取去つ
てから、当該隆起部に下穴をあけ、次いで押込み
プラグを除去してプラグ引抜きによる枝出し加工
を熱間にて施し、更に切削加工によりシヤープク
ロツチを有するＴ継手形状に仕上げることを特徴
とするシヤープクロツチ分岐管の製造方法にあ
る。

本発明の製造方法によれば、偏平素管を円形断
面に縮径成形することにより、押込みプラグが材
料を内面から押圧して材料がダイス穴内へ強制的
に押込まれる。押込みプラグを支持するマンドレ
ルは、縮径成形される管体の内面にて押圧され、
その圧下機構を必要としないだけでなく、たわみ
が防止されることにより、押込みプラグに十分な
押圧力を付与する。その結果、従来の縮径成形法
が適用困難な厚肉の素管、すなわち素管肉厚と枝
管径の比が0.3以上の素管に対しても、また厚肉
で且つ全長の大きい素管に対しても必要な隆起部
を形成し得るのである。しかも、この隆起部より
プラグ引抜き加工で枝出しされた枝管部は、母管
部から枝管部の先端に達する連続したメタルフロ
ーを有する。従つて、厚肉でしかも枝管つけ根部
の靭性に優れたシヤープクロツチ形状のＴ継手が
製造され得る。また、切削代も第６図イの鍜造削
り出し法よりもはるかに少なくて済む。

以下、本発明の方法を手順を追つて詳細に説明
する。

真円状の厚肉素管（直管）を用意し、まずこれ
を偏平化して偏平素管を得る。すなわち第７図イ
に示す如く、熱間あるいは冷間状態の真円の厚肉
素管１９を上下対の偏平ダイス（図示せず）にセ
ツトし、しかる後その上ダイスを降下させて前記
真円素管１９の偏平加工を行い、同図ロに示す偏
平素管１９′を得る。この場合、偏平素管１９′の
断面短径（外径）を製品母管径（第１図のD₁）
に略々等しくする。なお厚肉素管１９の外径D₀
は製品母管径D₁より大にとる。また肉厚T₀の決
定法については後で詳述する。

ついで上記偏平素管１９′を熱間状態に加熱し
た後、同図ハに示すように製品Ｔ継手外郭形状よ
り熱膨脹代分だけ大きい内部形状をもつ上下一対
のダイス１２および１２′にセツトするとともに、
偏平素管１９′の長径方向をダイス対向方向（鉛
直）に向け、かつ素管１９′より長目のマンドレ
ル２１にそれと直角の向きに押込みプラグ２０を
取付けてなる工具を前記偏平素管１９′内に挿入、
セツトする。そして偏平素管１９′を図示のよう
に下ダイス１２′に設けられた目標製品枝管径
D′と略々等しい径のダイス穴１０に枝出し予定
部が対向するようにセツトするとともに、前記工
具はその押込みプラグ２０を前記偏平素管１９′
の長径方向に向けてダイス穴１０に対応した枝出
し予定部の管内面側に位置せしめる。なお押込み
プラグ２０は肩部２０′を有する形状（同図ハに
示す）を有するとともに、マンドレル２１と押込
みプラグ２０とは、後述する如く、両者が比較的
容易に分離し得る構造で連結しておく。押込みプ
ラグ２０の径dpについては後述する。マンドレ
ル２１の幅dmは押込みプラグ径dpと略々同一と
する。マンドレル２１の押込みプラグ取付側と反
対の面（背面）は偏平素管１９′の内面の曲率半
径に略々一致した形状の面をもつ円弧面としてお
く。また当然のことながら、同図ロに示す偏平素
管１９′の長径方向内径l₁はマンドレル厚hmと押
込みプラグ厚hpの和よりも大きく、また短径方
向内径l₂は押込みプラグ径dp、マンドレル径dm
のいずれか大きい方より大きくとらなければなら
ない。

上記のようにセツトした状態で、上ダイス１２
を図示していないプレス装置にて加圧して偏平素
管１９′を長径方向に押圧する。そして偏平素管
１９′の断面長径の長さが前記押圧によつて次第
に減少し、枝出しされる側とは反対の側の管内面
１９″がマンドレル背面２１′に接触するとマンド
レル２１は下方に押され、押込みプラグ２０は枝
出しされる側の管内面に押込まれる。

第７図ニは上記の押圧終了状態を示したもので
図に見る通り円形断面の母管部２′が形成される
と同時に、押込みプラグ２０によつて材料がダイ
ス穴１０内に押込まれ、管外面の枝出し予定部に
隆起部３′を生じた半成品１′が得られる。この際
の管の変形は、第８図に矢印示すようにプラグ肩
２０′）とダイス穴入口肩部１０′の間で生じたせ
ん断変形であり、枝管部となる隆起部３′と母管
部２′には連続したメタルフロー３０が形成され
る。また、押込みプラグ２０に作用する押込み反
力は、第７図ニに矢印Ａで示すように分散された
形でマンドレル背面２１′と接触する管内面１
９″に伝えられることになり、これによる管内面
の変形は軽微なもので、問題とはならない。

また、押込みプラグ２０を支持するマンドレル
２１が素管内面１９″の全長で押圧されることに
より、マンドレル２１を圧下させる機構が不必要
になるだけでなく、厚肉素管１９の肉厚T₀が大
きい場合や、肉厚T₀および全長L₀が大きい場合
にも、マンドレル２１にたわみが生じない。

更に、ダイス１２および１２′によつて拘束さ
れない偏平素管１９′直壁部の挫屈も生じない。
というには、第７図ハにおける上下ダイス１２お
よび１２′間の偏平素管１９′直壁部の高さは、第
７図ニにおけるプラグ押込み深さｈと略々同一の
大きさであり、ｈは大きくても素管肉厚T₀と同
程度あるからである。

第７図ニにおいて、隆起部３′は後述する工程
により製品枝管となるものであり、その体積V₂
（クロツクハツチ部）は製品枝管の体積をまか
なうものでなければならない。一方、押込みプラ
グ２０によつて排除される体積V₁（クロスハツチ
部）はプラグ径dpと押込み深さｈによつて決
まる。V₁が大なるほどV₂が大となるのは自明で
あるが、同一のV₁でより大きいV₂が得られる条
件を選択することが好ましい。一般にV₂＜V₁で
あるが、V₂とV₁との比V₂／V₁×100％（隆起率
という）はプラグ径dpとダイス穴径D′₂との比d
ｐ／Ｄ′_２によつて変化し、同一の排除体積V₁ではd
ｐ／Ｄ′_２を大きくとつた方がより大きな隆起部体積
V₂が得られるのであり、本発明者らの経験によ
れば、dp/D′₂≒1.1とすることによつて隆起効率
100％の押込みを得ることが可能である。

素管肉厚T₀はプラグ押込み深さｈと製品母管
肉厚（第１図T₁）との和に若干の削り代を見込
んだ大きさとする。また、押込みプラグ厚hpは
当然押込み深さｈ以上の大きさが必要であり、マ
ンドレル厚hmは母管部内径d′₁とするとhm＝ｈ
＋d′₁−hpであるので、押込みプラグ厚hpを決め
ればマンドレル厚は押込みプラグ厚に従つて自ず
と決まつてくる。なおd′₁は管部外径をD′₁とする
とd′₁＝D′₁−２（ｈ＋T₁）、但しT₁は製品母管肉
厚、となる。

第７図イの素管外径D₀については、同図ロの
偏平素管１９′にプラグ付きマンドレルからなる
工具を挿入し得る内径と必要肉厚T₀を持たせる
という条件から求められる。

次に、前記の如く偏平素管１９′に挿入した押
込みプラグ２０の押込みにより隆起部３′を形成
してなる半成品１′から、マンドレル２１と押込
みプラグ２０とを除去する。

第９図、第１０図はこの除去方法の説明図であ
る。まず、第９図に示す如く矢印Ｂで示すように
押し棒２４によりマンドレル２１を長手方向に押
すことによつて、例えば点溶接により仮付けした
連結部を切断し、押込みプラグ２０を管内にその
まま置去りにしてマンドレル２１を除去する。ま
た、隆起部３′の中心外面側からドリル等を用い
て押込みプラグ２０に到達する下穴２５をあけ
る。ついで、第１０図に示すように隆起部３′の
中央に穿つた下穴２５に押し棒２６を挿入するこ
とにより、押込みプラグ２０を管内に押し落とし
適宜管外に除去する。管外へ除去された押込みプ
ラグ２０は、次回の隆起加工で再使用することが
できる。

マンドレルと押込みプラグの除去後、半成品
１′を熱間状態に加熱し、その隆起部３′について
第４図ハ，ニに示したと同様にプラグ引抜法を適
用して枝管部３″を得る。すなわち、第１１図に
示すように、管内に臨ましめた引抜き棒２７の頭
部に連結固定した目標製品枝管内径より仕上代分
だけ小さい外径をもつ引抜プラグ２８を、隆起部
３′中央の前記下穴２５（第１０図図示）を通し
てダイス穴１０側に引き、下穴２５を拡げると同
時に下穴２５周辺の材料を得ようとする枝管の高
さの方向に移行させ、枝管部３″を形成するので
ある。その結果、せん断変形による隆起部３′の
形成に伴うタルフロー（第８図参照）とあいまつ
て、枝管部３″には、母管部２′から枝管部３″先
端に達する連続したメタルフローが形成される。

ついで第１１図に示す母管部２′内の斜線区域
２９を除くべく切削加工を行い、プラグ押込みの
あとをなくして製品母管肉厚を得るとともに、枝
管部３″を目標製品寸法まで切削する仕上げ加工
を施して、シヤープクロツチのＴ継手製品を得
る。

得られたシヤープクロツチのＴ継手は、厚肉素
管の使用によりクロツチ部に十分な肉厚が確保さ
れ、しかも、その素管として圧延管が使用でき、
更に切削仕上げ加工後も母管部から枝管部先端ま
で分断されない連続したメタルフローが形成され
るので、枝管つけ根部の靭性に優れる。また、母
管部も切削仕上げ後に充分な厚みを有し、強度上
の問題が生じない。

なお、以上の説明はＴ継手の製造についてのみ
終始したが、本発明の方法はこれのみならずヘツ
ダー管のように多くの枝管を有する分岐管の製造
等にも広く適用が可能なものである。

すなわち、ヘツダー管は多くの枝管を有し、全
長が長いが、そのような分岐管にあつても、マン
ドレルに複数のプラグを取付けることにより、複
数の枝管成形予定部に隆起部を同時形成でき、し
かも、マンドレルにたわみの生じるおそれがな
い。

以上に説明した本発明の方法は、枝管形成のた
めの隆起加工を、縮径成形にプラグ押込み加工を
組合せた複合加工で行なうので、工程数が比較的
少なく、かつプラグ圧下機構を必要としない。し
かも、押込みプラグを支持するマンドレルを管内
面で押圧するので、マンドレルにたわみが生じ
ず、プラグに十分な押圧力が付加される。その結
果、従来の縮径成形法では隆起部の形成が困難な
Ｔ_０／Ｄ_２≧0.3の厚肉素管に対しても、上記隆起加
工を何ら問題なく行うことができる。また、隆起
部にプラグ引抜きによる枝出し加工を行うことに
より、枝管部先端まで続く連続したメタルフロー
が得られる。更に、母管部が厚くその強度も優れ
る。従つて、従来問題の多い鍜造削り出し法によ
らざるを得なかつた十分な肉厚をもつシヤープク
ロツチＴ継手を、管材から品質よく製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴ継手の形状を示す斜視図、第２図
イ，ロはＴ継手のクロツチ部の形状を示す説明
図、第３図はイ，ロの従来のバルジ成形法を示す
工程説明図、第４図イ〜ニは従来の縮径成形法を
示す工程説明図、第５図イ，ロは枝管部付近のメ
タルフローを成形法と鍜造削り出し法とについて
示す説明図、第６図イ，ロは鍜造削り出し法を説
明するもので、鍜造後削り出し前の素材ブロツク
２種類を示し、イは中実ブロツク、ロは中空ブロ
ツクである。第７図イ〜ニは本発明の成形法を示
す工程説明図、第８図は母管の一部がダイス穴内
に押出されて隆起部を形成する際の材料のせん断
変形のメタルフローを示した説明図、第９図はマ
ンドレルの除去方法を示す説明図、第１０図はマ
ンドレル除去後、残存プラグの取除き方法を示す
説明図、第１１図はプラグ引抜加工後の母管部お
よび枝管部を示す説明図である。 １：Ｔ継手、１′：半成品、２：母管、２′：母
管部、３：枝管、３′：隆起部、３″：枝管部、
４：クロツチ部、５，１９：真円素管、６，６′，
１２，１２′：ダイス、７：ピストン、９：液圧
媒体、１０：ダイス穴、１１，１９′：偏平素管、
１３，２５：下穴、１４，２７：引抜棒、１５，
２８：引抜プラグ、２０：押込みプラグ、２１：
マンドレル、２４，２６：押し棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管体の一部に枝出し加工を施す場合におい
   て、製品母管より大径で肉厚が製品枝管径の0.3
   倍以上の厚肉素管１９を熱間あるいは冷間で偏平
   加工し、当該偏平素管１９′を加熱後その内部に、
   マンドレル２１にそれと直角の向きに押込みプラ
   グ２０を取付けた工具を挿入して、その押込みプ
   ラグ２０を前記偏平素管１９′の長径方向に向け
   て枝出し予定部に対応させ、この状態で製品母管
   および製品枝管の外郭形状と略々同一の内部形状
   を有する上下一対のダイス１２および１２′にて
   前記偏平素管１９′を長径方向に押圧して円形断
   面とすると同時に、枝出しされる側とは反対側の
   管内面にて前記マンドレル２１を押圧することに
   より、前記押込みプラグ２０を枝出しされる側の
   管内面に押込んでプラグ肩２０′と枝出し予定部
   ダイス穴入口肩１０′との間でせん断変形を生ぜ
   しめることにより枝出し予定部を管外面側に隆起
   せしめ、その後、使用済みのマンドレル２１を取
   去つてから、当該隆起部３′に下穴２５をあけ、
   次いで押込みプラグ２０を除去してプラグ引抜き
   による枝出し加工を熱間にて施し、更に切削加工
   によりシヤープクロツチを有するＴ継手形状に仕
   上げることを特徴とするシヤープクロツチ分岐管
   の製造方法。