JP3250466B2

JP3250466B2 - メカニカル拡管機用拡管ダイス

Info

Publication number: JP3250466B2
Application number: JP24337096A
Authority: JP
Inventors: 満渡辺
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 2002-01-28
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JPH1085836A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＵＯＥ鋼管の製管ライ
ンに設置されたメカニカル拡管機に用いられる拡管ダイ
スに関し、特に製管可能範囲外のサイズの素管加工に好
適な拡管ダイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼管拡管機は、ＵＯ製管された素管がプ
レスまたは溶接時に有している残留応力を除去し、最終
寸法に整形する働きをする。鋼管拡管機は、半径方向に
拡縮できる拡管ダイスを備え、それを素管の一端から挿
入し、拡管をしながら順次素管の他端に移動させる。

【０００３】従来の拡管ダイスは、円周方向に複数分割
したダイス・セグメントからなり、これらのダイス・セ
グメントはすべて工具鋼からつくられていた。

【０００４】ＵＯＥ鋼管の製造工程において、通常サイ
ズのＯプレス加工は、図１（Ａ）に示すように、上ダイ
ス・セグメント１１と下ダイス・セグメント１２との間
にストップ・ライナ１３ａを挿入して素管１０を真円に
整形する方法が採られている。

【０００５】また、サイズの異なる素管に対しては、図
１（Ｂ）に示すように、Ｏプレスの上ダイス・セグメン
ト１１および下ダイス・セグメント１２に素管の外径に
合せたインサートライナ１５（図面は２枚重ね）を内嵌
して成形する方法が採られる。このため、通常サイズの
ＵＯＥ鋼管のＯプレス素管においては、あるピッチ毎
（例えば２インチピッチ）にダイス（４６インチ、４８
インチ、５４インチ、５６インチ等）とインサートライ
ナを保有している。

【０００６】一方、素管のサイズが前記の通常サイズを
はずれる中間サイズ（例えば、４０．３インチ、４１イ
ンチ等）の素管の場合は、図１（Ｃ）に示すように、１
サイズ下の上ダイス・セグメント１１と下ダイス・セグ
メント１２を使用するとともに、セグメントの間に通常
のストップ・ライナより厚肉のストップ・ライナ１３ｂ
を挿入してＯプレス加工がなされている。

【０００７】ところが、厚肉のストップ・ライナを用い
ると、Ｏプレス後の素管形状が、図１（Ｃ）に示すよう
に、極端に縦楕円傾向となってしまい、後工程で拡管処
理が必要となる。

【０００８】真円度、外径等の形状および寸法精度の向
上のために行われる拡管処理に用いられる拡管機には、
メカニカル拡管方式と水圧拡管方式がある。ＵＯＥ鋼管
のように大径素管の拡管処理には、厚肉、高強度材の拡
管が水圧方式に比べて容易なメカニカル拡管機が採用さ
れる。このメカニカル拡管機は、主シリンダ、ホーン、
拡管ダイスよりなる拡管機本体と、拡管機に鋼管を一定
長さずつ送り込むアキシャルインフィード、およびウオ
ーキング・ビーム式に素管の搬送を行うクロスフィード
の３者で構成されている。

【０００９】このメカニカル拡管機における従来の拡管
のダイスは、図２に示すように、ドローバー１によっ
て、主シリンダ（図示せず）と連結されたコーン２が、
油圧によって軸方向に引かれることにより、コーン２と
ジョー３のくさび作用によってジョー３が広がり、この
ジョーの外側に配されているダイス・セグメント４が素
管１０を押し広げて所定の寸法に拡管する機構となって
いる。５はドローバー止めボルト、６はダイス止め金具
である。

【００１０】前述した、中間サイズの素管では、拡管前
の素管形状は大きな縦楕円傾向となっており、通常の拡
管では拡管後も縦楕円が残ってしまうという問題があ
る。

【００１１】また、特開平７−２９０１７０号公報で
は、図４（Ａ）に示すように、セグメント４とジョー３
との間に真円度矯正ライナ７を挿入し、拡管ダイス外径
が楕円形状となるように構成された「メカニカル拡管機
ヘッド」が提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この矯正ライナを取り
付け、楕円形状に構成されたメカニカル拡管機ヘッド
は、真円度矯正に対する効果は絶大であるが、以下に記
載する問題点がある。

【００１３】真円度矯正ライナが取り付けられる位置
は、セグメントとジョーとの間であり、この取付けのた
めには、１）セグメントの取外し、２）矯正ライナのセ
グメントへの取付け、３）セグメントの取付け、という
流れ作業が必要であり、ダイレクトに取り付け、取り外
すことはできない。また、セグメント等の拡管機の工具
は全て工具鋼で作成されているため、クレーンを使用す
る必要があり、１つずつ矯正ライナを取り付けなくては
ならない。さらに、拡管工程は、工場全体の流れのネッ
ク工程であり、矯正ライナの取付けのための拡管機の停
機時間は、工場全体の流れに大きな影響を及ぼす。

【００１４】本発明は、前述したような従来技術の問題
点を解決し、拡管前の大きな縦楕円の矯正に有効でかつ
拡管後の真円度を中間サイズにおいても確保することが
可能で、さらに調整時間も非常に短時間で対応可能とな
るメカニカル拡管機用拡管ダイスを提供することを課題
にしている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のメカニカル拡管
機用拡管ダイスは、鋼管用素管を拡径自在の拡管ダイス
によって押し広げ、整形する鋼管拡管機において、前記
拡管ダイスを構成する各ダイズ・セグメントの厚さに差
を持たせ、該拡管ダイスの外径が楕円形状となるように
構成したことを特徴とする手段によって、上記課題を解
決している。

【００１６】前記ダイス・セグメントを、同一肉厚の厚
肉セグメントと、テーパ付きの厚肉セグメントと、同一
肉厚の薄肉セグメントと、テーパ付きの薄肉セグメント
とから構成することは好ましい。セグメントのテーパ
は、拡管ダイスの外径を拡縮するジョーに接触するセグ
メントの部分に設けられる。

【００１７】前記ダイス・セグメントを、軽量な結晶性
熱可塑性樹脂で成形することが好ましい。

【００１８】

【作用】本発明者等は、拡管の際に生ずる、素管内面へ
の拡管機用拡管ダイスのダイス・マークを防止するため
に、結晶性熱可塑性樹脂でダイス・セグメントを成形し
使用することにより、大きな効果を得ることができた
（特願平７−５４４３６号）。この結晶性熱可塑性樹脂
で成形されたダイス・セグメントは、非常に軽量で、段
取替時間が非常に短縮することも可能となった。

【００１９】本発明は、この結晶性熱可塑性樹脂の軽量
であるという特徴を前述の特開平７−２９０１７０号公
報のヘッドに応用したものである。

【００２０】ドローバーによって主シリンダと連結され
たコーン、コーンの外周に摺動可能に配したジョー、ジ
ョーの外側に取り付けられたダイス・セグメントとから
なるメカニカル拡管機用拡管ダイスは、ドローバーによ
って軸方向に引かれるコーンとジョーとのくさび作用に
よって、拡管ダイスが半径方向へ均等に広がり拡管され
る。本発明の拡管ダイスを使用した場合、拡管ダイスの
外径が楕円形状を呈するため、拡管前の縦楕円形状の素
管を横方向へ大きき拡管することができるので、拡管後
の真円度を中間サイズにおいても確保することができ
る。

【００２１】メカニカル拡管機用拡管ダイスのダイス・
セグメントを同一肉厚で、厚肉のものと薄肉のもの、お
よびジョーとの接触面がテーパ状となした薄肉のものと
厚肉のものとで構成するのは、拡管ダイスの外径を楕円
形状にするためであり、かつ、テーパをつけたのは、セ
グメント間での高さ段差を無くすためである。すなわ
ち、セグメント間に高さ段差があると、拡管中に素管内
面に擦り疵が付くため、これを防止するために、テーパ
を付したセグメントを用いることとした。

【００２２】本発明の拡管ダイスを使用すれば、拡管ダ
イス外形を楕円形状に形成することができるので、素管
端部の真円度は勿論、素管中央部まで良好な真円度が得
られる。素管中央部の真円度は、特にＵＯＥ鋼管にとっ
ては極めて重要である。すなわち、ＵＯＥ鋼管は溶接シ
ームが１本のため、管端部を周方向１カ所に溶接入熱に
よる残留応力が集中する。そのため、拡管後の素管を中
央部で切断した場合には、その切断部の真円度が切断面
に比べて非常に悪化する可能性が強くなり、規格外れと
なる場合が多分にある。そのため、管中央部はより良好
な真円度を確保しておく必要がある。

【００２３】このセグメントの材質を結晶性熱可塑性樹
脂とすることにより、ダイスの外径や肉厚の変更に伴う
拡管ダイスの交換時間は、従来の工具鋼製の拡管ダイス
に比べて大幅に短縮することが可能となる。工具鋼製の
場合、セグメント１枚で１００ｋｇ前後の重量となり、
交換にはクレーンの使用が必須となり、１枚ずつ取り外
す必要があった。しかし、結晶性熱可塑性樹脂性の場
合、セグメント１枚は１０ｋｇ前後であるため、クレー
ンを使用せずとも、取付け、取外しを容易に行うことが
できる。したがって、クレーンを使用する工具鋼製のダ
イス・セグメントの場合と比べて、大幅に交換時間を短
縮することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図４（Ｂ）は本発明に係るメカニ
カル拡管機用拡管ダイスの構造例を示す縦断側面図、図
３は図４（Ｂ）正面図、図５は拡管ダイスにおけるダイ
ス・セグメント８を拡大して示す斜視図であって、
（Ａ）は同一肉厚の厚肉セグメント８−１、（Ｂ）はテ
ーパ付きの厚肉セグメント８−２、（Ｃ）はテーパ付
きの薄肉セグメント８−３、（Ｄ）は同一肉厚の薄肉セ
グメント８−４をそれぞれ示す。なおここでは、セグメ
ント８が１２分割された構造の拡管機用拡管ダイスを例
に取り説明する。

【００２５】ダイス・セグメント８は、コーン２の上下
の辺に当たる位置には図５（Ｄ）に示す同一肉厚の薄肉
セグメント８−４を、コーン２の左右の辺に当たる位置
には図５（Ａ）に示す同一肉厚の厚肉セグメント８−１
を、その他の斜辺に当たる位置には図５（Ｂ）、（Ｃ）
に示すテーパ付き厚肉セグメント８−２とテーパ付き薄
肉セグメント８−３とを、それぞれセグメントの外面に
段差が生じないように用いる。

【００２６】中間サイズの鋼管の製造において、Ｏプレ
ス後に大きな縦楕円を生じた素管の拡管処理に上記構造
の拡管ダイスを用いた場合、縦楕円が生じた素管は拡管
ダイスにより横方向へ大きく拡管されるので、拡管後の
真円度を確保することができる。また、拡管ダイスの外
面には段差が生じないため、拡管中に素管内面に擦疵が
付くこともない。

【００２７】拡管加工による塑性変形量は素管のサイズ
（肉厚ｔ／外径Ｄ）に依存するため、セグメントの厚み
を変えることで、真円度の矯正量を変えることができ
る。図６は各種の素管サイズ（ｔ／Ｄ）とセグメント厚
み差および真円度矯正量との関係を実験的に求めたデー
タである。このデータより、厚みに差のあるセグメント
を用いることにより、全てのサイズで真円度矯正の効果
が得られることがわかる。また、セグメントの取付け位
置を変えることで、様々な種類の方向の真円度不良にも
対応できる。

【００２８】

【実施例１】対象サイズが外径４０．３インチ（直径１
０２４ｍｍ）、肉厚２９．１ｍｍ、長さ１２，２００ｍ
ｍのＵＯＥ鋼管（グレードＡＰＩ×６５）の拡管処理を
図３〜図５に示す厚み差のあるセグメントを取り付けた
拡管ダイスと、図２に示す従来の拡管ダイス（セグメン
ト厚み一定）を用いて行った場合の真円度を図７に示
す。本実施例では真円度目標値（最大外径−最小外径）
を５．０ｍｍ以下に設定し、使用したセグメントの厚み
ｔ１、ｔ２、ｔ３（図５参照）は、それぞれ８．０ｍ
ｍ、６．０ｍｍ、４．０ｍｍ（セグメントの厚み差＝
４．０ｍｍ）であった。

【００２９】従来の拡管ダイス（厚み差なし）を用いて
拡管処理を行った場合には、規格外れの鋼管が発生した
が、厚み差のあるセグメントを使用することで規格外れ
が皆無となり、拡管後の真円度（縦径−横径）も図７の
データより明らかなように、平均値で４ｍｍ程度マイナ
ス側へ変化させることができた。

【００３０】図９は、４０インチ用のダイス・セグメン
ト（工具鋼製）をジョーから取り外し、このダイス・セ
グメントに矯正ライナを取り付けて、再びジョーへ取り
付けるまでの時間と、４０インチ用の結晶性熱可塑性樹
脂製のセグメントを取り外し、図５に示すような厚み差
を有するセグメントを取り付けるまでの時間を比較した
ものである。この図から明らかなように、結晶性熱可塑
性樹脂製セグメントは非常に軽量で、交換にクレーンを
必要としないため、大幅に時間が短縮することができ
た。

【００３１】

【実施例２】対象サイズが外径２９．０インチ（直径７
３７．５ｍｍ）、肉厚２８．２ｍｍ、長さ１２，２００
ｍｍのＵＯＥ鋼管（グレードＡＰＩ×６５）の拡管処理
を実施例１と同様に、図３〜図５に示す厚み差のあるセ
グメントを取り付けた拡管ダイスと、図２に示す従来の
拡管ダイス（セグメント厚み一定）を用いて行った場合
の真円度を図８に、管端部真円度合格率と管中央部真円
度（縦−横）を表１にそれぞれ示す。本実施例では真円
度目標値（最大外径−最小外径）を７．３ｍｍ以下（１
％外径）に設定し、使用したセグメントの厚みｔ１、ｔ
２、ｔ３（図５参照）は、それぞれ１１．５ｍｍ、１１
ｍｍ、１０．５ｍｍ（セグメントの厚み差＝１．０ｍ
ｍ）であった。

【００３２】図８および表１の結果より明らかなよう
に、本発明の厚み差のあるセグメントを用いた場合に
は、管端部および管中央部共に真円度が向上した。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のメカニカ
ル拡管機用拡管ダイスによれば、以下に記載する効果が
得られる。（１）Ｏプレス後の素管形状が極端に縦楕円となる中間
サイズの鋼管の真円度を全長にわたって確保することが
できる。（２）セグメントが非常に軽量で、短時間で交換するこ
とができ、工程全体の流れに影響を及ぼさない。（３）管端部から中央部まで全長同じ拡管率で加工でき
るので、流体抵抗の小さな鋼管を得ることができる。（４）セグメントの厚み差を変えることで、真円度の矯
正量を変えることができる。（５）セグメントの取り付け位置を変えることで、様々
な方向の真円度不良にも対応できる。（６）ダイスの個数を増加させることなく製造可能鋼管
サイズを増やすことができる。

【００３４】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＵＯＥ交鋼管の製造工程におけるＯプレス加工
方法を例示したもので、（Ａ）は通常のＯプレス加工方
法、（Ｂ）はインサートライナを用いたＯプレス加工方
法、（Ｃ）は通常サイズを外れた中間サイズ鋼管のＯプ
レス加工方法をそれぞれ示す。

【図２】従来のメカニカル拡管機用ダイスの構造例を示
す縦断面図である。

【図３】本発明に係るメカニカル拡管機用ダイスの構造
例を示す正面図である。

【図４】図２と同様な拡管ダイス用縦断面図であって、
（Ａ）は別の従来例、（Ｂ）は本発明の実施例を示す。

【図５】図４（Ｂ）に示す拡管ダイスにおける厚み差を
有するセグメントを拡大して示す斜視図であって、
（Ａ）は同一肉厚の肉厚セグメント、（Ｂ）はテーパ付
きの厚肉セグメント、（Ｃ）はテーパ付きの薄肉セグメ
ント、（Ｄ）は同一肉厚の薄肉セグメントをそれぞれ示
す。

【図６】各種素管サイズ（ｔ／Ｄ）とセグメント厚み差
および真円度矯正量との関係を実験的に求めたデータ。

【図７】本発明の実施例１における真円度を従来例と比
較して示す図である。

【図８】本発明の実施例２における真円度を従来例と比
較して示す図である。

【図９】本発明の実施例１におけるセグメント交換時間
を真円度矯正ライナを使用した場合と比較して示す図で
ある。

【符号の説明】

１・・・ドローバー２・・・コーン３・・・ジョー４・・・ダイス・セグメント５・・・ドローバー止めボルト６・・・ダイス止め金具７・・・真円度矯正ライナ８・・・ダイス・セグメント１０・・素管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ０８Ｌ 77/00 Ｃ０８Ｌ 77/00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 39/20 B21C 37/08 B21D 3/14 B21D 37/01 C08L 61/06 C08L 77/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼管用素管を拡径自在の拡管ダイスによ
って押し広げ、整形する鋼管拡管機において、前記拡管
ダイスを構成する各ダイス・セグメントの厚さに差を持
たせ、該拡管ダイスの外径が楕円形状となるように構成
したことを特徴とするメカニカル拡管機用拡管ダイス。
【請求項２】前記ダイス・セグメントを、同一肉厚の
厚肉セグメントと、テーパ付きの厚肉セグメントと、同
一肉厚の薄肉セグメントと、テーパ付きの薄肉セグメン
トとから構成したことを特徴とする請求項１記載のメカ
ニカル拡管機用拡管ダイス。
【請求項３】前記ダイス・セグメントを、軽量な結晶
性熱可塑性樹脂で成形したことを特徴とする請求項１記
載のメカニカル拡管機用拡管ダイス。