WO2019198805A1 - 角管成形方法及び装置 - Google Patents

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WO2019198805A1
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roll
square tube
stand
flat roll
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紀龍 尹
西川　正人
中野　智康
王　飛舟
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株式会社中田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a square tube forming method and apparatus for forming a metal round tube into a square tube, and more particularly to a forming roll type square tube forming method and apparatus using a multi-stage forming roll stand.
  • the square tube means a metal square tube.
  • caliber rolls are used for both horizontal rolls and vertical rolls.
  • the caliber roll is a forming roll whose outer peripheral surface is recessed in a deep arc shape as it goes from the both end portions in the rotation axis direction to the center portion, and the arc-shaped recess is a roll caliber.
  • the roll caliber in each stand is designed to gradually become shallower from the upstream side to the downstream side in the material traveling direction, and more specifically, the curvature of the roll caliber is , Gradually decreases from a value close to the curvature of the round tube, which is the raw tube, so that it finally becomes 0, which is the same as the straight portion sandwiched between the corners of the square tube, which is the product Designed.
  • horizontal roll stands and vertical roll stands are alternately arranged close to each other in order to improve the formability by suppressing the spring back of the tube material between adjacent rolls. They are trying to use each other's molding power.
  • the roll caliber of the forming roll is divided into the part in charge of the corner, the part in charge of the shoulder, the part in charge of the straight part other than the shoulder in the circumferential direction, and a different curvature is given to each part in charge.
  • the roll caliber is designed so that the bottom of the caliber of the forming roll comes into limited contact with the central portion of the straight portion of the product square tube.
  • pipes of different sizes can be formed in the same stand row, but the combined range is limited, and the development of a rectangular tube forming apparatus having a wider roll-compatible property is awaited.
  • the curvature of the cross-section R of the corner portion including the structural steel pipe is accurate as prescribed, that is, there is no increase or decrease in thickness.
  • the square tube forming machine adopts a small-diameter forming roll for the purpose of narrowing the space between adjacent horizontal rolls and vertical rolls.
  • the square tube forming apparatus presented by Patent Document 2 relatively high dimensional accuracy is ensured by the combination of the multiple curvatures in the roll caliber described above, but on the other hand, the caliber roll is more exclusive. It is inevitable that the roll compatibility is sacrificed.
  • the present invention enables wide-ranging rolls that can be incorporated into modern pipe manufacturing lines and the suppression of the overall length of the roll stand row. Further, it is difficult to increase or decrease the thickness of the product corners, and formability
  • An object of the present invention is to provide a square tube forming method and a square tube forming apparatus excellent in the above.
  • the present inventors have combined a flat roll stand having a rod-shaped flat roll having no roll caliber, and in particular, a horizontal flat roll stand and a vertical flat roll stand are alternately arranged along the tube forming direction.
  • the flat roll is not recessed in an arc shape like the caliber roll, so the minimum outer diameter and the maximum outer diameter are substantially equal, and the distance between the roll stands can be reduced compared to the caliber roll stand. it can.
  • the overall length of the roll stand row is suppressed, and roll compatibility is significantly improved as compared to the caliber roll stand row.
  • the horizontal roll stand and the vertical roll stand are alternately arranged, which basically results in bending with a two-sided roll, like drawing with a four-way roll. It is possible to prevent distortion at the corners. And since the forming roll in each roll stand is a flat roll in which the maximum diameter is suppressed, it is true that the interval between the roll stands can be reduced, but the interval between the roll stands can be temporarily reduced. Even so, the spring back of the pipe material between the adjacent roll stands cannot be suppressed.
  • the flat roll stand is very effective for performing such operations. This is because, in the case of a caliber roll having a roll caliber, the outer diameter of both ends is larger than that of the caliber bottom portion in contact with the pipe material, and the change in roll interval and reduction amount is limited by the maximum diameter portion. On the other hand, in the case of a flat roll having substantially no roll caliber, the change range of the roll interval is large, and the reduction amount can be adjusted over a wide range, so that it is particularly effective for forming a square tube.
  • the square tube forming method and apparatus of the present invention have been developed on the basis of such knowledge, and the square tube forming method includes a plurality of roll stands arranged along a raw tube forming direction, A square tube forming method of forming a round tube of various dimensions as a product by passing a round tube of various diameters,
  • the first flat roll stand and the second flat roll stand whose rolling directions are orthogonal to each other are alternately arranged along the tube forming direction, and a flat roll stand row in which the rolling amount in each roll stand can be set independently,
  • the distribution of the molding reduction amount from the first stage stand to the last stage stand, which is selected in advance according to the outer diameter, thickness and material of the raw pipe to be used, and the dimensions of the planned product square tube Distribute individually as the amount of reduction in each roll stand,
  • at least one of the first flat roll stand and the second flat roll stand adjacent to each other is driven to form the molding target tube into a product square tube having a predetermined size.
  • the square tube forming apparatus of the present invention is a square tube forming apparatus for carrying out the square tube forming method of the present invention
  • the first flat roll stand and the second flat roll stand that are perpendicular to the rolling direction are provided with a flat roll stand row that is alternately arranged along the molding direction.
  • Each roll stand in the flat roll stand row has roll interval adjusting means capable of independently setting the amount of reduction, and has roll drive means in at least one of the adjacent first flat roll stand and second flat roll stand. ing.
  • the roll stand row is a flat roll stand row
  • the molding material is a raw material tube.
  • the angle with respect to the vertical line and the horizontal line in the individual reduction direction is not limited. From the viewpoint of reality, it is preferable that one is a horizontal roll stand and the other is a vertical roll stand.
  • both the horizontal roll and the vertical roll are driven, square tubes having different rectangular ratios can be formed. Although both rolls can be driven by only a part of the stands, it is reasonable and desirable to drive only one of all the stands from the viewpoint of rationalization of the device structure and reduction of the device manufacturing cost.
  • the flat roll in each roll stand is basically one whose outer diameter is constant over the entire length in the rotation axis direction, but in some roll stands, particularly one or a plurality of continuous roll stands in a part of the roll stand row, It is within the scope of the present invention to provide shallow arc-shaped recesses having a curvature larger than the outer surface R on the roll contact surface of the pipe material passing through the roll stand, regardless of whether it is driven or not.
  • This arc-shaped recess on the outer peripheral surface of the drive roll in a section that requires a large propulsive force with respect to the pipe material, for example, in the upstream part of the roll stand row, a large propulsive force can be obtained.
  • a similar arc-shaped recess on the outer peripheral surface the tube material can be smoothly promoted and formed.
  • the roll interval adjustment mechanism in the roll stand row should share the interval adjustment motor with the roll stand row. Specifically, a plurality of sets of first flat rolls can be moved along a roll stand row so that a set of spacing adjusting motors for a set of adjacent first flat roll stands and second flat roll stands can be moved. It is good to share between the stand and the second flat roll stand. This simplifies the device structure and reduces the device weight, thereby reducing the device manufacturing cost.
  • the basics are the square tube forming by the caliber roll stand row, that is, in each stand. This is a technology that gradually reduces the curvature of a roll caliber and roll-forms a circular tube, which is a raw tube, into a square tube, which is a product.
  • the total forming amount is distributed almost equally in all stages according to the number of stands used, and based on this, the caliber curvature at each stand is designed, As for the reduction amount at each stand, the total reduction amount is distributed equally to each stand in a form corresponding to the caliber curvature distribution.
  • the square tube forming method and apparatus of the present invention uses a roll stand row in which first flat roll stands and second flat roll stands whose rolling directions are orthogonal to each other are arranged alternately along the forming direction, and on the forming dimensions of the roll caliber. Since the restriction is removed, roll compatibility is very high. In addition to suppressing the overall length of the flat roll stand row by reducing the distance between adjacent flat roll stands, the sizing stand (four-way roll stand) for securing thrust, which was required in the past, is no longer necessary, making it easy to modernize Can be incorporated into the pipe manufacturing line. For these reasons, square tubes of various dimensions can be formed from round tubes of various diameters, more specifically, various dimensions (outer diameter, wall thickness) and materials.
  • the roll roll is extremely versatile due to the flat roll, and the amount of reduction of each stand in the stand row can be set independently, and the amount of reduction can be freely distributed. Therefore, even when the amount of reduction is large, the molding amount per roll stand is small, and the winding resistance to the roll is reduced because the winding around the roll is reduced.
  • the molding amount per roll stand is small, and the winding resistance to the roll is reduced because the winding around the roll is reduced.
  • at least one of the adjacent first flat roll stand and second flat roll stand is driven to give a stable propulsive force to the tube material passing through the stand row. By doing so, there is no need for a sizing stand (four-way roll stand) to secure thrust.
  • a sizing stand four-way roll stand
  • the square tube forming method and apparatus of the present invention can economically manufacture a high quality square tube.
  • the square tube forming apparatus of the present embodiment is an apparatus for continuously forming a round tube, which is a forming material, through a plurality of forming roll stands in order to form a square tube, and is arranged in a round tube production line.
  • the square tube forming apparatus includes a roll stand row 10 having a rectangular tube shape that is long in the tube forming direction.
  • the rectangular tube-shaped roll stand array 10 includes a square frame-shaped horizontal roll stand 20A having a thin thickness in the tube forming direction and a square frame-shaped vertical roll stand 20B having a small thickness in the tube forming direction on the stand base 30.
  • the round tube which is a shaping
  • the horizontal roll stand 20A is arranged between the upper and lower fixed horizontal bases 22A and 22A and the upper and lower fixed horizontal bases 22A and 22A.
  • the upper and lower horizontal movable bases 23A and 23A supported by the left and right vertical rods 21A so as to be movable in the vertical direction, and the upper and lower horizontal rolls 24A and 24A attached to the opposing surfaces of the movable bases 23A and 23A, respectively. ing.
  • Each of the upper and lower horizontal rolls 24A is a flat roll having a substantially constant outer diameter over the entire length in the central axis direction, and horizontal support shafts that support the horizontal roll 24A are brackets with built-in bearings on both sides of the horizontal roll 24A.
  • 25A and 25A are rotatably supported, and one end portion of the support shaft protrudes as one input shaft 24A 'to one side of the roll stand row 10 and roll drive as roll drive means disposed on one side thereof. By being connected to the mechanism 40, it is rotationally driven (see FIG. 1).
  • a pair of upper and lower horizontal rolls 24A, 24A are provided with a mechanical upper jack 26A mounted downward on the upper surface of the central portion of the upper fixed horizontal base 22A, and upward on the lower surface of the central portion of the lower fixed horizontal base 22A.
  • the roll interval is adjusted by the attached mechanical lower jack 26A.
  • the downward-facing upper jack 26A passes through the upper fixed horizontal base 22A and is coupled to the upper surface of the upper movable base 23A, and is used for a horizontal roll disposed on one side of the roll stand row 10. It is driven via a horizontal input shaft 27A by an interval adjusting motor 50A (see FIGS. 1 and 2). Further, the upward downward jack 26A has a tip portion passing through the lower fixed horizontal base 22A and coupled to the lower surface of the lower movable base 23A.
  • the horizontal roll interval adjusting motor 50A (see FIGS. 1 and 2).
  • the symmetrical movement of the upper and lower jacks 26A and 26A causes the upper and lower movable bases 23A and 23A to be driven up and down symmetrically to adjust the roll interval between the upper and lower horizontal rolls 24A and 24A. That is, the distance between the upper and lower horizontal rolls 24A and 24A is adjusted by the upper and lower jacks 26A and 26A, the horizontal roll interval adjusting motor 50A, the input shaft 27A as the power transmission mechanism, the upper and lower gear boxes 28A and 28A, and the power transmission shaft 29A.
  • the mechanism is configured.
  • the vertical roll stand 20B includes a pair of left and right fixed vertical bases 21B and 21B, two upper and lower horizontal rods 22B and 22B connecting the left and right fixed vertical bases 21B and 21B, and left and right fixed vertical bases. Between the bases 21B and 21B, the left and right movable bases 23B and 23B supported by the two upper and lower horizontal rods 22B and 22B so as to be movable in the horizontal direction, and the left and right movable bases 23B and 23B are rotatably supported, respectively. Left and right vertical rolls 24B and 24B are provided.
  • the left and right fixed vertical bases 21B and 21B are provided symmetrically on both ends of the horizontal fixed base 22A (see FIG. 3) below the horizontal roll stand 20A. That is, the horizontal fixing base 22A on the lower side of the horizontal roll stand 20A described above extends to the downstream side of the roll stand row 10, and the vertical fixing bases 21B and 21B are attached on the extending portions. As a result, a pair of adjacent horizontal roll stand 20A and vertical roll stand 20B constitutes a pair of horizontal and vertical stands 20 integrated by a common horizontal fixed base 22A.
  • the left and right movable bases 23B have upper and lower sliders slidably supported by upper and lower horizontal rods 22B and 22B, and a roll support frame 25B attached between the upper and lower sides.
  • the roll support frame 25B which also serves as a connecting member for the upper and lower sliders, has a structure that is opened to the inside by combining the upper and lower horizontal members and the outer vertical member, and the left and right vertical rolls 24B and 24B are interposed between the upper and lower horizontal members. Is supported rotatably.
  • the left and right vertical rolls 24B and 24B have their roll intervals adjusted by left and right jacks 26B and 26B attached to the outer surfaces of the left and right vertical fixed bases 22B and 22B, respectively.
  • the jack 26B on one side has a tip portion that passes through the fixed vertical base 22B on one side and is coupled to the outer surface of the vertical member on the outer side of the movable base 23B on one side. Is driven via a vertical input shaft 27B by a vertical roll interval adjusting motor 50B (see FIGS. 1 and 2) disposed on one side of the vertical roll.
  • the other side of the jack 26B has a tip portion passing through the fixed vertical base 22B on the other side and coupled to the outer surface of the vertical member outside the movable base 24B on the other side.
  • Driving force by the distance adjusting motor 50B see FIGS.
  • the left and right movable bases 23B and 23B are horizontally moved symmetrically, and the distance between the left and right vertical rolls 24B and 24B is adjusted. That is, the left and right jacks 26B and 26B, the vertical roll interval adjusting motor 50B, the input shaft 27B as the power transmission mechanism, the left and right gear boxes 28B and 28B, and the power transmission shaft 29B are spaced apart from the left and right vertical rolls 24B and 24B.
  • An adjustment mechanism is configured.
  • the roll stand row 10 in the tube forming apparatus is configured. More specifically, the roll stand row 10 is composed of 11 sets of stand pairs 20 (a total of 23 roll stands including the horizontal roll stand 20A in the final stage).
  • the interval between the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A is adjusted by the horizontal roll interval adjusting motor 50A, and the interval between the vertical rolls 24B and 24B in the vertical roll stand 20B is vertical. It is adjusted by the roll interval adjusting motor 50B.
  • the horizontal roll interval adjusting motor 50A and the vertical roll interval adjusting motor 50B is provided corresponding to one horizontal / vertical stand pair 20, and the one set of horizontal roll interval adjusting motor 50A and The vertical roll interval adjusting motor 50B moves along the roll stand row 10 (self-propelled here), so that the horizontal rolls 24A and 24A and the vertical rolls 24B and 24B in the 12 horizontal / vertical stand pairs 20 are separated. Are adjusted sequentially.
  • a support base 51 is provided over the entire length of the roll stand row 10 on one side of the roll stand row 10, particularly on the uppermost part thereof.
  • the support base 51 is supported horizontally by a stay 52 or the like extending from the uppermost part of the stand set 20 to one side.
  • the pair of horizontal roll interval adjustment motors 50A and vertical roll interval adjustment motors 50B are connected to each other, and can move along the roll stand row 10 on the support base 51 in this state.
  • one set of horizontal roll interval adjusting motor 50A and vertical roll interval adjusting motor 50B stop at positions corresponding to each of the 12 sets of horizontal / vertical stand pairs 20, and at each stop position, By being connected to the horizontal input shaft 27A and the vertical input shaft 27A in the vertical roll stand 20B, respectively, the distance between the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A and the vertical roll 24B in the vertical roll stand 20B. , 24B are adjusted.
  • Reference numeral 53 denotes a flexible cable for supplying power to the movable horizontal roll interval adjusting motor 50A and the vertical roll interval adjusting motor 50B.
  • the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A are rotationally driven by the roll drive mechanism 40 disposed on one side of the roll stand row 10.
  • the roll drive mechanism 40 is divided into three drive units 41.
  • Each drive unit 41 is connected to four horizontal roll stands 20A in the four pairs of adjacent stands 20 in the roll stand row 10, thereby rotating the upper and lower horizontal rolls 24A, 24A in the four horizontal roll stands 20A. To drive.
  • the roll drive mechanism 40 has a drive motor 42 that drives each drive unit 41, and the upper and lower output shafts 43, 43 corresponding to the four horizontal roll stands 20A are connected to the four horizontal roll stands.
  • the four horizontal roll stands 20A are made into a set, and the upper and lower horizontal rolls 24A and 24A in each horizontal roll stand 20A are rotated. To drive.
  • An extremely shallow arc-shaped recess having a larger curvature than the outer surface R of the pipe material to be formed is formed.
  • a plurality of sets (here 12 sets) of horizontal and vertical stand pairs 20 that is, in the combination of the horizontal roll stand 20A and the vertical roll stand 20B), the distance between the upper and lower horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A and the distance between the left and right vertical rolls 24B and 24B in the vertical roll stand 20B are set, for example, Adjustment is made for each stand pair 20 from the upstream side to the downstream side of the row 10. As described above, this adjustment is performed by a combination of the movable horizontal roll interval adjusting motor 50A and the vertical roll interval adjusting motor 50B.
  • the roll drive mechanism 40 causes the Only the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A are rotationally driven.
  • a round tube as a molding material is passed through the roll stand row 10.
  • the tube material is formed into a square tube from a round tube by sequentially passing through a pair of stands 20 in the roll stand row 10 (that is, a combination of a horizontal roll stand 20A and a vertical roll stand 20B).
  • the roll stand row 10 has a configuration in which horizontal roll stands 20A and vertical roll stands 20B are alternately arranged, and the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A and the vertical rolls 24B in the vertical roll stand 20B.
  • 24B is a flat roll whose outer diameter is substantially constant over the entire length in the central axis direction. For these reasons, not only the distance between adjacent stands is reduced, but also it is easy to avoid roll interference between adjacent stands. It can be adjusted. Moreover, even if the interval between adjacent stands is reduced, a relatively large diameter flat roll can be used, so that the winding of the pipe material around the roll and the increase of the penetration resistance due to this are avoided.
  • the outer diameter, material, thickness, etc. of the molding material are increased such that the reduction amount at a specific position of the roll stand row 10, for example, a partial stand on the upstream side is increased, and the reduction amount is gradually reduced at others. It is possible to set a formability-oriented reduction amount distribution in consideration of the changing springback amount.
  • the tube material penetration resistance is essentially suppressed to be small, and the horizontal rolls 24 ⁇ / b> A and 24 ⁇ / b> A are rotationally driven in all the horizontal roll stands 20 ⁇ / b> A so Since the propulsive force is added to the entire length, the amount of reduction at a specific position of the roll stand row 10 is increased, and as a result, the springback is increased, and the pipe material passes smoothly through the roll stand row 10.
  • each horizontal roll stand is used in a partial stand on the upstream side that increases the amount of reduction (here, two sets of horizontal and vertical stands 20 are possible, but more than that).
  • An extremely shallow arc-shaped recess having a larger curvature than the roll contact surface R of the tube material passing between the rolls is formed on the outer peripheral surfaces of the horizontal rolls 24A and 24A in 20A and the vertical rolls 24B and 24B in each vertical roll stand 20B. Therefore, a particularly large driving force is added to the pipe material passing through each stand.
  • the arc-shaped concave portions are provided in the horizontal rolls 24A and 24A in the horizontal roll stand 20A and the vertical rolls 24B and 24B in the vertical roll stand 20B on the upstream side of the roll stand row 10 so that the pipe material is rolled into the roll stand row.
  • the force drawn into 10 is strengthened, and a smoother passage of the tube material becomes possible.
  • the pipe material passing through the roll stand row 10 is subjected to bending from two directions by the flat horizontal rolls 24A and 24A and the flat vertical rolls 24B and 24B, thereby forming a corner portion. Therefore, moldability is improved and high quality square tubes are manufactured. Specifically, a square tube having a predetermined cross-sectional curvature is produced without thinning at the corners. The fact that no thinning occurs at the corners means that it is not necessary to assume the occurrence of thinning in the dimensions of the forming tube, and the effect of reducing the diameter of the main pipe, or the thickness of the round tube and square tube that can be manufactured, can be made similarly. There is an effect.
  • the horizontal roll stand 20A and the vertical roll stand 20B are alternately arranged to suppress roll interference between adjacent stands, and the horizontal roll stand 20A. Since only the horizontal rolls 24A and 24A are rotated and the vertical rolls 24B and 24B of the vertical roll stand 20B are free rollers, member interference between adjacent stands is further suppressed. As a result, the overall length of the roll stand row 10 is suppressed to be short, and it is easy to secure a device arrangement space in the pipe manufacturing factory. Further, the weight of the apparatus is reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the roll interval adjustment in the horizontal roll stand 20A and the roll interval adjustment in the vertical roll stand 20B can be carried out by combining a pair of horizontal roll interval adjustment motor 50A and vertical roll interval adjustment motor 50B. Repeat for each pair of stands 20. That is, the horizontal roll interval adjusting motor 50A and the vertical roll interval adjusting motor 50B are also used between the plurality of horizontal / vertical stand pairs 20. For this reason, the structure of the square tube forming apparatus is simplified. As a result, the apparatus weight is reduced, and the apparatus manufacturing cost is further reduced.
  • the analysis software used for obtaining the analysis result is three-dimensional elasto-plastic deformation finite analysis software having sufficient accuracy to reproduce the actual molding developed by the present inventors.
  • the drawing is schematically based on the result output from the software.
  • FIG. 6 shows the change in the cross-sectional shape of the pipe from the round tube, which is a molding material, to the square tube of the product, step by step for each stand.
  • FIG. 7 shows the cross-sectional shape of the tube from the round tube as the forming material to the square tube of the product.
  • FIG. 8 shows the change in steps for each stand. Since the roll outer diameter is displayed at the same ratio in FIG. 5 and FIG. 7, it is easy to compare the outer diameters of the raw pipes.
  • the flat roll stand row used in the square tube forming examples 1 and 2 is configured according to the square tube forming apparatus shown in FIGS. 1 to 4, and the vertical roll stand and the horizontal roll stand are paired with the vertical roll stand and the horizontal roll stand. It is a roll stand row of 12 rolls and 24 rolls arranged alternately. The roll diameter in each roll stand is 150 mm, and the total length of the roll stand row is 4660 mm.
  • the 24 roll stands can individually set the amount of reduction, but the 12 roll stands with 1 pair of vertical and horizontal are divided into 3 groups with 4 groups as 1 group. Each group set its own reduction amount.
  • the reduction amount distribution adopted for this plain steel blank was 9: 3: 1 in the order of the first group, the second group, and the third group.
  • the first group performs molding with a reduction amount of 9/13 (about 69.3%), with the reduction amount necessary for the entire molding of the cross-sectional shape from the material round tube to the product square tube being 13, and the second group. Then, molding is performed with a reduction amount of 3/13 (about 23%), and the third group has a reduction amount distribution in which molding is performed with a reduction amount of 1/13 (about 7.7%).
  • the same reduction amount is set for a pair of vertical rolls and horizontal rolls, and four square cuts of the square cross section are performed as a result of the flattening of the sides.
  • the last stand RB8 of the first group finished molding about 69% of the total molding amount
  • the last stand RB16 of the second group finished molding about 92%
  • the last stand of the third group With RB24, the molding of 100% is finished both vertically and horizontally.
  • a case of forming a flat rectangular product square tube having a width of 150 mm and a thickness of 7 mm is shown, and the reduction amount distribution is 9: 3 in the order of the first group, the second group, and the third group.
  • the ratio is 1.
  • the position of the corner can be set by selecting the amount of reduction so that the vertical side is large and the horizontal side is small for a pair of vertical roll and horizontal roll, As a result of the flattening of the sides, four squares with a rectangular cross section are formed.
  • the last stand RB8 of the first group finished molding about 69% of the total molding amount
  • the last stand RB16 of the second group finished molding about 92%
  • the last stand of the third group With RB24, the molding of 100% is finished both vertically and horizontally.
  • the reason why the amount of reduction is distributed in this manner is clearly shown in FIG. 8 in particular.
  • the side portion is flattened at a stretch, and the square shape is formed.
  • the group continues to perform square forming that promotes smooth flattening of the side, and the third group on the downstream side adopts a forming process for obtaining a predetermined dimension.
  • such a reduction amount distribution is adopted in consideration of the planned product dimensions. It is a feature of the present invention that such a molding process according to product specifications can be adopted flexibly.
  • the roll combined range in the analysis model is up to 3 times or less of the outer diameter ratio and 3 times or less of the aspect ratio, and it was confirmed from the analysis result that the actual machine was manufactured and actually operated.
  • the grouping of the roll stands in the flat roll stand row is 3 groups with 1 pair ⁇ 4 groups (8 units) as 1 group, but 4 groups with 1 pair ⁇ 3 groups (6 units) as 1 group, 1 group 6 groups with 1 pair x 2 groups (4 groups) as 1 group, 12 groups with 1 pair x 1 group (2 groups) as 1 group, molding specifications (material of round tube, outer diameter and wall thickness, In addition, depending on the difference in the dimensions of the product square tube), a wide range of square tube forming can be performed by variously selecting the grouping method together with the rolling amount distribution.

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Abstract

【課題】　素管成形方向に沿って配列された複数のロールスタンドに丸管を通過させて角管に成形する角管成形において、成形性を高める。角管成形装置に高い兼用性を付与する。ロールスタンド列の全長を抑制する。 【解決手段】　圧下方向が直交する第１フラットロールスタンド２０Ａと第２フラットロールスタンド２０Ｂとを成形方向に沿って交互に配列して、ロールスタンド列１０を構成する。各ロールスタンド２０Ａ，２０Ｂは、圧下量を独立して設定できるロール間隔調整手段を有し、隣接する第１フラットロールスタンド２０Ａと第２フラットロールスタンド２０Ｂの一方がロール駆動手段４０により回転駆動される。被成形素管の外径、肉厚及び材質、並びに予定する製品角管の寸法に応じて予め選定される初段スタンドから終段スタンドまでの成形圧下量分布を、各ロールスタンド２０Ａ，２０Ｂにおける圧下量として個別に配分する。

Description

角管成形方法及び装置
　本発明は、金属製の丸管を角管へ成形する角管成形方法及び装置に関し、特に、複数段の成形ロールスタンドを用いた成形ロール式の角管成形方法及び装置に関する。なお、本明細書では、角管は金属製の角管を意味する。
　断面が円形の丸管を断面が矩形の角管へ成形する角管成形装置として、複数の成形ロールスタンドが成形方向に配列された成形ロールスタンド列を用いる構成があり、最も一般的なものとして、丸管の同一断面の外周を水平と垂直の四方から拘束する四方成形ロールスタンドを用いた構成がある。一方、この四方成形ロールスタンドを用いない角管成形装置もあり、その一つとして、水平ロールスタンドと垂直ロールスタンドとが成形方向に沿って交互に配列された成形ロールスタンド列を用いるものが特許文献１及び特許文献２により提示されている。
　これらの角管成形装置においては、水平ロール、垂直ロールのいずれの成形ロールにも、カリバーロールが用いられている。カリバーロールとは、その外周面が回転軸方向の両端部側から中央部側へ向かうに連れて深く弧状に窪んだ成形ロールであり、その弧状の窪みがロールカリバーである。
　いずれの角管成形装置も、基本的には、各スタンドにおけるロールカリバーが、材料進行方向の上流側から下流側にかけて漸次浅くなる設計とされており、より具体的には、ロールカリバーの曲率が、素管である丸管の曲率に近い値から段階的に減少して、最終的には製品である角管の角部と角部の間に挟まれた直線部と同じ０となるように設計されている。
　特許文献１に示された角管成形装置においては、隣接するロール間での管材のスプリングバックを抑制して成形性を向上させるため、水平ロールスタンドと垂直ロールスタンドとを交互に接近して配置して相互にその成形力を利用しようとしている。
　特許文献２に示された角管成形装置においては、各成形ロールのロールカリバーに改良が加えられている。従来の四方成形ロールスタンドでは、一度に４つの角部を成形しようとするため、角部に過度のひずみが生じ、二つの角部に挟まれた平坦な直線部となるべき部位が波打つなどの変形が出やすく、これは比較的薄肉管の場合に顕著であった。特許文献２に示された角管成形装置においては、製品角管の角部に隣接する肩部（２つの角部に挟まれた直線部の両端部）の成形（直線化）を他の部分の成形に先行させるべく、成形ロールのロールカリバーを周方向において角部担当部分、肩部担当部分、肩部以外の直線部担当部分に分けて、各担当部分に異なる曲率を付与するのであり、これにより、成形性に優れた高品質の角管が得られるのである。
　いずれの角管成形装置においても、成形ロールのカリバー底部が、製品である角管の直線部の中央部分に限定的に接触するようにロールカリバーが設計されることにより、ある程度の範囲内であれば、同じスタンド列でサイズの異なる管材も成形することが可能であるが、その兼用範囲は限られており、更に広いロール兼用性をもつ角管成形装置の開発が待たれている。
　また、最近では構造用鋼管を始めとして、角部の断面Ｒの曲率が規定どおりに正確であること、すなわち、増肉や減肉がないことが要望されているが、特許文献１により提示された角管成形装置では、スプリングバックを抑制して成形性を向上させようとするため、隣接する水平ロールと垂直ロールとの間を狭く詰める目的で小径の成形ロールを採用しており、より侵入抵抗が増加するなど、現実的にはスプリングバックを抑制することができず、前記要望に応えることが難しい。これに対し、特許文献２により提示された角管成形装置では、前述したロールカリバーにおける複数曲率の組み合わせにより、比較的高い寸法精度が確保されるが、その一方でカリバーロールの専用性が高まるため、ロール兼用性が犠牲になるのを避け得ない。
　また、近年の丸鋼管製造工場では、ロールの兼用化を計り、口径比で数倍の範囲で成形が可能な製管ラインが実用化されている。この製管成管ラインに角管成形装置を組み入れることにより、同一成形ラインにおいて、需要に応じて種々口径の丸管と角管を自由に製造できることが求められている。この場合、断面の変形量が多い丸管から角管への再成形は侵入抵抗が大きく、安定した推力確保と、スタンド列の全長抑制が重要となる。
　しかし、特許文献１、２の角管成形装置において、隣接するロールスタンド間の間隔を詰めた場合、隣接するロールスタンド間での管材のスプリングバック量が大きく、管材がスタンド列を通過するときの抵抗が非常に大きくなる。このため、管材の推進に水平ロールと垂直ロールを組み合わせた、推力の大きい四方ロールスタンドが必要となる。実際、特許文献２により提示された角管成形装置では、成形ラインの最上流と最下流に四方ロールスタンドが配置されており、特許文献１により提示された角管成形装置でも、現実的には例えば素管を押し込むための駆動用として四方ロールスタンドを多段に配置する必要があり、成形ライン上のスタンド列の全長増大が避けられない。
特開２０００－３０１２３３号公報 特開２００６－１５０３７７号公報
　本発明はかかる諸事情に鑑み、現代の製管ラインに組み込み可能な広いロール兼用化とロールスタンド列の全長抑制とを可能とし、さらに製品角部に増肉や減肉が生じ難い、成形性に優れた角管成形方法及び角管成形装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明者らはロールカリバーをもたない棒状のフラットロールを組み合わせたフラットロールスタンド、特に水平フラットロールスタンドと垂直フラットロールスタンドとが管材成形方向に沿って交互に配列されたフラットロールスタンド列に着目した。フラットロールは、カリバーロールのように外周面が弧状に窪んでいないので、最小外径と最大外径が実質的に等しく、カリバーロールスタンドの場合と比べて、ロールスタンド間の間隔を詰めることができる。その結果、ロールスタンド列の全長が抑制されると共に、カリバーロールスタンド列に比べてロール兼用性が大幅に改善される。
　そして、角管成形装置として最も重要な成形性を、フラットロールスタンド列について様々な観点から解析を繰り返した結果、以下のことが判明した。
　第１に、カリバーロールスタンド列の場合に比べて、水平ロールスタンドと垂直ロールスタンドとが交互に配列されることにより、基本的に2方ロールによる曲げ成形となり、４方ロールによる絞り成形のごとき角部への歪み発生を防止できる。且つ各ロールスタンドにおける成形ロールが、最大径が抑制されるフラットロールであることから、ロールスタンド間の間隔を詰めることができるのは事実であるが、仮にロールスタンド間の間隔を詰めることができたとしても、隣接するロールスタンド間での管材のスプリングバックを抑制することはできない。
　第２に、丸管を角管に成形する際の成形性に大きく影響するのは、カリバーロールにおけるカリバー形状よりも、むしろロールスタンド列における圧下量の各スタンドへの配分比率、すなわち圧下量分布である。特にロールスタンド列における一部の成形ロールスタンドで極端に大きな圧下量を付加する操作、及びそのような大きな変化を伴う圧下量分布を丸管の寸法（外径、肉厚）及び材質、並びに角管の寸法に応じて大きく変化させる操作が有効性である。
　第３に、このような操作を行うのにフラットロールスタンドは非常に有効である。なぜなら、ロールカリバーをもつカリバーロールの場合は、管材に当接するカリバー底の部分に比して両端部の外径が大きくなり、その最大径部によりロール間隔、圧下量の変化が制限されるのに対し、ロールカリバーを実質的にもたないフラットロールの場合は、ロール間隔の変化範囲が大きく、圧下量を広範囲に調整することができるから、角管の成形に特に有効である。
　第４に、フラットロールスタンドで大きな圧下量を付加した場合、スプリングバックも大きくなり、それに伴って管材の通過抵抗が大きくなるため、ロールスタンド列を管材が通過するのが困難となり、特許文献２に記載されているような四方ロールスタンドの増設でも対応できない。これを解決するためには、フラットロールスタンド列の全長において出来るだけ多くのロールスタンドでフラットロールを回転駆動して、フラットロールスタンド列を通過する管材に全長にわたって強い推進力を与える必要がある。具体的には、少なくとも、隣接する水平ロールスタンドと垂直ロールスタンドの少なくとも一方においてフラットロールを回転駆動する。
　本発明の角管成形方法及び装置は、かかる知見を基礎として開発されたものであり、その角管成形方法は、素管成形方向に沿って配列された複数のロールスタンドに被成形素管である種々口径の丸管を通過させて製品である種々寸法の角管に成形する角管成形方法であって、
　圧下方向が直交する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドとが管材成形方向に沿って交互に配列されると共に、各ロールスタンドにおける圧下量を独立して設定できるフラットロールスタンド列を用い、
　使用する被成形素管の外径、肉厚及び材質、並びに予定する製品角管の寸法に応じて予め選定される初段スタンドから終段スタンドまでの成形圧下量分布を、前記フラットロールスタンド列の各ロールスタンドにおける圧下量として個別に配分し、
　且つ、隣接する第１のフラットロールスタンドと第２のフラットロールスタンドの少なくとも一方を駆動して、前記被成形素管を、予定する寸法の製品角管に成形するものである。
　また、本発明の角管成形装置は、本発明の角管成形方法を実施するための角管成形装置であって、
　圧下方向が直交する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドとが成形方向に沿って交互に配列されたフラットロールスタンド列を具備しており、
　前記フラットロールスタンド列における各ロールスタンドは、圧下量を独立して設定できるロール間隔調整手段を有すると共に、隣接する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドの少なくとも一方にロール駆動手段を有している。
　なお、以下に述べる本発明の説明では、ロールスタンド列はフラットロールスタンド列のことであり、成形素材は被成形素管のことである。
　本発明の角管成形方法及び装置において、隣接する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドとは圧下方向が直交していれば、個々の圧下方向の鉛直線、水平線に対する角度は問わないが、現実性の点からは一方を水平ロールスタンド、他方を垂直ロールスタンドとするのがよい。各ロールスタンドにおけるロール駆動については、隣接する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドの両方、すなわち全ロールを駆動してもよい。水平ロールと垂直ロールの両方を駆動すると、矩形比率が異なる角管を成形できる。また、一部のスタンドでのみ両方のロールを駆動することも可能であるが、装置構造の合理化、装置製造コスト低減の観点からは全スタンドで一方のみを駆動するのが合理的で望ましい。
　各ロールスタンドにおけるフラットロールは、外径が回転軸方向の全長において一定であるものを基本とするが、一部のロールスタンド、特にロールスタンド列の一部分における１又は連続する複数のロールスタンドにおいて、当該ロールスタンドを通過する管材のロール接触面における外面Ｒより大きな曲率をもつ浅い弧状凹部を、駆動、非駆動を問わず各ロールスタンド内の両ロールに設けることは本発明の範疇である。管材に対して大きな推進力を必要とする区間、例えばロールスタンド列の上流部において、この弧状凹部を駆動ロールの外周面に形成することにより、大きな推進力が得られ、合わせて非駆動ロールの外周面に同様の弧状凹部を形成することにより、管材の円滑な推進及び成形が可能となる。
　ロールスタンド列におけるロール間隔調整機構は、間隔調整用モータをロールスタンド列で共用するのがよい。具体的には、隣接する１組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンドを対象とした１組の間隔調整用モータをロールスタンド列に沿って移動可能として、複数組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンド間で共用するのがよい。これにより、装置構造が簡略化され、装置重量が軽くなることにより、装置製造コストが下がる。
　なお、前記特許文献１及び２に記載された発明は、水平ロールスタンドと垂直ロールスタンドとを交互に配列しているとはいえ、基本はカリバーロールスタンド列による角管成形、すなわち、各スタンドにおけるロールカリバーの曲率を段階的に小さくして、素管である円管を、製品である角管へ徐々にロール成形していく技術である。
　カリバーロールスタンド列による角管成形では、総成形量が、使用するスタンド数に応じて、全段にほぼ均等割りで配分され、これに基づいて、各スタンドでのカリバー曲率が設計されると共に、各スタンドでの圧下量についても、カリバー曲率分布に対応する形で、総圧下量が各スタンドに均等割りで配分されるものとなる。
　本発明の角管成形方法及び装置は、圧下方向が直交する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドが成形方向に沿って交互に配列されたロールスタンド列を用い、ロールカリバーによる成形寸法上の制限が取り除かれるので、ロール兼用性が非常に高い。また、隣接するフラットロールスタンド間の間隔縮小によるフラットロールスタンド列の全長抑制に加え、従来必須であった推力確保のためのサイジングスタンド（４方ロールスタンド）が不要になることにより、容易に現代の製管ラインへの組み込みが可能となる。これらのため、種々の口径、より詳しくは種々の寸法（外径、肉厚）及び材質の丸管から種々の寸法の角管を成形できる。
　すなわち、フラットロールによりロール兼用性が極めて高い上に、スタンド列における各スタンドの圧下量を独立して設定でき、圧下量の自在な配分が可能であること、ロールスタンド列の全長抑制によりロールスタンドの段数増加が可能になるので、圧下量が大きい場合でさえもロールスタンド１段あたりの成形量が小さくなり、ロールへの巻き付きが少なくなることから侵入抵抗が小さくなること、４ロールによる絞り成形と異なり、２方ロールによる曲げ成形であること、及び隣接する第１のフラットロールスタンドと第２のフラットロールスタンドの少なくとも一方が駆動されて、スタンド列を通過する管材に安定した推進力を付与できることにより、推力確保のためのサイジングスタンド（４方ロールスタンド）がなくても、またフラットロールスタンド列の全長抑制にもかかわらず、高い製管効率が安定して確保され、なおかつ製品角部に増肉や減肉が発生し難いために優れた成形性が確保される。
　したがって、本発明の角管成形方法及び装置は、高品質な角管を経済的に製造することができる。
本発明の一実施形態を示す角管成形装置の斜視図である。 同角管成形装置の別角度からの斜視図であり、ロール駆動機構が省略して示されている。 同角管成形装置における水平ロールスタンドの斜視図である。 同角管成形装置における垂直ロールスタンドの斜視図である。 本発明の角管成形方法の一実施例を示す斜視図で、同実施例における角管成形過程を連続的、全体的に示している。 同実施例において、素材丸管が製品角管に至る角管成形過程を、各スタンドにおける管の断面形状により段階的に示す説明図である。 本発明の角管成形方法の別の実施例を示す斜視図で、同実施例における角管成形過程を連続的、全体的に示している。 同実施例において、素材丸管が製品角管に至る角管成形過程を、各スタンドにおける管の断面形状により段階的に示す説明図である。
　以下に本発明の一実施形態を説明する。
　本実施形態の角管成形装置は、成形素材である丸管を複数の成形ロールスタンドに順番に通過させて角管へ連続的に成形していく装置であり、丸管製造ライン中に配置されて、製造された丸管の一部を角管に成形することにより、丸管と角管の両方の製造を可能とする。
　この角管成形装置は、図１及び図２に示すように、管材成形方向に長い角筒状のロールスタンド列１０を備えている。角筒状のロールスタンド列１０は、管材成形方向の厚みが薄い角枠状の水平ロールスタンド２０Ａと、同じく管材成形方向の厚みが薄い角枠状の垂直ロールスタンド２０Ｂとを、スタンドベース３０上に管材成形方向に沿って交互に配列した構成になっている。なお、成形素材である丸管は、図１の手前側から先奥側へ向かってロールスタンド列１０を通過する。すなわち、図１の手前側がロールスタンド列１０の上流側であり、先奥側がロールスタンド列１０の下流側である。
　水平ロールスタンド２０Ａは、図３に示すように、左右２本ずつ計４本の垂直ロッド２１Ａにより連結された上下の固定水平ベース２２Ａ，２２Ａと、上下の固定水平ベース２２Ａ，２２Ａの間において前記左右の垂直ロッド２１Ａにより上下方向に移動自在に支持された上下の水平な可動ベース２３Ａ，２３Ａと、可動ベース２３Ａ，２３Ａの対向面にそれぞれに取付けられた上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａとを備えている。
　上下それぞれの水平ロール２４Ａは、中心軸方向の全長にわたって外径が実質一定のフラットロールであって、当該水平ロール２４Ａを支持する水平な支持軸が、当該水平ロール２４Ａの両側において軸受内蔵のブラケット２５Ａ，２５Ａにより回転自在に支持されると共に、当該支持軸の一端部が入力軸２４Ａ′としてロールスタンド列１０の一方の側に突出し、その一方の側に配置されるロール駆動手段としてのロール駆動機構４０と連結されることにより、回転駆動される（図１参照）。
　そして、上下一組の水平ロール２４Ａ，２４Ａは、上段の固定水平ベース２２Ａの中央部上面に下向きに取付けられた機械式の上ジャッキ２６Ａと、下段の固定水平ベース２２Ａの中央部下面に上向きに取付けられた機械式の下ジャッキ２６Ａとにより、ロール間隔が調整される。
　すなわち、下向きの上ジャッキ２６Ａは、先端部が上段の固定水平ベース２２Ａを貫通して上段の可動ベース２３Ａの上面に結合されており、ロールスタンド列１０の一方の側に配置された水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ（図１及び図２参照）により水平な入力軸２７Ａを介して駆動される。また、上向きの下ジャッキ２６Ａは、先端部が下段の固定水平ベース２２Ａを貫通して下段の可動ベース２３Ａの下面に結合されており、前記水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ（図１及び図２参照）による駆動力が、上段の固定水平ベース２２Ａの他方の側部上面に取付けられたギヤボックス２８Ａ、垂直な動力伝達軸２９Ａ、及び下段の固定水平ベース２２Ａの他方の側部下面に取付けられたギヤボックス２８Ａを介して下ジャッキ２６Ａに伝達されることにより、上ジャッキ２６Ａと対称的に同期駆動される。
　このような上下ジャッキ２６Ａ，２６Ａの対称的な同期駆動により、上下の可動ベース２３Ａ，２３Ａが対称的に昇降駆動され、上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａのロール間隔を調整する。つまり、上下ジャッキ２６Ａ，２６Ａ、水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ、並びに動力伝達機構としての入力軸２７Ａ、上下のギヤボックス２８Ａ，２８Ａ及び動力伝達軸２９Ａにより、上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔調整機構が構成されている。
　垂直ロールスタンド２０Ｂは、図４に示すように、左右一対の固定垂直ベース２１Ｂ，２１Ｂと、左右の固定垂直ベース２１Ｂ，２１Ｂを連結する上下２本の水平ロッド２２Ｂ，２２Ｂと、左右の固定垂直ベース２１Ｂ，２１Ｂ間において前記上下２本の水平ロッド２２Ｂ，２２Ｂにより水平方向に移動自在に支持された左右の可動ベース２３Ｂ，２３Ｂと、左右の可動ベース２３Ｂ，２３Ｂにそれぞれ回転自在に支持された左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂとを備えている。
　左右の固定垂直ベース２１Ｂ，２１Ｂは、前述した水平ロールスタンド２０Ａの下側の水平固定ベース２２Ａ（図３参照）の両端部上に対称的に立設されている。つまり、前述した水平ロールスタンド２０Ａの下側の水平固定ベース２２Ａは、ロールスタンド列１０の下流側へ延出しており、その延出部上に前記垂直固定ベース２１Ｂ，２１Ｂは取付けられている。これにより、隣接する１組の水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂは、共通の水平固定ベース２２Ａにより一体化された水平垂直スタンド対２０を構成している。
　左右それぞれの可動ベース２３Ｂは、上下の水平ロッド２２Ｂ，２２Ｂに摺動自在に支持された上下のスライダと、上下の間に取付けられたロール支持枠２５Ｂとを有している。上下のスライダの連結部材を兼ねるロール支持枠２５Ｂは、上下の水平部材と外側の垂直部材とを組み合わせた内側に開放する構造であり、その上下の水平部材間に前記左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂを回転自在に支持している。そして、左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂは、左右の垂直固定ベース２２Ｂ，２２Ｂの各外側面に内側を向けて取付けられた左右のジャッキ２６Ｂ，２６Ｂにより、ロール間隔が調整される。
　すなわち、一方の側のジャッキ２６Ｂは、先端部が一方の側の固定垂直ベース２２Ｂを貫通して一方の側の可動ベース２３Ｂの外側の垂直部材の外側面に結合されており、ロールスタンド列１０の一方の側に配置された垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂ（図１及び図２参照）により垂直な入力軸２７Ｂを介して駆動される。また、他方の側のジャッキ２６Ｂは、先端部が他方の側の固定垂直ベース２２Ｂを貫通して他方の側の可動ベース２４Ｂの外側の垂直部材の外側面に結合されており、前記垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂ（図１及び図２参照）による駆動力が、スタンドベース３０の一方の側部上に取付けられたギヤボックス２８Ｂ、水平な動力伝達軸２９Ｂ、及びスタンドベース３０の他方の側部上に取付けられたギヤボックス２８Ｂを介して他方の側のジャッキ２６Ｂに伝達されることにより、前記一方の側のジャッキ２６Ｂと対称的に同期駆動される。
　このような左右のジャッキ２６Ｂ，２６Ｂの対称的に同期駆動により、左右の可動ベース２３Ｂ，２３Ｂが対称的に水平移動し、左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔が調整される。つまり、左右のジャッキ２６Ｂ，２６Ｂ、垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂ、並びに動力伝達機構としての入力軸２７Ｂ、左右のギヤボックス２８Ｂ，２８Ｂ及び動力伝達軸２９Ｂは、左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔調整機構を構成している。
　そして、このような構造の水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂの１組を水平垂直スタンド対２０として、その複数組がスタンドベース３０上に管材成形方向に沿って配列されることにより、当該角管成形装置におけるロールスタンド列１０は構成されている。より具体的には、１１組のスタンド対２０（最終段に水平ロールスタンド２０Ａを加えて全部で２３基のロールスタンド）により、前記ロールスタンド列１０は構成されている。
　当該角管成形装置においては、前述したとおり、水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔が水平ロール用間隔調整モータ５０Ａにより調整され、垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔が垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂにより調整される。水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂは、ここでは１つの水平垂直スタンド対２０に対応して１組のみ設けられており、その１組の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂがロールスタンド列１０に沿って移動（ここでは自走）することにより、１２組の水平垂直スタンド対２０における水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔及び垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔が順次調整される。
　すなわち、図１及び図２、特に図２に示されるように、ロールスタンド列１０の一方の側、特にその最上部には、ロールスタンド列１０の全長にわたって支持台５１が設けられている。支持台５１は、スタンド組２０の最上部から一方の側へ延出するステー５２などにより水平に支持されている。１組の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂは、互いに連結されており、その状態で支持台５１上をロールスタンド列１０に沿って移動可能である。そして、１組の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂが、１２組の水平垂直スタンド対２０のそれぞれに対応する位置に停止し、各停止位置で水平ロールスタンド２０Ａ内の水平な入力軸２７Ａ、及び垂直ロールスタンド２０Ｂ内の垂直な入力軸２７Ａとそれぞれ連結されることにより、水平ロールスタンド２０Ａ内の水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔、及び垂直ロールスタンド２０Ｂ内の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔をそれぞれ調整する。
　そして、この操作を全ての水平垂直スタンド対２０のそれぞれに対して行うことにより、全ての水平垂直スタンド対２０のそれぞれにおいて水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔、及び垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔が独自に調整される。５３は移動式の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂに給電を行うためのフレキシブルなケーブルである。
　当該角管成形装置においては又、前述したとおり、水平ロールスタンド２０Ａ内の水平ロール２４Ａ，２４Ａが、ロールスタンド列１０の一方の側に配置されたロール駆動機構４０により回転駆動される。ここにおけるロール駆動機構４０は、３つの駆動ユニット４１に分割されている。各駆動ユニット４１は、ロールスタンド列１０において隣接する４つのスタンド対２０における４基の水平ロールスタンド２０Ａと連結されることにより、４基の水平ロールスタンド２０Ａにおける上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａを回転駆動する。
　すなわち、ロール駆動機構４０は、各駆動ユニット４１を駆動する駆動モータ４２を有しており、４基の水平ロールスタンド２０Ａに各対応する上下の出力軸４３，４３を、４基の水平ロールスタンド２０Ａにおける上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａの入力軸２４Ａ′，２４Ａ′と連結させることにより、４基の水平ロールスタンド２０Ａを一組として、各水平ロールスタンド２０Ａにおける上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａを回転駆動する。
　なお、本実施形態の角管成形装置においては、ロールスタンド列１０中の一部のロールスタンド、ここでは上流側の一部、より具体的には最上流から２組の水平垂直スタンド対２０、すなわち各２基の水平ロールスタンド２０Ａ及び垂直ロールスタンド２０Ｂにおいて、各水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａ及び各垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの各外周面に、各ロール間を通過する管材の外面Ｒよりも大きな曲率を有する極浅い弧状凹部が形成されている。
　次に、本実施形態の角管成形装置を用いて丸管を角管に成形する方法を、本実施形態の角管成形方法として説明する。
　成形素材である丸管の寸法（外径、肉厚）及び材質、並びに製品である角管の寸法等に応じてロールスタンド列１０における複数組（ここでは１２組）の水平垂直スタンド対２０（すなわち水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂの組み合わせ）において、水平ロールスタンド２０Ａにおける上下の水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔、及び垂直ロールスタンド２０Ｂにおける左右の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔を、例えばロールスタンド列１０の上流側から下流側へスタンド対２０毎に調整する。この調整を移動式の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂの組み合わせによって行うことは前述したとおりである。
　全てのスタンド対２０において水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａの間隔調整、及び垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの間隔調整が終わると、ロール駆動機構４０により、全てのスタンド対２０において水平ロールスタンド２０Ａ内の水平ロール２４Ａ，２４Ａのみを回転駆動する。
　この状態でロールスタンド列１０に成形素材である丸管を通す。その管材はロールスタンド列１０内のスタンド対２０（すなわち水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂの組み合わせ）を順番に通過することにより、丸管から角管に成形される。
　ここで、ロールスタンド列１０は水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂが交互に配列された構成となっており、しかも水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａ及び垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂは、共に中心軸方向の全長にわたって外径が実質一定のフラットロールである。これらのために、隣接するスタンド間の距離が小さく詰められているだけでなく、隣接するスタンド間でのロール干渉の回避が容易であるので、各スタンドにおいてロール間隔が独立に、しかも広い範囲で調整可能である。また、隣接するスタンド間隔が詰められてもなお、比較的大径のフラットロールを用いることができるので、管材のロールへの巻きつき、及びこれによる侵入抵抗の増大が回避される。
　このため、ロールスタンド列１０の特定位置、例えば上流側の一部スタンドにおける圧下量を大きくし、他は徐々に圧下量を小さくするというように、成形素材の外径、材質、肉厚などで変化するスプリングバック量を考慮した成形性本位の圧下量分布を設定することができる。
　加えて、ロールスタンド列１０においては、本質的に管材侵入抵抗が小さく抑制される上に、全ての水平ロールスタンド２０Ａにおいて水平ロール２４Ａ，２４Ａが回転駆動され、ロールスタンド列１０を通過する管材の全長に推進力が付加されるために、ロールスタンド列１０の特定位置における圧下量を大きくし、その結果としてスプリングバックが大きくなったとても、ロールスタンド列１０を管材がスムーズに通過する。
　特に、本実施形態の角管成形装置においては、圧下量を大きくする上流側の一部スタンド（ここでは２組の水平垂直スタンド対２０であるが、それ以上も可）において、各水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａ及び各垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂの各外周面に、各ロール間を通過する管材のロール接触面面Ｒよりも大きな曲率を有する極浅い弧状凹部が形成されているので、各スタンドを通過する管材に特に大きな推進力が付加される。
　また、前記の弧状凹部が、ロールスタンド列１０の上流側における水平ロールスタンド２０Ａ内の水平ロール２４Ａ，２４Ａ及び垂直ロールスタンド２０Ｂ内の垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂに設けられることにより、管材をロールスタンド列１０内に引き込む力が強化され、管材のより円滑な通過が可能となる。
　そして、管材の円滑な通過に加え、ロールスタンド列１０を通過する管材が、フラットな水平ロール２４Ａ，２４Ａとフラットな垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂによる２方向からの曲げ成形を受けて角部が形成されていくために、成形性が向上し、高品質な角管が製造される。具体的には、角部に減肉が生じず所定の断面曲率を有する角管が製造される。角部に減肉が発生しないことは、成形素管寸法に減肉の発生を想定する必要がなく、母管口径を小さくできる効果、あるいは製造できる丸管と角管の肉厚が同様にできる効果を奏する。
　これに加えて、本実施形態の角管成形装置においては、水平ロールスタンド２０Ａと垂直ロールスタンド２０Ｂとが交互に配列され、隣接するスタンド間でのロール干渉が抑制されると共に、水平ロールスタンド２０Ａにおける水平ロール２４Ａ，２４Ａのみが回転駆動され、垂直ロールスタンド２０Ｂにおける垂直ロール２４Ｂ，２４Ｂがフリーローラーとされているので、隣接するスタンド間での部材干渉が更に抑制される。その結果、ロールスタンド列１０の全長が短く抑制され、製管工場における装置配置スペースの確保が容易である。また、装置重量が軽くなり、製造コストの低減が図られる。
　その上、水平ロールスタンド２０Ａにおけるロール間隔調整、及び垂直ロールスタンド２０Ｂにおけるロール間隔調整を、移動式の一組の水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂの組み合わせにより、水平垂直スタンド対２０毎に行う。つまり、複数の水平垂直スタンド対２０の間で水平ロール用間隔調整モータ５０Ａ及び垂直ロール用間隔調整モータ５０Ｂが兼用される。このため、角管成形装置の構造が簡略化され、その結果、装置重量が軽くなり、装置製造コストが一層低減される。
　最後に、本発明の実施例として、２つの角管成形例の解析結果を、図５～図８を参照して具体的に説明する。解析結果を得るために用いた解析ソフトは、本発明者らが開発した実際の成形を再現するのに十分な精度を有する３次元弾塑性変形有限解析ソフトである。図面は前記ソフトから出力された結果をもとに模式化したものである。
　角管成形例１及び２では、同じフラットロールスタンド列を使用しており、角管成形列１において、フラットロールスタンド列における角管成形過程を連続的、全体的に示したのが図５、成形素材である丸管から製品の角管に至る管の断面形状の変化を各スタンド毎に段階的に示したのが図６である。同様に、角管成形列２において、フラットロールスタンド列における角管成形過程を連続的、全体的に示したのが図７、成形素材である丸管から製品の角管に至る管の断面形状の変化を各スタンド毎に段階的に示したのが図８である。図５と図７とではロール外径が同じ比率で表示されているため、素管外径の大小の比較が容易である。
　角管成形例１及び２で使用されるフラットロールスタンド列は、図１～図４に示す角管成形装置に準じる構成で、垂直ロールスタンドと水平ロールスタンドを１ペアとして垂直ロールと水平ロールを交互に配列した合計１２組、２４ロールのロールスタンド列である。各ロールスタンドにおけるロール径は１５０ｍｍ、ロールスタンド列の全長は４６６０ｍｍである。そして、２４基のロールスタンドは各々個別に圧下量を設定できるが、垂直・水平を１ペアとする１２組のロールスタンドは、４組を１つのグループとする３つのグループに分かれており、各グループ毎に独自の圧下量を設定した。
　なお、最上流部に位置する第１グループでは、推進力を確保するために、各ロールスタンドを通過する管材のロール接触面における外面Ｒより大きな曲率をもつ浅い弧状凹部が各ロールに付与されている。
　そして、図５及び図６に示す角管成形例１おいては、普通鋼（Ｙｓ＝３６０ＭＰａ）からなる外径が４４．４５ｍｍで厚み３．６ｍｍの比較的小径の素材丸管を、１辺が３８ｍｍで厚みが３．６ｍｍの断面正方形の製品角管に成形する場合を示している。この普通鋼の素管に対して採用した圧下量分布は、第１グループ、第２グループ、第３グループの順に９：３：１の比率とした。
　すなわち、素材丸管から製品角管に至る断面形状の全成形に必要な圧下量を１３として、第１グループでは９／１３（約６９.３％）の圧下量で成形を行い、第２グループでは３／１３（約２３％）の圧下量で成形を行い、第３グループでは１／１３（約７.７％）の圧下量で成形を行う圧下量分布としたのである。丸管から正方形断面への成形を行うには、１ペアの垂直ロールと水平ロールには同じ圧下量を設定して、辺部の平坦化の結果として正方形断面の４つの角出し成形を行う。
　その結果、第１グループの最後のスタンドＲＢ８では全成形量のうちの約６９％の成形を終え、第２グループの最後のスタンドＲＢ１６では約９２％の成形を終え、第３グループの最後のスタンドＲＢ２４で縦横とも１００％の成形を終えることになる。
　また、図７及び図８に示す角管成形例２においては、同じ普通鋼（Ｙｓ＝３６０ＭＰａ）からなる外径が１１９．６７ｍｍで厚み７ｍｍの比較的大径の素材丸管を、縦が５０ｍｍ、横が１５０ｍｍで厚みが７ｍｍの偏平な長方形の製品角管に成形する場合が示されており、圧下量分布は、ここでも第１グループ、第２グループ、第３グループの順に９：３：１の比率とされている。丸管から長方形断面への成形を行うには、１ペアの垂直ロールと水平ロールには垂直側が大きく水平側が小さくなるよう圧下量を選定することで、角となる位置を設定することができ、辺部の平坦化の結果として長方形断面の４つの角出し成形を行う。
　その結果、第１グループの最後のスタンドＲＢ８では全成形量のうちの約６９％の成形を終え、第２グループの最後のスタンドＲＢ１６では約９２％の成形を終え、第３グループの最後のスタンドＲＢ２４で縦横とも１００％の成形を終えることになる。
　圧下量をこのように分布させる理由は、特に図８に分かりやすく示されているが、上流側の第１グループで一気に辺部の平坦化を進めて角出し成形を行い、中流部の第２グループで引き続き穏やかな辺部の平坦化を進める角出し成形を行い、下流側の第３グループでは予定の寸法を得る成形プロセスを採用するためである。２つの角管成形の場合、予定の製品寸法を考慮してかかる圧下量分布を採用している。このような製品仕様に応じた成形プロセスを臨機応変に採用できることが本発明の特徴である。なお、解析モデルにおけるロール兼用範囲は、外径比３倍以下、縦横比３倍以下までであり、この解析結果から実機を製造して実際に操業した結果も同様であることを確認した。
　フラットロールスタンド列におけるロールスタンドのグループ分けは、１ペア×４組（８基）を１グループとする３グループとしているが、１ペア×３組（６基）を１グループとする４グループ、１ペア×２組（４基）を１グループとする６グループ、１ペア×１組（２基）を１グループとする１２グループでもよく、成形仕様（素材丸管の材質、外径及び肉厚、並びに製品角管の寸法）の違いにより、圧下量分布と共にグループの分け方を様々に選定することで、広範囲の角管成形を行うことができる。
　１０　ロールスタンド列
　２０　水平垂直スタンド対
　２０Ａ　水平ロールスタンド（第１のフラットロールスタンド）
　２１Ａ　垂直ロッド
　２２Ａ　固定水平ベース
　２３Ａ　可動ベース
　２４Ａ　水平ロール
　２５Ａ　ブラケット
　２６Ａ　ジャッキ
　２７Ａ　入力軸
　２８Ａ　ギヤボックス
　２９Ａ　動力伝達軸
　２０Ｂ　垂直ロールスタンド（第２のフラットロールスタンド）
　２１Ｂ　固定垂直ベース
　２２Ｂ　水平ロッド
　２３Ｂ　可動ベース
　２４Ｂ　垂直ロール
　２５Ｂ　ロール支持枠
　２６Ｂ　ジャッキ
　２７Ｂ　入力軸
　２８Ｂ　ギヤボックス
　２９Ｂ　動力伝達軸
　３０　スタンドベース
　４０　ロール駆動機構（ロール駆動手段）
　４１　駆動ユニット
　４２　駆動モータ
　５０Ａ　水平ロール用間隔調整モータ
　５０Ｂ　垂直ロール用間隔調整モータ
　５１　支持台
　５２　ステー
　５３　ケーブル

Claims (6)

  1. 　素管成形方向に沿って配列された複数のロールスタンドに被成形素管である種々口径の丸管を通過させて製品である種々寸法の角管に成形する角管成形方法であって、
    　圧下方向が直交する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドとが管材成形方向に沿って交互に配列されると共に、各ロールスタンドにおける圧下量を独立して設定できるフラットロールスタンド列を用い、
    　使用する被成形素管の外径、肉厚及び材質、並びに予定する製品角管の寸法に応じて予め選定される初段スタンドから終段スタンドまでの成形圧下量分布を、前記フラットロールスタンド列の各ロールスタンドにおける圧下量として個別に配分し、
    　且つ、隣接する第１のフラットロールスタンドと第２のフラットロールスタンドの少なくとも一方を駆動して、前記被成形素管を、予定する寸法の製品角管に成形する角管成形方法。
  2. 　請求項１に記載の角管成形方法において、フラットロールスタンド列の一部分における１又は複数のロールスタンドにおいて、当該ロールスタンドを通過する管材のロール接触面Ｒより大きな曲率をもつ弧状凹部をフラットロールに形成して、前記管材に推進力を付加する角管成形方法。
  3. 　請求項１に記載の角管成形方法において、隣接する１組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンドを対象とした１組の間隔調整用モータを、フラットロールスタンド列に沿って移動可能に配置して、フラットロールスタンド列における複数組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンド間で共用する角管成形方法。
  4. 　請求項１～３の何れか一つに記載の角管成形方法を実施するための角管成形装置であって、
    　圧下方向が直交する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドとが成形方向に沿って交互に配列されたフラットロールスタンド列を具備しており、
    　前記フラットロールスタンド列における各ロールスタンドは、圧下量を独立して設定できるロール間隔調整手段を有すると共に、隣接する第１フラットロールスタンドと第２フラットロールスタンドの少なくとも一方にロール駆動手段を有する角管成形装置。
  5. 　請求項４に記載の角管成形装置において、
    　フラットロールスタンド列の一部分における１又は複数のロールスタンドにおいて、当該フラットロールスタンドを通過する管材のロール接触面Ｒより大きな曲率をもつ弧状凹部がフラットロールに形成された角管成形装置。
  6. 　請求項４に記載の角管成形装置において、
    　隣接する１組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンドを対象とした１組の間隔調整用モータが、フラットロールスタンド列に沿って移動可能に配置されて、フラットロールスタンド列における複数組の第１フラットロールスタンド及び第２フラットロールスタンド間で共用される角管成形装置。
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