JPS61269910A - チユ−ブ製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は中空のワークピース（被加工材）からのチュー
ブの製造に関し、さらに詳細にはマツケイ（Ｍ　ｄｋａ
ｙ）揺動ミル（圧延機）又はニアエッチアール（Ｆ）（
Ｒ）往復動クロスヘッド型揺動ミルとして知られている
従来のミルの特徴を有するミルからチューブを製造する
念めの方法及び装置に関するものである口 本発明を実施するのに用いられるミル（圧延機）はまた
米国特許第３．４８７，６７５号に開示され几特徴を有
している。

〔従来の技術〕　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　］チューブ製品の製造に関するその他の特許は米
国特許第４，０９０，３８６号及び同第４，２３３．８
３４号に開示されている〇 米国特許第４．０９０，３８６号は、壁の厚さを高い比
率で減少させることが要求される小さな内径のジルコニ
ウム合金のチューブの製造方法に関するものである。こ
こに開示されていることは、内径及び外径においてまた
楕円率の見地から精密表公差を持ったジルコニウム合金
のチェーブヲ意図するものである０さらに、この揺動機
構は、微細な粒子構造、改良された水素化物配向及び高
比率の延性に対する強さを持ったチューブを生産する〇
この揺動機構は、ワークピースが成形領域の中へ一段階
前進するごとに、ワークピースをその軸線周りに所定角
の度数だけ回転することができるようにしている。この
チューブ成形の製造に用いられるマンドレル（６軸）は
、この装置のクロスヘッド内部に固くロックされている
。

米国特許第４，２３３．８３４号は、ジルコニウム合金
チューブを製造する方法及び装置と、らせん構造の壁厚
偏心率が制御される装置によるチューブ製造を意図する
ものである。これは、らせん構造のチューブを製造する
結果となる回転モーメント又はトルク力が最小・となる
ように金属加工力を生じさせる角度を制御することによ
り、行われるＯ 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、高品質の金属合金チューブを製造する
ための改良された方法を提供することであるり他の目的
は、仕上げられｔチューブよシも大きな壁厚のチューブ
から仕上げチューブを成形するのに要する時間を減少す
ることができるような方法で、上記の方法を提供するこ
とである。さらに他の目的は、過去において直面した困
難性を克服しかつこのチューブを成形するに当り壁厚を
高比率で減少させることゆできるような方法で、上記の
方法を提供することである。この困難性は。

潤滑が良好に行われない金属で作業する時に直面するも
のである。

〔問題点を解決するための手段及び効果〕本発明は、壁
厚を高比率で減少させることが要求されるような円筒状
のワークピースから、小さな内径の、金属合金、最も好
適にはチタニウム又はジルコニウム合金のチューブ製造
することを特に意図するものである０本発明によれば、
減少比率を増大しかつマンドレルの破壊をなくすことに
より表わされる工具費用が少ない、高出力が得られるこ
とがわかった。例えばチタニウム又はジルコニウム合金
チェーブのような金属合金チューブの製造において、円
筒状マンドレルは、引張シによる破壊又は小さま外径す
なわち０．２５０’（０，６３５■）のチューブ製造時
の揺動中の直径の減少により、破損される。この型式の
チューブ製造において直面する問題は、マンドレルにお
ける応力が揺動作用における圧縮応力とマンドレルに生
じ念引張シ応力との結合であり、このマンドレルはその
一端において制止されまた他端において縮小円錐体の摩
擦によシ保持されているということである。

本発明は、積極的な締めつけ力の代シに摩擦によって揺
動クロスヘッドに制止されているよシ長いマンドレルを
利用することにより、上記の問題点を少なくとも除去又
は減少させるものである。

この装置は、マンドレルが、適当な摩擦力を与えること
によシフロスヘッド内で摺動することができるつし九が
って、さもなければマンドレルに破損を生じさせるよう
な高い張力が発生せず、マンドレルの寿命が著しく増大
する。

その他装置の非稼動時における費用の節約、マンドレル
の取り替えのための労働時間の減少等がまた実現される
。

〔実施例〕

第３図を参照すると、マツケイ（Ｍｃｋａ７）型揺動ミ
ル（圧延機）２は静止基部４と共に略図的に示され、可
動チ＃ツク又はクロスヘッド６が円筒状マンドレル１７
に固くロックされている０もちろん、エアエッチアール
（ＦＨＲ）型揺動ミルを用いることもできる。ジ冒−（
あご）１９と２０がこれらジョーに対し、切り取り部分
と係合することによりマンドレルを固定位置にロックし
、この切り取シ部の１つがマンドレル１７に設ケラれた
１９′において示されている口このマンドレルはワーク
ピース（被加工物）の内側に位置し、ワークピース１８
の内径よシはんのわずかに小さい均一な外径を有してい
るロワーク・ピースの左端は、可動ロール台９に回転自
在に取付けられた一対の成形ロール１１と１２によシ行
われる成形作用中の成形領域１０において、示されてい
る０台９は、成形領域ｌＯがワークピースに対して軸方
向に動かされるような運動をするクランクアーム組立体
７によつて、揺動される。

成形作用中、ワークピースは、チャック又はクロスヘッ
ド６のための支持ブラケット２６を通って延在するねじ
シャフト２２を有しているねじ組立体によって、成形領
域の中及びこれを通過するよう、−歩一歩前進される。

さて第４図、第５図を参照すると、ロール１１と１２Ｆ
ｉシヤフト１３と１４に、それぞれ取付けられ、これら
各ロールは、＄１成形部３０と仕上げ部３１と作動体止
部３２からなる溝（第５図を見よ）を有している口各溝
の部分３０と３１の表面は、この溝の各部が８１１図に
示すように成形領域で係合し合った時マンドレルとワー
クピースの軸線と同中心の軸線のは埋半円形断面を有し
ている。

しかし６溝は逃げ部分１５１−設けるためその両縁が広
くなりている。これらロールの周縁３５ｔ；ｔ、ワーク
ピースの軸線と交差するこれらロールの軸線の間の１つ
の線に沿って係合し合う。ロール軸線に対する作動体止
部３２０円弧は通常６０〜１２００のオーダーである。

ＩＥＩ成形部３０は通常仕上げ部３１よりも長く、作動
体止部はロールの円周の残部に延在している。

作動中、ロール台は第３図に示す位置から右と左に揺動
し、そして実際には、ストローク（行程）の第１チエー
ブ成形運動においては左へ動くうこの時、溝の部分３０
はワークピースと係合されておシ、ロール１１け反時計
方向にｔｅクロール２は時計方向に回転する口これらロ
ールの回転に対する、ロールを担持するロール台の運動
は、このロール台とロールとが左方終端位置にある時溝
の仕上げ部３１が作動体止部３２に近接するその端部分
で係合し合うように々っている。これらの運動は次に同
時に逆向きとなり、そのためこれらロールは、ロール台
がこれらロールを右方に動かし始めると同時に１それぞ
れ反対方向に回転し始める口縮小の多くは通常布から左
への前進ストローク中に行われるウロールがワークピー
スの上で転動する時のワークピースの運動により、一定
量の変形作用が、左から右への復帰ストロークの間に行
われる。

ロール台がその右方最終端位置に近づくと、これらロー
ルＦｉ、溝の作動体止部３２が係合し合うように回転す
る。その時、ワークピースとマンドレルとを左方に一歩
送る念め、ねじシャフト２２を回転することによりステ
ップ（段階）送り運動が生じる口開時に、チャック６が
ワークピースを上記したように所定の角度だけ回転させ
る。これらの各運動は次に逆向きとなり、溝の部分３０
（第５図の底部に見られる）の先導端がワークピース上
を移動しかつ最後のステップ前進によりこれらロールの
領域内に移動されたワークピースの一部と係合するにれ
により、金属がマンドレルに沿って軸方向に流動するＩ
ＥＩのチェーブ成形段階が生じる。ワークピースの左端
を、右方にあるワークピースの部分とマンドレルの左端
に対して左方に突き出すことによりチェーブの長さが増
大することとなるロ ワークピースと成形ロールの運動を生じる各駆動装！は
この技術分野では公知である。成形ロールの概略構造も
この技術分野では公知であり、例えば、米国特許１１１
３．４８７，６７５号においては、成形ロールは静止し
た台上に支持され、ワークピ“−スと円筒状マンドレル
とはチューブ成形領域内で軸方向に揺動される。Ｍｅｋ
ａｙの揺動型の従来のチ息−プ成形ミルは、テーパー状
の静止マンドレルを有している。このよう々ミル（圧延
機）は、チタニウム又はジルコニウム合金のような金属
合金のチューブを製造するために用いられるにはある欠
点を有しているが、その目的の念め商業的に用いられて
き念。本発明は上記のＭ　ｅｋａｙ揺動ミルとＦＨＲミ
ルのチューブ成形原理のあるものを利用するものである
。典型的な従来のＭｃｋａｙ揺動ミルにおいては、テー
パー状のマンドレルがチェーブ成形領域金通りて突出す
るその前端が動かないよう保持され、成形ロールは可動
台上に取付けられそして実例として、クランクアーム組
立体によって揺動されろう ワークピースの内面がそれに向って押圧されるマンドレ
ルの円筒状表面は、ロールによりワークピースの外面に
向って生じｔ力に対向して半径方向の力を与える０すで
に説明されているこれらの有利な機械的性質金得るため
には、円筒状マンドレルを用いなければならない。Ｍｃ
ｋ＆７　ｆｉｌのピルガ−（ｐｉｌｇｅｒ）ミルにおい
ては、マンドレルはすでに述べたロック装置によシ静止
している。静止した円筒状マンドレル上での揺動運動は
、特に縮小変形が高度である場合は、マンドレルに高い
半径方向圧縮応力と高い軸方向引張り応力とを生じるこ
ととなる０円筒状マンドレルがワークピースの送りと同
時に第１図において右方から左方へと前方に送られたた
らば、マンドレルにおける半径方向圧縮力はわずかに低
くなる□固定したマンドレルを使用した時の状態と比べ
て、軸方向の張力は少なくまたチューブロック中のマン
ドレルの任意の１つの領域上での荷重サイクルの数は少
なくなる■この張力の減少は、マンドレルの寿命の長さ
が、応力の非常に小さな変化がマンドレルの寿命の大き
な変化に通じるよりなＳ−Ｎ疲労曲線の一部に関係して
いるので特に重要である。

０．２５０’（６，３５鱈）外径のオーダーのジルコニ
ウム合金チューブの製造において、チューブの壁が厚く
なる、すなわち大略０．０１９’（０，０５ｍ　）より
も大きくなるにつれてこのようなチューブを製造する時
マンドレルの破壊が起きる。これに加え、マンドレルの
破壊の問題はワークピースを構成している材料の強度に
よって変わることが認められｆｔ口すなわち、ワークピ
ース材料の強度が高くなるほどマンドレルの破壊の問題
が著しいものとなる口 第１図を参照すると、マンドレル１７は膚から端まで均
一な大きさであるり可動チャック６にはマンドレル１７
に係合するためその全体が１６で示される摩擦装置が設
けられている口この可動チャック６は多数ジョー旋盤チ
ャックである。２つのジョーが１９と２０で示されてい
る。しかし、必要ならば２つよりも多くのジョーを用い
ることができることが理解されるべきである。これらの
ジョーはその半径方向内側に向けられた表面に沿って、
摩擦表面２１と２３が設けられている。これらのジョー
の開閉はトルクレンチ（図示しない）を用いて制御され
、このトルクレンチにより設定された所定の摩擦力でマ
ンドレル１７に係合するようにしている０好適な実施態
様においては、摩擦表面２１と２３は青銅である口この
摩擦表面２１と２３は摩擦係合によりジｗ−１９と２０
に取付けることができる口これはジｗ−２１と２３よシ
大きい長さの摩擦表面を用いることによシ行われる口こ
れらの摩擦表面はジ曹−を越えて軸方向に延在する摩擦
表面の端部分でジョー九嵌合される。

これらの端部分は半径方向内側に向けられたジョー１９
と２０と平行に半径方向外側に曲げることができる。こ
れらジ肩−と端部分との間の緊密な摩擦嵌合によ）摩擦
表面はジｗ−１９と２０に対して正しい位置に保持され
る。これに代って、これらの摩擦表面はろう付けによっ
てジｗ　　１９と２０に取付けることができるロ マンドレル１７は、ジ謬−カトルクレンｆｋ用いてマン
ドレルと係合する位置に動かされ九時。

摩擦接触表面２１と２３によって掴まれる。マンドレル
１７ｔｉ平行な両側面を持つ真直ぐな１本のロッドとし
て設けられる口これＫより摩擦係合が可能となりまたジ
ョーとマンドレルとの揺動する係合状態は全く生じ危い
。

ｔＩＫ２図を参照すると、３つのチャックジョーが１９
．２０及び２７で示されている。摩擦表面は２１．２３
及び２５で示されている口これらの摩擦表面は上記のよ
う表方法でジョーに取付けられる口もちろん、チャック
ジｗ−１９，２０及び２７はジｗ　−１９’　、　２０
’及び２７′内で動くことができる０マンドレルは参照
番号１７で示されている口すでに述べ念ように、これら
ジ貰−は、チャックジッー移動機構（図示し危い）を作
動させるトルクレンチによりマンドレルと接触するよう
にされるク チャックジ冒−とこれと協同する摩擦表面とは所定の力
でマンドレル１７ｔ−掴むロマンドレル上でのクロスヘ
ッドの全制止摩擦力は、マンドレルの降伏強さよりも小
さいり本ちるん、このマンドレル降伏強さは予め定める
ことができる。しかし、全制止摩擦力は、マンドレルが
可動ロール台９によりロッカー（揺動子）を介して引き
出されるのを制止するのに十分な大きさであるａ典型的
Ｋａ。

３５フイート・ボンド（４，８４ｋｆ−ｍ）））ル／に
チ々ツクのジ曹−を締めつけるのが、約０．１９４“（
４，９３箇）直径のマンドレルをクランプする典聾例で
ある。異なフ几直径のマンドレル及び、又は加工される
合金の変更によって要求されるマン亭 ドレル適用されるその他の量のトルクは、この技術分野
の熟練者によって容易に定めることができるロ マンドレルがクロスヘッドに対して動くことができるの
で、１２フイー）（３，６６寓）のチェーブに対して９
〜１２インチ（２２，９〜３０．５　ｃｍ　）　Ｑ：）
範囲の動きが期待できる口この運動範囲は、上記の寸法
のチューブの展進に関してマンドレル破壊の問題？解消
するのに十分なものである。

本発明は、加工し難い、例えばタンタリウム、タングス
テン及びモリブデン、又は反応的な、例えばアルミニウ
ム、マグネシウム、チタニウム、シリコニウム及びニオ
ビウム金属もしくはその合金を利用する、上記型式のチ
為−プ製造に応用することができる。シリコニウム及び
チタニウムとこれらの合金は本発明を用いるのに好適な
材料である。

本発明の原理、好適表実施態様及び作用が上記明細書に
おいて説明され念。しかし、上記のものが制限を与える
よりはむしろ例示的なものとして考えられるべきである
ので、保護されることが意図される本発明はここでは、
上記説明された特定の形式に制限するよう解釈すべきで
はない口変形及び変更が、この技術分野における熟練者
によって１本発明の精神から逸脱することなく、なされ
得るものである。したがって、上記の詳細な説明は当然
に例示的々ものと考えられるべきであり特許請求の範囲
に記載される発明の範囲及び精神に対して制限を与える
ものではない。

【図面の簡単な説明】

ＩＥＩ図は本発明の浮動円筒状マンドレルの概略側面図
、 第２図は第１図のＴＩ−ＴＩ線に沿う断面図でマンドレ
ルと接触する把持面を示し、 第３図は円筒状マンドレルを走行させる従来技術の概略
側面図。 ＩＥ４図はｔｓａ図のチューブ形成ロールを示す拡大垂
直断面図、 第５図は第３，４図のチューブ形成ロールの１つにおけ
る溝を示す平面図である。 ２・・・・・・ロッカーミル（揺動圧延機）、６・・・
・・・クロスへヴド（チセック）、７・・・・・・クラ
ンクアーム組立体、９・・・・・・可動ロール台、１０
・・・・・・チューブ成形領域、１１，１２・・・・・
・成形ロール％１６・・・・・・摩擦装［１，１７・・
・・・・マンドレル、１８・・・・・・ワークピース、
１９，２０．２７・・・・・・ジョー１２２３．２５・
・・・・・摩擦表面、３０・・・・・・第１成形部、３
１・・・・・・仕上げ部、３２・・・・・・作動体止部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定外径の円筒状ワークピースをその軸方向にチュ
   ーブ成形領域の中及びそれを通過するよう前進させ、 周辺にチューブ成形溝が設けられかつこの溝が前記チュ
   ーブ成形領域と係合し合う関係に配設されている、一対
   の金属成形ロールを、第１の位置から回転させ、 前記ロールを前記第１の位置に復帰するよう逆方向に回
   転させ、 実質的に円筒状の外側表面を有しその直径が実質的に前
   記ワークピースの直径に等しいマンドレルを、前記ワー
   クピースの内側でこのワークピースの前記各前進段階と
   同時に動かし、 クロスヘッドにより担持された複数の摩擦接触表面によ
   り前記マンドレルを掴みこのマンドレルが前記クロスヘ
   ッド内で摺動できるようにする、各段階を含んでなる中
   空チューブの製造方法。 ２、クロスヘッドが複数のジョーを有し、前記ジョーを
   前記クロスヘッドに設けられた溝内で半径方向に往復動
   させて前記マンドレルに接触させかつこれを掴むように
   する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、摩擦表面を、複数のジョーに摩擦嵌合によって取付
   ける特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４、摩擦表面を、複数のジョーにろう付けにより取付け
   る特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５、マンドレルをクロスヘッド内に前記摩擦表面により
   制止し、前記マンドレルがチューブ成形ロールを通って
   引き出されるのを阻止する特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ６、中空ワークピースからチューブを製造する型式の装
   置であって、前記ワークピースと接触するチューブ成形
   ローラ機構と、前記ワークピース内側に設けられたマン
   ドレルと、前記マンドレルを掴みかつこのマンドレルを
   前記チューブ成形機構を通過する前記ワークピースの前
   進と同時に動かすよう設けられたクロスヘッドとを含み
   、前記クロスヘッドは、前記マンドレルが前記クロスヘ
   ッド内で摺動できるよう前記マンドレルに接触する摩擦
   表面が設けられている、チューブ製造装置。 ７、クロスヘッドに複数のジョーが設けられ、前記各ジ
   ョーが前記クロスヘッドに設けられた半径方向の溝の中
   で往復動可能である特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８、摩擦表面が摩擦嵌合によって複数のジョーに取付け
   られている特許請求の範囲第６項記載の装置。 ９、摩擦表面がろう付けによって複数のジョーに取付け
   られている特許請求の範囲第６項記載の装置。 １０、マンドレルが前記摩擦表面との締めつけ係合を阻
   止するよう平行な両側面を有する１つの真直ぐなロッド
   として設けられている特許請求の範囲第６項記載の装置
   。 １１、摩擦表面が、チューブ成形ローラ機構を通ってマ
   ンドレルが引き出されるのを阻止するようにマンドレル
   の降伏強さより小さい抑止力を有している特許請求の範
   囲第６項記載の装置。