JPS63183720A - エルボの製造方法 - 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〉 この発明は、管壁の座屈や偏肉を生じることなく、しか
も高い材料歩留りでエルボを製造する方法に関するもの
である。

通常、各種プラント等における配管の曲がり部には第４
図に示す如きエルボｌが使用されるが、このエルボは中
心角〔θ〕を基準として“４５゜エルボ”、”９０”エ
ルボ”等のような種類分けがなされている。また、一方
でエルボの外径ＣＤ）ごとに大小二種類の軸心曲率半径
（Ｒ）のものが規定されており、各々“ロングエルボ”
及び“ショートエルボ”と称されている。なお、ロング
エルボのＲ／Ｄは約１．１１〜１．７６、ショートエル
ボのＲ／Ｄは約０．７４〜１．０である。

そして、この発明は、中心角が４５″のロングエルボ及
びレヨートエルボであって、かつｔ／Ｄ（ｔは肉厚）が
０．０５以下の薄肉品を製造するのに好適なエルボの製
造方法に関するものである。

〈従来技術とその問題点〉 −ａに４５°エルボを製造する場合には、まず９０°エ
ルボを成形し、これを２分割して２個の製品を得る方法
が“歩留り”及び“加工能率°の点からみて有利とされ
ている。そして、前記ｔ／Ｄが約０．１以下の薄肉９０
°エルボを直管材から成形する最も普通の方法として“
マンドレル成形法”をあげることができる。

第５図は前記マンドレル成形法の一例を示すものである
が、この方法においては、先端部に向かって徐々に大径
となると共に先端近傍の軸心曲率半径がほぼ製品エルボ
の曲率半径Ｒに等しいキセル形状のマンドレル２が使用
される。そして、成形は予め９０″工ルボ１個が採取で
きる長さに切断した直状素管３をマンドレル２の細径側
から連続して差し込むと共に、これら素管３を繰り出し
装置（図示せず）にてマンドレル先端に向かって押し込
み前進させることにより実施されるが、マンドレル２に
沿って前進する素管３は加熱炉４で加熱されて変形抵抗
を減じられ、マンドレル形状になじむように拡管しつつ
曲げられてほぼエルボの曲率通りの生成品５となる。

このマンドレル成形法は、ワークの外側面を拘束してい
ないので、それのみで生成品５の全長にわたって真円断
面を確保することが困難であり、従ってこれに続く“仕
上げ成形”が必要である。

そのため生成品５の断面は、通常、第５図に示すように
り、＝１．０５Ｄ、〜１．１０Ｄｂ程度の楕円形状でか
つり、が製品エルボの径りよりわずかに小さくなるよう
に成形されている。そして、仕上げ成形は、第６図に示
す如く、製品エルボの外郭形状と同一形状のダイス穴を
構成する上下一対のダイス６、．６．を用い、これによ
り前記半製品５をプレス成形して所定寸法の真円断面形
状とする形態で実施される。

第７図（ａ）は上述のような工程を経て得られる仕上げ
成形品７を示しているが、この仕上げ成形品７は破線８
□　８．．８ｃの位置で切断されて４５゜エルボの生成
品９□　９．とされ、次いで加熱時に生じたスケールの
除去が行われると共に、必要に応じて熱処理が施され、
第７図（ｂ）に示す４５°エルボ１０となされる。

このマンドレル成形法は、第５図で示したように長尺の
マンドレル２に多数の直状素管３を直列に挿入し、次か
ら次へと押し出す加工法であるため生産能率が高い成形
法であるが、反面、次のような問題点を有していた。即
ち、 （ａ）　　生成品５の内面にマンドレル２の先端大径部
との摺動による擦り疵が生じ易い。

（ｂ）　　素管３には拡管に伴う軸圧縮力が作用し、ｔ
／Ｄが極端に小さい場合には、加熱開始点付近で素管３
と先行材ｑ′に第８図に示す如き“しわ”１１が生じる
。

そして、前記ＴａＪの内面擦り疵に対しては素管３の内
面に潤滑剤を塗布する対策が必要であるが、そのための
工数はばかにならず、しかもマンドレル表面の平滑保持
にも多大の注意か必要であった。

その上、ステンレス鋼等の擦り疵を生じ易い材質に対し
てはエルボ内面の研磨手入工程を必要とするケースが多
く、生産能率が低下すると言う不都合も無視できなかっ
た。

また、前記（ｂ）で指摘した“しわ”１１を生ずること
なしに成形できる限界のｔ　／　Ｄ　！！　Ｄが小さい
ほど低下する傾向にあり、また炭素鋼よりもステンレス
鋼の方が小さい（例えばＤ＝１１４．３ｍｍの場合には
ロングエルボ、ショートエルボともに炭素鋼が０．０２
５でステンレス鋼が０．０３５、そしてＤ＝６０．５ｍ
ｍの場合には炭素鋼が０．０４５でステンレス鋼が０．
０６）。

従って、小径の薄肉管、それもステンレス鋼管において
はマンドレル成形法の適用は大きな制限を受けていたの
である。

もっとも、マンドレル成形法で成形できない薄肉のエル
ボを直管素材から成形する方法としては“液圧バルジ成
形法”が知られている。第９図はその一例としての特開
昭５７−１９１１４号公報に開示されている方滴を示す
もので、この方法は、第９図（ａ）に示す如くまず直状
素管３を上金型１２と押え型１３．１３’で挟むと共に
素管両端をピストン１４．１４’で保持し、素管内を油
で置換すべく油注入口１５から油を注入し素管内を充満
させて内圧を付加する。なお、符号１６は空気抜き孔を
示している。この操作に続いて、下型１７が図示しない
装置によって上昇せしめられると同時にピストン１４゜
１４’の前進が開始され、第９図（ｂ）に示すように上
下金型が密着して曲げ加工が完了する。

ここで、成形に際して内圧を付加するのは、曲げによる
管壁の産油や真円度不良を生じにくくするのためである
が、それでもエルボの曲率半径が小さくかつ素管のｔ　
ｏ／　Ｄｏ　（ｔ　ｏは肉厚、Ｄ、は外径）が小さい場
合には座屈や真円度不良を避けることは極めて困難であ
った。そのため、このような問題を生じるときには、曲
げが完了した時点で内圧を高めてワーク外面を上下金型
に十分なじませる仕上げ成形が行われていた。

しかしながら、座屈が大きい場合には上記仕上げ成形方
法によっても矯正しきれないので、例えば特開昭５５−
７７９３４号公報に記載されているような、軸方向の引
張力と内圧とを同時に付加しながら曲げる方法等を格別
に適用しなければならなかった。勿論、この場合には管
端シーリング機構の複雑な装置を採用する必要があり、
そのための成形コストアップは非常に大きなものであっ
た。

しかも、これら液圧バルジ成形法は何れもエルボの曲率
を金型による曲げ加工で得ようとするものであるので、
エルボの腹側（第４図中のイロ）が背側（第４図中のハ
ニ）よりも厚肉となるのは避けられないとの問題もあっ
た。これを避けるために偏肉した素管を使用することも
考えられるが、この場合には素管の製作コストが高くな
るのを如何ともし難かった。

更に、成形の際の軸力を有効に伝達しなければ成らない
ため、素管の曲げ形状は第９図に示されるものに限定さ
れてしまい、従って１個の素管から採取できる４５＠エ
ルボの数は高々４個に過ぎないと言う製造能率や材料歩
留り上の不満も解消できなかった。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、上記の如き従来のマンドレル成形法や液圧
バルジ成形法を利用したエルボ製造法に見られる各問題
点を解消し、挫屈や偏肉を生じることなく、しかも十分
に満足できる作業能率や材料歩留りの下で所望寸法・形
状のエルボを安定して製造すべく行われた本発明者等の
研究により完成されたものであり、 エルボの製造に際して、製品エルボよりも小径の直状素
管を成形ダイスで保持すると共に、該素管に軸圧と内圧
とを付加して中央部を管軸と直交する一つの方向に、ま
た該中央部を挟む２カ所を前記方向とは反対方向にそれ
ぞれ製品エルボ外径まで膨張隆起させてエルボ背側形状
に成形し、次いでこれら隆起部に隣接した左右管端側に
同様の′膨張隆起加工を順次繰り返すことによってエル
ボの背側と腹側か長手方向に交互に組み合わされた蛇行
形状の管となした後、これを輪切り切断することにより
前記目的を達成した点、 に特徴を有するものである。

以下、第１乃至２図に基づいてその内容をより詳細に説
明する。

まず、この発明の方法に従った直状素管の成形によって
得られるエルボの中間製品は、第１図にその一例を示す
如く、複数個のエルボ部分１８の背側及び腹側が交互に
組み合わされた蛇行管１９である。ここで、蛇行部の外
径り及び軸心曲率半径Ｒはそれぞれ製品たる４５″エル
ボのそれらに等しくなっている。

なお、第１図において、隣接する各エルボ部分１８、１
８間に破線で示したリング状部分２０は、成形完了後に
エルボを切り出し採取するための切断余長であり、該切
断はこのリング状部分２０の中間位置でなされる。そし
て、切断後は必要に応じて熱処理や管端ベベル加工が施
こされて製品エルボζされる。

また、エルボの中間製品である蛇行管１９の両端にはエ
ルボ部分１８の腹側に連なる小さなふくらみ２１が設け
られているが、これは蛇行管１９の両端に位置する膨張
隆起部分（エルボ部分１８）からも正常なエルボを採取
するためのものであり、このふくらみ２１が存在しない
でこの部分が直状素管形状のままだと、蛇行管両端に位
置する膨張隆起部分からは正常なエルボを切り出せない
ことは第１図からも容易に理解されるはずである。なお
、蛇行管１９０両端部での外径Ｄ０は素管の外径に等し
く、蛇行部の外径りと該Ｄ０との関係はＤ＞Ｄ、で示さ
れる。

このような蛇行管１９は、第２図で示すような液圧バル
ジ成形工程を経て直状素管から製造される。

まず、外径Ｄ　６１肉厚ｊ６＋長さ１０の直状素管３は
、第２図（ａ）に示される如く、上下一対の成形ダイス
２２．２２′にセットされ保持される。

なお、この上下の成形ダイス２２．２２’は図示しない
加圧装置によって互いに密着保持されており、図中の破
線２３は両者の合わせ面を示す。そして、該上下成形ダ
イス２２．２２’は、両端側に内径Ｄ０のストレート部
２４と、中央部に内径Ｄ、軸心曲率半径Ｒ（Ｄは製品エ
ルボ外径、Ｒは製品エルボの軸心曲率半径）の蛇行部２
５を有するダイス穴を構成しており、蛇行部２５は下成
形ダイス側に１ケ所、下成形ダイス側にこれを挟んで２
ケ所形成された凹部によって構成されている。

符号２６で示されるものはダイス穴のストレート部２４
内を摺動するピストンであるが、直状素管３が成形ダイ
スにセットされると該ピストン２６．２６がダイス穴に
侵入し、それぞれ直状素管の両端に密着する。

これに続いて、ピストン２６．２６に設けた空気抜き孔
を兼ねた小孔２７を通して素管３内に作動液が注入・充
満される。この作動液によって素管３の内圧を高めると
共にピストン２６．２６を両端側から対向して前進させ
ると、第２図（ｂｌに示されるように、素管３は外方に
膨出してその外面をダイス穴の蛇行部２５の内面壁に密
着することとなり一次成形品２８が得られる。

ここで、素管３の変形挙動に着目すると、素管３は内圧
により蛇行部２５において外径がＤｏからＤまで膨張す
る際、蛇行部２５内の部分は軸方向に縮もうとするが、
ダイス穴ストレート部２４と素管との摩擦がこれを阻害
することとなる。そして、このように縮み変形が阻害さ
れると蛇行部２５内に位置する部分の素管肉厚は減少し
、材料によっては破断に至る危険がある。従って、これ
を防止するためピストン２６．２６による軸圧力で材料
の軸方向移動を助けなければならない。

上記−火成形加工が終わると、得られた一次成形品２８
内の作動液が排出され、ピストン２６．２６の後退が行
われると共に上下成形ダイス２２．２２′が分離されて
一次成形作業が完了する。

次いで、−次成形品２８は、第２図（Ｃ）に示すように
、新たな上下の成形ダイス２９．２９’にセットされて
保持され、前記成形部以外の部分に液圧バルジ加工が施
される。このとき使用される成形ダイス２９．２９′は
、−次成形品２８の蛇行部の左右管端側隣接部に新たな
る蛇行部をそれぞれ形成するためのダイス穴を有してい
る。そしてミピストン２６゜２６による軸圧及び内圧の
付加方法は第一次成形作業の時と同様であり、成形終了
の状態を第２図（ｄ）に示す。

この第２図は、２回の液圧バルジ加工によって蛇行管１
９を成形する場合について示したが、蛇行部が更に長く
続くものであっても中央部から左右に蛇行部を順次広げ
てい（成形方式は同様で、単に成形回数を増加させるの
みで安定な成形が行える。

ところで、第３図で示すように、蛇行管１９を成形する
に際し直状素管３を始めから上下の成形ダイス３０．３
０”にセットして一挙に成形する方法も考えられるが、
この場合には素管３のエルボの背側となる部分、即ち下
成形ダイス３０の凹部３１．３１・・・及び下成形ダイ
ス３０′の凹部３１　’　、３１　′・・・に軸方向張
力゛が発生して大きな減肉を生じ、破断を引き起こし易
いので決して好ましい方法とは言えない。

これに対し、この発明の方法に係る液圧バルジ加工にお
いても拡管に伴った素管の減肉は生じるが、この場合の
減肉は蛇行部全域でほぼ均等なものであるので、均一肉
圧のエルボの成形を安定して実施することができる。

上述のように、この発明の方法はエルボの形状を内圧に
よる拡管で得る点に一つの大きな特徴を有しており、従
って挫屈や偏肉の原因となる素管断面全体の曲げ加工を
必要とせず、しかも材料に加えられる変形量がＲ／Ｄ値
の小さいほど軽減されるという従来の曲げ加工法では見
られない利点を享受することができる。

即ち、第１図において切断余長部（リング状部分）２０
の幅を（Ｄ／１０）と仮定すると、規格の最小値である
Ｒ　／　Ｄ　＝０．７４の場合にはＣＤ／Ｄ、）が１．
１８に、最大値であるＲ／Ｄ＝１．７６の場合にはＣＤ
／Ｄ、）が１．４４となり、一方、本発明者等の実験に
よると例えば５ＵＳ３０４ステンレス鋼の焼鈍材ではＤ
／Ｄ、＝１．８、そして炭素含有量０．２重量％の炭素
鋼ではＤ／Ｄ、＝１．５まで拡管が可能であることが明
らかとなったので、本発明に係る成形法によると全（Ｒ
／Ｄ）値での成形が可能であることは明らかである。

また、仮に延性が乏しくてこれらの拡管に耐えられない
材料の場合であっても、バルジ加工を一旦中断し、中間
焼鈍を行ってから再度バルジ加工を行えば円滑な成形が
可能である。

なお、この発明の方法においては、素管３の肉厚ｔ０は
概ね次式に従って設定すればよい。

ｔ０＝　Ｊ’Ｅし］劉・ｔ また、素管の長さ１０は拡管に伴う軸方向収縮量を見込
んで設定する必要があることは言うまでもない。

次に、この発明を実施例によって説明する。

〈実施例〉 外径ＣＤ）　　：８９．１ｍ＋＊、公称肉厚（ｔ）　　
：４．２皇鵬。

軸心曲率半径（Ｒ）　　：１１４．３ｍｍの５ＵＳＳ　
３０４　スーｔ−ンレス鋼からなる４５″ロング工ルボ
７０個を、第２図で示した如きバルジ加工工程を取り入
れたこの発明の方法によって製作した。

なお、直状素管としては外径（Ｄｏ）　　：６８．２ｍ
ｍ。

肉厚（ｔ、）：　４．６酊、長さくｆｆ、］　ニア　４
０鶴のものを１０本用意し、第１図で示したように１本
からそれぞれ７個の４５°エルボを採取した。この４５
°工ルボ１個当たりの素管重量は７６３ｇであった。

一方、これとは別に、比較として第５乃至７図で示した
ような従来の熱間マンドレル成形法を含む工程で外径（
Ｄ、）　：　７０．０龍、肉厚（ｔ、）　：４．５ｍｊ
、長さＣｌ０）　：２６０ｍ−の直状素管３５本からま
ず９０’エルボを成形し、これを４５°エルボに２分割
して７０個のロングエルボを製造したが、このときの４
５″工ルボ１個当たりの素管重量は９４５ｇであった。

従って、歩留りの点を取ってみても、本発明の方法では
従来の熱間マンドレル成形法を採用した場合より約１９
％も向上することが確認された。

更に、本発明の方法ではエルボ内面の擦り疵が完全に防
止されたため、比較法に比べて仕上工程に要する工数が
約１７３に減少することも確認された。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、各種材質・寸
法の直状素管から管壁の座屈や偏肉、或いは内面の擦り
疵等を生じることなく、しかも高い材料歩留りでエルボ
を安定製造することが可能となるなど、産業上有用な効
果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る方法で得られる蛇行管の１例を
示す概略模式図、 第２図は、本発明に係る方法で蛇行管を製造する工程を
説明した概略模式図であり、第２図（ａ）乃至第２図（
ｄ）はその各工程をそれぞれ示すもの、第３図は、蛇行
管を直状素管から一挙に成形しようとする場合の状況を
示す模式図、 第４図は、製品エルボの形状を説明した概略図、第５図
は、従来の熱間マンドレル成形法を説明した概念図、 第６図は、熱間マンドレル成形法によって得られたエル
ボ半成品の仕上げ成形工程を示す概念図、第７図は、第
６図で示す仕上げ成形工程で得られた成形品から製品エ
ルボを製造する過程を示す模式図てあり、第７図（ａ）
は仕上げ成形品を、そして第７図（ｂ）は製品たる４５
°エルボをそれぞれ示すもの、 第８図は、熱間マンドレル成形の際の“しわ”の発生状
況を説明する概略模式図、 第９図は、従来の液圧バルジ成形法によるエルボ成形工
程を示す概略模式図であり、第９図（ａ）は液圧バルジ
成形法による曲げ加工開始時を、そして第９図（ｂｌは
同曲げ加工終了時をそれぞれ示している。 図面において、 １・・・エルボ、　　　２・・・マンドレル、３・・・
直状素管、　　３′・・・直状素管の先行材、４・・・
加熱炉、　　　５・・・半製品、６ａ・・・上ダイス、
　　６ｂ・・・下ダイス、７・・・仕上げ成形品、１０
・・・４５＠エルボ、１１・・・しわ、　　　　１２・
・・上金型、１３・・・押え型、　　　１４．１４’・
・・ピストン、１５・・・油注入口、　　１６・・・空
気抜き孔、１７・・・下型、　　　　１８・・・エルボ
部分、１９・・・蛇行管、　　　２０・・・リング状部
分、２１・・・ふくらみ、　２２．２９．３０・・・下
成形ダイス、２２’、　２９’、　３０’・・・下成形
ダイス、２３・・・上下ダイスの合わせ面、 ２４・・・ストレート部、　２５・・・蛇行部、２６・
・・ピストン、２７・・・小孔、２８・・・−次成形品
、　３１・・・下成形ダイスの凹部、３１′・・・下成
形ダイスの凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 製品エルボよりも小径の直状素管を成形ダイスで保持す
   ると共に、該素管に軸圧と内圧とを付加して中央部を管
   軸と直交する一つの方向に、また該中央部を挟む２ヵ所
   を前記方向とは反対方向にそれぞれ製品エルボ外径まで
   膨張隆起させてエルボ背側形状に成形し、次いでこれら
   隆起部に隣接した左右管端側に同様の膨張隆起加工を順
   次繰り返すことによってエルボの背側と腹側が長手方向
   に交互に組み合わされた蛇行形状の管となした後、これ
   を輪切り切断することを特徴とするエルボの製造方法。