(57)【要約】【課題】成形したい曲げＲの異なる様々な鋼板の曲げ成形を、同一の成形ロールを用いて行うことができ、しかも曲げ過ぎの部分や曲げ不足の部分の影響を可及的に抑制した鋼板の曲げ成形用ロール及びこれを用いた鋼板のロール曲げ成形方法を提供する。【解決手段】本発明の鋼板の曲げ成形用ロールは、ロール端を原点としロールカリバー上の任意の点において、ロールカリバーに沿った原点からの長さＸと、その点における曲率半径Ｒが、ｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバー形状を持つものである。これを上ロールとし、直線状のロールカリバー形状を持つロールを下ロールとし、これらのロール間に鋼板の両端部を挟んで上ロールのロールカリバー形状に沿って曲げ成形する。上ロールを傾斜させることにより鋼板の曲げＲを変更することができる。【選択図】図４
2008279490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール端からロールカリバーに沿った距離に伴い曲率が連続的に変化する鋼板の曲げ成形用ロールにおいて、ロール端を原点としロールカリバー上の任意の点において、ロールカリバーに沿った原点からの長さＸと、その点における曲率半径Ｒが、ｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバー形状を持つことを特徴とする鋼板の曲げ成形用ロール。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼板の曲げ成形用ロールを上ロールとし、直線状のロールカリバー形状を持つロールを下ロールとしたロール装置を鋼板の両側に配置し、これらのロール間に鋼板の両端部を挟んで上ロールのロールカリバー形状に沿って曲げ成形することを特徴とする鋼板のロール曲げ成形方法。
【請求項３】
上ロールを傾斜させることにより鋼板の曲げＲを変更することを特徴とする請求項３に記載の鋼板のロール曲げ成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫鋼管等の造管工程において、鋼板を連続的に曲げ成形するために用いられる鋼板の曲げ成形用ロール及びこれを用いた鋼板のロール曲げ成形方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電縫鋼管の製造工程においては、多数段の成形用ロールにより鋼板を徐々に曲げ成形して最終的に円形に成形したうえ、端面間を電縫溶接して電縫鋼管が製造されている。この曲げ成形工程は前半のブレイクダウン工程と後半のフィンパス工程とに大別され、特にブレイクダウン工程においては大幅な曲げ加工が行われる。
【０００３】
これらの曲げ成形工程には、鋼板を上下から挟圧するための上ロールと下ロールとからなる成形用ロールが多段に設けられている。従来の成形用ロールは、図１に示すように目的とする曲げ形状に対応する凹形状を備えた下ロールと、この凹形状よりも板厚分だけ小さい凸形状を備えた上ロールとを組みあわせたものであり、これらのロールは鋼板の幅全体に対応する大型のロールであった。
【０００４】
しかし、図１に示すような従来型の成形用ロールでは、鋼板の板厚が設計板厚に近い場合には図１(Ａ)に示すように鋼板が広い範囲でロールと接触するが、鋼板の板厚が設計板厚よりも薄い場合には、図１(Ｂ)に示すように頂点部分だけで鋼板と成形用ロールが接触することとなるため、十分な成形が行えないという問題があった。また上下のロール形状は一定であるため、鋼板材質によって強度や弾性が変化しても常に同じ成形形状となってしまう。このため、スプリングバックなどを考慮した曲げ成形が行えないという問題があった。従って従来は上記の問題を解決するためには、別の成形用ロールと交換しなければならず、多くのコストと時間とを要していた。
【０００５】
そこで特許文献１〜３に示されるように、成形用ロールに種々外径鋼管の曲げ成形を行う際の各ロールフラワーの所要部曲面を含むロールカリバー形状を与えておき、ロール角度を制御することによってロールと鋼板との接触位置を変え、曲げＲを変化させる技術が開発されている。これらの特許文献１〜３の発明では、連続的に曲率半径Ｒが変化するロールカリバー形状、たとえば円のインボリュート曲線等が挙げられている。なお、上下のロールからなる成形用ロールが鋼板の左右両側にそれぞれ配置されており、鋼板の両端部を挟んでロールカリバー形状に沿って曲げ成形が行われるようになっている。
【０００６】
しかし、これらの特許文献１〜３では、「曲げ成形を行う際の各ロールフラワーの所要部曲面を含むロールカリバー形状」と記載されているのみであり、具体的にどのように連続的に曲率半径Ｒを変化させるかについての詳細は開示されていない。また「曲げ成形を行う際の各ロールフラワー」も、目的とする鋼管のサイズや板厚によりさまざまであって、一義的には特定できない。
【０００７】
しかも成形用ロールの曲率半径Ｒを連続的に変化させた場合には、目的とする曲げＲと正確に一致するのはロールカリバー形状の特定部分だけであり、その両側には必ず曲げ過ぎの部分（成形用ロールの曲率半径Ｒが過小の部分）と、曲げ不足の部分（成形用ロールの曲率半径Ｒが過大の部分）とが生ずることとなるため、その調整も必要となる。従って好ましいロールカリバー形状の決定には試行錯誤を要することとなり、成形ロールの最適形状を決定するためには極めて多くのコストと時間とが必要となっていた。また曲率半径Ｒの変化のさせかたによっては曲げ不足あるいは曲げ過ぎが著しく大きくなる場合も存在する。
【特許文献１】特公平３−１２９７５号公報
【特許文献２】特公平３−１２９７６号公報
【特許文献３】特公平３−１２９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の目的は、成形したい曲げＲの異なる様々な鋼板の曲げ成形を、同一の成形ロールを用いて行うことができ、しかも曲げ過ぎの部分や曲げ不足の部分の影響を可及的に抑制した鋼板の曲げ成形用ロール及びこれを用いた鋼板のロール曲げ成形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼板の曲げ成形用ロールは、ロール端からロールカリバーに沿った距離に伴い曲率が連続的に変化する鋼板の曲げ成形用ロールにおいて、ロール端を原点としロールカリバー上の任意の点において、ロールカリバーに沿った原点からの長さＸと、その点における曲率半径Ｒが、ｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバー形状を持つことを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の鋼板のロール曲げ成形方法は、請求項１に記載の鋼板の曲げ成形用ロールを上ロールとし、直線状のロールカリバー形状を持つロールを下ロールとしたロール装置を鋼板の両側に配置し、これらのロール間に鋼板の両端部を挟んで上ロールのロールカリバー形状に沿って曲げ成形することを特徴とするものである。
【００１１】
なお請求項３に記載のように、上ロールを傾斜させることにより鋼板の曲げＲを変更することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鋼板の曲げ成形用ロールは、ロールカリバーに沿った原点からの長さＸと、その点における曲率半径Ｒが、ｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバー形状を持つものであるから、上ロールを傾斜させて鋼板との接触部位を変更することによって、目的とする曲げＲの異なる様々な鋼板の曲げ成形を、同一の成形ロールを用いて行うことができる。
【００１３】
しかも本発明の鋼板の曲げ成形用ロールは、上記のようなロールカリバー形状を持つものであるから、ｄＲ/ｄＸ＝ＢＲ（Ｂは正の定数）のようにＲが大きい場所でＲの増加率がどんどん大きくなるようなロールカリバー形状を持つ成形ロールに比較して、あるいは逆にｄＲ/ｄＸ＝Ｃ/Ｒ（Ｃは正の定数）のようにＲが大きい場所でＲの増加率がどんどん小さくなるようなロールカリバー形状を持つ成形ロールに比較して、曲げ過ぎの部分や曲げ不足の部分の影響を可及的に抑制することができる。このため、適用する外径サイズによらず成形範囲内の成形率の増加量は一定となり、兼用する範囲を広くとっても成形性を低下させることがない。ここで成形率とは成形範囲内のカリバー上のある位置における曲率半径Ｒ/成形範囲のカリバーの平均曲率とする。
【００１４】
また請求項２及び請求項３の鋼板のロール曲げ成形方法によれば、成形用ロールを交換することなく、上ロールの傾斜角度を変更するだけで各種曲げＲの成形を行うことができ、従来に比較してコストダウンをはかることができるとともに、成形用ロールの交換のための無駄な作業時間をなくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図２は、本発明の成形用ロールを用いた鋼板の曲げ成形スタンドを示す断面図である。この成形スタンドの位置は特に限定されるものではないが、この実施形態では電縫鋼管の曲げ成形工程におけるブレイクダウン工程の最初に配置されている。この位置の成形スタンドでは、平板状の鋼板の両端部に最初の曲げが加えられ、全体がゆるやかなＷ型に曲げ成形される。
【００１６】
図２において、１は本発明の成形用ロールである上ロール、２は下ロールであり、これらは左右対称位置に配置されている。３は中央部支持用センターロールであり、下ロール２，２の中央部分に配置されている。上ロール１と下ロール２は曲げ対象となる鋼板１０の両端部を挟み、上ロール１のカリバーに添って曲げ成形する。中央部支持用センターロール３はほぼ円弧状の断面形状を備えたロールであり、鋼板１０の中央部を支えるために位置固定されているが、上ロール１及び下ロール２は鋼板１０の幅方向に移動可能であり、各種サイズの鋼板１０の曲げ加工を行うことができる。また上ロール１は矢印で示すように回転軸を傾斜させることにより、曲げ成形に用いる位置を変えることができる構造となっている。上ロール１の傾斜角度を変更するとともに下ロール２を移動させることによって、様々な曲率の曲げ加工が可能となる。
【００１７】
図１に示した従来型の成形用ロールは上下のロール間に鋼板１０を挟みこんで曲げ成形を行うものであったが、本発明の成形用ロールは図３に示すように、下ロール２と中央部支持用センターロール３とに支持された鋼板１０の端部付近を上ロール１で押し下げる三点曲げによって、上ロール１に鋼板を添わせるように変形させて曲げ成形を行う。この方法によれば鋼板１０の板厚が大きく変化しても成形可能な範囲が極端に小さくなることはない利点がある。
【００１８】
本発明の成形用ロールである上ロール１は、ロール端からロールカリバーに沿った距離に伴い曲率が連続的に変化する成形用ロールである。具体的には、図４に示すように、ロール端を原点Ｏとしロールカリバー上の任意の点において、ロールカリバーに沿った原点からの長さＸと、その点における曲率半径Ｒが、ｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバー形状を持つものである。なおこの実施形態では下ロール２は直線状のロールカリバー形状、すなわち円錐台形状のロールである。
【００１９】
以下に、本発明においてこのようなロールカリバー形状を選択した理由を説明する。
連続的に曲率半径Ｒが変化するロールカリバーを持つ成形用ロールで曲げ成形を行った場合、成形範囲内における曲げＲは当然ながら一定ではなく、連続的に変化する。この様子を図５に示す。ここでは成形範囲内のカリバー上の各点で負荷される曲げＲと成形範囲内の平均Ｒとの比率を成形率と称し、この成形率がカリバー上の位置によりどのように変化するかを示している。
【００２０】
鋼管の周長は鋼管の外側半径に比例するので、曲げ成形に使用するカリバーの範囲幅ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１は、造管したい鋼管の外側半径をＲ０、板厚をｔとすればＲ０−ｔに比例する。つまり、
ΔＸ＝Ｄ（Ｒ０-ｔ）・・・・・(１)
と書ける。ここでＤは正の定数である。
【００２１】
一方で、このとき例えばｄＲ/ｄＸ＝ＢＲ（Ｂは正の定数）のようにＲが大きい場所でＲの増加率がどんどん大きくなるようなロールカリバーを用いてカリバー上の位置Ｘから範囲ΔＸの区間を使用して曲げ成形を行なう場合、その範囲内でのカリバーの曲率半径Ｒの増加量ΔＲは、数１と書ける。
【数１】
2008279490.tif 000003
【００２２】
従来の造管工程では、ブレイクダウンにおける成形の曲率半径Ｒは造管したい鋼管の内側半径Ｒ０に対してある一定比率で設計されている。そこでこれにならい、連続的に曲率半径Ｒが変化するロールカリバーを用いた成形における成形範囲内の平均の曲率半径Ｒｍを鋼管の内側半径Ｒ０-ｔに対して
Ｒｍ＝Ｅ（Ｒ０-ｔ）（Ｅ＞０）・・・(３)
として成形するものとする。
一方でＲｍは、数２に示すとおりである。
【数２】
2008279490.tif 000004
【００２３】
したがって、（１）（２）（４）式から
ΔＲ/Ｒｍ＝ＢＤ（Ｒ０-ｔ）・・・(５)
となり、成形範囲内での曲率半径の増加量率ΔＲ/Ｒｍは造管したい鋼管の内側半径（Ｒ０-ｔ）が大きいところほど大きくなることが導ける。
【００２４】
つまり、Ｒが大きい場所でＲの増加率がどんどん大きくなるようなロールカリバーを持つロールで成形を行うと、成形を兼用する最小外径の成形と最大外径の成形では、図６、図７に示すように成形範囲内での成形率の増加量が大きく変わってしまう。すなわち、外径が大きい場合の成形では図６に示すように成形範囲内の曲げ過ぎと曲げ不足が大きくなり、外径が小さい場合の成形では図７に示すように成形範囲内の成形率の変化量が小さくなり、一定Ｒの成形に近い成形となる。このように、最小外径付近と最大外径付近で成形性に大きな違いが発生してしまうことが分る。
【００２５】
このようなロールカリバーを用いると、兼用範囲を広くとれば取るほど最大外径側では成形範囲内で極端に曲げ不足の部分と曲げ過ぎの部分とが生じることとなり、成形性が大きく低下してしまい好ましくない。また逆に、ｄＲ/ｄＸ＝Ｃ/Ｒ（Ｃは正の定数）のようにＲが大きい場所でＲの増加率がどんどん小さくなるようなロールカリバー形状を持つ成形ロールを用いると、最小外径側で成形性が低下することとなり、好ましくない。
【００２６】
そこで本発明では、成形範囲の増加率と曲率半径Ｒの増加率の比が一定であるｄＲ/ｄＸ＝Ａ（一定値）となるロールカリバーを用いる。このロールカリバーの位置ＸからΔＸの範囲を用いて曲げ成形を行なった場合、その範囲内でのカリバーの曲率半径Ｒの増加量ΔＲは次のように書ける。
ΔＲ＝ＡΔＸ  ・・・・（６）
ここで（１）（３）（６）式から
ΔＲ/Ｒｍ＝ＡＤ/Ｅ・・・・（７）
が導ける。このように適用する外形サイズによらず成形範囲内の成形率の増加は一定となる。また兼用する外径範囲を広く取っても、成形性の低下を最小限に抑制することができる。
【００２７】
このようなロールカリバー形状を上ロール１に持たせ、円錐台状の下ロール３との間に鋼板１０の両端部を挟んで上ロール１のロールカリバー形状に沿って曲げ成形する。このときに目的とする曲げＲで成形ができるように、上ロール１の中心軸を傾斜させる。このような鋼板のロール曲げ成形方法は、上ロール１の傾斜角度を調整することにより鋼板の曲げＲを広範な範囲で調整できるので、従来のように曲げＲの異なる多数種類の成形用ロールを用いる必要がなく、大幅なコストダウンをはかることができるとともに、成形用ロールの交換のための無駄な作業時間をなくすることができる。
【００２８】
なおこの実施形態では下ロール２は中心軸に対して一定角度で傾斜した直線状のロールカリバー形状を持つロールとしたが、下ロールのカリバー形状はこれに限定されるものではない。以下に本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００２９】
鋼管の造管ラインで初段に置かれ板の端部付近を成形する
ロールでカリバーの曲率半径が連続的に変化するロールを例に実施例をしめす。当該ロールで成形する板幅の量を鋼管の内側全周の20％に当たる量とし、カリバー上の最少曲率半径Ｒｍｉｎが10ｍｍ、最大の曲率半径Ｒｍａｘが100ｍｍでカリバーの弧長Ｌが100ｍｍとなる場合について成形ロールを設計する際に本願発明のｄＲ/ｄＸ＝Ａとなる曲線を用いるケースと比較対照として曲率半径の増加率が徐々に大きくなるｄＲ/ｄＸ＝ＢＲとなる曲線を用いるケースでそれぞれ設計を行い、成形範囲内の平均Ｒが成形したい鋼管の内側半径と等しくなるように設定する場合において、板厚2ｍｍで外側半径Ｒ0が30ｍｍ、40ｍｍ、50ｍｍ、60ｍｍ、70ｍｍの管を造管する際の成形範囲内の成形率増加量（ΔＲ/Ｒｍ）を比較する。
【００３０】
今、当該ロールで成形する板幅の量を鋼管の内側全周の20％とするのだからＤ＝0.20×3.14＝0.628。また成形範囲内の平均Ｒが成形したい鋼管の内側半径と等しくするのだからＥ＝1。ｄＲ/ｄＸ＝Ａとなる曲線を用いるケースにおいては、式（６）からＡ＝（Ｒｍａｘ-Ｒｍｉｎ）/Ｌ＝0.9となる。一方、ｄＲ/ｄＸ＝ＢＲとなる曲線を用いるケースにおいては式（２）から数３の式を導くことができるので、式（8）からＢ＝0.023。
【数３】
2008279490.tif 000005
【００３１】
以上のようにＡとＢがさだまれば成形率の増加量は式（５）と式（７）からそれぞれ計算できるので、外側半径毎の成形範囲内の成形率増加量をグラフにすると図８のようになり、本願発明のケースでは外側半径によらず成形範囲内の成形率増加が一定である一方で、比較例のケースでは外側半径が大きくなるのに合わせて成形率が増加していきロールの兼用範囲内で曲率が大きく変化してしまうことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来の成形用ロールを示す断面図である。
【図２】本発明の成形用ロールを用いた成形スタンドを示す断面図である。
【図３】本発明の成形用ロールを用いた曲げ成形の様子を示す断面図である。
【図４】本発明の成形用ロールのロールカリバー形状の説明図である。
【図５】曲げ範囲内の局率半径の変化を示すグラフである。
【図６】最大外径付近での成形率を示すグラフである。
【図７】最小外径付近での成形率を示すグラフである。
【図８】実施例における外側半径と成形率の増加量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１  上ロール
２  下ロール
３  中央部支持用センターロール
１０  鋼板
【図１】
2008279490.tif 000006
【図２】
2008279490.tif 000007
【図３】
2008279490.tif 000008
【図４】
2008279490.tif 000009
【図５】
2008279490.tif 000010
【図６】
2008279490.tif 000011
【図７】
2008279490.tif 000012
【図８】
2008279490.tif 000013