JPS60184424A - ロ−ル式管矯正機のロ−ル位置設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼管等の管を矯正するロール式管矯正機のロー
ル位置設定方法に関する。

〔従来技術〕

各種製管法により製造される鋼管は、所定の品質を得る
ために各種処理を施して精整する必要がある。

矯正工程はこのような精整工程の一つであり、管の曲り
を除去し、真直とすることを目的としている。曲げ矯正
方法としては、相対向する１組のロールを３組以上有し
、少くとも１組のロールは、他のロールに対して、管に
曲げ加工が与えられるように配設し、各ロールを回転さ
せ、各組の相対向するロール間に、外圧を与えつつ管を
移動させて管を真直及び真円とするいわゆるロール式矯
正機が一般的に用いられている。

従来、このロール式管矯正機において、各ロールの位置
を設定する方法としては、管の矯正時における歪、応力
等が実験的、理論的に解明されていないこともあって、
作業者が管の曲りを目視判断して過去のデータを基に、
作業者の経験による方法が一般的であった。このため、
作業者の経験差によって、矯正精度、降伏強度等の管の
品質が変化し、一度の曲げ矯正では所望の品質が得られ
ないために、再度矯正を行う必要がしばしば生じ、また
設定に長時間を要するという不都合があった。

〔目的〕 本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ロー
ルのオフセントによって生じる変形の塑性域を表わす指
標と、オフセット量との予めめられた関係に基づいてオ
フセット量を定め、またクラッシュによって生しる変形
の塑性域を表わす指標と、クラッシュ量との予めめられ
た関係に基づいてクラッシュ量を定めることにより、上
記不都合を解消し、一定の矯正効果が得られて製品の品
質向上が図れると共に、作業時間の短縮を可能としたロ
ール式管矯正機のロール位置設定方法の提供を目的とす
る。

〔原理〕

以下に本発明の詳細な説明する。

第１図はロール式管矯正機の模式図、第２図は第１図の
■−■線における断面模式図である。このロール式管矯
正機は各軸を相互に傾斜させて相対向する上下台１個の
鼓型ロールを有するスタンドを３組並設した、いわゆる
ｌ−２−２型と呼ばれているものであり、第１図に白抜
矢符で示すように図面の左側から右側へ管１０が回転さ
れつつ移動させられる。左側の第１スタンド１１及び右
側の第３スタンド１３の各ロールに対し、中央の第２ス
タンド１２のロールは、管１０に曲げ加工を与えるべく
、上方に平行移動させられた、いわゆるオフセント状態
とされており、そのオフセント量はδ。

で示される。

また、各スタンド月、１２．１３の各ロール間間隙は、
管１０に外圧を与えるべく、管１０の真円外径（製品目
標外径）よりも若干小さく設定されて、管１０はいわゆ
るクラッシュされており、このため管１０は第２図に示
すように偏平楕円状となる。クラッシュ量δＣは、真円
外径（管１０の周長によって定まる真円外径）ｄとロー
ル間距離（従って偏平楕円となった管の短径）との差に
よって表わされる。

矯正中の管１０は、オフセットに対しては繰返し曲げに
よる軸方向の引張及び圧縮を、クラッシュに対しては繰
返し偏平による周方向の引張及び圧縮を受け、軸及び周
２方向の変形の相互作用の為に矯正現象は極めて複雑な
ものとなり、厳密な理論的取扱いは困難である。このた
め、以下の説明においてはオフセットとクラッシュによ
る変形を考えるに際し、各変形を分離して扱い、材料を
理想材料として取扱う。

まず、オフセット量δ０と管１０の変形について考える
。第３図は外径ｄ、内径ｄｉ、厚さｔの管１０に、曲率
半径ρの曲げが生じている場合の模式図、第４図はその
ＩＶ−ＩＶ線における断面図である。

管１０の中央部には図に示すような軸方向応力が働き、
歪εが生じる。

今、管１０の応力σと歪εの関係を次の式にで定義する
。

ただし、Ｙｐ　：降伏強度 εｅ：弾性限界における歪 Ｅ　：ヤング率 Ｈコ加工硬化係数 第５図は＋１１式をグラフとして表わしたものであｆｉ
１式から、管１０の軸方向中央部断面において、一定量
（−εｅ）以上の歪が生じていれば、その部分は塑性域
であり、また一定量（−εｅ）以下であれば弾性域であ
ると考えられる。第４図は、管断面の塑性域と弾性域を
示したものであり、斜線部分が塑性域となる。

さて、弾性域の上下方向の長さをη。とし、管１０の曲
りによる管断面の塑性域の割合を示す指標として塑性率
ξ０を下記（２）式にて定義する。

ξｏ＝１　（ηｏ／ｄ）　・・・（２）この塑性率ξ０
がオフセットによる矯正時の変形の程度を表わし、オフ
セントによる塑性域の指標となる。

次にクラッシュによる変形について考える。第６図は管
１０に上方及び下方から荷重が加わっている厚さｔの管
の断面を示し、第７図はその上部の拡大図である。荷重
を受けている管断面の上側部分には、第７図に示すよう
な周方向応力が働き、歪εが生じる。そして、（１１式
からこの歪εの太きさに基づいて、管断面は塑性域及び
弾性域に分けられる。第６図において斜線部分は塑性域
を表わし、管断面における荷重が加わる上、下部及び左
。

右の各側部では、厚み方向の中程が弾性域となり、その
外側及び内側が塑性域となる。

いま、荷重が加わる管断面上部において、弾性域の上下
方向長さをηＣとし、−上下方向からの荷重による管断
面における塑性域の割合を示す指標として塑性率ξＣを
下記（３）式にて定義する。

ξｃ＝１−（ηＣ／ｌ）　・・・（３）この塑性率ξＣ
がクラッシュによる矯正時の変形の程度を表わし、クラ
ッシュによる塑性域の指標となる。

本発明方法は、このオフセント及びクラッシュによる塑
性率ξ０．ξＣが夫々オフセット量δ。。

クラッシュδＣに対応して定まることに着目してなされ
たものである。

次にオフセットによる塑性率ξ。とオフセット量δ０と
の関係について説明する。第８図は、第２スタンド１２
を６０だけオフセントさせた矯正機により、外径ｄ、内
径ｄｉ、厚さｔの管を矯正している状態の模式図であり
、スタンドのロールスパンをＳ、管の曲げの曲率半径を
ρとし、さらに管１０には第２スタンド１２０ロールに
より荷重Ｐが加わっているものとする。

管１０のたわみ量をＶとすると、第１スタンド１１のロ
ール中心から距離Ｘの位置に生じるたわみ量Ｖは、幾何
学的関係から次式にて表される。

第２スタンド１２のロール中心におけるたわみ量、即ち
第１スタンド１１のロール中心からの距離Ｓにおけるた
わみ量がオフセット量δ０になる。従ってオフセット量
δ０は曲率半径ρの関数となる。

一方、管１０に生じる曲げモーメントＭを考えると、管
１０は、外径ｄの中実棒から外径（管１０の内径）ｃＮ
の中実棒を取り除いたものと考えればよいので、その曲
げモーメントＭは外径ｄの中実棒における曲げモーメン
トＭｏと外径ｄｉの中実棒における曲げモーメントＭ＋
　との差になる。

Ｍ−Ｍｏ　Ｍｉ　・＝（５１ ここで ただし、Ｉｏ　＝　（π／６４）　ｄｏ　’Ｉｆ　＝　
（π４４）　ａｔ　＋ ｒｏ＝ｄ／２ ｒｉ−（ｄｉ　）　／２ 似下余白） と表わされ、曲げモーメントＭは曲率半径ρの関数とな
る。

曲げモーメントＭの分布は下記（６）式にて表わされる
。

Ｍ　＝　−ｘ　・・・（６） 従って第２スタンド１２のロール中央における曲げモー
メントＭは荷重Ｐにより定まり、荷重Ｐから曲率半径ρ
がまる。

第２スタンド１２のロール中央における管断面は、前述
のように塑性域と弾性域に分れ、その境界における歪量
は（１１式より次のようになる。

また、この歪εｅは管断面中心より距離ηｏ／２だけ上
方又は下方に離隔した位置に生じているから、 ηｎ で表わされる。従って（７）、　ｆ８１式より次の関係
が導き出される。

Ｅ　２ρ （９）式よりη０は曲率半径ρの関数として表わされる
。

一方、オフセント量δ０は曲率半径ρの関数となってい
るため、η。は曲率半径ρをパラメータとしてδ。の関
数として表わされる。従ってオフセットによる塑性率ξ
０はオフセット量δ０の関数となり、塑性率ξ。を定め
ておけばオフセント量δ。が定まる。塑性率ξ。とオフ
セント量δ０との関係は、管の寸法、強度により定まる
。

次に計算例を示す。第１表は管１０の寸法１強度等の計
算条件を示し、第１表の■欄は外ｉ￥ｄが６０鶴、厚さ
ｔが５璽ｌ、降伏強度ｙｐが３０　ｋｇ　／　＊ｖＩ２
の鋼管を使用し、ロールスパンＳが６００ｍ＋＋の条件
の場合、■欄は降伏強度Ｙｐを４０ｋｇ／ｗ２であり、
他ば■欄と同様の条件の場合、■欄は外径ｄが４０１ 鶴で他は■欄と同様の条件の場合である。また各条件に
おける後述の弾性限界オフセント量δｏｅを併記してい
る。第９図は第１表の結果を表わすグラフである。

第９図より明らかなように、管の外径ｄ、厚みｔ等の寸
法、ヤング率Ｅ等の強度、ロールスパンＳ等の矯正機の
条件等により、オフセット量δ０とその塑性率ξ。との
関係は定まり、塑性率ξ０を予め設定しておけば、オフ
セント量δ０は材質。

強度に応じて定まることになる。

さらに、塑性率ξ。が０の場合におけるオフセント量、
即ち、オフセント位置の管断面にオフセットに起因して
生じる変形において、塑性域が存せず、全てが弾性域と
なる弾性限界オフセント量δｏｅを考えると、このオフ
セット量δｏｅは次式で表わされる。

今、第１表各欄の条件に基づいて、塑性率ξ。

を、オフセット量δ０と弾性限界オフセント量δｏｅ２ との比、即ち無次元化オフセットδ。／δＯｅにて整理
すると、第１０図のように塑性率８口は一義的に定まる
ことがわかった。

従って、塑性率ξ０を予め設定しておけば、第１０図よ
り無次元化オフセットδ０／δＯｅが、管の寸法、材質
等に拘わらず一義的に定まることになり、オフセット量
δ０は容易にまる。

次にクラッシュによる塑性率ξＣとクラッシュ量δＣと
の関係について説明する。第１１図は、外径ｄ、内径ｄ
ｉ、厚さｔの管１０の上方及び下方より荷重Ｐが加えら
れた場合の断面を示している。

今、管１０が変形する前の平均半径をｒｏ　（＝（ｄ−
ｔ）／２）とすると、この管１０におけるクラッシュ量
は、材料力学における初期曲率半径ｒｏの曲り梁の問題
として扱える。管１０の中心を通る水平線より角度ψの
位置には荷重Ｐによって曲げモーメントＭ′が働き、平
均半径がｒｏからｒに変化するものとすると、曲げモー
メントＭ′は次式％式％ １１ Ｅ　１１ ｒｅ　ｒＱ ・・・　（１１） ただし、 ３ １’＝−（管長は単位長さとする） ２ ｒｅ　ｒｇ　ｔ　Ｅ１ □：曲率 次に曲げモーメントＭ′の分布を考える。この場合、管
断面は、中心を通る水平軸及び鉛直軸に対して対称であ
るから、第１２図に示す断面のＡの部分について考える
。第１２図の水平端面（ψ−０）に作用する曲げモーメ
ントをＭｏ’とすると、曲げモーメントＭ′は下式によ
って表わされる。

Ｍ’＝Ｍｏ　’　％Ｐ−ｒＤ　＋　（１ｃｏｓψ）　・
（１２）ここでＭ。′は変形の鉛直軸における対称性に
より、水平端面（ψ−〇）及び鉛直端面（ψ−π／２）
は、変形後も水平状態及び鉛直状態を維持するという条
件からまる。

一方、管１０の偏平による垂直直径の変化、即ちクラッ
シュ量δＣは、曲り管におけるたわみ量と考えることが
でき、次式で表わされる。

・・・（１３） 以上（１１）　、（１２）　、（１３）式からクラッシ
ュ量δＣは管１０の平均半径（曲り梁と考えた場合の曲
率半径）ｒｏの関数となる。

５ 一方、管断面の弾塑性境界における歪量εｅは、（１）
式より次のように表わされる。

またこの歪量は で表わされるので、両式から となる。

またクラッシュによる塑性率ξＣは（３）式よりηＣの
関数であるため、クラッシュによる塑性率ξＣは管の平
均半径ｒｏをパラメータとしてクラッシュ量δＣの関数
として表わされる。従ってクラッシュによる塑性率ξＣ
はクラッシュ量δＣの関数となり、塑性率ξＣを定めて
おけばクラッシュ量δＣが定まる。塑性率ξＣとクラッ
シュ量δＣとの関係は管の寸法９強度により定まる。

次に計算例を示す。第２表は管の寸法１強度等６ の計算条件を示し、各■、■、■欄は、前述の第１表■
、■、■欄と夫々同様の条件となっており、また各条件
における後述の弾性限界クラッシュ量を夫々併記してい
る。第１３図は第２表の結果を示すグラフである。

第１３図より明らかなように、管の外径ｄ、厚みｔ等の
寸法、ヤング率Ｅ等の強度により、クラッシュ量δＣと
その塑性率ξＣとの関係は定まり、塑性率ξＣを予め設
定しておけば、クラッシュ量δＣは材質１強度に応じて
定まることになる。

さらに塑性率ξＣがＯの場合におけるクラッシュ量、即
ちクラッシュ位置の管断面に、クラッシュに起因して生
じる変形において、塑性域が発生せず全てが弾性域とな
る弾性限界オフセント量δｃｅを考えると、このオフセ
ット量δｃｅは次式で表わされる。

今、第２表各欄の条件に基づいて、塑性率ξＣを、クラ
ッシュ量δＣと弾性限界クラッシュ量δｃｅとの比、即
ち無次元化クラッシュδＣ／δｃｅにて整理すると、第
１４図に示すように、塑性率ξＣは一義的に定まること
がわかった。

従って、塑性率ξＣを予め設定しておけば、第１４図よ
り無次元化クラッシュδＣ／δｃｅが、管の寸法、材質
等に拘わらず一義的に定まることになり、クラッシュ量
δＣは容易にまる。

〔構成〕

以上のように本発明は、オフセット位置の管断面にオフ
セットに起因して生じる変形の塑性域を表わす指標と、
オフセット量或いはオフセント量とその変形における弾
性限界となるオフセント量との比との予めめられた関係
に基づいてオフセット量を定め、またクラッシュ位置の
管断面にクラッシュに起因して生じる変形の塑性域を表
わす指標と、クラッシュ量或いはクラッシュ量とその変
形における弾性限界となるクラッシュ量との比との予め
められた関係に基づいてクラッシュ量を定めるものであ
る。

〔実施例〕

以下に本発明方法の実施例を示す。

第１５図、第１６図、第１．７図は、本発明方法により
ロール設定したロール成骨矯正機による鋼管の矯正試験
の結果を示すグラフである。第１５図は予め設定するオ
フセソＩ・塑性率ξ０を１０〜９０％の適当な値を選択
することにより設定オフセット量δ。

を変更して、鋼管を矯正した場合における鋼管の残留曲
りを示しており、鋼管としては外径６０龍、厚さ５ｍｍ
の５ＴＢ４２鋼管を使用し、矯正前の曲りを２Ｈ／ＩＩ
ｌとした。またクラッシュ量δＣはクラッシュ塑性率５
０％の場合の値を採用した。オフセット塑性率ξ０が過
小及び過大の場合には残留曲りが大きく形状不良となり
、オフセット塑性率ξ。

が４０〜７０％の場合に残留曲りが最小となった。

第１６図は予め設定するクラッシュ塑性率ξＣを１０〜
９０％の適当な値を選択することにより設定クラッシュ
量δＣを変更して、外径６０龍、厚さ５龍の５ＴＢ４２
鋼管を、矯正前の楕円率を３〜４％として矯正した場合
の残留楕円率を示すグラフである。

この場合オフセント量δ０をオフセント塑性率５０９ ％の場合の値とした。この場合も上述の試験と同様、ク
ラッシュ塑性率ξＣが過小及び過大な場合には残留楕円
率が大きくなって形状不良となっている。クラッシュ塑
性率ξＣが５０〜８０％の場合に残留楕円率が最小とな
った。

第１７図は予め設定するクラッシュ塑性率ξＣを１０〜
９０％の適当な値を選択することによりクラッシュ量δ
Ｃを変更して、外径６０＋ｎ、厚さ５　ｖａｖのＳＴＢ
　４２鋼管を、オフセット塑性率ξ０が５０％の場合の
オフセント量δ０にて矯正した場合における降伏強度Ｙ
ｐの変化を示している。クラッシュ塑性率ξＣが過大（
６０％以上）である場合は、強度外れ及びそれに伴う伸
びの低下を招来し、またスパイラルマーク疵も発生し、
さらには形状が悪化する虞れもある。以上の結果より、
オフセット塑性率ξ口及びクラッシュ塑性率ξＣを５０
〜６０％としてオフセット量δ０及びクラッシュ量δＣ
を夫々定めれば、形状矯正効果及び品質とも良好な結果
が得られる。

〔効果〕

０ 本発明方法によりロールを設定してロール成骨矯正機に
より鋼管を矯正した場合における矯正後の鋼管の不良率
の発生状況を、従来方法による場合と比較する。対象鋼
管として、外径６０ｍ、厚さ５ｍｍのＳＴＢ　４２鋼管
を１６００本使用し、オフセント塑性率ξ０、クラッシ
ュ塑性率ξＣを夫々５０％としてロール位置を設定した
。不良の判定として、曲り不良は１／１０００ｍ／ｍ以
上の場合を不良と判定し、強度外れは降伏強度ｙｐの変
化量が３．５　ｋｇ／ｆｉ２以上の場合を不良と判定す
る。またスパイラルマーク疵は目視にて判定する。結果
を第１８図に示す。なお、従来の設定方法は各作業者の
判断によるものであり、各作業者によってロール位置は
大きく相違し、塑性率に換算するとオフセット塑性率ξ
ａが５〜７０％、クラッシュ塑性率ξＣが２０〜９０％
であった。

従来方法によれば、不良率の発生が０．５％以上であっ
たのに対し、本発明方法によれば０．２％以下となった
。またロール設定時間は従来方法の１／３以上短縮され
た。

第　１　表 第　２　表 似下余白）

【図面の簡単な説明】

第１図はロール成骨矯正機の管矯正状態を示す模式図、
第２図は第１図の■−■線における拡大断面図、第３図
は曲り管に働く力の模式図、第４図は第３図のＩＶ−Ｉ
Ｖ線における断面模式図、第５図は応力と歪との関係を
示すグラフ、第６図は管断面の模式図、第７図は管断面
の一部に働く応力の模式図、第８図はロール成骨矯正機
の管矯正状態を示す模式図、第９図はオフセット旨とオ
フセント塑性率の関係を示すグラフ、第１０図は無次元
化オフセットとオフセット塑性率との関係を示すグラフ
、第１１図ば管断面の模式図、第１２図はその要部の模
式図、第１３図はクラッシュ量とクラッシュ塑性率との
関係を示すグラフ、第１４図は無次元化クラッシュと塑
性率との関係を示すグラフ、第１５〜１８図は本発明方
法の実施例を示すものであり、第１５図はオフセット塑
性率と残留油りとの関係を示すグラフ、第１６図はクラ
ッシュ塑性率と残留楕円率との関係を示すグラフ、第１
７図はクラッシュ塑性率と降伏強度の変化量との関係を
示すグラフ、３ 第１８図は本発明方法と従来方法との不良率を比較した
グラフである。 １０・・・管　１１．１２．１３・・・スタンド特　許
　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　河　
野　登　夫 ４ ｏ　ｃ＞ｃｂ　ｑ 亀　ａ　屯　外　Ｎ メ　Ｊ 宕　ａ　ミ　ミ　批　５ 塁　θ 寝　ミ　ミ　身　ａ８ ♂　０ 一ノ　ａＵ −１，／ＩＱ− Ｑ　ＣＩ　Ｃ）　Ｏｏ　。 Ｑ菌種等へ き　◇ 一ノ　μハ ０　・ ツｌ−！ヰｃＨ砥蓚８ 第１頁の続き ０発　明　者　中　島　−博　海南市船尾２（製造所内 １５０−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対向する１組のロールを３組以上自し、少くとも
   １組のロールは他のロールに対してオフセントされてお
   り、相対向するロールにて管をクラッシュさせつつ移動
   させることにより管を真直とするロール式管矯正機にお
   いて、オフセット位置の管断面にオフセットに起因して
   生じる変形の塑性域を表わす指標と、オフセント量との
   予めめられた関係に基づいてロールのオフセント量を定
   め、またクラッシュ位置の管断面にクラッシュに起因し
   て生しる変形の塑性域を表わす指標と、クラッシュ量と
   の予めめられた関係に基づいてロールのクラッシュ量を
   定めることを特徴とするロール位置設定方法。 ２、相対向する１組のロールを３組以」二有し、少くと
   も１組のロールは他のロールに対してオフセントされて
   おり、相対向するロールにて管をクラッシュさせつつ移
   動させることにより管を真直とするロール式管矯正機に
   おいて、オフセント位置の管断面にオフセントに起因し
   て生じる変形の塑性域を表わす指標と、オフセント量及
   びその変形における弾性限界となるオフセット量の比と
   の予めめられた関係に基づいてロールのオフセット量を
   定め、またクラッシュ位置の管断面にクラッシュに起因
   して生じる変形の塑性域を表わす指標と、クラッシュ量
   及びその変形における弾性限界となるクラッシュ量の比
   との予めめられた関係に基づいてロールのクラッシュ量
   を定めることを特徴とするロール位置設定方法。