JP4706521B2

JP4706521B2 - Ｕプレス装置およびｕプレス方法

Info

Publication number: JP4706521B2
Application number: JP2006074672A
Authority: JP
Inventors: 豪紀下本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007245218A

Description

本発明は、特にＵ成形において管端部での局所的減肉が大きくなる、厚鋼板を用いたＵＯＥ鋼管の製造に使用するＵプレス装置、およびこのＵプレス装置を用いたＵプレス方法に関するものである。

ＵＯＥ鋼管は、先ず、素材である鋼板の両エッジ部に開先加工を施した後、Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレス機によりオープンパイプに成形する。その後、ガスシールド溶接による仮付け溶接、サブマージアーク溶接による内面溶接、外面溶接によってシーム溶接を行い、最後に拡管機で所定の寸法に仕上げられる。

前記の製管工程のうち、Ｃ成形では、Ｏプレスで必要な成形荷重の低減とピーキング対策のため、鋼板の幅方向端部付近に鋼管径に見合った曲げ加工を与える。また、Ｕ成形では、開放ダイを有するＵプレスを用いて平板状の鋼板をＵ管形状に加工し、Ｏプレス機内へ搬送できるようにする。また、Ｏ成形では、閉成ダイを有するＯプレスを用いてＵ管をＯ形状に加工する。
日本鉄鋼協会編、第３版鉄鋼便覧ＩＩＩ(２)、条鋼・鋼管・圧延共通設備、昭和55年11月20日発行、1109頁

このとき、寸法精度向上のためプレス時に若干の絞りを与える。多くの場合、鋼管は内部溶接及び外部溶接の後ではまだ直径及び丸みに対する要求を満足していないため、鋼管は拡管（冷間口広げ加工）により矯正される。さらにこの拡管により、仕上げ及び溶接の間に形成される引張内部応力の一部が減じられ、周縁の大部分において圧縮内部応力にかえることも行われる。

ところで、図１０に示したような、管軸方向に一様な断面を有するロッカーシュー２ａ，２ｂが所定の間隔を存して配置されたロッカーダイ２を、その間に挟んだ鋼板３の幅方向端部がプラテン４に接触するまで、Ｕポンチ１に沿うように回動させるロッカーアッセンブリ式のＵプレス装置にてＵ成形する際、管軸方向端部では口開き変形が発生する。

従って、ロッカーダイ２のうちの下部ロッカーシュー２ｂと鋼板３が接触する部分において局所的な減肉が発生してしまう。また、鋼板３の厚さが厚い場合には、前記の口開き変形量が大きくなるので局所的な減肉量も大きくなり、その結果、製管後の肉厚が公差を外れてしまう場合がある。

そのため、現在では、例えば製品の請求肉厚に応じて鋼板肉厚を厚めに製造するといった対策が採られているが、当然、歩留まりが悪くなるという問題がある。

本発明が解決しようとする問題点は、厚鋼板を用いたＵＯＥ製管では、Ｕ成形の際に管軸方向端部で口開き変形量が大きくなって局所的な減肉量が大きくなり、製管後の肉厚が公差を外れてしまうが、鋼板肉厚を厚めに製造する場合は歩留まりが悪くなるという点である。

本発明のＵプレス装置は、
特に厚肉のＵＯＥ鋼管を製造する際、Ｕ成形において管軸方向端部で発生する局所的な減肉を防止するために、
ＵＯＥ鋼管の製造に使用するロッカーアッセンブリ式のＵプレス装置において、
Ｕプレス装置を構成するロッカーダイの下部ロッカーシューにおける管軸方向の両端部に、鋼板との当接面が端面に行くほど先窄まりとなる逃がし部を形成したことを最も主要な特徴としている。

本発明のＵプレス装置において、前記下部ロッカーシューが、前記逃がし部の管軸方向の位置の変更が可能なように構成されている場合には、製造する鋼管の長さが異なっても、逃がし部を鋼板の管軸方向端部に確実に位置させることができる。

本発明のＵプレス装置において、下部ロッカーシューに形成する逃がし部の形状は、口開き変形した鋼板の管軸方向端部が接触しなければ、どのような形状でも良く、限定されない。

また、本発明のＵプレス方法は、
ＵＯＥ鋼管の製造において、
Ｕプレス装置にて鋼板をＵ成形する際、鋼板の管軸方向端部に、下部ロッカーシューにおける管軸方向の両端部に形成した、鋼板との当接面が端面に行くほど先窄まりとなる逃がし部を位置させてＵ成形することを最も主要な特徴としている。

本発明では、Ｕプレス装置の下部ロッカーシューの管軸方向の両端部に形成した逃がし部により、鋼板の管軸方向端部で口開き変形した部分が下部ロッカーシューに接触しないので、厚肉のＵＯＥ鋼管を製造する際、Ｕ成形において管軸方向端部で局所的な減肉が発生することがない。従って、鋼板肉厚を厚めに製造する必要がなく、歩留まりも良くなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図９を用いて詳細に説明する。
発明者は、厚鋼板を用いたＵＯＥ製管時のＵ成形の際に発生する管軸方向端部での局所的な減肉について調査を行った。

図１０で説明したロッカーアッセンブリ式のＵプレス装置を使用して、外径が２００mmで、厚さが１０mmの厚肉鋼管を対象とし、下記表１に示す鋼板３の幅方向端部がプラテン４に接触するまでＵ成形を行った。なお、今回は、通常、Ｕ成形の前工程として行われるＣ成形については省略した。

Ｕ成形による局所的減肉は、下部ロッカーシューと鋼板が接触する部分において発生するため、図６に示す下部ロッカーシューと接触する、鋼板３の幅中心と、幅中心から一方端側に２０mm、４０mm、５５mm、６０mm、６５mm、８０mm、１００mm隔てた８箇所において、Ｕ成形前後の肉厚をマイクロメータにて測定した。

また、管端部における口開き量を調査するため、Ｕ成形後に図７（ｂ）に破線で示すＵ成形時における鋼板３の幅中心線ＣＬ上を接触式形状測定機にて測定した。なお、この際、測定機のプローブが測定面に対し垂直となるようにして測定を行った。

図８にＵ成形前後の肉厚変化を測定した結果を示す。この図８より、管端部では、Ｕ成形により約０．０８mm程度減肉し、下部ロッカーシューと接触する位置においては最大で約０．４５mm程度減肉することが分かる。

図７に示すＵ成形時における鋼板３の幅中心線ＣＬ上を測定した結果を図９に示す。この図９より、管端部では約１．６mm口開きが発生していることが分かる。

本発明は、発明者による上記調査結果に基づいて成されたものであり、図１で説明したような、ロッカーアッセンブリ式のＵプレス装置を構成するロッカーダイ２の下部ロッカーシュー２ｂにおける管軸方向の両端部に、口開き変形をした部分が接触しないように、鋼板との当接面が端面に行くほど先窄まりとなる逃がし部２ｂａを形成したものである。

ちなみに図１に示した例では、前記逃がし部２ｂａとして、前記図９の結果より、管軸方向の両端部４０mmの部分に半径Ｒが３５０mmの湾曲状の逃がし部を設けている。

この逃がし部２ｂａ部の形状は、口開き変形をした部分が接触しないものであれば、どのような形状でも構わない。ただし、Ｕ成形を実施する際には、下部ロッカーシュー２ｂは、逃がし部２ｂａの管軸方向の位置の変更が可能なように構成し、鋼板３の管軸方向端部が下部ロッカーシュー２ｂの逃がし部２ｂａに正確に位置決めできるようにすることが望ましい。

図１で説明した逃がし部２ｂａを備えた下部ロッカーシュー２ｂを備えた本発明のＵプレス装置を用いて、鋼板３の管軸方向端部に、下部ロッカーシュー２ｂの逃がし部２ｂａを位置させてＵ成形した場合のＵ成形前後の肉厚変化を図２に示す。この図２より、管端部での局所的減肉が発生していないことが分かり、本発明の有効性を確認することができた。

実機への適用を以下に説明する。実機では、鋼管径に比べて鋼板長さが長いため、図３（ａ）に示すように、ロッカーダイ２は管軸方向に分割されている。また、製造する鋼管の外径や厚さも案件によって異なるため、下部ロッカーシュー２ｂの逃がし部２ｂａの形状は、製造可能範囲内で管端部の口開き変形が最も大きくなる場合を想定して設計する必要がある。

すなわち、製造可能な最小径における最も厚肉なサイズと製造可能な最大肉厚における最も小径なサイズについて口開き変形量をモデル実験または解析等により導出し、逃がし部の形状を設計すればよい。

また、製造する鋼管の長さも案件によって異なるため、下部ロッカーシュー２ｂの逃がし部２ｂａの位置が固定されたままであると製造に対応することができない。

そのため、予め、数種類の管軸方向長さの位置調整用ロッカーシュー２ｂｃを用意しておき、下部ロッカーシュー２ｂの管軸方向中央部分２ｂｂと両管端部分の逃がし部２ｂａの間に、最適長さの位置調整用ロッカーシュー２ｂｃを挿入して逃がし部２ｂａの位置の調整を行えばよい。

ただし、鋼板３の長さによっては、図４（ａ）の状態から下部ロッカーシュー２ｂの管軸方向中央部分２ｂｂの端部側２ｂｂａを抜いて図４（ｂ）の状態とし、逃がし部２ｂａの位置を変更させる必要がある。

ところで、Ｃ成形を終えた鋼板をＵプレス装置内へ搬送し、所定の位置に停止する際、停止位置にズレが生じる場合がある。また、Ｃ成形前の鋼板長さについてもバラツキが生じる場合がある。

そのため、Ｕ成形を行う場合には、上記ズレ量とバラツキ量を調査した上で逃がし部２ｂａの位置を設定する必要がある。例えば上記のズレ量とバラツキ量を合わせた範囲が±１００mmであると判明した場合、図５に示すように逃がし部２ｂａをズレ量０mmとして設定した位置より、Ｕプレス装置中心側へ１００mm移動させた位置に設置すればよい。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、局所的な減肉を生じる成形であれば、Ｕプレス成形以外の成形にも適用できる。

本発明のＵプレス装置を構成する逃がし部を設けた下部ロッカーシューを示した図で、（ａ）は正面方向から見た図、（ｂ）は側面方向から見た図である。本発明のＵプレス装置を用いた本発明のＵプレス方法を実施した場合におけるＵ成形前後の肉厚変化を示す図である。実機のＵプレス装置を示す図で、（ａ）はロッカーダイを平面方向から見た図、（ｂ）は同じく正面方向から見た図である。鋼板の管軸方向端部と下部ロッカーシューの逃がし部の位置関係を示す図で、（ａ）は製造する鋼管の長さが長い場合の側面方向から見た図、（ｂ）は製造する鋼管の長さが短い場合の側面方向から見た図、（ｃ）は（ａ）（ｂ）を正面方向から見た図である。鋼板の停止位置ズレと長さバラツキを考慮した場合における鋼板の管軸方向端部と下部ロッカーシュー逃がし部の位置関係を示す図で、（ａ）は側面方向から見た図、（ｂ）は正面方向から見た図である。鋼板の肉厚測定位置を示す図で、（ａ）は鋼板を平面方向から見た図、（ｂ）は鋼板を正面方向から見た図である。口開き変形量の測定位置を示す図で、（ａ）はＵ成形後の鋼板を正面方向から見た図、（ｂ）は同じく側面方向から見た図である。従来の下部ロッカーシューを適用した場合におけるＵ成形前後の肉厚変化を示す図である。口開き変形量を示す図である。ロッカーアッセンブリ式のモデルＵプレス装置の概略図で、（ａ）はＵ成形前、（ｂ）はＵ成形により鋼板の幅方向端部がプラテンに接触した状態を示す図である。

符号の説明

１Ｕポンチ
２ロッカーダイ
２ａ上部ロッカーシュー
２ｂ下部ロッカーシュー
２ｂａ逃がし部
２ｂｂ中間部分
２ｂｂａ端部
２ｂｃ位置調整用ロッカーシュー
３鋼板

Claims

ＵＯＥ鋼管の製造に使用するロッカーアッセンブリ式のＵプレス装置において、
Ｕプレス装置を構成するロッカーダイの下部ロッカーシューにおける管軸方向の両端部に、鋼板との当接面が端面に行くほど先窄まりとなる逃がし部を形成したことを特徴とするＵプレス装置。
前記下部ロッカーシューは、前記逃がし部の管軸方向の位置の変更が可能なように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＵプレス装置。
ＵＯＥ鋼管の製造において、
Ｕプレス装置にて鋼板をＵ成形する際、鋼板の管軸方向端部に、下部ロッカーシューにおける管軸方向の両端部に形成した、鋼板との当接面が端面に行くほど先窄まりとなる逃がし部を位置させてＵ成形することを特徴とするＵプレス方法。