JP2011206800A - 円形鋼管柱のプレス成形方法及び円形鋼管柱のプレス成形機 - Google Patents
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Abstract
【課題】プレス成形機において、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制する。
【解決手段】円形鋼管柱のプレス成形機2は、水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイ3、3と、2本のロールダイ3、3間を上下方向に移動可能となっているパンチ4とを備え、2本のロールダイ3、3間に架け渡された被成形板Wに対してパンチ4を下降させることにより被成形板Wを円管状に成形するものであって、パンチ4には、下方突出形状の凸条部5がロールダイ3の軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条備えられている。
【選択図】図2
【解決手段】円形鋼管柱のプレス成形機2は、水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイ3、3と、2本のロールダイ3、3間を上下方向に移動可能となっているパンチ4とを備え、2本のロールダイ3、3間に架け渡された被成形板Wに対してパンチ4を下降させることにより被成形板Wを円管状に成形するものであって、パンチ4には、下方突出形状の凸条部5がロールダイ3の軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条備えられている。
【選択図】図2
Description
本発明は、鋼構造物などに使用される断面円形の鋼管柱の製造技術に関する。
従来より、円形鋼管を冷間加工で製造する場合には、帯状の鋼板を螺旋状に巻き回し、成形ロールによって円筒形に成形した後で溶接する方法(電縫法)や、鋼板をUプレス、Oプレスで断面円形に成形し、溶接した後にエキスパンダによって拡管する方法(UOE方法)、プレス成形による曲げ加工を順次行って被成形板を断面が円形になるまで成形する方法であるプレスベンド法などが用いられる。
しかし、電縫法やUOE法は、厚みのある大径の円形鋼管の製造には不向きとされており、ビルや立体駐車場などの鉄骨構造物を建造する際に用いられる大径厚肉の円形鋼管はプレスベンド法により製造される場合が多い。
プレスベンド法に用いられるプレス成形機は、図2(b)に示されるようなものである。なお、図2(b)はプレス成形機のロールダイをその軸心と垂直な方向に切断した断面図であり、以降の従来例の説明ではこの図を用いる。このプレス成形機は、互いに水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイを帯状の鋼板(被成形板)の長手方向と平行に備えており、これら2本のロールダイの間にはパンチが上下方向に移動可能に設けられている。そして、曲げ加工を行う際は、2本のロールダイ間に被成形板を架け渡しておき、この被成形板に対してパンチを下降させれば、2本のロールダイに支持された被成形板の中央にパンチの負荷が加わって3点曲げが行われる。そして、円形鋼管柱を製造する場合には、上述のプレス成形機を用いて帯状の鋼板に対して板幅方向の一部分を円弧状に曲げ、次に板幅方向の隣り合った部分を曲げるといったように加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形を行うことで円形鋼管柱が製造される(例えば、特許文献1を参照)。
プレスベンド法に用いられるプレス成形機は、図2(b)に示されるようなものである。なお、図2(b)はプレス成形機のロールダイをその軸心と垂直な方向に切断した断面図であり、以降の従来例の説明ではこの図を用いる。このプレス成形機は、互いに水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイを帯状の鋼板(被成形板)の長手方向と平行に備えており、これら2本のロールダイの間にはパンチが上下方向に移動可能に設けられている。そして、曲げ加工を行う際は、2本のロールダイ間に被成形板を架け渡しておき、この被成形板に対してパンチを下降させれば、2本のロールダイに支持された被成形板の中央にパンチの負荷が加わって3点曲げが行われる。そして、円形鋼管柱を製造する場合には、上述のプレス成形機を用いて帯状の鋼板に対して板幅方向の一部分を円弧状に曲げ、次に板幅方向の隣り合った部分を曲げるといったように加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形を行うことで円形鋼管柱が製造される(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、プレスベンド法は、上述したように3点曲げでプレス成形を行う構成であるため、図2(b)の右側に図示するようにプレス成形時にはパンチの下端と接触する被成形板の1点にすべての荷重が加わることになり、この1点に応力が集中して被成形板に折れ(曲げ部において曲率半径Rが許容範囲を超えて小さくなったり大きくなったりする部分)が発生しやすい。特に、円形鋼管柱を製造する際には、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形が複数回に亘って行われるため、周方向に複数の折れが発生すると円形精度(真円度)に優れる円形鋼管柱を得ることが困難となるし、円形鋼管柱を真円に矯正する手間も大きいものとなる。
また、3点曲げでプレス成形を行うプレスベンド法では2本のロールダイの間隔をあまり大きく取れないため、加工位置のずらし幅がどうしても狭くなってしまい、プレスピッチを広く取ることができない。それゆえ、3点曲げのプレスベンド法では、平板状の被成形板を円形に曲げるのに必要なプレス回数が多くなり、高い作業効率を実現することが難しいという問題もあった。
本発明は、上述した問題に鑑みて為されたものであり、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制することができ、円形精度に優れる円形鋼管柱を効率良く製造することができる円形鋼管柱のプレス成形機及びプレス成形方法を提供することを目的とする。
上述の目的を達成するため、本発明は以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明の円形鋼管柱のプレス成形機は、水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイと、当該2本のロールダイ間を上下方向に移動可能となっているパンチとを備え、前記2本のロールダイ間に架け渡された被成形板に対して前記パンチを下降させることにより被成形板を円管状に成形するプレス成形機であって、前記パンチには、下方突出形状の凸条部が前記ロールダイの軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条備えられていることを特徴とするものである。
すなわち、本発明の円形鋼管柱のプレス成形機は、水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイと、当該2本のロールダイ間を上下方向に移動可能となっているパンチとを備え、前記2本のロールダイ間に架け渡された被成形板に対して前記パンチを下降させることにより被成形板を円管状に成形するプレス成形機であって、前記パンチには、下方突出形状の凸条部が前記ロールダイの軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条備えられていることを特徴とするものである。
本発明者は、3点曲げのプレス成形ではパンチの下端と接触する被成形板の1点にパンチから加わる荷重のすべてが加わって応力が集中し、この応力の集中が原因となって折れが発生するため、パンチからの荷重を被成形板に伝えるポイントを増やして荷重を分散すれば応力集中を緩和でき、折れの発生も抑制できるのではないかと考えた。そして、パンチの下面に備えられる凸条部を2条に増やして4点曲げでプレス成形を行うことにより、折れが抑制されて円形精度に優れる円形鋼管柱を得ることができ、さらにプレスピッチも広くできて良好な作業性が実現できることを知見して、本発明を完成させたのである。
ところで、例えばプレス成形しようとする被成形板が曲げ加工が行われていない平板状のものであれば、被成形板は2本のロールダイ間に水平に架け渡され、パンチを下降させた際に2条の凸条部が被成形板に同じタイミングで当たるため、被成形板を4点で精度良く曲げることができる。ところが、曲げ加工が既に行われた既加工部分に対して、この既加工部分と板幅方向に隣接する部分の曲げ加工を行う際は、被成形板が2本のロールダイ間に傾いた状態で架け渡されるため、パンチを下降させた際に2条のうちいずれか一方の凸条部が先に被成形板に当たることになり、もう一方の凸条部が被成形板に当たるまでは3点で被成形板の曲げが行われ、折れの発生を確実に抑制することができなくなる。
そこで、本発明のプレス成形機には、前記ロールダイの少なくとも一方を上方及び/又は水平方向に移動させるダイ移動手段が好ましくは設けられる。このようにすれば、2本のロールダイ間に架け渡された被成形板の姿勢を水平にする、または少なくとも水平に近づけることが可能となり、2条の凸条部が被成形板に当たるタイミングのズレを小さくすることも可能となって、既加工部分を備えた被成形板に対しても精度良い4点曲げが可能になるのである。
このようなダイ移動手段は、具体的には、曲げ加工が既に行われた既加工部分を支持するロールダイ、又は既加工部分に近い側のロールダイに設けられているのが好ましい。既加工部分を備えた被成形板を2本のロールダイ間に架け渡すと、被成形板のうち既加工部分に近い側の方が遠い側より凸条部から離れやすい。それゆえ、ダイ移動手段としては、既加工部分に近い側の被成形板から凸条部までの距離が遠い側と同じになるように、既加工部分を支持するロールダイ又は既加工部分に近い側のロールダイを移動させる構成を採用すると良い。
一方、本発明の円形鋼管柱のプレス成形方法は、上述のプレス成形機を用いて、被成形板を円管状に成形する方法であって、パンチに備えられた2条の凸条部及び被成形材を支持する2本のロールダイの4点で被成形板を円弧状に曲げることを特徴とするものである。
なお、このプレス成形方法でも、前記曲げ加工が既に行われた既加工部分に板幅方向で隣接する部分の曲げ加工を行うに際しては、前記加工部分に近い側のロールダイを上方及び/又は水平方向に移動させた上で、パンチによる曲げ加工を行うのが好ましい。
なお、このプレス成形方法でも、前記曲げ加工が既に行われた既加工部分に板幅方向で隣接する部分の曲げ加工を行うに際しては、前記加工部分に近い側のロールダイを上方及び/又は水平方向に移動させた上で、パンチによる曲げ加工を行うのが好ましい。
本発明によれば、平板状の被成形板をプレス成形を用いて円弧状に曲げる際に折れの発生を抑制することができ、円形精度に優れる円形鋼管柱を効率良く製造することができる。
「第1実施形態」
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図1を参照して、まず本発明に係るプレス成形方法により成形される円形鋼管柱1について説明する。
以下、本発明の実施形態を、図を基に説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
図1を参照して、まず本発明に係るプレス成形方法により成形される円形鋼管柱1について説明する。
図1に例示するように、本発明の円形鋼管柱1は、高層ビルなどの鉄鋼骨構造物の柱となる鋼管であり、梁材と組み合わせて鉄鋼骨構造を形成するものであって、加工能力が高く大径厚肉の柱材に好適なプレスベンド冷間成形法(以下、プレスベンド法という)を用いて製造される。
プレスベンド法は、平担な帯板状の被成形板Wに対して板幅方向(図11に示すようにロールダイの軸心と垂直な方向)の端部を曲げる端曲げ工程を行った後、端曲げを行った被成形板Wに対して加工位置を板幅方向に移動させながらプレス成形による曲げ加工を順次行って被成形板Wを断面が円形の管状になるまで成形するものである。
プレスベンド法は、平担な帯板状の被成形板Wに対して板幅方向(図11に示すようにロールダイの軸心と垂直な方向)の端部を曲げる端曲げ工程を行った後、端曲げを行った被成形板Wに対して加工位置を板幅方向に移動させながらプレス成形による曲げ加工を順次行って被成形板Wを断面が円形の管状になるまで成形するものである。
このようにして断面が円形にされた被成形板Wについては、互いに向き合った被成形板Wの端部同士を溶接する溶接工程や、溶接後に真円度を矯正する矯正工程が行われ、これらの工程を経たものが円形鋼管柱1として製造される。
本発明は、これらの工程の中でもプレス成形工程に特徴を有するものであって、このプレス成形工程には次に説明するプレス成形機2が用いられる。
本発明は、これらの工程の中でもプレス成形工程に特徴を有するものであって、このプレス成形工程には次に説明するプレス成形機2が用いられる。
以降では、プレス成形工程の説明に先立ち、まずプレス成形機2を詳細に説明する。
図2(b)に示すように、従来のプレス成形機は、2本のロールダイ3、3とパンチ4とを備えている。ロールダイ3は、被成形板Wを載置するのに十分な長さを長手方向(図11に示すようにロールダイの軸心に沿った方向)に備えたロールであって、両者の間に被成形板Wを水平に架け渡せるように水平方向に距離をあけて2本並設されている。
図2(b)に示すように、従来のプレス成形機は、2本のロールダイ3、3とパンチ4とを備えている。ロールダイ3は、被成形板Wを載置するのに十分な長さを長手方向(図11に示すようにロールダイの軸心に沿った方向)に備えたロールであって、両者の間に被成形板Wを水平に架け渡せるように水平方向に距離をあけて2本並設されている。
パンチ4は、2本のロールダイ3、3の中間位置に備えられていて、上下方向に移動自在に配備されている。パンチ4は、本実施形態では2本のロールダイ3、3より上方に備えられていて、2本のロールダイ3、3間に架け渡された被成形板Wの中央(幅方向中央)を上方から押圧できるようになっている。パンチ4は、被成形板Wをその幅方向の全範囲に亘って押圧できるように被成形板Wと同じかやや長めに形成されており、幅方向と垂直な断面が下方に向かって突出する半円状に形成されている。
このパンチ4の断面における下方に向かって突出した部分は、パンチ4を下方に移動させた際に最初に被成形板Wに接触して被成形板Wを押圧する凸条部5とされている。この凸条部5は、図2(b)の従来のプレス成形機ではパンチ4の下側にロールダイ3と略平行に1条形成されている。
上述した従来のプレス成形機を用いたプレス方法は、以下の通りに行われる。
上述した従来のプレス成形機を用いたプレス方法は、以下の通りに行われる。
まず、図2(b)に示すように、被成形板Wより上方に位置するパンチ4を下降させると、パンチ4の凸条部5が被成形板Wの中央に当たる。さらにパンチ4を下降させると、被成形板Wは2本のロールダイ3、3に両端側を固定されたまま中央だけが下方に向かって押圧され、被成形板Wが下方に向かって円弧状に曲がる。被成形板Wが所望の曲率に曲げられたら、パンチ4を上方に戻し、被成形板Wを板幅方向に水平移動させて加工位置をずらす。そして、次は既に曲げ加工が行われた既加工部分6と板幅方向で隣接する部分の被成形板Wについて曲げ加工を行う。このようにして板幅方向に曲げ加工を繰り返すことで被成形板Wが断面が円形の管状に成形される。
ところで、図2(b)の例では、パンチ4の凸条部5により押圧されている際、被成形板Wには凸条部5と接触する部分をピークとして、この接触部分から遠ざかるに連れて減少するような(三角形状の分布を備えた)曲げモーメントが発生する。つまり、この1条の凸条部5と接触する被成形板Wの1点にパンチ4から加えられる荷重及びモーメントが集中することになり、被成形板Wに折れが発生しやすくなる。
このような折れが発生すると、曲げられた被成形板Wの曲率半径Rが許容範囲以下となって、所望の曲率半径が得られなくなる。また、円形鋼管柱1を製造する際には、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形が複数回に亘って行われるため、周方向に複数の折れが発生すると円形精度(真円度)に優れる円形鋼管柱1を得ることが困難となり、矯正工程での手間も大きくなる。
また、図3(b)に示すように、パンチ4の凸条部5と2本のロールダイ3、3との3点で曲げを行う従来のプレス成形方法では、2本のロールダイ3、3の間隔がどうしても狭くなってしまい、加工位置のずらし幅、言い換えればプレスピッチを広く取ることができない。それゆえ、3点曲げでプレス成形では、平板状の被成形板Wを円形に曲げるのに必要なプレス回数が多くなり、良好な作業性を実現し難い。
そこで、図2(a)及び図11に示すように、第1実施形態のプレス成形機2では、下方突出形状の凸条部5をロールダイ3の軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条設けて、2条の凸条部5、5と2本のロールダイ3、3との4点で被成形板Wの曲げを行うようにしているのである。
なお、図11はプレス成形機2の鳥瞰図であり、図2(a)、及び以降に示す図3(a)、図4〜図6はいずれも図11のプレス成形機2に備えられるロールダイ3をその軸心と垂直な方向に切断した断面図である。
なお、図11はプレス成形機2の鳥瞰図であり、図2(a)、及び以降に示す図3(a)、図4〜図6はいずれも図11のプレス成形機2に備えられるロールダイ3をその軸心と垂直な方向に切断した断面図である。
具体的には、第1実施形態のパンチ4は、下方に向かって突出する凸条部5を2条備えていて、これらの凸条部5、5は下方に向かって半円状の断面を備えると共に互いの下端が上下方向に同じ高さになるように形成されている。
なお、ロールダイ3の配置関係など、他の構成は従来のプレス成形機と略同様であるので、説明は省略する。
なお、ロールダイ3の配置関係など、他の構成は従来のプレス成形機と略同様であるので、説明は省略する。
次に、第1実施形態のプレス成形機2を用いたプレス成形方法について説明する。
第1実施形態のプレス成形方法においても、上述した方法で説明したように、端曲げ工程において板幅方向の端部が曲げられた被成形板Wに対して加工位置を板幅方向に移動させながら曲げ加工を順次行って被成形板Wを断面が円形になるまで成形するプレス成形工程を行う。
第1実施形態のプレス成形方法においても、上述した方法で説明したように、端曲げ工程において板幅方向の端部が曲げられた被成形板Wに対して加工位置を板幅方向に移動させながら曲げ加工を順次行って被成形板Wを断面が円形になるまで成形するプレス成形工程を行う。
このプレス成形工程を第1実施形態のプレス成形機2で行う際は、凸条部5を2条備えたパンチ4を下方に移動させ、被成形板Wを2条の凸条部5、5で押圧すると、図2(a)の右側に示すように被成形板Wが下方に向かって円弧状に曲がる。そして、第1実施形態のプレス成形機2でも被成形板Wには図2(b)のときと同じように曲げモーメントが加わる。
ところが、凸条部5が2条の場合に被成形板Wに加わる曲げモーメントは、1条のときに比べて凸条部5との接触点が倍に増えているため、荷重が分散されて図2(a)の右側に示すように台形状の分布を示す。つまり、第1実施形態のプレス成形では、3点曲げの場合のように被成形板Wの1点に応力が集中することはないので、被成形板Wに折れが発生し難くなり、所望の曲率半径に被成形板Wを曲げることが容易となる。
また、このように折れが発生しないプレス成形であれば、加工位置を板幅方向にずらしながらプレス成形を複数回に亘って行っても、円形鋼管柱1の真円度が大きく低下することはなく、矯正工程での手間も少なくて済む。
さらに、図3(a)に示すように、4点曲げを採用する第1実施形態のプレス成形では、凸条部5が2条になってパンチ4の幅が大きくなった分2本のロールダイ3、3間の間隔も広くできる。それゆえ、プレスピッチを大きくして円形断面(円形鋼管柱1)を得る為に必要なプレス回数を減らせることができ、プレス成形工程での作業効率を向上させることも可能となるのである。
「第2及び第3実施形態」
次に、本発明のプレス成形機2の第2実施形態及び第3実施形態を説明する。
さらに、図3(a)に示すように、4点曲げを採用する第1実施形態のプレス成形では、凸条部5が2条になってパンチ4の幅が大きくなった分2本のロールダイ3、3間の間隔も広くできる。それゆえ、プレスピッチを大きくして円形断面(円形鋼管柱1)を得る為に必要なプレス回数を減らせることができ、プレス成形工程での作業効率を向上させることも可能となるのである。
「第2及び第3実施形態」
次に、本発明のプレス成形機2の第2実施形態及び第3実施形態を説明する。
第2実施形態のプレス成形機2は、ロールダイ3の少なくとも一方を「上方向」に移動させるダイ移動手段7を、曲げ加工が既に行われた既加工部分6を支持するロールダイ3、又は既加工部分6に近い側のロールダイ3に備えている点で、第1実施形態と相違している。
第3実施形態のプレス成形機2は、ロールダイ3の少なくとも一方を「水平方向」に移動させるダイ移動手段7を、曲げ加工が既に行われた既加工部分6を支持するロールダイ3、又は既加工部分6に近い側のロールダイ3に備えている点で、第1実施形態と相違している。
第3実施形態のプレス成形機2は、ロールダイ3の少なくとも一方を「水平方向」に移動させるダイ移動手段7を、曲げ加工が既に行われた既加工部分6を支持するロールダイ3、又は既加工部分6に近い側のロールダイ3に備えている点で、第1実施形態と相違している。
なお、ロールダイ3の配置関係など、他の構成は第1実施形態のプレス成形機2と略同様であるので、説明は省略する。
第2実施形態及び第3実施形態のプレス成形機2が上述したようなダイ移動手段7を有するのは、次のような理由による。
図4(a)に示すように、プレス成形しようとする被成形板Wが曲げ加工が行われていない平板状のものであれば、被成形板Wは2本のロールダイ3、3間に水平に架け渡される。プレス成形の際にこの被成形板Wにパンチ4を下降させると、2条の凸条部5、5は水平とされた被成形板Wに同じタイミングで当たる。それゆえ、2条の凸条部5、5のうち一方の凸条部5だけが被成形板Wに強く当たることはなく、図4(a)の右側に示すように被成形板Wに加わる応力も幅方向に均等な分布となる。
第2実施形態及び第3実施形態のプレス成形機2が上述したようなダイ移動手段7を有するのは、次のような理由による。
図4(a)に示すように、プレス成形しようとする被成形板Wが曲げ加工が行われていない平板状のものであれば、被成形板Wは2本のロールダイ3、3間に水平に架け渡される。プレス成形の際にこの被成形板Wにパンチ4を下降させると、2条の凸条部5、5は水平とされた被成形板Wに同じタイミングで当たる。それゆえ、2条の凸条部5、5のうち一方の凸条部5だけが被成形板Wに強く当たることはなく、図4(a)の右側に示すように被成形板Wに加わる応力も幅方向に均等な分布となる。
ところが、円形鋼管柱1を製造する際は、プレス成形を被成形板Wの板幅方向に複数回に亘って行う必要があるため、曲げ加工が既に行われた既加工部分6に対して板幅方向に隣接する部分の曲げ加工を行うケースがどうしても起こり得る。
この場合、図4(b)に示すように、被成形板Wが2本のロールダイ3、3間に傾いた状態で架け渡され、被成形板Wのうち曲げ加工が既に行われた既加工部分6に近い側の方が遠い側より低くなってしまう。その結果、パンチ4を下降させた際には2条の凸条部5、5のうち既に加工された部分に近い側の凸条部5が遠い側の凸条部5より遅れて被成形板Wに当たることになり、遠い側の凸条部5が被成形板Wに当たるまでの間、被成形板Wは1条の凸条部5だけで3点曲げされることになる。当然このような3点曲げを行えば、図4(b)の右側に示すように被成形板Wに応力が集中して折れが発生しやすくなり、所望の曲率半径を実現したり円形鋼管柱1の真円度を高める上で問題となる。
この場合、図4(b)に示すように、被成形板Wが2本のロールダイ3、3間に傾いた状態で架け渡され、被成形板Wのうち曲げ加工が既に行われた既加工部分6に近い側の方が遠い側より低くなってしまう。その結果、パンチ4を下降させた際には2条の凸条部5、5のうち既に加工された部分に近い側の凸条部5が遠い側の凸条部5より遅れて被成形板Wに当たることになり、遠い側の凸条部5が被成形板Wに当たるまでの間、被成形板Wは1条の凸条部5だけで3点曲げされることになる。当然このような3点曲げを行えば、図4(b)の右側に示すように被成形板Wに応力が集中して折れが発生しやすくなり、所望の曲率半径を実現したり円形鋼管柱1の真円度を高める上で問題となる。
そこで、第2実施形態及び第3実施形態のプレス成形機2では、既加工部分6を支持するロールダイ3、又は既加工部分6に近い側のロールダイ3にダイ移動手段7を設けて、このロールダイ3を上方や水平方向、それらの組み合わせとして斜め方向に移動させることにより2条の凸条部5、5が可能な限り同じタイミングで被成形板Wに接触するようにしているのである。
言い換えれば、第2実施形態及び第3実施形態のプレス成形機2は、材料である被成形板Wとして左右方向に非対称なものを用いる際には、ダイ移動手段7を用いて被成形板Wの姿勢を変化させ、これによって非対称になった被成形板Wに合わせてパンチ4の凸条部5の当たり方を非対称にしてプレス成形を行うものということもできる。
次に、第2実施形態のダイ移動手段7を詳しく説明する。なお、以降の第2実施形態及び第3実施形態の説明では、既加工部分6を支持するロールダイ3又は既加工部分6に近い側のロールダイ3を既加工側ロールダイ31、遠い側を未加工側ロールダイ32と呼んでそれぞれの実施形態を説明する。
次に、第2実施形態のダイ移動手段7を詳しく説明する。なお、以降の第2実施形態及び第3実施形態の説明では、既加工部分6を支持するロールダイ3又は既加工部分6に近い側のロールダイ3を既加工側ロールダイ31、遠い側を未加工側ロールダイ32と呼んでそれぞれの実施形態を説明する。
図5(a)に示すように、第2実施形態のダイ移動手段7は、既加工側ロールダイ31に設けられて既加工側ロールダイ31を油圧などを用いて上方に移動させるものであり、この既加工側ロールダイ31と未加工側ロールダイ32との間に架け渡された被成形板Wが水平な姿勢になるように既加工側ロールダイ31の高さを調整する構成となっている。
例えば、パンチ4の幅方向の中央(左右の凸条部5の中間)を通る中心線に対して、右方向に距離a離れた位置に未加工側ロールダイ32、左方向に距離a離れた位置に既加工側ロールダイ31が互いに同じ高さに配備されたプレス成形機2を考える。この場合、図中に点線で示すように被成形板Wは左側が下がった姿勢になっていて、左側の凸条部5から被成形板Wまでの上下方向の距離の方が右側の凸条部5から被成形板Wまでの距離より長くなっている。それゆえ、この状態でパンチ4を下降させると、右側の凸条部5の方が左側の凸条部5より早く被成形板Wに当たり、左側の凸条部5が被成形板Wに当たるまでの間は被成形板Wを右側の凸条部5及び2本のロールダイ3、3の3点で曲げることになるので、被成形板Wに加わる応力分布に偏りが生じやすく折れも発生しやすい。
例えば、パンチ4の幅方向の中央(左右の凸条部5の中間)を通る中心線に対して、右方向に距離a離れた位置に未加工側ロールダイ32、左方向に距離a離れた位置に既加工側ロールダイ31が互いに同じ高さに配備されたプレス成形機2を考える。この場合、図中に点線で示すように被成形板Wは左側が下がった姿勢になっていて、左側の凸条部5から被成形板Wまでの上下方向の距離の方が右側の凸条部5から被成形板Wまでの距離より長くなっている。それゆえ、この状態でパンチ4を下降させると、右側の凸条部5の方が左側の凸条部5より早く被成形板Wに当たり、左側の凸条部5が被成形板Wに当たるまでの間は被成形板Wを右側の凸条部5及び2本のロールダイ3、3の3点で曲げることになるので、被成形板Wに加わる応力分布に偏りが生じやすく折れも発生しやすい。
ところが、既加工側ロールダイ31を図中に実線で示す位置まで上方に移動させると、既加工側ロールダイ31が高くなった分だけ被成形板Wの姿勢は水平になり、パンチ4を下降させた際に2条の凸条部5、5がほぼ同じタイミングで被成形板Wに当たるようになる。言い換えれば、第2実施形態のダイ移動手段7は、2条の凸条部5がほぼ同じタイミングで被成形板Wに接し、それから下死点に至るまでパンチ4の凸条部5が被成形板Wに片当たりしないように、ロールダイ3(既加工側ロールダイ31)を上方に移動させて被成形板Wを水平にセットするものということもできる。このようにすれば、被成形板Wを2条の凸条部5、5及び2本のロールダイ3、3の4点で曲げることが可能となり、図5(b)に示すように被成形板Wに加わる応力分布が均等になって、被成形板Wに応力が偏りが生じたり折れが発生することがなくなる。
次に、第3実施形態のダイ移動手段7を詳しく説明する。
この第3実施形態のダイ移動手段7は、図6(a)に示すように既加工側ロールダイ31に設けられて既加工側ロールダイ31を油圧などを用いて未加工側ロールダイ32側に向かって水平に移動させるものであり、この既加工側ロールダイ31と未加工側ロールダイ32との間に架け渡された被成形板Wを可能な限り水平な姿勢に近づける構成となっている。
この第3実施形態のダイ移動手段7は、図6(a)に示すように既加工側ロールダイ31に設けられて既加工側ロールダイ31を油圧などを用いて未加工側ロールダイ32側に向かって水平に移動させるものであり、この既加工側ロールダイ31と未加工側ロールダイ32との間に架け渡された被成形板Wを可能な限り水平な姿勢に近づける構成となっている。
例えば、図例のようにパンチ4の左右方向の中央(左右の凸条部5の中間)を通る中心線に対して、既加工側ロールダイ31が幅方向に未加工側ロールダイ32と同じ距離aだけ離れて且つ上下方向に同じ高さに配置されているプレス成形機2を考える。この場合、図中に点線で示すように被成形板Wは左側が下がった姿勢になっていて、第2実施形態の場合と同じようにパンチ4を下げると右側の凸条部5の方が左側の凸条部5より早く被成形板Wに当たるため被成形板Wに加わる応力分布に偏りが生じやすく折れも発生しやすい。
ところが、既加工側ロールダイ31を未加工側ロールダイ32側に向かって水平に移動させて、図中に実線で示す距離b(b<a)の位置まで移動させると、既加工側ロールダイ31が移動した分だけ被成形板Wの姿勢が水平に変化し、2条の凸条部5、5が被成形板Wに当たるタイミングの差が小さくなる。言い換えれば、第3実施形態のダイ移動手段7は、下死点でパンチ4の凸条部5と被成形板Wとがフィットするように、ロールダイ3を水平に移動させるものということもできる。このようにすれば、被成形板Wに応力が集中することが抑制され、図6(b)に示すように被成形板W中の応力分布も幅方向に均等となって、被成形板Wに応力が集中して折れが発生することもなくなる。
この第3実施形態のダイ移動手段7は、被成形板Wを完全に水平な姿勢にするものではないが、既加工側ロールダイ31の移動方向が水平方向であるため、既加工側ロールダイ31を上下させるものより装置構成が簡単にできる。一般に、円形鋼管柱1に用いられる鋼板は厚板広幅の場合が多く、加工設備やその付帯設備も大重量に耐えられるように大掛かりである場合が多い。それゆえ、ロールダイ3を上下させるものより水平に移動させる構成の方が設備が簡単なもので済み、円形鋼管柱1の製造設備に導入することが容易である。
次に、実施例及び比較例を用いて、本発明のプレス成形機2が備える作用効果を詳しく説明する。
実施例及び比較例は、降伏応力が372MPa、破断応力(引張り応力)が523MPaとされた板厚40mmの被成形板W(鋼板)を、曲率半径が350mm又は630mmの円形断面となるようにプレス成形した際に、成形後の曲率が周方向にどの程度変化するかを計測したものである。
実施例及び比較例は、降伏応力が372MPa、破断応力(引張り応力)が523MPaとされた板厚40mmの被成形板W(鋼板)を、曲率半径が350mm又は630mmの円形断面となるようにプレス成形した際に、成形後の曲率が周方向にどの程度変化するかを計測したものである。
プレス成形に用いたプレス成形機2は、直径150mmのロールダイ3を2本とパンチ4と備えたものである。そして、実施例に用いたプレス成形機2にはパンチ4の下面に下方に向かって突出する凸条部5が2条、実施例に用いたプレス成形機2には凸条部5が1条備えられている。この実施例や比較例のパンチ4に設けられる凸条部5はいずれも下方に向かって半円形(半径50mm)に形成されていて、実施例の2条の凸条部5、5は互いに水平方向に150mmの間隔をあけて備えられている。また、実施例、従来例及び比較例におけるロールダイ3の位置関係は、以下の表1に示す通りとしている。
なお、成形後の曲率の計測は、曲げ加工後の被成形板Wにおける円形外周上から10mmピッチで3点を選び出し、この3点を通る曲率円の半径を3点法(選び出した3点を互いに異なる2点の組に分け、それぞれの組について2点を結ぶ線分の垂直2等分線を求め、それぞれの組の垂直2等分線が交わる交点を曲率円の中心とし、3点のうち1点と中心との距離を曲率円の半径として求める方法)を用いて求め、求められた曲率円の半径を曲げ外径Rとした。
「従来例1及び従来例2」
従来例1はパンチセンタ(左右の凸条部5、5の中間を通る中心線)から左方向及び右方向にそれぞれ300mmの位置に、従来例2はパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ225mmの位置に配備された同じ高さにあるロールダイ3、3間に架け渡された被成形板Wに対して、凸条部5を1条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例である。
「従来例1及び従来例2」
従来例1はパンチセンタ(左右の凸条部5、5の中間を通る中心線)から左方向及び右方向にそれぞれ300mmの位置に、従来例2はパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ225mmの位置に配備された同じ高さにあるロールダイ3、3間に架け渡された被成形板Wに対して、凸条部5を1条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例である。
図7のNo.1に示される従来例1の結果を見ると、狙いの曲げ外径R=350mmに対して、周方向の620mm〜700mmの位置に曲げ外径Rの測定値が400mmを超える部分があり、また周方向の740mm〜820mmの位置に曲げ外径Rの測定値が300mmを下回る部分があって、成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている部分があることが分かる。
また、図7のNo.2に示される従来例2の結果においても、周方向の630mm〜700mmの位置に曲げ外径Rが400mmを超える部分が、また周方向の760mm〜810mmの位置に曲げ外径Rが300mmを下回る部分があって、No.1同様に成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている。
これらのことから、凸条部5を1条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った従来例1や従来例2では、被成形板Wに応力が集中して折れが発生していることが分かる。
「実施例1及び実施例2」
一方、実施例1は、従来例1と同様にパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ300mmの位置にロールダイ3を備えるものであるが、従来例1とは異なり既加工部分6に近い左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを上方に45.3mm移動させた上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例(第2実施形態に対応する例)である。また、実施例2も、パンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ225mmの位置にロールダイ3を備えるものであるが、従来例2とは異なり既加工部分6に近い左側のロールダイ3だけを上方に16.1mm移動させた上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例である。
これらのことから、凸条部5を1条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った従来例1や従来例2では、被成形板Wに応力が集中して折れが発生していることが分かる。
「実施例1及び実施例2」
一方、実施例1は、従来例1と同様にパンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ300mmの位置にロールダイ3を備えるものであるが、従来例1とは異なり既加工部分6に近い左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを上方に45.3mm移動させた上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例(第2実施形態に対応する例)である。また、実施例2も、パンチセンタから左方向及び右方向にそれぞれ225mmの位置にロールダイ3を備えるものであるが、従来例2とは異なり既加工部分6に近い左側のロールダイ3だけを上方に16.1mm移動させた上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例である。
図8のNo.3に示される実施例1の結果を見ると、狙いの曲げ外径R=350mmに対して、周方向の300mm〜900mmのすべての位置において曲げ外径Rの測定値が350±50mmの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われていることが分かる。
また、図8のNo.4に示される実施例2の結果においても、周方向の300mm〜900mmのすべての位置において曲げ外径Rの測定値が350±50mmの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われている。
また、図8のNo.4に示される実施例2の結果においても、周方向の300mm〜900mmのすべての位置において曲げ外径Rの測定値が350±50mmの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われている。
これらのことから、既加工側ロールダイ31(既加工部分6に近い側のロールダイ3)を上方に移動させて、被成形板Wの姿勢を水平にした上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った実施例1や実施例2では、従来例ほど被成形板Wに応力が集中することがなく、折れの発生が抑制されたことが分かる。
「比較例1、実施例3及び実施例4」
上述した実施例1及び実施例2は既加工側ロールダイ31を上方に移動させた例であったが、次に説明する比較例1、実施例3及び実施例4はいずれも既加工側ロールダイ31を未加工側ロールダイ32側に水平に移動させた例を示すものである。
「比較例1、実施例3及び実施例4」
上述した実施例1及び実施例2は既加工側ロールダイ31を上方に移動させた例であったが、次に説明する比較例1、実施例3及び実施例4はいずれも既加工側ロールダイ31を未加工側ロールダイ32側に水平に移動させた例を示すものである。
比較例1は、パンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ300mmの位置にあるロールダイのうち、左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを右方向(未加工側ロールダイ32側)に75mm水平移動させた上で、凸条部5を2条備えるパンチ4を押し付けて曲げ加工を行った例である。つまり、この比較例1では、既加工側ロールダイ31がパンチ4センタから左方向に225mmの位置に、未加工側ロールダイ32がパンチセンタから右方向に300mmの位置にあり、それぞれのロールダイ3は互いに同じ高さとされている。
図9のNo.5に示される比較例1の結果を見ると、狙いの曲げ外径R=350mmに対して、周方向の750mmを超える位置に曲げ外径Rが400mmを超える部分が、また周方向の580mm〜700mmの位置に曲げ外径Rが300mmを下回る部分があって、成形後の曲率が目標とする曲率から大きくずれている。
一方、実施例3は、比較例1と同様にパンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ300mmの位置にあるロールダイ3のうち、左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを右方向に水平移動させたものであるが、比較例1とは異なりロールダイ3の水平移動幅を37.5mmと短くした例(第3実施形態に対応する例)である。
一方、実施例3は、比較例1と同様にパンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ300mmの位置にあるロールダイ3のうち、左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを右方向に水平移動させたものであるが、比較例1とは異なりロールダイ3の水平移動幅を37.5mmと短くした例(第3実施形態に対応する例)である。
図9のNo.6に示される実施例3の結果を見ると、狙いの曲げ外径R=350mmに対して、周方向の300mm〜900mmのすべての位置において曲げ外径Rの測定値が350±50mmの範囲に収まっていて、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われている。
この比較例1と実施例3との対比から、既加工側ロールダイ31の水平移動幅が大きい比較例1では、既加工側ロールダイ31がパンチ4の凸条部5に近接しすぎてロールダイ3と凸条部5との間隔が狭くなり、かえって被成形板Wに折れが発生したと考えられる。これに対し、既加工側ロールダイ31の水平移動幅が小さい実施例3では、被成形板Wの姿勢が水平に矯正された結果折れが抑制され、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われたと考えられる。このことから、水平移動幅を折れが発生しない適正範囲に設定した上で既加工側ロールダイ31を水平移動させれば目標とする曲率通りの曲げ加工が可能となると考えられる。
この比較例1と実施例3との対比から、既加工側ロールダイ31の水平移動幅が大きい比較例1では、既加工側ロールダイ31がパンチ4の凸条部5に近接しすぎてロールダイ3と凸条部5との間隔が狭くなり、かえって被成形板Wに折れが発生したと考えられる。これに対し、既加工側ロールダイ31の水平移動幅が小さい実施例3では、被成形板Wの姿勢が水平に矯正された結果折れが抑制され、目標とする曲率通りの曲げ加工が行われたと考えられる。このことから、水平移動幅を折れが発生しない適正範囲に設定した上で既加工側ロールダイ31を水平移動させれば目標とする曲率通りの曲げ加工が可能となると考えられる。
さらに、実施例4は、曲率半径が630mmと大きな円形鋼管柱1に対して曲げ加工を行ったものであるが、実施例3と同様にパンチセンタから左方向と右方向にそれぞれ300mmの位置にあるロールダイ3のうち、左側のロールダイ3(既加工側ロールダイ31)だけを右方向に60mm水平移動させると、図10のNo.7に示すように目標とする曲率通りの曲げ加工が可能となることがわかる。このことから、本発明のプレス成形方法は、成形しようとする曲率が変化しても適用可能であると考えられる。
なお、本発明者は、上記実施例で示した鋼材に限らず、破断応力が50〜80kg/mm2で板厚10mm〜100mmの鋼板から成る半径200mm〜1200mmの建材用の円形鋼管柱1に対しても実施例と同様な作用効果が奏されることを確認している。
また、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
また、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
上記実施形態では、未加工側ロールダイ32を固定させたまま、既加工側ロールダイ31を上方及び/又は水平方向(すなわち、上方や水平方向、それらの組み合わせとして上斜め方向)に移動させることにより、折れの発生を抑制する例を挙げて、本発明のプレス成形機2及びプレス成形方法を説明した。しかしながら、本発明のプレス成形機2及びプレス成形方法は、既加工側ロールダイ31を固定したまま未加工側ロールダイ32を下方及び/又は水平方向(下方や水平方向、それらの組み合わせとして下斜め方向)に移動させる構成であっても良いし、既加工側ロールダイ31と未加工側ロールダイ32との双方をそれぞれ移動させる構成であっても良い。
1 円形鋼管柱
2 プレス成形機
3 ロールダイ
4 パンチ
5 凸条部
6 既加工部分
7 ダイ移動手段
31 既加工側ロールダイ
32 未加工側ロールダイ
W 被成形板
2 プレス成形機
3 ロールダイ
4 パンチ
5 凸条部
6 既加工部分
7 ダイ移動手段
31 既加工側ロールダイ
32 未加工側ロールダイ
W 被成形板
Claims (5)
- 水平方向に距離をあけて並設された2本のロールダイと、当該2本のロールダイ間を上下方向に移動可能となっているパンチとを備え、前記2本のロールダイ間に架け渡された被成形板に対して前記パンチを下降させることにより被成形板を円管状に成形する円形鋼管柱のプレス成形機であって、
前記パンチには、下方突出形状の凸条部が前記ロールダイの軸芯と平行に伸び且つ水平方向に距離をあけて2条備えられていることを特徴とする円形鋼管柱のプレス成形機。 - 前記ロールダイの少なくとも一方を上方及び/又は水平方向に移動させるダイ移動手段が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の円形鋼管柱のプレス成形機。
- 前記ダイ移動手段は、曲げ加工が既に行われた既加工部分を支持するロールダイ、又は既加工部分に近い側のロールダイに設けられていることを特徴とする請求項2に記載の円形鋼管柱のプレス成形機。
- 請求項1〜3のいずれかに記載されたプレス成形機を用いて、被成形板を円管状に成形する円形鋼管柱のプレス成形方法において、
パンチに備えられた2条の凸条部及び被成形材を支持する2本のロールダイの4点で被成形板を円弧状に曲げることを特徴とする円形鋼管柱のプレス成形方法。 - 前記曲げ加工が既に行われた既加工部分に板幅方向で隣接する部分の曲げ加工を行うに際しては、前記加工部分に近い側のロールダイを上方及び/又は水平方向に移動させた上で、パンチによる曲げ加工を行うことを特徴とする請求項4に記載の円形鋼管柱のプレス成形方法。
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