WO2007129387A1 - 角管のロール成形方法及び成形装置 - Google Patents

角管のロール成形方法及び成形装置 Download PDF

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forming
roll
tube
forming roll
section
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PCT/JP2006/309103
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Inventor
Feizhou Wang
Tomoyasu Nakano
Manabu Kiuchi
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Nakata Manufacturing. Co., Ltd.
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    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/155—Making tubes with non circular section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/02—Corrugating tubes longitudinally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D5/06—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles
    • B21D5/10—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes
    • B21D5/12—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves by drawing procedure making use of dies or forming-rollers, e.g. making profiles for making tubes making use of forming-rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills

Definitions

  • the present invention relates to a molding method and apparatus using a novel molding roll for re-forming a round tube into a square tube, and in particular, manufactures a high-quality square tube having excellent shape'dimensional characteristics at low cost.
  • the present invention relates to a roll forming method and a forming apparatus for a square tube that can be used as a forming roll. Background art
  • Patent Document 1 discloses a roll forming apparatus and a forming method related to a means for re-forming a square tube.
  • this forming means see Fig. 9
  • each forming stand performs forming with only a pair of upper and lower or left and right rolls! By alternately performing this, the number of forming steps increases. The amount of molding per stage is reduced to improve moldability and to use a roll. Since each forming stand does not use a four-way roll, the roll rotation axis of the upper and lower forming roll pair and the roll rotation axis of the left and right forming roll pair are arranged in different tube sections. Is placed. Therefore, it does not interfere with each other in each roll position adjustment, and even a forming roll having a single curvature in the direction of the rotation axis can cope with different product dimensions by adjusting the position. This makes it easier to automate and NC process.
  • an apparatus for plastically deforming a circular cross-sectional shape using a plurality of forming roll pairs having a V-shaped concave forming surface from only two sides instead of a four-way roll stand is also proposed, but it is easy to cause product shape symmetry problems and product surface scratches due to excessive roll surface peripheral speed differences. It is used only when it is large enough, and is not common. In addition, rolls are less common for different product dimensions as the four-way roll stand.
  • Patent Document 1 JP 2000-301233 A
  • Patent Document 2 JP-A-5-212440
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 6-262253
  • a means for forming by forming a plurality of stages of upper and lower forming roll pairs and left and right forming roll pairs is general, but from the viewpoint of reducing equipment costs, the number of these forming stages should be reduced as much as possible. Is also strongly demanded. In addition, it is necessary to design the equipment in consideration of facilitating maintenance and maintenance of the equipment.
  • the present invention eliminates the above-mentioned problems found by the inventors, and converts a circular tube that does not place an excessive burden on a planned portion that becomes a corner and a shoulder to the raw tube into a square tube.
  • An object of the present invention is to provide a roll forming apparatus and a forming method for a square tube which are roll-formed and produce a square tube excellent in dimension and shape with high precision and internal quality at a low cost together with a roll.
  • the inventors have used a round tube with a circular cross-section as a raw tube, and a square cross-section or a pair of left and right forming rolls, each having a rotation axis disposed in a plane including the cross-section of the raw tube.
  • the forming roll has a straight tube section (scheduled shoulder section) adjacent to the planned corner section of the square tube, and other tube sections (other sections).
  • the inventors have completely different structures of the main forming roll and the support roll from the conventional four-way roll, and when forming with the upper and lower main forming rolls, the upper and lower main forming rolls are paired with the left and right support rolls.
  • the contact state of the raw tube with the roll it is possible to reliably apply the bending moment to the raw tube portion of the planned side portion of the shoulder portion by the main forming roll, which is the above-mentioned new structural force.
  • the upper and lower (or left and right) support roll pairs can smoothly introduce the raw pipes into the next left and right (or upper and lower) main forming roll pairs, and in the circumferential direction of the square tube forming,
  • the present invention was completed by discovering that the drawing and local rolling of the shoulders were significantly reduced.
  • a round tube having a circular cross section is used as a raw tube, and a rectangular shape is sequentially formed by a pair of upper and lower forming rolls and a pair of left and right forming rolls in which a rotation axis is disposed in a plane including the cross section of the raw tube.
  • the main forming roll for forming is used for one forming roll pair of the upper and lower and left and right forming rolls arranged in the same pipe cross section, and the main purpose is to contact the remaining forming roll pair with the raw tube. Using support rolls,
  • the roll rotation shafts of the pair of upper and lower forming roll pairs using the main forming roll and the pair of left and right forming roll pairs are arranged in a plane including a raw tube cross section different for each of the roll pairs,
  • a square tube forming method and a forming apparatus wherein a pair of upper and lower forming rolls by a main forming roll and a pair of left and right forming rolls alternately form the element tube in the passage direction of the element tube.
  • the main molding roll includes (1) The direction of the rotation axis of the surface of the forming roll so that straightening of the tube portion serving as the shoulder adjacent to the corner portion of the square tube precedes the tube portion serving as the other portion of the side portion of the square tube.
  • the curvature that restrains the blank tube portion that becomes the shoulder adjacent to the corner portion of the square tube is the blank tube portion that becomes the center of the side of the square tube cross section. Smaller than the curvature to constrain the forming roll,
  • the essence of the present invention lies in the configuration of the roll caliber, and straightening of the tube part (scheduled shoulder part) adjacent to the planned part of the corner of the square tube results in the other tube part (other side part). It is a roll caliber having the above-described configuration (1) to (3) that configures the curvature in the rotation axis direction of the surface of the forming roll so as to be preceded with respect to the planned portion).
  • the main forming roll has a curvature that constrains a raw tube portion that becomes a shoulder portion of the square tube cross-section among the curvatures in the rotation axis direction of the surface of the forming roll. It is characterized by being smaller than the curvature which restrains the raw-tube
  • the effect obtained by the configuration that is powerful in this expression is exactly the same as that of the forming roll having the configuration according to the expression.
  • the curvature in the rotation axis direction of the surface of the main forming roll is a positional force that constrains the raw tube portion that is the center of the side, and continuously or stepwise decreases toward both outer sides. It may be. Even if the roll is used for forming different product sizes by selecting the shape of the circumferential surface of the forming roll to change the curvature in multiple steps or continuously rather than simply dividing the curvature into two steps.
  • the straight line of the tube part that always becomes the shoulder can be preceded by other parts.
  • the main forming roll having the above-described new constituent force for forming is used for one of the upper and lower forming roll pairs.
  • a support roll mainly intended to abut the raw pipe for the remaining forming roll pair it becomes possible to control the abutment state of the raw pipe to the main forming roll. Bending moment is surely imparted to the raw tube by the powerful main forming roll, and the upper and lower (or left and right) support roll pairs are connected to the next left and right (or upper and lower) main forming roll pairs.
  • the tube can be introduced smoothly, the formability at the next stage is improved, and the original mechanism of the main forming roll is the effect of reducing the circumferential drawing and local rolling of the shoulder during square tube forming. The effect is more noticeable .
  • the inventors of the present invention in a powerful roll forming mechanism, are not limited to the problem of dimensional accuracy, such as the variation in the curvature of the corners and the poorness of the flatness of the sides in the square tube after molding. It was found that there was a problem that the square tube product was insufficient in toughness due to excessive deformation in the shoulder, and the same part was liable to break.
  • the straight tube portion adjacent to the planned corner portion of the square tube is straightened to other raw tube portions (other portions).
  • the curvature in the direction of the rotation axis of the surface of the forming roll is configured so as to be preceded by a predetermined side portion).
  • FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the square tube forming apparatus of the present invention.
  • the square tube forming apparatus in the present embodiment is also configured with 10 stages of forming rolls.
  • the most upstream forming roll stand 10 for forming the raw tube first and the most downstream forming roll stand 30 for forming the last are the rolls of the upper and lower forming roll pairs and the left and right forming roll pairs.
  • This is a stand having a so-called conventional four-way roll configuration in which the rotation axis is arranged in a plane including a single pipe cross section.
  • FIG. 1 only the main forming roll is shown in FIG. 1, except for the forming roll stands 10 and 30 on the most upstream side and the most downstream side.
  • the forming roll stand 20 disposed between the most upstream forming roll stand 10 and the most downstream forming roll stand 30 is composed of a pair of upper and lower main forming rolls 21a to 24a having a four-stage force.
  • the left and right main forming roll pairs 21b to 24b also have step force, and the roll rotation axis of each stand of these forming roll stands 20 is arranged in a plane including a raw pipe cross section different for each roll pair.
  • the main forming roll pairs 21b to 24b are alternately arranged at predetermined intervals.
  • each main forming roll is driven by a known driving device.
  • these forming roll stands 20 are brought into contact with the raw tube within a plane including a cross section of the raw tube where the rotation axis of the pair of upper and lower main forming rolls 21a is located.
  • the rotation axis of the left and right support roll pair 21c as the main purpose is arranged, and as shown in Fig. 5B, the element tube is placed in a plane including the cross section of the element tube with the rotation axis of the next left and right main forming roll pair 21b.
  • the rotating shafts of the upper and lower support roll pairs 21d whose main purpose is contact with the upper and lower support rolls 21d are arranged, and the remaining upper and lower main forming roll pairs 22a to 24a having three-stage force, and the left and right main forming roll pairs 22b to 22b having three-stage force are not shown Similarly, the left and right support roll pairs and the upper and lower support roll pairs described above are also arranged on the forming roll stand of 24b.
  • FIGS. 5A and 5B are for the case of a square cross section, for example 260 X 260 mm of the embodiment, and FIGS. 5C and 5D are for the case of a rectangular cross section, for example 300 X 220 mm of the embodiment. An example of using a diameter pipe is shown.
  • the curvature of the roll surface in the direction of the rotation axis of each of the main forming rolls is configured so that the straight line portion of the raw tube portion that becomes the shoulder portion of the roll precedes the other raw tube portions. It has been.
  • the curvature that constrains the raw tube portion that becomes the shoulder adjacent to the corner of the square tube is the curvature of the square tube cross section. Smaller than the curvature that constrains the tube part at the center of the side.
  • a position where the curvature in the rotation axis direction of the surface of the forming roll as shown in FIG. Force It is possible to use a forming roll that continuously or gradually decreases in the direction toward both sides.
  • the radii of curvature R, R ..., R in the figure are the outer diameter range and
  • each main forming roll is all dual-purpose rolls in a predetermined diameter range. This is because the surface shape of each main forming roll also comprises a plurality of curvature forces. For example, if the outer diameter of the tube is small, on average Since the caliber part near the center of the roll with a small radius of curvature is used, there is no possibility of forming a dent due to an excessive amount of molding on the side part.
  • the above-described support rolls of the upper and lower or left and right support roll pairs suppress, for example, the expansion of the raw pipe in the left-right direction during roll forming by the upper and lower main forming roll pairs and contact of the raw pipe with the main forming roll.
  • the roll caliber is also the same in the diameter range that the main forming roll is used to mainly contact with the minimum necessary short dimension. Can be used for both.
  • FIGS. 6A to 6D even if the diameter of the target tube is small or small and flat, it can be arranged in the same manner. That is, FIGS. 6A and 6B are for a square section, for example, 100 X 100 mm, and FIGS. 6C and 6D are for a rectangular section, for example, 150 X 50 mm.
  • FIGS. 6A and 6B are for a square section, for example, 100 X 100 mm
  • FIGS. 6C and 6D are for a rectangular section, for example, 150 X 50 mm.
  • a tube is an example of
  • FIG. 7 shows a perspective view of a second embodiment of the square tube forming apparatus of the present invention.
  • the square tube forming apparatus in the present embodiment is composed of an eight-stage forming roll stand.
  • the eight-stage main forming roll pair is composed of upper and lower main forming roll pairs 21a to 24a having a four-stage force and left and right main forming roll pairs 21b to 24b having a four-step force.
  • the upper and lower main forming roll pairs and the left and right main forming roll pairs are alternately arranged at predetermined intervals.
  • the left and right support roll pairs and the upper and lower support roll pairs are arranged on each of the eight-stage forming roll stands as shown in FIG. 7.
  • All the forming rolls are the same as those in the first embodiment.
  • the forming roll shown in FIG. 2 or FIG. 3 is suitable.
  • a heating device 40 is provided on the upstream side of each pair of forming rolls to heat the raw tube portion that finally becomes the corner of the cross section of the square tube.
  • a square tube is formed by a roll stand.
  • Various heating means can be considered for the heating device 40. However, it is preferable that the temperature is controlled by the control device and the temperature range in which the deformation resistance value of the raw tube material is significantly reduced can be appropriately selected for each material and heated. .
  • this embodiment uses a medium frequency induction heating device. This type of heating device can perform heating temperature control by appropriately selecting the frequency and input current value according to the cross-sectional area of the wall thickness of the product and the molding speed.
  • the certainty of the tube portion serving as the corner is heated before the square tube re-forming process, so that the reliability of forming by the dual-purpose roll is greatly improved.
  • the number of four-sided roll stands that need to be replaced can be reduced or eliminated completely, and the effect of the combined roll can be further enhanced.
  • a forming roll is formed into a so-called four-way roll and a raw tube is formed, and the main forming roll of the present invention is formed into a so-called alternating two-way roll to form a raw tube.
  • the forming process that is, the roll rotation axes of the upper and lower main forming roll pairs and the left and right main forming roll pairs are arranged in a plane including a different pipe cross section for each roll pair, and left and right support is also provided in the same pipe cross section plane.
  • a roll pair and an upper and lower support roll pair are respectively disposed, and the raw pipe is formed using a main forming roll having the configuration of (1) to (3).
  • the forming roll of the present invention is formed into a so-called four-way roll to form a blank tube, that is, each of a pair of upper and lower main forming roll pairs and a left and right main forming roll pair. It is possible to employ a process in which the roll axis is arranged in a plane including a section of one element tube and the element tube is formed using the molding tool having the configuration of (1) to (3) described above. .
  • the method for forming a square tube according to the present invention includes various conventionally known processes according to various purposes.
  • a square tube forming apparatus includes a step of forming the above-described forming roll of the present invention into a so-called four-way roll to form a raw tube, and the main forming roll and the support roll into a so-called alternating two-way roll.
  • Each molding with a four-sided roll configuration that specifically describes the process of forming the raw pipe It is characterized by a roll forming line in which roll stands are arranged in the number of steps necessary to realize various selected process patterns.
  • a four-way roll stand composed of the forming roll of the present invention is adopted in the first and last stages of the re-forming apparatus, and a four-way roll stand composed of the main forming roll of the present invention and a support roll is interposed between these stands.
  • Various stand combinations such as single or multiple arrangements can be adopted.
  • the square tube forming apparatus according to the present invention it is possible to employ a configuration provided with a heating means that preheats a raw tube portion that becomes a corner portion of a square tube cross section before forming with the forming roll stand.
  • a molding apparatus having a plurality of stages of molding roll stands is common, and among these, preliminary molding provided for the purpose of previously rounding the raw tube and increasing the thrust is included. Stands (SZ) often exist. However, in the present invention, these do not directly contribute to the forming of the square tube, and thus are not counted in the number of forming steps of the square tube forming process in the present invention.
  • the molding method and molding apparatus employing the molding roll of the present invention, in the initial stage of the re-forming process of the square tube, straightening of the raw tube portion that becomes the shoulder adjacent to the corner of the square tube It is preceded by the tube part, and the dependence on the circumferential drawing and the local rolling of the shoulder at the final stage of the process to finish the target product shape and dimensions can be significantly reduced.
  • the problem of insufficient toughness at the corner and its adjacent parts is alleviated, the reproducibility of the curvature of the corner and the flatness of the side in the obtained square tube are improved, and indentations and the like in the final product are reduced.
  • the molding means disclosed in Patent Document 1 becomes more effective according to the present invention. That is, the configuration of the caliber curvature of the square tube forming roll of the present invention eliminates the problem of compatibility between the different tube diameters and the single caliber curvature radius in the combined use of the above-mentioned tools, and extends the entire product size range. Conventional measures such as dividing into a large number of groups and dealing with each roll set are no longer necessary, and the number of forming rolls and the number of forming steps are greatly reduced.
  • Table 1 The molding strips shown in Table 1 by the inventors according to the first and second embodiments of the present invention will be described below.
  • Table 2 shows an example in which the actual test and numerical simulation of square tube forming were performed in comparison with the case of the prior art shown in FIGS.
  • FIG. 9 shows a molding apparatus composed of only two-way rolls as described in Patent Document 1, and the surface shape of each molding roll has a single curvature.
  • Conventional (1) indicates the case of the prior art according to FIG. 8
  • Conventional (2) indicates the case of the prior art according to FIG.
  • Invention (1) is an example of the first embodiment of the present invention
  • Invention (2) is an example of the second embodiment of the present invention.
  • the possible molding range of the molding equipment includes a total of 17 types of square tube products as shown in Table 1.
  • the rotation axes of the rolls are arranged in the same plane, so that only one of the upper and lower forming roll pairs and the left and right forming roll pairs can be driven by machine interference.
  • the support roll is basically the same as a so-called two-way roll forming stand configuration in which a flat roll having a short roll peripheral surface size in contact with the raw tube is sufficient.
  • a four-way mouth stand is provided at each of the most upstream and the most downstream of the square tube re-forming process. Although it must be prepared, the number of two-way main forming roll stands is greatly reduced compared to “conventional (2)”, and the overall equipment cost and productivity can be well balanced.
  • the present invention (2) eliminates the need to use a four-sided roll stand by preheating the tube portion that becomes the corner and reducing its deformation resistance, which is more than that of the present invention (1).
  • the number of forming stands and forming rolls can be further greatly reduced, and productivity can be further increased.
  • the tube diameter required for forming a square tube product having the same dimensions is larger than that of "Conventional (1)” and “Conventional (2)", “Invention (1)” and “Invention ( In the case of ⁇ 2) '', there is not much difference between 3 mm and 6 mm of thin wall depending on the product dimensions, but 1.0 to 2.0 if the wall is thick as 12.5 mm and further thicker. % Reduction effect has been confirmed. This is because drawing and rolling phenomena with respect to the forming tube are reduced by using the forming roll and the forming method of the present invention.
  • the conventional (1) reshaping method into a square tube causes a shortage of thrust and this is an important solution.
  • the aim is to increase the thrust before the four-way roll stand for molding.
  • a two-stage four-way roll stand (SZ) is provided. Therefore, a drawing margin with a powerful SZ stand is also required.
  • the conventional (1) and the present invention (1) and There is a further difference in yield between the two.
  • the present invention is a two-way opening using a main forming roll having a novel configuration.
  • the mold forming is alternately performed in the vertical and horizontal directions, and the contact state of the base tube to the main molding roll by the support roll is controlled.
  • the degree of dependence on circumferential drawing and local rolling of the shoulder can be significantly reduced, the problem of insufficient toughness at the corner and its adjacent parts is reduced, and the curvature of the corner of the obtained square pipe is reproduced. There is an effect of improving the property and flatness of the side.
  • This invention can produce a high-quality square tube from a round tube, solves the problem of compatibility between different raw tube diameters and a single caliber radius of curvature in the combined use of rolls, and reduces the number of forming rolls and the number of forming steps.
  • the forming roll can be shared, and so-called rolling and drawing are reduced, so that the material can be used economically particularly in the case of a thick-walled pipe.
  • the present invention uses a roll forming method and apparatus disclosed in JP-A-3-12977 and JP-A-3-12976, which have a proven track record in the use of forming rolls in the production of round tubes.
  • JP-A-3-12977 and JP-A-3-12976 which have a proven track record in the use of forming rolls in the production of round tubes.
  • square tubes of various diameters are continuously manufactured from a round tube of a certain diameter range. With a single pipe mill, it is possible to selectively select various types of square tubes with different diameters and round tubes with different diameters. Can be manufactured.
  • FIG. 1 is a perspective explanatory view showing a schematic configuration of a square tube forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory front view of an example of a forming roll having an outer peripheral shape having two curvature forces according to the present invention.
  • FIG. 3 is a front view of an example of a forming roll having an outer peripheral shape having a curvature force of 3 or more according to the present invention.
  • FIG. 4A is an explanatory view showing a portion of a raw tube, and a to c and A to C show a corresponding portion of a raw tube and a square tube.
  • FIG. 4B is an explanatory view showing each part of the square tube, and a to c and A to C show the corresponding raw tube and part of the square tube.
  • FIG. 5A Main forming roll and support according to the present invention for manufacturing a square tube having a large-diameter cross section. It is explanatory drawing which looked at the raw tube cross-sectional force which shows arrangement
  • FIG. 5B is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support roll according to the present invention for producing a square tube with a large-diameter cross-sectional square.
  • FIG. 5C is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support tool according to the present invention for manufacturing a rectangular tube having a large-diameter cross-section.
  • FIG. 5D is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support tool according to the present invention for manufacturing a rectangular tube having a large-diameter cross-section.
  • FIG. 6A is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support roll according to the present invention for manufacturing a square tube having a small-diameter cross-section.
  • FIG. 6B is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support roll according to the present invention for producing a square tube having a small-diameter cross-section.
  • FIG. 6C is an explanatory view of the raw tube cross-sectional force showing the arrangement of the main forming roll and the support roll according to the present invention for manufacturing a rectangular tube having a small-diameter cross-section.
  • FIG. 6D is an explanatory view of a raw tube cross-sectional force showing an arrangement of a main forming roll and a support tool according to the present invention for manufacturing a rectangular tube having a small-diameter cross-section.
  • FIG. 7 is a perspective explanatory view showing a schematic configuration of a square tube forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional square tube forming apparatus using a forming roll having an outer peripheral shape having a single curvature force.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a schematic configuration of another conventional square tube forming apparatus using a forming roll having an outer peripheral shape having a single curvature force.
  • FIG. 10 is a front view of a forming roll having a forming surface of a conventional V-shaped recess.
  • FIG. 11 is a front view of a forming roll having an outer peripheral shape having a conventional single curvature force. Explanation of symbols

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Abstract

　この発明は、素管に対して角部と肩部となる予定部位などに過度な負担を与えることなく、円管を角管へとロール成形し、寸法・形状の高精度と内部品質に優れた角管をロールの兼用化とともに製造することを目的とし、角管の角部予定部位に隣接する素管部位（肩部予定部位）の直線化が、他の素管部位（他の辺部予定部位）に対して先行されるように主成形ロール表面の回転軸方向の曲率を構成し、例えば最上流と最下流側成形ロールスタンドに四方ロール構成のスタンド、その間に上下、左右の二方ロール構成の主成形ロールスタンドを配置し、かつ前記二方主成形ロール対との直交方向に当接だけのサポートロールを配置することで、ロール兼用化効果と設備コストとの最適なバランスを図ることができ、低コストで製造できる。

Description

明 細 書
角管のロール成形方法及び成形装置
技術分野
[0001] この発明は、丸管を角管へ再成形するための新規な成形ロールを用いた成形方法 及び装置に係り、特に形状'寸法特性に優れた高品質の角管を低コストで製造でき、 成形ロールの兼用化を達成した角管のロール成形方法及び成形装置に関する。 背景技術
[0002] 成形ロールで円断面の丸管から正方形断面または矩形断面の角管に再成形する 装置及び成形方法は、角管を製造する主な手段として数多くの構成が提案されてい る。
例えば、最も一般的な成形方法の概念を示す構成（図 8の成形ロールの配置を参 照）を説明すると、同一の素管断面内に回転軸が配置される 1対の上下成形ロール 対と 1対の左右成形ロール対力もなる所謂四方ロール成形スタンドを用いて、四方か らロールを押し当て素管外周面のほぼ全体を拘束することで、絞りを生じさせて最終 製品の角部に対応する素管部位を突出させるようにし、かつ最終製品の辺部相当部 を偏平ィ匕するという考え方であり、これを複数段階で行われるよう成形量の配分が考 慮され、円形断面形状力 正方形または矩形断面形状へと塑性変形させるものであ る。
[0003] また、四方ロール成形スタンドの 1段あたりの成形量には限度がある力 装置コスト や管理すべき成形ロール数を減じるため、通常、上記成形スタンドを素管の軸線方 向に沿って 3〜4段程度配置し、素管断面形状を逐次に変形させる。
[0004] 一方、下記特許文献 1には、角管の再成形手段に関するロール成形装置及び成 形方法が開示されている。この成形手段（図 9参照)では、従来とは異なり、各成形ス タンドでは上下又は左右のロール対のみで成形を行!、、これを交互に行うことで成形 段数はずつと多くなるが、 1段あたりの成形量を減らして成形性の向上とロールの兼 用化を図っている。各成形スタンドでは四方ロールを使用しないため、上下成形ロー ル対のロール回転軸と左右成形ロール対のロール回転軸が異なる素管断面内に配 置されている。従って、各々のロール位置調整において互いに干渉することがなぐ また、回転軸方向に単一の曲率を持つ成形ロールであっても、異なる製品寸法に対 して、その位置調整によって対応することができ、プロセスの自動化及び NC化が図り 易くなる。
[0005] なお、成形装置を簡素化する目的で、四方ロールスタンドの代わりに二方のみから V字型凹部の成形面を有する成形ロール対を複数用いて円形断面形状を塑性変形 させる装置（図 10参照)も提案されているが、製品形状対称性の問題や過大なロー ル表面周速差による製品表面傷の問題が発生しやすいため、小型製品で成形ロー ルが素管の外径に対して十分に大きい場合に限って使用されており、一般的ではな い。また、四方ロールスタンドと同じぐ異なる製品寸法に対してロールの共用性が少 ない。
特許文献 1 :特開 2000— 301233号公報
特許文献 2：特開平 5 - 212440号公報
特許文献 3：特開平 6 - 262253号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 発明者らは、従来のロール成形機構にっ 、て鋭意検討の結果、回転軸方向に対し て一定の曲率 (R)を持つ単一の円弧状の形状（図 11参照）が採用されて 、ることが 原因となって、成形後の角管における角部の曲率のバラツキや辺部の平坦度の悪ィ匕 など、寸法精度上の問題だけではなぐ角部（図 4Aの aおよび図 4Bの A部分参照） 及び角部に隣接する辺部部分 (以下、肩部とする。図 4Aの bおよび図 4Bの B部分参 照）における過度な変形のために角管製品の靭性不足を招き、同部位の破壊等が 発生しやすい問題があることを知見した。
[0007] また、発明者らは、前記特許文献 1に開示された成形手段は、確かにロールの兼用 化を図るべく開発されたものである力 各ロールにおけるロールカリバーの曲率が単 一ある!/、は直線状であるため、前述の問題は本質的に解消されな 、ことを見出した。 更に、種々の断面曲率を有する素管を、各々が単一のカリバー曲率を持つロール で成形する場合を考えると、例えば、前記ロールカリバーの曲率半径を、大きな断面 曲率半径を持つ素管の成形に使用できるように設定した場合、小さな断面曲率半径 を持つ素管にとってはロールカリバーの曲率半径が過大となる。
[0008] 従って、小さな断面曲率半径を持つ素管は、前記ロールカリバーを用いると、それ らの曲率の差から 1段あたりの成形量が大きすぎる場合は、製品の辺部にくぼみが発 生し易くなり、製品の平坦度を悪化させることとなる。
この問題を軽減、解消するためには、全製品の寸法範囲を複数の段階に分けて、 各素管寸法範囲に応じたロールカリバーをそれぞれ用意する必要がある。換言すれ ば、製品寸法範囲が広い場合は、相当多くのロールと成形段数を準備しなければな らないこととなる。その結果、設備コストが高くなり、ロール兼用化の効果が限定され てしまう。
[0009] 他方、上下成形ロール対及び左右成形ロール対を複数段設けて成形する手段が 一般的であるが、設備コストを低減するという観点から、これらの成形段数を可能な限 り低減することも強く求められる。更に、設備の保守、維持管理を容易にすることも念 頭にぉ 、た装置設計が必要となる。
[0010] この発明は、発明者らが知見した上述の問題を解消し、素管に対して角部と肩部と なる予定部位などに過度な負担を与えることなぐ円管を角管へとロール成形し、寸 法'形状の高精度と内部品質に優れた角管を、ロールの兼用化とともに低コストで製 造する角管のロール成形装置及び成形方法を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0011] 発明者らは、円断面の丸管を素管とし、前記素管の断面を含む平面内に回転軸が 配置される上下成形ロール対及び左右成形ロール対により、逐次に正方形断面また は矩形断面の角管に成形する成形方法において、前記成形ロールに、角管の角部 予定部位に隣接する素管部位 (肩部予定部位)の直線化が、他の素管部位 (他の辺 部予定部位）に対して先行されるように前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率を 構成するようにロールカリバーを設定することによって、成形プロセスの初期段階に おいて、予定の角部に隣接する肩部となる素管部位の曲げに十分なモーメントを容 易に与えることができ、上記肩部予定部位から辺部予定部位の素管部位の直線ィ匕 が有効かつ円滑に行なうことができ、その結果として予定の角部の形成が無理なく進 行するため、上記目的を達成できることを知見した。
[0012] 発明者らは、上記の新規成形ロールを用いた成形において、さらに寸法'形状の高 精度化並びに品質向上を図ることを目的に種々検討した結果、同じ素管断面に配置 される上下及び左右の成形ロール対のうち一方の成形ロール対に成形を目的とする 上述の新規な構成力 なる主成形ロールを用い、残る成形ロール対に素管への当接 を主目的とするサポートロールを用い、上下の成形ロール対の次に左右の成形ロー ル対と交互に成形 '当接方向を変えて主成形ロールで成形する成形ロール構成を創 出した。
すなわち、発明者らは、力かる主成形ロールとサポートロールの構成は、従来の四 方ロールとは全く異なり、上下の主成形ロールで成形する際に左右のサポートロール 対にて上下の主成形ロールへの素管の当接状態の制御が可能となることより、上述 の新規な構成力 なる主成形ロールによる肩部予定部位力 辺部予定部位の素管 部位への曲げモーメントの付与が確実になり、さらには、上下 (又は左右）のサポート ロール対が次段の左右 (又は上下）の主成形ロール対への素管の導入を円滑に行う ことができ、角管成形に際して周方向の絞りや肩部の局部圧延が顕著に軽減される ことを知見し、この発明を完成した。
[0013] すなわち、この発明は、円断面の丸管を素管とし、前記素管の断面を含む平面内 に回転軸が配置される上下成形ロール対及び左右成形ロール対により、逐次に正方 形断面又は矩形断面の角管に成形する成形方法、成形装置において、
同じ素管断面に配置される上下及び左右の成形ロール対のうち一方の成形ロール 対に成形を目的とする主成形ロールを用い、残る成形ロール対に素管への当接を主 目的とするサポートロールを用い、
主成形ロールを用いる一対の前記上下成形ロール対と一対の前記左右成形ロール 対の各ロール回転軸が、当該ロール対ごとに異なる素管断面を含む平面内に配置さ れ、
素管の通過方向に主成形ロールによる上下成形ロール対と左右成形ロール対が交 互に前記素管を成形することを特徴とする角管の成形方法、成形装置である。
[0014] この発明において、主成形ロールには、 ( 1)角管の角部に隣接する肩部となる素管部位の直線化が、角管辺部の他の部分と なる素管部位より先行されるように前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率を構成 した成形ロール、
(2)成形ロール表面の回転軸方向の曲率のうち、前記角管の角部に隣接する肩部と なる素管部位を拘束する曲率が、前記角管断面の辺部中央となる素管部位を拘束 する曲率よりも小さ 、構成の成形ロール、
(3)成形ロール表面の回転軸方向の曲率が、前記角管断面の辺部中央となる素管 部位を拘束する位置力もその両外側に向かって連続または段階的に小さくなる構成 の成形ロール、を用いることを特徴とする。
[0015] この発明の本質は、ロールカリバーの構成にあり、角管の角部予定部位に隣接する 素管部位 (肩部予定部位)の直線化が、他の素管部位 (他の辺部予定部位）に対し て先行されるように前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率を構成する、前記（1) 〜（3)の構成のロールカリバーである。
この構成の表現を換言すると、この主成形ロールは、当該成形ロール表面の回転 軸方向の曲率のうち、前記角管断面の肩部となる素管部位を拘束する曲率が、前記 角管断面の辺部中央となる素管部位を拘束する曲率よりも小さいことを特徴とする。 もちろん、この表現に力かる構成により得られる作用効果は、前記表現にかかる構成 の成形ロールと全く同様である。
[0016] また、この発明において、前記主成形ロール表面の回転軸方向の曲率は、前記辺 部中央となる素管部位を拘束する位置力 その両外側に向かって連続または段階 的に小さくなるものであってもよい。成形ロールの周面形状において、単に曲率を 2 段階に分割するのではなぐ多段階的にあるいは連続的に曲率を変化させるように 選定することにより、異なる製品サイズの成形にロールを兼用しても常に肩部となる素 管部位の直線ィ匕を他の部位より先行させることができる。
発明の効果
[0017] この発明による主成形ロールの構成を採ることにより、成形プロセスの初期段階に おいて、予定の角部に隣接する肩部となる素管部位の曲げに十分なモーメントを容 易に与えることができ、上記肩部予定部位から辺部予定部位の素管部位の直線ィ匕 が有効かつ円滑に行なうことができ、その結果として予定の角部の形成が無理なく進 行する。従って、角管成形に際して周方向の絞りや肩部の局部圧延が顕著に軽減さ れるため、得られた製品における角部の曲率の再現性や辺部の平坦度の向上が図 れると共に、最終製品における残留応力や加工硬化の低減はもちろん、圧痕傷等の 発生も低減される。
[0018] この発明によると、所謂四方ロール構成の成形ロールスタンドにおいて、上下及び 左右の成形ロール対のうち一方の成形ロール対に成形を目的とする上述の新規な 構成力 なる主成形ロールを用い、残る成形ロール対に素管への当接を主目的とす るサポートロールを用いることで、主成形ロールへの素管の当接状態の制御が可能と なることより、上述の新規な構成力 なる主成形ロールによる素管部位への曲げモー メントの付与が確実になり、さらには上下（又は左右）のサポートロール対が次段の左 右 (又は上下）の主成形ロール対への素管の導入を円滑に行うことができ、次段での 成形性が向上し、主成形ロールによる本来の機構である、角管成形に際して周方向 の絞りや肩部の局部圧延が軽減される作用効果がより顕著に現れる。
従って、ライン全体での成形抵抗の減少が可能で、推力制御性の向上とともに成形 ライン速度が安定し、溶接を行う場合は溶接品質が安定する。さら〖こは、へん平度の 高い口径の角管の成形が容易となるほか、従来は成形時に圧延が発生しやすく大き な絞りを施すことが必要となるような厚肉の素管について、角管へのロール成形を施 した際の材料歩留りを大きく向上させることが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、図面に基づいてこの発明を説明する。発明者らは、従来のいずれの成形装 置を含め、従来の角管成形装置は、ロールカリバーと呼ばれる成形ロールの周面形 状をなす部分には、図 11に示すような回転軸方向に対して一定の曲率 (R)を持つ 単一の円弧状の形状が採用されて 、ることに着目した。
[0020] すなわち、このような従来の成形ロールを使用すると、成形プロセスの各段階にお いて角管の辺部の各部位となる素管部分の直線ィ匕は同じペースで逐次に行なわれ ることになるが、角部（図 4Aの aおよび図 4Bの A部分）と辺部の仕上げが行なわれる プロセスの最終段階では、角部に隣接する辺部部分（図 4Aの bおよび図 4Bの B部 分）においては、辺部の中央部分（図 4Aにおける c及び図 4Bの C部分）に比べて直 線ィ匕に必要な曲げモーメントを充分得られないため、周方向の絞りや肩部の局部圧 延を引き起こして目的の最終形状、とりわけ角部とその近傍の必要な寸法を得ていた
[0021] 発明者らは、力かるロール成形機構において、成形後の角管における角部の曲率 のバラツキや辺部の平坦度の悪ィ匕など、寸法精度上の問題だけではなぐ角部及び 肩部における過度な変形のために角管製品の靭性不足を招き、同部位の破壊等が 発生しやすい問題があることを知見した。
[0022] この問題を解決するため、この発明では、成形ロールにおいて、角管の角部予定 部位に隣接する素管部位 (肩部予定部位)の直線化が、他の素管部位 (他の辺部予 定部位）に対して先行されるように前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率を構成 することを特徴とする。
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、図中同一ま たは相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[0023] 第 1の実施形態
図 1は、本発明の角管成形装置の第 1の実施形態の斜視図である。本実施形態に おける角管成形装置は、 10段の成形ロール対力も構成されている。その中で、最初 に素管の成形を行う最上流側の成形ロールスタンド 10と、最後に成形を行う最下流 側の成形ロールスタンド 30は、上下成形ロール対及び左右成形ロール対の各ロー ル回転軸がひとつの素管断面を含む平面内にあるように配置されている所謂従来構 成の四方ロール構成のスタンドである。この最上流側と最下流側の成形ロールスタン ド 10, 30を除く成形ロールスタンド 20は、図 1では主成形ロールのみを図示している
[0024] すなわち、前記最上流側成形ロールスタンド 10と最下流側成形ロールスタンド 30と の間に配置された成形ロールスタンド 20は、 4段力もなる上下主成形ロール対 21a乃 至 24aと、 4段力もなる左右主成形ロール対 21b乃至 24bから構成されており、これら の成形ロールスタンド 20の各スタンドのロール回転軸はロール対ごとに異なる素管断 面を含む平面内に配置されている。また、上下主成形ロール対 21a乃至 24aと左右 主成形ロール対 21b乃至 24bとが所定の間隔で交互に配置されている。尚、図示し ないが、各主成形ロールは、公知の駆動装置により駆動する。
[0025] そして、これらの成形ロールスタンド 20には、図 5Aに示すように、上下主成形ロー ル対 21aの回転軸がある素管の断面を含む平面内に、素管への当接を主目的とす る左右サポートロール対 21cの回転軸が配置され、図 5Bに示すように、次段の左右 主成形ロール対 21bの回転軸がある素管の断面を含む平面内に、素管への当接を 主目的とする上下サポートロール対 21dの回転軸が配置され、図示しないが残る 3段 力もなる上下主成形ロール対 22a乃至 24aと、 3段力もなる左右主成形ロール対 22b 乃至 24bの成形ロールスタンドにも、同様に上述の左右サポートロール対と上下サポ 一トロール対がそれぞれ配置される。
なお、図 5A、図 5Bは、断面正方形、例えば実施例の 260 X 260mmの場合であり 、図 5C、図 5Dは、矩形断面、例えば実施例の 300 X 220mmの場合であり、いずれ も同じ外径の素管を使用する例を示している。
[0026] そして、前記全ての主成形ロールは、該ロールによる肩部となる素管部位の直線ィ匕 が他の素管部位より先行されるように該ロール表面の回転軸方向の曲率が構成され ている。例えば、図 2に示すように、前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率のうち 、前記角管の角部に隣接する肩部となる素管部位を拘束する曲率が、前記角管断 面の辺部中央となる素管部位を拘束する曲率よりも小さ 、。
[0027] 成形ロールについて、更に好ましい態様としては、図 3に示すような前記成形ロー ル表面の回転軸方向の曲率が、前記角管断面の辺部中央となる素管部位を拘束す る位置力 その両外側に向力つて連続または段階的に小さくなる成形ロールを使用 することができる。図中の曲率半径 R、 R……、 Rは、成形する素管の外径範囲や
1 2 n
素管の材質等により適宜選定される。
[0028] 尚、最上流側と最下流側の成形ロールスタンド 10, 30における素管の四方を同時 に拘束する計 8個の成形ロールは、製品辺部寸法の変化に従って交換する必要が あるが、 8段の二方の主成形ロール（21a乃至 24a及び 21b乃至 24b)は、所定の口 径範囲において全て兼用ロールである。これは、各主成形ロールの表面形状が複数 の曲率力も構成されているからである。例えば、素管外径が小さい場合は、平均的に 曲率半径の小さなロール中央付近のカリバー部分が使用されるため、辺部の成形量 が過大となってくぼみが発生するようなことがなくなる。
[0029] 上述の上下又は左右サポートロール対のサポートロールは、例えば上下主成形口 ール対によるロール成形時に素管が左右方向に膨らむのを抑制するとともに主成形 ロールへの素管の当接状態を制御するため、左右方向より素管に当接するものであ つて、ロールカリバーも必要最小限の短い寸法でよぐ当接を主目的とするために主 成形ロールが兼用する口径範囲において同様に兼用することができる。また、図 6A 〜図 6Dに示すように対象とする素管の口径が小径あるいは小径かつへん平であつ ても同様に配置することが可能である。すなわち、図 6A、図 6Bは、断面正方形、例 えば 100 X 100mmの場合であり、図 6C、図 6Dは、矩形断面、例えば 150 X 50m mの場合であり、 V、ずれも同じ外径の素管を使用する例を示して 、る。
[0030] 第 2の実施形態
図 7は、本発明の角管成形装置の第 2の実施形態の斜視図を示すものである。本 実施形態における角管成形装置は、 8段の成形ロールスタンドから構成されている。 前記 8段の主成形ロール対は、 4段力 なる上下主成形ロール対 21a乃至 24aと、同 じく 4段力もなる左右主成形ロール対 21b乃至 24bから構成されている。そして、上下 主成形ロール対と左右主成形ロール対とが所定の間隔で交互に配置されて 、る。ま た、 8段の各成形ロールスタンドには、図 5に示す同様に上述の左右サポートロール 対と上下サポートロール対がそれぞれ配置される力 図 7には図示しない。
[0031] 尚、前記全ての成形ロールは、第 1の実施形態と同様のものを使用している。例え ば、図 2または図 3で示される成形ロールが好適である。更に、本実施形態では、各 成形ロール対よりも上流側に、最終的に角管断面の角部となる素管部位を加熱する 加熱装置 40を備えている。
[0032] すなわち、角管断面の角部となる素管部位を加熱したのち、第 1の実施形態と同様 の構成を有する上下二方の主成形ロールのロールスタンド及び左右二方の主成形口 ールのロールスタンドにより角管を成形するものである。加熱装置 40には、様々なカロ 熱手段が考えられるが、制御装置により温度管理がなされ、素管材質の変形抵抗値 が著しく低下する温度範囲を材質ごとに適宜選定して加熱できるものが望ましい。例 えば、本実施形態は、中周波誘導加熱装置を用いる。この種の加熱装置は、製品の 肉厚'角部の断面積及び成形速度に応じて周波数や入力電流値を適宜選定するこ とによって加熱温度管理を行なうことができる。
[0033] 本実施形態に示すように、角管再成形プロセスの前に角部となる素管部位を加熱 することにより、兼用二方ロールによる成形の確実性が大幅に改善されるため、ロー ル交換が必要な四方ロールスタンドの数を減らすか完全に無くすことが可能であり、 ロール兼用化の効果が一層高くなる。
[0034] 他の実施態様
上述の実施形態の角管の成形方法は、成形ロールを所謂四方ロールに構成して 素管を成形する工程、前記の本発明の主成形ロールを所謂交互二方ロールに構成 して素管を成形する工程、すなわち上下主成形ロール対と左右主成形ロール対の各 ロール回転軸がロール対ごとに異なる素管断面を含む平面内に配置され、また同じ 素管断面の平面内にも左右サポートロール対と上下サポートロール対をそれぞれ配 置し、かつ（1)〜（3)の構成の主成形ロールを用いて前記素管を成形する工程、とを 含むことを特徴とする。
[0035] この発明では、必要に応じて前記成形工程を種々の組み合せた工程パターンで角 管を成形する方法を採用することができる。例えば、成形プロセスの初段と終段に本 発明の成形ロールを所謂四方ロールに構成して素管を成形する四方ロール工程、 すなわち各 1対の上下主成形ロール対と左右主成形ロール対の各ロール回転軸が 一つの素管断面を含む平面内に配置され、かつ前述した（1)〜（3)の構成の成形口 ールを用いて前記素管を成形する工程を採用することができる。
[0036] また、本発明による角管の成形方法は、様々な目的に応じて従来公知の種々工程
(公知の種々成形ロールスタンド）と組み合せて前記四方ロール工程と交互二方ロー ル工程を採用したり、上述した本発明の工程パターン中に公知の工程 (装置）を入れ るなど、種々の工程の組合せを採用できる。
[0037] この発明による角管成形装置は、上述した本発明の成形ロールを所謂四方ロール に構成して素管を成形する工程と、該主成形ロールとサポートロールを所謂交互二 方ロールに構成して素管を成形する工程とを具体ィ匕した、四方ロール構成の各成形 ロールスタンドを、選定した種々の工程パターンを実現すべく必要な段数で配置した ロール成形ラインを特徴とする。
[0038] 例えば、再成形装置の初段と終段に本発明の成形ロールで構成した四方ロールス タンドを採用し、これらのスタンド間に本発明の主成形ロールとサポートロールで構成 した四方ロールスタンドを単数又は複数配置する装置構成等、種々のスタンド組合 せを採用できる。また、本発明による角管成形装置において、前記成形ロールスタン ドによる成形前に、角管断面の角部となる素管部位を予め加熱する加熱手段を備え た構成を採用することができる。
[0039] なお、複数段の成形ロールスタンドを備える成形装置が一般的であり、その中には 、事前に素管の真円化を図ると共に推力を増強する目的で設けられた予備的な成形 スタンド（SZ)も存在することが多い。しかし、本発明において、これらは直接的には 角管の成形に寄与するものではないため、本発明における角管成形プロセスの成形 段数には数えない。
[0040] 本発明の成形ロールを採る成形方法、成形装置によると、角管の再成形プロセスの 初期段階で、角管の角部に隣接する肩部となる素管部位の直線化が他の素管部位 より先行され、目的の製品形状 ·寸法を仕上げるためのプロセス最終段階での周方 向の絞りや肩部の局部圧延への依存度を顕著に低減することができる。その結果、 角部及びその隣接部位に靭性不足の問題が軽減され、得られた角管における角部 の曲率の再現性や辺部の平坦度が向上し、最終製品における圧痕等が低減される
[0041] 上記効果以外に、本発明により前記特許文献 1に開示された成形手段がより有効と なる。すなわち、本発明の角管成形ロールのカリバー曲率の構成により、前記した口 ール兼用化における異なる素管径と単一のカリバー曲率半径との適合性の問題が 解消され、全製品寸法範囲を多数のグループに分けてそれぞれのロール組で対応 するような従来の対策が必要でなくなり、成形ロールの数と成形段数が大幅に削減さ れる。
実施例
[0042] 以下に、発明者らが本発明の第 1および第 2の実施形態により、表 1に示す成形条 件について、角管成形の実機テストと数値シミュレーションを行った実施例を、図 8及 び図 9に示す前述の従来技術の場合と比較して表 2に示す。
尚、図 9は、前記特許文献 1に記載した、二方ロールのみで構成された成形装置で あって、個々の成形ロールの表面形状は単一の曲率を有するものである。また、表中 の「従来（1)」は図 8に係る従来技術の場合、「従来（2)」は図 9に係る従来技術の場 合を示す。そして、「本発明（1)」は本発明の第 1の実施形態の一例であり、「本発明 (2)」は本発明の第 2の実施形態の一例である。
[0043] 成形装置の可能な成形範囲は、表 1に示した通りの計 17種類の角管製品が含まれ ている。四方ロール成形スタンドでは、各ロールの回転軸が同一の平面内に配置さ れるため、機械の干渉により上下成形ロール対と左右成形ロール対のいずれかしか 駆動することができない。
一般に、上下ロール対のみ駆動の成形スタンドが殆どであり、これらのスタンドだけ では安定した成形速度を確保するための推力を得ることは困難である。そのため、通 常、四方ロールスタンドからなる従来の角管成形装置 (表 2における「従来（1)」）の上 流側に、推力増強を目的とする 2段の四方ロールスタンド (SZ)が設けられ、また、こ れらのスタンドには、素管の寸法の種類に応じた数のロールを用意しなければならな い。
[0044] 一方、二方ロールに主成形ロールを配置するロールスタンドの場合は、前記機械 干渉の問題が存在せず、上下主成形ロール対と左右主成形ロール対の駆動が共に 可能となり、充分な推力を得られる。その結果、従来のように他の推力増強を目的と する四方ロールスタンド（SZ)を設ける必要がな!、。
また、サポートロールは、素管に接触するロール周面寸法が短いへん平なロールで 良ぐ基本的に所謂二方ロール成形スタンド構成と同等である。
[0045] 表 2に示すように、「従来（1)」の場合は、表 1の外径違いの製品範囲に対応するに は多くの成形ロールが必要で、多大なコストとなる。そのうえ、ロール交換作業の負担 が大きぐ生産性に劣る。
また、「従来（2)」の場合は、完全なロール兼用化を可能にし、必要な成形ロールの 数を大幅に減らすことができるが、表 1の製品範囲をカバーするには、数多くの成形 段数が必要なため、ロール位置制御システムを含む設備のコストとメンテが大きな負 担となる。
[0046] 一方、「本発明（1)」は、角管再成形プロセスの最上流と最下流にそれぞれ四方口 ールスタンドを設けることにより、これらの成形スタンドには、製品寸法毎に専用ロー ルを用意しなければならないが、「従来（2)」に比べて二方主成形ロールスタンドの数 が大幅に縮小され、全体としての設備コストと生産性のバランスがよく取れる。
また、「本発明（2)」は、角部となる素管部位を予め加熱しその変形抵抗を低減する ことにより、四方ロールスタンドを使用する必要がなくなり、「本発明（1)」よりも、成形 スタンドと成形ロールの数を更に大幅に減らすことが可能で、生産性を一層高めるこ とがでさる。
[0047] 更に、同じ寸法の角管製品の成形に必要な素管径は、「従来（1)」と「従来（2)」に 比べて、「本発明（1)」と「本発明（2)」の場合は、製品寸法によって薄肉の 3mm〜6 mmでは差があまりないが、 12. 5mmのごとく厚肉の場合、さらにこれ以上の厚肉の 場合は、 1. 0〜2. 0%の減少効果が確認されている。これは、本発明の成形ロール と成形方法を用いることによって成形中素管に対する絞りと圧延現象が軽減されるか らである。
また、従来（1)の角管への再成形法では推力不足が生じやすぐこれが重要な解 決課題であり、前述のごとく成形のための四方ロールスタンド部の手前に推力増強を 目的とする 2段の四方ロールスタンド（SZ)が設けられるのが一般的であり、そのため 、力かる SZスタンドでの絞り代も必要となっており、この場合は従来（1)と本発明（1) との間にはさらに歩留まりに差が生じる。
[0048] [表 1] K j
m *¾ffl t
H (υω n=2 t
a
一
一
ί —^ ^一/t ί
[0049] [表 2]
Figure imgf000016_0001
[0050] 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施す るための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることな ぐその趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施するこ とが可能である。
産業上の利用可能性
[0051] この発明は、実施例に明らかなように、新規な構成の主成形ロールを用いた二方口 ール成形を上下方向、左右方向と交互に施し、かつサポートロールによる素管の主 成形ロールへの当接状態を制御することで、目的の製品形状 ·寸法を仕上げるため のプロセス最終段階での周方向の絞りや肩部の局部圧延への依存度を顕著に低減 することができ、角部及びその隣接部位に靭性不足の問題が軽減され、得られた角 管における角部の曲率の再現性や辺部の平坦度が向上する効果がある。
この発明は、丸管から高品質の角管を製造できると共に、ロール兼用化における異 なる素管径と単一のカリバー曲率半径との適合性の問題が解消され、成形ロールの 数と成形段数が大幅に削減されて成形ロールの兼用化が達成でき、且つ所謂圧延 、絞りが低減されて厚肉管の場合は特に材料の経済的な利用が可能となる。
この発明は、素管の丸管の製造に、成形ロールの兼用化に実績がある特開平 3- 1 2977号及び特開平 3- 12976号に開示されたロール成形法とその装置を用いた場 合、その成形ラインの終段階のサイジング工程の後に、この発明の角管への成形ライ ンを接続することで、ある口径範囲の丸管から連続的に種々口径の角管を連続的に 製造することが可能となり、 1つの造管ミル装置によって、ある口径範囲の丸管あるい はそれを素管とする種々口径の角管と、丸管と角管の口径違いの多品種を選択的に 製造できる。
図面の簡単な説明
[図 1]本発明の第 1の実施形態に係る角管成形装置の概略構成を示す斜視説明図 である。
[図 2]本発明の 2つの曲率力 なる外周形状を有する成形ロールの一例の正面説明 図である。
[図 3]本発明の 3以上の曲率力 なる外周形状を有する成形ロールの一例の正面説 明図である。
[図 4A]図 4Aは、素管の部位を示す説明図であり、 a〜cと A〜Cは対応する素管と角 管の部位を示す。
[図 4B]図 4Bは角管の各部位を示す説明図であり、 a〜cと A〜Cは対応する素管と角 管の部位を示す。
[図 5A]大径の断面正方形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート ロールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 5B]大径の断面正方形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート ロールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 5C]大径の断面矩形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート口 ールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 5D]大径の断面矩形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート口 ールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 6A]小径の断面正方形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート ロールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 6B]小径の断面正方形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート ロールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 6C]小径の断面矩形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート口 ールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 6D]小径の断面矩形の角管を製造するこの発明による主成形ロールとサポート口 ールの配置を示す素管断面力 見た説明図である。
[図 7]本発明の第 2の実施形態に係る角管成形装置の概略構成を示す斜視説明図 である。
[図 8]従来の単一曲率力 なる外周形状を有する成形ロールによる角管成形装置の 概略構成を示す斜視図である。
[図 9]従来の単一曲率力 なる外周形状を有する成形ロールによる別の角管成形装 置の概略構成を示す斜視図である。
[図 10]従来の V字型凹部の成形面を有する成形ロールの正面図である。
[図 11]従来の単一曲率力 なる外周形状を有する成形ロールの正面図である。 符号の説明
10, 20, 30 成形ロールスタンド
21a, 22a, 23a, 24a 二方拘束成形ロールの上下方向の主成形ロール
21b, 22b, 23b, 24b 二方拘束成开ローノレの左右方向の主成开ローノレ
21c, 22d サポートローノレ 加熱装置

Claims

請求の範囲
[1] 円断面の丸管を素管とし、前記素管の断面を含む平面内に回転軸が配置される上 下成形ロール対及び左右成形ロール対により、逐次に正方形断面又は矩形断面の 角管に成形する成形方法において、同じ素管断面に配置される上下及び左右の成 形ロール対のうち一方の成形ロール対に成形を目的とする主成形ロールを用い、残 る成形ロール対に素管への当接を主目的とするサポートロールを用い、主成形ロー ルを用いる一対の前記上下成形ロール対と一対の前記左右成形ロール対の各ロー ル回転軸が、当該ロール対ごとに異なる素管断面を含む平面内に配置され、素管の 通過方向に主成形ロールによる上下成形ロール対と左右成形ロール対が交互に前 記素管を成形する角管の成形方法。
[2] 最初の主成形ロールによる成形前に角管断面の角部となる素管部位を加熱した後 に前記素管を成形する請求項 1に記載の角管の成形方法。
[3] 主成形ロールが、角管の角部予定部位に隣接する素管部位の直線化が、他の素管 部位に対して先行されるように前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率を構成する 成形ロールである請求項 1に記載の角管の成形方法。
[4] 主成形ロール力 前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率のうち、前記角管の角 部予定部位に隣接する素管部位を拘束する曲率が、前記角管断面の辺部中央とな る素管部位を拘束する曲率よりも小さ 、成形ロールである請求項 1に記載の角管の 成形方法。
[5] 主成形ロールが、前記成形ロール表面の回転軸方向の曲率が、前記角管断面の辺 部中央となる素管部位を拘束する位置力 その両外側に向かって連続または段階 的に小さくなる成形ロールである請求項 1に記載の角管の成形方法。
[6] 円断面の丸管を素管とし、前記素管の断面を含む平面内に回転軸が配置される上 下成形ロール対及び左右成形ロール対が逐次に正方形断面または矩形断面の角 管に成形する装置であって、前記上下成形ロール対及び前記左右成形ロール対を 複数段配置し、同じ素管断面に配置される上下及び左右の成形ロール対のうち一方 の成形ロール対に成形を目的とする主成形ロールを配置し、残る成形ロール対に素 管への当接を主目的とするサポートロールを配置し、少なくとも一段の上下成形ロー ル対及び左右成形ロール対の各ロール回転軸がロール対ごとに異なる素管断面を 含む平面内に配置し、かつ前記主成形ロール対が請求項 3から請求項 5のいずれか に記載の成形ロールで構成されている角管成形装置。
最初の主成形ロールによる成形前に角管断面の角部となる素管部位を加熱する加 熱手段を備えた請求項 6に記載の角管成形装置。
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