JP4398897B2 - Ball valve ball manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ボールバルブの弁体を形成するボールの製造方法に関するもので、主として海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体及び金属腐食性ガスが流通する配管に使用されるボールバルブのボールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a ball for forming a valve body of a ball valve, and mainly relates to a ball valve ball used in a pipe through which a metal corrosive liquid such as seawater, hydrochloric acid, sulfuric acid, and metal corrosive gas circulates. It relates to a manufacturing method.
本発明に関する従来技術として公知文献を具体的に挙げることは出来ないが、従来より使用されているボールバルブのボールは、そのほとんどが鋳造又は鍛造によって製造されたものである。 Although publicly known documents cannot be specifically mentioned as the prior art relating to the present invention, most of the balls of the ball valves that have been conventionally used are manufactured by casting or forging.
例えば、海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体が流通する配管等に使用されるボールバルブのボールには、海水、塩酸、硫酸等の金属腐食性液体に強い耐食性金属材としての、ニッケル合金やチタン合金等が使用されるが、これらニッケル合金等の耐食性金属材料は非常に高価であることから、製造数量が少ない場合に、ボールを鋳造や鍛造によって製造すると、鋳造設備や鍛造設備はボールのサイズに応じて特別に少量用の溶解炉が必要なため、ボールの製造単価が非常に高くつく、という問題がある。 For example, ball valve balls used in pipes where metal corrosive liquids such as seawater, hydrochloric acid and sulfuric acid circulate are nickel alloys as corrosion resistant metal materials that are strong against metal corrosive liquids such as seawater, hydrochloric acid and sulfuric acid. And titanium alloys are used, but these corrosion-resistant metal materials such as nickel alloys are very expensive, so when the production quantity is small, balls are manufactured by casting or forging. Since a small amount of melting furnace is required depending on the size of the balls, there is a problem that the unit price of balls is very high.
本発明は、ニッケル合金やチタン合金等の高価な耐食性金属材料でボールバルブのボールを製造するにあたって、その製造数量が少量でも、製造単価を安くすることが可能であり、そして従来方法よりも必要原料(材料)が少なくて済むと共に製品重量を軽減出来るボールの製造方法を提供することを目的とする。 In the present invention, when manufacturing a ball valve ball with an expensive corrosion-resistant metal material such as a nickel alloy or a titanium alloy, it is possible to reduce the manufacturing unit price even if the manufacturing quantity is small, and more necessary than the conventional method. An object of the present invention is to provide a ball manufacturing method that can reduce the product weight while reducing the amount of raw materials (materials).
上記課題を解決するための手段を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項1に係る発明のボールバルブのボールの製造方法は、耐食性金属材からなる矩形状板材1をその両端縁1a,1aが突き合わさるように円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより、円筒体2を形成し、この円筒体2の突き合わせ端縁1a,1aを溶接した後、この円筒体2の両端部側を上下一対の半球成形金型4,5によりプレス型曲げ加工することにより、略球状のボール本体3を形成すると共に前記円筒体2の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部10,10を形成し、このボール本体3に、ボール回転駆動用スピンドル13の係合凸部13aが係合する凹状係合部材6を挿入するための係合部材挿入用開口部11を開口し、スリーブ挿入用開口部10,10及び係合部材挿入用開口部11に貫通流路形成用スリーブ30及び凹状係合部材6を夫々挿入してボール本体3に溶接するようにし、この際、円筒体2を上下一対の半球成形金型4,5によりプレス型曲げ加工してボール本体3を形成するにあたり、上下両半球成形金型4,5の夫々半球状凹部4a,5aの入口部に、円筒体2の端部を半球状凹部4a,5aに誘導案内するための末広がりテーパ状のガイド部26a,27aを有する半割りリング状ガイド部材26,27を着脱自在に取り付け、両ガイド部材26,27は、円筒体2の両端部を両半球成形金型4,5の半球状凹部4a,5aに誘導した後、取り外すようにしたことを特徴とする。
Means for solving the above problems will be described with reference numerals in the embodiments described later. The ball valve ball manufacturing method according to the first aspect of the present invention provides a rectangular plate 1 made of a corrosion-resistant metal material. The
請求項2は、請求項1に記載のボールバルブのボールの製造方法において、貫通流路形成用スリーブ30及び凹状係合部材6をボール本体3に対し溶接した後、熱処理を行うようにしたことを特徴とする。
上記解決手段による発明の効果を、後述する実施形態の参照符号を付して説明すると、請求項1に係る発明の製造方法は、曲げ加工と溶接によるもので、従来のボールの製造方法である鋳造や鍛造に比べ、製造に要する設備を著しく簡単にして小規模にできるから、ニッケル合金やチタン合金等の非常に高価な耐食性金属板材を使用して、ボールを少量製造する場合でも、製造単価を安くすることが可能となり、また従来方法より必要原料が少なくて済むと共に製品重量を軽減出来る効果がある。特にこの製造方法では、使用する金属板材が矩形状であるため、裁断する際に材料の無駄が非常に少なく、またスリーブ挿入用開口部10を形成するのに、孔明け加工ではなく、上下一対の半球成形金型4,5によるプレス型曲げ加工によって行うため、孔明けによる材料ロスが無くなり、材料ロスをきわめて少なくすることができる。また溶接距離も従来の製造方法に比べて非常に短いため、作業時間を短縮できて、ボールの製造単価をより一層安くできる。
The effect of the invention by the above solution will be described with reference numerals in the embodiments described later. The manufacturing method of the invention according to claim 1 is a conventional ball manufacturing method by bending and welding. Compared to casting and forging, the equipment required for manufacturing can be made extremely simple and small-scale, so even if a small amount of balls are manufactured using extremely expensive corrosion-resistant metal sheets such as nickel alloys and titanium alloys, the unit price It is possible to reduce the weight of the product and to reduce the weight of the product. In particular, in this manufacturing method, since the metal plate material to be used has a rectangular shape, waste of material is very small when cutting, and the
また本発明によれば、ガイド部材26,27によって円筒体2の上下端部を上下の半球成形金型4,5に迅速容易に突入させることができ、半球成形金型4,5による成形作業能率の向上を図ることができる。
Further , according to the present invention , the upper and lower end portions of the
請求項2に係る発明によれば、ボール本体、スリーブ及び凹状係合部材に発生した歪みを除去することが出来、後に行う機械仕上げが容易となり、加工精度の向上を図ることができる。
According to the second aspect of the present invention, the distortion generated in the ball main body, the sleeve, and the concave engaging member can be removed, the machine finishing performed later becomes easy, and the processing accuracy can be improved.
図1〜図5は本発明に係るボールバルブのボールの製造工程を示したもので、その製造方法を説明すると、先ず、耐食性の金属板材を切断加工して、図1の(a) に示すような矩形状板材1を形成する。この矩形状板材1を形成する耐食性金属板材としては、ニッケル合金やチタン合金、あるいはステンレスが使用されるが、ここでは、耐食性に優れていると共に耐熱性に優れた、「ハステロイ」という商標名で知られているニッケル合金を使用する。 FIG. 1 to FIG. 5 show the manufacturing process of the ball of the ball valve according to the present invention. The manufacturing method will be described. First, a corrosion-resistant metal plate material is cut and processed as shown in FIG. Such a rectangular plate 1 is formed. Nickel alloy, titanium alloy, or stainless steel is used as the corrosion-resistant metal plate material for forming the rectangular plate material 1, but here, it has the trademark name “HASTELLOY”, which has excellent corrosion resistance and heat resistance. A known nickel alloy is used.
こうして形成した矩形状板材1を、図1の(b) 及び(c) に示すように、曲げロール機BMに掛けて、板材1の両端縁1a,1aが突き合わさるように円筒状にロール曲げ加工することによって円筒体2を形成する。そして、この円筒体2の突き合わせ端縁1a,1aを溶接する。その突き合わせ端縁1a,1aの溶接部をWで示す。曲げロール機BMは、基台21上に一対の固定ロール22,22と押えロール23とを備えてなる周知構造のものである。
As shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c), the rectangular plate 1 thus formed is hung on a bending roll machine BM and rolled into a cylindrical shape so that both
次に、上記円筒体2の両端部側を、図2及び図3に示すような上下一対の半球成形金型4,5を使用してプレス型曲げ加工することにより、略球状のボール本体3を形成する。この球状ボール本体形成工程について詳細に説明すると、上部半球成形金型4は、金型本体4oの下面側に開口する略半球状の凹所4aを有し、この略半球状凹所4aの上部中央に横断面円形の抜き孔4bを形成したもので、昇降駆動される可動基枠24に固定されている。下部半球成形金型5は、金型本体5oの上面側に開口する略半球状の凹所5aを有し、この略半球状凹所5aの下部中央に横断面円形の抜き孔5bを形成したもので、固定基枠25に固定されている。
Next, both ends of the
また、上部半球成形金型4の金型本体4o下面及び下部半球成形金型5の金型本体5oの上面には、円筒体2の端部を半球状凹部4a,5aに誘導案内するための、末広がりテーパ状ガイド部26a,27aを有するリング状のガイド部材26,27がボルト(図示せず)によって着脱自在に取り付けられ、そしてこれらの挿入ガイド部材26,27は、円筒体2の両端部を両半球形成金型4,5の半球状凹部4a,5aに誘導した後は、取り外されるようになっている。尚、各リング状ガイド部材26,27は、二つの半円状部材に分割形成された構造となっている。
Further, on the lower surface of the mold body 4o of the upper hemisphere molding die 4 and the upper surface of the mold body 5o of the lower hemisphere molding die 5, the end of the
上記ガイド部材26,27の末広がりテーパ状ガイド部26a,27aは、その外端部の直径が内端部の直径よりも大きいテーパ状に形成されたもので、このガイド部材26a,27aの内端部の直径は半球状凹部4a,5aの入口部の直径と実質的に同一である。また半球状凹部4a,5aの入口部の直径は、円筒体2の外径よりも僅かに大きくなるように形成されている。
The
しかして、円筒体2を上下一対の半球成形金型4,5でボール本体3に成形するには、半球成形金型4,5にガイド部材26,27を取り付けた後、図2の(a) に示すように、円筒体2の下端部をガイド部材27により誘導案内して下部半球成形金型5の半球状凹部5a内に突入させ、図示のように直立状態に保持させる。この後、上部半球成形金型4を所定位置まで下降させて、図2の(b) に示すように、円筒体2の上下両端部をガイド部材26,27により上下半球成形金型4,5の半球状凹部4a,5a内に誘導案内して突入させる。この半球状凹部4a,5a内に突入した円筒体2の上下両端部は、図示のように型成形されて絞られた状態となる。このようなガイド部材26,27を使用することにより、円筒体2の上下両端部を上下の半球成形金型4,5に迅速容易に突入させることができ、半球成形金型4,5による成形作業能率の向上を図ることができる。
Thus, in order to form the
上記のように円筒体2の上下端部を上下半球成形金型4,5の半球状凹部4a,5aに夫々突入させた後、ガイド部材26,27を取り外して、図3の(a) に示すような状態とする。この状態から図3の(b) 及び(c) に示すように上部半球成形金型4を下降させて、その金型本体4oの下面を下部半球成形金型5の金型本体5o上面に当接させた状態とすることにより、円筒体2をプレス型曲げ加工して、略球状のボール本体3を形成すると共に、円筒体2の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部10,10を形成する。この場合、各スリーブ挿入用開口部10の内径は、半球成形金型4,5の抜き孔5a,5bの内径と略々同じとなっている。
After the upper and lower end portions of the
この後、上部半球成形金型4を上昇させて、形成したボール本体3を下部半球成形金型5から取り出す。この時、ボール本体3は、図4の(a) に示すようにスリーブ挿入用開口部10,10の夫々の内周面が平行面でないため、機械加工して、同図の(b) に示すように、両側のスリーブ挿入用開口部10,10の内周面が軸線Gに沿って互いに平行面となるように仕上げる。このスリーブ挿入用開口部10には貫通流路形成用スリーブ30が挿入される。
Thereafter, the upper
そして、図7の(a) 及び(b) に示すようなボールバルブ12におけるボール回転駆動用スピンドル13の係合凸部13aが係合する凹状係合部材6を挿入するための係合部材挿入用開口部11を、機械加工によってスリーブ挿入孔10の軸線Gの方向と直交する方向に開口形成する。
Then, the engagement member insertion for inserting the
貫通流路形成用スリーブ30は、ボール本体3を直径方向に貫通して、ボールバルブ12の開放作動時に開放流路を形成するための円管で、ボール本体3と同じ金属材料によって形成される。このスリーブ30が挿入されるスリーブ挿入孔10の内径は、スリーブ30の外径より僅かに大きい。係合部材挿入用開口部11は、図5の(c) 示されるように矩形状に開口形成される。この開口部11に挿入される凹状係合部材6も、ボール本体3と同じ金属材からなるもので、平面視が同図の(c) に示されるように開口部11に対応する矩形状に形成されると共に、その縦断面形状は同図の(a) に示されるような円弧状であり、横断面形状は同図の(b) に示されるようなコ字状である。また凹状係合部材6の底部にはエア抜き孔14が設けられる。
The through-flow
上記のようにして球状ボール本体3にスリーブ挿入孔10と係合部材挿入用開口部11とを形成した後、図4の(b) 及び(c) に示すように、これらスリーブ挿入孔10及び係合部材挿入用開口部11に貫通流路形成用スリーブ30及び凹状係合部材6を夫々挿入して、ボール本体3に対し溶接する。
After the
即ち、貫通流路形成用スリーブ30をボール本体3のスリーブ挿入孔10,10に挿入して、スリーブ30の両端部をボール本体3のスリーブ挿入孔10,10の夫々周縁部に溶接し、また凹状係合部材6は、図5の(c) に示すように係合部材挿入用開口部11に挿入して、凹状係合部材6の上端面がボール本体3の外周面と面一の状態で、凹状係合部材6の開口端部をボール本体3の開口部11に溶接する。これにより、ボール本体3と貫通流路形成用スリーブ30と凹状係合部材6とが一体的に組み付けられて、図4の(c) 更には図5の(a) 及び(b) に示すようなボール31が形成される。
That is, the through-flow
上記のようにボール本体3と貫通流路形成用スリーブ30と凹状係合部材6とを溶接によって組み付けた後、その溶接によって生じた内部応力を除去するための熱処理である例えば焼なまし(焼鈍)を行う。この熱処理により、ボール本体3、スリーブ30及び凹状係合部材6に発生した歪みが除去され、この後に行う切削加工や研磨加工の機械仕上げが容易となり、加工精度が向上する。
After assembling the
上記の熱処理を終えたならば、ボール本体3の表面ならびにボール本体3とスリーブ30及び凹状係合部材6との溶接部を機械仕上げする。即ち、球状ボール本体3の表面ならびに溶接部を、例えばNC旋盤等によって、ボール31が完全な球体となるように切削加工し、その後研磨装置によって、切削加工したボール本体4の表面全体を研磨加工する。これによって、ボール31の製造が完了する。
When the above heat treatment is completed, the surface of the ball
図5の(a) は製造完了したボール31の拡大縦断面図であり、(b) は同ボール31の拡大横断面図である。これら(a) 及び(b) において、Wはボール本体3と貫通流路形成用スリーブ30との溶接部であり、ボール本体3と凹状係合部材6との溶接部を示す。また、(a) 及び(b) において、16はボール本体3の凹状係合部材6と反対側に設けられたエア抜き孔である。
5A is an enlarged longitudinal sectional view of the
上述したボールバルブのボールの製造方法では、矩形状板材1から円筒体2を形成するのに曲げロール機BMを使用したが、図6には、曲げロール機BMによるロール曲げ加工に代わり、型曲げ機械PMを使用して矩形状板材1をプレス型曲げ加工することにより、円筒体2を形成する工程を示している。型曲げ機械PMは、昇降ラム32に垂下連結されたパンチ33と、断面半円状の凹所34aを備えたダイス34とからなる。
In the ball valve ball manufacturing method described above, the bending roll machine BM is used to form the
この型曲げ機械PMによるプレス型曲げ加工においては、図6の(a) に示すような耐食性金属材からなる矩形状板材1を、型曲げ機械PMのパンチ33とダイス34とにより、(b) 〜(d) に示すように徐々に湾曲成形していって円筒体2を形成する。この後、(e) に示すように、バイス装置DMによって、板材1の両端縁1a,1aを突き合わせるようにプレスし、その突き合わせ部分を(f) に示すように溶接する。この後、(g) に示すように再びバイス装置DMを使用して円筒体2を矯正真円仕上げし、(h) に示すように最終的に真円状態の円筒体2とする。バイス装置DMは、円筒体2を上下両側から抱持する上下一対のバイス部材35,36からなる。
In the press die bending process by the die bending machine PM, a rectangular plate 1 made of a corrosion-resistant metal material as shown in FIG. 6 (a) is formed by the
図7の(a) は上記のようにして製造されたボール31を備えたボールバルブ12を示す外観斜視図であり、(b) は同ボールバルブ12の縦断面図である。これら(a) 及び(b) において、17は一方の流体管路17aを形成するボディ本体、18は他方の流体管路18aを形成してボディ本体17にフランジ接合されるソケットで、これらボディー本体に17とソケット18とによってボディ19が形成される。このボディ19内の中央部両側にボールシート20,20が設けてあって、両ボールシート20,20にボール2が回転自在に保持されている。
FIG. 7A is an external perspective view showing the
また、ボディ19の中央部にボール回転駆動用スピンドル13が回転自在に支持されていると共に、このスピンドル13の先端部に形成された角柱状の係合凸部13aがボール2の凹状係合部材6に係合されている。しかして、スピンドル13をこれに取り付けられるハンドル15(図7の(a) 参照)で回転操作してボール2を回転駆動することにより、両流体管路17a,18b間で流路が開閉されることになる。図7の(b) は、ボール31の貫通流路形成用スリーブ30がボディ19の両流体管路17a,18bと同軸に位置して、開弁された状態を示す。
In addition, a ball
以上説明したような本発明の製造方法によれば、耐食性金属材からなる矩形状板材1を円筒状にロール曲げ加工又はプレス型曲げ加工することにより円筒体2を形成し、その突き合わせ端縁1a,1aを溶接した後、円筒体2の両端部側を上下の半球成形金型4,5でプレス型曲げ加工することによって、略球状のボール本体3を形成すると共に円筒体2の両端部対応位置にスリーブ挿入用開口部10,10を形成し、ボール本体3にボール回転駆動用スピンドル13の係合凸部13aが係合する凹状係合部材6を挿入するための係合部材挿入用開口部11を開口し、スリーブ挿入用開口部10,10及び係合部材挿入用開口部11には貫通流路形成用スリーブ30及び凹状係合部材6を夫々挿入してボール本体3に溶接した後、ボール本体3の表面及び溶接部Wを機械仕上げする方法であるから、従来のボールの製造方法である鋳造や鍛造に比べ、製造に要する設備を著しく簡単にして小規模にすることができる。
According to the manufacturing method of the present invention as described above, the
特にこの製造方法では、使用する金属板材1が矩形状であるため、裁断する際に材料の無駄が非常に少なく、またスリーブ挿入用開口部10を形成するのに、孔明け加工ではなく、上下の半球成形金型4,5でプレス型曲げ加工を行うため、孔明けによる材料損失が無くなり、従って材料ロスを数パーセントに抑えることができる。このように材料ロスをきわめて少なくすることができるから、ニッケル合金やチタン合金等のように非常に高価な耐食性金属板材を使用して、ボール31を少量製造する場合でも、製造単価を安くすることが可能となる。また、この製造方法によれば、ボール2の製造に必要な原料(材料)を従来方法による場合の約1/3程度で済ませることも可能であり、また製品重量も従来方法で製造されたボールの約1/3程度に軽減することも可能である。
In particular, in this manufacturing method, since the metal plate 1 to be used has a rectangular shape, waste of material is extremely small when cutting, and the
また、この製造方法においては、ボール本体3と貫通流路形成用スリーブ30と凹状係合部材6とを溶接によって組み付けた後、機械仕上げの前に、溶接によって生じた内部応力を除去するための熱処理を行うから、ボール本体3、スリーブ30及び凹状係合部材6に発生した歪みを除去することが出来、後に行う機械仕上げが容易となり、加工精度の向上を図ることができる。
Further, in this manufacturing method, after the ball
1 矩形状板材
1a 矩形状板材の端縁
2 円筒体
3 ボール本体
4,5 半球成形金型
4a,5a 半球状凹部
6 凹状係合部材
10 スリーブ挿入用開口部
11 係合部材挿入用開口部
26,27 ガイド部材
30 貫通流路形成用スリーブ
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