专利名称：成型方法及成型装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过卷状金属材料或所需长度的板状金属材料制造圆管等的成型方法及成型装置，尤其涉及如下的成型方法及成型装置，在成型初期的开坯工序中，采用模列在环形轨道上旋转移动的构成的旋转单元，该模列使用设置成向外且自由摆动的成型孔型的模，利用模的成型孔型，约束被成型原材料的边缘部，使模变化为所需角度并旋转移动，从而实现弯曲成型并且能够显著减低起因于成型辊引起的的缠绕现象和局部产生的高接触应力的诸多问题。
背景技术：
长金属产品的成型方法主要有辊轧成型和压制成型。在后者的压制成型中，被成型原材料基本只承受截面内的二维变形，多余变形和残余应力少，容易获得产品的尺寸精度，然而，包含金属模的设备投资高、生产能力低、并且在产品的长度上也有限制。在辊轧成型中，尽管由于使被成型原材料的前端通过多个成型辊机座组的通板作业困难而板材的使用困难，但可进行使用卷材的连续生产，对产品长度的限制也小、生产能力高并且与压制成型相比设备的投资也低。但是，作为旋转体的成型辊，由于制造能力及成本等的限制而不能较大，在被成型原材料上因为承受以向该辊的缠绕为代表的三维变形，所以不仅产生附加的变形应变，还产生起因于缠绕的行进方向的阻力大而必要的驱动能量也大的问题。另外，成型辊和被成型原材料间的接触区域的圆周速度差较大，由二者之间的相对滑动引起的产品磨损等的表面质量问题多。由于成型辊和被成型原材料间的接触区域比较小，所以二者间的表面压力变高，与所述圆周速度差共同产生使辊严重磨损的问题。作为电阻焊接管为代表的成型辊的制管过程，一般经过以下各工序:卷绕卷材并向成型工序供给的预先工序；通过开坯辊、多辊及飞边通过辊来进行的初期成型工序；之后是例如高频焊接对置的原材料边缘部彼此的焊接工序；进行管的圆度和直线度的校正的定型工序；和将所制造的金属管切割为预定长度的切割工序。例如，在所述的开坯工序中，作为表示从原材料板成型为管的过程的成型方式，适当选定表示使原材料边缘部的轨迹成为摆线的边缘弯曲方式、该轨迹为渐开线的中间弯曲方式、进一步圆形弯曲方式和这些的组合的成型方式或者双重弯曲方式等的从原材料板成型为管的边缘轨迹的过程的辊花，但基本上利用上下配置的一对凹凸辊及侧辊，从内面及外面约束被成型原材料，成型为所需的截面形状。专利文献1:USA1, 980, 308专利文献2:USA3, 145，758专利文献3:特公昭55-51648专利文献4:W02009/110372利用成型辊的制管工序通过采用所述的称为辊的旋转体的工具，具有高的生产能力，另外，近几年大量进行关于产品外径在某范围内的辊的兼用化的技术开发，其结果目前成为生产能力极高的成型方法。但是，没有完全消除采用旋转体工具而产生的上述缺点。
长金属材料成型为所需形状时，为了减少辊的缺点，过去常见尝试辊成型与模、模板及传送带或者压制成型相结合的技术。例如，在专利文献I中，通过将具有半圆孔型的金属模连接安装于在一对链轮间的椭圆轨道上旋转的环状链上，从而准备一对半圆孔型连续的连接金属模，并且水平配置连接金属模以使在水平配置的带状板材两侧上半圆孔型对置。专利文献I的成型装置，如该文献的图2、图3所示，与一直以来使用的一对上下、一对左右的凹凸成型辊相同，在凹入的半圆孔型内配置凸出的圆锥辊，位于两者的间隙的成型原材料通过跟随连续水平移动的半圆孔型的表面而成型，这虽然成为优点，然而因为使用圆锥辊，丝毫没有避开前述的缺点。另外，具有连接金属模的半圆孔型的圆弧只有一种，在不更换连接金属模的环状链时，不能成型各种口径的管。专利文献2鉴于制管时使用上下辊、侧辊而不能使被成型材料总是接触辊，特别地在开坯工序中，原材料的宽度中间部分的成型使用现有的一对上下配置的成型辊，但在原材料的两端部的成型中，侧辊替换成环形传动带，设定三维环形轨道，以使通过从水平随后提升而成型。另外，也公开有采用链表面上连续配置板状模板的输送链替换所述传动带的例子。该开坯工序中，环形传动带或链的轨道上作用大的成型应力，在被成型原材料的厚度薄、材料强度低的情况下，即使能够保持轨道的机械强度，除此以外存在困难，进一步不能成型各种口径的管。专利文献3公开一种在成型大口径的管时，使用压制金属模将板材成型为U形，其次成型为0形的即所谓连续进行UO成型的成型装置。该装置由U形成型部和0形成型部的两个装置构成，U形成型部保持通过链连接多个冲裁型模片而形成的环形带状的连续冲裁模和通过链连接多个U形模片而形成的环形带状的连续旋转模，使得在所需的轨道部分上凹凸啮合，并被旋转驱动，另外，0形成型部保持通过链连接多个半圆型模片而形成的环形带状的连续旋转模，使得在所需的轨道部分半圆对置并且形成圆，并被旋转驱动。另外，反复进行通过压制金属模将板材成型为J形，再成型为C形，接着成型为0形的JCO成型被实用化。通常在400mm以上的大口径的UO成型、JCO成型中，装置的压制压力极大，在该装置中有必要构成为旋转驱动大的环形带状的连续旋转模，并且能够在环形轨道的所需位置将与现有的模相同的压力施加到材料的装置。此时，在装置的巨大化是不可避免的同时，每一个模片的表面形状只有一种，当然无法进行各种口径的成型。另一方面，本发明者们在专利文献4中提出与上述专利文献I 3不同的以全新的技术思想成型的方法和装置。其为具有下述结构的成型装置，即连接多个具有旋转曲面的孔型的模板块，使用孔型向外且能够在环状轨道上连续移动的环形模板块列，对与被成型材料接触的成型区间的环形轨道面，给予与假想的巨大直径圆的所需圆弧部分相同的曲率半径和长度，能够使在成型时使用巨大成型辊实质上具体实现化。这种新型的成型方法和装置也可采用在制管的开坯工序中，在维持现有辊成型的特征即连续性和高生产力的同时，可以大幅度减低前述成型辊的缺点，与压制成型几乎相同地可以使被成型原材料二维变形。然而，构成开坯成型装置时，必须使用多段旋转单元组，在设备成本方面不能说是最佳的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的成型装置和成型方法。在圆管及方管、开口截面材料等的成型时中，尤其从相当于现有的开坯的初期到中期的成型工序中，不会丧失现有的辊轧成型的生产率并且在某口径范围内装置可兼用，进行给予被成型原材料的附加的变形应变少的所需的成型，能够制造高尺寸精度，高质量的产品。本发明者们通过使用一组与专利文献4中提出的相同的环形模列的旋转单元的结构，以完成开坯工序的成型装置为目的，并且以例如按照圆形弯曲方式的辊花的边缘轨迹，可从板宽方向的外侧约束被成型原材料的边缘部并进行弯曲的装置的结构为目的，对于模的形状及结构、环形模列的轨道结构及旋转方法等进行了迫切的研讨。其结果，发明者们通过发现以下内容完成了本发明，S卩，使模的孔型例如为截面L字型，使得能够从板宽度方向的外侧尤其抵接端面来约束被成型原材料的边缘部，使模自身向外的抵接触角度为自由并形成在环形轨道旋转的模块列，通过模在直线轨道上连续移动时能够以例如预先设定的改变率改变摆动角度的角度控制机构，例如沿在直线轨道上合并设置的跟随轨道模列改变抵接角度，按照从上述现有辊轧成型中已知的成型方式选定的所需的成型方式的辊花所规定的边缘轨迹，可进行弯曲成型。总之，本发明提供一种成型装置和成型方法，具有旋转单元，通过在旋转方向连接多个成型孔型向外且自由摆动地设置的模而形成环形列的模列在环形轨道部上能够旋转移动，并且具备使各模的成型孔型的摆动角度变化并保持该摆动角度的角度控制机构；具有对置配置一对该旋转单元，并且被成型原材料能够进入该对置的成型孔型间，各成型孔型约束该原材料的宽度方向的两端部并同步移动的区间作为成型区间的结构；具有在通过该成型区间期间，在各模的成型孔型通过所述角度控制机构以例如根据预先设定的成型工序的角度改变形式等的改变率改变抵接被成型原材料的边缘部的所述摆动角度的同时，进行被成型原材料的成型的结构。另外，在上述结构的成型装置和成型方法中，发明者们同时提出以下结构:旋转单元具有所需长度的直线或大致直线的轨道部，且该直线轨道部为成型区间的结构；各模的成型孔型的截面形状为大致L字型的结构；在一对旋转单元的对置间隔间，从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的宽度方向或行进方向或该两方向配置，并进行成型的结构；从刚离开成型区间的被成型材料的弯曲的外面抵接的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的圆周方向或行进方向或该两方向配置并进行成型的结构；在一对旋转单元的对置间隔间，使从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的多个支撑辊抵接并进行成型时，使该辊支撑在辊保持架上并且连接该保持架而成为输送传送带，能够将各组旋转单元间的辊向被成型原材料的下游侧或上游侧双方向移送，并且通过使所述输送传送带的位置移动来选择配置成该辊的辊口径的曲率半径由该下游侧向上游侧依次变小的支撑辊列的结构。
本发明通过使用模列的一对旋转单元构成成型装置，其中模列为模自身通过与被成型原材料边缘部的抵接角度为自由而在环形轨道旋转，进行成型孔型的角度控制，使得模在为成型区间的直线轨道上连续移动时以所需的改变率改变摆动角度，从而按照表示例如根据圆形弯曲等的所需成型方式从原材料板到管的成型过程的辊花(以下称为成型辊花)的边缘轨迹，在连续约束被成型原材料的边缘部的同时能够实施目标弯曲成型，因此，正如压制成型，被成型原材料基本上只承受截面内的二维变形，可成为多余的变形和残余应力少的成型。另外，本发明中，由于按照预定的成型辊花的边缘轨迹连续约束被成型原材料的边缘部，能够以稳定的边缘轨迹成型，能够完全抑制辊成型中易产生的扭转现象，能够切实地实施边缘部的对接，从而显著提高焊接质量，特别是一种最适合于要求边缘部的对接精度的激光焊接的成型方法。总之，就本发明而言，可进行以成型辊无法实现的被成型原材料的进入方向的阻力小且低应变的成型，能够确保预定的稳定的边缘轨迹，从而在被成型原材料的前端部没有强制过度的成型，获得生产率及成品率提高的效果且减少成型时需要的能量，是低加工硬化、低残余应力的成型装置和成型方法，以焊接质量为首，显著提高表面质量等的效果，可进行极闻品质的制管。本发明对于极薄材、厚材及高硬度材等的现有的以辊轧成型难以成型的材料的制管，也不会产生起因于向辊的缠绕现象的进入阻力的增加或边缘卷曲，或起因于辊表面圆周速度差的材料的烧结等的辊特有的问题，因而可进行高质量的制管。另外，在本发明中，在制管时，被成型原材料即使不是长的连续材料也可进行制管，所以无需接续焊接板材、卷材而进行制管，并且不需要进入侧的卷连接设备及离开侧的行走切断机等的设备，进一步，对于板材，因不限制被成型原材料的宽度，可进行大口径钢管的制造，可置换所谓的UOE成型方法。本发明中，承担开坯成型工序的由一对旋转单元构成的装置的结构具有比较简单的结构，另外，因没有相互干涉的机械结构，所以具有作为成型工具的兼用性高的优点，由于成型时连续约束被成型原材料的边缘部，因此当例如使用孔型的截面形状为L字型的模时，用一个成型装置能够进行从薄板材到厚材的成型，另外，通过改变一对旋转单元的对置间隔，可以使各种板宽的原材料板通过，能够提供可进行以数倍的口径比率成型的成型装置，作为可兼用的成型装置，能够谋求成本降低。进一步，在一个成型装置中，在通过总是约束被成型原材料而进行的开坯工序中，切实获得目标成型形状的成型效果高，因此该工序的前后工序中的设备与现有的相比可省略或将多段配置简化为单个配置，能够谋求作为制管生产流水线的设备成本降低。
图1是成型装置的平面说明图。图2是表示在图1的A-A方向的截面观察的旋转单元的结构的正面说明图。图3是从图1的箭头B方向观察的成型装置的侧面说明图，从图的中心线右侧表示成型装置预定的最小直径的制管的情况，图的中心线左侧表示成型装置预定的最大直径的制管的情况。
图4A是表示成型装置的成型区间中，被成型原材料抵接最初的模的状态的被成型原材料的横截面，是表示该模和角度控制机构的详细的纵截面说明图。图4B是表示成型装置的成型区间中，被成型原材料抵接最终的模的状态的被成型原材料的横截面，是表示该模和角度控制机构的详细的纵截面说明图。图5A是表示根据现有的双重弯曲成型方式，从原材料板到管的成型的过程的辊花说明图。图5B是表示根据现有的圆形弯曲成型方式，从原材料板到管的成型的过程的辊花说明图。图6A是表示根据实施例的双重弯曲成型方式，从原材料板到管的成型的过程的辊花说明图。图6B是表示采用实施例双重弯曲成型方式的制管生产流水线的机座结构例的说明图。图7是表示模拟根据实施例的二重弯曲成型方式的成型过程的成型原材料的立体说明图，表示拆除实施例的成型装置的状态。图8A是表示根据实施例的圆形弯曲成型方式，从原材料板到管的成型的过程的辊花说明图。图SB是表示采用实施例的圆形弯曲成型方式的制管生产流水线的机座结构例的说明图。图9是表示下辊单元的其他实施例的立体说明图。图10是表示在图1所示的成型装置的平面说明图中，旋转单元的对置间隔在原材料板的进模侧展开的状态的说明图。
具体实施例方式说明采用本发明的一对旋转单元的成型装置的结构例。如图1 图4所示，各旋转单元la、Ib在此采用在长椭圆轨道旋转的结构。在此，两个链轮(未图示)轴支撑在上下两个长面板2、3的两端间，使用多个模10通过模保持架12在旋转方向上通过销14连接形成环形列的模列5，位于模列5的内侧的销14啮合在所述链轮上，模列5通过内设该链轮的大直径的支撑辊4而张紧架设。因此，旋转单元la、Ib利用驱动马达8旋转驱动链轮的一个或两个，从而可使模列5旋转。旋转单元la、lb在z方向以所需角度倾斜支撑于在X方向具有相等长度的倾斜用框架20a、20b，倾斜用框架20a、20b自身利用通过滑动用合金在y方向滑动的滑动机构2la、2Ib支撑在共用的基座36上。在此，在倾斜用框架20a、20b的滑动面的x方向的中心部设置有y方向的长孔，向基座36侧突出设置的销插入y方向的长孔，限制该倾斜用框架20a,20b的X方向的移动。基座36的x方向的一侧，作为装置在对置的侧载置的倾斜用框架20a、20b通过设于基座36的x方向的另一侧的联杆机构22a、22b、23a、23b，限制y方向的滑动位置。滑动位置控制用的联杆机构22a、22b、23a、23b，通过在可接近离开地螺纹结合在攻有螺纹的旋转轴24上的一对螺母滑块25上分别设置臂26、27，并且封闭两个臂26、27的另一端地接续在倾斜用框架20a、20b上，从而当利用手柄28使旋转轴24旋转时，可限制y方向的滑动量。倾斜用框架20a、20b上，在x方向分别设置有两组(22a、22b)、(23a、23b)该联杆机构，如上所述通过销和长孔的机构限制X方向的移动，但在y方向上可平行移动和倾斜移动。因具有该机构并使其倾斜移动，如图10所示，X方向的旋转单元la、lb的对置间隔能够成为从进入侧的原材料板相当的宽度到离开侧的管状相当的宽度依次变窄的状态。通过倾斜用框架20a、20b载置旋转单元la、lb的基座36被可升降地支撑在底座31上，并通过在基座36的下面在X方向的两处垂下升降轴并插入设置在底座31上轴承，构成为具有限制X方向及y方向的移动的功能的支撑轴部32。为了基座36的升降，升降用千斤顶33另外设置在底座31上，在升降用千斤顶33的齿轮箱中适当配置传递旋转的轴34，并且在轴34的端部设置有手柄35，通过旋转该手柄进行升降。对模列5的结构详细说明，在此各模10通过其连接方向配置的轴13轴支撑在模保持架12上，使得模10的成型孔型11成为旋转时向外并且成型孔型11被保持为自由摆动，并且在各模保持架12设置有凹凸配合的连接部，通过邻接的模保持架12和销14连接而形成模列5。另外如前述，模列5通过内设链轮的大直径的支撑辊4而张紧架设。旋转单元la、lb的环形限轨道由两个X方向的直线轨道和两个旋转轨道构成，在一对支撑辊4之间，六个大直径的支持滚6与模列5的内面接触地轴支撑配置于在X方向直线排列的面板间，以在一个直线轨道上承受模列5的y、z方向的成型载荷,并且支持滚6的轴心与链轮的轴心平行。旋转单元la、lb在具备承受上述成型载荷的机构的直线轨道部具备使各模的成型孔型11的摆动角度变化并且保持该摆动角度的角度控制机构7。在此如图4A、图4B所示，在角度控制机构7中，在轴支撑在各模保持架12上的模10的成型孔型11的内侧设置有圆弧状齿面15，与设有在与轴支撑方向正交的y_z平面上的直线状齿面17的杆16啮合，构成齿轮齿条机构，杆16的另一端设置有滚子从动件18。因此，模列5连接多个模保持架12而形成环形列，各模保持架12内设有设有轴支撑在该模保持架上的向外的成型孔型11的模10自身并垂下内设有与模10内侧的圆弧状齿面15啮合的杆16。换言之，因为被连接的模保持架12分别内设的模10和可垂下的杆16成对且旋转，所以通过具备杆16的前端的滚子从动件18旋转的轨道面板19，从而具有推杆的功能，并且该轨道的高度位置限制杆16的位置。在此，通过所述的直线轨道部上配置具有X方向的倾斜角度的轨道面板19，在模列5通过该直线轨道部时，通过各杆16跟随倾斜的轨道面板19，直线运动变换为模10摆动的旋转运动，并且各模10的成型孔型11能够连续改变摆动角度。如图1、图2所不，该成型装置(Orbiter Die Forming Machine (ODF))的结构中，一对旋转单元la、lb配置成使具备承受成型载荷的机构和角度控制机构7的直线轨道部彼此对置且被成型材料w从图的右侧进入向左侧离开。在此在z方向上对置的侧维持水平，以使对置间隔随着向X方向推进在y方向变窄，但如图3所示，从X方向看，倾斜配置成旋转单元la、Ib彼此间构成截面V字型。成型装置ODF在对置配置一对旋转装置la、lb的其直线轨道部中，被成型原材料w可进入其对置的成型孔型11间，各成型孔型11根据角度控制机构7摆动，从而能够约束被成型基材W行进方向的两边缘部并同步移动，该区间成为进行预定成型的成型区间。在说明本发明的成型方法前，说明在背景技术项中叙述的成型方式。图5B示出表示根据现有的圆形弯曲成型方式从被成型原材料w到管的成型的过程的且被称为辊花的说明图。假设用n个成型辊从原材料板到管依次弯曲成型时，分配成型量以通过n阶段从原材料板宽度中央向边缘部完成弯曲成型，最后弯曲成型两边缘部，当固定成为管底的原材料板宽度中央时，绘制如图5B所示的原材料板的两边缘部的轨迹。另外，基于图5A说明根据现有的双弯曲成型方式从原材料板到管的成型的过程，首先，在提升平坦的被成型原材料w的宽度中央部的同时，通过上下凹凸辊进行两边缘部的弯曲，其次弯回宽度中央部，并且与所述的圆形弯曲成型方式相同，从板宽度中央开始弯曲成型，但因最初完成两边缘部的成型，所以容易获得接合所必要的良好的边缘对接状态。现有的使用成型辊的成型方法中，成型辊以如下方式与被成型原材料w只能都是点或线接触，即基本上用凹凸辊夹持原材料板的方式，或如侧辊、排辊从弯起的原材料板外侧按压的方式，在边缘弯曲成型方式中，在进行初期的边缘部成型后，在开坯工序中并不约束两边缘部而进行弯曲成型，在圆形弯曲成型中，相反在完成开坯工序后，实施为准备焊接工序而用多段配置的飞边通过辊弯曲成型两边缘部。对此在本发明中，其特征在于，不论上述哪种成型方式的情况，在开坯工序的全工序中，按照预定的成型辊花的边缘轨迹，如图7的模拟成型过程的说明图所示，连续约束被成型原材料的边缘部而进行弯曲成型。实施本发明的成型方法时，例如采用双弯曲成型方式的成型辊花，则上述图5A的辊花图描绘在固定被成型原材料w的成为管底的板宽度中央部的情况下原材料板的两边缘部的轨迹，但在本发明中如图6A所示，为被成型原材料w的成为管底的板宽度中央部侧移动，且将两边缘部的轨迹固定在同一水平位置观察的情形，虽然表示不同，但这是完全相同的成型工序。如前所述，成型装置ODF在其直线轨道对置配置有一对旋转单元la、lb,换言之，其对置的成型孔型11间可进入被成型原材料w的直线轨道部间为成型区间，在各自的成型孔型11约束该被成型原材料W的行进方向的两端部并同步移动的成型区间，在高度Z方向上维持水平不变。但是，各自的成型孔型11随着内设在模保持架12的角度控制机构7的杆16，使孔型11从大致向上方逐渐向下方地改变抵接角度，并且对置的成型孔型11的间隔持续狭窄，从而在约束该被成型原材料w的行进方向的两边缘部并同步移动的成型区间，能够进行如同图6A所示的轨迹的预定的成型。如图1所示的成型装置ODF的平面图中，如在与被成型原材料w最初抵接的模10的位置纵切的图4A所示的纵切侧面图所示，抵接大致平坦的被成型原材料w的两边缘部的成型孔型11是大致向上，但在成型区间最终的模10的位置纵切的图4B所示的纵切侧面图中可知，被成型原材料w形成大致圆形，约束两边缘的模10的成型孔型11为向下。因此可知，该成型装置ODF在由一对旋转单元的直线轨道构成的成型区间，约束该被成型原材料的行进方向的两端部并同步移动，完成开坯工序。图1、图2所示成型装置ODF中，如图所示，承受约束被成型原材料w的两边缘进行弯曲成型时的成型反力，进一步为了适当控制与旋转单元la、lb的行进方向上的各模10的旋转角度相应的成型量的分配，需要作为从下侧抵接支撑位于成型空间的被成型原材料W的宽度中央部的支撑辊下辊，具有沿如图4B的辊花图所示的管底侧曲率的凹面的多个小直径辊44或在宽度方向二等分并改变抵接方向的小直径辊构成的二等分辊41可配置在X方向。另外，在下辊的表面中在行进方向的配置位置，因为具有根据目标口径且必要的各自的曲率，所以除如实施例1的作为共用辊使用之外，能够采用使如实施例2、实施例3所示的给予专用曲率的辊根据目标口径为可更换的箱板及输送传送带结构的装置。代替从弯曲的外表面抵接而进行该支撑的下辊装置40，可以采用通过连接具有所需曲率的孔型的模的模列而构成的支撑旋转单元的结构，并且在X方向可以配置一个或多个单元。并且，图1、图2所示的成型装置0DF，即使使图示的上下逆转180或旋转90度，也可进行成型，此时，该支撑辊作为上辊或侧辊而配置。另外，对于目标口径大且被成型原材料w的宽度宽的情况等，从弯曲的外表面抵接的单个或者多个支撑辊可以沿被成型原材料w的宽度方向或者行进方向或者该两方向配置。进一步，即使在成型装置ODF的出口侧，支撑辊可以沿被成型原材料w的宽度方向或者行进方向或者该两方向配置。根据本发明的成型装置从作为制管生产线整体来看，因在生产线前后具备其他的驱动型的成型棍机座，所以不必一定旋转驱动旋转单元，但优选至少一对旋转单元自身具有不成为被成型原材料板的通过阻力的程度的驱动力。对于模及其成型孔型，不限定其结构及形状，上述的图中图示以焊接管的制造为目的且截面形状采用大致L字型的结构。但即使相同的制管，如边缘部没有焊接的铆接管或带有法兰的管，在事先成型预定的边缘部形状后，并成型为管状时，模可以采用配合边缘的形状且能够保持的孔型形状。因此，本发明的成型方法及装置除上述的管材以外，对于即使是各种截面形状的开放槽型材料，也可以成型。进一步，成型孔型除了以上述的截面大致L字型的平面构成以外，也可以采用给予与接续到原材料的边缘部的部分的曲率相应的曲面的截面大致L字型。并且，本发明的旋转单元中，环形轨道除了长椭圆轨道以外，也可以采用矩形轨道、三角形轨道等公知的任何环形轨道。旋转部除了链轮以外，也可以采用齿轮结构、旋转轴承结构等公知的任何机构。同样，对于承受载荷的机构，除了直线排列配置大直径的支撑轴承组的结构外，也可以采用滑动板或者配置有多个小直径滚的面板的结构等公知的任何机构。模列是保持各模的成型孔型在z方向自由摆动的结构，除了连接将成型孔型部保持成自由摆动的模自身以外，也可以采用连接将模保持成自由摆动的模保持架的结构、将模保持成在链上自由摆动的结构、专利文献4所记载的模内内设轴承的结构等公知的输送机或链的任何结构。旋转单元中构成成型区间的部分在实施例中是所需长度的直线轨道部，但也可以采用专利文献4中记载的假想的巨大直径圆的所需圆弧部分等的大致直线的轨道。在角度控制机构中，除通过使自由摆动地轴支撑的模大致小齿轮化且与其啮合的齿条部设置在一端部且在另一端部具备滚子从动件的杆，将倾斜轨道的直线运动转换为模的旋转运动的机械机构以外，可以采用公知的进行直线运动和旋转运动间的转换的机械结构。另外，在通过角度控制机构以按照事先设定的成型工序的角度改变形式等的改变率使模的摆动角度变化时，在实施例中由于成型孔型采用截面大致L字型，从而以角速度成为恒定的方式进行角度控制，但控制方法根据事先选定的成型工序、构成成型区间的轨道部、角度控制机构、成型孔型等的结构可以适当选定。实施例实施例1、2使用图1至图3所示的结构构成的成型装置0DF，表示根据图6A所示双弯曲成型方式和图8A所示圆形弯曲成型方式进行从原材料板到管的成型的情况。如后述，根据成型方式的不同，虽然有重复制管目标口径范围的部分，但是将目标口径范围设定成不同，且成型装置本身是完全相同的结构，只根据口径范围的不同为相似形状且仅装置的大小不同。本发明的特征在于一个装置的兼用范围广，但对同一设计的装置只通过相似地改变尺寸，可进行小直径到大直径的制管，这也是本发明的特征。实施例1对于制管流水生产线的机座结构，在根据双重弯曲成型方式的情况下，如图6B所示，图的右侧为进入侧，并且具备:首先用于送入原材料板状态的被成型原材料w的由具有槽的侧辊构成的进入导向机座EG ;将被成型原材料w的两边缘部成型为所需圆弧状的由上下辊构成的边缘弯曲机座EB ;弯回由边缘弯曲机座EB提升的板宽度中央部的由上下棍构成的反向弯曲机座RVS ;进行从板状成型为大致圆形的开坯工序的由一对旋转单元构成的成型装置ODF机座；完成开坯工序后准备焊接，用于对接边缘部的由上下辊构成的飞边通过辊机座FP ;和由其前段的侧辊构成的飞边通过侧辊机座FPS。终段是进行焊接的夹紧辊机座SQ，这里采用TIG焊接。成型装置0DF，如图1、图2所示，对根据成型预定口径选定曲率的二等分辊41在共用基座42上进行所需高度的调整，多个并列的结构的下辊单元40载置于在底座31上以所需高度立设的机座43上，构成为按每兼用范围可交换。另外在此，离开成型区间的被成型原材料w为了能从模10的成型孔型11中容易脱离，在成型装置ODF的离开侧通过升降机构52在设置于底座31的机座53上载置作为支撑辊的小直径的侧辊51组及搭载下辊的侧辊单元50。假设成型装置ODF的兼用范围为口径38.1mm 114.3mm、厚度0.6mm 6.0mm,装置的最大设计线载荷为60kgf/mm。线速度设定为10m/min。焊接采用TIG焊接。被成型原材料采用不锈钢(SUS304)、高张力钢板，在上述兼用范围内以各种口径、厚度的组合实施制管，其结果被成型原材料的进入阻力小且在原材料的前端及后端也无延伸、变形，可进行如同压制成型那样多余变形和残余应力少的成型，并且完全没有烧结等且表面质量也良好，也能够完全控制滚动，边缘部的对接状态也极其良好，与现有相比显著提高焊接质量。图7表示模拟根据实施例1的双重弯曲成型方式的成型过程的成型原材料，可知在开坯工序的全工序中，能够通过按照预定的辊花的边缘的轨迹连续约束被成型原材料的边缘部，从而进行弯曲成型，并且被成型原材料的进入阻力小且也能够完全抑制滚动，边缘部的对接状态也变得极其良好。在使用现有的成型辊组的制管中，装置的结构也不同，但因被成型原材料的进入阻力即使为普通钢也很大，所以需要准备多个用于驱动辊的电动机，当然在成型时附加多余的变形和残余应力是不可避免的。对此，在本成型装置ODF中，旋转单元la、Ib自身通过具有不成为被成型原材料板的通过阻力的程度的甚少驱动力的驱动马达8驱动链轮4而旋转驱动模列5，因而可以忽略进入阻力，即使是高强度的原材料，也完全没有烧结等。开坯工序的耗费电力与现有的成型棍相比减低至1/3。实施例2采用使用实施例1的装置的双重弯曲成型方式，使用磷脱氧铜的板材制造口径63.5mm、厚度0.8mm、长度4000mm的铜管。同样，应用钛板(H4631)的板材制造口径63.5mm、厚度1.2mm、长度5500mm的Ti管。此时，下辊单元中，与图1和图2所示的结成不同，交换成由分别具有上述目标口径专用的各种曲率的辊依次排列在一个共用的基座42上的结构构成的交换式的每口径专用的下辊单元，并进行成型。铜管和钛管均没有烧结及表面损伤等，能够得到表面质量优异且也没有焊接部的边缘卷曲的高质量的管。另外，同样使用实施例1的装置，使用铝板(A1070)的板材，制造口径114.3mm、厚度1.6mm、长度4000mm的招管。该情况下,也使用依次载置具有适合上述的80mm 83mm的目标口径的各种曲率的专用辊的共用底座板交换式的下辊单元。获得的铝管没有烧结及表面损伤等，是表面质量优异且也没有焊接部的边缘卷曲的高质量的管。实施例3在实施例1的成型装置ODF中，代替在于底座31上以所需高度立设的机座43上载置的共用基座42上配置二等分辊41组的结构的下辊单元40，采用图9所示的下辊交换装置70。就下辊交换装置70而言，连接多个轴支撑下辊60的辊保持架71并使之成为输送装置，该输送传送带72通过位于旋转单元la、Ib下方的一对旋转卷筒73、74可在被千斤顶76支撑的轨道上移动。旋转卷筒73、74通过机座间配置的千斤顶75被保持为可升降，通过转动旋转卷筒73、74的轴支撑部的手柄，环形输送传送带72旋转，被轴支撑在辊支持架71上的下辊60移动。对于各下辊60的表面，根据成型装置ODF的兼用范围给予必要的各种曲率，且依次排列各辊，从而在旋转单元la、lb的所需部位，可以更换成具备根据目标口径具备必要的专用曲率的下辊60并进行配置，并且不仅支撑成型时的反力，能够适当控制与各模10在旋转单元la、lb的行进方向的旋转角度的成型量的分配。并且，虽然在此使输送传送带72环形化，但由于只要可向下游侧或上游侧双向移动便可以选择使用辊，因此也可以采用没有环形化的结构。实施例4对于制管流水生产线的机座结构，在根据图8A所示的圆形弯曲成型方式的情况下，如图SB所示，图的右侧为进入侧，并且具备:首先用于送入原材料材状态的被成型原材料w的由上下夹送辊和具有槽的侧辊构成的进入导向机座EG;进行全部开坯工序的由一对旋转单元构成的成型装置ODF机座；完成开坯工序后将被成型原材料的两边缘部成型为所需圆弧状并且准备焊接，用于对接边缘部的由上下辊构成的飞边通过辊机座FP;和三组共六段由其前段的侧辊构成的飞边通过侧辊机座FPS。终段是进行焊接的夹紧机座SQ，这里采用高频焊接。下辊单元40和侧辊单元50具备和实施例1相同的结构。假设成型装置ODF的兼用范围为口径60.5mm 168.3mm、厚度0.8mm 6.0mm,装置的最大设计线载荷为60kgf/mm。线速度设定为60m/min。被成型原材料采用普通钢板，在上述兼用范围内以各种口径、板厚的组合实施制管，其结果和实施例1 一样，被成型原材料的进入阻力小且可进行多余变形和残余应力少的成型，也能够完全抑制滚动，可以获得良好的表面质量。实施例5为了制造口径630mm、厚度22mm、长度18000mm的大直径管,采用所需尺寸的板材，经过如下各工序的UO成型是通常的制造方法，即首先使边缘部为圆弧状的C压制、按压成为管底的板宽度中央的U压制和成为圆筒状的0压制的各工序。UO成型加工中，压制装置需要采用高压压制，尤其在U压制中弯曲力矩长度短，为了材料全长同时成型，上述例中因承受来自被成型原材料的700tonf的成型反力，所以需要具有该成型反力以上的成型能力的高压压制。对此，在成型装置为ODF的情况下，因来自被成型原材料的成型反力是180tonf，所以作为成型装置的必要的刚性强度相对小且可以显著减低材料及制造成本，制管时需要的能量通过电力计算也可以显著减低。当详细说明时，则制管生产流水线的构成和图6B大致相同，具有:用于送入板材的被成型原材料的进入导向机座；将被成型原材料的两边缘部成型为所需圆弧状的由上下棍构成的边缘弯曲机座；进行全部开坯工序的由一对旋转单元构成的成型装置机座；完成开坯工序后准备焊接，用于对接边缘部的由上下辊构成的飞边通过辊机座；和由其前段的侧辊构成的飞边通过侧辊机座。终段是进行焊接的夹紧机座。上述的成型辊机座当然是由一对旋转单元构成的成型装置，是和实施例1、2相同的结构，为相似形状且被大型化，以承受设想的成型载荷的。根据该结构，没有由板材引起的前端及后端部的变形，容易制造口径630mm、板厚22_、长度18000_的大直径管,在设备和电力消耗方面，作为节能制造方法，也可确定替代UO成型加工。产业上的可利用性本成型方法，按照预定的辊花的边缘轨迹，连续约束被成型原材料的边缘部，如压制成型，被成型原材料基本上只承受截面内的两维变形，可进行多余的变形和残余应力少的成型，在成型过程中几乎不产生回弹，并且不会发生起因于极薄板材易产生的向辊的缠绕现象的边缘卷曲及由圆周速度差产生的材料的烧结、特别是厚板材易产生的伴随材料的约束力不足的材料的弯折现象等的辊特有的问题。所以最适用于极薄板材、非铁金属、厚板材及高硬度板材等以现有辊成型难以成型的材料的制管。另外，对于本成型方法，如果被成型原材料是连续材料，则可进行高速生产，作为装置的兼用范围广，且无需对板材、卷材接续焊接，用单体材料可进行制管，也最适用于多种且少量生产，进一步，因为不限制被成型原材料的宽度，因此也可进行大口径的钢管的制造。并且作为节能制造方法能够替换UO成型方法或UCO成型方法。符号说明EG进入导向机座EB边缘弯曲机座RVS反向弯曲机座ODF成型装置机座FPS飞边通过侧辊机座FP飞边通过辊机座SQ夹紧机座w被成型原材料IaUb旋转单元2、3长面板4支撑滚5 模列6支持滚7角度控制机构8驱动马达10 模11成型孔型12模支持架13 轴14 销15圆弧状齿面16 杆17直线状齿面18滚子从动件19轨道面板20a、20b倾斜用框架2la、2Ib 滑动机构22a、22b、23a、23b 联杆机构24旋转轴25螺母滑块26、27 臂28、35 手柄31 底座32支持轴部33升降千斤顶34 轴36 基座
40下辊单元41二等分辊42共用基座43、53 机座44小直径辊50侧辊单元51侧辊52升降机构60下辊70下辊交换装置71辊保持架72输送传送带73、74旋转卷筒75支撑用千斤顶76支撑用千斤 顶
权利要求
1.一种成型方法， 具有旋转单元，通过在旋转方向连接多个成型孔型向外且自由摆动地设置的模而形成环形列的模列在环形轨道部上能够旋转移动，并且具备使各模的成型孔型的摆动角度变化并保持该摆动角度的角度控制机构，具有对置配置一对该旋转单元，并且被成型原材料能够进入该对置的成型孔型间，且各成型孔型约束该原材料的宽度方向的两端部并同步移动的区间作为成型区间的结构，在通过该成型区间期间，在各模的成型孔型通过所述角度控制机构改变抵接被成型原材料的边缘部的所述摆动角度的同时，进行被成型原材料的成型。
2.如权利要求1所述的成型方法，旋转单元具有所需长度的直线或大致直线的轨道部，且该直线轨道部为成型区间。
3.如权利要求1所述的成型方法，各模的成型孔型的截面形状为大致L字型。
4.如权利要求1所述的成型方法，在一对旋转单元的对置间隔间，从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的宽度方向或行进方向或该两方向配置，并进行成型。
5.如权利要求1所述的成型方法，在一对旋转单元的对置间隔间，使从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的多个支撑辊抵接并进行成型时，使该辊支撑在辊保持架上并且连接该保持架而成为输送传送带，能够将各组旋转单元间的辊向被成型原材料的下游侧或上游侧双方向移送，并且通过使所述传送带的位置移动来选择配置成该辊的辊口径的曲率半径由该下游侧向上游侧依次变小的支撑辊列。
6.如权利要求1所述的成型方法，从刚离开成型区间的被成型材料的弯曲的外面抵接的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的圆周方向或行进方向或该两方向配置并进行成型。
7.一种成型装置，` 具有如下机构，该机构具有旋转单元，通过在旋转方向连接多个成型孔型向外且自由摆动地设置的模而形成环形列的模列在环形轨道部上能够旋转移动，并且具备使各模的成型孔型的摆动角度变化并保持该摆动角度的角度控制机构，具有对置配置一对该旋转单元，并且被成型原材料能够进入该对置的成型孔型间，且各成型孔型约束该原材料的宽度方向的两端部并同步移动的区间作为成型区间的结构，在通过该成型区间期间，在各模的成型孔型通过所述角度控制机构改变抵接被成型原材料的边缘部的所述摆动角度的同时，进行被成型原材料的成型。
8.如权利要求7所述的成型装置，旋转单元具有所需长度的直线或大致直线的轨道部，且该直线轨道部为成型区间。
9.如权利要求7所述的成型装置，各模的成型孔型的截面形状为大致L字型。
10.如权利要求7所述的成型装置，在一对旋转单元的对置间隔间，从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的宽度方向或行进方向或该两方向配置。
11.如权利要求7所述的成型装置，具有如下支撑辊列，在一对旋转单元的对置间隔间，在配置从弯曲的外面抵接被成型原材料的宽度中央部的多个支撑辊时，使该辊支撑在辊保持架上并且连接该保持架而成为输送传送带，能够将各组旋转单元间的辊向被成型原材料的下游侧或上游侧双方向移送，并且该辊的辊口径的曲率半径配置成由该下游侧向上游侧依次变小，且能够通过使所述传送带的位置移动来选择使用。
12.如权利要求7所述的成型装置，从刚离开成型区间的被成型材料的弯曲的外面抵接的单个或多个支撑辊沿被成型原材料的圆周方向或行进方向或该两方向配置。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种例如在成型圆形钢管时，不会损失现有的辊轧成型的生产能力，进行给予被成型材料的附加的变形应变少的所需的成型，从而能够制造高尺寸精度的高质量的产品的成型方法和装置。为了实现该目的，在本发明在成型初期的开坯工序中，采用模列在环形轨道上旋转移动的构成的旋转单元，该模列使用设置成向外且自由摆动的成型孔型的模，利用模的成型孔型，约束被成型原材料的边缘部，使模变化为所需角度并旋转移动，从而实现弯曲成型，并且能够显著减低起因于成型辊引起的缠绕现象和局部产生的高接触应力的诸多问题。
文档编号B21D5/10GK103201053SQ201180053300
公开日2013年7月10日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年11月4日
发明者王飞舟, 中野智康, 猪熊昭德, 尹纪龙, 阏伽井光朋 申请人:株式会社中田制作所