JP6989818B2 - Manufacturing method of metal tube - Google Patents
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Description
本発明は、平板状の金属板から断面O字状の金属管を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a metal tube having an O-shaped cross section from a flat metal plate.
平板状の金属板から断面O字状の金属管を製造する方法の一例が特許文献1に記載されている。この方法は、平板状の金属板を断面U字形にプレス成形するU曲げ工程と、このU字形になった金属板を上下一対の割型でプレス成形して管状にするO曲げ工程とを備えている。所謂UO成形法である。平板状金属板の幅(U曲げ工程とO曲げ工程によって突き合わされる両側端間の長さ)は、当該プレス成形で得る金属管の外周長さと等しくなるようにされている。
図17に示すように、UO成形において、O曲げ工程の割型で管状金属板aを成形したとき、金属板aの外周側には引張歪みが発生して引張応力が働き、内周側には圧縮歪みが発生して圧縮応力が働く。管状金属板aは、割型による拘束力が除去されると、上記引張及び圧縮の応力分布に起因して、図18に示すように、外周側は周方向に縮み、内周側は周方向に伸びる。その結果、管状金属板aの突き合わせ端部の外周側に大きなギャップ(隙間)ができてしまう。そのような大きなギャップを生ずると、管状金属板cの突き合わせ端部をレーザー溶接することが難しくなり、或いは溶接しないで使用するケースにおいても、そのギャップが使用上の問題になることが考えられる。 As shown in FIG. 17, in UO molding, when a tubular metal plate a is formed by a split mold in the O bending process, tensile strain is generated on the outer peripheral side of the metal plate a and tensile stress acts on the inner peripheral side. Compressive strain occurs and compressive stress works. When the binding force due to the split mold is removed, the tubular metal plate a shrinks in the circumferential direction on the outer peripheral side and in the circumferential direction on the inner peripheral side as shown in FIG. 18 due to the stress distribution of tension and compression. It grows to. As a result, a large gap is created on the outer peripheral side of the butt end of the tubular metal plate a. When such a large gap is generated, it becomes difficult to laser weld the butt end of the tubular metal plate c, or even in the case where the tubular metal plate c is used without welding, the gap may become a problem in use.
そこで、本発明は、UO成形において、得られる管状金属板の突き合わせ端部に大きなギャップを生じないようにする。 Therefore, the present invention prevents a large gap from being formed at the butt end portion of the obtained tubular metal plate in UO molding.
本発明は、上記課題を解決するために、O曲げ工程において、管状金属板の外周側の引張応力がゼロになるように、又はゼロに近い状態になるようにする。 In order to solve the above problems, the present invention makes the tensile stress on the outer peripheral side of the tubular metal plate zero or close to zero in the O-bending step.
ここに開示する金属管の製造方法は、平板状の金属板から断面O字形の金属管を製造する方法であって、
上記平板状の金属板を断面U字形にプレス成形するU曲げ工程と、
上記U曲げ工程によってU字形になった金属板を断面O字形の管状になるようにプレス成形するO曲げ工程とを備え、
上記O曲げ工程の後に、上記金属板の突き合わせ端部をレーザー溶接する溶接工程を備え、
上記O曲げ工程では、相対する円弧状成形面を有する一対の割型を用い、上記U字形になった金属板の湾曲部を一方の割型の円弧状成形面で受け、他方の割型を上記一方の割型を合わせることによって上記プレス成形をするものであり、
上記他方の割型は、その円弧状成形面における上記U字形になった金属板の両側端が突き合わされる位置に対応する部位に凹部を有し、
上記平板状の金属板として、上記O曲げ工程のプレス成形によって突き合わされる両側端間の長さが、上記一対の割型の円弧状成形面を合わせてなる環状成形面の周長よりも長い金属板を用い、
上記O曲げ工程では、上記U字形になった金属板を、その突き合わせ端部において金属板長手方向への材料の移動を生じないように拘束して、その板厚が突き合わせ端部において他の部分よりも上記円弧状成形面の凹部の深さだけ外周側に厚くなるようにプレス成形し、
上記O曲げ工程によって、上記管状になった金属板の全周長にわたり、該金属板の内周面から外周側に向かって該金属板の板厚の少なくとも90%の範囲に周方向の圧縮応力を生じさせることを特徴とする。
The method for manufacturing a metal tube disclosed here is a method for manufacturing a metal tube having an O-shaped cross section from a flat metal plate.
The U-bending process of press-molding the flat metal plate into a U-shaped cross section,
It is provided with an O-bending step of press-molding a metal plate formed into a U-shape by the above-mentioned U-bending step so as to form a tubular having an O-shaped cross section.
After the O-bending step, a welding step of laser welding the butt end of the metal plate is provided.
In the O-bending step, a pair of split dies having opposite arc-shaped molded surfaces are used, the curved portion of the U-shaped metal plate is received by one split-shaped arc-shaped molded surface, and the other split die is received. The press molding is performed by combining one of the above split molds.
The other split mold has a recess in a portion corresponding to a position where both ends of the U-shaped metal plate are abutted on the arcuate molded surface.
As the flat metal plate, the length between the ends abutted by the press molding in the O bending step is longer than the peripheral length of the annular molded surface formed by combining the pair of split arc-shaped molding surfaces. Using a metal plate
In the O-bending step, the U-shaped metal plate is restrained so as not to cause movement of the material in the longitudinal direction of the metal plate at the butt end portion, and the plate thickness is the other portion at the butt end portion. Press-molded so that it becomes thicker on the outer peripheral side by the depth of the concave portion of the arc-shaped molded surface.
The compressive stress in the circumferential direction over the entire circumference of the tubular metal plate by the O-bending step from the inner peripheral surface of the metal plate toward the outer peripheral side within a range of at least 90% of the plate thickness of the metal plate. Is characterized by causing.
この製造方法において、金属板がO曲げ工程において断面O字形に曲げられていくとき、金属板の両側端が突き合わせ状態になるまでは、金属板の外周側に引張応力が発生し、内周側に圧縮応力が発生する。しかし、金属板の両側端間の長さが一対の割型よりなる環状成形面の周長よりも長いから、その後、金属板が割型の円弧状成形面に沿った状態になると、割型から金属板に圧縮力が加わる。このとき、金属板の外周側は割型で拘束されるため、金属板の内周面が内側に移動する。つまり、金属板は板厚が内側へ増大する方向に塑性変形する。これに伴って、金属板外周側の引張応力を生じた部分は、あたかも弾性回復するような挙動をとって引張応力が解放されていき、ひいては、応力状態が圧縮側に移行していく。 In this manufacturing method, when the metal plate is bent into an O-shaped cross section in the O-bending process, tensile stress is generated on the outer peripheral side of the metal plate until both ends of the metal plate are in a butt state, and the inner peripheral side. Compressive stress is generated in. However, since the length between both ends of the metal plate is longer than the circumferential length of the annular molded surface consisting of a pair of split molds, when the metal plate is subsequently in a state along the arcuate molded surface of the split mold, the split mold Compressive force is applied to the metal plate. At this time, since the outer peripheral side of the metal plate is restrained by the split mold, the inner peripheral surface of the metal plate moves inward. That is, the metal plate is plastically deformed in the direction in which the plate thickness increases inward. Along with this, the portion where the tensile stress is generated on the outer peripheral side of the metal plate behaves as if it recovers elastically, and the tensile stress is released, and eventually the stress state shifts to the compression side.
そうして、上記製造方法では、上記管状になった金属板の全周長にわたり、該金属板の内周面から外周側に向かって該金属板の板厚の少なくとも90%の範囲に周方向の圧縮応力を生じさせる。従って、管状になった金属板は、割型による拘束力が除去されたとき、内周側は周方向に伸びるが、外周側の周方向の縮みはほとんどなくなる。 Then, in the above-mentioned manufacturing method, the circumferential direction is in the range of at least 90% of the plate thickness of the metal plate from the inner peripheral surface of the metal plate toward the outer peripheral side over the entire peripheral length of the tubular metal plate. Causes compressive stress. Therefore, when the binding force due to the split mold is removed from the tubular metal plate, the inner peripheral side extends in the circumferential direction, but the outer peripheral side does not shrink in the circumferential direction.
先に述べたように、割型から金属板に圧縮力が加わったときに金属板の板厚が内側へ増大するが、その板厚の増加による金属板の内周面の周長の増加は僅か(%で表してコンマ以下)であるから、この板厚増大に伴う圧縮応力の増大も僅かである。すなわち、金属板の板厚の少なくとも90%の範囲に周方向の圧縮応力を生じさせるようにしても、金属板の内周側の圧縮応力が僅かに増大する程度であるから、割型による拘束力が除去されたときの金属板内周側の周方向の伸びはそれほど大きくならない。 As mentioned earlier, the thickness of the metal plate increases inward when a compressive force is applied to the metal plate from the split mold, but the increase in the thickness increases the circumference of the inner peripheral surface of the metal plate. Since it is small (less than a comma in%), the increase in compressive stress due to this increase in plate thickness is also small. That is, even if the compressive stress in the circumferential direction is generated in the range of at least 90% of the plate thickness of the metal plate, the compressive stress on the inner peripheral side of the metal plate is only slightly increased. When the force is removed, the elongation in the circumferential direction on the inner peripheral side of the metal plate does not increase so much.
このように、上記製造方法によれば、管状になった金属板は、割型による拘束力が除去されたとき、内周側は周方向に伸びるが、その伸び量はそれほど大きくならず、一方、外周側の周方向の縮みはほとんどなくなるから、当該金属板の突き合わせ端部に大きなギャップを生ずることが避けられる。 As described above, according to the above manufacturing method, the tubular metal plate extends in the circumferential direction on the inner peripheral side when the binding force due to the split mold is removed, but the amount of elongation is not so large, while the elongation amount is not so large. Since there is almost no shrinkage in the circumferential direction on the outer peripheral side, it is possible to avoid creating a large gap at the butt end of the metal plate.
好ましい実施形態では、上記O曲げ工程によって、上記管状になった金属板の全周長にわたり、その板厚の全範囲に周方向の圧縮応力を生じさせる。これにより、当該金属板の突き合わせ端部に生ずるギャップをさらに小さくすることができる。 In a preferred embodiment, the O-bending step causes a circumferential compressive stress over the entire circumference of the tubular metal plate over the entire circumference of the tubular metal plate. As a result, the gap generated at the butt end of the metal plate can be further reduced.
さらに、上記製造方法は、上述の如く、上記O曲げ工程の後に、上記金属板の突き合わせ端部をレーザー溶接する溶接工程を備え、
上記他方の割型は、その円弧状成形面における上記U字形になった金属板の両側端が突き合わされる位置に対応する部位に凹部を有し、
上記O曲げ工程では、上記U字形になった金属板を、その板厚が突き合わせ端部において他の部分よりも上記円弧状成形面の凹部の深さだけ外周側に厚くなるようにプレス成形する。
Further, as described above, the manufacturing method includes a welding step of laser welding the butt end portion of the metal plate after the O bending step.
The other split mold has a recess in a portion corresponding to a position where both ends of the U-shaped metal plate are abutted on the arcuate molded surface.
In the O-bending step, the U-shaped metal plate is press-formed so that the plate thickness is thicker on the outer peripheral side by the depth of the concave portion of the arcuate molded surface than the other portions at the butt end portion. ..
金属板の突き合わせ端部には、上記割型による当該金属板のプレス成形によって突き合わせ方向に加圧力が加わる。この突き合わせ端部は、接触面積が小さい接触であり、且つ上記凹部により開放状態の境界条件をとるから、上記加圧によって塑性変形をし易い。この金属板両側端の塑性変形した部分が上記円弧状成形面の凹部に入り込むことによって、金属板の板厚が当該突き合わせ端部において厚くなる。 A pressing force is applied to the butt end portion of the metal plate in the butt direction by press molding of the metal plate by the split mold. Since the butt end portion is a contact having a small contact area and has a boundary condition in an open state due to the recess, it is easily plastically deformed by the pressurization. The plastically deformed portions at both ends of the metal plate enter the recesses of the arcuate molded surface, so that the thickness of the metal plate becomes thicker at the butt ends.
従って、上記突き合わせ端部のレーザー溶接においては、この突き合わせ端部の板厚が増加した言わば余肉部分が溶接熱で溶けて上記ギャップを埋めることになる。これにより、突き合わせ端部の板厚方向の接合長さが増大し、つまり接合面積が増大し、溶接強度の確保に有利になる。また、溶接部近傍で発生し易いHAZ(溶接熱影響部)割れの防止に有利になる。 Therefore, in the laser welding of the butt end portion, the excess wall portion where the plate thickness of the butt end portion is increased is melted by the welding heat to fill the gap. As a result, the joint length of the butt end portion in the plate thickness direction is increased, that is, the joint area is increased, which is advantageous for ensuring the welding strength. In addition, it is advantageous in preventing HAZ (heat-affected zone) cracking that tends to occur in the vicinity of the welded portion.
さらに、上記製造方法は、上述の如く、上記O曲げ工程においては、上記金属板をその突き合わせ端部において金属板長手方向への材料の移動を生じないように拘束してプレス成形する。 Further, in the above-mentioned manufacturing method, as described above, in the above- mentioned O-bending step, the above-mentioned metal plate is restrained and press-formed so as not to cause movement of the material in the longitudinal direction of the metal plate at the butt end portion thereof.
上記拘束によって、金属板の突き合わせ端部における金属板長手方向への材料の逃げが防がれるため、その突き合わされた部分が塑性変形して円弧状成形面の凹部に入り込み易くなり、当該突き合わせ端部の厚肉化に有利になる。 By the above restraint, the material is prevented from escaping in the longitudinal direction of the metal plate at the butt end of the metal plate, so that the butt portion is plastically deformed and easily enters the recess of the arcuate molded surface, and the butt end is concerned. It is advantageous for thickening the part.
好ましい実施形態の上記O曲げ工程では、
上記U字形になった金属板の湾曲部を上記一対の割型のうちの一方の割型の円弧状成形面で受ける第1過程、
上記一対の割型を相対的に接近させていくことにより、当該両割型のうちの他方の割型の円弧状成形面が上記U字形になった金属板の相対する両側壁各々の端部に当接する第2過程、
上記一対の割型のさらなる接近によって、上記相対する両側壁各々の端部が、上記他方の割型の円弧状成形面に案内され該円弧状成形面の最奥部において当該側壁全長にわたって突き合わされた状態になる第3過程、並びに
上記一対の割型のさらなる接近によって、上記相対する両側壁が両外側に膨出変形して当該両割型の円弧状成形面に当接することにより、上記金属板が管状になる第4過程を有し、
上記平板状の金属板の両側端間の長さが上記一対の割型の円弧状成形面を合わせてなる環状成形面の周長よりも長いことにより、上記第4過程において上記管状の金属板に周方向に圧縮応力を生ずる。
In the O-bending step of the preferred embodiment,
The first process of receiving the curved portion of the U-shaped metal plate on the arcuate forming surface of one of the pair of split dies.
By bringing the pair of split dies relatively close to each other, the arcuate forming surface of the other split die of the split dies is U-shaped at the ends of the opposing side walls of the metal plate. Second process of contacting,
Due to the further approach of the pair of split molds, the ends of each of the opposing side walls are guided by the arcuate molded surface of the other split mold and abutted over the entire length of the side wall at the innermost portion of the arcuate molded surface. Due to the third process of becoming a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in the same state. It has a fourth process in which the plate becomes tubular,
Since the length between both ends of the flat metal plate is longer than the peripheral length of the annular molded surface formed by combining the pair of split arc-shaped molded surfaces, the tubular metal plate is formed in the fourth process. Generates compressive stress in the circumferential direction.
本発明によれば、UO成形において、平板状の金属板として、O曲げ工程のプレス成形によって突き合わされる両側端間の長さが、一対の割型の円弧状成形面を合わせてなる環状成形面の周長よりも長い金属板を用いることにより、管状になった金属板の全周長にわたり、該金属板の内周面から外周側に向かって該金属板の板厚の少なくとも90%の範囲に周方向の圧縮応力を生じさせるようにしたから、突き合わせ端部のギャップが小さい金属管を得ることができる。 According to the present invention, in UO forming, as a flat metal plate, the length between both ends abutted by press forming in the O bending step is annular forming in which a pair of split arc-shaped forming surfaces are combined. By using a metal plate longer than the circumference of the surface, at least 90% of the thickness of the metal plate is formed from the inner peripheral surface to the outer peripheral side of the metal plate over the entire circumference of the tubular metal plate. Since the circumferential compressive stress is generated in the range, a metal tube having a small gap at the butt end can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The following description of preferred embodiments is merely exemplary and is not intended to limit the invention, its applications or its uses.
図1に示すように、本実施形態では、平板状の金属板5から、U曲げ工程A、予備成形工程B、O曲げ工程C、並びに溶接工程を順に行なうことによって金属管1を成形する。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the
<U曲げ工程>
U曲げ工程Aでは、図2に示す第1成形型21を用いて、平板状の金属板5から断面U字形の金属板22を成形する。第1成形型21において、23はパンチ、24はダイであり、各々パンチプレート25、ダイホルダ26に取り付けられている。ダイ24の上に金属板5を搬入し、パンチ23を下降させることにより、金属板5を断面U字形に曲げて、湾曲部27と該湾曲部27に続く相対する側壁28を有するU字形金属板22を得る。得られたU字形金属板22は、スプリングバックにより、相対する側壁28の間隔が端部に行くほど広くなった拡開形状になっている。
<U bending process>
In the U-bending step A, the
<予備成形工程>
予備成形工程Bでは、図3に示す第2成形型31を用いて、U字形金属板22の拡開形状になっている相対する側壁28を互いに内側に傾斜させる。第2成形型31において、33はU字形金属板22を受ける円弧状受け部33aを有する受けダイ、34は加工ダイ、35は加工ダイ34が取り付けられたダイプレートである。
<Preliminary molding process>
In the preforming step B, the second molding die 31 shown in FIG. 3 is used to incline the opposing
加工ダイ34の凹加工面の形状は略三角形状であって、その開口端側から順に、相対する誘い込み部36、該誘い込み部36に続く相対する第1傾斜部37、並びに該第1傾斜部37続く相対する第2傾斜部38を備えている。相対する第2傾斜部38はV字状の最奥部39を形成するように端部で繋がっている。
The shape of the concave machined surface of the processing die 34 is substantially triangular, and in order from the opening end side thereof, the facing attracting
図4に示すように、U字形金属板22を受けダイ33に受け、加工ダイ34を下降させると、U字形金属板22の相対する側壁28が誘い込み部36の間から加工ダイ34の凹部に入る。加工ダイ34の下降が進むと、両側壁28の端部が第1傾斜部37に当接し、該第1傾斜部37に案内されて第2傾斜部38に進む。そして、両側壁28の端部は、第2傾斜部38を経てV字状の最奥部39に至り、該最奥部において突き合わせ状態になる。
As shown in FIG. 4, when the
この突き合わせ後の加工ダイ34のさらなる下降により、図5及び図6に示すように、U字形金属板22は、その両側壁28が第1傾斜部37及び第2傾斜部38に当接するように両外側へ膨出変形する。これにより、U字形金属板22は、脱型後にスプリングバックがあっても、基本的には、相対する側壁28が互いに内側に傾斜した形になる。
Due to the further lowering of the processing die 34 after the butting, as shown in FIGS. 5 and 6, the
<O曲げ工程>
O曲げ工程Cでは、図7に示す一対の割型を有する金属管成形型41を用いて、上記予備成形がされたU字形金属板22を断面O字形の管状に成形する。金属管成形型41において、42はU字形金属板22を受ける第1割型である。43は第1割型42に向かって接近していくことにより、第1割型42と相俟って、U字形金属板22を管状になるようにプレス成形する第2割型である。両割型42,43は、金属板22を管状にするための円弧状成形面44,45を有する。第2割型43はダイプレート46に取り付けられている。
<O bending process>
In the O-bending step C, the preformed
U字形金属板22の湾曲部27を第1割型42の円弧状成形面44に受け、第2割型43を下降させると、該第2割型43の円弧状成形面44がU字形金属板22の相対する側壁28の端部に当接する。そして、第2割型43のさらなる下降により、上記相対する側壁28が両外側に膨出変形し、図8に示すように、両割型42,43が合わさることにより、管状の金属板(金属管)40が形成される。
When the
以下、図9を参照して具体的に説明する。第2割型43が下降すると、その円弧状成形面45がU字形金属板22の相対する側壁28の端部に当接する。第2割型43のさらなる下降に伴って、相対する側壁28の端部は第2割型43の円弧状成形面45に案内され該成形面45の最奥部に向かって移動し、この移動に伴って内側に撓んで行く。そうして、相対する側壁28の端部が側壁全長にわたって上記成形面45の最奥部において突き合わせ状態になった後、第2割型43がさらに下降していくことにより、U字形金属板22は、相対する側壁28が両外側へ膨出変形していく。
Hereinafter, a specific description will be given with reference to FIG. When the 20
<突き合わせ端部のギャップ>
ここに、図1に示す平板状の金属板5としては、その幅W(O曲げ工程Cにおいて第2割型43の円弧状成形面45の最奥部で突き合わせ状態になる両側端間の長さ)が、割型42,43の円弧状成形面44,45を合わせてなる環状成形面の周長よりも長いものを用いている。
<Gap at the butt end>
Here, the flat plate-shaped
従って、U曲げ工程A及び予備成形工程Bを経た金属板22がO曲げ工程において断面O字形に曲げられていくとき、金属板22の両側端が突き合わせ状態になるまでは、金属板22の外周側に引張応力が発生し、内周側に圧縮応力が発生する。しかし、その後、図10に示すように、金属板22が割型42,43の円弧状成形面44,45に沿った状態になると(なお、図10では、割型43側の一部のみを示している。)、金属板22の幅W(両側端間の長さ)が上記環状成形面の周長よりも長いから、割型42,43から金属板22に周方向の圧縮力Fが加わる。
Therefore, when the
金属板22の外周側は割型42,43で拘束されているため、金属板22の内周面が内側に移動する。つまり、金属板22は板厚が内側へ増大する方向に塑性変形する。これに伴って、金属板外周側の引張応力を生じた部分は、あたかも弾性回復するような挙動をとって引張応力が解放されていき、ひいては、応力状態が圧縮側に移行していく。
Since the outer peripheral side of the
実験によれば、割型42,43よりなる環状成形面の直径をD、金属板5の板厚をtとするとき、平板状金属板5の幅Wを環状成形面の周長(π×D)よりも直径に対する板厚の比率(t/D)だけ長くすると、図10に示すように、金属板22の厚さ方向の全範囲に周方向の圧縮応力Csを生ずることが認められた。例えば、環状成形面の直径D=100mm、板厚t=2.3mmであるケースでは、平板状金属板5の幅Wを次のようにすることになる。つまり、幅Wを環状成形面の周長よりもπ×tの寸法だけ長くすることになる。
According to the experiment, when the diameter of the annular molded surface composed of the
W=π×D×(1+t/D)=π×(D+t)=102.3×π
上記幅Wを過度に大きくすると、O曲げ工程において金属板22に座屈を生ずるから、好ましいのは、π×D<W≦π×(D+2t)とすることである。
W = π × D × (1 + t / D) = π × (D + t) = 102.3 × π
If the width W is excessively increased, buckling occurs in the
このように、金属板22の板厚の全範囲に周方向の圧縮応力Csを生ずるようにすれば、O曲げ工程で得られる管状金属板は、割型42,43による拘束力が除去されたとき、内周側は周方向に伸びるが、外周側の周方向の縮みはほとんどなくなる。
In this way, if the compressive stress Cs in the circumferential direction is generated in the entire range of the plate thickness of the
ここに、割型42,43から金属板22に圧縮力が加わったときに金属板22の板厚が内側へ増大するが、その板厚の増加による金属板22の内周面の周長の増加は僅かである。例えば、環状成形面の直径D=100mm、板厚t=2.3mmであるケースにおいて、幅Wを環状成形面の周長よりもπ×tの寸法だけ長くする場合、概算によれば、金属板22の板厚が内側へ2.3%程度増加することになるが、その増加に伴う金属板22の内周面の周長の減少は0.4%程度(0.5%以下)である。従って、この板厚増大に伴う金属板22の内周側の圧縮応力の増大も僅かである。すなわち、割型42,43による拘束力が除去されたときの金属板22の内周側の周方向の伸びはそれほど大きくならない。
Here, when a compressive force is applied to the
以上のように、割型42,43による拘束力が除去されたときの金属板22の内周側の周方向の伸びはそれほど大きくならず、一方、外周側の周方向の縮みはほとんどなくなるから、図11に示すように、得られる管状金属板40の突き合わせ端部に生ずるギャップ47は確実に板厚tの10%以下になる。すなわち、大きなギャップを生ずることは避けられる。
As described above, when the binding force of the split dies 42 and 43 is removed, the elongation in the circumferential direction of the inner peripheral side of the
<溶接工程>
図11に示すように、割型42,43から脱型した管状金属板40の突き合わせ端部に向けてレーザーLを照射して溶接する。この突き合わせ端部のギャップ47は板厚tの10%以下になっているから、レーザー溶接によって当該突き合わせ端部を確実な接合することができる。
<Welding process>
As shown in FIG. 11, laser L is irradiated toward the butt end portion of the
<別の実施形態(金属板の突き合わせ端部の厚肉化)>
本実施形態についてはその要部のみを図12乃至図14に示す。図12に示すように、本実施形態は、O曲げ工程において、上記金属板22の両側端が突き合わされる円弧状成形面45の最奥部に凹部48が設けられている割型43を用いる点が先の実施形態と相違し、他の工程は先の実施形態と同じである。凹部48は、金属板22の突き合わされる両側端に跨がるように設けられている。
<Another embodiment (thickening of the butt end of the metal plate)>
For this embodiment, only the main parts thereof are shown in FIGS. 12 to 14. As shown in FIG. 12, in the present embodiment, in the O-bending step, a
本実施形態では、O曲げ工程において、図13に示すように、金属板22の相対する側壁28の端部が成形面45の最奥部において突き合わせ状態になり、さらに、金属板22が成形面45に沿った状態になると、先に説明したように、金属板22に周方向の圧縮力Fが加わる。すなわち、金属板22の両側端の突き合わせ部に対して突き合わせ方向に加圧力が加わる。この突き合わせ端部は、接触面積が小さい接触であり、且つ上記凹部48により開放状態の境界条件をとるから、上記加圧によって塑性変形し、その塑性変形した部分が成形面45の凹部48に入る。これにより、金属板22の板厚が当該突き合わせ端部において局部的に厚くなる。すなわち、金属板22の突き合わせ端部に凹部48に対応する凸部49が形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, in the O-bending step, the ends of the
従って、図14に示すように、割型42,43から脱型した金属板22の突き合わせ端部にギャップ47を生じても、該突き合わせ端部のレーザー溶接においては、この突き合わせ端部の板厚が増加した言わば余肉部分である凸部49が溶接熱で溶けて上記ギャップ47を埋めることになる。これにより、突き合わせ端部の板厚方向の接合長さが増大し、つまり接合面積が増大し、溶接強度の確保に有利になり、HAZ割れ防止にも有利になる。
Therefore, as shown in FIG. 14, even if a
ここに、上記凹部48の幅W1及び深さdは、金属板22の板厚t、ギャップ47の大きさG及びレーザーによる溶接幅W2に応じて設定することができる。
Here, the width W1 and the depth d of the
この点を概算で説明すると、ギャップ47の断面積の大きさSは、S=G×tとすることができる。溶接幅W2の金属が溶接熱で溶けて凝固すると考えると、上記凹部48による板厚増加分は凹部48の深さdに相当するから、G×t=W1×dが成立するときに、ギャップ47を金属板22の溶け込みで埋めることができる。
To explain this point roughly, the size S of the cross-sectional area of the
従って、幅W1=W2-G及び深さd=G×t/W1の大きさの凹部48を割型43の成形面45に設ければよいことになる。
Therefore, a
例えば、金属板22の板厚がt=2.3mmであり、ギャップ47の大きさがG=0.2mmであり、溶接幅がW2=1.5~2.0mmであるときは、幅W1=W2-0.2及び深さd=0.2×2.3÷W1の計算により、幅Wが1.3~1.8mm程度、深さdが0.25~0.36mm程度の凹部48を成形面45を設けることになる。
For example, when the plate thickness of the
ここに、上記金属板22の突き合わせ端部の厚肉化においては、図15及び図16に示すように、プレス成形時における金属板22の長手方向(金属板22が管状に成形されたときの管長方向)への材料の逃げを阻止する拘束手段を設けることが好ましい。
Here, in the thickening of the butt end portion of the
図15,16において、51は拘束手段としてのカムスライダー、52はカムスライダー51を駆動するカムドライバーである。なお、図15,16は、金属管成形型41の片端部を示すが、カムスライダー51及びカムドライバー52は金属管成形型41の両端部に対称に設けられている。
In FIGS. 15 and 16, 51 is a cam slider as a restraining means, and 52 is a cam driver for driving the
カムスライダー51は、第1割型42の長手方向における円弧状成形面44の両外側に配置されている。カムスライダー51は、第1割型42に当該長手方向に移動自在に支持され、且つ第1割型42の円弧状成形面44が形成された部位から当該長手方向の外側へ離れる方向にスプリング(図示省略)で付勢されている。
The
カムスライダー51は、円弧状成形面44に受けられた金属板22の端面に当接せしめる拘束面51aを備えている。カムスライダー51の拘束面51aの背面側にカムドライバー52から駆動力を受けるカム面51bが設けられている。
The
カムドライバー52は、第2割型43に固定されて下方へ突出している。カムドライバー52の下部にカムスライダー51のカム面51bに当接するカム面52aが設けられている。カムドライバー52が第2割型43と共に下降し、そのカム面52aがカムスライダー51のカム面51bに当接して摺動することにより、カムスライダー51が第1割型42の円弧状成形面44が形成された部位に向かって移動し、拘束面51aが金属板22の端面に当接することになる。
The
以下、具体的に説明する。図15に矢符で示すように、O曲げ工程において、第2割型43の下降により、カムドライバー52がカムスライダー51を金属板22に向かって移動させる。図9に示すように、遅くとも、金属板22の相対する側壁28の端部が成形面45の最奥部において突き合わせ状態になるまでに、カムスライダー51の拘束面51aが金属板22の端面に当接した状態(図15において、2点鎖線で示す状態)になる。
Hereinafter, a specific description will be given. As shown by arrows in FIG. 15, in the O-bending step, the
第2割型43のさらなる下降に伴って、金属板22の相対する側壁28が両外側へ膨出変形して第2割型43の円弧状成形面45に沿った状態になり、金属板22の両側端に突き合わせ方向の加圧力が加わっていく。この加圧力が加わっていく過程において、図16に示すように、カムドライバー52は、2点鎖線の状態からさらにカムスライダー51の背面に当接するように下降し(実線で示す状態)、カムスライダー51の拘束面51aが金属板22の端面に当接した状態を保持する。
With the further descent of the 20
カムスライダー51は金属板22の長手方向の両外側に設けられているから、金属板22の両側端に突き合わせ方向の加圧力が加わっていくときに、当該突き合わせ端部において材料が長手方向へ移動する(逃げる)ことがカムスライダー51の拘束面51aによって阻止される。
Since the
そのため、金属板22の上記突き合わせ端部は、上記加圧力によって第2割型43の円弧状成形面45の凹部48を埋めるように塑性変形することになる。つまり、拘束手段によって上記突き合わせ端部の長手方向への材料の移動が阻止されるから、上記凹部48を埋めるような塑性変形を生じ易くなる。よって、金属板22の突き合わせ端部に凹部48に対応する凸部49を確実に形成することができる。
Therefore, the butt end portion of the
1 金属管
5 平板状の金属板
21 第1成形型
22 U字形の金属板
27 湾曲部
28 側壁
31 第2成形型
41 金属管成形型
42 第1割型
43 第2割型
44 円弧状成形面
45 円弧状成形面
51 カムスライダー(拘束手段)
51a 拘束面
1
51a Restraint surface
Claims (3)
上記平板状の金属板を断面U字形にプレス成形するU曲げ工程と、
上記U曲げ工程によってU字形になった金属板を断面O字形の管状になるようにプレス成形するO曲げ工程とを備え、
上記O曲げ工程の後に、上記金属板の突き合わせ端部をレーザー溶接する溶接工程を備え、
上記O曲げ工程では、相対する円弧状成形面を有する一対の割型を用い、上記U字形になった金属板の湾曲部を一方の割型の円弧状成形面で受け、他方の割型を上記一方の割型を合わせることによって上記プレス成形をするものであり、
上記他方の割型は、その円弧状成形面における上記U字形になった金属板の両側端が突き合わされる位置に対応する部位に凹部を有し、
上記平板状の金属板として、上記O曲げ工程のプレス成形によって突き合わされる両側端間の長さが、上記一対の割型の円弧状成形面を合わせてなる環状成形面の周長よりも長い金属板を用い、
上記O曲げ工程では、上記U字形になった金属板を、その突き合わせ端部において金属板長手方向への材料の移動を生じないように拘束して、その板厚が突き合わせ端部において他の部分よりも上記円弧状成形面の凹部の深さだけ外周側に厚くなるようにプレス成形し、
上記O曲げ工程によって、上記管状になった金属板の全周長にわたり、該金属板の内周面から外周側に向かって該金属板の板厚の少なくとも90%の範囲に周方向の圧縮応力を生じさせることを特徴とする金属管の製造方法。 It is a method of manufacturing a metal tube having an O-shaped cross section from a flat metal plate.
The U-bending process of press-molding the flat metal plate into a U-shaped cross section,
It is provided with an O-bending step of press-molding a metal plate formed into a U-shape by the above-mentioned U-bending step so as to form a tubular having an O-shaped cross section.
After the O-bending step, a welding step of laser welding the butt end of the metal plate is provided.
In the O-bending step, a pair of split dies having opposite arc-shaped molded surfaces are used, the curved portion of the U-shaped metal plate is received by one split-shaped arc-shaped molded surface, and the other split die is received. The press molding is performed by combining one of the above split molds.
The other split mold has a recess in a portion corresponding to a position where both ends of the U-shaped metal plate are abutted on the arcuate molded surface.
As the flat metal plate, the length between the ends abutted by the press molding in the O bending step is longer than the peripheral length of the annular molded surface formed by combining the pair of split arc-shaped molding surfaces. Using a metal plate
In the O-bending step, the U-shaped metal plate is restrained so as not to cause movement of the material in the longitudinal direction of the metal plate at the butt end portion, and the plate thickness is the other portion at the butt end portion. Press-molded so that it becomes thicker on the outer peripheral side by the depth of the concave portion of the arc-shaped molded surface.
The compressive stress in the circumferential direction over the entire circumference of the tubular metal plate by the O-bending step from the inner peripheral surface of the metal plate toward the outer peripheral side within a range of at least 90% of the plate thickness of the metal plate. A method for manufacturing a metal tube, which comprises producing a metal tube.
上記O曲げ工程によって、上記管状になった金属板の全周長にわたり、その板厚の全範囲に周方向の圧縮応力を生じさせることを特徴とする金属管の製造方法。 In claim 1,
A method for manufacturing a metal tube, characterized in that a compressive stress in the circumferential direction is generated in the entire range of the plate thickness over the entire circumference of the tubular metal plate by the O-bending step.
上記O曲げ工程では、
上記U字形になった金属板の湾曲部を上記一対の割型のうちの一方の割型の円弧状成形面で受ける第1過程、
上記一対の割型を相対的に接近させていくことにより、当該両割型のうちの他方の割型の円弧状成形面が上記U字形になった金属板の相対する両側壁各々の端部に当接する第2過程、
上記一対の割型のさらなる接近によって、上記相対する両側壁各々の端部が、上記他方の割型の円弧状成形面に案内され該円弧状成形面の最奥部において当該側壁全長にわたって突き合わされた状態になる第3過程、並びに
上記一対の割型のさらなる接近によって、上記相対する両側壁が両外側に膨出変形して当該両割型の円弧状成形面に当接することにより、上記金属板が管状になる第4過程を有し、
上記平板状の金属板の両側端間の長さが上記一対の割型の円弧状成形面を合わせてなる環状成形面の周長よりも長いことにより、上記第4過程において上記管状の金属板に周方向に圧縮応力を生ずることを特徴とする金属管の製造方法。 In claim 1 or 2 ,
In the above O bending process,
The first process of receiving the curved portion of the U-shaped metal plate on the arcuate forming surface of one of the pair of split dies.
By bringing the pair of split dies relatively close to each other, the arcuate forming surface of the other split die of the split dies is U-shaped at the ends of the opposing side walls of the metal plate. Second process of contacting,
Due to the further approach of the pair of split molds, the ends of each of the opposing side walls are guided by the arcuate molded surface of the other split mold and abutted over the entire length of the side wall at the innermost portion of the arcuate molded surface. Due to the third process of becoming a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in a state of being in the same state. It has a fourth process in which the plate becomes tubular,
Since the length between both ends of the flat metal plate is longer than the peripheral length of the annular molded surface formed by combining the pair of split arc-shaped molded surfaces, the tubular metal plate is formed in the fourth process. A method for manufacturing a metal tube, which is characterized in that a compressive stress is generated in the circumferential direction.
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