KR102425607B1 - 강관의 제조 방법 및 프레스 금형 - Google Patents

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Abstract

폭 방향 양단부에 단 굽힘 가공이 실시된 판재에, 폭 방향을 따라 3 회 이상의 굽힘 가공을 실시하여 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하고, 성형체에 프레스 가공을 실시함으로써, 길이 방향에 심 갭부를 갖는 오픈관으로 한 후, 심 갭부를 접합하여 강관으로 하는 강관의 제조 방법으로서, 단 굽힘 가공 전의 판재의 폭을 판폭 (W) 으로 했을 때, 성형체는, 판폭 단부로부터 W/4 만큼 떨어진 부위를 중심으로, 다른 영역과 비교하여 작은 곡률을 부여한 경가공부, 또는, 굽힘 가공을 생략한 미가공부를 갖고, 오픈관의 형상이, U 자상 단면의 최하부를 중심으로 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위와, 판폭 단으로부터 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위가, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되도록, 프레스 가공한다.

Description

강관의 제조 방법 및 프레스 금형{METHOD OF MANUFACTURING STEEL PIPE AND PRESS DIE}
본 발명은, 강관의 제조 방법, 및 그 강관의 제조 방법에 사용되는 프레스 금형에 관한 것이다.
종래, 강관을 성형하는 기술로는, UOE 성형 기술이 널리 보급되어 있다. 이 UOE 성형 기술은, 강판을, 먼저 U 자상으로 프레스 가공하고, 이어서 O 자상으로 프레스 가공하여, 둘레 방향에서 서로 마주 본 판폭 단 (端) 사이에 심 갭부를 갖는 관체인 오픈관으로 하고, 이 오픈관의 심 갭부를, 용접에 의해 맞댐 접합함으로써 강관으로 한 후, 추가로 강관의 직경을 확대하는 확관 (擴管) 을 실시하는 것이다. 그러나, UOE 성형 기술에서는, 강판을 U 자상이나 O 자상으로 프레스 가공을 실시하여 오픈관을 성형하는 공정에 있어서, 높은 프레스력을 필요로 하는 점에서, 대규모의 프레스기를 사용하지 않을 수 없는 상황에 있다.
그래서, 강관을 제조함에 있어서, 프레스력을 경감하여 오픈관을 성형하는 기술로는, 예를 들어, 강판의 폭 방향 단부에 굽힘 가공을 실시하여 단 굽힘부를 부여한 후, 펀치 지지체에 지지된 펀치와 다이에 의한 복수 회의 3 점 굽힘 프레스를 실시하여, 강판을 대략 원형으로 하고, 오픈관을 성형하는 프레스 벤드 방식이 실용화되어 있다. 한편으로, 이 프레스 벤드 방식으로 성형한 오픈관의 심 갭부의 열림량은, 펀치 지지체의 폭보다 커지지만, 이 열림량이 지나치게 크면, 심 갭부를 용접하기 위해, 서로 마주 본 판폭 단을 맞대어 심 갭부를 닫기 위해서 필요한 힘이 커져, 심 갭부를 닫기 위한 설비가 대형화된다. 또, 열림량이 지나치게 큰 심 갭부를 용접한 후의 용접 부분에는, 스프링 백에 의해 심 갭부가 열리려고 하는 힘이 작용하기 때문에, 용접 결함이 발생하기 쉽고, 그 힘이 지나치게 크면 용접 부분이 파단된다.
그래서, 프레스 벤드 후의 오픈관의 심 갭부의 열림량을 작게 하기 위한 기술이, 특허문헌 1 ∼ 4 에 개시되어 있다. 특허문헌 1 에서는, 펀치 선단부와 펀치 지지체의 결합부를 회전 자유롭게 함으로써, 펀치 지지체의 폭을 작게 하여, 오픈관의 심 갭부의 열림량을 작게 하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2 에서는, 펀치의 이동 방향과 직교하는 방향으로의 판재의 이동을 제한하는 간격 유지 수단을 형성하여, 판폭 단부가 펀치 지지체에 접촉하지 않고, 최종 굽힘 가공에 있어서 큰 가압을 하여 오픈관의 심 갭부의 열림량을 작게 하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3 에서는, 최종 압하 공정 후의 판폭 단부와 펀치 지지체의 간극을 측정하고, 그 간극을 최대한 작게 함으로써 오픈관의 심 갭부의 열림량을 작게 하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4 에서는, 최종 굽힘 공정의 압하시에 판폭 단 사이의 간격이 소정의 값이 된 시점을 기준으로, 최종 공정의 펀치에 의한 압하량을 정함으로써, 그때까지의 프레스 벤드 성형 공정에서 발생한 형상의 차에 상관없이, 오픈관의 심 갭부의 열림량을 작게 하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 ∼ 4 에 개시된 기술로는, 오픈관의 심 갭부의 열림량을 펀치 지지체의 폭보다 작게 할 수 없다. 그래서, 프레스 벤드 성형 후의 오픈관에 추가로 가공을 가하여 심 갭부의 열림량을 작게 하는 기술이, 특허문헌 5 ∼ 9 에 개시되어 있다. 특허문헌 5 에서는, 프레스 벤드 후의 강관에 대해 열간 롤 성형을 실시함으로써, 적은 하중으로 성형하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 6 에는, 슬라이드에 장착한 압압재 (押壓材) 의 경사 또는 변형의 검출을 가능하게 하는 변형 검출기를 배치 형성함과 함께, 변형 검출기의 경사 또는 변형의 검출에 대응하여 압압재를 경동 (傾動) 가능 또는 평행 이동 가능하게 배치 형성하고, 성형 재료를 파이프상으로 프레스 성형할 때에, 압압재의 경사량 또는 변형량에 대해, 그 변형량이 작아지도록 압압재를 경사 또는 평행 이동하여 프레스 성형하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 7 에는, 점차 성형되는 판재에 진입하는 상측 공구의 길이 방향 축선에 의해 규정되는 중앙에 관해서, 각각 좌우에서 판재의 내면에 작용하는 적어도 1 회의 굽힘 스텝에서, 다른 굽힘 스텝과 비교하여 미소한 성형을 실시함으로써, 비(非)원형의 프리폼을 구비하는 슬릿관을 형성하고, 그 후, 외측으로부터 비원형의 프리폼에 그때마다 적당히, 중앙의 양측의 미리 미소하게 성형된 영역에 있어서 작용하는 밀어누름력을 가함으로써, 완성된 슬릿관을 성형하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 8 에는, 적어도 2 개의 파이프 곡률로 구부려진 부분의 사이에 평탄한 부분이 있는 성형체에, 적어도 1 군데의 평탄한 부분에만 소성 변형을 부여하여 소정의 곡률로 하여, 슬릿부가 닫힌 파이프를 성형하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 9 에는, 다른 영역과 비교하여 아주 미소한 곡률을 부여한 경 (輕) 가공부를 형성하거나, 혹은, 굽힘 가공을 생략한 미가공부를 형성하거나 한 성형체를 압하하여 오픈관으로 할 때에, 경가공부 혹은 미가공부를 구속하지 않고, 압압력을 부가함으로써, 슬릿부를 닫은 파이프를 성형하는 방법이 개시되어 있다. 또, 그 압압시에는, 개방부를 상방을 향하게 한 U 자 자세로 성형체가 금형에 유지되고, 성형체의 최하단에서 지지하는 것이 추천되어 있다.
특허문헌 10 및 11 에서는, O 프레스 금형의 내면의 직경과 제품 관의 외경의 상이한 제품 직경의 UOE 관의 제조 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 10 에서 개시하고 있는 금형은, 상하 다이의 내면이 가로로 긴 원형의 일부만을 절결한 형상으로, 그 금형의 작용을 설명하는, 특허문헌 10 의 도 3(a) 및 도 4(a) 에서는, O 프레스 금형의 내면 전체에 O 관이 접촉하고 있다. 또, 특허문헌 11 에서는, 제품 외경보다 큰 반경의 원호가 내면에 형성되고, 단면을 미리 연삭해 두어 갭을 충분히 크게 한 금형을 사용하여, 금형 내에 재료를 충만시켜 소정의 압축을 실시한 후, 이 성형한 파이프를 대략 90 [°] 회전하여, 재차 O 프레스를 실시함으로써 원형으로 성형하는 방법이 개시되어 있다. 이 때의 제 1 회째의 O 프레스 공정에서도, 금형 전체면에 강관이 밀착된 상태로 되어 있다.
일본 공개특허공보 2004-82219호 일본 공개특허공보 2011-56524호 국제 공개 제2014/188468호 국제 공개 제2014/192043호 일본 공개특허공보 2005-324255호 일본 공개특허공보 2005-21907호 일본 공개특허공보 2012-250285호 미국 특허 제4149399호 명세서 국제 공개 제2016/084607호 일본 공개특허공보 2003-39115호 일본 공개특허공보 2002-178026호
그러나, 특허문헌 5 에 개시된 기술에서는, 가열에 관련된 열에너지의 소비량을 포함시키면 제조 비용의 현저한 상승을 초래한다는 문제가 있다. 또, 이 기술은, 강도나 인성, 용접성을 겸비하기 위해 가공 열처리 프로세스를 거쳐 제조된 판재를 사용하는 경우에, 그 특성을 저해시킬 우려도 있다. 특허문헌 6 ∼ 8 에 개시된 기술에서는, 성형 재료 혹은 비원형의 프리폼을 좌우 각각 별도로 성형하고 있기 때문에, 변형량이 좌우에서 상이한 경우, 용접 부분이 되는 심 갭부 혹은 슬릿부에, 단차 (정렬 불량) 가 형성되는 것이 우려된다. 또, 이들 기술에서는, 1 회로 원하는 형상까지 변형시키고자 하면 국부에 변형이 집중되어, 강관의 진원도를 악화시킬 우려가 있는 점에서, 복수 회에 걸친 변형이 불가결하고 효율적인 성형을 실시하는 것에도 한계가 있다. 또, 특허문헌 9 에 개시된 기술에서는, 하측 금형의 반경이 파이프 외경보다 크기 때문에, U 자 자세의 성형체의 최하단에서 벤트 백이 행해져, 갭부가 열리는 변형이 발생하기 때문에, 슬릿부의 간격을 작게 할 수 없는 경우가 있다. 또, 특허문헌 10 및 11 에 개시된 기술에서는, 금형 전체면에 O 관이 밀착된 상태에서의 프레스 가공이기 때문에, 상기 서술한 바와 같이 높은 프레스력을 필요로 하는 점에서, 대규모의 프레스기를 사용하지 않을 수 없는 상황에 있는 것은 변하지 않는다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 진원도가 높은 강관을 효율적으로 성형할 수 있는 강관의 제조 방법 및 프레스 금형을 제공하는 것이다.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 폭 방향 양단부에 단 굽힘 가공이 실시된 판재에, 그 폭 방향을 따라 3 회 이상의 굽힘 가공을 실시하여 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하고, 이어서, 그 성형체에 프레스 가공을 실시함으로써, 그 길이 방향에 심 갭부를 갖는 관체인 오픈관으로 한 후, 그 심 갭부를 접합하여 강관으로 하는 강관의 제조 방법으로서, 상기 단 굽힘 가공 전의 상기 판재의 폭을 판폭 (W) 으로 했을 때, 상기 성형체는, 판폭 단부로부터 W/4 만큼 떨어진 부위를 중심으로, 다른 영역과 비교하여 작은 곡률을 부여한 경가공부, 또는, 굽힘 가공을 생략한 미가공부를 갖고, 상기 오픈관의 형상이, 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 상기 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위와, 상기 판폭 단으로부터 상기 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위가, 상기 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되도록, 프레스 가공하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 상기 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위를 A 로 하고, 상기 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 판폭 양단으로부터 상기 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위의 합계를 B 로 했을 때, 식 (1) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 것이다.
2｜A－B｜/(A＋B) ＜ 0.4 … (1)
여기서, ｜A－B｜ 는, A－B 의 절대치를 나타낸다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 1 쌍의 금형 중 일방의 금형과 상기 성형체의 U 자 개방측이 대향하도록 타방의 금형에 그 성형체를 재치 (載置) 하고, 그 1 쌍의 금형으로 그 성형체를 사이에 끼워 그 성형체에 프레스 가공을 실시함에 있어서, 상기 타방의 금형은, 상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로, 상기 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되는 범위를 제외하고 상기 성형체가 접촉하지 않고, 프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 타방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비하고 있고, 상기 일방의 금형은, 상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 성형체가 접촉하지 않고, 프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 일방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 강관의 외반경에 상당하는 반경에 대해 ± 3.5 [％] 의 범위에 있는 원호부의 반경을 갖는 금형을 사용하여 프레스 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공시에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 상기 성형체의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 성형체는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 프레스 금형은, 상기 발명의 강관의 제조 방법에 있어서 사용하는 프레스 금형으로서, 상기 프레스 금형은, 상기 성형체를 사이에 끼워 지지하는 1 쌍의 압압체로 이루어지고, 각 금형의 상기 성형체와 접촉할 수 있는 면에는, 각 금형의 가공 중심과 일치하는 위치에 원호 중심이 위치하도록, 상기 강관의 외반경에 상당하는 반경에 대해 ± 3.5 [％] 의 범위에 있는 반경의 원호부가 형성되어 있고, 각 금형에 있어서의 상기 원호부의 중심각이 70 도 이상이며, 양 금형의 상기 중심각의 각도의 합계가 360 도 미만인 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 프레스 금형은, 상기 발명에 있어서, 양 금형의 상기 중심각의 각도가 동일한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 프레스 금형은, 상기 발명에 있어서, 각 금형은, 상기 원호부의 원호 방향 양단에 각각 연결된, 직선부, 또는, 그 원호부보다 곡률이 작은 소곡률 원호부를 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법은, 상기 발명의 강관의 제조 방법에 있어서, 상기 발명의 프레스 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 관련된 강관의 제조 방법 및 프레스 금형에 있어서는, 진원도가 높은 강관을 효율적으로 성형할 수 있다는 효과를 발휘한다.
도 1 은, 실시형태에 관련된 프레스 벤드 방식으로 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하는 데에 사용하는 다이 및 펀치 등의 외관 사시도이다.
도 2 는, 프레스 벤드 방식에 의해 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하는 순서를 나타내는 도면이다.
도 3 은, U 자상 단면을 이루는 성형체의 단면도이다.
도 4 는, 성형체에 O 프레스를 실시하여 오픈관을 성형하는 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5 는, 상측 금형 및 하측 금형의 원호부와 직선부와 중심각에 대한 설명도이다.
도 6 은, 오픈관의 심 갭부의 열림량과 구속 범위의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7 은, 구속 범위가 0 도인 상측 금형 및 하측 금형을 사용하여 오픈관을 성형했을 때의 변형 상황을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8 은, 구속 범위와, 오픈관의 심 갭부를 용접으로 닫았을 때의 확관 전에 있어서의 강관의 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 구속 범위와 프레스 하중의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 상측 금형 및 하측 금형의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의 오픈관의 심 갭부의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 상측 금형 및 하측 금형의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의, 오픈관의 심 갭부를 용접으로 닫아 성형된 확관 전의 강관의 진원도의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 상측 금형 및 하측 금형의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 상측 금형의 구속 범위와 하측 금형의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체의 경가공부 혹은 미가공부의 길이를 변화시킨 경우에 있어서의 심 갭부의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14 는, 상측 금형의 구속 범위와 하측 금형의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체의 경가공부 혹은 미가공부의 길이를 변화시킨 경우에 있어서의 확관 전의 강관의 진원도의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 15 는, 상측 금형의 구속 범위와 하측 금형의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체의 경가공부 혹은 미가공부의 길이를 변경한 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16 은, 상측 금형 및 하측 금형의 원호부의 반경을 변화시킨 경우에 있어서의 오픈관의 심 갭부의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17 은, 상측 금형 및 하측 금형의 원호부의 반경을 변화시킨 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다.
이하에, 본 발명에 관련된 강관의 제조 방법, 및 그 강관의 제조 방법에 사용되는 프레스 금형의 일 실시형태에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 실시형태에 관련된 프레스 벤드 방식으로 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하는 데에 사용하는 다이 (1) 및 펀치 (2) 등의 외관 사시도이다. 다이 (1) 는, 복수의 반송 롤러 (3) 에 의해 형성된, 판재 (S) 의 반송 경로 내에 배치되어 있고, 판재 (S) 를 판재 반송 방향을 따라 2 지점에서 지지하는 좌우 1 쌍의 봉상 (棒狀) 부재 (1a, 1b) 로 구성되어 있다. 또, 봉상 부재 (1a, 1b) 의 판재 반송 방향에 있어서의 간격 (e) 은, 최종적으로 성형되는 강관의 사이즈에 따라 변경 가능하게 되어 있다.
펀치 (2) 는, 다이 (1) 에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 되어 있고, 판재 (S) 를 압압하는 하향 볼록상의 펀치 선단부 (2a) 와, 이 펀치 선단부 (2a) 의 배면 (상단면 (上端面)) 에 동일한 폭을 가지고 연결되어, 펀치 선단부 (2a) 를 지지하는 펀치 지지체 (2b) 로 구성되어 있다. 펀치 지지체 (2b) 는, 상단부가 도시하지 않은 구동 수단에 연결되어 있고, 그 구동 수단에 의해 펀치 선단부 (2a) 에 압압력을 부여할 수 있는 것이다.
도 2 에, 프레스 벤드 방식에 의해 U 자상 단면을 이루는 성형체 (S1) 를 성형하는 순서를 나타낸다. 또한, 이 순서는, 미리 단 굽힘 가공을 실시한 판재 (S) 에 대해, 도 2 의 좌측열의 위에서 아래, 이어서, 도 2 의 중앙열의 위에서 아래, 마지막으로 도 2 의 우측열의 순서로, 굽힘 가공 및 판재 (S) 의 이송을 실시하는 경우의 일례를 구체적으로 나타낸 것이다. 또, 도 2 중의 펀치 (2) 나 판재 (S) 에 각각 부여되어 있는 화살표는, 각 단계에서의 펀치 (2) 나 판재 (S) 의 이동 방향을 나타내고 있다.
판재 (S) 를 출발 재료로 하여, 이 판재 (S) 를 관상으로 성형하려면, 먼저, 판재 (S) 에 단 굽힘 가공을 실시해 둔다. 이 단 굽힘 가공은, 다이 (1) 및 펀치 (2) 를 사용하여 판재 (S) 에 굽힘 가공을 실시하는 경우와 비교하여, 상대적으로 구부리기 힘든 판폭 단부에 대해 실시되는 것으로, 이 단 굽힘 가공에 의해 판재 (S) 의 판폭 단부에 단 굽힘 가공부를 형성해 둠으로써, 단 굽힘 가공부를 형성하지 않는 경우보다, 높은 진원도가 확보된 강관이 얻기 쉬워진다. 또한, 강관의 진원도란, 강관의 단면 형상이 얼마나 원에 가까운지를 나타내는 지표이며, 강관의 전체 둘레에 있어서 근사 원호로부터의 변동량의 최대와 최소의 차를, 강관 직경으로 나눈 비율로 나타내는 값이다. 예를 들어, 외측 직경 D 의 강관의 임의의 관 길이 위치에서 관을 둘레 방향으로, 8 등분, 12 등분, 16 등분, 혹은 24 등분하여 대향하는 위치에서의 외측 직경을 측정하고, 그것들 중의 최대 직경과 최소 직경을 각각 Dmax, Dmin 으로 한 경우에, 진원도 [％] 는 {(Dmax － Dmin)/D} × 100 으로 정의된다. 진원도가 0 에 가까울수록, 강관의 단면 형상이 완전한 원에 가까운 형상이 된다.
단 굽힘 가공부가 형성된 판재 (S) 는, 도 1 에 나타낸 다이 (1) 상에 재치되고, 판재 (S) 가 소정의 이송량으로 간헐적으로 이송되면서, 도 2 에 나타내는 순서로, 판재 (S) 의 폭 방향을 따라 3 회 이상의 굽힘 가공이 실시되어, 전체적으로 U 자상 단면을 이루는 성형체 (S1) 로 성형된다.
도 3 은, U 자상 단면을 이루는 성형체 (S1) 의 단면도이다. 단 굽힘 가공 전의 판재 (S) 의 폭을 판폭 (W) 으로 했을 때, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 성형체 (S1) 의 일부분, 특히 판폭 단으로부터 각각 W/4 만큼 떨어진 부위인 W/4 부를 중심으로, 굽힘 가공을 생략한 미가공부 (P) 가 형성되어 있다. 이 미가공부 (P) 는, 판재 (S) 의 이송을 크게 하여 펀치 (2) 에 의한 압압을 생략함으로써 형성할 수 있다. 또한, 성형체 (S1) 의 일부분, 특히 판폭 단으로부터 각각 W/4 부를 중심으로, 미가공부 (P) 가 아닌, 다른 부분보다 곡률이 작은 (다른 부분과 비교하여, 매우 미소한 곡률을 부여한) 경가공부를 형성해도 된다. 그 경우에는, 이하의 설명에 있어서 「미가공부 (P)」를 「경가공부」로 적절히 바꾸어 읽으면 된다. 경가공부는, 펀치 (2) 에 의해 부가되는 압압량을 다른 부분보다 작게 하여 압하함으로써 형성할 수 있다.
또, 도 1 및 도 2 에 나타낸 펀치 (2) 의 형상은, 펀치 선단부 (2a) 의 판재 반송 방향에 있어서의 폭과, 펀치 지지체 (2b) 의 판재 반송 방향에 있어서의 폭을 동일하게 한 I 자 형상인 것이지만, 펀치 (2) 의 형상으로는, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 펀치 (2) 로서, 펀치 선단부 (2a) 의 판재 반송 방향에 있어서의 폭을, 펀치 지지체 (2b) 의 판재 반송 방향에 있어서의 폭보다 크게 한, 대략 역 T 자 형상인 것을 사용할 수도 있다. 펀치 지지체 (2b) 의 판재 반송 방향에 있어서의 폭이 동일한 경우, 대략 역 T 자 형상의 펀치 (2) 를 사용한 쪽이, I 자 형상의 펀치 (2) 를 사용하는 경우와 비교하여, 1 회의 압압으로, 판재 (S) 에 대해 보다 큰 면적을 압압할 수 있어, 압압 횟수의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.
판재 (S) 에 대해 프레스 벤드 방식에 의해 굽힘 가공을 실시하고, U 자상 단면을 이루는 성형체 (S1) 를 성형하면, 도 4 에 나타내는 1 쌍의 금형인 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 으로 이루어지는 프레스 금형을 사용하여 성형체 (S1) 를 O 자상으로 프레스 가공하는 O 프레스를 실시함으로써, 둘레 방향에서 서로 마주 본 판폭 단부 사이에 심 갭부 (G) 를 갖는 관체인 오픈관 (S2) 을 성형한다.
다음으로, 도 4 를 사용하여, 성형체 (S1) 에 O 프레스를 실시하여 오픈관 (S2) 을 성형하는 순서에 대해 설명한다. 먼저, 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 상측 금형 (4) 과 성형체 (S1) 의 U 자 개방측이 대향하도록 (성형체 (S1) 의 U 자 개방측이 상방을 향하도록), 하측 금형 (5) 에 성형체 (S1) 를 설치하여, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 에 의해 성형체 (S1) 를 사이에 끼운다. 또, 성형체 (S1) 의 프레스 가공시에 있어서는, 프레스 금형의 가공 중심과, 성형체 (S1) 의 폭 방향의 중심을 일치시키도록 하고 있다. 이로써, 성형체 (S1) 의 U 자 개방측에 있어서, 판폭 단부를 좌우 균등하게 압압하는 것이 가능해진다.
또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 성형체 (S1) 와 접촉할 수 있는 면에는, 성형하는 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경이고 중심각 θ 인 원호부 (4a, 5a) 가 형성되어 있고, 이 범위가 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상으로 프레스 가공된다. 예를 들어, 중심각 θ 가 360 도인 경우가, 판폭의 100 [％] 가 상기 내접하는 형상으로 프레스 가공되는 경우에 상당하게 된다. 또한, 이후, 원호부 (4a, 5a) 의 중심각 θ 를 구속 범위라고 부르고, 그 각도를 360 도로 나눈 값이, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되도록 프레스 가공되는 범위가 된다. 원호부 (4a) 는, 상측 금형 (4) 의 가공 중심 (Op4) 과 일치하는 위치에 원호 중심이 위치하고 있고, 원호부 (5a) 는, 하측 금형 (5) 의 가공 중심 (Op5) 과 일치하는 위치에 원호 중심이 위치하고 있다. 또, 상측 금형 (4) 은, 원호부 (4a) 의 원호 방향 양단에 각각 연결된 직선부 (4b1, 4b2) 를 갖고 있고, 하측 금형 (5) 은, 원호부 (5a) 의 원호 방향 양단에 각각 연결된 직선부 (5b1, 5b2) 를 갖고 있다. 또한, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 에 있어서는, 직선부 (4b1, 4b2, 5b1, 5b2) 대신에, 원호부 (4a, 5a) 보다 곡률이 작은 소곡률 원호부를 갖도록 해도 된다. 또한, 본 발명에 있어서, 최종적으로 얻어지는 강관의 대칭성을 높이는 관점에서, 원호부 (4a, 5a) 에 연결된 직선부 (4b1, 4b2, 5b1, 5b2) 또는 소곡률 원호부는, 가공 중심 (Op4, Op5) 에 대해, 즉, 원호부 (4a, 5a) 의 중심에 대해 대칭인 것이 바람직하다. 또, 강관의 외반경에 상당하는 반경에 대해 ± 3.5 [％] 의 범위에 있는 원호부의 반경을 갖는 금형을 사용하여 프레스 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 그 이유에 대해서는, 후술한다.
다음으로, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 에 의해 사이에 끼인 성형체 (S1) 를, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이 상측 금형 (4) 으로 압하하여 O 프레스를 실시한다. 이 때, 성형체 (S1) 에 있어서의 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 (4a, 5a) 와 대향하는 부분은, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 에 의해 구속되지만, 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 에 의해 구속되지 않는다. 그 때문에, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 에 의해 성형체 (S1) 의 전체 둘레가 구속되는 경우에 필요하게 되는 압압력보다 작은 압압력으로, 도 4(c) 에 나타내는 바와 같은 오픈관 (S2) 을 성형할 수 있다.
그리고, 본 실시형태에 관련된 강관의 제조 방법에 있어서는, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 으로 이루어지는 프레스 금형에 의해, 오픈관 (S2) 의 형상이, U 자상 단면의 최하부를 중심으로 판폭 (W) 의 20 [％] 이상 (중심각 θ 가 70 도 이상에 상당) 의 범위와, 판폭 단으로부터 판폭 (W) 의 10 [％] 이상 (중심각 θ 가 35 도 이상에 상당) 의 범위가, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되도록, 성형체 (S1) 를 프레스 가공한다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 최종적으로 얻어지는 강관 형상을 향상시키는 관점에서, 오픈관 (S2) 이 금형에 내접하는 범위가, 상측 금형 (4) 측과 하측 금형 (5) 측에서, 대략 동일한 크기인 것이 바람직하다. 즉, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위를 A 로 하고, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 판폭 양단으로부터 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위의 합계를 B 로 했을 때, 식 (1) 을 만족하는 것이 바람직하다.
2｜A－B｜/(A＋B) ＜ 0.4 … (1)
여기서, ｜A－B｜ 는, A－B 의 절대치를 나타낸다.
또, 식 (1) 의 의미에 대해서는, 뒤에서 상세히 서술한다.
본 실시형태에 관련된 강관의 제조 방법에 있어서는, 오픈관 (S2) 을, 소정의 범위에서 확실하게 금형에 내접시키고, 양호한 형상을 얻기 위해서는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 프레스 가공이 실시되기 전의 성형체 (S1) 는, U 자상 단면 내에 있어서, 판폭 중앙부인 W/2 부에 있어서의 접선 (TL1) 과, W/4 부에 있어서의 접선 (TL21, TL22) 이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 35 도 이상 90 도 미만인 것이 바람직하다. 또한, 프레스 가공이 실시되기 전의 성형체 (S1) 는, 판폭 단부에 있어서의 접선 (TL31, TL32) 과, W/4 부에 있어서의 접선 (TL21, TL22) 이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 35 도 이상 90 도 미만인 것이 바람직하다. 또, 상측 금형 (4) 측과 하측 금형 (5) 측에서 내접하는 범위를 동일하게 하기 위해서는, 접선 (TL1) 과 접선 (TL21, TL22) 이 이루는 각 (θ11, θ12) 의 합과, 접선 (TL31, TL32) 과 접선 (TL21, TL22) 이 이루는 각 (θ21, θ22) 의 합이 대략 동일한 것이 바람직하다.
또한, 이들 각도에 대해서는, 다음의 이유에 의해, U 자상의 성형체 (S1) 로 굽힘 가공하는 설비나, U 자상의 성형체 (S1) 를 오픈관 (S2) 으로 가공할 때의 금형의 형상을 감안하여 정할 필요가 있다. 이들 각도가 지나치게 크면, 판폭 단 사이의 거리가 작아진다. 그 거리가, U 자상의 성형체 (S1) 로 굽힘 가공할 때의 펀치 지지체 (2b) 의 폭보다 작아지면, U 자상의 성형체 (S1) 를 얻을 수 없게 된다. 한편, 이들 각도가 지나치게 작으면, U 자상의 성형체 (S1) 의 판폭 단 사이의 거리가 커지므로, U 자상의 성형체 (S1) 를 금형에 재치했을 때에, 판폭 단 사이의 거리가 상측 금형 (4) 의 개구부보다 커져, 가공력을 부여할 수 없게 된다. 또, 좌우의 미가공부 (P) 사이의 거리가 지나치게 커져, 하측 금형 (5) 에 바르게 재치되지 않게 된다.
또, 1 쌍의 금형 중 일방의 금형인 상측 금형 (4) 과 성형체 (S1) 의 U 자 개방측이 대향하도록 타방의 금형인 하측 금형 (5) 에 성형체 (S1) 를 재치하고, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 에 의해 성형체 (S1) 를 사이에 끼우고 성형체 (S1) 에 프레스 가공을 실시함에 있어서, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 은, 다음과 같은 가공면을 구비하고 있다. 즉, 하측 금형 (5) 은, 하측 금형 (5) 에 성형체 (S1) 를 재치한 상태에서, U 자상 단면의 최하부를 중심으로, 판폭 (W) 의 20 [％] 이상 (중심각 θ 가 70 도 이상에 상당) 의 범위를 제외하고 성형체 (S1) 가 접촉하지 않고, 프레스 가공이 완료된 상태에서, 하측 금형 (5) 의 일부에 오픈관 (S2) 에 접촉하지 않는 가공면을 구비하고 있다. 또, 상측 금형 (4) 은, 하측 금형 (5) 에 성형체 (S1) 를 재치한 상태에서, 성형체 (S1) 가 접촉하지 않고, 프레스 가공이 완료된 상태에서, 상측 금형 (4) 의 일부에 오픈관 (S2) 에 접촉하지 않는 가공면을 구비하고 있다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 성형체 (S1) 의 프레스 가공시에 있어서, 성형체 (S1) 의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 성형체 (S1) 의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것이 바람직하다. 이것은, 성형체 (S1) 의 폭 방향의 중심에 대하여 대칭인 힘을 가하는 것이, 최종적으로 얻어지는 강관의 형상 정밀도 향상에 기여하기 때문이다.
그리고, 본 실시형태에 있어서는, 성형체 (S1) 는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것이 바람직하다. 이것은, 첫째로는, 이 자세로 프레스 가공하는 편이, 작업하기 쉽기 때문이다. 또, 다른 이유로는, 만일 U 자 개방측을 하방을 향하게 한 경우에는, 성형체 (S1) 의 자중이 성형체 (S1) 의 판폭 단부에 가해지기 때문에, 판폭 단부에, 혹은, 금형에 상처가 생길 가능성이 있으므로, 그것을 피하기 위해서이다.
여기서, 본 실시형태에 있어서는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여 성형체 (S1) 에 O 프레스를 실시해서 오픈관 (S2) 을 성형할 때, 성형체 (S1) 에 있어서의 미가공부 (P) 의 중심으로부터 판폭 단부를 향해 W/4 만큼 떨어진 부위에 압압력이 부가되도록 하고 있는데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 성형체 (S1) 의 전체가 원형이 되었을 때의 굽힘 모멘트는, 압압부로부터 중심각이 각도 φ 만큼 떨어진 위치에서는, M ＝ F·r·cosφ (F : 압압력, r : 원의 반경) 가 되고, 압압부로부터 90 도 떨어진 위치에서 최대가 되며, 변형도 최대가 된다. 그래서, 미가공부 (P) 의 중심으로부터 90 도 즉 전체 둘레의 1/4 떨어진 위치에 압압력을 부가함으로써, 미가공부 (P) 가 효과적으로 변형되게 된다. 이 때, 굽힘 모멘트는, 압압력을 부가하는 위치로부터 90 도 떨어진 위치가 최대이고, 이 위치로부터 멀어지면 작아져 간다. 그 때문에, 미가공부 (P) 에 충분한 소성 변형이 발생하기 위해서는, 미가공부 (P) 의 중심으로부터 판폭 단부를 향해 W/4 ± 0.07W 만큼 떨어진 부위에 압압력을 부가하는 것이 바람직하다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 미가공부 (P) 의 중심을, 판폭 단으로부터 W/4 만큼 떨어진 위치를 포함하는 부위에 형성하는 것으로 했는데, 그 이유는 다음과 같다. 즉, 상기 서술한 바와 같이, 압압력은 미가공부 (P) 의 중심으로부터 판폭 단부를 향해 W/4 만큼 떨어진 부위에 부가하는 것이 바람직하지만, 성형체 (S1) 를 오픈관 (S2) 으로 하는 단계에서, 성형체 (S1) 의 형상은 변화하기 때문에, 상측 금형 (4) 과 성형체 (S1) 의 접촉 위치가 변하고 압압력을 부가하는 위치도 변화된다. 미가공부 (P) 를, 성형체 (S1) 에 있어서의 판폭 단으로부터 W/4 만큼 떨어진 위치를 포함하는 부위에 형성한 경우에는, 압압력을 부가하는 부분은 항상 성형체 (S1) 의 판폭 단부가 되고, 미가공부 (P) 가 가장 변형되게 된다. 이와 같이 함으로써, 압압 위치를 변경하지 않고, 1 회의 압압으로 미가공부 (P) 에 변형을 부여할 수 있다. 또, 미가공부 (P) 를, 압압력을 부가하는 위치 즉 성형체 (S1) 의 판폭 단으로부터 W/4 ± 0.07W 의 범위에 형성하는 것이 바람직하다.
또, 도 4(a) 및 도 4(b) 와 같은 압압의 초기 단계에서는, 판폭 단부가 상측 금형 (4) 에 접하기 때문에, 미가공부 (P) 는 성형체 (S1) 의 판폭 단으로부터 W/4 만큼 떨어진 부위를 포함하는 부위에 형성하는 것이 바람직하다.
도 6 은, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량과 구속 범위의 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 6 에 나타내는 열림량과 구속 범위의 관계는, 오픈관 (S2) 의 양단부를 용접 후에 확관율 1 [％] 의 확관에 의한 형상 교정을 실시하여, 인장 강도 630 [㎫], 외경 660.4 [㎜], 관 두께 40.0 [㎜] 의 강관을 성형할 때에 있어서의 것이다.
프레스 벤드 후의 성형체 (S1) 는, 그 양측의 판폭 단으로부터 각각 W/4 의 부분에 길이 W/12 의 미가공부 (P) 를 형성하고, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, 판폭 단으로부터 W/4 만큼 떨어진 부위인 W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 75 도, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 75 도인 형상으로 하였다. 이 성형체 (S1) 를 구속 범위가 동일한 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 에 의해 사이에 끼워 지지한 경우의 것이다. 또, 압압량은, 오픈관 (S2) 의 W/2 의 부분을 연결한 거리가, 확관 전의 직경과 동일해지도록 하고 있다 (O 프레스에서의 압하량은, 세로 직경이 확관 전의 직경과 일치하도록 하고 있다). 도 6 으로부터, 구속 범위가 클수록, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량이 작아지는 것을 알 수 있다.
도 7 은, 구속 범위가 0 도인 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여 오픈관 (S2) 을 성형했을 때의 변형 상황을 모식적으로 나타낸 도면이다. 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위가 0 도일 때에는, 상측 금형 (4) 이 성형체 (S1) 의 양단부에만 접촉하고, 하측 금형 (5) 이 성형체 (S1) 의 판폭 중앙부에서만 접촉하도록, 원호부 (4a, 5a) 를 강관 외경의 1.16 배의 직경을 갖는 원호로 한 경우이다. 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 성형체 (S1) 의 단면을 시계에 비유했을 때에 6 시 부분만이 하측 금형 (5) 과 접촉하도록, 하측 금형 (5) 의 원호부 (5a) 의 직경이 강관 직경보다 큰 직경으로 되어 있다. 그 때문에, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, O 프레스 중에는 성형체 (S1) 의 6 시 부분 및 그 근방에, 하측 금형 (5) 의 원호부 (5a) 를 따르는 벤트 백이 발생하고, 곡률 반경이 강관 직경보다 커진다. 그 때문에, O 프레스 후에서는, 도 7(c) 에 나타내는 바와 같은 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량이, 성형체 (S1) 의 3 시 부분 및 9 시 부분에서의 스프링 백과 합하여 큰 것이 된다.
도 8 은, 구속 범위와, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 를 용접으로 닫았을 때의 확관 전에 있어서의 강관의 진원도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 로부터, 구속 범위가 60 도인 경우에는, 구속 범위가 0 도인 경우보다 진원도가 나빠져 있지만, 구속 범위를 크게 하면 진원도는 좋아지고, 구속 범위가 70 도 이상인 경우에서는 구속 범위가 0 도인 경우보다 진원도가 좋아지는 것을 알 수 있다. 또, 구속 범위가 100 도 ∼ 110 도에서 가장 진원도가 좋아지고 있는 것을 알 수 있다.
도 9 는, 구속 범위와 프레스 하중의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 9 로부터, 구속 범위가 커지면 프레스 하중이 커지는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 구속 범위를 크게 하면, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량은 작아지지만, 프레스 하중이 커지는 만큼, 프레스 설비가 대형화되기 때문에, 원하는 열림량이 얻어지는 범위에서 구속 범위를 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 프레스 하중을, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 으로 성형체 (S1) 의 전체 둘레를 구속하는 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위가 180 도인 경우의 90 [％] 이하로 하려면, 구속 범위를 150 도 이하로 하면 된다.
도 10 은, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 11 은, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 를 용접으로 닫아 성형된 확관 전의 강관의 진원도의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 12 는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위를 변화시킨 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10 ∼ 도 12 에 있어서는, 도 6, 도 8 및 도 9 와 동일한 인장 강도 630 [㎫], 외경 660.4 [㎜], 관 두께 40.0 [㎜] 의 강관을 대상으로 하고 있고, 가로축은 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치로, 하측 금형 (5) 의 구속 범위마다 그래프 중의 심볼을 변경하고 있다. 도면 중에서, 예를 들어, 「하 60 도」란, 하측 금형 (5) 에 있어서의 구속 범위가 60 도인 것을 의미한다.
도 10 으로부터, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위에 상관없이, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 커지면, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량은 작아져 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 11 로부터, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 중 어느 것의 구속 범위가 60 도 미만인 경우에는, 강관의 진원도가 나빠져 있는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 개개의 구속 범위는, 상측 금형 (4) 과 하측 금형 (5) 에서 반드시 동일하게 할 필요는 없지만, 강관의 진원도가 양호한 형상을 얻기 위해서는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위를, 어느 쪽도 60 도를 초과하는 구속 범위로 하는 것이 바람직하다. 또, 도 12 로부터, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 클수록, 프레스 하중은 커지는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 허용할 수 있는 프레스 하중의 상한치를 설정한 경우에는, 그 프레스 하중의 상한치에 따라, 적용 가능한 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치의 범위가 정해진다.
또, 도 11 에 있어서, 상하의 구속 범위의 차가 30 도이고, 그 차가 상하의 구속 범위의 평균치의 29 [％] 인, 상 90 도/하 120 도, 상 120 도/하 90 도인 것에서는, 용접 후의 확관 전에 있어서의 진원도가 1.5 [％] 이하로 매우 우수하다. 한편, 상하 구속 범위의 차는 30 도이지만, 그 차가 상하 구속 범위의 평균치의 40 [％] 로 큰, 상 90 도/하 60 도인 것은, 용접 후의 확관 전에 있어서의 진원도가 2.0 [％] 로 약간 나빠져 있다. 이와 같이, 상하의 구속 범위의 차를 작게 함으로써, 양호한 형상을 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서는, 상하의 구속 범위의 차를 상하 구속 범위의 평균치의 40 [％] 미만으로 하는 것이 바람직하고, 30 [％] 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 상하의 구속 범위의 차를 30 도 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이 상하의 구속 범위의 차와 상하 구속 범위의 평균치의 관계를 바꿔 말하면, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위를 A 로 하고, 강관의 외경과 동일 직경 또는 대략 동일 직경의 원호에 내접하는 판폭 양단으로부터 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위의 합계를 B 로 했을 때, 식 (1) 을 만족하는 것이 바람직하다.
2｜A－B｜/(A＋B) ＜ 0.4 … (1)
여기서, ｜A－B｜ 는, A－B 의 절대치를 나타낸다.
도 13 은, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 를 변화시킨 경우에 있어서의 심 갭부 (G) 의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 14 는, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 를 변화시킨 경우에 있어서의 확관 전의 강관의 진원도의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 15 는, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위를 동일하게 하여, 프레스 벤드 후의 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 를 변경한 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 13 ∼ 도 15 에 있어서, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, 판폭 단으로부터 W/4 만큼 떨어진 부위인 W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각을 θ11, θ12, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각을 θ21, θ22 로 했을 때, 이들 각도는 모두 동일한 값으로 하고, 각각 미가공부 (P) 의 폭에 따라 변화시키고 있다. 또, 가로축은, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치이다.
도 13 으로부터, 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 나 접선이 이루는 각 (θ11, θ12, θ21, θ22) 의 각도에 상관없이, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 커질수록, 심 갭부 (G) 의 열림량은 작아져 있고, 또, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 동일한 경우에는, 상기 길이 (L) 가 길고, 접선이 이루는 각 (θ11, θ12, θ21, θ22) 의 각도가 작을수록 열림량이 작아져 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 14 및 도 15 로부터, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 동일한 경우에는, 강관의 진원도 및 프레스 하중에, 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 나 접선이 이루는 각 (θ11, θ12, θ21, θ22) 의 각도에 의한 차이는 거의 보이지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 상측 금형 (4) 의 구속 범위와 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 평균치가 동일한 경우에는, 성형체 (S1) 의 미가공부 (P) 의 길이 (L) 를 길게, 접선이 이루는 각 (θ11, θ12, θ21, θ22) 의 각도를 작게 함으로써, 강관의 진원도나 프레스 하중의 차이를 상기 길이 (L) 에 의해서 발생시키지 않고, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량을 작게 하는 것이 가능해진다.
도 16 은, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경을 변화시킨 경우에 있어서의 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 의 열림량의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 17 은, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경을 변화시킨 경우에 있어서의 프레스 하중의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 16 및 도 17 에 있어서는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 (4a, 5a) 의 중심각을 45 도로 하고, 원호부 (4a, 5a) 의 반경인 원호부 반경을 변경하여, 인장 강도 630 ㎫, 외경 660.4 [㎜], 관 두께 40.0 [㎜] 의 강관을, 세로 직경이 확관 전의 직경과 일치하도록 O 프레스로 압하한 경우를 나타내고 있다. 또, 도 16 및 도 17 의 가로축은, 원호부 반경과 강관 외반경 (강관 외경에 상당하는 반경) 의 비이며, 원호부 반경이 강관 외반경보다 큰 경우에는 1.0 보다 커지고, 원호부 반경이 강관 외반경보다 작은 경우에는 1.0 보다 작아진다.
도 16 에 나타내는 바와 같이, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 강관 외반경과 동일할 (도 16 의 가로축이 1.0) 때에는, 심 갭부 (G) 의 열림량이 가장 작아져 있다. 한편, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 강관 외반경보다 커지면, 도 7 에서 나타낸 바와 같이 성형체 (S1) 의 6 시 부분 및 그 근방에 벤딩 백 변형이 발생하기 때문에, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 커짐에 따라서, 심 갭부 (G) 의 열림량이 커져 있다. 또, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 강관 외반경보다 작아지면, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 (4a, 5a) 가 종료된 부분에서 벤딩 백 변형이 발생하기 때문에, 원호부 반경이 작아짐에 따라서, 심 갭부 (G) 의 열림량이 커져 있다. 이와 같이, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 강관 외반경과 동일한 경우가 가장 바람직하지만, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경이 강관 외반경에 상당하는 반경 ± 3.5 [％] 일 때에는, 심 갭부 (G) 의 열림량이 40 [㎜] 이하로 억제되어 있다.
그러나, 도 17 로부터 알 수 있는 바와 같이, 프레스 하중은, 원호부 반경이 작아짐에 따라서 커져 있어, 특히 원호부 반경이 작은 경우에는, 프레스기의 하중도 고려하여 그 반경을 결정할 필요가 있다.
[실시예 1]
에지 미러를 사용하여 개선 (開先) 을 형성하고, 판폭 (W) 을 1928 [㎜] 로 가공한, 길이 1000 [㎜], 판 두께 40 [㎜], 인장 강도 635 [㎫] 의 강판에, 단 굽힘을 실시한 후, 프레스 벤드 가공을 실시한 성형체 (S1) 를 준비하였다. 다음으로, 이 성형체 (S1) 에 대해, 다양한 구속 범위의 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여, 30 [MN] 의 프레스기에 의해 O 프레스를 실시함으로써, 성형체 A, B 를 성형하였다. 표 1 및 표 2 에, 성형체 A, B 의 형상을 나타낸다. 또한, 표 1 및 표 2 의 「No.」에 있어서의 최초의 알파벳 A, B 는, 성형체의 형상 (성형체 A, B) 을 나타내고 있고, 그 알파벳 A, B 뒤의 숫자는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 조합을 나타내고 있다.
표 1 에는, 조건 A 로서 판폭 단으로부터 W/4 부를 중심으로 160 [㎜] (W/12) 의 폭으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 65 도, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 73 도로 한 성형체 A 를 나타내고 있다. 표 2 에는, 조건 B 로서 판폭 단으로부터 W/4 부를 중심으로 321 [㎜] (W/6) 의 폭 (조건 A 의 2 배의 폭) 으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 59 도, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 61 도로 한 성형체 B 를 나타내고 있다. 또한, 성형체 A, B 는, 판폭 단부의 중앙과 판폭 1/2 을 연결한 직선에 대해 대칭이고, 표 1 및 표 2 에는, 그 판폭 1/2 의 부분의 값을 나타내고 있다. 또, O 프레스시에 있어서의 압하량은, W/2 부의 외면측과 판폭 단부의 외면측의 거리가 654 [㎜] 가 되는 압하량으로 하였다.
그리고, 성형체 A, B 의 O 프레스 후의 오픈관 (S2) 의 열림량을 측정한 후에, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 를 용접하여 외경 654 [㎜] 의 강관을 성형한 후, 그 직경을 둘레 방향으로 22.5 도의 피치로 8 개 지점 측정하여, 상기 직경의 최대와 최소의 차를 구했다. 표 1 및 표 2 에, 금형 형상 (구속 범위), 프레스 하중, 열림량, 및 진원도도 함께 나타낸다. 이 때의 진원도는, 최대와 최소의 차를 강관 외경 (상기 직경의 전체 측정치의 평균치) 으로 나눈 숫자이다.
또한, 본 실시예에서 사용한 용접기에서는, O 프레스 후의 열림량이 40 [㎜] 를 초과하고 있는 것은, 그 열림을 닫을 수 없어, 별도의 프레스기로 열림을 닫은 상태에서 관축 방향의 양단 및 중앙을 가(假)용접한 후, 심 갭부 (G) 의 전체 길이의 본 용접을 실시하였다. 또, 진원도에 대해서는, 확관 전에서 2.5 [％] 를 합격의 기준으로 하였다. 이것은, 확관 전의 진원도가 2.5 [％] 이하이면, 확관 후의 진원도를 1.0 [％] 이하라는 양호한 값으로 할 수 있기 때문이다.
Figure 112021025179078-pct00001
Figure 112021025179078-pct00002
본 발명예의 범위인, 표 1 의 No.A1 ∼ A7, A9, A10, 표 2 의 No.B1 ∼ B7, B9, B10 에서는, 열림량이 작고, 진원도도 양호하다. 특히, 구속 범위가 90 도 ∼ 110 도인 것은, 확관을 실시하지 않아도 진원도가 1.0 [％] 이하로 되어 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 작아질수록, 프레스 하중이 작아져 있다.
이에 반해, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위가 60 도와 90 도의 조합으로 되어 있는, 표 1 의 No.A8, A11, 표 2 의 No.B8, B11 에서는, 열림량은 작지만, 진원도가 나빠져 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 60 도 이하로 되어 있는, 표 1 의 No.A12 ∼ A16, 표 2 의 No.B12 ∼ B16 에서는, 열림량이 크고, 특히, 표 1 의 No.A15, A16, 표 2 의 No.B16 에서는, 심 갭부 (G) 를 용접한 후의 용접 부분이 파단되었기 때문에 진원도의 측정은 할 수 없었다.
또, 미가공부의 폭이 성형체 A 보다 큰 성형체 B 를 사용한 것에서는, 성형체 A 를 사용한 것과 비교하여, 프레스 하중 및 진원도는 거의 동일했지만, 열림량이 작아져 있다.
이상, 본 발명을 적용한 실시형태에 대해 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.
[실시예 2]
에지 미러를 사용하여 개선을 형성하고 판폭 1639 [㎜] 로 가공한, 길이 1000 [㎜], 판 두께 31.8 [㎜], 인장 강도 779 [㎫] 의 강판에, 단 굽힘을 실시한 후, 프레스 벤드 가공을 실시한 성형체 (S1) 를 준비하였다. 다음으로, 이 성형체 (S1) 에 대해, 다양한 구속 범위의 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여, 30 [MN] 의 프레스기에 의해 O 프레스를 실시함으로써, 성형체 A, B 를 성형하였다. 표 3 및 표 4 에, 성형체 A, B 의 형상을 나타낸다. 또한, 표 3 및 표 4 의 「No.」에 있어서의 최초의 알파벳 A, B 는, 성형체의 형상 (성형체 A, B) 을 나타내고 있고, 그 알파벳 A, B 뒤의 숫자는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 조합을 나타내고 있다.
표 3 에는, 조건 A 로서 판폭 단으로부터 W/4 부를 중심으로 137 [㎜] (W/12) 의 폭으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 65 도, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 72 도로 한 성형체 A 를 나타내고 있다. 표 4 에는, 조건 B 로서 판폭 단으로부터 W/4 를 중심으로 273 [㎜] (W/6) 의 폭 (조건 A 의 2 배의 폭) 으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 59 도, 판폭 중앙에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 61 도로 한 성형체 B 를 나타내고 있다. 또한, 성형체 A, B 는, 판폭 단부의 중앙과 판폭 1/2 을 연결한 직선에 대해 대칭이고, 표 3 및 표 4 에는, 그 판폭 1/2 의 부분의 값을 나타내고 있다. 또, O 프레스시에 있어서의 압하량은, W/2 부의 외면측과 판폭 단부의 외면측의 거리가 553 [㎜] 가 되는 압하량으로 하였다.
그리고, 성형체 A, B 의 O 프레스 후의 오픈관 (S2) 의 열림량을 측정한 후에, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 를 용접하여 외경 553 [㎜] 의 강관을 성형한 후, 그 직경을 둘레 방향으로 22.5 도의 피치로 8 개 지점 측정하여, 상기 직경의 최대와 최소의 차를 구했다. 표 3 및 표 4 에, 금형 형상 (구속 범위), 프레스 하중, 열림량, 및 진원도도 함께 나타낸다. 이 때의 진원도는, 최대와 최소의 차를 강관 외경으로 나눈 숫자이다.
또한, 본 실시예에서 사용한 용접기에서는, O 프레스 후의 열림량이 40 [㎜] 를 초과하고 있는 것은, 그 열림을 닫을 수 없어, 별도의 프레스기로 열림을 닫은 상태에서 관축 방향의 양단 및 중앙을 가용접한 후, 심 갭부 (G) 의 전체 길이의 본 용접을 실시하였다. 또, 진원도에 대해서는, 확관을 실시함으로써 1.0 [％] 이하가 되는 확관 전에서 2.5 [％] 를 합격의 기준으로 하였다.
Figure 112021025179078-pct00003
Figure 112021025179078-pct00004
본 발명예의 범위인, 표 3 의 No.A1 ∼ A7, A9, A10, 표 4 의 No.B1 ∼ B7, B9, B10 에서는, 열림량이 작고, 진원도도 양호하다. 특히, 구속 범위가 90 도 ∼ 110 도인 것은, 확관을 실시하지 않아도 진원도가 1.0 [％] 이하로 되어 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 작아질수록, 프레스 하중이 작아져 있다.
이에 반해, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위가 60 도와 90 도의 조합으로 되어 있는, 표 3 의 No.A8, A11, 표 4 의 No.B8, B11 에서는, 열림량은 작지만, 진원도가 나빠져 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 60 도 이하로 되어 있는, 표 3 의 No.A12 ∼ A16, 표 4 의 No.B12 ∼ B16 에서는, 열림량이 크고, 특히, 표 3 의 No.A15, A16, 표 4 의 No.B16 에서는, 심 갭부 (G) 를 용접한 후의 용접 부분이 파단되었기 때문에 진원도의 측정은 할 수 없었다.
또, 미가공부의 폭이 성형체 A 보다 큰 성형체 B 를 사용한 것에서는, 성형체 A 를 사용한 것과 비교하여, 프레스 하중 및 진원도는 거의 동일했지만, 열림량이 작아져 있다.
[실시예 3]
에지 미러를 사용하여 개선을 형성하고 판폭 2687 [㎜] 로 가공한, 길이 1000 [㎜], 판 두께 50.8 [㎜], 인장 강도 779 [㎫] 의 강판에, 단 굽힘을 실시한 후, 프레스 벤드 가공을 실시한 성형체 (S1) 를 준비하였다. 다음으로, 이 성형체 (S1) 에 대해, 다양한 구속 범위의 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여, 30 [MN] 의 프레스기에 의해 O 프레스를 실시함으로써, 성형체 A, B 를 성형하였다. 표 5 및 표 6 에, 성형체 A, B 의 형상을 나타낸다. 또한, 표 5 및 표 6 의 「No.」에 있어서의 최초의 알파벳 A, B 는, 성형체의 형상 (성형체 A, B) 을 나타내고 있고, 그 알파벳 A, B 뒤의 숫자는, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위의 조합을 나타내고 있다.
표 5 에는, 조건 A 로서 판폭 단으로부터 W/4 부를 중심으로 224 [㎜] (W/12) 의 폭으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 73 도, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 72 도로 한 성형체 A 를 나타내고 있다. 표 6 에는, 조건 B 로서 판폭 단으로부터 W/4 를 중심으로 448 [㎜] (W/6) 의 폭 (조건 A 의 2 배의 폭) 으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 이 58 도, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 이 59 도로 한 성형체 B 를 나타내고 있다. 또한, 성형체 A, B 는, 판폭 단부의 중앙과 판폭 1/2 을 연결한 직선에 대해 대칭이고, 표 5 및 표 6 에는, 그 판폭 1/2 의 부분의 값을 나타내고 있다. 또, O 프레스시에 있어서의 압하량은, W/2 부의 외면측과 판폭 단부의 외면측의 거리가 905 [㎜] 가 되는 압하량으로 하였다.
그리고, 성형체 A, B 의 O 프레스 후의 오픈관 (S2) 의 열림량을 측정한 후에, 오픈관 (S2) 의 심 갭부 (G) 를 용접하여 외경 905 [㎜] 의 강관을 성형한 후, 그 직경을 둘레 방향으로 22.5 도의 피치로 8 개 지점 측정하여, 상기 직경의 최대와 최소의 차를 구했다. 표 5 및 표 6 에, 금형 형상 (구속 범위), 프레스 하중, 열림량, 및 진원도도 함께 나타낸다. 이 때의 진원도는, 최대와 최소의 차를 강관 외경으로 나눈 숫자이다.
또한, 본 실시예에서 사용한 용접기에서는, O 프레스 후의 열림량이 40 [㎜] 를 초과하고 있는 것은, 그 열림을 닫을 수 없어, 별도의 프레스기로 열림을 닫은 상태에서 관축 방향의 양단 및 중앙을 가용접한 후, 심 갭부 (G) 의 전체 길이의 본 용접을 실시하였다. 또, 진원도에 대해서는, 확관을 실시함으로써 1.0 [％] 이하가 되는 확관 전에서 2.5 [％] 를 합격의 기준으로 하였다.
Figure 112021025179078-pct00005
Figure 112021025179078-pct00006
본 발명예의 범위인, 표 5 의 No.A1 ∼ A7, A9, A10, 표 6 의 No.B1 ∼ B7, B9, B10 에서는, 열림량이 작고, 진원도도 양호하다. 특히, 구속 범위가 90 도 ∼ 110 도인 것은, 확관을 실시하지 않아도 진원도가 1.0 [％] 이하로 되어 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 작아질수록, 프레스 하중이 작아져 있다.
이에 반해, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 구속 범위가 60 도와 90 도의 조합으로 되어 있는, 표 5 의 No.A8, A11, 표 6 의 No.B8, B11 에서는, 열림량은 작지만, 진원도가 나빠져 있다. 또, 구속 범위의 평균치가 60 도 이하로 되어 있는, 표 5 의 No.A12 ∼ A16, 표 6 의 No.B12 ∼ B16 에서는, 열림량이 크고, 특히, 표 5 의 No.A15, A16, 표 6 의 No.B16 에서는, 심 갭부 (G) 를 용접한 후의 용접 부분이 파단되었기 때문에 진원도의 측정은 할 수 없었다.
또, 미가공부의 폭이 성형체 A 보다 큰 성형체 B 를 사용한 것에서는, 성형체 A 를 사용한 것과 비교하여, 프레스 하중 및 진원도는 거의 동일했지만, 열림량이 작아져 있다.
[실시예 4]
목표 외경 621 [㎜] ∼ 687 [㎜] 의 강관을 제조하기 위해서, 에지 미러를 사용하여 개선을 형성하고 판폭 1826 ∼ 2032 [㎜] 로 가공한, 길이 1000 [㎜], 판 두께 40 [㎜], 인장 강도 635 [㎫] 의 강판에, 단 굽힘을 실시한 후, 프레스 벤드 가공을 실시한 성형체 (S1) 를 준비하였다. 다음으로, 이 성형체 (S1) 에 대해, 원호부 반경 327 ㎜, 구속 범위 45 도의 다양한 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 을 사용하여, 30 [MN] 의 프레스기에 의해 O 프레스를 실시해서, 성형체 D1 ∼ D11 을 성형하였다. 표 7 에 성형체 D1 ∼ D11 의 성형 조건을 나타낸다. 성형체 D1 ∼ D11 에는, 초기의 판폭 (W) 에 따라서, 판폭 단으로부터 W/4 부를 중심으로 W/12 의 폭으로 미가공부를 형성하고, 판폭 단부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ21, θ22) 을 75 도로 하고, 판폭 중앙부에 있어서의 접선과, W/4 부에 있어서의 접선이 이루는 각 (θ11, θ12) 을 75 도로 하였다. 또, O 프레스에서는 W/2 부의 외면측과 판폭 단부의 외면측의 거리가, 표 7 에 나타내는 바와 같이 초기의 판폭 (W) 에 대응한 값이 되도록 압하하였다. 또, 표 7 에, O 프레스 압하 후의 강관의 외경을 나타낸다.
그리고, 이들 성형체 D1 ∼ D11 의 O 프레스 후의 오픈관 (S2) 의 열림량을 측정하였다. 표 7 에, 그 결과로서 프레스 하중 및 열림량도 함께 나타낸다.
Figure 112021025179078-pct00007
원호부 반경과 강관의 외반경의 비가 1.00 인, 표 7 의 No.D6 의 열림량이 가장 작고, 강관 외반경이 작아지거나 또는 커지면, 열림량이 커져 있다. 또, 실시예 1 에서 사용한 용접기로 닫을 수 있는 열림량 40 [㎜] 이하가 되는 것은, 표 7 의 No.D2 ∼ D10 이고, 원호부 반경과 강관의 외반경의 비가 0.96 ∼ 1.04 가 된다. 또, 실시예 1 에 있어서 용접부 파단이 발생하지 않았던 열림량 50 [㎜] 가 되는 것도, 표 7 의 No.D2 ∼ D10 이고, 원호부 반경과 강관의 외반경의 비가 0.96 ∼ 1.04 가 된다.
또한, 심 갭부 (G) 를 용접하여 닫을 수 있는 열림량이나, 용접부 파단이 발생하지 않는 열림량은, 용접 설비나 용접 방법에 따라 상이하지만, 상측 금형 (4) 및 하측 금형 (5) 의 원호부 반경의 기준은 강관 외반경의 0.96 ∼ 1.04 가 된다.
본 발명에 의하면, 진원도가 높은 강관을 효율적으로 성형할 수 있는 강관의 제조 방법 및 프레스 금형을 제공할 수 있다.
1 : 다이
1a : 봉상 부재
1b : 봉상 부재
2 : 펀치
2a : 펀치 선단부
2b : 펀치 지지체
3 : 반송 롤러
4 : 상측 금형
4a : 원호부
4b1 : 직선부 또는 소곡률 원호부
4b2 : 직선부 또는 소곡률 원호부
5 : 하측 금형
5a : 원호부
5b1 : 직선부 또는 소곡률 원호부
5b2 : 직선부 또는 소곡률 원호부

Claims (20)

  1. 폭 방향 양단부에 단 굽힘 가공이 실시된 판재에, 그 폭 방향을 따라 3 회 이상의 굽힘 가공을 실시하여 U 자상 단면을 이루는 성형체를 성형하고, 이어서, 그 성형체에 프레스 가공을 실시함으로써, 그 길이 방향에 심 갭부를 갖는 관체인 오픈관으로 한 후, 그 심 갭부를 접합하여 강관으로 하는 강관의 제조 방법으로서,
    상기 단 굽힘 가공 전의 상기 판재의 폭을 판폭 (W) 으로 했을 때,
    상기 성형체는, 판폭 단부로부터 W/4 만큼 떨어진 부위를 중심으로, 다른 영역과 비교하여 작은 곡률을 부여한 경가공부, 또는, 굽힘 가공을 생략한 미가공부를 갖고,
    상기 오픈관의 형상이, 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 상기 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위와, 상기 판폭 단으로부터 상기 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위가, 상기 강관의 외경과 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되도록,
    상기 강관의 외반경에 상당하는 반경에 대해 ± 3.5 [％] 의 범위에 있는 원호부의 반경을 갖는 금형을 사용하여 프레스 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관의 외경과 동일 직경의 원호에 내접하는 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로 상기 판폭 (W) 의 20 [％] 이상의 범위를 A 로 하고, 상기 강관의 외경과 동일 직경의 원호에 내접하는 판폭 양단으로부터 상기 판폭 (W) 의 10 [％] 이상의 범위의 합계를 B 로 했을 때, 식 (1) 을 만족하는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
    2｜A－B｜/(A＋B) ＜ 0.4 … (1)
    여기서, ｜A－B｜ 는, A－B 의 절대치를 나타낸다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    1 쌍의 금형 중 일방의 금형과 상기 성형체의 U 자 개방측이 대향하도록 타방의 금형에 그 성형체를 재치하고, 그 1 쌍의 금형으로 그 성형체를 사이에 끼워 그 성형체에 프레스 가공을 실시함에 있어서,
    상기 타방의 금형은,
    상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로, 상기 강관의 외경과 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되는 범위를 제외하고 상기 성형체가 접촉하지 않고,
    프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 타방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비하고 있고,
    상기 일방의 금형은,
    상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 성형체가 접촉하지 않고,
    프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 일방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비한 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    1 쌍의 금형 중 일방의 금형과 상기 성형체의 U 자 개방측이 대향하도록 타방의 금형에 그 성형체를 재치하고, 그 1 쌍의 금형으로 그 성형체를 사이에 끼워 그 성형체에 프레스 가공을 실시함에 있어서,
    상기 타방의 금형은,
    상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 U 자상 단면의 최하부를 중심으로, 상기 강관의 외경과 동일 직경의 원호에 내접하는 형상이 되는 범위를 제외하고 상기 성형체가 접촉하지 않고,
    프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 타방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비하고 있고,
    상기 일방의 금형은,
    상기 타방의 금형에 상기 성형체를 재치한 상태에서, 상기 성형체가 접촉하지 않고,
    프레스 가공이 완료된 상태에서, 상기 일방의 금형의 일부에 상기 오픈관에 접촉하지 않는 가공면을 구비한 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체의 프레스 가공시에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 상기 성형체의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 성형체의 프레스 가공시에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 상기 성형체의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 성형체의 프레스 가공시에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 상기 성형체의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 성형체의 프레스 가공시에 있어서, 상기 성형체의 프레스 가공에 사용하는 프레스 금형의 중심과, 상기 성형체의 폭 방향의 중심이 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형체는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 성형체는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 성형체는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 성형체는, U 자 개방측을 상방을 향하게 한 U 자 자세로 유지되는 것을 특징으로 하는 강관의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 강관의 제조 방법에 있어서 사용하는 프레스 금형으로서,
    상기 프레스 금형은, 상기 성형체를 사이에 끼워 지지하는 1 쌍의 압압체로 이루어지고, 각 금형의 상기 성형체와 접촉할 수 있는 면에는, 각 금형의 가공 중심과 일치하는 위치에 원호 중심이 위치하도록, 상기 강관의 외반경에 상당하는 반경에 대해 ± 3.5 [％] 의 범위에 있는 반경의 원호부가 형성되어 있고,
    각 금형에 있어서의 상기 원호부의 중심각이 70 도 이상이며, 양 금형의 상기 중심각의 각도의 합계가 360 도 미만인 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  14. 제 13 항에 있어서,
    양 금형의 상기 중심각의 각도가 동일한 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  15. 제 13 항에 있어서,
    각 금형은, 상기 원호부의 원호 방향 양단에 각각 연결된, 직선부, 또는, 그 원호부보다 곡률이 작은 소곡률 원호부를 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  16. 제 14 항에 있어서,
    각 금형은, 상기 원호부의 원호 방향 양단에 각각 연결된, 직선부, 또는, 그 원호부보다 곡률이 작은 소곡률 원호부를 갖는 것을 특징으로 하는 프레스 금형.
  17. 제 13 항에 기재된 프레스 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는, 강관의 제조 방법.
  18. 제 14 항에 기재된 프레스 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는, 강관의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 기재된 프레스 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는, 강관의 제조 방법.
  20. 제 16 항에 기재된 프레스 금형을 사용하는 것을 특징으로 하는, 강관의 제조 방법.
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