JPWO2009022570A1 - 管のねじ切削方法及び装置 - Google Patents

Abstract

高速でねじ切削する場合にも切削工具の刃部の寿命を向上させることが可能なねじ切削方法及び装置を提供する。本発明に係る管Ｐのねじ切削方法は、管Ｐの外面に切削工具１の刃部１１を当接させて該管Ｐを周方向に高速回転させることにより該管Ｐをねじ切削する方法であって、前記刃部１１の逃げ面１１ａ側から前記刃部１１の刃先１１ｃに向けてクーラントを噴出することを特徴とする。

Description

本発明は、刃部を有する切削工具を用いて、鋼管の端部などの管の外面をねじ切削する方法及び装置に関する。特に、本発明は、高速でねじ切削する場合にも切削工具の刃部の寿命を向上させることが可能なねじ切削方法及び装置に関する。

従来より、例えば、油井管用の鋼管等の端部など、管の外面をねじ切削する方法として、切削工具の刃部を管の外面に当接させた状態で、管を周方向に回転させながら軸方向に送ることにより、前記刃部で管をねじ切削する方法が知られている。

上記のねじ切削方法においては、切削効率を高めて生産性を向上させるため、管を周方向に高速回転させながらねじ切削を行うことが望まれている。このため、切削工具の刃部の刃先（刃部の逃げ面とすくい面とが交差する部位であって、管と当接する部位）に掛かる熱負荷が増大し、刃先の摩耗や欠損等による刃部の寿命低下が問題となっている。特に、近年では、油井開発が厳しい条件下でも行われるために、油井管用の材料として耐食性に優れた高Ｃｒ含有鋼等の難切削材料の需要が増していることもあり、刃部の寿命低下の問題がより一層顕著になってきている。

一方、従来より、切削によって生じる切削屑の飛散を抑止したり、切削工具の刃部の刃先に掛かる熱負荷を低減することを目的として、管をねじ切削している最中に、刃部のすくい面側から刃部の刃先に向けてクーラントを噴出する場合が多い。

しかしながら、切削工具の刃部のすくい面側から刃部の刃先に向けてクーラントを噴出しても、高速でねじ切削する場合には、刃部の寿命を十分に向上させることができないという問題があった。

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、高速でねじ切削する場合にも切削工具の刃部の寿命を向上させることが可能なねじ切削方法及び装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、切削工具の刃部のすくい面側から刃部の刃先に向けてクーラントを噴出しても刃部の寿命を十分に向上させることができないのは、切削屑が邪魔になって刃部の刃先にクーラントが十分に到達せず、刃先を十分に冷却できないことが原因であることを見出した。

本発明者は、上記新しい知見に基づき、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、管の外面に切削工具の刃部を当接させて該管を周方向に高速回転させることにより該管をねじ切削する方法であって、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出することを特徴とする管のねじ切削方法を提供するものである。

斯かる発明によれば、刃部の逃げ面側から刃部の刃先に向けてクーラントを噴出するため、クーラントが切削屑で遮られることなく刃先に十分に到達し、刃先を効果的に冷却することができる。このため、切削時において刃部の刃先に掛かる熱負荷を抑制し、刃部の寿命を向上させることが可能である。

なお、本発明における「高速回転」とは、管の材質が炭素鋼の場合には、管の周速度が１００ｍ／ｍｉｎ以上であることを、管の材質が高Ｃｒ含有鋼の場合には、管の周速度が３０ｍ／ｍｉｎ以上であることを意味する。

また、前記課題を解決するため、本発明は、高速回転する管の外面に当接する刃部を有する切削工具と、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出する噴出手段とを備えることを特徴とする管のねじ切削装置としても提供される。

本発明に係る管のねじ切削方法及び装置によれば、高速でねじ切削する場合にも切削工具の刃部の寿命を向上させることが可能である。

図１は、本発明に係る管のねじ切削方法を実施するための管のねじ切削装置の概略構成例を模式的に示す正面図である。 図２は、図１に示すノズルの孔径と切削工具の刃部の最大寿命との関係を示すグラフである。 図３は、図１に示すノズルの孔径／孔長と切削工具の刃部の寿命のバラツキとの関係を示すグラフである。 図４は、図１に示すノズルの孔径と孔長の上限値との関係、及び、ノズルの孔径と孔長が上限値であるときの孔長／孔径（すなわち、孔長／孔径の上限値）との関係を示すグラフである。 図５は、図１に示すノズルの孔径と、切削工具の刃部の最大寿命及び平均寿命との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明に係る管のねじ切削方法の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る管のねじ切削方法を実施するための管のねじ切削装置の概略構成例を模式的に示す正面図である。図１に示すように、本発明に係る管Ｐのねじ切削装置１００は、図１の矢符Ｘの方向に高速回転する管Ｐの外面に当接する刃部１１を有する切削工具１と、刃部１１の逃げ面１１ａ側から刃部１１の刃先１１ｂに向けてクーラントを噴出する噴出手段２とを備える。

本実施形態に係る切削工具１は、前述した刃部１１と、刃部１１を取り付けるための基部１２とを具備する。基部１２は、適宜の昇降手段（図示せず）に取り付けられ、該昇降手段によって基部１２を上昇位置（図１に示す位置）から降下させることにより、刃部１１の刃先１１ｂが管Ｐの外面に当接する。この状態で、例えば、管Ｐを載置するスクイズロール等を回転駆動すれば、管Ｐは矢符Ｘの方向に回転すると共に軸方向に送られ、刃部１１の刃先１１ｂで管Ｐの外面がねじ切削される。この際、管Ｐの切削屑は、管Ｐの回転方向上流側（刃部１１の切削方向下流側）に位置する刃部１１のすくい面１１ｃ側に蓄積され、管Ｐの回転方向下流側（刃部１１の切削方向上流側）に位置する刃部１１の逃げ面１１ａ側には殆ど蓄積されない。

本実施形態に係る噴出手段２は、刃部１１の逃げ面１１ａ側に配置され、刃部１１の刃先１１ｂに向けてクーラントを噴出するノズル２１と、ノズル２１にクーラントを供給する供給手段２２とを具備する。ノズル２１と供給手段２２とは連結され、ノズル２１内に設けられた孔２１ａと供給手段２２内に設けられた孔２２ａとが連通している。外部の供給源（図示せず）から供給された所定圧のクーラントは、孔２２ａ内を流通した後、孔２１ａ内に流入し、孔２１ａの先端から噴出される。上記のように、ノズル２１は供給手段２２に連結され、供給手段２２は切削工具１の基部１２に連結されている。このため、刃部１１とノズル２１とは一体として昇降することになり、刃部１１の昇降位置に関わらず、ノズル２１は、常に刃部１１の刃先１１ｂに向けてクーラントを噴出することが可能である。

以上のように、本発明に係る管のねじ切削方法によれば、刃部１１の逃げ面１１ａ側から刃部１１の刃先１１ｂに向けてクーラントを噴出するため、クーラントが切削屑で遮られることなく刃先１１ｂに十分に到達し、刃先１１ｂを効果的に冷却することができる。このため、切削時において刃部１１の刃先１１ｂに掛かる熱負荷を抑制し、刃部１１の寿命を向上させることが可能である。

以下、図１に示すノズル２１の孔２１ａの直径（孔径）Ｄと、ノズル２１の孔２１ａの長さ（孔長）Ｌとの最適な組み合わせについて検討した結果について説明する。

まず最初に、本発明者は、ノズル２１の孔径Ｄを種々の値に変更し、各孔径Ｄを有するノズル２１からクーラントを噴出しながら、高Ｃｒ含有鋼からなる管Ｐの端部を切削速度（管Ｐの周速度）９０ｍ／ｍｉｎでねじ切削し、刃部１１の寿命を評価する試験を行った。この試験を同種の刃部１１について複数回繰り返し、ノズル２１の各孔径Ｄに対応する刃部１１の最大寿命を評価した。

図２は、上記試験の結果である、ノズル２１の孔径Ｄと切削工具１の刃部１１の最大寿命との関係を示すグラフである。図２の横軸はノズル２１の孔径Ｄを、縦軸は刃部１１が寿命に到るまでに切削した管Ｐの端部の個数を示す。なお、刃部１１の寿命は、オペレータが切削された管Ｐ端部のねじ部を検査し、ねじ部の寸法が公差から外れている場合や、ねじ部に筋や段差が生じている場合に、刃部１１が寿命に到ったと判断した。後述する図３や図５に結果を示す試験についても同様である。
図２に示すように、ノズル２１の孔径Ｄを大きくするほど、刃部１１の最大寿命が向上することが分かった。これは、ノズル２１の孔径Ｄを大きくするほど、噴出されるクーラントの流量が増加し、刃部１１の刃先１１ｂに対する冷却能が向上したことが原因であると考えられる。

次に、本発明者は、ノズル２１の孔長Ｌと孔径Ｄとの比（＝Ｌ／Ｄ）を種々の値に変更し、各Ｌ／Ｄを有するノズル２１からクーラントを噴出しながら、高Ｃｒ含有鋼からなる管Ｐの端部を切削速度（管Ｐの周速度）９０ｍ／ｍｉｎでねじ切削し、刃部１１の寿命を評価する試験を行った。この試験を同種の刃部１１について複数回繰り返し、ノズル２１の各Ｌ／Ｄに対応する刃部１１の寿命のバラツキ（標準偏差）を評価した。

図３は、上記試験の結果である、ノズル２１のＬ／Ｄと切削工具１の刃部１１の寿命のバラツキとの関係を示すグラフである。図２の横軸はＬ／Ｄを、縦軸は刃部１１が寿命に到るまでに切削した管Ｐの端部の個数のバラツキを示す。
図３に示すように、Ｌ／Ｄを大きくするほど、刃部１１の寿命のバラツキが低減することが分かった。これは、ノズル２１の孔径Ｄを小さくするほど、或いは、ノズル２１の孔長Ｌを大きくするほど、噴出されるクーラントの直進性が向上し、刃部１１の刃先１１ｂに効率良くクーラントが到達することが原因であると考えられる。

以上に述べた図２及び図３に示す結果からすれば、刃部１１の寿命（平均寿命）を向上させるには、ノズル２１の孔径Ｄを大きくして最大寿命を向上させると共に、ノズル２１のＬ／Ｄを大きくして寿命のバラツキを低減すれば良い。換言すれば、ノズル２１の孔径Ｄを大きくすると共に、これ以上に孔長Ｌを大きくすれば良い。しかしながら、実際には、管Ｐとの物理的干渉などの機械的制約や、孔２１ａ内にゴミが詰まるといった観点から、孔径Ｄに応じて設定可能な孔長Ｌには上限値が存在する。

図４は、ノズル２１の孔径Ｄと孔長Ｌの上限値との関係、及び、ノズル２１の孔径Ｄと孔長Ｌが上限値であるときのＬ／Ｄ（すなわち、Ｌ／Ｄの上限値）との関係を示すグラフである。図４の横軸はノズル２１の孔径Ｄを、縦軸はノズル２１の孔長Ｌの上限値、又はＬ／Ｄの上限値を示す。なお、図４において、「●」でプロットしたデータは孔長Ｌの上限値を、「△」でプロットしたデータはＬ／Ｄの上限値を示す。
図４に示すように、ノズル２１の孔径Ｄを大きくするほど、孔長Ｌの上限値は低下する。このため、ノズル２１の孔径Ｄを大きくするほど、Ｌ／Ｄの上限値も低下することになる。換言すれば、ノズル２１の孔径Ｄを大きくするほど、設定可能なＬ／Ｄは低下するため、刃部１１の寿命のバラツキが大きくなる（図３参照）。

以上の結果より、ノズル２１の孔径Ｄを大きくすれば、刃部１１の最大寿命は向上する（図２参照）一方で、寿命のバラツキが大きくなるため、最大寿命及び寿命のバラツキの双方への影響を考慮して、平均寿命が最も高くなる孔径Ｄを選択することが肝要である。

以上の結果に基づき、本発明者は、ノズル２１の孔径Ｄを種々の値に変更すると共に、各孔径ＤについてＬ／Ｄが上限値となるように孔長Ｌを決定した。そして、各孔径Ｄ及び孔長Ｌの組み合わせを有するノズル２１からクーラントを噴出しながら、高Ｃｒ含有鋼からなる管Ｐの端部を切削速度（管Ｐの周速度）９０ｍ／ｍｉｎでねじ切削し、刃部１１の寿命を評価する試験を行った。この試験を同種の刃部１１について複数回繰り返し、ノズル２１の各孔径Ｄに対応する刃部１１の最大寿命及び平均寿命を評価した。

図５は、上記試験の結果である、ノズル２１の孔径Ｄと、切削工具１の刃部１１の最大寿命及び平均寿命との関係を示すグラフである。図５の横軸はノズル２１の孔径Ｄを、縦軸は刃部１１が寿命に到るまでに切削した管Ｐの端部の個数を示す。なお、図５において、平均寿命のグラフと交差する縦線は寿命のバラツキを意味する。
図５に示すように、ノズル２１の孔径Ｄを大きくすれば、刃部１１の最大寿命は高くなるものの、寿命のバラツキが大きくなるため、平均寿命としては、孔径Ｄ＝２．５ｍｍ（このときの孔長Ｌ＝１８ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝７．２）付近が最も高くなることが分かった。

以上に説明したように、ノズル２１の孔径Ｄと孔長Ｌとの組み合わせは、最大寿命及び寿命のバラツキの双方への影響を考慮して、平均寿命が最も高くなるように選択することが好ましい。

本発明者は、上記新しい知見に基づき、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、管の外面に切削工具の刃部を当接させて該管を周方向に高速回転させることにより該管をねじ切削する方法であって、前記刃部の逃げ面側に配置したノズルを用いて、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出し、前記刃部の最大寿命に対する前記ノズルの孔径の影響と、前記刃部の寿命のバラツキに対する前記ノズルの孔長／孔径の影響との双方を考慮し、前記刃部の平均寿命が最も高くなるように前記ノズルの孔径及び孔長を決定することを特徴とする管のねじ切削方法を提供するものである。
また、本発明は、管の外面に切削工具の刃部を当接させて該管を周方向に高速回転させることにより該管をねじ切削する方法であって、前記刃部の逃げ面側に配置したノズルを用いて、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出し、前記ノズルの孔径≧２．５ｍｍとし、且つ前記ノズルの孔長／孔径≧６とすることを特徴とする管のねじ切削方法を提供するものである。

また、前記課題を解決するため、本発明は、高速回転する管の外面に当接する刃部を有する切削工具と、前記刃部の逃げ面側に配置され、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出するノズルとを備え、前記ノズルの孔径及び孔長は、前記刃部の最大寿命に対する前記ノズルの孔径の影響と、前記刃部の寿命のバラツキに対する前記ノズルの孔長／孔径の影響との双方を考慮し、前記刃部の平均寿命が最も高くなるように決定されていることを特徴とする管のねじ切削装置としても提供される。
さらに、本発明は、高速回転する管の外面に当接する刃部を有する切削工具と、前記刃部の逃げ面側に配置され、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出するノズルとを備え、前記ノズルの孔径≧２．５ｍｍであり、且つ前記ノズルの孔長／孔径≧６であることを特徴とする管のねじ切削装置としても提供される。

本発明者は、上記新しい知見に基づき、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、管の外面に切削工具の刃部を当接させて該管を周方向に高速回転させることにより該管をねじ切削する方法であって、前記刃部の逃げ面側に配置したノズルを用いて、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出し、前記ノズルの孔径≧２．５ｍｍとし、且つ前記ノズルの孔長／孔径≧６とすることを特徴とする管のねじ切削方法を提供するものである。

また、前記課題を解決するため、本発明は、高速回転する管の外面に当接する刃部を有する切削工具と、前記刃部の逃げ面側に配置され、前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出するノズルとを備え、前記ノズルの孔径≧２．５ｍｍであり、且つ前記ノズルの孔長／孔径≧６であることを特徴とする管のねじ切削装置としても提供される。

Claims (2)

1. 管の外面に切削工具の刃部を当接させて該管を周方向に高速回転させることにより該管をねじ切削する方法であって、
   前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出することを特徴とする管のねじ切削方法。
2. 高速回転する管の外面に当接する刃部を有する切削工具と、
   前記刃部の逃げ面側から前記刃部の刃先に向けてクーラントを噴出する噴出手段とを備えることを特徴とする管のねじ切削装置。

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