KR101149658B1 - 각관 성형용 롤과 각관의 롤 성형방법 및 성형장치 - Google Patents

각관 성형용 롤과 각관의 롤 성형방법 및 성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소관에 대해 각부와 견부로 되는 예정부위 등에 과도한 부담을 주지 않고, 원관을 각관으로 롤 성형하고, 치수·형상의 고정밀도와 내부 품질이 우수한 각관을 롤의 겸용화와 함께 저비용으로 제조하는 것을 목적으로 하고 있다. 본 발명은, 각관의 각부 예정부위에 인접하는 소관부위(견부 예정부위)의 직선화가, 다른 소관부위(다른 변부 예정부위)에 대해 선행되도록 상기 성형 롤 표면의 회전축 방향의 곡률을 구성하고, 예컨대 최상류와 최하류측 성형 롤 스탠드에 사방향 롤 구성의 스탠드, 그 사이에 상하, 좌우의 이방향 롤 구성의 스탠드를 배치하고, 상기 각관의 각부에 인접하는 견부로 되는 소관부위를 구속하는 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 곡률 보다도 작은 구성의 성형 롤을 채용함으로써, 롤 겸용화 효과와 설비비용의 최적의 발란스를 도모할 수 있어, 품질이 우수한 각관을 롤의 겸용화와 함께 저비용으로 제조할 수 있다.

Description

각관 성형용 롤과 각관의 롤 성형방법 및 성형장치{ROLE FOR MOLDING SQUARE TUBE AND METHOD AND DEVICE FOR ROLLINGLY MOLDING SQUARE TUBE}
본 발명은 환관(丸管; round tube)을 각관(角管; square tube)으로 재성형하기 위한 성형 롤과 그 성형방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 형상·치수 특성이 우수한 고품질의 각관을 저비용으로 제조할 수 있어, 성형 롤의 겸용화를 달성한 각관 성형용 롤과 각관의 롤 성형방법 및 성형장치에 관한 것이다.
성형 롤로 원형 단면의 환관에서 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 재성형하는 장치 및 성형방법은, 각관을 제조하는 주요한 수단으로서 다수의 구성이 제안되어 있다.
예컨대, 가장 일반적인 성형방법의 개념을 나타낸 구성(도 6의 성형 롤의 배치를 참조)을 설명하면, 동일한 소관(素管; raw tube) 단면 내에 회전축이 배치되는 1쌍의 상하 성형 롤과 1쌍의 좌우 성형 롤쌍으로 이루어진 소위 사방향(four direction) 롤 성형 스탠드를 복수 이용하여, 최종 제품의 변부(邊部; side portion)에 대응하는 소관부위에 사방향에서 롤을 억눌러 소관부분을 직선화하여, 원형의 단면형상을 정사각형 또는 직사각형 단면형상으로 소성(塑性) 변형시키는 것이다.
또한, 사방향 롤 성형 스탠드의 1단 정도의 성형량에는 한도가 있지만, 장치 비용이나 관리해야 할 성형 롤 수를 줄이기 위해, 통상 상기 성형 스탠드를 소관의 축선방향에 따라 3~4단 정도 배치하고, 소관 단면형상을 연이어서 변형시킨다.
한편, 아래의 특허문헌1에는, 각관의 재성형수단에 관한 롤 성형장치 및 성형방법이 개시되어 있다. 이 성형수단(도 7 참조)에서는, 상하 성형 롤쌍의 롤 회전축과 좌우 성형 롤쌍의 롤 회전축이 다른 소관 단면 내에 배치되어 있다. 따라서, 각각의 롤 위치조정에 있어서 서로 간섭하지 않고, 또한 회전축 방향으로 단일의 곡률을 갖는 성형 롤에 있어서도, 다른 제품 치수에 대해, 그 위치조정에 따라 대응할 수 있어, 프로세스의 자동화 및 NC화를 도모하기 쉬워진다.
더욱이, 성형장치를 간소화할 목적으로, 사방향 롤 스탠드 대신에 이방향(two direction)에서만 V자형 요부(凹部; concave portion)의 성형면을 갖는 성형 롤쌍을 복수 이용하여 원형의 단면형상을 소성 변형시키는 장치(도 8 참조)도 제안되어 있지만, 제품 형상 대칭성의 문제나 과대한 롤 표면 주속차(周速差)에 의한 제품 표면 손상의 문제가 발생하기 쉽기 때문에, 소형제품으로 성형 롤이 소관의 바깥지름에 대해 충분히 큰 경우에 한해 사용되고 있으며, 일반적이지는 않다. 또한, 사방향 롤 스탠드와 같이, 다른 제품 치수에 대해 롤의 공용성이 적다.
특허문헌1 일본특허공개공보 제2000-301233호
특허문헌2 일본특허공개공보 평5-212440호
특허문헌3 일본특허공개공보 평6-262253호
발명자들은, 종래의 롤 성형기구에 대해 예의검토한 결과, 회전축 방향에 대해 일정한 곡률(R)을 갖는 단일의 원호형상의 형상(도 9 참조)이 채용되고 있는 것이 원인이 되어, 성형 후의 각관에서의 각부의 곡률의 오차나 변부의 평탄도의 악화 등, 치수 정밀도 상의 문제 뿐만 아니라, 각부(도 4a의 a 및 도 4b의 A부분 참조) 및 각부에 인접하는 변부 부분(이하, 견부(肩部; shoulder portion)라 한다. 도 4a의 b 및 도 4b의 B 부분 참조)에서의 과도한 변형 때문에 각관 제품의 인성(靭性) 부족을 초래하여, 동 부위의 파괴 등이 발생하기 쉬운 문제가 있는 것을 알아냈다.
또한, 발명자들은, 상기 특허문헌1에 개시된 성형수단은, 확실히 롤의 겸용화를 도모하기 위해 개발된 것이지만, 각 롤에 있어서의 롤 직경의 곡률이 단일 또는 직선형상이기 때문에, 상술한 문제는 본질적으로 해소되지 않는다는 것을 발견했다.
더욱이, 여러가지의 단면 곡률을 갖는 소관을, 각각이 단일의 직경 곡률을 갖는 롤로 성형할 경우를 고려하면, 예컨대 상기 롤 직경의 곡률 반지름을, 큰 단면 곡률 반지름을 갖는 소관의 성형에 사용할 수 있도록 설정한 경우, 작은 단면 곡률 반지름을 갖는 소관에 있어서는 롤 직경의 곡률 반지름이 과대해진다.
따라서, 작은 단면 곡률 반지름을 갖는 소관은, 상기 롤 직경을 이용하면, 그들의 곡률 차 때문에 1단 정도의 성형량이 너무 클 경우는, 제품의 변부에 움푹 패인 곳이 발생하기 쉬워져, 제품의 평탄도를 악화시키게 된다.
이러한 문제를 경감 및 해소하기 위해서는, 전제품의 치수범위를 복수의 단계로 나누어, 각 소관 치수범위에 따른 롤 직경을 각각 준비할 필요가 있다. 다시 말해서, 제품 치수범위가 넓을 경우는, 상당히 많은 롤과 성형 단수를 준비하지 않으면 안된다. 그 결과, 설비비용이 높아져, 롤 겸용화의 효과가 한정되버린다.
다른 한편, 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍을 복수단 설치하여 성형하는 수단이 일반적인데, 설비비용을 절감한다는 관점 때문에, 이들의 성형 단수를 가능한한 감소시키는 것도 크게 요구된다. 더욱이, 설비의 보수, 유지관리를 용이하게 하는 것도 염두에 둔 장치설비가 필요해진다.
본 발명의 목적은, 본 발명자들이 알아낸 상술한 문제를 해소하여, 소관에 대해 각부와 견부로 되는 예정부위 등에 과도한 부담을 주지 않고, 원형관을 각관으로 롤 성형하여, 치수·형상의 고정밀도와 내부 품질이 우수한 각관을, 롤의 겸용화와 함께 저비용으로 제조하는 각관 성형용 롤과 각관의 롤 성형장치 및 성형방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 각관용의 성형 롤은, 원형 단면의 환관을 소관으로 하고, 상기 소관의 단면을 포함하는 평면 내에 회전축이 배치되는 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍에 의해, 연이어서 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 성형하는 장치에 사용되는 성형 롤에 있어서, 각관의 각부 예정부위에 인접하는 소관부위(견부 예정부위)의 직선화가, 다른 소관부위(다른 변부 예정부위)에 대해 선행되도록 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률을 구성하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 채용함으로써, 성형 프로세스의 초기단계에서, 견부로 되는 소관부위의 구부러짐에 충분한 모멘트를 용이하게 줄 수 있어, 상기 소관부위의 직선화를 완성에 가까울 정도로 행할 수 있다. 따라서, 각관 성형의 경우에 둘레방향의 수축이나 견부의 국부 압연이 현저히 경감되기 때문에, 얻어진 제품에 있어서의 각부의 곡률의 재현성이나 변부의 평탄도의 향상이 도모됨과 더불어, 최종 제품에 있어서의 잔류 응력이나 가공경화의 저감은 물론, 눌린흔적이나 스크래치로 불리는 손상의 발생도 저감된다.
본 발명의 본질인 롤 직경의 구성을 다시 말하면, 본 발명에 의한 각관용의 성형 롤은, 해당 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률 중, 상기 각관 단면의 견부로 되는 소관부위를 구속하는 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 곡률 보다도 작은 것을 특징으로 한다. 물론, 이러한 표현에 따른 구성에 의해 얻어지는 작용효과는, 상기 표현에 따른 구성의 성형 롤과 모두 동일하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률은, 상기 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 위치에서 그 양 바깥측으로 향해 연속 또는 단계적으로 작아지는 것이어도 된다. 성형 롤의 둘레면 형상에 있어서, 단순히 곡률을 2단계로 분할하는 것은 아니고, 다단계적으로 또는 연속적으로 곡률을 변화시키도록 선정함으로써, 다른 제품 크기의 성형에 롤을 겸용해도 항상 견부로 되는 소관부위의 직선화를 다른 부위보다 선행시킬 수 있다.
본 발명에 의한 각관의 성형방법 및 성형장치는, 상술한,
(1) 각관의 각부에 인접하는 견부로 되는 소관부위의 직선화가, 각관 변부의 다른 부분으로 되는 소관부위보다 선행되도록 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률을 구성한 성형 롤,
(2) 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률 중, 상기 각관의 각부에 인접하는 견부로 되는 소관부위를 구속하는 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 곡률 보다도 작은 구성의 성형 롤,
(3) 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 위치에서 그 양 바깥측으로 향해 연속 또는 단계적으로 작아지는 구성의 성형 롤을 이용한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형방법 및 성형장치에서는, 사용되는 롤에 의해 성형의 초기단계에서 견부로 되는 소관부위에 충분한 구부러짐 모멘트를 주어 직선화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 성형방법에 의해, 각관 성형의 경우에 종래와 같은 둘레방향의 수축이나 견부의 국부 압연을 현저하게 발생시키지 않으며, 그 결과 각부 및 견부에 인성 부족의 문제가 경감되고, 얻어진 각관에 있어서의 각부의 곡률의 재현성이나 변부의 평탄도가 향상되어, 최종 제품에 있어서의 눌린흔적이나 스크래치도 저감된다.
또한, 본 발명에 의한 각관의 성형방법은, 상기 본 발명의 성형 롤을 소위 사방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정, 즉 각 1쌍의 상하 성형 롤쌍과 좌우 성형 롤쌍의 각 롤 회전축이 하나의 소관 단면을 포함하는 평면 내에 배치되고, 또 (1)~(3) 구성의 성형 롤을 이용하여 상기 소관을 성형하는 공정, 상기 본 발명의 성형 롤을 소위 교대 이방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정, 즉 상하 성형 롤쌍과 좌우 성형 롤쌍의 각 롤 회전축이 롤쌍마다 다른 소관 단면을 포함하는 평면 내에 배치되고, 또 (1)~(3) 구성의 성형 롤을 이용하여 상기 소관을 성형하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 필요에 따라 상기 성형공정을 여러가지 조합한 공정패턴으로 각관을 성형하는 방법을 채용할 수 있다. 예컨대, 성형 프로세스의 초단과 종단에 본 발명의 성형 롤을 소위 사방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 사방향 롤 공정을 채용하고, 이 양 공정간에 본 발명의 성형 롤을 소위 교대 이방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 교대 이방향 롤 공정을 넣는 프로세스 구성이 있다.
또한, 본 발명에 의한 각관의 성형방법은, 여러가지의 목적에 따라 종래 공지의 다양한 공정(공지의 여러가지 성형 롤 스탠드)과 조합시켜 상기 사방향 롤 공정과 교대 이방향 롤 공정을 채용하거나, 상술한 본 발명의 공정패턴 중에 공지의 공정(장치)를 넣는 등, 여러가지의 공정의 조합을 채용할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의한 각관의 성형방법에 있어서, 본 발명의 성형 롤을 소위 교대 이방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정이 포함되는 경우는, 재성형 프로세스 전에 미리 각관 단면의 각부로 되는 소관부위를 가열하여, 그 공정의 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 의한 각관 성형장치는, 상술한 본 발명의 성형 롤을 소위 사방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정과, 그 성형 롤을 소위 교대 이방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정을 구체화한, 사방향 롤 구성과 이방향 롤 구성의 각 성형 롤 스탠드를, 선정한 여러가지의 공정패턴을 실현하기 위해 필요한 단수로 배치한 롤 성형라인을 특징으로 한다.
예컨대, 재성형장치의 초단과 종단에 본 발명의 성형 롤로 구성한 사방향 롤 스탠드를 채용하고, 이들의 스탠드 사이에 본 발명의 성형 롤로 구성한 이방향 롤 스탠드를 단수 또는 복수 배치하는 장치구성 등, 여러가지의 스탠드 조합을 채용할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 각관 성형장치에 있어서, 상기 성형 롤 스탠드에 의한 성형 전에, 각관 단면의 각부로 되는 소관부위를 미리 가열하는 가열수단을 구비한 구성을 채용할 수 있다.
더욱이, 복수단의 성형 롤 스탠드를 구비한 성형장치가 일반적이지만, 그 중에는, 사전에 소관의 정확한 원형화를 도모함과 더불어 추력(推力)을 증강할 목적으로 설치된 예비적인 성형 스탠드도 존재하는 경우가 있다. 그러나, 이들은 직접적으로는 각관의 성형에 기인하는 것은 아니기 때문에, 본 발명에 있어서의 각관 성형 프로세스의 성형 단수로는 계산하지 않는다.
본 발명의 성형 롤을 채용하는 성형방법, 성형장치에 의하면, 각관의 재성형 프로세스의 초기단계에서, 각관의 각부에 인접하는 견부로 되는 소관부위의 직선화가 다른 소관부위보다 선행되고, 목적의 제품 형상·치수를 완성하기 위한 프로세스 최종단계에서의 둘레방향의 수축이나 견부의 국부 압연에 대한 의존도를 현저히 경감할 수 있다. 그 결과, 각부 및 그 인접부위에 인성 부족의 문제가 겸감되고, 얻어진 각관에 있어서의 각부의 곡률의 재현성이나 변부의 평탄도가 향상되어, 최종 제품에 있어서의 눌린흔적이나 스크래치가 저감된다.
상기 효과 이외에, 본 발명에 의해 상기 특허문헌1에 개시된 성형수단이 보다 유효해진다. 즉, 본 발명의 각관 성형 롤의 직경 곡률의 구성에 의해, 상기한 롤 겸용화에 있어서의 다른 소관 지름과 단일의 직경 곡률 반지름의 적합성의 문제가 해소되고, 전제품 치수범위를 다수의 그룹으로 나누어 각각의 롤 조(組)로 대응하는 것과 같은 종래의 대책이 필요치 않게 되어, 성형 롤의 수와 성형 단수가 크게 삭감된다.
또한, 본 발명의 이방향 롤 구성의 경우는, 소관 단면이 상하 또는 좌우의 방향으로부터 롤로 눌려져 성형될 경우에, 구속이 없는 다른쪽의 소관부위가 바깥측으로 팽창하여 구부러짐 복귀(bending return)가 발생하는 경향이 강하기 때문에, 종래의 사방향 롤 구성의 경우에 비해, 각부의 위치가 정해지기 어려우면서 변부의 구성효율이 나빠져, 보다 많은 성형 단수를 사용하여 신중하게 연이어서 성형을 행할 필요가 있다.
본 발명에서는, 사방향 롤 구성과 이방향 롤 구성을 조합하여 여러가지 패턴의 프로세스를 구성함으로써, 롤 겸용화 효과와 설비비용의 최적의 발란스를 도모한다. 예컨대, 성형 프로세스의 최초의 단계에서 사방향 롤 구성의 성형 스탠드를 배치하고, 각관의 각부 예정부위의 위치를 정확히 정하고 나서, 이방향 롤 구성의 성형 스탠드를 설치함으로써, 이방향 롤 구성의 성형효율을 높일 수 있다. 또한, 프로세스의 최종단계에서 사방향 롤 구성의 성형 스탠드를 배치함으로써, 각부 형상과 치수의 완성이 보다 확실히 행해져, 장치 전체의 성형 단수를 대폭 저감할 수 있다.
또한, 이방향 롤 구성의 성형효율을 높이는 또 하나의 방책으로서, 본 발명에서는, 상기 각관 재성형 프로세스의 앞에 미리 각관 단면의 각부로 되는 소관부위를 가열한 후, 본 발명의 성형 롤을 이방향 롤로 구성하여 소관을 성형하는 공정을 채용할 수 있다. 각부로 되는 소관부위가 국부적으로 가열되어, 다른 소관부위에 비해 변형저항이 작아지기 때문에, 이방향 롤에 의한 성형에 있어서의 구속이 없는 소관부위의 구부러짐 복귀 현상이 억제되고, 가열을 수반하지 않는 성형과 비교하여 사방향 롤 스탠드에 대한 의존도가 낮아져, 롤 교환이 필요한 사방향 롤 스탠드의 수를 더 감소시킬 수도 있다.
더욱이, 각부의 예정부위를 미리 가열하고 나서 성형하기 때문에, 소관의 잔류 응력과 가공경화의 이력을 해소함과 더불어, 재성형 프로세스에 의한 잔류 응력이나 가공경화를 유효하게 억제하여, 보다 고품질의 각관 제품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 각관 성형장치의 개략구성을 나타낸 사시설명도이다.
도 2는 본 발명의 2개의 곡률로 이루어진 바깥둘레 형상을 갖는 성형 롤의 일예의 정면설명도이다.
도 3은 본 발명의 3개 이상의 곡률로 이루어진 바깥둘레 형상을 갖는 성형 롤의 일예의 정면설명도이다.
도 4a는 소관의 부위를 나타낸 설명도, 도 4b는 각관의 각 부위를 나타낸 설명도이며, a~c와 A~C는 대응하는 소관과 각관의 부위를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2실시형태에 따른 각관 성형장치의 개략구성을 나타낸 사시설명도이다.
도 6은 종래의 단일 곡률로 이루어진 바깥둘레 형상을 갖는 성형 롤에 의한 각관 성형장치의 개략구성을 나타낸 사시도이다.
도 7은 종래의 단일 곡률로 이루어진 바깥둘레 형상을 갖는 성형 롤에 의한 별도의 각관 성형장치의 개략구성을 나타낸 사시도이다.
도 8은 종래의 V자형 요부의 성형면을 갖는 성형 롤의 정면도이다.
도 9는 종래의 단일 곡률로 이루어진 바깥둘레 형상을 갖는 성형 롤의 정면도이다.
발명자들은, 상술한 종래의 어느 하나의 성형장치를 포함한 종래의 각관 성형장치에 있어서, 롤 직경이라 부르는 성형 롤의 둘레면 형상을 이루는 부분에는, 도 9에 나타낸 바와 같은 회전축방향에 대해 일정한 곡률(R)을 갖는 단일의 원호형상의 형상이 채용되어 있는 것에 착안했다.
즉, 이와 같은 종래의 성형 롤을 사용하면, 성형 프로세스의 각 단계에 있어서 각관의 변부의 각 부위로 되는 소관부위의 직선화는 동일한 페이스로 연이어서 행해지는 것으로 되지만, 각부(도 4a의 a 및 도 4b의 A 부분)와 변부의 완성이 행해지는 프로세스의 최종단계에서는, 각부에 인접하는 변부 부분(도 4a의 b 및 도 4b의 B부분)에 있어서는, 변부의 중앙부분(도 4a에서의 c 및 도 4b의 C 부분)에 비해 직선화에 필요한 구부러짐 모멘트가 충분히 얻어지지 않기 때문에, 둘레방향의 수축이나 견부의 국부 압연을 야기하여 목적의 최종 형상, 특히 각부와 그 근방의 필요한 치수를 얻고 있었다.
발명자들은, 이러한 롤 성형기구에 있어서, 성형 후의 각관에 있어서의 각부의 곡률의 오차나 변부의 평탄도의 악화 등, 치수 정밀도 상의 문제 뿐만 아니라, 각부 및 견부에 있어서의 과도한 변형 때문에 각관 제품의 인성 부족을 초래하여, 동 부위의 파괴 등이 발생하기 쉽다는 문제가 있다는 것을 알아냈다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 성형 롤에 있어서, 각관의 각부 예정부위에 인접하는 소관부위(견부 예정부위)의 직선화가, 다른 소관부위(다른 변부 예정부위)에 대해 선행되도록 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률을 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일부호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
제1실시형태
도 1은 본 발명의 각관 성형장치의 제1실시형태의 사시도를 나타낸 것이다. 본 실시형태에 있어서의 각관 성형장치는, 10단의 성형 롤쌍으로 구성되어 있다. 그 중에서, 최초에 소관의 성형을 행하는 성형 롤 스탠드(10; 이하, 최상류측 성형 롤 스탠드라 칭함)와, 최후에 성형을 행하는 성형 롤 스탠드(30; 이하, 최하류측 성형 롤 스탠드라 칭함)는, 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍의 각 롤 회전축이 하나의 소관 단면을 포함하는 평면 내에 있도록 배치되어 있는 소위 사방향 롤 구성의 스탠드이다.
다른 한편, 상기 최상류측 성형 롤 스탠드(10)와 최하류측 성형 롤 스탠드(30)의 사이에 배치된 성형 롤 스탠드(20)는, 4단으로 이루어진 상하 성형 롤쌍(21a 내지 24a)과, 4단으로 이루어진 좌우 성형 롤쌍(21b 내지 24b)으로 구성되어 있으며, 이들의 성형 롤 스탠드(20)의 각 스탠드의 롤 회전축은 롤쌍마다 다른 소관 단면을 포함하는 평면 내에 배치되어 있다. 또한, 도시하지 않지만, 각 성형 롤은 공지의 구동장치에 의해 구동한다.
그리고, 상기 모든 성형 롤은, 그 롤에 의한 견부로 되는 소관부위의 직선화가 다른 소관부위보다 선행되도록 그 롤 표면의 회전축방향의 곡률이 구성되어 있다. 예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률 중, 상기 각관의 각부에 인접하는 견부로 되는 소관부위를 구속하는 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관부위를 구속하는 곡률 보다도 작다.
성형 롤에 대해, 보다 바람직한 상태로서는, 도 3에 나타낸 바와 같은 상기 성형 롤 표면의 회전축방향의 곡률이, 상기 각관 단면의 변부 중앙으로 되는 소관 부위를 구속하는 위치에서 그 양 바깥측으로 향해 연속 또는 단계적으로 작아지는 성형 롤을 사용할 수 있다. 도면 중의 곡률 반지름(R1, R2……, Rn)은 성형하는 소관의 바깥지름 범위나 소관의 재질 등에 의해 적절히 선택된다.
또한, 소관의 사방향을 동시에 구속하는 총 8개의 성형 롤(10, 30)은, 제품 변부 치수의 변화에 따라 교환할 필요가 있지만, 8단의 이방향 성형 롤(21a 내지 24a 및 21b 내지 24b)은, 모두 겸용 롤이다. 이것은, 각 성형 롤의 표면형상이 복수의 곡률로부터 구성되어 있기 때문이다. 예컨대, 소관 바깥지름이 작을 경우는, 평균적으로 곡률 반지름이 작은 롤 중앙부근의 직경부분이 사용되기 때문에, 변부의 성형량이 과대해져 패인 곳이 발생하는 것과 같은 일이 없어진다.
제2실시형태
도 5는, 본 발명의 각관 성형장치의 제2실시형태의 사시도를 나타낸 것이다. 본 실시형태에 있어서의 각관 성형장치는, 8단의 성형 롤 스탠드로부터 구성되어 있다. 상기 8단의 성형 롤쌍은, 4단으로 이루어진 상하 성형 롤쌍(21a 내지 24a)과, 동일하게 4단으로 이루어진 좌우 성형 롤쌍(21b 내지 24b)으로부터 구성되어 있다. 그리고, 상하 성형 롤쌍과 좌우 성형 롤쌍이 소정의 간격으로 교대로 배치되어 있다.
또한, 상기 모든 성형 롤은, 제1실시형태와 동일한 것을 사용하고 있다. 예컨대, 도 2 또는 도 3에 나타낸 성형 롤이 바람직하다. 더욱이, 본 실시형태에서는, 각 성형 롤쌍 보다도 상류측에, 최종적으로 각관 단면의 각부로 되는 소관부위를 가열하는 가열장치(40)를 구비하고 있다.
즉, 각관 단면의 각부로 되는 소관부위를 가열한 후, 제1실시형태와 동일한 구성을 갖는 상하 이방향 롤 스탠드 및 좌우 이방향 롤 스탠드에 의해 각관을 성형하는 것이다. 다양한 가열수단이 고려되지만, 제어장치에 의해 온도 관리가 이루어지고, 소관 재질의 변형저항치가 현저하게 저하하는 온도범위를 재질마다 적절히 선정하여 가열할 수 있는 것이 요망된다. 예컨대, 본 실시형태는, 중간-주파수(mid-frequency) 유도 가열장치를 이용한다. 이러한 종류의 가열장치는, 제품의 두께·각부의 단면적 및 성형속도에 따라 주파수나 입력 전류치를 적절히 선정함으로써 가열온도 관리를 행할 수 있다.
본 실시형태에 나타낸 바와 같이, 각관 재성형 프로세스 전에 각부로 되는 소관부위를 가열함으로써, 겸용 이방향 롤에 의한 성형의 확실성이 대폭 개선되기 때문에, 롤 교환이 필요한 사방향 롤 스탠드의 수를 감소시키거나 완전히 없애는 일이 가능해져, 롤 겸용화의 효과가 더 한층 높아진다.
실시예
이하에, 발명자들이 본 발명의 제1 및 제2실시형태에 의해, 표 1에 나타낸 성형 조건에 대해, 각관 성형의 실제 테스트와 수치 시뮬레이션을 행한 실시예를 도 6 및 도 7에 나타낸 상술한 종래기술의 경우와 비교하여 표 2에 나타낸다.
또한, 도 7은, 상기 특허문헌1에 기재한, 이방향 롤만으로 구성된 성형장치에 있어서, 개개의 성형 롤의 표면형상은 단일의 곡률을 갖는 것이다. 또한, 표 중의 「종래(1)」은 도 6에 따른 종래기술의 경우, 「종래(2)」는 도 7에 따른 종래기술의 경우를 나타낸다. 그리고, 「본 발명(1)」은 본 발명의 제1실시형태의 일예이고, 「본 발명(2)」는 본 발명의 제2실시형태의 일예이다.
성형장치의 가능한 성형범위는, 표 1에 나타낸 바와 같이 총 17종류의 각관 제품이 포함되어 있다. 사방향 롤 성형 스탠드에서는, 각 롤의 회전축이 동일한 평면 내에 배치되기 때문에, 기계의 간섭에 의해 상하 성형 롤쌍과 좌우 성형 롤쌍 중 어느 하나만 구동하는 것이 가능하지 않다. 일반적으로, 상하 롤쌍만으로는 구동의 성형 스탠드가 위태롭고, 이들 스탠드만으로는 안정한 성형속도를 확보하기 위한 추력(推力)을 얻는 것은 곤란하다. 그 때문에, 통상 사방향 롤 스탠드로 이루어진 종래의 각관 성형장치(표 2에서의 「종래(1)」)의 상류측에, 추력 증강을 목적으로 하는 2단의 사방향 롤 스탠드가 설치되고, 또한 이들의 스탠드에는 소관 수치의 종류에 따른 수의 롤을 준비하지 않으면 안된다.
한편, 이방향 롤 성형 스탠드의 경우는, 상기 기계 간섭의 문제가 존재하지 않아, 상하 성형 롤쌍과 좌우 성형 롤쌍의 구동이 공히 가능해져, 충분한 추력이 얻어진다. 그 결과, 종래와 같이 다른 성형 스탠드를 설치할 필요가 없다.
표 2에 나타낸 바와 같이, 「종래(1)」의 경우는, 표 1의 제품범위를 커버하는데는 많은 성형 롤이 필요하여 많은 비용이 든다. 게다가, 롤 교환작업의 부담이 커져 생산성이 저하한다. 또한, 「종래(2)」의 경우는, 완전한 롤 겸용화를 가능하게 하여, 필요한 성형 롤의 수를 대폭 감소시킬 수 있지만, 표 1의 제품범위를 커버하는데는 다수의 성형 단수가 필요하기 때문에, 롤 위치제어시스템을 포함하는 설비의 비용과 유지보수가 큰 부담이 된다.
한편, 「본 발명(1)」은, 각관 재성형 프로세스의 최상류와 최하류에 각각 사방향 롤 스탠드를 설치함으로써, 이들의 성형 스탠드에는, 제품 치수마다 전용 롤을 준비하지 않으면 안되지만, 「종래(2)」에 비해 이방향 롤 스탠드의 수가 대폭 축소되어, 전체로서의 설비비용과 생산성의 발란스가 보다 잘 잡힌다. 또한, 「본 발명(2)」은, 각부로 되는 소관부위를 미리 가열하여 그 변형저항을 저감함으로써, 사방향 롤 스탠드를 사용할 필요가 없어져, 「본 발명(1)」 보다도 성형 스탠드와 성형 롤의 수를 더 대폭 감소시키는 것이 가능해져 생산성을 더 한층 높일 수 있다.
더욱이, 동일한 치수의 각관 제품의 성형에 필요한 소관 지름은, 「종래(1)」과 「종래(2)」에 비해, 「본 발명(1)」과 「본 발명(2)」의 경우는, 제품 치수에 따라 1.0~2.0%의 감소가 확인되고 있다. 이것은, 본 발명의 성형 롤과 성형방법을 이용함으로써 성형 중 소관에 대한 수축과 압연 현상이 경감되기 때문이다.


소관 바깥지름
환관 지름 mm
제품 외형 치수 mm
(제품 두께 t 범위 3.0mm~16.0mm)

정사각형 각관
직사각형 각관

157.3
125×125
150×100

189.3
150×150
200×100

253.3
200×200
250×150
300×100

316.2
250×250
300×200
350×150

380.1
300×300
350×250
400×200
450×150

441.2
350×350
400×300
450×250




성형
롤
직경


성형 전
가열
(중간-주파수 유도 가열)

성형장치의 구성 및 필요한 성형 롤 수(개)
(표 1의 제품 범위를 제조할 경우의 롤 수)

추력
증강용
사방향 롤
스탠드
각관
성형용
사방향 롤
스탠드
각관
성형용
이방향 롤
스탠드

합계

종래
(1)
단일 곡률
없음
2단
4단
-
6단

롤 48개
롤 272개
-
320개

종래
(2)
단일 곡률
없음
-
-
60단
60단

-
-
롤 120개
120개

본 발명
(1)
다단계
곡률
없음
-
2단
8단
10단

-
롤 136개
16개
152개

본 발명
(2)
다단계
곡률
있음
-
-
8단
8단

본 발명
(2)
다단계
곡률
있음
-
-
16개
16개
이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 상술한 실시형태는 본 발명을 실시하기 위한 예시에 불과하다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 이탈하지 않는 범위 내에서 상술한 실시형태를 적절하게 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 원형 단면의 소관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 장치에 사용되는 성형 롤으로서,
    적어도 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍은 상기 소관의 단면을 포함하는 평면 내에 배치된 회전축을 각각 구비하고,
    상기 회전축의 방향에서 상기 성형 롤의 표면은 복수의 곡률을 갖고,
    상기 각관의 각부에 인접한 견부가 되는 상기 소관 위치의 직선화가 상기 각관의 변부가 되는 상기 소관 위치의 직선화에 선행하도록, 상기 곡률이 구성되고,
    상기 각관의 각부가 되는 한 부분에 인접한 견부가 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률은 상기 각관 단면의 변부 중심이 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률보다 더 작고,
    상기 회전축 방향의 상기 성형 롤의 상기 표면의 곡률이 상기 각관 단면의 변부 중앙이 되는 소관 위치를 구속하기 위하여 상기 성형 롤의 표면상의 한 위치로 부터 양 바깥측으로 연속 또는 단계적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 원형 단면의 소관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 장치에 사용되는 성형 롤.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 원형 단면의 소관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 성형 방법으로서,
    회전축을 각각 갖는, 상기 소관을 재성형하기 위하여 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍을 사용하는 단계;
    상기 소관의 단면을 포함하는 평면 내에 상기 롤쌍 들의 회전축을 배치하는 단계; 및
    각각의 롤 쌍마다 다른 소관 단면을 포함하는 평면 내에 적어도 1쌍의 상기 상하 성형 롤 쌍과 적어도 1쌍의 상기 좌우 성형 롤쌍의 각각의 롤 회전축을 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 롤의 회전축의 방향의 상기 성형 롤의 표면은 복수의 곡률을 갖고, 상기 곡률은 상기 각관의 각부에 인접한 견부가 되는 상기 소관 위치의 직선화가 상기 각관의 변부가 되는 상기 소관 위치의 직선화에 선행하도록 구성되고, 상기 각관의 각부가 되는 한 부분에 인접한 견부가 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률은 상기 각관 단면의 변부 중심이 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률보다 더 작고, 그리고 회전축의 방향으로 상기 성형 롤의 표면의 곡률은 상기 각관 단면의 변부 중심이 되는 소관 위치를 구속하기 위해 상기 성형 롤의 표면상의 위치로부터 양 바깥측으로 연속 또는 단계적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 원형 단면의 소관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 성형 방법.
  6. 삭제
  7. 원형 단면의 소관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 각관 성형 장치로서,
    적어도 상하 성형 롤쌍 및 좌우 성형 롤쌍의 각 롤 회전축이 롤쌍마다 상기 소관 단면을 포함하는 평면 내에 배치되고,
    상기 상하 성형 롤쌍 및 상기 좌우 성형 롤쌍이 복수단으로 배치되며,
    적어도 하나의 단의 상기 상하 성형 롤쌍과 상기 좌우 성형 롤쌍에 대한 각각의 롤 회전축이 각각의 롤 쌍에 대해 다른 소관 단면을 포함하는 평면 내에 배치되고,
    상기 각관 각부에 인접하는 견부가 되는 상기 소관 위치의 직선화가 상기 각관의 변부가 되는 소관 위치의 직선화에 선행하고,
    상기 각관의 각부가 되는 한 부분에 인접한 견부가 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률은 상기 각관 단면의 변부 중심이 되는 소관 위치를 구속하는 상기 성형 롤의 표면의 곡률보다 더 작고, 그리고
    상기 회전축의 방향에서 상기 성형 롤의 표면의 곡률은 상기 각관 단면의 변부 중심이 되는 소관 위치를 구속하기 위해 상기 성형 롤의 표면상의 위치로부터 양 바깥측으로 연속 또는 단계적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 원형 단면의 환관을 정사각형 단면 또는 직사각형 단면의 각관으로 연이어서 성형하는 각관 성형 장치.
  8. 삭제
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