JP2004195504A - 鋼管の成形装置、成形方法、及び製造設備列 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、プレス圧下点で発生する前記の角張形状を抑制し、寸法精度の良好な溶接鋼管を提供すること。
【解決手段】鋼管を製造するに当たり、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置であって、前記鋼板を上から押圧するための凸部を有するパンチと、前記パンチに押圧された鋼板を受ける凹部を有するダイを備え、且つ、前記パンチが前記鋼板を押圧する際に、ダイ側から突出し、前記鋼板を前記パンチ側に押圧するカウンタパンチとを有することを特徴とする鋼管の成形装置。
更に前記カウンタパンチの前記鋼板への押し付け圧力を所定の値以上に制御するための制御装置を有したことを特徴とする鋼管の成形装置。
【選択図】 図１
【解決手段】鋼管を製造するに当たり、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置であって、前記鋼板を上から押圧するための凸部を有するパンチと、前記パンチに押圧された鋼板を受ける凹部を有するダイを備え、且つ、前記パンチが前記鋼板を押圧する際に、ダイ側から突出し、前記鋼板を前記パンチ側に押圧するカウンタパンチとを有することを特徴とする鋼管の成形装置。
更に前記カウンタパンチの前記鋼板への押し付け圧力を所定の値以上に制御するための制御装置を有したことを特徴とする鋼管の成形装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は寸法精度に優れた鋼管、特に薄肉溶接鋼管を製造するための成形装置、成形方法、及び鋼管の製造設備列に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、溶接鋼管の製造方法としては電縫鋼管法が多く採用されている。
【０００３】
電縫鋼管は、通常、熱延あるいは冷延工程で製造された帯鋼を用い、まずブレークダウンロール等で帯鋼を半円形状とし、次いでサイドロール（クラスタロール）及びフィンパスロールによって円筒形状とし、最後にスクイズロールにおいて突き合わせ部を電縫溶接して鋼管とする。溶接時に生じたビード（溶接余盛り）は溶接直後にバイト等によって切削除去し、サイザーロールによって所定の外径に絞り込んでいる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このように、電縫鋼管を造管する際、冷間で複雑に成形されることから冷間歪みの導入が避けられず、特に素材板厚と成形外径の比であるｔ／Ｄ比が２％以下となるとこの冷間歪みにより溶接直前の突き合わせ時点では両エッジ部において縁延びが発生し、このために安定的な溶接が困難となる。
【０００５】
一方、鋼板を凸部と凹部とに挟み込み、プレスすることにより曲率を付与していき、オープン管を製造するプレス成形方法が知られている。
【０００６】
この方法は、図３のようにダイ３と称する凹部を有した治具に、素材となる鋼板を載置し、上からパンチ２と称する押し付け治具を押し付けることにより鋼板に曲率を付与、これを鋼板の幅方向に数回〜十数回繰り返し、鋼板全体に曲率を付与することによりオープン管を製造する方法である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８７１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のプレス成形方法では、図４に示したように、プレスを始めると鋼板１がダイ３凹部に接触する前に局部的に角形に屈曲してしまい、最終的にパンチ２によって鋼板をダイに押し付けてもこの屈曲は戻らず、曲率の大きくなった角部はそのまま残る。
【０００９】
従って、このプレスを繰り返すと、最終的にはオープン管は多角形のいびつな形状となり、それから作られた鋼管は寸法精度が悪いとう問題があった。
【００１０】
この現象は、素材鋼板の強度が低いほど顕著に現れ、これに対する対策が望まれていた。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するものであり、プレス圧下点で発生する前記の多角形のいびつな形状である角張形状を抑制し、寸法精度の良好な溶接鋼管を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが、従来のプレス成形方法によって成形され、造管された鋼管を詳細に調査したところ、溶接後の角張形状となっている箇所はプレスの圧下点であることが判明した。更にプレス後のオープン管の断面形状を詳細に調査したところ、当該角部の曲率は、プレスのパンチ先端の曲率より大きくなっていることも判明した。
【００１３】
これは、図４のように、パンチでプレスを行っている際にプレス圧下点で局部的に塑性域が形成され板幅に均一な塑性域が広がる前に角張形状となってしまうからである。
【００１４】
従って、局部的な塑性域が形成されない様にプレス開始時あるいはプレス開始直後から、鋼板に対しダイ側よりパンチ側に向かってある一定以上の押圧力を加えながらプレスする。このことにより板幅方向に均一な塑性域が広がった上で成形でき、角張形状を防止できることを知見し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１６】
（１） 鋼管を製造するに当たり、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置であって、前記鋼板を上から押圧するための凸部を有するパンチと、前記パンチに押圧された鋼板を受ける凹部を有するダイを備え、且つ、前記パンチが前記鋼板を押圧する際に、ダイ側から突出し、前記鋼板を前記パンチ側に押圧するカウンタパンチとを有することを特徴とする鋼管の成形装置。
【００１７】
（２） 更に前記カウンタパンチの前記鋼板への押し付け圧力を所定の値以上に制御するための制御装置を有したことを特徴とする上記（１）項記載の鋼管の成形装置。
【００１８】
（３） 上記（２）項記載の鋼管の成形装置を使用し、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する鋼管の成形方法であって、前記所定の値が、前記鋼板の板厚、材質、あるいは、目的の曲率によって予め決められた値であることを特徴とする鋼管の成形方法。
【００１９】
（４） 鋼板を切断し、成形し、溶接することにより鋼管を製造する設備列であり、成形する際に前記上記（１）または（２）項記載の鋼管の成形装置により成形し、次に前記成形したオープン管の突合せ部を溶接するレーザー溶接装置を備えたことを特徴とする鋼管の製造設備列。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明による装置の一実施例を示す図である。
【００２２】
素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置は、上から鋼板１を押圧するパンチ２と、押圧された鋼板を受ける凹部を有したダイ３と、更に本発明の特徴であるカウンタパンチ４がダイ３側から突き出し可能となっている。そしてカウンタパンチ４の背後には、カウンタパンチ３を鋼板１へ押し付ける押圧装置５を有し、その押圧装置５には押し付け力を制御する押圧力制御装置６が接続されている。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明による成形装置で鋼板をプレス成形しオープン管を製造する例を示す図である。
【００２４】
素材の鋼板１は、図２（ａ）に示すように、ダイ３上に載置し、カウンタパンチ４をダイ３の凹部内に突出するように上昇させる。
【００２５】
次いで、図２（ｂ）に示すように、パンチ２を降下させて鋼板１のプレス成形を始める。鋼板１は、まず、パンチ２とカウンタパンチ４とで狭持され、プレスされ、曲げられる。
【００２６】
このとき、パンチ２の先端凸部とカウンタパンチ４の先端凹部とは、ほぼ同じ曲率に形成されているので、鋼板１は図４に示すような角形に屈曲せず、曲面にプレス成形される。
【００２７】
更に、図２（ｃ）に示すように、カウンタパンチ４を降下させながらパンチ２を降下させると、鋼板１は、パンチ２とダイ３とでプレス成形されオープン管となる。
【００２８】
なお、カウンタパンチ４は、押圧力制御装置６で制御される押圧装置５によって昇降が行われる。
【００２９】
従来、パンチを鋼板に押圧すると鋼板の中央部が角状となってしまっていた。それに対し本発明装置では、この中央部（以下、圧下点と称す）にカウウンタパンチを設け、鋼板をパンチ側に押し付け、鋼板が局部的な塑性変形を起こさないようにしている。
【００３０】
ここで、カウンタパンチの押し付け力は、鋼板が局部的な塑性変形を発生しないような力以上であれば良い。もちろんプレス力よりも小さい力の範囲でである。
【００３１】
従って押し付ける装置としては、押し付け力を自由に制御できるシリンダでも良いし、また、上記の条件を満たせば、バネでも良い。
【００３２】
そしてこの押し付け力の下限値は、鋼板の材質（ＴＳ、ＹＰなど）、目的の曲率、鋼板厚みなどで決まるので、予め要因と目標の押圧力をテーブル化しておき、制御装置にこれらのファクターを入力することにより、自動的に目標の押圧力を設定することもできる。
【００３３】
また、カウンタパンチの鋼板と接する上面は、ダイと同じ曲率とすることが望ましい。成形したオープン管の突き合わせ部は、レーザー溶接装置で溶接して鋼管とする。
【００３４】
【実施例】
実際に下記の寸法のオープン管を製造するに際し、カウンタパンチのある場合とない場合とでその結果成形され造管された鋼管の寸法精度を測定し、比較してみた。なお、板幅方向９点でプレス成形した。
▲１▼オープン管の寸法
・外径：３１．７５ｍｍ
・肉厚：２．３ｍｍ
▲２▼プレス装置の寸法
・パンチ外径：２８．９ｍｍ
・ダイ内径：３１．２ｍｍ
・カウンタパンチの幅：２０ｍｍ
・カウンタパンチ押し付け圧力：４．５ｋｇ／ｍｍ（Ｌ方向単位長さ当たりの力）
▲３▼鋼管の寸法精度測定結果
・カウンターパンチあり：真円に対し半径が、±０．５ｍｍ
・カウンターパンチなし：真円に対し半径が、±０．２ｍｍ
以上のように出来上がった鋼管の寸法精度は著しく向上した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によりプレス形成及びプレス成形後の両エッジを溶接し、造管することで、多角形角張形状を防止できるようになり、その結果、寸法精度の高い、特に薄肉の溶接鋼管を製造可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレス成形装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明装置でプレスを行なっている状況を示す図である。
【図３】従来のプレス成形装置を示す図である。
【図４】従来のプレス成形装置でプレスを行なっている状況を示す図である。
【符号の説明】
１ 鋼板
２ パンチ
３ ダイ
４ カウンタパンチ
５ 押圧装置
６ 押圧力制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は寸法精度に優れた鋼管、特に薄肉溶接鋼管を製造するための成形装置、成形方法、及び鋼管の製造設備列に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、溶接鋼管の製造方法としては電縫鋼管法が多く採用されている。
【０００３】
電縫鋼管は、通常、熱延あるいは冷延工程で製造された帯鋼を用い、まずブレークダウンロール等で帯鋼を半円形状とし、次いでサイドロール（クラスタロール）及びフィンパスロールによって円筒形状とし、最後にスクイズロールにおいて突き合わせ部を電縫溶接して鋼管とする。溶接時に生じたビード（溶接余盛り）は溶接直後にバイト等によって切削除去し、サイザーロールによって所定の外径に絞り込んでいる（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このように、電縫鋼管を造管する際、冷間で複雑に成形されることから冷間歪みの導入が避けられず、特に素材板厚と成形外径の比であるｔ／Ｄ比が２％以下となるとこの冷間歪みにより溶接直前の突き合わせ時点では両エッジ部において縁延びが発生し、このために安定的な溶接が困難となる。
【０００５】
一方、鋼板を凸部と凹部とに挟み込み、プレスすることにより曲率を付与していき、オープン管を製造するプレス成形方法が知られている。
【０００６】
この方法は、図３のようにダイ３と称する凹部を有した治具に、素材となる鋼板を載置し、上からパンチ２と称する押し付け治具を押し付けることにより鋼板に曲率を付与、これを鋼板の幅方向に数回〜十数回繰り返し、鋼板全体に曲率を付与することによりオープン管を製造する方法である。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２８７１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のプレス成形方法では、図４に示したように、プレスを始めると鋼板１がダイ３凹部に接触する前に局部的に角形に屈曲してしまい、最終的にパンチ２によって鋼板をダイに押し付けてもこの屈曲は戻らず、曲率の大きくなった角部はそのまま残る。
【０００９】
従って、このプレスを繰り返すと、最終的にはオープン管は多角形のいびつな形状となり、それから作られた鋼管は寸法精度が悪いとう問題があった。
【００１０】
この現象は、素材鋼板の強度が低いほど顕著に現れ、これに対する対策が望まれていた。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決するものであり、プレス圧下点で発生する前記の多角形のいびつな形状である角張形状を抑制し、寸法精度の良好な溶接鋼管を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが、従来のプレス成形方法によって成形され、造管された鋼管を詳細に調査したところ、溶接後の角張形状となっている箇所はプレスの圧下点であることが判明した。更にプレス後のオープン管の断面形状を詳細に調査したところ、当該角部の曲率は、プレスのパンチ先端の曲率より大きくなっていることも判明した。
【００１３】
これは、図４のように、パンチでプレスを行っている際にプレス圧下点で局部的に塑性域が形成され板幅に均一な塑性域が広がる前に角張形状となってしまうからである。
【００１４】
従って、局部的な塑性域が形成されない様にプレス開始時あるいはプレス開始直後から、鋼板に対しダイ側よりパンチ側に向かってある一定以上の押圧力を加えながらプレスする。このことにより板幅方向に均一な塑性域が広がった上で成形でき、角張形状を防止できることを知見し、本発明を完成した。
【００１５】
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【００１６】
（１） 鋼管を製造するに当たり、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置であって、前記鋼板を上から押圧するための凸部を有するパンチと、前記パンチに押圧された鋼板を受ける凹部を有するダイを備え、且つ、前記パンチが前記鋼板を押圧する際に、ダイ側から突出し、前記鋼板を前記パンチ側に押圧するカウンタパンチとを有することを特徴とする鋼管の成形装置。
【００１７】
（２） 更に前記カウンタパンチの前記鋼板への押し付け圧力を所定の値以上に制御するための制御装置を有したことを特徴とする上記（１）項記載の鋼管の成形装置。
【００１８】
（３） 上記（２）項記載の鋼管の成形装置を使用し、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する鋼管の成形方法であって、前記所定の値が、前記鋼板の板厚、材質、あるいは、目的の曲率によって予め決められた値であることを特徴とする鋼管の成形方法。
【００１９】
（４） 鋼板を切断し、成形し、溶接することにより鋼管を製造する設備列であり、成形する際に前記上記（１）または（２）項記載の鋼管の成形装置により成形し、次に前記成形したオープン管の突合せ部を溶接するレーザー溶接装置を備えたことを特徴とする鋼管の製造設備列。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明による装置の一実施例を示す図である。
【００２２】
素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置は、上から鋼板１を押圧するパンチ２と、押圧された鋼板を受ける凹部を有したダイ３と、更に本発明の特徴であるカウンタパンチ４がダイ３側から突き出し可能となっている。そしてカウンタパンチ４の背後には、カウンタパンチ３を鋼板１へ押し付ける押圧装置５を有し、その押圧装置５には押し付け力を制御する押圧力制御装置６が接続されている。
【００２３】
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明による成形装置で鋼板をプレス成形しオープン管を製造する例を示す図である。
【００２４】
素材の鋼板１は、図２（ａ）に示すように、ダイ３上に載置し、カウンタパンチ４をダイ３の凹部内に突出するように上昇させる。
【００２５】
次いで、図２（ｂ）に示すように、パンチ２を降下させて鋼板１のプレス成形を始める。鋼板１は、まず、パンチ２とカウンタパンチ４とで狭持され、プレスされ、曲げられる。
【００２６】
このとき、パンチ２の先端凸部とカウンタパンチ４の先端凹部とは、ほぼ同じ曲率に形成されているので、鋼板１は図４に示すような角形に屈曲せず、曲面にプレス成形される。
【００２７】
更に、図２（ｃ）に示すように、カウンタパンチ４を降下させながらパンチ２を降下させると、鋼板１は、パンチ２とダイ３とでプレス成形されオープン管となる。
【００２８】
なお、カウンタパンチ４は、押圧力制御装置６で制御される押圧装置５によって昇降が行われる。
【００２９】
従来、パンチを鋼板に押圧すると鋼板の中央部が角状となってしまっていた。それに対し本発明装置では、この中央部（以下、圧下点と称す）にカウウンタパンチを設け、鋼板をパンチ側に押し付け、鋼板が局部的な塑性変形を起こさないようにしている。
【００３０】
ここで、カウンタパンチの押し付け力は、鋼板が局部的な塑性変形を発生しないような力以上であれば良い。もちろんプレス力よりも小さい力の範囲でである。
【００３１】
従って押し付ける装置としては、押し付け力を自由に制御できるシリンダでも良いし、また、上記の条件を満たせば、バネでも良い。
【００３２】
そしてこの押し付け力の下限値は、鋼板の材質（ＴＳ、ＹＰなど）、目的の曲率、鋼板厚みなどで決まるので、予め要因と目標の押圧力をテーブル化しておき、制御装置にこれらのファクターを入力することにより、自動的に目標の押圧力を設定することもできる。
【００３３】
また、カウンタパンチの鋼板と接する上面は、ダイと同じ曲率とすることが望ましい。成形したオープン管の突き合わせ部は、レーザー溶接装置で溶接して鋼管とする。
【００３４】
【実施例】
実際に下記の寸法のオープン管を製造するに際し、カウンタパンチのある場合とない場合とでその結果成形され造管された鋼管の寸法精度を測定し、比較してみた。なお、板幅方向９点でプレス成形した。
▲１▼オープン管の寸法
・外径：３１．７５ｍｍ
・肉厚：２．３ｍｍ
▲２▼プレス装置の寸法
・パンチ外径：２８．９ｍｍ
・ダイ内径：３１．２ｍｍ
・カウンタパンチの幅：２０ｍｍ
・カウンタパンチ押し付け圧力：４．５ｋｇ／ｍｍ（Ｌ方向単位長さ当たりの力）
▲３▼鋼管の寸法精度測定結果
・カウンターパンチあり：真円に対し半径が、±０．５ｍｍ
・カウンターパンチなし：真円に対し半径が、±０．２ｍｍ
以上のように出来上がった鋼管の寸法精度は著しく向上した。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によりプレス形成及びプレス成形後の両エッジを溶接し、造管することで、多角形角張形状を防止できるようになり、その結果、寸法精度の高い、特に薄肉の溶接鋼管を製造可能とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプレス成形装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明装置でプレスを行なっている状況を示す図である。
【図３】従来のプレス成形装置を示す図である。
【図４】従来のプレス成形装置でプレスを行なっている状況を示す図である。
【符号の説明】
１ 鋼板
２ パンチ
３ ダイ
４ カウンタパンチ
５ 押圧装置
６ 押圧力制御装置
Claims (4)
- 鋼管を製造するに当たり、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する成形装置であって、前記鋼板を上から押圧するための凸部を有するパンチと、前記パンチに押圧された鋼板を受ける凹部を有するダイを備え、且つ、前記パンチが前記鋼板を押圧する際に、ダイ側から突出し、前記鋼板を前記パンチ側に押圧するカウンタパンチとを有することを特徴とする鋼管の成形装置。
- 更に前記カウンタパンチの前記鋼板への押し付け圧力を所定の値以上に制御するための制御装置を有したことを特徴とする請求項１記載の鋼管の成形装置。
- 請求項２記載の鋼管の成形装置を使用し、素材の鋼板をプレス成形しオープン管を製造する鋼管の成形方法であって、前記所定の値が、前記鋼板の板厚、材質、あるいは、目的の曲率によって予め決められた値であることを特徴とする鋼管の成形方法。
- 鋼板を切断し、成形し、溶接することにより鋼管を製造する設備列であり、成形する際に前記請求項１または２記載の鋼管の成形装置により成形し、次に前記成形したオープン管の突合せ部を溶接するレーザー溶接装置を備えたことを特徴とする鋼管の製造設備列。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002366649A JP2004195504A (ja) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | 鋼管の成形装置、成形方法、及び製造設備列 |
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| JP2002366649A JP2004195504A (ja) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | 鋼管の成形装置、成形方法、及び製造設備列 |
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|---|---|
| JP2004195504A true JP2004195504A (ja) | 2004-07-15 |
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|---|---|---|---|
| JP2002366649A Pending JP2004195504A (ja) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | 鋼管の成形装置、成形方法、及び製造設備列 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004195504A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2002
- 2002-12-18 JP JP2002366649A patent/JP2004195504A/ja active Pending
Cited By (7)
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| US20220402010A1 (en) * | 2020-03-16 | 2022-12-22 | Nikkeikin Aluminium Core Technology Company, Ltd. | Die set and processing method using die set |
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