JPH0587323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は傾斜圧延機を用いて中実金属棒又は金
属管から直接スパイラルフイン付き金属管を製造
する方法に関する。

〔従来の技術〕

スパイラルフイン付き金属管の主な製造方法と
しては第６図に示す如き金属素管P₀の外周にフ
インを螺旋状に溶接固定する方法（特開昭58−
9715号）、或いは第７図イ，ロに示す如き金素属
管P₀の外周面にスパイラルフインを転造形成す
る方法（塑性と加工Vol.10 No.105 1969−10）等
が従来知られている。

第６図は溶接によつて金属素管の外周にスパイ
ラルフインを形成する態様を示す斜視図であり、
金属素管P₀を軸心回転させつつ軸長方向へ移送
すると共に、その外周面に一方の縁部が当接する
ように帯状材１６をスパイラル状に巻き付けつつ
接合部を高周波溶接する方法である。

かかる方法によつてスパイラルフイン付き金属
管を製造する場合は、帯状材１６の巻き付け加工
に大きな駆動力が必要となること、その巻き付け
加工の高速化が困難であること、金属素管P₀に
巻き付けられた帯状材１６はその外周側で引張応
力が生じて割れが発生し易く、逆に内周側で圧縮
応力が生じて皺、ひだ、波打ち現象が生じ易いこ
と、金属素管P₀と帯状材１６との接合部の溶接
が確実に行われ難い等の欠点があり、得られたス
パイラルフイン付き金属管を伝熱管として用いる
場合は前記接合部の溶接が不確実であることに等
起因して熱伝達特性が悪い等の欠点があつた。

第７図イは圧延ロールによる転造によつてスパ
イラルフイン付き金属管を製造する方法の実施状
態を示す正面図、第７図ロは第７図イの−線
による拡大断面図であり、金属素管P₀のパスラ
イン周りに配した３個の圧延ロール２１，２２，
２３にて金属素管P₀を冷間（又は熱間）にて転
造する方法である。圧延ロール２１，２２，２３
はいずれも一本の軸に薄肉円板状であつて外周部
断面図形状を楔状に薄くしたデイスクロールを数
10個装着して構成してあり、金属素管P₀の外面
に略Ｕ字状の溝を肉厚方向への圧下力にて形成
し、この溝加工により押し退けられた金属を各圧
延ロール２１，２２，２３のデイスクロール間の
隙間内に移動させることにより、スパイラルフイ
ン２５を形成する。

ところで上述した如き従来方法では製造出来る
伝熱管の材質はAl，Cu等の如く極めて加工性の
良い軟質金属に限られており、高合金鋼、ステン
レス鋼、普通鋼についてはスパイラルフインの形
成は難しく、またこの従来方法では管自体には殆
ど延伸が生じない状態での圧延に限られる。

なお、この方法はデイスクロールにより押し退
けられた金属に基づいてスパイラルフインの大き
さが決定されるため、フインの高さ、厚み、フイ
ンピツチに制約があり、例えばこの方法で製造で
きるスパイラルフイン付き金属管はフイン溝底径
が28mm、フイン高さが8.5mm、フイン厚さが0.5mm
であり、しかもフイン間隔は3.5mm程度の短いも
のである。

この対策として本発明者等は外周面に被圧延材
の入側から出側に向けて間隔が漸次広くなるよう
に環状の溝を切つた圧延ロールを３又は４個備え
た傾斜圧延機を用いて金属素管を熱間にて延伸圧
延しつつスパイラルフインを転造する方法につき
既に提案している（特開昭62−124023号）。

第８図イは金属素管の外周にスパイラルフイン
を転造成形する本発明者等が提案した従来方法の
正面図、第８図ロは第８図イの−線による拡
大断面図であり、マンドレル３６をとおした金属
素管P₀のパスライン周りに臨ませて３個又は４
個の圧延ロール３１，３２，３３を配した交叉型
の傾斜圧延機を用いて、金属素管P₀を熱間で延
伸圧延する。各圧延ロール３１，３２，３３には
その外周面に被圧延材である金属素管P₀の入側
より出側に向けて漸次広くなる間隔で複数の環状
溝３４を形成してあり、圧延ロール３１，３２，
３３を金属素管P₀の外周に圧接転造せしめるこ
とにより、環状溝３４内に金属を充填せしめてス
パイラルフイン付き金属管を製造するようになつ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこの方法にあつてはCuやAlのような
軟質金属に比べ延性の低い普通鋼やステンレス鋼
でハイフインチユーブを上述の方法を用いて製造
する場合は、スパイラルフインの外径に匹敵する
程度に大きな外径を有し、内径が成品内径より若
干大きな金属素管P₀、換言すれば外径が大きく、
肉厚／外径比が例えば30％を越えるような厚肉管
を用いる必要が生ずる。しかしこのような外径の
大きな金属素管を用いて上述の方法を実施する場
合は、その傾斜圧延時の加工エネルギが大きくな
ること、また肉厚／外径比が30％を越えるような
厚肉管は現今のマンドレルミルでは製造が不可能
なことから、例えば切削加工にて孔加工しなけれ
ず、金属素管の内削に工数の大きな機械加工が必
要となること、更に歩留りが低く製造費用が大幅
に嵩むという問題があつた。

更にこの方法の場合圧延ロール数は５個以上に
なると隣接する圧延ロール同士が互いに接触する
という幾何学的な条件によつて被圧延材径、即ち
ロール内接円径（この場合フイン付き管のフイン
溝底径）に対して圧延ロール径を大きくできなく
なる。例えば第９図イに示す如く圧延ロール数が
５個の場合、圧延ロール径は被圧延材径ｄの1.4
倍以下、また第９図ロに示す如く圧延ロール数が
６個の場合、圧延ロール径は被圧延材の1.0倍以
下となり、圧延ロール数が増えるほど圧延ロール
径が大きくできなくなる。そのため圧延ロール軸
を両端にて支持することが実質上困難となり、ま
た圧延ロール軸径が小さくなるので圧延ロール軸
の剛性が低下し、材料温度変動に起因する寸法変
動が大きくなり、更に圧延ロール径が小さくなる
ので、圧延速度が遅くなつて生産能率が低くなる
等の理由でロール数を４個以下にしていた。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであつ
て、その目的とするところは高いスパイラルフイ
ンを高い生産速度で高能率に製造し得るスパイラ
ルフイン付き金属管の製造方法を提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るスパイラルフイン付き金属管の製
造方法は、圧延ロールとして外周面の周方向に複
数個の環状溝を有する圧延ロールを、またガイド
シユとして被圧延材である中空金属棒又は金属管
と対向する側に溝を有する非回転のガイドシユを
用い中実金属棒又は金属素管の外周に１又は複数
条のスパイラルフインを形成する。

〔作用〕

本発明にあつてはこれによつて圧延ロール径を
被圧延材の７〜10倍にすることが可能となり、製
造速度が向上する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具
体的に説明する。

第１図は本発明の実施状態を示す模式的正面図
（圧延ロールの溝を省略して図示してある）、第２
図は第１図の−線による拡大断面図、第３図
はガイドシユの斜視図であり、図中Ｂは中実金属
棒、１０は傾斜圧延機を示している。

傾斜圧延機１０は中実金属棒Ｂのパスラインを
挾んで対向配置した２個の圧延ロール１，２及び
両圧延ロール１，２間にて夫々パスラインを挾ん
で対向配置した２個の固定式、換言すれば非回転
のガイドシユ８ａ，８ｂ及びパスライン上に位置
してマンドレル６ａに支持されたプラグ６を備え
ている。

各圧延ロール１，２は夫々両端部を軸支されて
おり、図示しない駆動源にて矢符ａ，ｂで示す如
く同方向に回転駆動されるようになつている。各
圧延ロール１，２は第２図に明らかな如く同一の
面角α₁，α₂を入、出側に有し、その軸心線は同側
の軸端が周方向の同側に向くよう傾斜（この軸心
線のパスラインに対する角度βを傾斜角という）
せしめられ、また同側の軸端がパスラインに向け
て接近又は離反するように傾斜（この軸心線のパ
スラインに対する角度γを交叉角という、ロール
軸線が出側で離反する方向γを正と定義する）せ
しめられている。

各圧延ロール１，２の外周面には環状溝４が複
数条、例えば五条乃至７条が軸長方向に適長離隔
して周方向に切られている。この環状溝４の加工
法については特に限定するものでなく、例えば一
体物の圧延ロールの外周に環状溝４を切削形成し
てもよいし、或いはデイスク状のロールをスペー
サを介在させた状態で１本の軸に軸支して環状溝
４を形成してもよい。環状溝４の形成位置、間
隔、幅、深さ等については、第２図にその一部を
示すように圧延ロール１，２間相互で異なつてお
り、また各圧延ロール１，２においても中実金属
棒Ｂの入側から出側に向けて間隔、幅、深さを異
ならせてある。

形成すべきスパイラルフインの高さ、間隔およ
びプラグ６の形状に応じて、環状溝４の形成位
置、間隔が定まり、またこれらと関係した圧延ロ
ール１，２の前記α，β，γ等が決定される。環
状溝４の形成位置、深さについては傾斜圧延中の
スパイラルメタルフロー及びスパイラルフインの
半径方向のメタルフローを勘案して、中実金属棒
Ｂの入側から出側に向けて適宜変化せしめてあ
る。

一方、ガイドシユ８ａ，８ｂについては中実金
属棒Ｂが圧延されていく過程において漸次形成さ
れていくスパイラルフイン５の高さ、幅、スパイ
ラル進行方向に夫々合わせた深さ、幅、方向を有
する溝９が形成されており、前の圧延ロールから
出たスパイラルフイン５が隣りのガイドシユの溝
９に進入した際にスパイラルフイン５が潰される
ことなく次の圧延ロールの環状溝４内に進入して
ゆき、出側端で所望の高さ、幅、ピツチを持つス
パイラルフインが得られるように設定される。

なお、通常はスパイラルフインの仕上げ間隔、
高さは最終の数条の環状溝４で定まるから、終わ
りの数条の環状溝４の溝間隔、溝深さを同じにし
ておくとフインの仕上がり寸法が正確になる利点
がある。

また、スパイラルフインの起立方向を、例えば
管の軸と直交する方向に形成する場合には、圧延
ロール１，２の交叉角γに合わせて環状溝４の深
さ方向がパスラインＸ−Ｘと直交するように形成
し、またスパイラルフイン５の起立方向を管軸に
対して所要角度傾斜させて形成する場合には同じ
く交叉角γに合わせて環状溝４の深さ方向をパス
ラインＸ−Ｘに対し所定の角度となるように形成
することは勿論である。

プラグ６は砲弾型であつて、基端部をマンドレ
ル６ａの先端に支持されており、中実金属棒Ｂ及
び金属素管P₀のパスラインＸ−Ｘ上に配設され
ている。

而して上述の如く構成された傾斜圧延機による
スパイラルフイン付き金属管の製造方法は先ず断
面円形の中実金属棒Ｂを所定温度に加熱した後、
前記した如き傾斜（穿孔又は拡径）圧延機に矢符
方向から給送し、圧延ロール１，２間に噛み込ま
せる。圧延ロール１，２は第１図に矢符で示す如
く同方向に夫々回転駆動せしめられており、これ
に噛み込まれた中実金属棒Ｂはガイドシユ８ａ，
８ｂによりパスラインＸ−Ｘ上に保持されて軸心
線回りに回転されつつ軸長方向に移動される、所
謂螺進移動せしめられ、その軸心線に沿つてプラ
グ６が貫入せしめられる。２つの圧延ロールと２
つのガイドシユによる順次的圧延により隣りの圧
延ロールの環状溝４からガイドシユ８ａ，８ｂの
溝９へとスパイラルフイン５が順次的に導入さ
れ、またプラグ６の貫入によつて中実金属棒Ｂの
内面から半径方向への歪成分が付与されることに
より容易に環状溝４の深さ方向へと金属が流動
し、スパイラルフイン５の外径は環状溝４の深さ
に相応する大きさに形成されていく。

中実金属棒Ｂの直径に対するスパイラルフイン
５の直径の比（拡管比という）は通常安定操業を
継続する上で1.5以下とすることが望ましい。

拡管比を1.5以下としたのはこれを越えるパス
スケジユールではプラグ径が大きくなり、通過抵
抗が高くなつて尻抜けが安定せず、スパイラルフ
イン５の損傷を招くことがあり、またスパイラル
フイン５の外周縁の延伸が過大となつて加工性の
悪い材料ではスパイラルフイン５の周縁部に割れ
等のトラブルが発生することに因る。

第４図は本発明の他の実施状態を示す模式的正
面図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線による拡大縦断
面図であり、被圧延材として第５図に明らかな如
く中実金属棒Ｂに代えて軸心線に沿つて小孔ｈを
穿つた金属素管P₀を用いてある。他の構成は小
孔ｈ内にプラグ６を貫入せしめてゆく構成を除い
て第１，３図に示す実施例と実質的に同じであ
り、対応する部分には同じ番号を付して説明を省
略する。

次に本発明方法について、具体的数値を掲げて
説明する。

〔数値例 １〕 S45C製の円形断面を有する直径70mmの中実金
属棒Ｂを熱間圧延によつて製造し、これを周面に
複数の溝を施した圧延ロール２個及びガイドシユ
２個を有する傾斜（穿孔又は拡径）圧延機を用い
て熱間で穿孔圧延し、下記寸法のスパイラルフイ
ン付き金属管を製造した。

フイン間隔：20mm フイン外径：84mm フイン間の底部直径：54mm 内径：40mm 傾斜（穿孔）圧延機の寸法諸元は次のとおりで
ある。

ロール材質：SCM440 ロール傾斜角β：7° ロール交叉角γ：0° ロール最大部直径：500mm ロール入口面角：7° ロール出口面角：1° ロール回転数：200r.p.m. 圧延速度：0.6m／秒 その結果良好なスパイラルフイン付き金属管が
得られた。一方圧延ロール数３個で上記パススケ
ジユールを達成しようとすると、スパイラルフイ
ン間の底部直径を54mmに設定するための圧延ロー
ル最大部直径は340mm以下としなければならず、
上記圧延速度を達成するためには圧延ロール回転
数を上げる必要が生じ、機械的な振動やベアリン
グ寿命が短くなること等の問題が発生した。

〔数値例 ２〕 〔数値例１〕と同様のパススケジユールによつ
て２条のスパイラルフイン付き金属管を製造し
た。

なお傾斜角βは〔数値例１〕の場合の２倍とし
た。他の条件は次のとおりである。

ロール交叉角γ：0° ロール回転数：200r.p.m. 圧延温度：1200℃ 圧延速度：1.2m／秒 この結果圧延速度は〔数値例１〕の場合の２倍
とすることが出来た。

なお具体的には示さないが３条以上のスパイラ
ルフイン付き金属管も製造することができた。勿
論このような多条スパイラルフインを製造する場
合は被圧延材の圧延中の進行ピツチが１条の場合
の２倍若しくは３倍になるので進行ピツチに見合
う設定段取及び圧延ロールの環状溝及びガイドシ
ユ溝の孔型設計を行う。この場合生産速度は２倍
若しくは３倍となり、生産能率が飛躍的に向上す
る。

〔数値例 ３〕 S45C製の外径70mm、内径20mmの金属素管を被
圧延材とし、〔数値例１〕と同じ寸法仕様のスパ
イラルフイン付き金属管を製造した。

傾斜（穿孔又は拡径）圧延機の寸法諸元は〔数
値例１〕と同じである。ただし圧延ロールの環状
溝４及びガイドシユ８ａ，８ｂの溝９等の孔型設
計は圧延中の被圧延材の進行に合うように設定し
た。

その結果、良好なスパイラルフイン付き金属管
が得られた。

〔数値例 ４〕 ロール交叉角γを1°とし、他の条件を前述した
〔数値例１〕と同じにしてスパイラルフイン付き
金属管を製造した。環状溝４の圧延ロール軸線に
対する角度はパスラインに対し直角となるように
設定した。

なお、交叉角γとして負の角度に設定した場合
にも同様の効果が得られることが確認された。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明にあつては２個の圧延ロー
ル、２個の非回転のガイドシユ、穿孔用、拡開用
プラグを組合せた傾斜圧延機を用いて中実金属棒
又は金属管を穿孔又は拡径圧延することで金属管
の材料、金属管の径に制限されることなく背の高
いフインを狭い間隔で、しかも高効率に製造する
ことが出来ることとなり、生産コストの低減を図
れるなど本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施状態を示す模式的正
面図、第２図は第１図の−線による拡大断面
図、第３図はガイドシユの拡大斜視図、第４図は
本発明の他の実施状態を示す模式的正面図、第５
図は第４図のＶ−Ｖ線による拡大断面図、第６図
は伝熱管用フイン付き金属管の従来の製造方法を
示す斜視図、第７図イはスパイラルフインを転造
する場合の従来の製造方法を示す模式的正面図、
第７図ロは第７図イの−線による拡大断面
図、第８図イはスパイラルフインを転造する場合
の更に他の従来方法を示す模式的正面図、第８図
ロは第８図イの−線による拡大断面図、第９
図イ，ロは圧延ロール数と圧延ロール径との関係
を示す説明図である。 １，２……圧延ロール、４……環状溝、８ａ，
８ｂ……ガイドシユ、６……プラグ、Ｂ……中実
金属棒、P₀……金属素管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２個の圧延ロール、２個のガイドシユ及び穿
   孔用プラグを備えた傾斜圧延機により中実金属棒
   又は金属管を熱間にて穿孔又は拡径圧延し、スパ
   イラルフイン付き金属管を製造する方法におい
   て、 前記圧延ロールとして外周面の周方向に複数個
   の環状溝を有する圧延ロールを、またガイドシユ
   として中実金属棒又は金属管と対向する側に溝を
   有する非回転のガイドシユを用いて中実金属棒又
   は金属管の外周に１又は複数条のスパイラルフイ
   ンを形成することを特徴とするスパイラルフイン
   付き金属管の製造方法。