JPS6224827A - 拡管用マンドレル - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、金属管、例えば鋼管の拡管を行うマンドレル
の、とくに先端プラグ形状の改良に係シ、更に詳しくは
拡管後の管内外径が軸方向に不安定となる現象を防止す
るマンドレ）ｖに関する。

〈従来の技術〉 例えば原子力発電関係の配管用鋼管としては、大径かつ
薄肉の継目無鋼管が求められるが、かかる要求に適合す
るような薄肉大径管は、通常の、すなわちロール穿孔圧
延法（マンネスマン法）や熱間押抜法（エルハルト法）
にて直接つくり出すのは実際上困難で、例え製造し得た
としても、製造歩留、能率の面で大きな不利は免れない
。

このような薄肉大径管全製造する方法に、マンドレルに
よる拡管の方法がある。すなわち、第６図に示す如く先
太多形状のプラグ部＜２１　ｅ先端に具１ｆｆ１７ｔマ
ンドレル（１）金用い、これに、上記の如き製管法で得
た継目無管（Ｎ）を素材として挿入し、その後端（ｕ）
ｔブツシャヘッド（３）で押圧することによって、管（
Ｎ）を先端（Ｕ）から順にプラグ部（２１に押し込み通
過させ、拡管加工を行うもの（以下、マンドレル拡管法
と呼ぶ）である。この加工は、プラグ部（２）付近に高
周波コイル等の加熱手段（Ｑ）　’ｅ配する等して熱間
で行うこと全原則とするが、条件°によっては冷間での
作条も考えられる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところが、このマンドレル拡管法は、製品の寸法精度に
問題がある。すなわち、第７図に示すように拡管後の管
側がマンドレルプラグ部の直胴部（精整加工部）２１）
に沿わず、管径（Ｄ）が目標より大きくなって軸方向に
不安定なものとなシ、或いは更にその管が一方向に湾曲
した形となる等の現象がしばしばみられる。

本発明の目的は、上記のような現象を防止してマンドレ
ル拡管法による製品としての薄肉大径管の寸法精度、品
質の向上を図ることにあり、そのような目的にかなった
拡管用マンドレルを提供することにある。

く問題点を解決するための手段〉 マンドレル拡管法に使用するマンドレルの一般構造とし
ては、次のようなものである。すなわち、前出第７図に
示すように、マンドレルはまずマンドレル本体（１ａ）
と先端プラグ部（２）とに分けられる。

先端プラグ部（２）は、先太９部翰と直胴部２１）とか
らなシ、先太り部翰は前記本体（１ａ）から続き、直胴
部■υはその先太り部の大径側に接続する。先太υ部翰
の加工面（ホ）は、通常１段まだは先端側に向かって順
次勾配がきつくなる複数段のテーパ面で構成される。

管（６）はマンドレル本体（１ａ）にその後端（１ａ）
側からセットされ、ここから先端のプラグ部（２）に押
し込み通過させられる。そのプラグ部（２）による加工
は、先太り部翰において実質的な拡管を行い、次いで直
胴部Ｑ℃により精整（矯正）７１Ｉ］工を施して形状を
整えるものである。

本発明者らは、このようなマンドレルのプラグ部の形状
を調整することによって先述した如き仕上管の形状不良
？解消することを考え、プラグ部の形状について詳細に
実験、検討を行い、その結果、次のような事実全見い出
した。

■　仕上管における管径の不安定、或いはその湾曲等の
現象は、もとより管材料がプラグ部直胴部（２１）に沿
わないことにその原因がある。すなわち、管は先太υ部
翰で拡管されたままの状態では、真円度の不良や曲がシ
ラ本質的に伴っている。これは、素管自体の偏肉や加工
時に使用する潤滑剤の分布不均一等によるものである。

このような形状不良は、上記のようなマンドレル拡管の
考え方からすれば、次段としての直胴部（２１）におい
て取シ除かれることになるわけであるが、その直胴部に
おいて材料がそこに沿わず浮き上つ之状態で素通シする
ような形になると、その形状不良はそのまま残り仕上管
（財）に持ち来たされることとなる。仕上管の形状不良
は、こうして生じるものである。

管（Ｎ）が直胴部０１）に沿わず浮き上った形となるの
は、先太シ部翰と直胴部１２υの境界位置（Ａ）？ａ−
挾んでその両側にある材料部分において、先太シ部側（
Ｕ／）から直胴部側（−）に拡管ＴｉＪｆ続させようと
する拘束力（モーメント）が働くことによるものである
。

■　仕上管の形状不良の防止策としてはしたがって、上
記拡管継続力としてのモーメントの作用を抑えて管を直
胴部１２１）Ｋ沿わせるようにすることである。ここで
、上記モーメント力の大きさは、先太り部（１）の、直
胴部（ハ）へ続く最後段部分（２０，２）（第１図謬照
）の形状寸法により変化するものであシ、間部（２０Ｊ
）の勾配（テーパ角惇））を緩くし、またその緩勾配部
分の長さく至）を大きくとるほど、小さくなる傾向があ
る。すなわち、同モーメント力を緩和して管を直胴部Ｃ
ηに沿わせるには、上記勾配全１／１ｏ以下とするとと
もに、その部分の長さく力ヲ直胴部Ｉ！２１）の径の）
を基準にその０．１倍以上に設定することである。この
ようなプラグ部先太り部の形状設定により、管は直胴部
２１）に沿い安定かつ効果的な矯正加工を施されること
になシ、その結果仕上管における形状不良の発生は有効
に防止されるものである。

本発明は以上のような事実の究明に基づくものであシ、
すなわち不発明に係る拡管用マンドレルは、先端プラグ
部の先太り部において、その最後段に、直前の部分より
勾配が小さい単一テーパ面或いは先端側に向かって順次
勾配が緩くなる多段テーパ面もしくは曲面よりなる仕上
加工面を設定し、その全体または直胴部寄りの一部全勾
配置／１゜以下に設定し、かつその部分の軸方向長さと
して０．　Ｉ　Ｘ　Ｄ　（但し、Ｄ：直胴部直径）を確
保した点に特徴がある。

上記不発明マンドレルの具体例を、以下に詳しく説明す
る。

前出第１図は不発明マンドレルの、最も基本的な一例？
示したものである。

本発明マンドレルも、基本構成は、先に述べた従来のも
のと同じである。すなわち、マンドレルはまず、マンド
レル本体（１ａ）と先端プラグ部（２）とで構成される
。マンドレル本体（１ａ）の径（ｄ）は、拡管しようと
する素管（２）の内径（ｄｕ）サイズより僅かに小さ目
である。プラグ部（２１は、先太り部翰と直胴部ＯＤに
分けられ、先太シ部翰が上記本体（１ａ）に接続しその
径（ｄｘ）が同本体径（Ｃ１）から先端側に向かって漸
増し、その大径側に直胴部Ｃ→が付設された形である。

さて本発明マンドレルにおいては、上記プラグ部先太り
部翰は、主加工部（２０／）と仕上加工部（２０りとで
構成される。

主加工部（２０／）は、同図図示例では加工面（財）が
単一のテーパ面からなっている。この加工面のテーパ角
（のけ、素材の材料特性（変形抵抗、変形能等）、必要
拡管量等に応じ、素管押圧力の設備的制約を勘案の上、
決められる。鋼管の場合においては、熱論管径にもよる
が、大体８°〜２５°前後が適当である。この部分にお
いては、全拡管量の殆ど、具体的には全体の９０％はど
の拡管全行うようにする。

開部加工面（財）としてはこの他、第２図に示す如く先
端側に向かって順次勾配（テーパ角（θｌ）（θコ））
がきつくなる２段、或いはそれ以上の段数のテーパ面（
Ｍ／ＸＭコ）で構成してもよい。このような構成は、と
くに加工初期の段階で材料に過大な変形力が作用するの
を防止する上で有効であシ、拡管加工をし易くする。た
だし、このような構成の場合、隣接するテーパ面（Ｍ／
ＸＭＪ）どうしの接続位置◎付近において、材料との間
に空隙が生じ、ここに溜った潤滑剤が加工の進行ととも
に破裂現象をくシ返し、これにより仕上管の内面に軸方
向の波打ち現象が現われる傾向がある。この対策として
は、隣接テーパ面（Ｍ／）（Ｍコ）の接続部分に、同図
に鎖線で示すようにアール■全つけてその両テーバ面（
Ｍ／）（Ｍコ）に滑らかにつなげるようにすることであ
シ、とくにそのアール面の大きさを加工対象としての素
管の内半径（ｄｕ、）以上、望ましくはその内径００以
上の大きさとするのが最も効果的である。すなわち、複
数段のテーパ面を設定する構成の場合には、その隣接テ
ーパ面間に円弧面（ＭＯ）を配して両テーパ面に滑らか
につなげるようにすることが推奨される。なお、このよ
うな構成をベークに、その円弧面（Ｍ□）の曲率半径■
を大きくしてゆきその範囲を前後のテーパ面（Ｍ／ＸＭ
Ｊ）側へ拡張していった場合のことを考えると、特殊な
ケースとして、主加工部の加工面（財）全体が円弧面（
単一または複数）だけで構成されるような形が想定され
るが、加工面（財）としてはこのような構成の採用も可
能である。

主加工部（２０／）の軸方向長さくｔハとしては、同加
工面のテーバ形状、必要拡管量から自ずと特定されてく
るものであるが、設備的、或いは作業性。

生産性等の面で不都合のない長さとなるよう考慮する。

次に、仕上加工部（２０Ｊ）は、上記主加工部（２０）
　’ｉ）通過してきた管を、次段の直胴部Ｑυへ沿わせ
る働きをする部分であシ、先の主加工部（２０Ｊ）で残
された分の拡管を行う。第１図図示例においては、回部
（２０／）の加工面■は、単一テーバ面で形成されてい
る。この加工面は、テーパ角韓）全その直前の部分のそ
れよりも小さく、勾配で曇。以下となるように設定し、
かつこの部分の軸方向長さく、ｔＪ’ｉ直徊部Ｑ→の直
径（対目標仕上内径）Ωの０．１倍以上とする必要があ
る。かかる条件設定は、先に述べた本発明者らの知見に
よるもので、この条件が満たされ°ないと、先太シ部側
の材料部分（Ｕｌ）から直胴部側の材料部分（ｕＪ）に
作用する拘束力（モーメント力）の緩和が不足し、直胴
部Ｉ２υの加工面に対し管（Ｎ））内面が十分に沿う状
態が得られず、拡管の工程で生じた形状不良の解消が不
十分となる。

上記の条件全満足させることによって、直胴部Ｃυによ
る拡管後の管の形状矯正が効果的に行われ、安定した形
状の製品を得ることが可能となるのである。なお、この
勾配は、とくに暑０以上にとるのが、効果上望ましい。

間部加工面■の、この他の例としては、第８図（イ）、
（Ｎ）に示されるようなものが考えられる。すなわち、
（イ）図は多段テーパ面（Ｎ／ＸＮＪＸＮＪ）からなる
例で、テーパ面の勾配（テーパ角（α／Ｘαコ）（αＪ
））は、全て直前の部分（財）よりも小で、先端側（材
料出側）に向かって順次ゆるくなる傾向である。この場
合、多段テーパ面の全部、或いは直胴部寄りの一部にお
いて勾配が先の条件將０以下を満たすよ−うにし、この
部分の長さとして０．　Ｉ　Ｘ　Ｄ以上を確保する。例
えば、図の例において初段（Ｎ／）の勾配がし　全こえ
、２段目（Ｎコ）以降が勾配暑。以下になっているもの
とすると、この２段目（Ｎコ）以降の長さく２段目の始
点（ｐ）〜８８段目最終段）終点（９間の距離）（至）
として、０．１×Ｄ以上を確保するということである。

同図（Ｎ）のものは、単円弧面或いは復円弧面等の曲面
（Ｎｏ）’ｊｃ使った例で、この場合は先の例における
テーパ面勾配を接線勾配におきかえて考えればよい。す
なわち、接線勾配が全域に亘シその直前の部分（財）の
勾配より小さく、先端側へ向かって次第にゆるくなる形
に設けられ、先例と同様、その全体或いは直胴部寄りの
一部が先の勾配条件を満たすようにして、その部分の長
さｅ　Ｏ，Ｉ　Ｘ　Ｄ以上に設定するものである。曲面
（Ｎｏ）は、図示例においてはその前後の、主加工部（
２０／）と直胴部Ｉ２１）の加工面に滑らかに接続して
いるが、これは必ずしも必要でなく、テーパ面構成の場
合と同様腰折れ状につながる形としても差支えない。

最後に、直胴部ＣＤは、径Ｇ））については目標仕上内
径に略々一致させ、また長さくト）としては、とくに制
限はないが、矯正効果上、置部径（Ｄと同等もしくはそ
れ以上にとるのが望ましく、また取扱性、工具費等の面
からは、長くとも２×Ｄ＠ｇとするのがよい。

く実施例〉 第４図に示す各部寸法で、先太シ部（２０２）の最後段
（２０りの加工面（Ｎ）（単一テーパ面構成ζ長さり：
０、１×Ｄ−３眉）についてその勾配ａｏヲ種々に変え
たマンドレルを用い、内径４１　ａｚ、肉厚３．５Ｍの
鋼管を素材として、マンドレル拡管を行い（目標仕上内
径＝８０１ｍｆ）、仕上管について内径を測定してその
最大偏差（＝ＭａＸ内径−Ｍｉｎ内径）を調べたところ
、第５図に示すとおりの結果となった。

同図において、内径の最大偏差は勾配囚が号。

以下のところにおいて、実質Ｏ′１に示し、それをこえ
るところでは勾配（３）がきつくなるにつれ急激に増大
する傾向をみせておシ、本発明に基づく条件設定の有効
性が確認される。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように本発明のマンドレ〜は、
マンドレル拡管における仕上管の管径不安定や曲がりと
いった形状不良の発生をきわめて効果的に防止するもの
であり、マンドレル拡管製品の寸法精度、品質の向上に
大いに貢献し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明マンドレルの、最も基本的な例を示す側
面（２）、第２図は本発明マンドレルのプラグ部先太り
部の、とくに主加工部について他の形状例を説明する図
、第３図（イ）、（嗜は本発明マンドレルのプラグ部先
太シ部の仕上加工部について他の形状例を示す要部拡大
図、第４図はマンドレル拡管の実験に用いたマンドレル
の各部寸法を示す図、第５図はその実験の結果を示す図
、Ｗ、６図はマンドレル拡管法を説明する模式図、Ｗｆ
ｊＴ図は拡管用マンドレルの従来例並びに仕上管の形状
不良について説明するための側面図、である。 ［中、１　：マンドレル、１ａ：マンドレル不体、２ニ
ブラグ部、２０：先太り部、２０１：主加工部、２０コ
ニ仕上加工部、２１：直胴部、３：プッシャヘッド　　
　　　　　　　　　　　　　　−第４図１１仇：ｍ亀 第　　１　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先太り状のプラグ部（２）を先端に備え、これに
   金属管を押し込み通過させて拡管加工を行うマンドレル
   であつて、前記先端プラグ部（２）は実質的な拡管を行
   う先太り部（２０）とそれに続く精整加工部としての直
   胴部（２１）からなり、直胴部に連なる先太り部最後段
   に、その直前の部位より勾配が小さい単一テーパ面或い
   は先端側に向けて勾配が順次きつくなる多段テーパ面も
   しくは曲面状でその全体または直胴部寄りの一部が勾配
   １／１０以下でかつその部分の軸方向長さが０．１×Ｄ
   （但し、Ｄ：直胴部直径）以上の仕上加工面（Ｎ）を有
   することを特徴とする拡管用マンドレル。