JP4479327B2

JP4479327B2 - Ｕｏｅ鋼管製造工程におけるｕプレス用ポンチ装置

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Publication number: JP4479327B2
Application number: JP2004125470A
Authority: JP
Inventors: 豪紀下本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-04-21
Also published as: CN100415401C; CN1942261A; JP2005305501A; EP1792669B1; ATE510637T1; EP1792669A4; WO2005102549A1; EP1792669A1

Description

本発明は、ＵＯＥ方式により製造される鋼管の製造過程において使用される、Ｕプレス用ポンチ装置に関する。

ＵＯＥ鋼管は、主として石油、天然ガス等の輸送のためのパイプライン用のラインパイプに使用される鋼管であり、その名は、当該鋼管の代表的な製造工程に由来している。大きく分けて２０程度の工程を経て製造されるＵＯＥ鋼管の製造工程は、鋼板の端部に曲げ加工（Ｃ加工）を施す工程、Ｕ加工によりＵ管を得る工程、及びＯ加工によりオープンパイプを得る工程等を含み、これらの工程により加工された鋼板は、その後、溶接工程、拡管（Expander）工程、及び検査工程等を経て、製品（ＵＯＥ鋼管）となる。

上記工程のうち、ＵＯＥ鋼管のＣ加工工程は、鋼板の幅方向端部付近に鋼管径に見合った曲げ加工を施す工程であり、Ｏ加工における成形荷重の低減及び鋼板端部が直線部として残るピーキングの抑制を目的としている。当該Ｃ加工後のＵ加工工程では、開放ダイを有するプレス（Ｕプレス）を用いて平板をＵ管形状に加工し、Ｏ加工工程の装置内へ搬送可能な形状にする。そして、Ｏ加工工程では、閉成ダイを有するプレス（Ｏプレス）を用いて、Ｕ加工工程後のＵ管をＯ形状にする。この際、寸法精度を向上させるため、Ｏプレス時の管には、若干の絞りが付与される。
Ｏ加工後に内部溶接及び外部溶接された鋼管は、多くの場合、未だ製品鋼管の直径及び丸みに対する寸法要求を満たしていないため、溶接工程後に拡管（冷間口拡げ加工）により矯正される。この拡管工程では、鋼管の全肉厚に渡って塑性伸びを与えることで、上記加工及び溶接工程による残留応力が除去される。

このような工程を経て製造されるＵＯＥ鋼管は、その製管サイズが多岐にわたるため、通常は、製管サイズに応じて、Ｃ加工、Ｕプレス、Ｏプレス、及び拡管における各装置の工具をそれぞれ交換する必要がある。しかし、Ｕプレスにおいては、Ｕプレス装置のＵポンチの交換に多大な時間を要するほか、製管サイズ毎にＵポンチを製作するには多大な費用を要する。そのため、複数の製管サイズに対応可能な、Ｕポンチが求められている。

複数の製管サイズに対応可能なＵポンチに関する研究は、これまでに行われてきている。例えば、特許文献１には、Ｕポンチに付随しているシリンダを調整することにより、自在にポンチ寸法を調整することができるＵポンチ装置に関する技術が開示されている。このＵポンチ装置によれば、鋼管サイズが近似する管を製造する場合にはポンチ交換を要さないほか、この装置により加工すればＵプレス後の管形状を一定に維持し得るとされている。

特開昭５９−１０９１１６号公報

しかし、特許文献１に開示されているＵポンチ装置に備えられているポンチは、曲率半径が異なる２種類のポンチを有するのみであるため、ロッカアッセンブリ方式によるＵプレス方式の場合には、管に十分な曲げを付与できないという問題があった。

一方で、近年、輸送効率向上のため、高圧輸送に耐え得る高強度ラインパイプの需要が高まってきている。このような高強度材を従来のＵポンチ装置により加工すると、Ｕプレス後のスプリングバック（曲げ戻り）量が大きくなるため、特にＵプレス後のＵ管の開き幅がＯプレス装置のダイス直径よりも大きい場合には、Ｕ管をＯプレス装置内に搬送できないという問題もあった。

そこで、本発明は、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、従来のＵプレス用ポンチ装置よりもＵプレス後のＵ管幅を低減させることが可能な、ＵＯＥ鋼管製造工程におけるＵプレス用ポンチ装置を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、ＵＯＥ鋼管の製造過程において使用され、重力方向に移動することにより鋼板をＵ字状に加工するＵプレス用ポンチ装置（１００）であって、プラテン、及び該プラテンの移動方向先端側に設けられるポンチ部（１０、２０、３０）を備え、該ポンチ部が、プラテンの移動方向延長線を挟んで互いに対向するように設けられた一対の半円筒形状のプレス面（１１）、（１１）を備える、第１ポンチ部（１０）と、第１ポンチ部（１０）の移動方向先端側に接して配置され、プレス面（１１）と同一又は異なる半円筒形状であるとともにプラテンの移動方向延長線を挟んで互いに対向するように設けられた一対のプレス面（２１）、（２１）を備える、第２ポンチ部（２０）と、第２ポンチ部（２０）の移動方向先端側に接して配置され、移動方向先端側に向かって凸である半円筒形状のプレス面（３１）を備える、第３ポンチ部（３０）と、を有することを特徴とする、Ｕプレス用ポンチ装置（１００）により、上記課題を解決する。

請求項１に記載の発明によれば、従来のＵプレス用ポンチ装置よりもＵプレス後のＵ管幅を低減させることが可能な、Ｕプレス用ポンチ装置（１００）を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＵプレス用ポンチ装置（１００）において、第１ポンチ部（１０）及び／又は第２ポンチ部（２０）が、プレス面（１１）、（１１）及び／又は（２１）、（２１）間の距離を拡大／縮小可能であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、従来のＵプレス用ポンチ装置よりもＵプレス後のＵ管幅を低減させることが可能であり、かつ、様々な製管サイズに対応し得る、Ｕプレス用ポンチ装置（１００）を提供することができる。

本発明によれば、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、Ｕプレス後のＵ管幅を従来のＵポンチ装置よりも低減させることが可能な、ＵＯＥ鋼管製造工程におけるＵプレス用ポンチ装置を提供することができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は、本発明のＵプレス用ポンチ装置にかかる第１実施形態例を示す概略図である。本発明のＵプレス用ポンチ装置１００は、第１ポンチ部１０、第２ポンチ部２０、及び第３ポンチ部３０を備える。第１ポンチ部１０は、両側面に、曲率半径Ｒ１の半円筒形状のプレス面１１、１１を備え、この第１ポンチ部１０の下方に接して配置される第２ポンチ部２０は、曲率半径Ｒ２の半円筒形状のプレス面２１、２１を両側面に備えている。そして、第３ポンチ部３０は、第２ポンチ部２０の下方に接して配置され、曲率半径がＲ３である下向きの半円筒形状プレス面３１を備えている。
本発明のＵプレス用ポンチ装置をかかる構成とすることにより、後述するように、従来よりもＵ管を効果的に変形させることが可能になるため、Ｕプレス後のＵ管幅を、従来よりも低減させることが可能になる。図２に、Ｕ管幅の概略図を示す。以下において、Ｕ管幅とは、Ｕ管５の管軸方向と垂直であり、かつ、水平な方向における、Ｕ管５の最大幅を意味する。

本発明におけるポンチ装置の説明を容易にするため、図３に、従来のポンチ装置にかかる構成例を概略的に示す。従来のポンチ装置は、半円筒形状の鋼管プレス面を有する一対のポンチＡと、下向きの半円筒形状の鋼管プレス面を有するポンチＢとを備え、一対のポンチＡにおけるプレス面の曲率半径は、少なくとも、上記Ｒ１及びＲ２よりも大きい。図４に、従来のポンチ装置を用いたロッカアッセンブリ方式によるＵプレスの概略図を示す。この方式によるＵプレスでは、ポンチ装置のほかに、一対のロッカーダイ５０、５０を使用してＵ管４５の加工を行い、一対のロッカーダイ５０、５０は、それぞれ、ロッカーシュー５１、５２、及び、加工中は不動の回転中心５３を備えている。
従来のポンチ装置を用いたＵプレスでは、一対のロッカーダイ５０、５０、及び、一対のポンチＡに備えられるプレス面により、Ｕ管４５における側部（Ｕ管がポンチＡと接する部位からＵ管端部までを指す。以下同じ。）の形状が決定されるため、Ｕ管４５の側部を十分に変形させることが困難であった。特に、従来のポンチ装置を用いて加工するＵ管４５が高強度材である場合には、Ｕプレスによる変形が十分に行われていないと、Ｕプレス後におけるスプリングバック量が大きくなり易い。このスプリングバック量が大きくなると、Ｏプレス装置内にＵ加工後のＵ管を搬送することが困難になり、鋼管の生産性が低下する。一方、Ｕ加工においてＵ管幅を十分に低減させることで、Ｕ加工後にそのままＯプレス装置内へと搬送可能なＵ管を得ることができるとされている。そこで、本発明では、三種類のポンチを備えるポンチ装置を用いて、Ｕプレスを実施することにより、Ｕ管幅を従来よりも低減させ、Ｏプレス装置内にそのまま搬送可能なＵ管を得ている。

図５に、本発明のポンチ装置１００を用いたロッカアッセンブリ方式によるＵプレスの概略図を示す。この方式によるＵプレスにおいて、Ｃ加工工程を経た鋼板は、ポンチ装置１００及びロッカーダイ５０、５０により、断面形状がＵ字状となるように変形される。本発明のポンチ装置１００は、３つのポンチ部１０、２０、及び３０を備える一方、ロッカーダイ５０、５０は、それぞれ、ロッカーシュー５１、５２、及び、加工中は不動の回転中心５３を備えている。
図５に示すＵプレスにおいて、Ｕ管５の側部は、ポンチ部１０及び２０が備える一対のプレス面１１、１１、及び、２１、２１、並びに、ロッカーシュー５１、５１及び５２、５２により変形される。本発明のポンチ装置１００において、ポンチ部１０及び２０が備えるプレス面の曲率半径Ｒ１及びＲ２は、従来のポンチ装置においてＵ管側部の変形に寄与していたポンチ（以下において、「ポンチＡ」と記述する。）におけるプレス面の曲率半径よりも小さい。また、ポンチ部１０が備える一対のプレス面１１、１１により、従来のポンチ装置に比べ、よりＵ管端部に近い部分に曲げを付与することができる。そのため、本発明のポンチ装置１００を用いてＵプレスを行うことにより、Ｕ管５の側部を効果的に変形させることができる結果、従来よりも、Ｕ管のスプリングバック量を抑えることが可能になるとともに、Ｕ管幅を低減させることも可能になる。

このように、分割された小さな曲率半径を有するプレス面を用いてＵ管加工を行うことにより、従来よりもＵ管幅を低減しうる加工を行うことが可能になる。一方、従来のポンチ装置において、ポンチＡにおけるプレス面の曲率半径を小さくして要求される製管サイズのＵ管を加工する場合は、プレス面の曲率半径を小さくするためにポンチＡ自体の大きさを小さくする必要があるため、ポンチＡを曲率半径の小さいものに交換する必要がある。これに対し、本発明のポンチ装置１００は、ポンチＡのプレス面よりも小さな曲率半径のプレス面を有するポンチ部１０及び２０を備えているため、肉厚等のサイズや材質が異なる鋼管を製造する場合であっても、ポンチ部１０及び２０におけるプレス面間距離を拡大／縮小するのみで足り、ポンチＡを曲率半径の小さいものに交換する必要がない。そのため、本発明のＵプレス装置１００によりＵプレスを行えば、Ｕ管幅を従来よりも容易に低減させることが可能になる。また、上述のように、本発明のポンチ装置１００を用いてＵ管加工を行うことにより、従来よりもＵ管幅を低減させることができるため、Ｕプレス後のＵ管をＯプレス装置内に容易に搬送できるようになり、鋼管の生産性を向上させることが可能になる。

なお、本発明のＵプレス用ポンチ装置１００は、ポンチ部１０、２０、及び３０を備える一体物のポンチ装置であっても良いが、例えば、ポンチ部毎に異なる部位によって構成される、複数の部材からなるポンチ装置であっても良い。

図６に、本発明のポンチ装置１００を用いたロッカアッセンブリ方式によるＵ加工工程の概観図を示す。Ｃ加工工程により鋼板端部を加工された鋼板は、一対のロッカーダイ５０、５０とポンチ装置１００との間に搬送され、ロッカーダイのロッカーシュー５１、５１、及び、第３ポンチ部３０に挟まれる（図６（ａ））。そして、ポンチ装置１００が上から下の方向（重力方向）へと移動することにより、鋼板は次第にＵ字状へと加工される（図６（ｂ））。装置１００の移動に伴い、鋼板がロッカーシュー５２に接触した時点から、ロッカーダイ５０、５０は、回転中心５３、５３を中心として回転し、鋼板のＵ加工が進行する。このようにして鋼板がＵ字状に加工されると、加工されたＵ字状の鋼板は、さらに、ロッカーダイのロッカーシュー５１、５１及び５２、５２、並びにポンチ装置１００のポンチ部１０、２０、及び３０により挟まれ、最終的に、Ｏ加工工程のＯプレス装置内に搬送し得る形状のＵ管へと加工される（図６（ｃ））。

図７は、本発明のＵプレス用ポンチ装置にかかる第２実施形態例を示す概略図である。本発明のポンチ装置２００は、第１ポンチ部１０、第２ポンチ部２０、及び第３ポンチ部３０を備える。これらのポンチ部のうち、第１ポンチ部１０及び当該ポンチ部１０の下方に接して配置される第２ポンチ部２０は、それぞれの両側面に備えられる曲率半径Ｒ１の半円筒形状のプレス面１１、１１、及び、曲率半径Ｒ２の半円筒形状のプレス面２１、２１間の距離を、拡大／縮小可能である。そして、第２ポンチ部２０の下方に接して配置される第３ポンチ部３０は、曲率半径がＲ３である下向きの半円筒形状プレス面３１を有している。
なお、本発明の第二実施形態にかかるポンチ装置２００の説明において、図７の紙面に垂直な方向を、ポンチ装置によりＵプレスされるＵ管の「管軸方向」と、図７の紙面における左右方向を、Ｕ管の「左右方向」と、それぞれ記述する。

本発明のポンチ装置２００は、第１ポンチ部１０及び第２のポンチ部２０の管軸方向端部にポンチ移動手段としての第１のスクリュ１５及び第２のスクリュ２５を備えている。装置２００では、第１のスクリュ１５及び第２のスクリュ２５を回転させることにより、第１ポンチ部１０及び第２ポンチ部２０におけるプレス面１１、１１、及び２１、２１間の距離を拡大／縮小させることができる。例えば、製管の径が大きい場合には、スクリュ１５及び２５を時計回りに回転させることで、一対のプレス面１１、１１及び２１、２１間の距離が拡大する方向へと各プレス面を移動させることができる一方、製管の径が小さい場合等には、スクリュ１５及び２５を反時計回りに回転させることで、一対のプレス面１１、１１及び２１、２１間の距離が縮小する方向へと各プレス面を移動させることができる。
ここで、本発明のポンチ装置２００の形態は、上述のように第１ポンチ部１０及び第２ポンチ部２０のプレス面間距離が拡大／縮小可能な形態に限られるわけではなく、第１ポンチ部１０又は第２ポンチ部２０の一方のみにおけるプレス面間距離が拡大／縮小可能な形態であっても良い。

本発明のポンチ装置をかかる形態とすれば、２つ以下のポンチ部がプレス面間距離を拡大／縮小可能であるポンチ装置２００を得ることができる。そして、特に、プレス面の移動方向をＵ管の左右方向とすることにより、１つのポンチ装置２００を用いて、様々な製管サイズのＵ管を容易に変形させることが可能になる。また、ポンチ装置２００は、３つのポンチ部１０、２０、及び３０を備えることから、本発明の第１実施形態にかかるポンチ装置１００と同様に、Ｕプレス後のスプリングバック量を低減させることもできる。したがって、本発明によれば、様々な製管サイズに対応可能であり、かつ、Ｕプレス後のＵ管幅を従来のＵポンチ装置よりも低減させることが可能な、ＵＯＥ鋼管製造工程におけるＵプレス用ポンチ装置２００を提供することができる。
なお、本発明において、スクリュの回転方向とプレス面の移動方向との関係は、上述の形態に限定されない。また、本発明のＵプレス用ポンチ装置に備えられるポンチ移動手段は、スクリュに限定されるものではなく、各ポンチを効果的に移動可能な手段であれば、好適に使用することができる。また、さらに、本発明のＵプレス用ポンチ装置２００は、ポンチ部１０、２０、及び３０を備える一体物のポンチ装置であっても良いが、例えば、ポンチ部毎に異なる部位によって構成される、複数の部材からなるポンチ装置であっても良い。

以下、実施例に基づいて、本発明を説明する。
外径６０９．６ｍｍ、厚さ１４ｍｍのＵＯＥ鋼管（以下において、「試験鋼管１」と記述する。）、及び、外径７１１．２ｍｍ、厚さ１４ｍｍのＵＯＥ鋼管（以下において、「試験鋼管２」と記述する。）の製造において、以下の条件により試験を行った。なお、以下の試験では、ロッカアッセンブリ方式のＵプレス方式を用い、Ｕプレスの回数は１回とした。また、試験鋼管１及び２の降伏応力は、７５０ＭＰａであった。

（条件１）
ポンチ移動手段を備える本発明のＵプレス用ポンチ装置を用いて、試験鋼管１及び２のＵプレスを行った。図８に、本発明を適用したＵプレス用ポンチ装置の概観図を示す。本条件にかかるポンチ装置は、曲率半径Ｒ１の一対の半円筒状プレス面を有する第１ポンチ部１０、曲率半径Ｒ２の一対の半円筒状プレス面を有する第２ポンチ部２０、及び、曲率半径Ｒ３の下向きの半円筒状プレス面を有する第３ポンチ部３０、並びに、第１のスクリュ１５及び第２のスクリュ２５を備えている。図７において、Ｘ１及びＸ２は、第１ポンチ部１０及び第２ポンチ部２０における、プレス面の水平方向の移動量（スライド量）を示している。

表１に、本実施例で使用したポンチ装置における各ポンチの曲率半径Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の値、並びに、第１ポンチ部１０のスライド量Ｘ１、及び第２ポンチ部２０のスライド量Ｘ２の値を、あわせて示す。

ここで、Ｘ１及びＸ２が正の値であることは、各ポンチ部における一対のプレス面の間隔が拡がる方向（以下において、「拡大方向」と記す。）に各ポンチ部を移動させたことを意味するとともに、これらの値が負の値であることは、前記方向と逆方向（以下において、「縮小方向」と記す。）に各ポンチ部を移動させたことを意味する。また、本条件では、１つのポンチ装置を用いて２つの試験鋼管のＵプレスを行ったため、ポンチ装置に備えられる各ポンチ部におけるプレス面の曲率半径は、試験鋼管１及び２において、同一の値であった。

（条件２）
形状が異なる２種類のポンチ部を備える従来のポンチ装置（図３参照）を用いて、試験鋼管１及び２のＵプレスを行った。表２に、試験鋼管１及び２のＵプレスを行う際に使用した、各ポンチ部におけるプレス面の曲率半径を示す。

表２において、ｒ１及びｒ２は、それぞれ、図３に示すポンチＡ及びポンチＢにおけるプレス面の曲率半径を表している。

（結果）
条件１（以下において、「実施例」と記述する。）にかかるポンチ装置は、移動可能な一対のプレス面を有する第１ポンチ部１０及び第２ポンチ部２０を備えていたため、試験鋼管１をプレスする際には、各ポンチ部における一対のプレス面を縮小方向へと移動させるとともに、試験鋼管２をプレスする際には、各ポンチ部における一対のプレス面を拡大方向へと移動させた。このように各プレス面を移動させることにより、実施例にかかる本発明のポンチ装置は、複数の製管サイズに対応できた。また、本実施例のポンチ装置は、製管サイズが異なっていても、ポンチ部を交換する必要がなかった。そのため、本実施例では、従来のポンチ装置では必要とされていた鋼管サイズ変更時におけるポンチ交換の時間を短縮することができた。
これに対し、条件２（以下において、「比較例」と記述する。）で用いたポンチ装置は、１つのポンチ装置で２つの鋼管（試験鋼管１及び２）に対応することはできなかったため、鋼管毎に、使用するポンチを変更した。そのため、ポンチ交換の時間が必要であった。

実施例及び比較例によるＵプレス後のＵ管幅を、表３にあわせて示す。なお、表３には、Ｕ管幅をＯプレス装置の幅（Ｏプレスダイス直径）で除すことにより、規格化した値を示している。

表３より、本発明のポンチ装置を用いた本実施例にかかるＵプレス後のＵ管は、試験鋼管１及び２の双方において、Ｏプレスダイス直径よりも小さい幅であり、表２における値は１未満となった。そのため、本発明のポンチ装置を用いたＵプレス後のＵ管は、Ｕ管幅がＯプレスダイス径よりも小さく、いずれもＵプレス後にそのままＯプレス装置内へと搬送することができた。
これに対し、比較例におけるＵプレスでは、Ｕ管のスプリングバックを防ぐことが困難であったため、表３における値が１を超え、Ｕプレス後のＵ管幅がＯプレスダイス径よりも大きくなった。したがって、本比較例では、試験鋼管１及び２の双方において、Ｕプレス後にそのままＯプレス装置内へＵ管を搬送することは不可能であった。

以上より、本発明のポンチ装置は、サイズの異なる鋼管に対応でき、かつ、Ｕ管幅を低減することが可能であることが確認されるとともに、形状の異なる３種類のポンチと、ポンチ移動手段とを備える本発明のＵプレス用ポンチ装置の有効性が確認された。

本発明のポンチ装置の実施形態例を示す概観図である。Ｕ管幅の概略図である。従来のポンチ装置の形態例を示す概観図である。従来のポンチ装置を用いたＵプレスの形態例を示す図である。本発明のポンチ装置を用いたＵプレスの形態例を示す図である。本発明のポンチ装置を用いたＵ加工工程の概観図である。本発明のポンチ装置の実施形態例を示す概観図である。本発明を適用したＵプレス用ポンチ装置の概観図である。

符号の説明

５Ｕ管
１０第１ポンチ部
１１、２１、３１プレス面
２０第２ポンチ部
３０第３ポンチ部
１００、２００Ｕプレス用ポンチ装置

Claims

ＵＯＥ鋼管の製造過程において使用され、重力方向に移動することにより鋼板をＵ字状に加工するＵプレス用ポンチ装置であって、
プラテン、及び該プラテンの前記移動方向先端側に設けられるポンチ部を備え、
前記ポンチ部が、
前記プラテンの前記移動方向延長線を挟んで互いに対向するように設けられた一対の半円筒形状のプレス面を備える、第１ポンチ部と、
前記第１ポンチ部の前記移動方向先端側に接して配置され、前記プレス面と同一又は異なる半円筒形状であるとともに前記プラテンの前記移動方向延長線を挟んで互いに対向するように設けられた一対のプレス面を備える、第２ポンチ部と、
前記第２ポンチ部の前記移動方向先端側に接して配置され、前記移動方向先端側に向かって凸である半円筒形状のプレス面を備える、第３ポンチ部と、
を有することを特徴とする、Ｕプレス用ポンチ装置。
前記第１ポンチ部及び／又は前記第２ポンチ部が、前記プレス面間の距離を拡大／縮小可能であることを特徴とする、請求項１に記載のＵプレス用ポンチ装置。