JP5641702B2 - 鋼管の拡管成形方法および拡管成形装置 - Google Patents
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例えば、特許文献1には、複数の拡径ポンチを用いて段階的に拡管成形を行う金属製筒体の製造方法について開示されている。
すなわち、上記公報に開示された鋼管の拡管成形方法では、複数の拡径ポンチを用いて段階的に拡管する際に、拡管成形速度等を適切にコントロールしないと、座屈、割れ、減肉が生じるおそれがある。
つまり、複数のパンチを用いて複数段階で拡管成形を行う際に、最初の拡管成形ステップにおいてはサイド金型を使用せずに、鋼管の端部開口への第1パンチの挿入だけを行う。そして、以降の拡管成形ステップでは、パンチの挿入と並行して、所定のタイミングでサイド金型を用いた鋼管の端部を押圧する。
これにより、多段階の拡管成形を実施する場合でも、最小限のステップによって、座屈や割れ等が生じにくく、効率的な方法で、鋼管の端部に拡管部を成形することができる。
ここでは、鋼管の端部開口に最初に挿入される第1パンチが、他のパンチよりも拡管率が大きくなるように設定されている。
ここで、上記拡管率とは、それぞれの拡管成形ステップ前の鋼管の外径に対する拡管成形ステップ後の鋼管の外径の拡大率を意味している。
これにより、拡管成形による減肉が最も少ない最初のステップにおいて拡管率が最大のパンチを使用することで、安全かつ効率的に成形性を向上させることができる。
ここでは、上述した多段階での拡管成形を、丸鋼管に対して実施する。ここで、上記丸鋼管とは、略円形の断面形状を有する鋼管をいう。
これにより、丸鋼管の端部に、効率よく拡管成形部を形成することができる。
つまり、複数のパンチを用いて複数段階で拡管成形を行う際に、最初の拡管成形ステップにおいてはサイド金型を使用せずに、鋼管の端部開口へのパンチの挿入だけを行う。そして、以降の拡管成形ステップでは、パンチの挿入と並行して、所定のタイミングでサイド金型を用いた鋼管の端部を押圧する。
[拡管成形装置10の構成]
本実施形態に係る拡管成形装置10は、丸鋼管Pの内部に、大きさの異なる複数のパンチ12を挿入して多段階で拡管成形を行う装置である。そして、拡管成形装置10は、図1に示すように、メインシリンダ11と、拡管成形用のパンチ12と、サイド金型21、サイドシリンダ22を含むサイド加圧装置15と、制御部20と、外型加圧装置23,24と、クランプ装置25,26と、位置決め部27と、を備えている。
メインシリンダ11は、油圧ポンプ16に対して接続されており、油圧ポンプ16から供給される作動油によって、固定配置された丸鋼管Pに対してパンチ12を挿入するための押圧力を付与する。
パンチ12は、図2に示すように、丸鋼管Pの開口端部から挿入されて丸鋼管Pの端部に拡管部P1(図6参照)を形成するための部材である。また、本実施形態では、図2および図3(a)〜図3(c)に示すように、大きさが異なる3種類のパンチ12a〜12cを順番に用いて、3段階のステップを経て、丸鋼管Pの端部に拡管部P1を成形する。
拡管率α=(d2−d1)/d1 ・・・・・(1)
つまり、拡管率は、パンチ12挿入前の外径寸法に対して、パンチ12の挿入によって丸鋼管Pの外径寸法がどれだけ拡大されたかを意味している。
位置決め部27は、拡管成形装置10に丸鋼管Pがセットされる際に、丸鋼管Pにおける拡管成形される側とは反対側の端部が当接し、長手方向における位置決めを行う。
本実施形態では、上述した構成を備えた拡管成形装置10において、図3(a)〜図3(c)、図4(a)〜図4(c)に示すように、大きさの異なる3種類のパンチ12a〜12cを用いて3つの段階に分けて段階的に丸鋼管Pの拡管成形を行う。本実施形態では、このように複数段階に分けて拡管成形を実施することで、丸鋼管Pにかかる成形負荷を軽減して成形限界を向上させている。
すなわち、本実施形態の拡管成形装置10では、ステップS1(第1拡管成形ステップ)において、図3(a)に示すように、クランプ装置25,26によって支持された丸鋼管Pの開口端部に対して、パンチ12a〜12cの中で最も小さく拡管率が最も大きいパンチ12a(パンチA)を挿入していくように、メインシリンダ11を駆動する。ここで、本ステップS1では、パンチ12aを移動させる工程中に、丸鋼管Pの開口端部を押圧するサイド金型21は駆動しない。このとき、パンチ12aを駆動するメインシリンダ11のストローク量と成形圧力は、図4(a)に示すように、パンチ12aが丸鋼管P内に挿入されていき、丸鋼管Pの拡管部分にストレート部が形成され始めると、成形圧力が段階的に上昇していく。
次に、ステップS3では、丸鋼管Pの開口端部からパンチ12aを取り出す。
次に、ステップS4(第2拡管成形ステップ)では、第1ステップ目においてパンチ12aによって丸鋼管Pの端部に形成された拡管部分の開口端部から、図3(b)に示すように、パンチ12aよりも大きく拡管率が小さいパンチ12bを挿入する。
このとき、パンチ12b、サイド金型21bを駆動するメインシリンダ11、サイドシリンダ22のストローク量と成形圧力は、図4(b)に示すように、パンチ12bが丸鋼管P内に挿入されていくのとほぼ同時にサイド金型21bによる開口端部への押圧が開始される。そして、丸鋼管Pの拡管部分にストレート部が形成され始めると、パンチ12bにかかる成形圧力が段階的に上昇していく。
次に、ステップS7では、丸鋼管Pの開口端部からパンチ12bを取り出す。
次に、ステップS8(第3拡管成形ステップ)では、第2ステップ目においてパンチ12bによって丸鋼管Pの端部に形成された拡管部分の開口端部から、図3(c)に示すように、パンチ12bよりも大きいパンチ12cを挿入する。
このとき、パンチ12c、サイド金型21cを駆動するメインシリンダ11、サイドシリンダ22のストローク量と成形圧力は、図4(c)に示すように、パンチ12cが丸鋼管P内に挿入されていくのとほぼ同時にサイド金型21cによる開口端部への押圧が開始される。そして、丸鋼管Pの拡管部分にストレート部が形成され始めると、パンチ12cにかかる成形圧力が段階的に上昇していく。
次に、ステップS11では、丸鋼管Pの開口端部からパンチ12cを取り出す。
次に、ステップS12では、サイド金型21cや外型部23a,24a等を退避させ、クランプ装置25,26による支持を解除して、開口端部に拡管部P1が形成された丸鋼管Pを取り出す。
本実施形態の拡管成形装置10では、以上のように、大きさが異なる複数のパンチ12a〜12cを用いて複数段階で所望の拡管率を有する拡管部P1を形成する工程において、最初の第1ステップでは、サイド金型21を使用せずに、パンチ12aを丸鋼管Pの開口端部に挿入して拡管部分を成形する。そして、それ以降のステップ(第2・第3ステップ)では、パンチ12b,12cとサイド金型21とを併用して、パンチ12b,12cの挿入と同時にサイド金型21による開口端部への押圧(軸押し)を行う。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
(A)
上記実施形態では、第1〜第3の拡管成形ステップを含む3段階で拡管成形を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、2段階の拡管成形ステップや、4段階以上の拡管成形ステップを含む方法によって鋼管の拡管成形を行ってもよい。
上記実施形態では、断面が略円形の丸鋼管に対して拡管成形を行う例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、断面形状が略四角形、多角形等の異形鋼管に対して、上述した拡管成形方法を用いて拡管成形を実施してもよい。
上記実施形態では、パンチ12挿入過程において拡管部P1にストレート部が形成されるタイミングで、サイド金型21を用いて丸鋼管Pの開口端部への軸押しを開始する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、この肉厚減少の検出については、例えば、丸鋼管へ挿入中のパンチのストローク量やパンチにかかる圧力変動に基づいて検出すればよい。
11 メインシリンダ
12 パンチ
12a パンチA(第1パンチ)
12b パンチB(第2パンチ)
12c パンチC(第3パンチ)
15 サイド加圧装置
16 油圧ポンプ
20 制御部
21,21b,21c サイド金型
22 サイドシリンダ
23,24 外型加圧装置
23a,24a 外型部
23b,24b 外型シリンダ
25,26 クランプ装置
25a,26a クランプ型
25b,26b クランプシリンダ
27 位置決め部
S ステップ
Claims (4)
- 大きさの異なる複数のパンチを鋼管の端部開口へ挿入して多段階で拡管成形を行う鋼管の拡管成形方法であって、
前記複数のパンチのうち最も小さい第1パンチを前記鋼管に挿入し、前記鋼管の端部を押圧しない第1拡管成形ステップと、
前記第1パンチよりも大きい第2パンチを前記鋼管に挿入するとともに、第1のサイド金型を用いて前記鋼管の端部を前記第2のパンチの挿入方向へ押圧する第2拡管成形ステップと、
前記第2拡管成形ステップの後、前記第2パンチよりも大きい第3パンチを前記鋼管に挿入するとともに、前記第1のサイド金型よりも大きい第2のサイド金型を用いて前記鋼管の端部を前記第3のパンチの挿入方向へ押圧する第3拡管成形ステップと、
を備えている鋼管の拡管成形方法。 - 前記第1パンチは、前記複数のパンチのうち最も拡管率が大きい、
請求項1に記載の鋼管の拡管成形方法。 - 前記鋼管は、断面が略円形の丸鋼管である、
請求項1または2に記載の鋼管の拡管成形方法。 - 大きさの異なる複数のパンチを鋼管の端部開口へ挿入して多段階で拡管成形を行う拡管成形装置であって、
前記複数のパンチと、
前記鋼管の端部を前記パンチの挿入方向へ押圧する第1・第2のサイド金型と、
前記複数のパンチのうち最も小さい第1パンチを前記鋼管の端部開口へ挿入する最初の第1拡管成形ステップにおいては前記第1・第2のサイド金型を使用せず、それ以降の拡管成形ステップにおいて前記第1パンチよりも大きい第2パンチと前記第1のサイド金型とを併用して拡管成形を実施するとともに、前記第2パンチを用いた拡管成形の後、前記第2パンチよりも大きい第3パンチを前記鋼管に挿入するとともに、前記第1のサイド金型よりも大きい第2のサイド金型を用いて前記鋼管の端部を前記第3のパンチの挿入方向へ押圧するように制御を行う制御部と、
を備えている拡管成形装置。
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