WO2009122620A1 - 継目無金属管の製造方法及びそれに用いられるポンチ - Google Patents

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WO2009122620A1
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hole
billet
punch
rear end
seamless metal
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一宗 下田
富夫 山川
幸治 村松
祐二 井上
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住友金属工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B23/00Tube-rolling not restricted to methods provided for in only one of groups B21B17/00, B21B19/00, B21B21/00, e.g. combined processes planetary tube rolling, auxiliary arrangements, e.g. lubricating, special tube blanks, continuous casting combined with tube rolling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/10Piercing billets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B19/00Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/04Rolling basic material of solid, i.e. non-hollow, structure; Piercing, e.g. rotary piercing mills

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a seamless metal pipe and a punch used therefor, and more particularly, to a method for manufacturing a seamless metal pipe using a perforator and a punch used therefor.
  • One method of manufacturing steel pipes is to manufacture seamless metal pipes using a drilling machine.
  • the perforating machine includes a plurality of inclined rolls arranged at equal intervals around the pass line, and a plug disposed on the pass line between the plurality of inclined rolls.
  • the manufacturing method of the seamless metal pipe using a punching machine is as follows. First, a heated round billet is prepared and placed on the pass line. A round billet is pushed between a plurality of inclined rolls using a pusher arranged in front of the drilling machine. When a round billet is bitten by a plurality of inclined rolls, the round billet is pierced and rolled by an inclined roll and a plug while rotating in a spiral shape to form a hollow shell.
  • the plug drills a round billet. It is pierced.
  • the pierced steel part becomes a burr and remains on the inner surface or end of the hollow shell.
  • ⁇ Burr causes internal flaws to occur in the hollow shell during the rolling process such as an elongator or sizing mill performed after piercing and rolling.
  • JP-A-7-214113 a round billet in which one or ten grooves are formed on the rear end face is pierced and rolled. According to this document, since one or ten grooves are formed on the rear end face, there is no surplus in the center area of the end face or there is little surplus, so that the generation of burrs can be suppressed.
  • burrs may still occur.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing a seamless metal pipe capable of suppressing the occurrence of burrs at the rear end of a hollow shell after piercing and rolling.
  • the method for producing a seamless metal pipe according to the present invention uses a perforator equipped with a plurality of inclined rolls and a plug disposed between the plurality of inclined rolls.
  • the method for manufacturing a seamless metal pipe according to the present invention includes a step of preparing a billet, and a step of forming a hole having a predetermined depth in the axial direction of the billet and having a groove on the inner surface at the center of the rear end of the billet. And a step of piercing and rolling the billet in which the hole is formed from the tip by a piercing machine.
  • a groove is formed on the inner surface of the hole.
  • the inner surface of the hole includes a side surface and a bottom surface.
  • the groove of the hole is formed on the side surface of the hole and extends in the depth direction of the hole.
  • the steel portion on the bottom surface of the hole pierced by the plug can form a protrusion that becomes the starting point of the burr.
  • the projecting portion moves toward the billet rear end face as the plug advances, the projecting portion is absorbed by the groove extending in the longitudinal direction of the hole. Therefore, generation
  • the groove is formed on the bottom surface of the hole.
  • the step of forming the hole includes a step of preparing a punch including a columnar portion and a convex portion formed on a surface of the columnar portion and extending in a longitudinal direction of the columnar portion, and a punch at a central portion of the rear end of the billet. And pressing.
  • the hole having the above-mentioned groove can be easily formed by a punch.
  • the outer diameter of the columnar portion gradually increases from the front end to the rear end of the columnar portion.
  • the punch has a tapered shape. Therefore, it is easy to pull out the punch after pushing the punch into the center of the rear end of the billet.
  • the step of pushing in the punch is a step of attaching the punch to the tip of the push rod of the pusher which is disposed in front of the drilling machine and includes a push rod for pushing the billet and a drive device for moving the push rod forward. And a step of pushing the punch into the center of the rear end of the billet by the pusher, and the step of piercing and rolling causes the billet that has been pushed into the punch to advance by the pusher so that the billet is engaged with the plurality of inclined rolls.
  • the above-mentioned grooved hole can be formed by the pusher, and the billet can be bitten by a plurality of inclined rolls.
  • the punch according to the present invention is used in the above-described method for producing a seamless metal pipe.
  • FIG. 2 is a front view of a punch for forming the hole shown in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a side view of the punch shown in FIG. 4.
  • FIG. 5 is a side view of the punch shown in FIG. 4.
  • FIG. 20 is a side view of the punch shown in FIG. 19. It is a schematic diagram for demonstrating the formation method of the hole using the punch shown in FIG. It is a side view of the punch of a shape different from FIG.
  • a round billet as shown in FIGS. 1 to 3 is prepared and pierced and rolled using the prepared round billet.
  • a hole 30 is formed in the central portion of the rear end surface 20 of the round billet 10.
  • the hole 30 has a predetermined depth from the rear end surface 20.
  • the hole 30 further has a plurality of grooves 31 on the side surface. Each groove 31 extends in the depth direction of the hole.
  • the grooves 31 are arranged at equal intervals around the axis of the round billet 10.
  • the hole 30 is formed by the following method.
  • a punch as shown in FIGS. 4 and 5 is prepared.
  • the punch 100 includes a columnar portion 101 and four convex portions 102 formed on the surface of the columnar portion 101.
  • the cross-sectional shape of the columnar part 101 is a circle.
  • the front end surface of the columnar portion 101 is rounded. Note that the tip surface of the columnar portion 101 may be flat.
  • the rear end of the columnar portion 101 is fixed to the bottom surface of the columnar base 103.
  • a fixing jig 104 is formed on the other bottom surface of the base 103.
  • the fixing jig 104 is a male screw, for example.
  • the convex part 102 is formed on the surface of the columnar part 101. Each convex portion 102 extends in the axial direction of the columnar portion 101. And each convex part 102 is arrange
  • the method for forming the hole 30 using the punch 100 described above is as follows. After extracting the round billet 10 from the heating furnace, the round billet 10 is restrained by a clamp die 400 shown in FIG.
  • the clamp die 400 includes dies 401 and 402 having a circular hole shape, and a driving device 403 that moves the die 401 up and down.
  • a hole 30 is formed by pushing the punch 100 attached to the tip of a hydraulic cylinder (not shown) into the center of the rear end face 20 of the constrained round billet 10.
  • a female screw corresponding to the fixing jig 104 is formed on the tip surface of the hydraulic cylinder, and the punch 100 is attached to the tip of the hydraulic cylinder by screwing.
  • the hole 30 is formed by the above method, but the hole 30 can also be formed by other methods.
  • the hole 30 having the groove 31 may be formed by melting the central portion of the rear end face of the round billet 10 with a plasma gas or the like.
  • the columnar portion 101 has a columnar shape, but the outer diameter of the columnar portion 101 may gradually increase from the front end to the rear end of the columnar portion 101. In this case, the punch 100 pushed into the rear end of the round billet 10 can be easily removed.
  • the round billet 10 is pierced and rolled using a piercing machine.
  • the punching machine 200 includes two cone-type inclined rolls (hereinafter simply referred to as inclined rolls) 1, a plug 2, and a cored bar 3.
  • the two inclined rolls 1 are arranged to face each other across the pass line PL.
  • Each inclined roll 1 has an inclination angle ⁇ and a crossing angle ⁇ with respect to the pass line PL.
  • the plug 2 is disposed between the two inclined rolls 1 and on the pass line PL.
  • the cored bar 3 is disposed along a path line PL on the exit side of the drilling machine 200, and the tip thereof is connected to the rear end of the plug 2.
  • the pusher 4 is arranged along the pass line PL in front of the entrance side of the drilling machine 200.
  • the pusher 4 includes a cylinder body 41, a cylinder shaft 42, a connection member 43, and a billet push rod 44.
  • the billet push rod 44 is connected to the cylinder shaft 42 by the connecting member 43 so as to be rotatable in the circumferential direction.
  • the connection member 43 includes a bearing for allowing the billet push rod 44 to rotate in the circumferential direction.
  • the cylinder body 41 as a drive device is hydraulic or electric and moves the cylinder shaft 42 forward and backward.
  • the pusher 4 brings the front end surface of the billet push rod 44 into contact with the rear end surface 20 of the round billet 10 and advances the cylinder shaft 42 and the billet push rod 44 by the cylinder body 41 to push the round billet 10 from the rear.
  • An entrance guide 7 is disposed on the pass line PL between the pusher 4 and the inclined roll 1.
  • the entrance guide 7 prevents the round billet 10 from being displaced from the pass line PL while the round billet 10 is pushed forward by the pusher 4.
  • the round billet 10 having the holes 30 is arranged on the pass line PL between the inclined roll 1 and the pusher 4. At this time, the rear end surface 20 of the round billet 10 faces the pusher 4, and the front end surface of the round billet 10 faces the plug 2.
  • Pusher 4 pushes round billet 10 along path line PL and pushes between two inclined rolls 1.
  • the round billet 10 is bitten by the two inclined rolls 1.
  • the round billet 10 advances while being rotated spirally by the inclined roll 1, and the plug 2 is pushed into the shaft center.
  • the plug 2 and the inclined roll 1 pierce and roll the round billet 10.
  • the hole 70 is formed by removing in advance the central portion of the rear end that may become a surplus wall (the amount of billet wall protruding by plug drilling).
  • the steel portion in the vicinity of the bottom surface of the hole 70 is torn to form the protrusion 71. Since the inner surface of the hole 70 is a smooth surface without a groove, once the protrusion 71 is generated, the protrusion 71 grows as the plug 2 advances. As a result, as shown in FIG. 11, burrs 72 are generated at the rear end of the hollow shell after piercing and rolling.
  • a groove 31 is formed on the side surface of the hole 30.
  • the steel portion that is broken through the tip of the plug 2 tends to form a protrusion, as in FIG.
  • the groove 31 is formed on the side surface of the hole 30, as the plug 2 advances, the steel portion where the protrusion is to be formed is absorbed by the groove 31. Since the groove 31 absorbs the steel portion where the protrusion is to be formed, burrs are unlikely to occur at the rear end of the billet 10 after piercing and rolling.
  • the outer diameter of the round billet 10 is Db (mm)
  • the depth of the hole 30 is Hd (mm)
  • the diameter of the hole 30 is Hw (mm)
  • the width of the groove 31 is Gw (mm)
  • the depth of the groove 31 is Gd.
  • the following formulas (1) to (4) are preferably satisfied.
  • grooves 31 are formed in the hole 30, but the number of grooves may be one or more.
  • a hole 35 having two grooves 31 facing each other may be formed in the round billet 10.
  • the hole 30 has a cylindrical shape
  • the shape of the hole 30 may be a truncated cone shape or a conical shape whose inner diameter gradually decreases from the opening of the hole 30 toward the bottom surface of the hole 30.
  • the bottom surface of the hole 30 may be concavely rounded.
  • the hole 50 shown in FIGS. 14 to 16 is formed in the round billet 10.
  • the hole 50 is formed at the center of the rear end face 20.
  • the hole 50 has a predetermined depth from the rear end face 20.
  • the hole 50 further has a plurality of grooves 51 formed on the bottom surface. 14 to 16, the two grooves 51 are orthogonal to each other. Each groove 51 is formed so as to intersect with the axis CNT of the round billet 10. It should be noted that no groove is formed on the side surface of the hole 50.
  • the formation method of the hole 50 is the same as that of the first embodiment. Specifically, the hole 50 is formed by pushing a punch having a convex portion corresponding to the groove 51 on the front end surface of the columnar portion into the rear end of the heated round billet 10.
  • the round billet 10 in which the holes 50 are formed is pierced and rolled in the same manner as in the first embodiment. That is, the tip of the round billet 10 is pushed between the inclined rolls 1 and pierced and rolled.
  • the round billet 10 has a hole 50 in which a groove 51 is formed on the bottom surface. Therefore, burrs are hardly generated at the rear end of the hollow shell manufactured by piercing and rolling. The reason is estimated as follows.
  • the tip of the plug 2 drilling the round billet 10 breaks through the bottom surface of the hole 50
  • the tip of the plug 2 breaks through a region where the groove 51 and the axis CNT intersect.
  • the pierced steel portion attempts to form a protrusion, but the steel portion where the protrusion is to be formed is absorbed by the groove 51.
  • the surplus thickness for growing the protrusion is already removed because the hole 50 is formed. That is, the grooves 51 suppress the generation of protrusions that can be burrs, and the holes 50 suppress the protrusion growth. Therefore, generation
  • the number of grooves 51 formed on the bottom surface of the hole 50 may be one, or three or more.
  • One or a plurality of grooves may be formed on the side surface and the bottom surface of the hole formed in the rear end surface 20 of the round billet 10.
  • a plurality of grooves 61 may be formed on the side surface and the bottom surface of the hole 60. At this time, a portion of the groove 61 formed on the bottom surface intersects the axis of the round billet.
  • the punch used in the above embodiment may be attached to the tip of the pusher 4.
  • a method of forming the hole 60 shown in FIGS. 17 and 18 with a punch attached to the pusher 4 will be described, but the same applies to the holes 30, 35, and 50 having other shapes.
  • the punch 300 includes a columnar portion 301 and four convex portions 302 formed on the surface of the columnar portion 301.
  • the transverse shape of the columnar part 301 is circular, and the tip of the columnar part 301 is rounded. Further, the outer diameter of the columnar portion 301 gradually increases from the front end toward the rear end.
  • the columnar portion 301 is attached to the base 103.
  • Each convex part 302 is formed on the surface of the columnar part 301. Further, each convex portion 302 extends in the axial direction of the columnar portion 301. Each convex part 302 is arrange
  • the punch 300 is attached to the tip of the billet push rod 44 of the pusher 4 as shown in FIG.
  • a female screw corresponding to the fixing jig 104 is formed at the center of the tip surface of the billet push rod 44.
  • the punch 300 is screwed and fixed to the tip of the billet push rod 44.
  • a thrust bearing may be disposed between the punch 300 and the billet push rod 44.
  • the round billet 10 in which no hole is formed on the rear end face is arranged on the pass line PL between the punch 200 and the pusher 4. Further, the shielding plate 8 is attached to the outlet of the inlet guide 7 (that is, the end near the inclined roll 1 out of the two ends of the inlet guide 7).
  • the pusher 4 stops pushing the round billet 10. After the shielding plate 8 is removed, the pusher 4 pushes the round billet 10 again to advance it. As a result, the round billet 10 is caught in the inclined roll 1 and piercing and rolling is started. At this time, the pusher 4 stops pushing the round billet 10. Since the round billet 10 is pierced and rolled and moves forward, the punch 300 comes out of the rear end face of the round billet 10. When the round billet 10 is rotated in the circumferential direction by the inclined roll 1, the punch 300 is also rotated together with the round billet 10 by the connecting member 43.
  • the columnar portion 301 of the punch 300 has a so-called taper shape in which the outer diameter gradually increases from the front end toward the rear end. Therefore, the punch 300 is easily removed from the round billet 10 during piercing and rolling.
  • the columnar portion 301 is tapered, but for example, the columnar portion 301 may be cylindrical as shown in FIG. However, the columnar portion 301 is more easily removed from the round billet 10 if it is tapered.
  • each round billet was 70 mm, and the material was carbon steel for machine structure (corresponding to JIS standard S45C).
  • a hole having the shape shown in Table 1 was produced by electric discharge machining at the center of the rear end face of each prepared round billet.
  • the “hole type” column indicates the type of hole formed in each billet.
  • “Cylindrical” indicates that the shape of the hole is a cylinder, and assumes a conventional example.
  • “Hole 30” indicates that a hole 30 having four grooves 31 on the side surface is formed as shown in FIGS.
  • “Hole 35” indicates that a hole 35 having two grooves 31 on the side surface is formed as shown in FIGS.
  • “Hole 50” indicates that the hole 50 having the groove 51 on the bottom surface is formed as shown in FIGS.
  • “Hole dimensions” in Table 1 indicate the dimensions of each hole. As shown in FIGS. 2, 3, 12, 13, 15, and 16, “Hw” indicates the diameter (mm) of each hole. “Hd” indicates the depth (mm) of the hole. “Gw” indicates the width (mm) of the groove formed on the side surface of the hole, and “Gd” indicates the depth (mm) of the groove. “Cw” indicates the width (mm) of the groove formed on the bottom surface of the hole, and “Cd” indicates the depth (mm) of the groove.
  • each round billet was pierced and rolled on the same conditions using the piercing machine of the structure shown in FIG. Specifically, each round billet was heated in a heating furnace. At this time, the heating temperature was 1200 ° C. The heated round billet was pierced and rolled to obtain a hollow shell having an outer diameter of 81 mm and a wall thickness of 11 mm.
  • Table 1 shows the obtained burr occurrence rate.
  • the conventional billet number 1 round billet had a burr generation rate of 100%, and burr was generated in any of the 5 round billets.
  • the burr generation rate was 40% or less.

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Abstract

 丸ビレット(10)の後端面(20)の中央部に穴(30)を形成する。穴(30)は、後端面(20)から所定の深さを有し、側面に複数の溝(31)を有する。各溝(31)は穴(30)の深さ方向に延びる。穴(30)が形成された丸ビレット(10)をプラグを有する穿孔機を用いて穿孔圧延する。穿孔圧延時、穴(30)の底面がプラグにより突き破られ、バリの起点となる突起部が形成されるが、プラグが前進するにつれ、突起部は溝(31)に吸収される。そのため、穿孔圧延後の中空素管の後端にバリが発生するのを抑制できる。

Description

継目無金属管の製造方法及びそれに用いられるポンチ
 本発明は、継目無金属管の製造方法及びそれに用いられるポンチに関し、さらに詳しくは、穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法及びそれに用いられるポンチに関する。
 鋼管の製造方法の1つに、穿孔機を用いて継目無金属管を製造する方法がある。穿孔機は、パスラインの周りに等間隔に配設された複数の傾斜ロールと、複数の傾斜ロールの間のパスライン上に配置されるプラグとを備える。
 穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法は次のとおりである。初めに、加熱された丸ビレットを準備し、パスライン上に配置する。穿孔機の前方に配置されたプッシャを用いて、丸ビレットを複数の傾斜ロールの間に押し込む。丸ビレットが複数の傾斜ロールに噛み込まれると、丸ビレットは螺旋状に回転しながら傾斜ロール及びプラグにより穿孔圧延され、中空素管となる。
 穿孔圧延中、プラグは丸ビレットを穿孔するが、プラグ先端が丸ビレットの後端から抜け出るとき、丸ビレットの後端部のうち、プラグ先端が抜け出る直前までプラグ先端と接触していた鋼部分が突き破られる。突き破られた鋼部分は、バリとなって中空素管内面又は端部に残存する。
 バリは、穿孔圧延後に実施されるエロンゲータやサイジングミル等の圧延工程において、中空素管に内面疵を発生させる。
 このようなバリの発生を防止する方法が、実開昭59-148102号公報、実開昭62-199201号公報、特開平7-214112号公報に開示されている。これらの文献に開示された方法では、ポンチ又はガスを用いて、穿孔圧延前の丸ビレットの後端中央部に所定の深さの穴を形成する。そして、穴が形成された丸ビレットを穿孔圧延する。これらの文献では、丸ビレットの後端中央部に穴を形成することにより、バリとなり得る余肉が削除され、その結果、バリの発生を抑制できるとしている。
 また、上述の方法と異なる他の方法が、特開平7-214113号公報に開示されている。この方法では、後端面に一状又は十状の溝が形成された丸ビレットを穿孔圧延する。この文献によると、後端面に一状又は十条の溝が形成されるために端面中央領域に余肉が存在しないかあるいは余肉が少ないので、バリの発生を抑制できるとしている。
 要するに、これらの文献に記載された方法は、ビレット後端中央部を削ることにより、バリとなり得る余肉を減らしてバリの発生を抑えることができるとしている。
 しかしながら、これらの方法を採用した場合であっても、依然としてバリが発生する場合がある。
 本発明の目的は、穿孔圧延後の中空素管の後端にバリが発生するのを抑制できる継目無金属管の製造方法を提供することである。
 本発明による継目無金属管の製造方法は、複数の傾斜ロールと、複数の傾斜ロールの間に配設されたプラグとを備えた穿孔機を用いる。本発明の継目無金属管の製造方法は、ビレットを準備する工程と、ビレットの後端中央部に、ビレットの軸方向に所定の深さを有し、内面に溝を有する穴を形成する工程と、穿孔機により、穴が形成されたビレットを先端から穿孔圧延する工程とを備える。
 本発明による継目無金属管の製造方法では、穴の内面に溝が形成される。穿孔圧延中のプラグの先端がビレット後端の穴の底面部を突き破るとき、突き破られた底面の鋼部分は、バリの起点となり得る突起部を形成しようとする。しかしながら、穴の内面に形成された溝により、突起部となり得る鋼部分が吸収される。さらに、穴を形成することにより、突起部のサイズを増大させ得る余肉が既に除去されている。そのため、バリの発生を抑制できる。
 好ましくは、穴の内面は、側面と底面とを含む。穴の溝は、穴の側面に形成され、穴の深さ方向に延びる。
 上述のとおり、プラグに突き破られた穴の底面の鋼部分は、バリの起点となる突起部を形成し得る。しかし、プラグの前進とともに突起部がビレット後端面側に移動するにともない、突起部は、穴の長手方向に延びた溝に吸収される。そのため、バリの発生が抑制される。
 好ましくは、溝は、穴の底面に形成される。
 この場合、プラグに突き破られた穴の底面の鋼部分が、突起部を形成する前に、穴の底面に形成された溝に吸収される。そのため、バリの発生を抑制できる。
 好ましくは、穴を形成する工程は、柱状部と、柱状部の表面に形成され、柱状部の長手方向に延びる凸部とを備えたポンチを準備する工程と、ビレットの後端中央部にポンチを押し込む工程とを含む。
 この場合、上述の溝を有する穴をポンチにより容易に形成できる。
 好ましくは、柱状部の外径は、柱状部の先端から後端に向かって徐々に大きくなる。
 この場合、ポンチはテーパ形状を有する。そのため、ビレットの後端中央部にポンチを押し込んだ後、ポンチを引き抜きやすい。
 好ましくは、ポンチを押し込む工程は、穿孔機の前方に配設され、ビレットを押すための押し棒と、押し棒を前進させる駆動装置とを備えたプッシャの押し棒の先端に、ポンチを取り付ける工程と、プッシャにより、ポンチをビレットの後端中央部に押し込む工程とを含み、穿孔圧延する工程は、ポンチを押し込まれたビレットをプッシャにより前進させて、ビレットを複数の傾斜ロールに噛み込ませる。
 この場合、プッシャにより上述の溝付き穴を形成し、かつ、ビレットを複数の傾斜ロールに噛み込ませることができる。
 本発明によるポンチは、上述の継目無金属管の製造方法に用いられる。
本発明の実施の形態による丸ビレット後端部の斜視図である。 図1に示した丸ビレットの正面図である。 図1に示した丸ビレットの側面図である。 図1に示した穴を形成するためのポンチの正面図である。 図4に示したポンチの側面図である。 図1に示した穴を形成するためのクランクダイスの正面図である。 図1に示した丸ビレットを穿孔圧延する穿孔機及びプッシャの構成を示す模式図である。 図7の穿孔機の側面図である。 穿孔圧延によりバリが発生するメカニズムを説明するための図である。 図9に続く工程を説明するための図である。 図10に続く工程を説明するための図である。 図1と異なる形状の穴が形成された丸ビレットの正面図である。 図12に示した丸ビレットの側面図である。 図1及び図12と異なる形状の穴が形成された丸ビレットの斜視図である。 図14に示した丸ビレットの正面図である。 図14に示した丸ビレットの側面図である。 図1、図12及び図14と異なる形状の穴が形成された丸ビレットの正面図である。 図17に示した丸ビレットの側面図である。 図17に示した穴を形成するためのポンチの正面図である。 図19に示したポンチの側面図である。 図19に示したポンチを用いた穴の形成方法を説明するための模式図である。 図20と異なる形状のポンチの側面図である。
 以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又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。
 [第1の実施の形態]
 本実施の形態による継目無金属管の製造方法では、図1~図3に示すような丸ビレットを準備し、準備された丸ビレットを用いて穿孔圧延する。
 図1~図3を参照して、丸ビレット10の後端面20の中央部には穴30が形成される。穴30は、後端面20から所定の深さを有する。穴30はさらに、側面に複数の溝31を有する。各溝31は穴の深さ方向に延びる。各溝31は、丸ビレット10の軸心の周りに等間隔に配置されている。
 穴30は、以下の方法で形成する。図4及び図5に示すようなポンチを準備する。図4及び図5を参照して、ポンチ100は、柱状部101と、柱状部101の表面に形成される4つの凸部102とを備える。
 柱状部101の横断形状は円である。柱状部101の先端面は丸みを帯びている。なお、柱状部101の先端面は平坦であってもよい。柱状部101の後端は、円柱状の土台103の底面に固定される。なお、土台103の他方の底面には、固定治具104が形成されている。固定治具104はたとえば雄ネジである。
 凸部102は、柱状部101の表面に形成される。各凸部102は、柱状部101の軸方向に延びる。そして、各凸部102は円周方向に等間隔に配設される。各凸部102は、穴30内の溝31を形成する役割を有する。
 上述のポンチ100を用いた穴30の形成方法は以下のとおりである。加熱炉から丸ビレット10を抽出後、図6に示すクランプダイス400で丸ビレット10を拘束する。クランプダイス400は、円形の孔型を有するダイス401及び402と、ダイス401を昇降する駆動装置403とを備える。
 拘束された丸ビレット10の後端面20の中央部に、図示しない油圧シリンダの先端に取り付けたポンチ100を押し込み、穴30を形成する。たとえば油圧シリンダの先端面には、固定治具104に対応した雌ネジが形成され、ポンチ100は螺着により油圧シリンダ先端に取り付けられる。
 以上の方法により穴30は形成されるが、他の方法でも穴30を形成することができる。たとえば、丸ビレット10の後端面の中央部を、プラズマガス等で溶融することにより、溝31を有する穴30を形成してもよい。
 なお、図5では、柱状部101は円柱状であるが、柱状部101の外径は柱状部101の先端から後端に向かうに従って徐々に大きくなってもよい。この場合、丸ビレット10の後端に押し込まれたポンチ100が抜けやすくなる。
 穴30を形成した後、丸ビレット10を穿孔機を用いて穿孔圧延する。図7及び図8を参照して、穿孔機200は、2つのコーン型傾斜ロール(以下、単に傾斜ロールという)1と、プラグ2と、芯金3とを備える。
 2つの傾斜ロール1は、パスラインPLを挟んで互いに対向して配置される。各傾斜ロール1は、パスラインPLに対して、傾斜角δ及び交叉角γを有する。プラグ2は2つの傾斜ロール1の間であって、パスラインPL上に配置される。芯金3は、穿孔機200の出側のパスラインPLに沿って配置され、その先端はプラグ2の後端と接続される。
 プッシャ4は、穿孔機200の入側前方に、パスラインPLに沿って配置される。プッシャ4は、シリンダ本体41と、シリンダ軸42と、接続部材43と、ビレット押し棒44とを備える。ビレット押し棒44は接続部材43により、周方向に回転可能にシリンダ軸42と連結される。接続部材43は、ビレット押し棒44を周方向に回転可能にするためのベアリングを含む。
 駆動装置であるシリンダ本体41は、油圧式又は電動式であり、シリンダ軸42を前進及び後退させる。プッシャ4は、ビレット押し棒44の先端面を丸ビレット10の後端面20に当接させ、シリンダ本体41によりシリンダ軸42及びビレット押し棒44を前進させることで、丸ビレット10を後方から押し進める。
 プッシャ4と傾斜ロール1との間のパスラインPL上には、入口ガイド7が配設される。入口ガイド7は、丸ビレット10がプッシャ4に押されて前進している間、丸ビレット10がパスラインPLからずれるのを抑制する。
 穴30を有する丸ビレット10を、傾斜ロール1とプッシャ4との間のパスラインPL上に配置する。このとき、丸ビレット10の後端面20はプッシャ4と対向し、丸ビレット10の先端面はプラグ2と対向する。
 プッシャ4は、丸ビレット10をパスラインPLに沿って押し進め、2つの傾斜ロール1の間に押し込む。丸ビレット10は、2つの傾斜ロール1に噛み込まれる。丸ビレット10は、傾斜ロール1により螺旋状に回転しながら前進して、軸心にプラグ2を押し込まれる。そして、プラグ2及び傾斜ロール1は、丸ビレット10を穿孔圧延する。
 穴30を有する丸ビレット10を穿孔圧延して中空素管とした場合、中空素管の後端にはバリが発生しにくい。その理由として、以下の事項が推定される。
 従来技術では、図9に示すように、余肉(プラグ穿孔によりはみ出すビレットの肉量)となり得る後端中央部を予め除去して、穴70を形成する。しかしながら、図10に示すように、プラグ2の先端が穴70の底面を突き破るときに、穴70の底面近傍の鋼部分が引き裂かれて、突起部71が形成される。穴70の内面は溝を有さないなめらかな面であるため、ひとたび突起部71が発生すれば、プラグ2が前進するにつれて突起部71が成長する。その結果、図11に示すように、穿孔圧延後の中空素管の後端に、バリ72が発生する。
 一方、丸ビレット10に穴30を形成した場合、穴30の側面には溝31が形成されている。穿孔中のプラグ2の先端が穴30の底面部を突き破るとき、図10と同様に、プラグ2の先端に突き破られた鋼部分は、突起部を形成しようとする。しかしながら、穴30の側面には溝31が形成されているため、プラグ2が進むにつれ、突起部を形成しようとする鋼部分は、溝31に吸収される。溝31が突起部を形成しようとする鋼部分を吸収するため、穿孔圧延後のビレット10の後端には、バリが発生しにくい。
 以上より、溝31を有する穴30の形成により、穿孔圧延後の中空素管にバリが発生するのを抑制できる。そのため、中空素管をエロンゲータやサイジングミル等で所定の寸法に圧延して継目無金属管とした場合、継目無金属管に内面疵が発生しにくい。
 丸ビレット10の外径をDb(mm)、穴30の深さをHd(mm)、穴30の直径をHw(mm)、溝31の幅をGw(mm)、溝31の深さをGd(mm)とした場合、以下の式(1)~(4)を満たすのが好ましい。
 Hw/Db≧0.11 (1)
 Hd/Db≧0.10 (2)
 Gw/Db≧0.04 (3)
 Gd/Db≧0.02 (4)
 ただし、式(1)~(4)を満たさない場合であっても、バリの発生をある程度抑制することができる。
 図1~3では、穴30に4つの溝31を形成したが、溝の数は1以上あればよい。たとえば、図12及び図13に示すように、互いに対向する2つの溝31を有する穴35を丸ビレット10に形成してもよい。
 また、穴30は円柱状としたが、穴30の形状は、穴30の開口部から穴30の底面に向かって徐々に内径が小さくなる円錐台状又は円錐状であってもよい。また、穴30の底面は凹状の丸みをおびていてもよい。
 [第2の実施の形態]
 第2の実施の形態による継目無金属管の製造方法では、図14~図16に示す穴50を丸ビレット10に形成する。
 穴50は、後端面20の中央部に形成される。穴50は、後端面20から所定の深さを有する。穴50はさらに、底面に複数の溝51が形成される。図14~図16では、2つの溝51が互いに直交している。また、各溝51は、丸ビレット10の軸心CNTと交差するように形成される。なお、穴50の側面に溝は形成されていない。
 穴50の形成方法は、第1の実施の形態と同様である。具体的には、溝51に対応する凸部を柱状部の先端面に有するポンチを、加熱された丸ビレット10の後端に押し込んで穴50を形成する。
 穴50が形成された丸ビレット10を、第1の実施の形態と同様に穿孔圧延する。つまり、丸ビレット10の先端を傾斜ロール1の間に押し込み、穿孔圧延する。
 丸ビレット10は、底面に溝51が形成された穴50を有する。そのため、穿孔圧延により製造された中空素管の後端にバリが発生しにくい。その理由として以下の事項が推定される。
 丸ビレット10を穿孔中のプラグ2の先端が、穴50の底面を突き破るとき、プラグ2の先端は、溝51と軸心CNTとが交差する領域を突き破る。このとき、突き破られた鋼部分が突起部を形成しようとするが、突起部を形成しようとする鋼部分は溝51に吸収される。さらに、突起部を成長させる余肉は、穴50が形成されているために既に除去されている。つまり、溝51により、バリの起点となりうる突起部の発生を抑制し、さらに、穴50により、突起部の成長を抑制する。そのため、バリの発生が抑制される。
 なお、穴50の底面に形成される溝51は、1つであってもよいし、3以上であってもよい。
 [第3の実施の形態]
 丸ビレット10の後端面20に形成される穴の側面及び底面に、1又は複数の溝を形成してもよい。たとえば、図17及び図18に示すように、穴60の側面及び底面に、複数の溝61が形成されてもよい。このとき、溝61のうち、底面に形成される部分は、丸ビレットの軸心と交差する。
 丸ビレット10を穿孔中のプラグ2の先端が穴60の底面を突き破るとき、突き破られた鋼部分が突起部を形成しようとするが、穴60の底面及び側面に形成された溝61に吸収される。そのためバリの発生が抑制される。
 [第4の実施の形態]
 上述の実施の形態で利用されるポンチは、プッシャ4の先端に取り付けてもよい。以下、図17及び図18に示す穴60を、プッシャ4に取り付けたポンチで形成する方法について説明するが、他の形状の穴30、35、50についても同様である。
 図19及び図20を参照して、ポンチ300は、柱状部301と、柱状部301の表面に形成される4つの凸部302とを備える。
 柱状部301の横断形状は円状であり、柱状部301の先端は丸みを帯びている。また、柱状部301の外径は、先端から後端に向かうにしたがって徐々に大きくなる。柱状部301は土台103に取り付けられる。
 各凸部302は、柱状部301の表面に形成される。また、各凸部302は、柱状部301の軸方向に延びる。各凸部302は円周方向に等間隔に配設される。
 ポンチ300は、図21に示すように、プッシャ4のビレット押し棒44の先端に取り付けられる。ビレット押し棒44の先端面の中央には、固定治具104に対応した雌ネジが形成されている。ポンチ300は、ビレット押し棒44の先端に螺着され、固定される。なお、ポンチ300とビレット押し棒44との間に、スラストベアリングを配設してもよい。
 ポンチ300を取り付けた後、後端面に穴が形成されていない丸ビレット10を、穿孔機200とプッシャ4との間のパスラインPL上に配置する。また、入口ガイド7の出口(つまり、入口ガイド7の2つの端部のうち、傾斜ロール1に近い端部)に遮へい板8を取り付ける。
 遮へい板8を取り付けた後、プッシャ4で丸ビレット10を押して前進させる。そして、丸ビレット10の先端面が遮へい板8に接触した後も、プッシャ4は丸ビレット10を押し続ける。ビレット押し棒44の先端に取り付けられたポンチ300は、丸ビレット10の後端面の中央部に押し込まれ、穴60が形成される。
 ポンチ300が丸ビレット10の後端面に押し込まれたとき、プッシャ4は丸ビレット10を押すのを止める。遮へい板8が取り外された後、プッシャ4は再び丸ビレット10を押して前進させる。その結果、丸ビレット10は傾斜ロール1に噛み込まれ、穿孔圧延が開始される。このとき、プッシャ4は丸ビレット10を押すのを止める。丸ビレット10は、穿孔圧延されて前進するため、ポンチ300が丸ビレット10の後端面から抜ける。なお、丸ビレット10が傾斜ロール1により周方向に回転すると、接続部材43により、ポンチ300も丸ビレット10とともに回転する。
 ポンチ300の柱状部301は、先端から後端に向かって徐々に外径が大きくなる、いわゆるテーパ形状を有する。そのため、穿孔圧延時に、ポンチ300は丸ビレット10から抜けやすい。
 上述の方法では、柱状部301はテーパ形状としたが、たとえば、図22に示すように、柱状部301は円柱状であってもよい。ただし、柱状部301がテーパ形状である方が、丸ビレット10から抜けやすい。
 複数の丸ビレットを準備した。各丸ビレットの外径は70mmであり、材質は機械構造用炭素鋼(JIS規格のS45Cに相当)とした。準備された各丸ビレットの後端面中央部に、表1に示す形状の穴を放電加工により作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1を参照して、「穴タイプ」欄は、各番号のビレットに形成された穴の種類を示す。「円柱状」は、穴の形状が円柱であることを示し、従来例を想定している。「穴30」は、図1~図3に示すように、側面に4つの溝31を有する穴30が形成されたことを示す。「穴35」は、図12及び図13に示すように、側面に2つの溝31を有する穴35が形成されたことを示す。「穴50」は、図14~図16に示すように、底面に溝51を有する穴50が形成されたことを示す。
 表1中の「穴寸法」は、各穴の寸法を示す。図2、図3、図12、図13、図15及び図16に示すように、「Hw」は、各穴の直径(mm)を示す。「Hd」は穴の深さ(mm)を示す。「Gw」は穴の側面に形成された溝の幅(mm)を示し、「Gd」は溝の深さ(mm)を示す。「Cw」は穴の底面に形成された溝の幅(mm)を示し、「Cd」は溝の深さ(mm)を示す。
 表1中の「穴寸法比」は、丸ビレット直径Db(=70mm)に対する各穴寸法の比を示す。
 各番号の丸ビレットを5本ずつ準備した。そして、図7に示す構成の穿孔機を用いて、各丸ビレットを同じ条件で穿孔圧延した。具体的には、各丸ビレットを加熱炉で加熱した。このとき、加熱温度は1200℃とした。加熱された丸ビレットを穿孔圧延し、外径81mm、肉厚11mmの中空素管とした。
 製造された中空素管の後端にバリが発生しているか否かを目視により判断した。そして、各番号について、穿孔圧延した本数(5本)に対するバリが発生した本数Pの比(=P/5)を、バリ発生率(%)として求めた。
 求めたバリ発生率を表1に示す。表1を参照して、従来例である番号1の丸ビレットでは、バリ発生率が100%であり、5本の丸ビレットのいずれにもバリが発生した。一方、番号2~番号10の丸ビレットでは、いずれも、バリ発生率は40%以下であった。
 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く、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。

Claims (9)

  1.  複数の傾斜ロールと前記複数の傾斜ロールの間に配設されたプラグとを備えた穿孔機を用いた継目無金属管の製造方法であって、
     ビレットを準備する工程と、
     前記ビレットの後端中央部に、前記ビレットの軸方向に所定の深さを有し、内面に溝を有する穴を形成する工程と、
     前記穿孔機により、前記穴が形成されたビレットを先端から穿孔圧延する工程とを備えることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  2.  請求項1に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記溝は、前記穴の側面に形成され、前記穴の深さ方向に延びることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  3.  請求項2に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記穴を形成する工程は、
     柱状部と、前記柱状部の表面に形成され、前記柱状部の軸方向に延びる凸部とを備えるポンチを準備する工程と、
     前記ビレットの後端中央部に前記ポンチを押し込む工程とを含むことを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  4.  請求項3に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記ポンチを押し込む工程は、
     前記穿孔機の前方に配設され、前記ビレットを押すための押し棒と、前記押し棒を前進させる駆動装置とを備えたプッシャの前記押し棒の先端に、前記ポンチを取り付ける工程と、
     前記プッシャにより、前記ポンチを前記ビレットの後端中央部に押し込む工程とを含み、
     前記穿孔圧延する工程は、
     前記ポンチを押し込まれたビレットをプッシャにより前進させて、前記ビレットを前記複数の傾斜ロールに噛み込ませることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  5.  請求項3に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記柱状部の外径は、前記柱状部の先端から後端に向かって徐々に大きくなることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  6.  請求項2に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記溝はさらに、前記穴の底面に形成されることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  7.  請求項1に記載の継目無金属管の製造方法であって、
     前記溝は、前記穴の底面に形成されることを特徴とする継目無金属管の製造方法。
  8.  ビレットの端面中央部に穴を形成するためのポンチであって、
     柱状部と、
     前記柱状部の表面に形成され、前記柱状部の軸方向に延びる凸部とを備えることを特徴とするポンチ。
  9.  請求項8に記載のポンチであって、
     前記柱状部の外径は、前記柱状部の先端から後端に向かって徐々に大きくなることを特徴とするポンチ。
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