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第10回目 形材圧延，管の製造 材料加工 Ⅱ
第10回目 形材圧延，管の製造 生命医科学部 医工学科 バイオメカニクス研究室（片山・田中研） IN116N 田中 和人 E-mail: [email protected] 内線: 6408 形材 板以外の圧延のこと 形材の圧延 みぞを外周につけたロールを利用 大部分が熱間加工 理論的解析は困難 形材の圧延での重要事項 孔形系列のやり方 圧下率の各パスでの配分 プリントNo.8 図5.1 参考文献 図7.1 材料加工 Ⅱ Biomechanics Laboratory 複雑な断面形状 の土木・建築・機 械構造用部材で 大形形鋼，中形 形鋼，小形形鋼 に分類． 熱間圧延により 製造． 製造方法：孔型 圧延法，ユニバー サル圧延法 形材の圧延 【孔型圧延法】 山形鋼，溝形鋼，I形鋼，鋼矢板，レー ルなどを製造 熱間圧延法 １対のロールに複数の孔型 ロールの回転方向を逆転，孔型の数 だけ往復して順次製品形状に近づけ る圧延法 【板圧延との違い】 圧下率が幅方向で一様でない 接触長さが不同 ロール半径が各部で異なる 周速が幅方向で変化 孔形の側壁面により幅広がりを拘束 [email protected] プリントNo.8 図5.1 参考文献 図7.1 教科書 p.141 表6.3 形鋼の種類 [email protected] 孔形圧延と板圧延の違い [email protected] 平圧延 圧下率：均一，単純圧縮の場合と類似 角→菱形 圧下量：中央部が大 圧下率：ほぼ均一 接触長さ：幅方向不均一 角→長円 両縁部が強く圧下され，せん断変形 圧下率：不均一 接触長さ：幅方向不均一 圧延圧力 幅方向で異なる プリントNo.8 図5.3 参考文献 図7.4 複雑な三次元変形となる 製品の品質にも影響する プリントNo.8 図5.4 参考文献 図7.5 圧延圧力の分布 [email protected] 開孔形 上下のロールに孔形 ロールの合わせ目に材料の幅広がり 粗圧延 閉孔形 片方のロールのみぞに他方のロール のフランジ部がはまりこむ 幅広がりの拘束 不均一変形の例 [email protected] フラット方式：フランジをフラットに圧延，最終仕上げで直角． 圧延途中で深い孔型を付ける必要が無く，ロールの強さを 低下させない．曲げの痕跡が残るおそれあり． バタフライ方式：圧下と共にフランジの角度を順次上げていく． ロールによる直接圧下で，深い孔型を付ける必要が無い． プリントNo.8 図5.5 教科書 p.142 図6.21 参考文献 図7.6 孔形の種類 [email protected] 孔型方式（1） [email protected] ストレート方式：断面を水平に保ちながら圧延 ロールに軸方向推力が出来ず，材料のねじれも無い． 孔形の数を少なくできる 角隅に肉を十分出してやる． ダイヤゴナル：断面をロール軸に対して交互に反対向きに傾斜さ せて造形 フランジ部の直接圧下可能． 水平ロール：上下方向 垂直ロール：左右方向 特徴 孔形圧延では圧下しにくい部分 を効果的に圧下 横断面の寸法精度良好 表面品質：優 ロール摩擦：小 フランジのある形材に有利 プリントNo.8 図5.7 教科書 p.142 図6.21 孔型方式 [email protected] 【ユニバーサル圧延機】 1組の水平ロールと1組の垂直ロールを1基の圧延機の中に配 置し，厚さと幅を同時に圧延出来るようにした圧延機 材料に上下・左右か ら均一な圧力をかけ て圧延 ロール間隙間を調整 することで，多種類の 形状に適応可能 上下・左右対称でフ ランジ幅の大きいH 型鋼など，形鋼の圧 延，および板の分塊 圧延に広く利用 レールのユニバーサル圧延 参考文献 図7.8 ユニバーサル圧延 [email protected] 強度の必要な頭部と脚部：直 接圧下によって十分鍛錬 プリントNo.8 図5.8 参考文献 図7.9 [email protected] レールのユニバーサル圧延 [email protected] 長円と角の方式 断面減少率：大 → 小形棒鋼圧延 菱形と角の方式 良好な製品表面 → 中形棒鋼圧延 箱形と平の方式 ロールの工作が容易→ 大形棒鋼圧 延 棒鋼 断面：円形（丸鋼），正方形（角鋼），六角形（六角鋼） 機械部品のシャフト，ボルト，ナット，バネ，軸受けなどの素 材，鉄筋コンクリート・ビルディングの強度部材等 線材 直径が5～20mmの円形断面 圧延後はコイル状に巻き取られて出荷 くぎ，針金，鉄線，ワイヤーロープ，ピアノ線，ケーブル線，ね じ，ボルト・ナットなどの種々の部品の素材 プリントNo.8 図5.2 参考文献 図7.2 丸棒圧延法 [email protected] 鋼管：石油採掘用の油井管，石油・天然ガスの輸送管，ガス・ 蒸気・油・水などを送る管，ボイラ・熱交換器用の管，電気配管 用管，自動車・自転車・土木工事用パイプ，足場用鋼管，鋼管 柱などの幅広い分野で使用 サイズ：直径が数mm～数m 種類 継目無し鋼管（シームレスパイプ）：ビレットに穴を空けて圧 延して作る 溶接鋼管：薄板をロール成形等で円形に加工後，溶接して 作る 丸棒（線材）圧延法 [email protected] 鋼管：石油採掘用の油井管，石油・天然ガスの 輸送管，ガス・蒸気・油・水などを送る管，ボイ ラ・熱交換器用の管，電気配管用管，自動車・ 自転車・土木工事用パイプ，足場用鋼管，鋼 管柱などの幅広い分野で使用 サイズ：直径が数mm～数m 継目無し鋼管（シームレスパイプ）：30% 中実素材のビレットに穴を空けて圧延して 作る 厚肉の粗管（せん孔機） 仕上げ（延伸圧延機） 溶接鋼管：70% 薄板をロール成形等で円形に加工後，溶 接して作る 帯板or厚板 円筒形に成形 突き合わせ部を溶接，鍛接 プリントNo.8 図 参考文献 図7.10，21 鋼管の圧延法 [email protected] 管（pipe）の製造方法 [email protected] 継目無鋼管 中実棒 ↓ せん孔圧延機 厚肉中空棒材 ↓ 延伸圧延機 肉厚を薄くして長さを伸ばす ↓ 絞り圧延機 外径を定めて真円にする ↓ 矯正，検査 継目無鋼管の製造方法 プリントNo.9 図6.1 溶接パイプ シームレスパイプ 参考文献 図7.10 [email protected] シームレスパイプ [email protected] スティフェルマンネスマン型せん孔圧延機 主ロール：中央に最大直径，円錐型 垂直面に平行 水平方向には互いに反対方向に傾斜 ゴージ（ロール直径最大部分，隙間が最小の部分）にせん孔 プリントNo.9 図6.1，2 用プラグ 参考文献 図7.10，14 シームレスパイプ [email protected] せん孔圧延機 [email protected] 主ロール：半円形の孔形 戻しロール：主ロールと反対方向に まわる ピルガーミル 特殊な孔形を持つ2段ロール • AB:噛込み • BC:仕上げ • CA:ロールから解放 最低限2回：耳が生じるため 圧延速度はあまり早くない 減面率：90% プラグミルの後は摩管機（リーラー） 肉厚の均一化 プラグによる中筋の除去，みがき プリントNo.9 図6.1，3 プリントNo.9 図6.4 参考文献 図7.10，15 参考文献 図7.16 延伸圧延機 [email protected] マンドレルミル 中空素材にマンドレルを通して外径と肉厚を小さくする 水平に対して45°傾斜，スタンド間が互いに90° 作動原理 第1，2スタンド：管を密着させる 第3-8スタンド：肉厚減少 最終スタンド：真円に 特徴 管の長尺圧延 圧延効率が高い 多量生産にむく 小径管製造に向く その他の延伸圧延機 （マンドレルミル） その他の延伸圧延機 （ピルガーミル） [email protected] アッセルミル 中心線に対して8°の傾きを持った3つのロールとマンドレ ル 特徴 内面仕上がり良好 厚肉管の製造に適す プリントNo.9 図6.5 プリントNo.9 図6.6 参考文献 図7.18 参考文献 図7.19 [email protected] その他の延伸圧延機 （アッセルミル） [email protected] 定形圧延機（サイザー） 定形が目的（絞り圧延が目的ではない） 水平に対して45°の傾き，互いに90°の傾きの5-7スタンドの2段ロール 前半のスタンド：外径絞り 後半のスタンド：真円に リーラーで延伸加工後 絞り圧延機（レデューサー） ：外径や断面が不正確 小径管を製造 スタンド数を増やして大幅に絞る 肉厚減少は不可 張力絞り圧延機（ストレッチレデューサー） 張力を加えて肉厚減少も目的とする 絞り圧延機 円筒形に成形 突き合わせ部を溶接，鍛接 UOプレス法 UプレスによりU字形に曲げる Oプレスにより管状に成形 パイプラインに利用 プリントNo.9 図6.1 プリントNo.8図， No.9 図6.9 参考文献 図7.10 参考文献 図7.21，23 [email protected] プリントNo.8 表 参考文献 表7.3 製管方法の特徴一覧 溶接鋼管：70% 帯板or厚板 [email protected] 溶接鋼管の製造方法 [email protected]