(57)【要約】  本発明は、軸線方向で摺動可能な２つの加圧パンチの間で固定された出発外径と出発肉厚と出発長さとを有する管をその内部に発生可能な液圧を利用して‐出発管に比べて‐別の外径または別の長さおよび／または別の肉厚を有する仕上げ管へと成形するための方法および装置である。
2005510363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向で摺動可能な２つの加圧パンチの間で固定された出発外径と出発肉厚と出発長さとを有する管をその内部に発生可能な液圧を利用し、出発管に比べて別の外径または別の長さおよび／または別の肉厚を有する仕上げ管へと成形するための方法であって、
出発管がその全長にわたって同時かつ均一に冷間加工され、
‐内部液圧を高めかつ加圧パンチの軸線方向距離を維持するとき、外径が増大し同時に肉厚が減少するようにし、
‐内部液圧を高めかつ加圧パンチの軸線方向相互距離を減少させるとき、外径が増大し肉厚が維持されかつ管長さが減少するようにし、
‐内部液圧を維持し加圧パンチの軸線方向相互距離を減少させかつ管の出発外径を維持するとき、管長さが減少しかつ肉厚が増大するようにし、
内部液圧値と加圧パンチの軸線方向摺動と管端に作用するその加圧力が相互に調整されるようにしている方法。
【請求項２】
出発管から仕上げ管への成形が連続的に一定した速度で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
成形度は材料に依存して、加工硬化をもたらす組織変化が現れるように選択されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
管の外径を増大する間は、内部圧力が下げられ、かつ管端に対する加圧パンチの加圧力が適合されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
加圧パンチがこれに向き合う管端の正面にのみ作用することを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
加圧パンチの軸線方向相互距離の変更は、一方または両方の加圧パンチの摺動によって行われることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
成形された管が２１９ｍｍよりも大きな外径を有していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
成形時に、出発外径の少なくとも１．５倍の外径増大が単一の工程で行われることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
継目無管が出発管として利用されることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１〜９記載の方法に従って管を成形するための装置において、
‐少なくとも一方が他方に対して相対的に軸線方向で摺動可能に支承され、かつ摺動駆動装置によって無段式に移動可能である軸線方向で互いに整列した２つの加圧パンチ（７，８）と、
‐加圧パンチの正面が、固定されるべき管（１）用の平らな当接面として構成されていることと、
‐固定された管内に内部圧力を増成するための圧力発生装置と、
‐加圧パンチ（７，８）の軸線方向運動と固定された管の正面に対する加圧パンチの加圧力と内部圧力値とを相互に独自に設定可能とする制御装置とを備えていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
固定されるべき管を加圧パンチ（７，８）に対して整列可能とする心出し装置が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
加圧パンチ（７，８）の正面に密封要素が設けられており、これらの密封要素が、固定された管の末端に至る移行部を密封するようになっていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
加圧パンチ（７，８）の間に支持部が挿入可能であり、この支持部は、成形されるべき管の外寸を限定していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
支持部が密閉型からなっていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
支持部は、全体で密閉型を形成する複数の殻状切片で構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管を成形するための方法およびこの方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に管径の比較的大きい管を製造するためには、圧延薄板または帯板からオープンシーム管を成形し、次にオープンシーム管の縦エッジを溶接することが知られている。このような鋼管はごく高い圧力用に適しており、その肉厚および表面性状に対して比較的大きな精度を有している。それらは、例えば発電所または石油化学におけるように、高い限界荷重が求められる特殊な応用分野で利用されている。この方法の欠点としては、定形圧延による管の精密製造がきわめて多くの時間を要し、従って費用が掛かってしまうということである。
【０００３】
さらに、内部高圧成形法において、出発材として役立つ素材管から所要の部材幾何学の複雑な中空部材を熱処理なしに冷間成形によって製造することが知られている。通常、所要の部材幾何学に対応した内型を有する外側型工具が利用され、この内型は高い内部液圧を素材管に同時に加えながら、素材管を所要の形状に形成している。「ハイドロフォーミング」とも称されるこの方法は、例えば、特許文献１に記載されているような配管用付属品のためのハウジング等の複雑な中空部材を製造するのに利用されている。
【０００４】
さらに特許文献２により、管の矯正を目的に比較的薄肉の管を内部液圧によって僅かに拡管させることが公知であり、縦方向で分割された一連のスリーブからなる外側成形工具が使用され、スリーブは拡張過程中に管を密に取り囲む成形ダイを形成している。拡管された管の製造は、この公知方法の場合、成形ダイのスリーブ半片の各対用に高価な操作機構を必要としている。さらにこの方法は、比較的薄肉の素材管の矯正を必要とする等の限定された程度でのみ実行可能である。直径の著しく大きい管の製造は、実行可能でない。
【特許文献１】国際公開第９９／５２６５９号パンフレット
【特許文献２】独国特許出願公告第１０８１８５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、ごく異なる外径およびさまざまな肉厚を有する管を簡単に製造可能とする方法を提供することである。この方法を実施するための装置を提供することも課題に含まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、本発明に係る請求項１のステップを含む方法と請求項１０の特徴を有する装置とによって解決される。有利な諸構成および諸展開は各従属請求項の対象である。
【０００７】
詳細には、本発明は、軸線方向で摺動可能な２つの加圧パンチの間で固定された出発外径と出発肉厚と出発長さとを有する管をその内部に発生可能な液圧を利用して‐出発管に比べて‐別の外径または別の長さおよび／または別の肉厚を有する仕上げ管へと成形するための方法であって、
出発管がその全長にわたって同時かつ均一に冷間加工され、
‐内部液圧を高めかつ加圧パンチの軸線方向距離を維持するとき、外径が増大し同時に肉厚が減少するようにし、
‐内部液圧を高めかつ加圧パンチの軸線方向相互距離を減少させるとき、外径が増大し肉厚が維持されかつ管長さが減少するようにし、
‐内部液圧を維持し加圧パンチの軸線方向相互距離を減少させかつ管の出発外径を維持するとき、管長さが減少しかつ肉厚が増大するようにし、
内部液圧値と加圧パンチの軸線方向摺動と管端に作用するその加圧力が相互に調整されるようにしている方法である。
【０００８】
本発明の核心は、成形されるべき管の材料の種類を考慮し、必要とされる肉厚および外径に依存して内部圧力ＰHと軸線方向圧力ＰMとを相互に適切に調整することである。中空形材、特に大径管を製造するための従来の熱間成形または精密圧延等の方法に比べて、本発明は最少の肉厚において高い圧縮応力にも耐える比較的大きな直径／肉厚比を有する管が製造可能であるという利点を有している。内部高圧を利用した冷間成形によって、高い品質要求を満足し、かつ付加的品質検査を無用とする中空形材が得られることになる。これは、成形時において基本的に圧力試験が既になされたことから生じるものである。しかも、本発明に係る方法での製造時間は、例えば大径管を製造するための従来方法に比べて著しく短くなる。他の利点は、比較的高価な材料からなる管も従来よりも少ない材料支出で製造可能になるということである。これは、成形時の加工硬化によってもたらされる高い強度特性、もしくは厳しく守ることのできる肉厚公差によって、直径が大きい場合でも管は、例えば最大許容応力等の荷重要求が同じであると、比較的薄肉に構成しておくことができるからである。
【０００９】
本発明に係る方法の特別な利点は、外径および肉厚に関する特殊な顧客要望を成形条件の適切な調整によって簡単に問題なく満たすことができ、手間のかかる高価な装備変更を必要としないことにある。
【００１０】
成形自体にとって大切なのは、出発管から仕上げ管に至る成形が連続的に一定した速度で行われることである。
【００１１】
その際、成形度は材料に依存して、加工硬化をもたらす組織変化が現れるように選択することが可能である。
【００１２】
ごくさまざまな外径、肉厚および最終管長さを達成できるようにするために、個々の成形条件の調整が必要である。これには、加圧パンチの軸線方向摺動および成形されるべき管内の内部圧力の変更が含まれている。例えば、管の外径を増大する間は、内部圧力が下げられ、かつ管端に対する加圧パンチの加圧力が適合されることも考慮されなければならない。
【００１３】
さらに、加圧パンチがこれに向き合う管端の正面にのみ作用することは、本方法にとって重要である。固定された管の自由加工は実質的に行われることになる。すなわち、従来の方法で利用されたような金型は利用されない。これは実質的に、外径拡大を行わない場合にも、つまり肉厚のみを高めなければならない場合にも妥当するものである。その際、壁が厚くなればなるほど固有強度がますます十分となるので、当初にのみ壁の僅かな支えが行われることになる。
【００１４】
加圧パンチの軸線方向相互距離の変更は、一方または両方の加圧パンチの摺動によって行うことが可能である。
【００１５】
成形された管は２１９ｍｍよりも大きな外径を有し、成形時に出発外径の少なくとも１．５倍の外径増大が単一の工程で行われ、また継目無管が出発管として利用されるとき、本発明に係る方法は特別有利である。
【００１６】
従って、本発明に係る方法によって、特殊用途用の精密管は、意外なほど簡単に、かつ高い精度で、すなわち厳しい寸法公差内にある状態で、同時に材料を節約して製造することが可能である。また、圧縮ひずみによる管の「座屈」を防止する値よりも内部圧力が常に上であるように、かつ所要の肉厚もしくは要求される肉厚でまたは肉厚と同時に要求される形材長さで中空形材の連続的拡管もしくは直径増大が生じるように、内部圧力ＰHと軸線方向圧力ＰMとの調整が行われる。
【００１７】
内部高圧成形前後の外径寸法比は、１：１．５よりも大きな比であり、出発直径と最終直径１：３までの材料に依存した各限界内である。これにより、大径管は比較的小さな直径の管もしくは中空形材から製造することが可能となる。本方法は、例えば大径管用の圧延または熱間成形等の従来の製造方法よりも安価かつ容易に実施可能である。その際、大きな直径とは、２１９ｍｍから１０００ｍｍ超の外径範囲である。
【００１８】
各プロセスパラメータ、特に印加される内部圧力ＰH、印加される軸線方向圧力ＰMおよび加圧パンチの軸線方向距離が出発材として役立つ素材管もしくは得られた仕上げ管の材料および幾何学にそれぞれ依存して記憶されると有利である。記憶されたこれらのデータは特殊な顧客要望、すなわち特殊管の製造時に基準値として利用することができ、獲得されるパラメータによって持続的に補充することができる。品質と製造信頼性が高まり、もしくは不良品の生産が著しく減少することになる。
【００１９】
請求項１〜９に記載の方法に従って管を成形するための本発明に係る装置は、
‐少なくとも一方が他方に対して相対的に軸線方向で摺動可能に支承され、かつ摺動駆動装置によって無段式に移動可能である軸線方向で互いに整列した２つの加圧パンチと、
‐加圧パンチの正面が、固定されるべき管用の平らな当接面として構成されていることと、
‐固定された管の内部圧力を増成するための圧力発生装置と、
‐加圧パンチの軸線方向運動と固定された管の正面に対する加圧パンチの加圧力と内部圧力値とを相互に独自に設定可能とする制御装置とを備えている。
【００２０】
有利な１態様によれば、固定されるべき管を加圧パンチに対して整列可能とする心出し装置が設けられている。
【００２１】
さらに、加圧パンチの正面に密封要素が設けられており、これらの密封要素が固定された管の末端に至る移行部を密封するようになっている。
【００２２】
加圧パンチの間に支持部が挿入可能であり、この支持部は、成形されるべき管の外寸を限定している。
【００２３】
この支持部は、全体で密閉型を形成する複数の殻状切片で構成されている。
【００２４】
この装置により、大径管、例えば２１９ｍｍよりも大きい直径とごく僅かな肉厚とを有する管を冷間成形にて製造することができ、その肉厚は、例えば規格類で要求される荷重状態についての最低肉厚のごく近くにある。規格類とは、管についての例えばＩＳＯ規格、ＥＮ規格またはＤＩＮ規格等の標準規格とするものである。制御装置によって、プレス過程は適切に最終結果に、すなわち製造されるべき管の中空形材幾何学に設定可能となるので、精密管はごく簡単にかつ時間を節約して製造することができる。
【００２５】
成形時に加工硬化が達成可能であり、しかもこれが、拡張と延伸とによって引き起こされる材料組織変化によってなされることは既に触れた。こうして製造される管は、従来の方法で製造された‐未処理‐管に比べて、均一で微細な組織構造を有している。この微細な組織構造は、強度値の向上と同時にごく小さな公差偏差をもたらすことになる。本質的なことは、これがすべて単一のプロセスステップ、つまり成形において達成され、従って他の‐費用の掛かる‐熱処理を必要としないということである。
【００２６】
加工硬化によって全般的に管の強度値、特に降伏点と引張強度が高められることになり、その結果、このような管は、熱間成形法によって製造される中空形材に比べて、比較的薄い肉厚でも高い強度特性を有している。例えば、圧延法によって製造された金属管に比べて本発明に係る金属管は、表面および肉厚がごく小さな公差範囲内で製造可能である利点を有している。熱間成形時の圧延加工に基づく寸法偏差は、ここには存在していない。
【００２７】
好ましい１実施形態によれば、中空形材は、実際の肉厚が計算上の最低肉厚付近または僅かにその上である。公差超過は、精密管の公差超過よりもかなり下であり、特に、要求される圧縮強さに対応した肉厚に対して製造されるべき中空形材の最低肉厚の５％未満の公差偏差である。寸法偏差が小さいことによって、従来の方法で製造される管に比べて材料が節約されることになる。このことは、特に特殊材料または高価な金属合金において、または用途に関係した重量問題の場合に、有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参考にして本発明の１実施形態を説明する。
【００２９】
本発明を具体的に説明するために、本発明に係るプレス装置が図１に略断面図で示されており、出発材として役立つ外径ＤAの素材管１がプレス工具２の内部に配置されている。このプレス工具は、工具上部３と工具下部４とから構成されている。これら工具は、それぞれ機台５上と、上から作用するプレス装置６上に設けられており、機台およびプレス装置は、内部高圧を利用して素材管１を拡管する間、２部分構成の工具型３，４を密閉保持するようになっている。側方には、それぞれ加圧パンチ７，８が設けられており、加圧パンチは、一方が高圧内部液圧ＰHを印加するために素材管１の正面側末端を密封し、他方が機械的軸線方向圧力ＰMを管１に加えるために設けられている。図１に示すように、図示しない圧力発生装置から作動液圧を素材管１の内部に供給するために、右側加圧パンチ８内には中心貫通穴９が設けられている。両方の工具半片３，４である工具上部３と工具下部４は、素材管１の製造されるべき最終直径ＤEに合わせて同一の内部形状を有し、交換可能に装置上に取付けられている。工具上部３が上パンチ１０上に取付けられているのに対して、工具下部４は交換可能に機台５上に取付けられている。
【００３０】
本発明に係る方法を実施するとき、図１に矢印で示すように、高い内部液圧ＰHおよび機械的軸線方向圧力ＰMは、それぞれ加圧パンチ７，８の側から素材管１に、調整された仕方で同時に加えられ、製造されるべき金属管１１の所要の部材幾何学は、図２に示すように高精密に、すなわち厳しい寸法公差で製造可能となっている。
【００３１】
図２からわかるように、本発明に係る方法を適用した後の金属管１１は、工具上部３および工具下部４の内面に至るまで充実成形され、すなわちプレスされ、製造されるべき素材管１１の所要の肉厚ｄEは、製造されるべき最低肉厚の５％未満の寸法偏差内で形成されている。高圧内部液圧ＰHと、側部加圧パンチ７，８の機械的軸線方向圧力ＰMと、加圧パンチの軸線方向距離ａとの調整は、図示実施例では約２倍である直径増大がなされるにもかかわらず製造されるべき金属管の肉厚ｄEを正確に製造できるように行われている。要求される肉厚ｄEと拡管度とに応じて、製造された管１１は出発素材管１に比べて短縮されている。こうして、大きな直径とごく僅かな肉厚とを有する精密管は、単一のかつ意外なほど簡単な生産ステップで製造することができる。それとともに、本発明によって特に高価な材料からごく簡単に特殊管を製造することができる。
【００３２】
本発明に係る方法が提供する可能性を以下で実施例に基づいて説明する。
【００３３】
出発製品は、それぞれＮＰＳ８’’、Ｓｃｈｅｄ．８０Ｓ（１２．７０ｍｍ）、長さ６．００ｍである。
【００３４】
１．直径を一定に留め、肉厚を増して長さを減らす場合に製造できるのは：
Ｓｃｈｅｄ．１００（１５．０６ｍｍ）、長さ５．１２ｍの管
Ｓｃｈｅｄ．１２０（１８．２４ｍｍ）、長さ４．２９ｍの管
Ｓｃｈｅｄ．１４０（２０．６２ｍｍ）、長さ３．８４ｍの管
Ｓｃｈｅｄ．１６０（２３．０１ｍｍ）、長さ３．４９ｍの管
Ｓｃｈｅｄ．ｘｘｓ（２２．２３ｍｍ）、長さ３．５９ｍの管
【００３５】
２．直径を増大させ、肉厚を一定に留めて長さを減らす場合に製造できる管：
ＮＰＳ１９’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ４．７６ｍ
ＮＰＳ１２’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ３．９８ｍ
ＮＰＳ１４’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ３．４８ｍ
ＮＰＳ１６’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ３．１５ｍ
ＮＰＳ１８’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ２．７９ｍ
ＮＰＳ２０’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ２．５０ｍ
ＮＰＳ２２’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ２．２７ｍ
ＮＰＳ２４’’  Ｓｃｈｅｄ．８０  長さ２．０８ｍ
【００３６】
３．直径を増大させ、肉厚を減少させて長さを一定に留める場合に製造できる管：
Ｓｃｈｅｄ．４０Ｓ（＋）  ＮＰＳ１０’’  １０．１９ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．３０（＋）    ＮＰＳ１２’’  ８．５９ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．２０（‐）    ＮＰＳ１４’’  ７．８４ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．１０（＋）    ＮＰＳ１６’’  ６．８６ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．１０（‐）    ＮＰＳ１８’’  ６．０９ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．１０Ｓ        ＮＰＳ２０’’  ５．４８ｍｍ
Ｓｃｈｅｄ．１０Ｓ（‐）  ＮＰＳ２２’’  ４．９９ｍｍ
ＮＰＳ２４’’  ４．５７ｍｍ
【００３７】
これらの実施例は‐１つの出発寸法から出発して‐ごくさまざまな寸法の管を製造できる多様な可能性を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るプレス装置と、本発明に係る方法を適用する前の出発材としての小径素材管との略断面図である。
【図２】図１のプレス装置と本発明に係る方法の適用後の大径素材管との略断面図である。
【図１】
2005510363.tif 000003
【図２】
2005510363.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月12日(2003.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
軸線方向で摺動可能な２つの加圧パンチの間で固定された出発外径と出発肉厚と出発長さとを有する管をその内部に発生可能な液圧を利用し、出発管に比べて別の外径または別の長さおよび／または別の肉厚を有する仕上げ管へと成形するための方法であって、
出発管がその全長にわたって同時かつ均一に冷間加工され、
‐内部液圧を高めかつ加圧パンチの軸線方向距離を維持するとき、外径が増大し同時に肉厚が減少するようにし、
‐内部液圧を高めかつ機械的軸線方向圧力によって加圧パンチの軸線方向相互距離の減少を引き起こすとき、外径が増大し肉厚が維持されかつ管長さが減少するようにし、
‐内部液圧を維持し、機械的軸線方向圧力によって加圧パンチの軸線方向相互距離の減少を引き起こしかつ管の出発外径を維持するとき、管長さが減少しかつ肉厚が増大するようにし、
内部液圧値と機械的軸線方向圧力値と加圧パンチの軸線方向摺動と管端に作用するその加圧力が相互に調整されるようにしている方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
出発管から仕上げ管への成形が連続的に一定した速度で行われることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【国際調査報告】
2005510363.tif 000005
2005510363.tif 000006
2005510363.tif 000007
2005510363.tif 000008
2005510363.tif 000009
2005510363.tif 000010