专利名称：使用弯管辊的管子成形装置、成形方法及管子的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用弯管辊的管子成形装置、成形方法及管子，特别是涉及适合于制造高强度厚壁长管的、使用由配设在板材一侧上的数个辊子(例如下辊)和配设在数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊(例如上辊)构成的弯管辊的管子成形方法，含有弯管辊的管子成形装置，使用该管子成形装置的成形方法，及用这些成形装置或成形方法所成形的管子。
制造管子等钢管时，在进行大批量生产时，在管子外径较小的情况下用电焊管机进行制造，在管子外径较大情况下用UOE机组进行制造。
另外，在小批量生产领域，生产管子的板子较厚时，采用下述方法如
图1所示，将板材10夹在压力弯曲机20的弯曲模22与压模24之间，通过用压力机多次(例如50次以上)反复地进行加工而弯曲的方法；在生产管子的板厚较薄时，采用下述方法例如如图2所示的由3个辊子构成的塔形辊式弯曲机30，用3个弯管辊边送入板材10边以曲率半径p连续地进行弯曲的方法，上述3个弯管辊由以下辊子构成，即由配设在板材10的下侧、用电动机(省略图示)驱动的一对下辊32及配设在位于该下辊32中间的板材10的上侧的、可调整压入量S的上辊34构成。
使用该弯管辊制造管子时，具体地说，如图3所示，例如用气体和氧等离子切割方式的龙门式自动气割机40进行切断和坡口加工，然后，为了对不能由弯管辊弯曲的板端部预先进行弯曲，例如用油压压力机42进行端部弯曲加工，接着，例如用图2所示的3个辊子配置成塔形的辊式弯曲机30进行辊式弯曲加工，再接着，用内外表面焊接装置4b进行临时定位焊接、内表面焊接和外表面焊接，然后用端面加工机(省略图示)切削端面，用喷丸清理装置(省略图示)经过喷丸清理处理后送往试验和检查部门。另外，在辊式弯曲加工(或临时定位焊接后)的下道工序中有时为了提高正圆度而插入弯曲矫正加工。弯曲矫正加工是与辊式弯曲加工基本相同的加工方式。
这种使用弯管辊的管子制造方法具有以下各种优点，即通过调整上辊34的压入量S可容易地变更成品的外径，故可进行多品种、小批量生产，并且设备费用比UOE机组等要低。
但是，这种方法存在下述问题由于难以控制弯管辊，特别是上辊34的弯曲，故如图4所示，所制造的管子12的中央部位易产生开口12A，不能制造负荷大、辊子易弯曲的高强度厚壁长管。
这是由于上辊34仅由两端部的轴承支承，以及上辊34的外径Dwu因几何学的关系必须小于成品管的内径，故上辊的外径Dwu受产品管径的限制。另外，下辊32在其外侧可以设置一些加强用的支承辊，下辊的弯曲是可以控制的。
另外，使用上述压力弯曲机制造管子的方法与使用辊式弯曲机制造管子的方法相比，前者虽然可以制造厚壁管，但由于必须反复多次用压力机进行加工，故存在生产率低、成本高的问题。
为了解决上述使用辊式弯曲机制造管子的方法所存在的问题，特开昭53-128562提出了以下方案，即如图5所示，用支承梁36从上辊34的上方通过上支承辊35边施加压力边进行成形。在该图中，33是下支承辊，用于抑制下辊32的弯曲。
按照该方法可减少上辊34的弯曲，其结果，由于可抑制开口，故可容易地制造高强度厚壁长管。
另外，与管子直径相对应，采用较大直径的上辊，因可防止上辊弯曲，因此也可制造高强度厚壁长管。
然而，采用这些方法，虽然可以制造大直径管子，但难以制造小直径管子。这是因为制造小直径管子时在上辊34与管子12之间没有使用支承梁36的相应空间，而且上辊34的辊子外径Dwu受成品(12)的管子内径所限制，故必须单独使用小直径的上辊34。其结果，制造小直径管子时不能抑制上辊弯曲，有可能产生开口或者超过上辊弯曲的允许极限值。
本发明是为了解决上述以往的问题而提出的，其目的是在辊子的弯曲允许限度范围内，使管子长度方向中央部位产生的开口减小，并使管子的形状得到改善。
1、本发明(以下称为发明1)是通过在具备配设在板材一侧上的数个辊子和配设在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊的使用弯管辊的管子成形装置上，通过设置辊子间距设定机构和压入量设定机构而解决了上述课题，上述辊子间隔设定机构的作用是可将上述数个辊子的间距设定在比对向辊直径和数个侧辊直径之和大的范围内，上述压入量设定机构的作用是可将对向辊压入上述数个侧辊的相对压入量设定在比数个侧辊半径大的范围内。
另外，本发明是用上述管子成形装置，将上述数个辊子的间距设定为大于对向辊直径和数个侧辊直径之和，并且将压入量设定为大于数个侧辊的半径，对材料进行成形，便解决了上述问题。
2.本发明(以下称为发明2)是在具备配设在板材一侧上的数个辊子和配设在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊的使用弯管辊的管子成形方法中，与成品管外径Dp和数个侧辊直径Dwl相对应地将数个辊子的间距L设定为下述范围的值，对材料进行成形，(Dp+Dwl)＞L≥0.85(Dp+Dwl)………(1)这样，便解决了上述问题。
3.本发明(以下称为发明3)是在具备配设在板材一侧上的数个辊子和配设在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊的使用弯管辊的管子成形方法中，采用预先将前后两端部向上端弯曲至管子周长的1/5以上的材料，并成形至辊子弯曲区域小于管子周长的3/5，这样，便解决了上述问题。
图1是对使用以往的压力弯曲机的钢管制造方法进行说明用的主视图。
图2是对使用辊式弯曲机的钢管制造方法进行说明用的主视图。
图3是对使用辊式弯曲机的钢管制造工艺进行说明用的主体图。
图4是表示用以往的辊式弯曲机制造时管子上所产生的开口的立体图。
图5是表示为解决开口问题的特开昭53-128562中所提出的方法的主视图。
图6是为说明本发明原理用的图，是表示压入量与上辊负荷关系的例子的曲线图。
图7是表示加大下辊间距后的状态及在较大的下辊间距状态下压入上辊的状态的主视图。
图8是表示出口侧成品管直径与上辊负荷关系的例子的曲线图。
图9是表示在较大的下辊间距的状态下压入上辊的状态及下辊间距过大的状态的主视图。
图10是表示L＝(Dp+Dwl)与负荷P/Po关系的例子的曲线图。
图11是表示下辊间距与负荷关系的例子的曲线图。
图12是表示最终道次的曲率变化率与负荷关系的例子的曲线图。
图13是表示在研究本发明时调查管子中央部位的开口量曲率分布的结果曲线图。
图14是表示研究本发明时，变更端部弯曲区域的比率，调查开口量的结果曲线图。
图15是为说明本发明原理用的图，是表示加大下辊间距后的状态的主视图。
图16是表示本发明的管子成形装置实施形态的主视图。
图17是表示本发明的管子成形装置实施形态的侧视图。
图18是表示本发明实施形态的上辊压入量和下辊间距的变更顺序一例的曲线图。
图19同上，是表示另一例子的曲线图。
图20同上，是表示又一例子的曲线图。
图21是对用比较例和本发明方法制造直径为700mm管子时的开口量进行比较、表示的曲线图。
图22是对用比较例和本发明方法制造直径为500mm管子时的开口量进行比较、表示的曲线图。
图23是表示出口侧成品管直径与上辊负荷关系的例子的曲线图。
图24是表示用辊式弯曲机的钢管制造工艺另一例的工艺流程图。
图25是表示用辊式弯曲机的钢管制造工艺又一例的工艺流程图。
图26是对用比较例和本发明方法的一例制造直径为500mm管子时的开口量进行比较、表示的曲线图。
图27同样是对用比较例和本发明方法的另一例制造直径为500mm管子时的开口量进行比较、表示的曲线图。
图28是将本发明实施形态的管子成形后的曲率分布与以往方法比较、表示的曲线图。
图29是对用比较例和本发明方法制造直径为500mm管子时的开口量进行比较、表示的曲线图。
关于发明1在将图2所示的数个侧辊即下辊的间距L设定为一定值，用弯管辊进行管子成形的情况下，调查压入量S与对向辊即上辊负荷的关系，将调查结果示于图6。作为调查对象的下辊32的直径Dwl为350mm，上辊34的直径Dwu为400mm。如图中标记○所示，如以往那样，在下辊间距L为600mm、即比下辊直径与上辊直径之和750mm小的情况下，负荷始终较高，但如图中标记●所示，当将下辊间距L加大到800mm、即比下辊直径与上辊直径之和750mm大时，负荷减小。加大下辊间距L、并且使压入量S增大到比下辊半径Rwl＝175mm大时，负荷进一步减小。这种状况示于图7。
加大下辊间距L时负荷减少，其原因如图7(a)所示，由于产生弯曲所需要的力矩时力矩长度M增大，下辊的负荷相应地减小，结果上辊的负荷也减小。
另一方面，下辊间距L加大、且压入量S增大时，负荷进一步减小，这完全是新的见解，如图7(b)所示，主要原因是由于上辊34落入下辊32之间，下辊负荷的施加方向发生了变化。即，下辊的负荷本身没有减小，但负荷的施加方向角度θ减小，故作用在上辊上的负荷减小。
下辊负荷的施加方向角度θ减小的条件、即上辊落入下辊之间的几何学关系成立的必要条件如下。
①为了使上辊34落入下辊32之间，下辊间距L必须大于上辊34的直径Dwu与下辊32的直径Dwl之和。
②具体考虑上辊34落入下辊32之间的状况，上辊34的压入量必须大于下辊32的半径Rwl。
但是，由于上辊的压入量S、下辊的间距L及与上、下辊34、32接触并成形的管子12的管径Dp之间存在几何学关系，因此若指定管径Dp，则上辊的压入量S和下辊间距L产生一定的关系，各自不能单独设定。即，对于各管径Dp，为使上述2个条件同时满足，下辊间距L必须是可以变更的。在这种情况下，下辊间距L可以不一定必须是可连续设定的。即如果通过更换下辊32、调整下辊间距L使上述2个条件满足，当然包括在本发明范围内。
若满足上述条件，则作用在上辊34上的负荷可大幅度减小，因此，也可抑制上辊34的弯曲。其结果，对于不能使用支承梁或大直径上辊的小直径管子，也能抑制开口，例如可以制造厚度大于20mm、管长大于5mm，强度大于40kgf/mm2的高强度厚壁长管。
本发明是采用上述管子成形装置，将上述数个辊子的间距始终设定成比对向辊的直径与数个侧辊的直径之和大，并且为了可以在最终将上述压入量设定为大于数个侧辊的半径，要与道次的进行相对应，边减小辊子间距边对材料进行成形，这样便解决了上述课题。
并且，是在进行前半道次时，将上述压入量压入到大于数个侧辊半径的规定位置，在进行后半道次时，减小上述辊子间距，对材料进行成形，便解决了上述课题。
在将数个侧辊即下辊间距L设定为一定值，用弯管辊成形管子的情况下，对各道次的管子直径Dp与负荷的关系进行了调查，调查结果示于图8。在下辊间距L较小的情况下，随着道次的进行，管子直径越小，对向辊即上辊的负荷增大，在如图中○标记所示的下辊间距为600mm的情况下不能进行管子制造。将下辊间距L加大到如图中△标记所示的800mm时，与下辊间距较小的情况相比，负荷减小。在这种情况下，随着道次的进行，管子直径变小时，负荷急剧地减小。另外，将下辊间距L加大到如图中□标记所示的1000mm时，虽然中途道次的负荷减小，但不能成形到最终直径。
即，在管子直径较大的状态下进行前半道次时，如图7(a)所示，如果加大下辊间距L，产生弯曲所需的力矩时力矩长度M增大，故下辊负荷相应地减小，其结果，上辊负荷也减小。
另一方面，在管子直径较小的状态下进行后半道次时，如图7(b)所示，如果将下辊间距L加大到适当长度，则由于上辊34落入下辊32之间，下辊负荷的施加方向发生变化，使负荷大幅度减小。即，下辊32的负荷本身没有减小，但由于负荷的施加方向角度θ变小，故作用于上辊的负荷减小。若过于加大下辊间距L，则管子12完全落入下辊32之间，其后就不能进行成形。
假如可以在最终将上辊的压入量S设定为比下辊半径Rwl大，则最终的下辊负荷的施加方向角度θ减小。即，由于使上辊落入下辊之间的几何学关系成立，故可抑制开口量。但是，如果仅仅这样，在上述减小负荷的机械不起作用的中途道次中，因负荷大而使辊子弯曲，上辊不可避免地超过允许弯曲极限值。
然而，由于在中途道次之前管子直径大，故即使将下辊间距L设定得较大，管子也不会完全落入下辊之间。即，在管子直径大的中途道次之前，设定为大的下辊间距L，减小负荷，并且在最终道次附近，随着下辊负荷的施加方向角度θ减小，通过减小下辊间距L，可以时常减小负荷。
具体地说，要像下述那样设定各道次的下辊间距和上辊压入量。
即，首先以可设定的最大量设定下辊间距L。在前半道次，在这种大的下辊间距L下对上辊34进行压入，减小管子直径，直到设定到最终的压入量S(上辊必须落入下辊之间，故大于下辊半径Rwl)为止。在后半道次，在上述的最终压入量S的条件下减小下辊间距L，使管子直径减小而完成成形。
按照该方法，确实可以完满地利用下述两方面的效果，即通过加大下辊间距L而使负荷减小的效果、和由于下辊负荷的施加方向角度θ减小而使负荷减小的效果，故可以始终进行低负荷的成形。
这样，对于不能使用支承梁或大直径上辊的小直径管子，也可以在上辊允许限度的范围内进行成形，并且可以抑制开口，故可以制造高强度厚壁长管。
关于发明2如图8所示，把作为数个侧辊即下辊间距L设定为一定值，根据用弯管辊成形管子情况下的各道次的管径Dp与负荷的关系，用○标记表示的下辊间距为600mm时是不可能制造管子的。为△标记所示那样，当增大到800mm时，与下辊间距小的情况相比，负荷减小。另外，为图中□标记所示，将下辊间距L增加到1000mm时，虽然中途道次的负荷减小，但不能成形为最终成品直径。
与最终管径相对应的辊子配置状况示于图9。如图9(a)所示，将下辊间距L增加到适当长度时，上辊34便落入下辊32之间，下辊负荷的施加方向发生变化，负荷大大减小。即，下辊32的负荷本身虽未减小，但由于负荷的施加方向角度θ变小，故施加在上辊上的负荷减小。如图9(b)所示，当下辊间距L增加过大时，管子12便完全落入下辊32之间，其后就不能成形。
也就是说，如果按管子完全落入下辊之间时设定下辊间距，便可大大减小负荷。决定成品开口量的因素是最终的成形条件，只要相对于成品的管径满足上述条件即可。假设成品管子的外径为Dp，下辊直径为Dwl，下辊间距为L，则管子落入下辊之间的几何学关系如下式所示。
L＝(Dp+Dwl)………(2)下辊间距L小于成品管子外径Dp和下辊直径Dwl之和(Dp+Dwl)，是管子不落入下辊之间的条件，相反，究竟减到多小才有效，尚不清楚。因此，对下辊间距L与成品管外径Dp和下辊直径Dwl之和(Dp+Dwl)之比L/(Dp+Dwl)与负荷(D/Po)的关系进行了调查，其结果示于图10。这里，Po是L＝0.5(Dp+Dwl)时的负荷。从图中可知，比值L/(Dp+Dwl)大于0.85时，负荷急剧减小，比值L/(Dp+Dwl)为1.0时负荷降为零，这是极限。也就是说，这表明下辊间距L在上述(1)式范围内是有效的。
因此，在(1)式范围内设定下辊间距L，将上辊压入使管子成形，可充分减轻负荷。其结果，对不能使用支承梁或大直径上辊的小口径管子来说，也可制造出开口量小、管子形状良好的高强度厚壁长管。
另外，为了使下辊间距与成品管子直径相适应，在(1)式范围内进行设定，下辊间距最好能够连续地改变，但用换辊等方法，用可对下辊间距进行几段设定的设备也能充分满足要求，此外，即使在下辊间距完全固定的设备上，对特定的管子直径来说，只要是在(1)式范围的，在该范围内对管子进行精加工，当然也属于本发明范围。
本发明还将弯曲曲率的变化设定为最终曲率的10％以下，并且将数个辊的间距设定为(1)式所示范围的值，对材料进行成形，这样，解决了上述课题。
另外，在不进行弯曲矫正加工的情况下，该成形方法适用于辊式弯曲加工的最终道次。
或者是在临时定位焊接之前进行弯曲矫正加工的情况下，上述成形方法适合于该弯曲矫正加工。
或者是在临时定位焊接之后进行矫正加工的情况下，上述成形方法适用于辊式弯曲加工的最终道次及弯曲矫正加工两者。
用经过最后成形的直径为500mm，中央部的开口量约为50mm左右的管子，为了再一次进行矫正而改变数个侧辊即下辊的间距L，进行辊式弯曲，其结果示于图11。随着下辊间距的增大，分2个阶段减小负荷，结果开口量大大减小。成形的下辊间距极限在负荷为零的点，如图9(b)所示，这与管子完全落入下辊之间相对应。因此，如已经说明的那样，下辊间距L在上述(1)式范围内有效。即，将下辊间距设定在(1)式范围内，将上辊压入而进行管子成形，可以充分减小负荷。这说明与中途的道次采用什么样的道次无关，开口量只由最终道次来决定。
但，上述条件是在一次成形为管子之后，再一次进行矫正成形情况下的结果。因此，在最终道次时设定为上述下辊间距，改变弯曲曲率，对负荷及开口量进行调查，其结果示于图12。从该图可知，弯曲曲率为管子曲率的10％以下，负荷急剧减小，在最终道次中必须以矫正道次那样的较小的变形进行。另外，在对一次成形后的管子再一次进行辊式弯曲的情况下，使用上述的下辊间距时，由于一次成形与中途道次相对应，再一次进行辊式弯曲与最终道次相对应，因此，再一次进行辊式弯曲时使用上述的下辊间距，当然属于本发明的范围。
如能满足上述条件，便可大大减轻施加在上辊上的负荷，因此，也可抑制上辊的弯曲。结果，对于不能使用支承梁或大直径上辊的小口径管子来说，也可以控制开口，可制造出高强度厚壁长管。
关于本发明3发明者对管子中央部中开口部的曲率分布情况进行了调查，结果示于图13。在未进行辊式弯曲的前后端部(这种情况下，预先用压力机等进行端部弯曲)用压力机加工的区域，加工到与成品管直径相对应的曲率(0.004)，而用弯管辊进行辊式弯曲区域的曲率减小了。也就是说，搞清楚了开口现象是由于辊式弯曲区域的弯曲不足引起的。
因此，改变端部弯曲区间的比率，对开口量进行了调查，其结果示于图14。图右端的端部弯曲比率为50％处，是以端部弯曲方式对前后两端进行加工，一直加工到管子周长的50％为止，当然基本不产生开口量。即使端部弯曲范围不增加到那么大，而是占管子周长的20％(1/5)以上，也可大大减小开口量。这是因为用端部刚性抑制辊式弯曲部的弯曲不足的缘故。
作为将端部弯曲区域加大到管子周长的1/5以上的方法，首先需要用端部弯曲方法对管子周长的1/5以上进行加工。端部弯曲方法没有什么特殊限制，可用压力机或辊式成形等，只要开口量可以比辊式弯曲的开口量小的方法均可使用。
另外，为了不用辊式弯曲方法使经过端部弯曲的前后端部变形，即为了不要以辊式弯曲方法减小端部弯曲区域，必须将辊式弯曲区域保持在管子周长的3/5以下。为此，考虑为了不用弯管辊对经过端部弯曲的前后端部进行再成形、变形，而将弯管辊停止，不进行辊式弯曲。
另一方面，增大数个辊子即下辊的间距L(参照图2)，不仅可以扩大前后端部的使用弯管辊的非成形区域，而且还可减小辊子的弯曲。即，增大下辊间距L，便增加了对向辊即上辊34与下辊32之间的距离，必然会增大非成形区域。另外，如图15所示，该上辊34与下辊32之间的距离增大，则弯曲力矩长度M会增大，故负荷减小，辊子弯曲也减小。也就是说，增大下辊间距L，将辊式弯曲区域控制在3/5以下，通过辊式弯曲部本身也可抑制开口量，因此更有效。此外，还可既增大下辊间距L，又停止弯管辊，利用两者将辊式弯曲区域控制在3/5以下。
这样，也可对不能使用支承梁或大直径上辊的小口径管子的开口度进行控制，因此，可以制造高强度厚壁长管。
这些本发明1～3的管子成形方法当然也适用于制造大口径管子，在这种情况下不需要支承梁，也不用更换上辊便可成形，故可简化设备，提高作业效率。
另外，在上述说明中是以辊式弯曲装置为例进行说明的，该辊式弯曲装置是由2个驱动用下辊和1个压入用上辊构成的对称塔形的3个辊子的装置，但辊式弯曲装置的构成不局限于这种形式，也可以是上辊偏置的非对称装置，例如在离开图2所示的下辊32的位置上再增加1个下辊的4个辊形式等，包括3个以上的下辊、或上下颠倒，或数个侧辊和对向辊配置在板材的左右而不是配置在上下的辊式弯曲装置，这些均属本发明的范围。
另外，数个侧辊的直径也不必一定相等。
以下参照附图对本发明的实施形态进行详细说明。
本发明1本实施形态的管子成形装置如图16(主视图)及图17(侧视图)所示，具有2个下辊32和配置在该下辊32的中间位置上的上辊34的管子成形装置，它具有下辊间距设定用驱动电动机，其作用是可将上述下辊32的间距L设定得比上辊34的直径Dwu和下辊32的直径Dwl之和大；还具有油压压下装置52，其作用是可将上辊34对下辊32的压入量S设定得比下辊32的半径Rwl大。图中，54是检测施加在上辊34上的负荷用的测力传感器，56是通过轴58对下辊32进行驱动的下辊驱动电动机。
根据本发明，把根据加工道次的进行而相应地改变上辊压入量和下辊间距时两者的关系例示于图18～图20。图18是在前半道次时将上辊压入、在后半道次时改变下辊间距的视图。图19是交叉进行上辊压入和改变下辊间距的视图。图20是按照图11的规程改变设定时，按下述方式进行改变的例子，即在解除上辊的压入状态之后改变下辊间距，将上辊恢复原位。
实施例1将板厚为30mm、宽为6000mm的高强度钢板分别切断成与直径相对应的长度，并用图3所示的油压压力机42将前后端部加工成圆弧状，然后用本发明的辊式弯曲装置30制造成直径为500mm和700mm的管子。另外，弯管辊的上辊直径Dwu为400mm，下辊直径Dwl为350mm。
用上述辊式弯曲装置30进行下述成形①将下辊间距L设定为600mm进行成形的比较例1，②将下辊间距L设定为800mm、压入量S设定为小于160mm进行成形的比较例2，③使下辊间距L在800～1200mm范围内变化，将压入量S设定为大于180mm进行成形的本发明方法1，对这3种方法成形后的开口量进行比较，结果示于图21(管子直径为700mm时)及图22(管子直径为500mm时)。
比较例1中，由于成形时的负荷大，故直径为500mm、700mm的管子中央部的开口量均比端部的大80mm，不能成为成品。
比较例2中，直径为700mm的管子与比较例1相比，由于下辊间距L大，故负荷减小，结果虽然中央部与端部的开口量之差减小为40mm，但仍然不适合作为成品形状。另外，直径为500mm的管子，用160mm的压入量S是不够的，端部和中央部均产生100mm以上的大开口，完全不能成为成品。
另一方面，在本发明方法1的情况下，由于直径为500mm、700mm的管子均设定为合适的下辊间距L，故压入量S取得大一些，负荷大大减小，可以成形。结果，中央部的开口量小于10mm，管子形状良好，可以作为成品。
下面将板厚为40mm、宽为6000mm的高强度钢板剪断成与直径相对应的长度，并用压力机将前后端部成形为圆弧状，然后通过辊式弯曲装置，用下面所述的3种方法制造直径为500mm的管子。此外，弯管辊的上辊直径Dwu为400mm，下辊直径Dwl为350mm。
①将下辊间距L设定为600mm进行成形的比较例3，②将下辊间距L设定为1000mm进行成形的比较例4，③将下辊间距L最初设定为1000mm，压入量S设定为180mm以上进行成形，然后缩小下辊间距L进行成形的本发明方法2，对这3种情况来说，各道次的负荷值示于图23。
在比较例3(○标记)中，由于成形时负荷大，因此，第1道次达不到规定的弯曲程度，其后根本不能成形。另外，在比较例4(□标记)中，下辊间距L比比较例3的大，故负荷减小，虽然各道次可以获得规定的弯曲程度，但小于850mm时管子完全落入下辊之间，不能成形。另一方面，在本发明方法2(■标记)的情况下，在前半道次时同比较例4一样，负荷减小，各道次可以得到规定的弯曲程度。在后半道次时，缩小下辊间距L进行成形，故管子不会完全落入下辊之间，在低负荷状态下，可以加工成形至最终直径。由于是用小负荷完成了成形，故中央部的开口量不到10mm，具有良好的管子形状，可以作为成品。
此外，在上述说明中，本发明都是用于钢管的制造，但本发明的适用对象不局限于此，同样可用于制造除了钢之外的金属，例如铜、铝、钛、黄铜等的管子。
另外，改变上辊压入量或下辊间距，也不局限于油压压下和电动机驱动方式，压入辊和驱动辊也不限于上辊和下辊。
根据本发明，减小弯管辊施加在成形中的对向辊上的负荷，便可抑制对向辊的弯曲，故在辊子弯曲的允许范围内可以始终进行成形，也可抑制长度方向上的中央部所产生的开口，可以制造出尺寸精度高、管子形状良好的高强度厚壁长管。
本发明2实施例2将板厚为30mm、宽为6000mm的高强度钢板剪断成与直径相对应的长度，并用图3所示的油压压力机42将前后端部成形为圆弧状，然后通过辊式弯曲装置30、用下面所示的2种方法制造出直径为50mm的管子。另外，弯管辊的上辊直径Dwu为400mm，下辊直径Dwl为350mm。
①将下辊间距L设定为600mm，进行了全道次成形的比较例1、以及②将下辊间距设定为800mm，进行了全道次成形的本发明方法1，对这两种方法成形后的开口量进行比较，结果示于图26。
在比较例1中，由于成形时负荷大，故中央部的开口量比端部大80mm，不能成为成品。另外，在用本发明方法1的情况下，压入量S设定得比较大，负荷大大减小，可以成形。结果，中央部的开口量小于10mm，可以得到管子形状良好的成品。
下面，同样将板厚为30mm、宽为6000mm的高强度钢板剪断成与管子直径相对应的长度，并用压力机将前后端成形为圆弧状，然后通过辊式弯曲装置，用下述3种方法制造出直径为500mm的管子。另外，弯管辊的上辊直径Dwu为400mm，下辊直径Dwl为350mm。
①将下辊间距L设定为600mm，进行了全道次成形的比较例2，②仅最终道次曲率变化3×10-4(直径由540mm→500mm)，并且将下辊间距L设定为800mm，进行成形的本发明方法2，③将一度用①的方法成形的管子再一次以下辊间距L＝800mm进行成形的本发明3，对这3种方法成形后的开口量进行比较，结果示于图27。
在比较例2中，由于成形时的负荷大，故中央部的开口量比端部的大80mm，不能成为成品。另外，本发明方法2及3均将压入量S设定得较大，负荷大大减小，可以成形。其结果，中央部的开口量小于10mm，可获得管子形状良好的成品。
此外，在上述说明中，本发明都是用于制造钢管，但本发明的适用对象不局限于钢管，同样可适用于除了钢以外的金属，例如铝、铜、钛、黄铜等管子的制造。
另外，上辊压入量和下辊间距的改变也不局限于油压压下和电动机驱动方式，压入辊和驱动辊也不限定为上辊或下辊。
根据本发明，例如在最终道次中减小弯管辊在成形过程中施加在对向辊上的负荷，可以抑制对向辊的弯曲，因此，可以抑制在长度方向上的中央部产生的开口量，可制造出具有良好形状的高强度厚壁长管。
本发明3实施例3本发明实施形态的管子成形后的曲率分布与以往方法的比较示于图28。
将板厚为30mm、宽为6000mm的高强度钢板剪断成与管子直径相对应的长度，并且用图3所示的油压压力机42将前后端部成形为圆弧形，然后用本发明的辊式弯曲装置30制造出直径为500mm的管子。另外，弯管辊的上辊直径Dwu为400mm，下辊直径Dwl为350mm。
①将压力机加工范围设定为管子周长的1/6，并且将下辊间距L设定为600mm，进行成形的比较例，②将压力机加工范围设定为管子周长的1/4，并且按下辊间距L＝600mm、辊式弯曲长度为管子周长的1/2这样的条件停止辊子运转、进行成形的本发明方法1，③将压力机加工范围设定为管子周长的1/4，并且按下辊间距L＝800mm、辊式弯曲长度为管子周长的1/2这样的条件停止辊子运转、进行成形的本发明方法2，对用这3种成形方法成形后的开口量进行比较，结果示于图29。
在比较例中，由于成形时的负荷大，故中央部的开口量比端部的大80mm，不能成形为成品。此外，在本发明方法1中，成形时的负荷大时，中央部的开口量比端部的小20mm，可以制造出成品。而且，在本发明方法2中，成形时的负荷也大大减小，中央部的开口量比端部的小10mm，可获得管子形状良好的成品。
另外，在上述说明中，本发明都是用于制造钢管，但本发明的适用对象不局限于钢管，同样适用于除了钢以外的金属，例如铝、铜、钛、黄铜等管子的制造。
另外，上辊压入量和下辊间距的改变也不局限于油压压下和电动机驱动，压入辊和驱动辊也不局限于为上辊或下辊。
根据本发明，可利用端部弯曲部的刚性来抑制辊式弯曲时的弯曲，因此，可以控制管子长度方向中央部位上产生的开口量，可制造出尺寸精度高、管子形状良好的高强度厚壁长管。
权利要求
1.一种使用弯管辊的管子成形装置，包括配设在板材一侧上的数个辊子和配设在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊，其特征在于，具有辊子间距设定机构，以便可将上述数个辊子的间距设定在大于对向辊直径和数个侧辊直径之和的范围内；压入量设定机构，以便可将对向辊压入上述数个侧辊的相对压入量设定在大于数个侧辊的半径的范围内。
2.一种使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，采用权利要求1所述的管子成形装置，将上述数个辊子的间距设定为大于对向辊直径和数个侧辊直径之和，同时将上述压入量设定为大于数个侧辊的半径，并对材料进行成形。
3.一种使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，采用权利要求1所述的管子成形装置，将上述数个辊子的间距始终设定为大于对向辊直径和数个侧辊直径之和，同时为了在最终可以将上述压入量设定为大于数个侧辊的半径，要边与道次的进行相对应地减小辊子间距，边对材料进行成形。
4.如权利要求3所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，在前半道次，将上述压入量压入至大于数个侧辊半径的规定位置，在后半道次，减小上述辊子间距，对材料进行成形。
5.一种管子，是采用权利要求1所述的管子成形装置所成形的。
6.一种管子，是采用权利要求2至4中任一项所述的管子成形方法所成形的。
7.一种使用弯管辊的管子成形方法，包括配设在板材一侧上的数个辊子和配设在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊，其特征在于，要与成品管外径Dp和数个侧辊直径Dwl相对应地将数个辊子的间距L设定为下述范围的值，并对材料进行成形。(Dp+Dwl)＞L≥0.85(Dp+Dwl)………(1)
8.一种管子，是采用权利要求7所述的成形方法所成形的。
9.如权利要求，所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，还将弯曲曲率的变化设定为最终曲率的10％以下，以此对管子形状进行矫正。
10.如权利要求9所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，在不进行弯曲矫正加工的情况下适用于辊式弯曲加工的最终道次。
11.如权利要求9所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，在临时定位焊接前进行弯曲矫正加工的情况下适用于该弯曲矫正加工。
12.如权利要求9所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，在临时定位焊接后进行弯曲矫正加工的情况下适用于辊子弯曲加工的最终道次和弯曲矫正加工双方。
13.一种管子，是采用权利要求9至12中任一项所述的成形方法矫正了管子形状后的管子。
14.一种使用弯管辊的管子成形方法，包括配设在板材一侧上的数个辊子和配置在位于该数个辊子中间的板材的相反一侧的对向辊，其特征在于，采用预选将前后两端部向上端弯曲至管子周长的1/5以上的材料，并成形至辊子弯曲区域小于管子周长的3/5。
15.如权利要求14所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，在材料前后端部使辊子停止，以便于辊子不使经过上述端部弯曲的前后端部变形，这样，便可使上述辊子弯曲区域小于管子周长的3/5。
16.如权利要求14所述的使用弯管辊的管子成形方法，其特征在于，通过加大上述数个辊子间距，使上述弯曲区域小于管子周长的3/5。
17.一种管子，是采用权利要求14至16中任一项所述的成形方法所成形的。
全文摘要
一种使用弯管辊的管子成形装置、成形方法及管子,通过适当设定下辊32的间距L和上辊34对下辊32的压入量S并对材料进行成形、或采用预先将前后两端部向上端弯曲至管子周长的1/5以上的材料,并成形至辊子弯曲区域为管子周长的3/5以下,可减小弯管辊在成形中施加于上辊上的负荷,抑制上辊的弯曲,抑制管子长度方向上的中央部所产生的开口,从而制造出管子形状良好的高强度厚壁长管。
文档编号B21C37/08GK1253050SQ99123520
公开日2000年5月17日 申请日期1999年11月4日 优先权日1998年11月4日
发明者山下道雄, 阿部英夫, 大工园义治, 江见晋吾, 冨泽信夫 申请人:川崎制铁株式会社