JPH08254B2 - 異形管の製造方法 - Google Patents

異形管の製造方法

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JPH08254B2
JPH08254B2 JP6229787A JP6229787A JPH08254B2 JP H08254 B2 JPH08254 B2 JP H08254B2 JP 6229787 A JP6229787 A JP 6229787A JP 6229787 A JP6229787 A JP 6229787A JP H08254 B2 JPH08254 B2 JP H08254B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、両管端部が円形断面でその他の部分が角
形断面となす異形管の製造方法に係り、寸法精度の高い
異形管を低コストで歩留りよく製造し得る方法に関す
る。
従来技術 第7図(a)〜(c)はこの発明の対象とする異形管
(1)の管端部外径D、角形断面部の高さHおよび幅B
の大小関係を例示したもので、図(a)はD=B=H、
図(b)はD<B、D<H、図(c)はD=B<Hとな
っている。図中Lは異形管の全長、Eは両端部の長さ、
tは肉厚をそれぞれ示す。ここでは、代表として図
(b)の異形管を例にとり説明する。
この種の異形管は、角形断面部が高い曲げ剛性、ねじ
り剛性を有し、かつ両端の円形断面部は回転体あるいは
回転軸への接続が容易となした構造部材である。
第8図は従来使用されている異形管を示すもので、上
下一対のチャンネル部材(2)が溶接線(3)で突合せ
接合されている。この異形管(1)の製造方法は、第9
図に示すごとく、チャンネル部材(2)の外郭形状と同
一の内郭形状の溝(8)を有するダイス(5)の上面に
板状ブランク(6)をセットし(図a)、上方より、チ
ャンネル部材(2)の内郭形状と同一の外郭形状の底部
を有するポンチ(4)を加圧装置(図示せず)により降
下させ、ブランク(6)を曲げつつダイス溝(8)内に
絞り込む(図b)。この時、ブランク(6)はポンチ
(4)、ダイス(5)との間で加圧されることにより、
所定形状のチャンネル半製品(2−1)が成形される。
図cはダイス(5)から取出したチャンネル半製品(2
−1)を示すもので、断面形状が変化しているため、両
端面(7−1)を水平に仕上げることは不可能であり、
突合せ予定位置(破線で示す)(7)で切り揃え、かつ
溶接開先加工を施こす。溶接後、両管端を所定長さに切
り揃え、必要に応じて溶接部の検査、あるいは外面側溶
接ビードの研削を施こして第8図に示す異形管(1)を
得ている。
発明が解決しようとする問題点 上記した従来の異形管製造方法では、溶接に係わる工
数が多大である外、以下に示すような問題がある。
まず、従来の製造方法では第9図に示すポンチ、ダイ
スを必要とし、製作コストが高くつくことがあげられ
る。すなわち、製作する異形管の断面形状および長さ毎
にポンチ、ダイスを用意する必要があるため、その製作
コストが高くつく。
第2に、チャンネル半製品(2−1)の断面寸法精度
が得られにくいという難点がある。半製品は主として曲
げ加工によって成形されるため、金型から取出した際に
スプリングバックが生じ、第9図cに示す半製品の開口
部寸法D′、B′が製品寸法D、B(図a)に仕上らな
い。例えば、角形断面部については、第10図(a)の
B、B′がB′>Bの場合、同図(b)に示すように
B′<Bになる場合があり、一般にコーナーRが大きい
場合は同図(a)、小さい場合は同図(b)になる傾向
がある。B′<Bの場合は後工程での修正が困難なた
め、第11図に示すごとく底部をクッションプレート
(9)で支え、クッション反力を調整して成形すること
により、B′=Bとなるように加工している。また、
B′がBよりも大きすぎる場合は後工程で半製品(2−
1)の側壁を内側にオーバーベンドする修正を行なう必
要があり、工数がかかる。
さらに第3の問題点として、第9図(c)に示す半製
品(2−1)の曲げ稜線(10)の減肉である。コーナー
の内側曲げ半径rが板厚と同程度とするのが一般的であ
り、5〜10%の減肉が生じる。減肉は製品の剛性を低下
させることになるため、延性に乏しい材料では破断する
おそれがある。
発明の目的 この発明は従来の前記問題点を解決するためになされ
たもので、異形管の素材に継目無鋼管あるいは溶接鋼管
を用いることによって、ポンチやダイスを必要とせず、
絞り加工とロール成形加工により寸法精度の高い異形管
を歩留りよく低コストで製造し得る方法を提案せんとす
るものである。
問題点を解決するための手段 この発明は、両管端部が円形断面でその他の部分が角
形断面となし、かつ角形断面部の直辺部外径が両管端部
の外径以上を有する異形管を製造する方法であって、角
形断面部の外周長より大きい外周長を有する円形断面素
管の両端を絞り成形し、しかる後、遊転する4ロールス
タンドにより、角形断面部を連続的に成形して製品異形
管を得る方法により、従来の前記問題点を解決したもの
である。
発明の図面に基づく開示 第1図(a)〜(c)はこの発明における管端絞り加
工例を示す概略図で、図(a)は製品異形管の角形断面
部の外周長より大きい外周長を有する円形断面素管(1
1)を左右一対の絞りダイス(12)にセットした状態を
示す。なお、該素管の肉厚tは製品の異形管の肉厚と同
一である。絞りダイス(12)は、入口側が素管(11)の
外径DOに、また出口側が製品両管端外径Dに等しく、DO
からDまでなめらかに内径が変化したダイス穴(13)が
設けられている。絞り加工は、加圧装置(図示せず)に
より絞りダイス(12)を対向して前進させ、素管(11)
の両端部より絞り加工を行なう。図(b)は絞り加工が
完了した状態を示す。この絞り加工は冷間で行なわれ、
絞り比DO/Dが大きい場合は素管(11)の座屈を防止する
ためにダイス穴小径部の内径を徐々に小さくした2つ以
上の絞りダイスで数回の絞り加工を実施してもよい。図
(c)は、上記絞りダイスより取出した絞り加工半製品
(14)を示す。両端部長さE′の絞り部分の肉厚は太径
部より徐々に厚肉となる。外径Dの部分の肉厚trは絞り
比DO/Dの増加とともに大きくなり、 である。
次に、上記の絞り加工半製品(14)の太径部を角形断
面形状にロール成形する。このロール成形は荒成形と仕
上成形の2回で行なわれる。いずれも、上下、左右に2
本づつ合計4本の遊転ロールで構成した4ロールスタン
ドが用いられる。第2図(a)は荒成形スタンド(18−
1)を示し、上下ロール(15−1)、左右ロール(16−
1)は外周面がわずかに凹形状となっており、この4ロ
ールで構成される孔型(22−1)はわずかに外側にふく
らんだ形状となる。このような形状とするのは、ロール
成形後の角形断面部の各辺が第3図(a)に示すように
内側に凹形になるのを防止し、同(b)の如き凸形状と
なすためである。孔型(22)のコーナー部での高さ
H′、幅B′は製品角形断面の高さH、幅Bに一致させ
るが、H、Bよりも若干大きめにしても差支えない。
第2図(b)は仕上成形スタンド(18−2)を示し、
上下ロール(15−2)、左右ロール(16−2)はいずれ
も外周面がフラット形状であり、この4ロールで構成さ
れる孔型(22−2)の高さと幅は製品角形断面部の高さ
Hと幅Bに一致させる。
第4図は絞り加工半製品の荒成形方法の一例を示す工
程図である。
図(a)は絞り加工半製品(14)を搬送ローラ(16)に
載せ、荒成形スタンド(18)の入側にセットした状態を
示し、絞り加工半製品の先端部の細径部は孔型(22−
1)内に差込まれている。この状態で、後端側細径部を
加圧装置(図示せず)のラムヘッド(17)で押圧して前
進させ、同図(b)に示すように押込む。この時、上
下、左右ロールは絞り加工半製品の前進に伴って自在に
回転する。そして、絞り加工半製品の太径部がすべて孔
型を抜け出ることにより荒成形が完了する(図c)。ロ
ールを駆動せずに加圧装置で材料を押し込むのは、ロー
ルと材料間でスリップを生ずることなしに大きな外径減
少を与えることができるためである。この荒成形品(19
−1)の角形断面部は第3図(b)に示すように外側に
わずかに凸形状となっている。
続いて製品角形断面となす仕上成形を行なうが、その
方法は第2図(b)に示す仕上成形スタンド(18−2)
により上記第4図に示す荒成形方法と全く同様の方法で
行なうため、説明は省略する。第5図は仕上成形完了品
(19−2)の角形断面部(図a)と片側端部(図b)を
示す縦断面図であり、角形断面部の辺はすべて平坦面と
なっている。
なお、絞り加工半製品の荒成形と仕上成形は、荒成形
スタンド(18−1)と仕上成形スタンド(18−2)とタ
ンデムに配置し、1回の押し抜きで荒成形と仕上成形を
連続して実施することができる。
ところで、上記のロール成形において、ロールに接触
した材料は、曲率半径が増加してコーナー部に向って押
込まれ、ロールに接触しない部分は曲率半径が減少しつ
つコーナー部を形成する。この過程で、コーナー部の材
料は曲率半径の減少に抵抗するので、第6図に矢印で示
すような周方向の圧縮力が作用する。この周方向の圧縮
力によってロール成形による仕上成形完了品(19−2)
の角形断面部の外周長C(第5図)は素管の外周長C
O(第1図a)よりも減少し、長さL3は絞り加工半製品
の長さLO′よりも長くなる。また、コーナー部肉厚tcは
素管肉厚tよりも増加する。これは、従来の鋼板製異形
管には見られない特徴であり、強度的に有利となること
はいうまでもない。なお、角形断面部の直辺部肉厚tsは
素管肉厚tとほぼ同一である。
この発明においては、素管外径DOと仕上スタンド孔型
(22−2)の辺長の比が大きいほど、周長比C/COは減少
し、肉厚比tc/toは増加する。炭素鋼での実験によれば
α=2DO/(B+H)で定義する絞り比αを用いると、α
=1.1ではC/CO=0.98、tc/t=1.02、α=1.2ではC/CO
0.96、tc/t=1.05であった。
また、仕上成形完了品(19−2)のコーナー外面R
(第5図)はαが大きいほど減少するが、当然のことな
がら肉厚の影響を受けるのでコーナー部肉厚tcよりも小
さくならない。R>TCの範囲での本発明者の炭素鋼によ
る実験によれば、β=2R/(B+H)で定義する角張り
率βを用いると、α=1.1ではβ=0.32、α=1.2ではβ
=0.15であった。
発明の効果 以上説明したごとく、この発明方法によれば、素管の
外径、肉厚、長さを設定するだけで、角形断面部のコー
ナーR、肉厚および全長を自在に変えることができるの
で、従来法のようにコーナーR、肉厚、長さ毎にポンチ
やダイス等の成形工具は不要となる。また、ロール成形
では前記したように周方向に圧縮力が作用した状態での
曲げ加工であるので、スプリングバックはほとんど発生
せず、精度よく成形できる。しかもこの発明は管材の成
形のみで異形管を製造する方法であるから、溶接に係る
工数を省略でき、生産性に富む外、歩留りも良好である
等の効果を有し、高品質の異形管を低コストで製造でき
るという優れた効果を奏するものである。
実施例 両端部に外径120mmの円形断面部と、両管端から200mm
を除く中央部分が高さ130mm,幅125mm,4隅外コーナーR25
mm,長さ2200mm,公称肉厚10mmの角形断面部を有する炭素
鋼異形管の製造において、外径153mm,肉厚10mm,長さ215
0mmの継目無鋼管を用い、該鋼管の両管端を第1図に示
す方法で外径200mmに絞り加工し、第2図に示すターク
スヘッドスタンドを通して角形断面部を成形し、両管端
を切り揃えて製品とした。
一方、比較のため、従来法により幅270mm,長さ2250m
m,厚さ12mmの鋼板2枚をプレス成形し、スプリングバッ
クを修正後、長手方向エッジを切り揃えるとともに開先
加工を行ない、突合せ溶接後、両端面を切り揃え、χ線
による溶接部の健全性を確認し、全長のビードを切り落
して製品とした。
その結果、この発明方法により、材料歩留りは30%強
改善することができた。また、溶接省略により、製造に
要する工数を1/15に削減できた。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)はこの発明における管端絞り加工
例を示す工程図、第2図は同じくこの発明におけるロー
ル成形スタンドを示し、図(a)は荒成形スタンドを示
す概略図、図(b)は仕上成形スタンドを示す概略図、
第3図(a)はこの発明における荒成形スタンドの孔型
形状を外側にふくらんだ形状とする理由を説明するため
に示したロール成形後の角形断面部の縦断面図、同図
(b)はこの発明の荒成形後の角形断面部の形状を示す
縦断面図、第4図は絞り加工半製品の荒成形方法の一例
を示す工程図、第5図は仕上成形完了品の角形断面部と
片側端部を示す縦断面図、第6図はロール成形時に作用
する周方向の圧縮力を示す説明図、第7図はこの発明の
対象とする異形管を例示した概略図、第8図は従来の異
形管を示す斜視図、第9図は従来の異形管の製造方法を
示す工程図、第10図は従来の製造方法におけるスプリン
グバック現象を示す説明図、第11図は同じく従来法の成
形例を示す縦断面図である。 11……円形断面素管、12……絞りダイス、 13……ダイス穴、14……絞り加工半製品、 15−1,15−2……上下ロール、 16−1,16−2……左右ロール、 18−1……荒成形スタンド、 18−2……仕上成形スタンド、 19−1……荒成形品、19−2……仕上成形品、 22−1,22−2……孔型。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】両管端部が円形断面でその他の部分が角形
    断面となし、かつ角形断面部の直辺部外径が両管端部の
    外径以上を有する異形管の製造方法において、製品角形
    断面部の外周長より大きい外周長を有する円形断面素管
    の両端を製品管端外径まで絞り成形し、しかる後、遊転
    する4ロールスタンドに軸方向に押し込むことにより、
    角形断面部の各辺を外側に凸形状とする荒成形と、該凸
    形状となした各辺を平坦面とする仕上成形を行なうこと
    を特徴とする異形管の製造方法。
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