專利名稱：錐形鋼管的制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在溫?zé)嵯聦﹄姾镐摴堋⒑附愉摴?、無縫鋼管等進行縮徑加工(壓縮加工)的裝置以及方法，特別是，涉及鋼管的外徑沿著軸方向逐漸變化的錐形鋼管的制造裝置以及制造方法。
背景技術(shù)：
鋼管的外徑沿著軸方向逐漸變化，并且鋼管的棱線相對于軸傾斜的錐形鋼管，作為道路照明用電線桿等使用。通過縮徑加工制造這樣的錐形鋼管的裝置，例如在特開平10-24323號公報、特開平11-197755號公報、特開2002-192225號公報、特開2002-292432號公報以及特開2002-292433號公報中被公開。
上述發(fā)明，是將鋼管的兩端分別保持在臺車上的旋轉(zhuǎn)軸上，然后一面使其旋轉(zhuǎn)一面沿著軸線方向移動，并通過中間的加工輥呈圓錐狀地進行縮徑加工的錐形鋼管的制造裝置。再者，通過加熱爐將鋼管整體加熱，或者通過設(shè)置在加工輥的輸入側(cè)的加熱裝置部分加熱，并在數(shù)百℃的溫?zé)嵯逻M行縮徑加工。
通常，在錐形鋼管的制造裝置中，如圖15所示，將加工輥28的旋轉(zhuǎn)軸以和鋼管P的旋轉(zhuǎn)軸平行的方式設(shè)置。這時，如果高速進行溫?zé)嵯碌目s徑加工，便存在外形沒有變圓而變形成多角形的問題點，或壁厚參差不齊以及由此而引起的粗糙表面大量產(chǎn)生的問題點。
另外，錐形鋼管的棱線的相對于軸方向的角度(錐形角度)，由從鋼管的外周向面向中心軸的方向(半徑方向)的加工輥的進退速度和鋼管的沿縱向(軸線方向)的移動速度決定。通常，鋼管被一方的臺車牽引，另一方的臺車隨之移動。這時，另一方的臺車，為了使錐形鋼管的形狀良好，對鋼管施加適當(dāng)?shù)膹埩?。另外，通過設(shè)置在任意一方的臺車上的旋轉(zhuǎn)軸賦予鋼管以旋轉(zhuǎn)力，而另一方的臺車的旋轉(zhuǎn)軸追隨鋼管的旋轉(zhuǎn)。這樣一來，鋼管一面以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一面與加工輥接觸，進行縮徑加工。再者，不用在加工輥上施加驅(qū)動力，而是通過與鋼管接觸而旋轉(zhuǎn)的自由旋轉(zhuǎn)型。
通過這樣的制造裝置，例如如果對全長超過10m的長尺寸的電焊鋼管高速地進行縮徑加工，則如圖16所示，存在鋼管的焊縫線被扭曲的情況。一旦該焊縫線的扭曲變得嚴(yán)重，便容易發(fā)生剖面多角形化、扭曲變形、彎折等加工不良。焊縫線的扭曲的原因，是由于慣性力矩較大的加工輥的圓周速度相對于鋼管的加工部圓周速度的變化無法追隨上而產(chǎn)生的鋼管的加工部的圓周速度和加工輥的圓周速度的差異。因此，在縮徑加工長尺寸的鋼管時，必須減緩鋼管的軸方向的移動速度來減小鋼管的加工部圓周速度的變化，生產(chǎn)性的降低便成了問題。
特別是，在使用了外徑為160mm或其以下的原料管(原管)時，和制造外徑的最大值為150mm或其以下的錐形鋼管時，加工不良率較高。這是由于如果鋼管徑比加工輥的徑小，則鋼管的剖面變形抗力相對地變得脆弱，加工不穩(wěn)定性增加。另外，在縮徑加工壁厚不到4.0mm的管坯(素管)時，和制造壁厚的最大值不到4.0mm的錐形鋼管時，加工不良率較高?？紤]到這是由于如果壁厚變薄，則鋼管的剖面變形抗力絕對地變得脆弱，仍然會使加工不穩(wěn)定性增加。另外，在錐形鋼管的外徑的最小值是管坯的外徑的20％或其以下時，加工不良率也較高?？梢哉J(rèn)為這是由于為了提高錐形率、即縮徑加工的增加率而使增加外力，并且加工不穩(wěn)定性也增大的緣故。
另外，縮徑加工鋼管時的最適合的加工溫度(最適合加工溫度)因鋼的種類而異，最好控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。如果根據(jù)鋼管的強度變化率來計算，特別優(yōu)選以加熱后、到達(dá)加工輥時的鋼管的溫度在最適合加工溫度±20℃的范圍內(nèi)的方式，控制加熱裝置。以往，在溫?zé)嵯驴s徑加工鋼管時，以在加熱裝置的輸出側(cè)，鋼管的溫度達(dá)到最適合加工溫度的方式，調(diào)整加熱裝置的輸出。
一般來說，由于在錐形鋼管的制造裝置的加熱裝置和加工輥之間，配置有止振環(huán)等其他的設(shè)備，因此加熱裝置和加工輥的距離大約為600mm。另外，制造錐形鋼管時的沿鋼管的軸線方向的移動速度是0.5～0.7m/分。因此，鋼管在加熱裝置被加熱后，到達(dá)加工輥為止需要1分鐘或其以上的時間，由于空氣冷卻，鋼管的溫度會降低100℃或其以上。在這樣溫度大幅度降低的情況下，加熱裝置的溫度控制的應(yīng)答時間較長，因此溫度的控制較困難。因而，以加熱裝置的輸出側(cè)的鋼管的溫度達(dá)到最適合加工溫度的方式調(diào)整加熱裝置的輸出的方法，不適合于錐形鋼管的制造。
相對于此，也可以考慮假定從加熱鋼管之后到被縮徑加工為止的由空氣冷卻引起的溫度下降量是一定的，設(shè)定一定的溫度下降常數(shù)，從而控制加熱裝置的輸出側(cè)的鋼管的溫度的方法。但是，為了確保加工穩(wěn)定性，一般都使加工速度一定，例如，如果縮徑量變大，則與其成反比例，輸入側(cè)的鋼管的速度，即通過加熱裝置的鋼管的速度變慢。因而，由于在縮徑加工的進行的同時，溫度下降變大，因此即便將溫度下降常數(shù)設(shè)定為一定，也很難維持適當(dāng)?shù)募庸囟取?br> 除此之外，由季節(jié)和時間引起的制造裝置的周邊的溫度的變化，也影響溫度下降常數(shù)。另外，由于鋼管通過與被水冷的加工輥接觸而被冷卻，因此由縮徑加工的條件引起的鋼管的體積的變化也影響溫度下降常數(shù)。根據(jù)以上的情況，用設(shè)定一定的溫度下降常數(shù)來控制加熱裝置的輸出側(cè)的溫度的方法，很難維持適當(dāng)?shù)募庸囟?。進而，除此之外，在制造錐形率為非恒定的鋼管時，如果進行將目標(biāo)溫度設(shè)為一定的控制，則總是會發(fā)生波動。
根據(jù)以上的情況，以到達(dá)加工輥時的鋼管溫度達(dá)到最適合加工溫度(目標(biāo)溫度)的方式調(diào)整加熱裝置的輸出的方法是極為困難的，以往，加熱溫度的控制依賴于操作者的經(jīng)驗。因此，存在不能確保穩(wěn)定操作的情況，也有可能導(dǎo)致鋼管在加熱裝置的輸出側(cè)過熱，鋼管的變形抗力降低，在到達(dá)加工輥之前就變形等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以解決上述那樣以往的問題，提供一種可以高速制造具有無薄壁部的均勻的壁厚，并且沒有粗糙表面的高品質(zhì)的錐形鋼管的錐形鋼管的制造裝置為目的而完成的。另外，本發(fā)明的另一目的，是不發(fā)生扭曲地、生產(chǎn)性良好地制造超過10m那樣的長尺寸的錐形鋼管。進而，本發(fā)明的另一目的，是根據(jù)加工條件調(diào)整加熱裝置的輸出，使得到達(dá)加工輥的鋼管的加熱部分的溫度達(dá)到最適合加工溫度(目標(biāo)溫度)，使最適合的錐形加工成為可能。
本發(fā)明的錐形鋼管的制造裝置，是一邊將鋼管的兩端分別保持在臺車上的旋轉(zhuǎn)軸上使其旋轉(zhuǎn)，一面使其沿著軸線方向移動，并通過中間的加工輥呈圓錐狀地進行縮徑加工的錐形鋼管的制造裝置，其特征在于，使加工輥的旋轉(zhuǎn)軸相對于鋼管的旋轉(zhuǎn)軸傾斜20～40°，并且將加工輥的外形(表面輪廓)設(shè)為軋輥圓周速度差較少的凸曲面。進而，最好是安裝加工輥的面板，相對于本體部用鉸鏈機構(gòu)定位支撐，并相對于本體部用螺絲部件固定。另外，最好是加工輥的靠近鋼管一側(cè)的軸承，設(shè)為比遠(yuǎn)離鋼管的一側(cè)的軸承小，并通過拉桿將這兩個軸承連結(jié)在一起。
進而，最好具有使保持鋼管的兩端的臺車上的旋轉(zhuǎn)軸中至少一方的臺車上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的鋼管旋轉(zhuǎn)裝置，測定通過與鋼管的接觸而旋轉(zhuǎn)的加工輥的轉(zhuǎn)速θr的轉(zhuǎn)速檢測裝置，根據(jù)鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ控制鋼管旋轉(zhuǎn)裝置的控制裝置，最好作為加工輥的轉(zhuǎn)速檢測裝置是非接觸型的傳感器。
進而，最好在加工輥的輸入側(cè)具有加熱裝置，在緊跟加熱裝置之后以及加工輥之前(緊靠著加工輥在其之前)具有溫度檢測裝置，并具有根據(jù)由溫度檢測裝置測定的溫度和依據(jù)加工條件設(shè)定的溫度下降常數(shù)調(diào)整加熱裝置的輸出的演算裝置。
另外，作為由上述制造裝置實現(xiàn)的錐形鋼管的制造方法，最好測定在縮徑加工時通過與鋼管的接觸而旋轉(zhuǎn)的加工輥的轉(zhuǎn)速θr，根據(jù)該轉(zhuǎn)速θr求得加工輥的加工部圓周速度Vr，根據(jù)鋼管的轉(zhuǎn)速θp求得鋼管的加工部圓周速度Vp，并以該鋼管的加工部圓周速度Vp和前述加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值不超過容許范圍的方式控制鋼管的轉(zhuǎn)速θp，并且最好是鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值，滿足|Δ|≤0.045Vr。
進而，最好測定緊跟加熱裝置之后以及加工輥之前的鋼管的溫度，以測定值的差和根據(jù)依據(jù)加工條件設(shè)定的溫度下降常數(shù)計算出的溫度下降量一致的方式調(diào)整加熱裝置的輸出，進行縮徑加工。進而最好是使溫度下降常數(shù)的設(shè)定值，隨著縮徑量變化，另外最好是使溫度下降常數(shù)的設(shè)定值，沿著鋼管的縱向逐步地變化。


圖1是展示本發(fā)明的實施形態(tài)的整體正視圖。
圖2是展示本發(fā)明的加工輥的正視圖。
圖3是展示本發(fā)明的面板的單側(cè)開放結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖4是展示本發(fā)明的加工輥的支撐結(jié)構(gòu)的正視圖。
圖5是展示本發(fā)明的加工輥的支撐結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6是標(biāo)號說明圖。
圖7是實施形態(tài)的錐形鋼管制造設(shè)備的整體圖。
圖8是其他的實施形態(tài)的錐形鋼管制造設(shè)備的整體圖。
圖9是展示氣壓式的轉(zhuǎn)速檢測裝置的說明圖。
圖10是展示光學(xué)式的轉(zhuǎn)速檢測裝置的說明圖。
圖11是錐形鋼管制造設(shè)備的整體圖。
圖12是展示進行幾倍尺寸材料的錐形加工時的鋼管移動速度和溫度下降常數(shù)的關(guān)系的圖。
圖13是展示進行通常的錐形加工時的鋼管移動速度和溫度下降常數(shù)的關(guān)系的圖。
圖14是展示圖13的變形例的圖。
圖15是展示加工輥的以往例的正視圖。
圖16是展示焊縫線的扭曲的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖展示本發(fā)明的較好的形態(tài)。
首先，對可以高速制造沒有薄壁部而具有均勻的壁厚、另外也沒有粗糙表面的、高品質(zhì)的錐形鋼管的錐形鋼管的制造裝置以及制造方法進行說明。圖1是展示錐形鋼管的制造裝置的整體正視圖，圖2是展示加工輥的正視圖。在圖1中，P是鋼管，1a、1b是保持鋼管P的兩端并使其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸，通過臺車在軌道2上沿著軸線方向移動。在圖1所示的實施形態(tài)中，1a是設(shè)置了旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動側(cè)，1b是跟隨旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)自由側(cè)。另外，在以下一點與以往的錐形鋼管的制造裝置基本相同，所述的一點是3是鋼管的支承輥，4是加熱裝置，5是止振裝置，通過位于中間的加工輥6進行縮徑加工而形成圓錐狀。
本發(fā)明者，為了防止錐形鋼管的制造的外形變形、防止壁厚參差不齊以及粗糙表面、應(yīng)對高速化，進行銳意研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將加工輥的旋轉(zhuǎn)軸不像以往那樣與鋼管的旋轉(zhuǎn)軸平行地設(shè)置，而使其稍微傾斜，在防止變形和防止粗糙表面等方面比較有效。另外，由此，還可以達(dá)成加工速度的提高。但是，如果使用如圖15所示那樣的加工輥25而使旋轉(zhuǎn)軸傾斜，則可知輥25和鋼管P外表面的接觸面積變小，并且變?yōu)殇J角地實施縮徑加工，產(chǎn)生壁厚的減少的情況。
相對于此，發(fā)現(xiàn)壁厚減少受加工輥的形狀影響，對最佳進行進行了銳意研究。結(jié)果研究得出，如圖2所示，通過將軋輥外形(ロ一ルカリバ一)6d設(shè)為軋輥圓周速度差較少的凸曲面可有效地防止壁厚減少，能夠制造均勻的壁厚的錐形鋼管。即，通過充分確保軋輥和鋼管P的外表面的接觸面積，并且設(shè)為傾斜較緩和的軋輥外形6d，可防止用圖15所示的以往的軋輥外形25d不能防止的壁厚減少的發(fā)生。
具體的說，如圖2所示，使加工輥6的旋轉(zhuǎn)軸相對于鋼管P的旋轉(zhuǎn)軸以20°≤θ≤40°的范圍傾斜地安裝。該交叉角度(θ)如果不到20°，很難獲得充分的變形的防止和粗糙表面的防止；另外如果大于40°，雖然可得到效果，但在設(shè)備剛性上不理想，并且成本要增加。
進而，加工輥6的軋輥外形6d，如圖2所示，設(shè)為軋輥圓周速度差較少的凸曲面。所謂的軋輥圓周速度差較少的凸曲面，意味著在加工輥6和鋼管P的接觸部上，鋼管輸入側(cè)的加工輥6的直徑和鋼管輸出側(cè)的加工輥6的直徑的差較小的凸曲面，是用凸曲面整體對鋼管大致均勻地加壓加工的。即，加工輥6的軋輥外形6d，以下述方式構(gòu)成，即在鋼管輸出側(cè)，加工輥6和鋼管P的接觸部變成平緩的水平線，可以沒有階梯或局部的凹陷部等地防止壁厚減少而制造均勻的壁厚的錐形鋼管。
再者，作為進一步的防止外形變形、防止壁厚參差不齊以及粗糙表面、應(yīng)對高速化，為了減少加工輥的加工負(fù)荷，最好將3個加工輥6沿著鋼管的周方向均等地配置。
可是，由于加工輥6因與鋼管的接觸而磨損，因此必須每隔一定時間更換。以往，加工輥的更換操作，是從本體部沿著水平方向取出每個面板7來進行的。這時，必須有相當(dāng)大的操作空間，但如本發(fā)明這樣在加工輥6上有交叉角的情況下，必須有更大的操作空間。進而，以往在螺絲部件9的取下操作和軋輥更換操作中，必須用起重機將面板7取下，另外，由于螺絲部件9需要數(shù)十根，因此操作性較差。并且，還存在當(dāng)面板7的安裝時，安裝位置的精度再現(xiàn)性降低的問題。
相對于此，如圖3所示，設(shè)為將覆蓋加工輥6的面板7，相對于本體部用鉸鏈機構(gòu)8定位支撐，并相對于本體部用螺栓等螺絲部件9固定的結(jié)構(gòu)。再者，在圖3所示的例子中，面板7是L字狀的部件，用鉸鏈機構(gòu)8將其基部連結(jié)在本體部上，設(shè)定為以該鉸鏈機構(gòu)8為中心開合自如。由此，不用起重機而只要開合動作便可移動，因此操作性良好，另外，面板7的固定也只要用螺栓擰緊幾處便能夠可靠地固定，并且由鉸鏈機構(gòu)8定位支撐，因此可提高安裝位置的精度。
另外，由于加工輥在縮徑加工時從鋼管P受到較大的反作用力，因此通常采用加工輥的旋轉(zhuǎn)軸兩端被較大的軸承支撐的結(jié)構(gòu)。但是，在本發(fā)明中，由于加工輥6的旋轉(zhuǎn)軸6a相對于鋼管P的旋轉(zhuǎn)軸傾斜地安裝，因此如果仍舊使用以往的較大的軸承，便會與鋼管P的外表面碰觸。因此，靠近鋼管P一側(cè)的軸承6b不得不使用小型的，但較小的軸承得不到充分的剛性。其結(jié)果，會出現(xiàn)對加工輥的軸系進行冷卻的內(nèi)部冷卻油泄漏的問題。
因此，在本發(fā)明中，如圖4以及圖5所示，采用如下結(jié)構(gòu)，即，將加工輥6的靠近鋼管P一側(cè)的軸承6b設(shè)為比遠(yuǎn)離鋼管一側(cè)的軸承6c還小型的軸承，并通過拉桿10將這兩個軸承6b、6c連結(jié)在一起。由此，可提高加工輥的支撐剛性并防止漏油等現(xiàn)象。再者，圖中的11是軸承托架。
其次，對用于不發(fā)生扭曲地、高生產(chǎn)性地制造超過10m的長尺寸的錐形鋼管的裝置以及方法進行說明。圖6是示意性地展示錐形鋼管的制造時的鋼管以及加工輥的轉(zhuǎn)速和圓周速度的圖。將鋼管的轉(zhuǎn)速設(shè)為θp，將加工輥的轉(zhuǎn)速設(shè)為θr，將鋼管的加工部圓周速度設(shè)為Vp，將加工輥的加工部圓周速度設(shè)為Vr。鋼管的加工部圓周速度Vp是鋼管的加工部半徑Rp和鋼管的轉(zhuǎn)速θp的積，加工輥的加工部圓周速度Vr是加工輥半徑Rr和加工輥的轉(zhuǎn)速θr的積。再者，加工輥的軋輥外形，如圖6所示，是軋輥圓周速度差較少的凸曲面，加工輥半徑Rr是加工輥的軸和與鋼管接觸的曲面的距離的最大值。
在縮徑加工的初期，加工輥和以定速旋轉(zhuǎn)的鋼管接觸，從而通過摩擦被驅(qū)動，并被加速，直到加工輥的加工部圓周速度Vr和鋼管的加工部圓周速度Vp基本一致。當(dāng)進行縮徑加工時，鋼管的加工部半徑Rp逐漸變小，因鋼管的轉(zhuǎn)速θp是一定的，故鋼管的加工部圓周速度Vp也逐漸變小。可是，由于加工輥是重物并且慣性旋轉(zhuǎn)力矩較大，因此加工輥的轉(zhuǎn)速θr很難降低。因而，加工輥的加工部圓周速度Vr的降低比鋼管的加工部圓周速度Vp的降低要慢。
根據(jù)以上的情況，在縮徑加工的初期，加工輥的旋轉(zhuǎn)比鋼管的旋轉(zhuǎn)要慢，在縮徑加工的末期，加工輥的旋轉(zhuǎn)變得比鋼管的旋轉(zhuǎn)快。因此，在鋼管的表面沿著周方向作用的與加工輥的摩擦力，相對于鋼管的旋轉(zhuǎn)方向，在縮徑加工的前半段是反方向，在縮徑加工的后半段變?yōu)轫樂较?。因此，鋼管的加工部被扭曲，可以想到如圖16所示那樣焊縫線變形的情況。
本實施形態(tài)，為了抑制因上述的原因而產(chǎn)生的焊縫線的變形，是以鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ不超過容許范圍的方式連續(xù)地控制鋼管的轉(zhuǎn)速θp的發(fā)明。以下說明詳細(xì)內(nèi)容。
圖7是展示錐形鋼管制造設(shè)備的整體的圖，6是設(shè)置在裝置中央部的加工輥。在加工輥6的兩側(cè)直線狀地配置有臺車用軌道2a以及2b。在這些臺車用軌道2a以及2b上分別配置有送入側(cè)的臺車12a和牽引側(cè)的臺車12b。在這些臺車12a以及12b上搭載有旋轉(zhuǎn)軸1a以及1b。鋼管P兩端部被這些旋轉(zhuǎn)軸1a以及1b夾緊，然后一面旋轉(zhuǎn)一面被加工輥6的身前側(cè)的加熱裝置4加熱到數(shù)百℃，并通過加工輥6而被縮徑加工。
牽引側(cè)的臺車12b具備軸移動馬達(dá)13，在臺車用軌道2b上行駛而使鋼管P沿著軸線方向移動。另一方面，送入側(cè)的臺車12a一面對鋼管P施加適當(dāng)?shù)膹埩σ幻娓S移動。再者，在送入側(cè)的臺車上設(shè)有軸移動馬達(dá)，通過使其比牽引側(cè)的臺車12b更快速地移動，可對鋼管P施加壓縮力。
另外，在圖7所示的實施形態(tài)中，在送入側(cè)的臺車12a上搭載有旋轉(zhuǎn)馬達(dá)14，從該旋轉(zhuǎn)軸1a對鋼管P施加旋轉(zhuǎn)力。給鋼管P的旋轉(zhuǎn)力，如圖8所示，也可以在牽引側(cè)的臺車12b上搭載旋轉(zhuǎn)馬達(dá)14，從牽引側(cè)施加。根據(jù)如圖7所示的例子那樣從送入側(cè)的臺車12a向鋼管P施加旋轉(zhuǎn)力的方法，在加工輥6和進行驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸之間的、被加熱到高溫的部分變短，可以更有效地抑制鋼管P的扭曲。
本實施形態(tài)的加工輥6，如圖7所示，使加工輥的旋轉(zhuǎn)軸6a相對于鋼管P的軸線傾斜。另外，加工輥6沒有驅(qū)動源，是通過與鋼管P的摩擦，跟隨鋼管的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的自由旋轉(zhuǎn)型的軋輥。加工輥6可通過缸體等驅(qū)動裝置16，從鋼管P的外周沿著面向中心軸的方向(半徑方向)進退移動，并一直檢測進退移動的位置。再者，加工輥6，最好在鋼管P的軸線的周圍以120°間隔配置3個。
在本實施形態(tài)中，通過轉(zhuǎn)速檢測裝置15在縮徑加工的進行中一直實測與鋼管P接觸而自由旋轉(zhuǎn)的加工輥6的轉(zhuǎn)速θr。但是該加工輥6其軸6a傾斜，位于靠近鋼管P的位置，并且周邊的氛圍溫度也變?yōu)楦邷?。因此通常的轉(zhuǎn)速檢測裝置其安裝自身就很困難，另外，不能長時間使用。因此，作為轉(zhuǎn)速檢測裝置15，最好使用非接觸型的傳感器。
將測定的加工輥6的轉(zhuǎn)速θr輸入控制裝置17。另外，向加工輥6的半徑方向的推入量，一直被從加工輥6的驅(qū)動裝置16輸入到控制裝置17中。根據(jù)該向加工輥6的半徑方向的推入量，控制裝置17始終掌握著鋼管的加工部半徑Rp。另外，控制裝置17由于控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)14的轉(zhuǎn)速，因此掌握著鋼管的轉(zhuǎn)速θp。進而，預(yù)先在控制裝置17中也輸入加工輥半徑Rr。再者，加工部分的軋輥半徑Rr，如圖6所示，是具有凸曲面的加工輥的半徑的最大值。
控制裝置17，在鋼管的加工部半徑Rp上乘以鋼管的轉(zhuǎn)速θp從而求得鋼管的加工部圓周速度Vp，在加工輥6的轉(zhuǎn)速θr上乘以加工輥半徑Rr從而求得加工輥6的加工部圓周速度Vr。進而，控制裝置17，以加工輥的加工部圓周速度Vr和鋼管的加工部圓周速度Vp的差Δ不超過容許范圍的方式向旋轉(zhuǎn)馬達(dá)14發(fā)送控制信號，從而連續(xù)地控制鋼管的轉(zhuǎn)速θp。在本實施形態(tài)中，加工部圓周速度Vp和加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值設(shè)定為不超過加工部圓周速度Vr的4.5％。即，滿足|Δ|≤0.045Vr。如果超過該范圍，焊縫線的扭曲變大，大多會成為不良品。再者，雖然也根據(jù)鋼管的種類、全長、錐形角等而不同，但只要設(shè)為|Δ|≤0.02Vr，便可制造更高品質(zhì)的錐形鋼管。
再者，上述實施形態(tài)是只在加工輥6上安裝轉(zhuǎn)速檢測裝置15，并實測其轉(zhuǎn)速的例子，但也可以采用實時檢測支承臺3a、3b、3c(鋼管支承輥)的轉(zhuǎn)速、牽引側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸1b的轉(zhuǎn)速，并以更高的水平檢測在縮徑加工時在鋼管P的各部分產(chǎn)生的扭曲，同時使整體上的扭曲最小化這樣的控制。
在圖9以及圖10中展示了測定加工輥6的轉(zhuǎn)速θr的非接觸型傳感器的實施形態(tài)的例子。如圖9所示，在加工輥6的側(cè)面的一定半徑的部分上形成適當(dāng)個數(shù)的凹部21，從設(shè)在稍微離開的位置上的噴嘴22向其半徑線上噴出氣流。由于在有凹部21的部分上和在平坦的部分上氣流的反射狀態(tài)變化，因此隨著加工輥6的旋轉(zhuǎn)，壓力傳感器23檢測出如圖9所示的波形?？蓮脑摬ㄐ吻蟮眉庸ぽ?的轉(zhuǎn)速θr。圖10所示的例子，是在加工輥6的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置葉片或切口等光線遮斷裝置24，利用加工輥6旋轉(zhuǎn)時光線周期性地被遮斷的情況，光學(xué)地求得加工輥6的轉(zhuǎn)速θr。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明的錐形鋼管的制造方法，最好通過非接觸型的傳感器在縮徑加工的進行中一直實測以往沒有被測定的自由旋轉(zhuǎn)型的加工輥的轉(zhuǎn)速θr，并求得加工輥的加工部圓周速度Vr。另一方面，根據(jù)加工輥的向鋼管中心軸方向的推入量求得鋼管的加工部半徑Rp，并乘以鋼管的轉(zhuǎn)速θp而求得鋼管的加工部圓周速度Vp。然后，連續(xù)地控制鋼管的轉(zhuǎn)速θp以使得鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ不超過容許范圍。因此，即便在提高了生產(chǎn)速度的情況下，也可以縮小鋼管從加工輥受到的反作用力，并可以不產(chǎn)生扭曲地、高生產(chǎn)性地制造超過10m那樣的長尺寸的錐形鋼管。
另外，對外徑是160mm或其以下的管坯進行縮徑加工而成的錐形鋼管、最大外徑是150mm或其以下的錐形鋼管、對壁厚不到4.0mm的管坯進行縮徑加工而成的錐形鋼管、最大壁厚不到4.0mm的錐形鋼管，鋼管的剖面變形抗力變得脆弱，最小外徑為管坯的外徑的20％或其以下的錐形鋼管，為了提高錐形率而使得外力增加，加工不穩(wěn)定性也增大，以往穩(wěn)定的制造較困難，但根據(jù)本發(fā)明便可以穩(wěn)定地制造。
其次，對能夠以到達(dá)加工輥的鋼管的加熱部分的溫度達(dá)到最適合溫度(目標(biāo)溫度)的方式根據(jù)加工條件調(diào)整加熱裝置的輸出，實現(xiàn)最適合的錐形加工的方法進行說明。圖11是展示制造錐形鋼管的設(shè)備的整體的圖，基本的構(gòu)成與圖7以及8所示的方式大致相同。配置在加工輥6的輸入側(cè)的加熱裝置4是感應(yīng)加熱裝置，將送入加工輥6的鋼管P加熱到數(shù)百℃。對于該加熱裝置4的輸出控制方法，在以下詳細(xì)說明。再者，3a、3b、3c是通過軋輥支撐鋼管P的支承臺。
在本實施形態(tài)中，至少在緊跟加熱裝置4的后面和加工輥6的跟前分別設(shè)置溫度檢測裝置18、19。溫度檢測裝置18、19最好是非接觸式的，例如是放射溫度計，檢測各自的位置的鋼管溫度。然后，通過演算裝置27求得由溫度檢測裝置18、19檢測到的溫度的差，并將其設(shè)為從加熱裝置4到加工位置的鋼管P的溫度下降量。再者，最好設(shè)置為溫度檢測裝置18可測定距加熱裝置4的輸出側(cè)為50mm或其以內(nèi)的范圍的溫度，溫度檢測裝置19可測定距加工輥6的輸入側(cè)為50mm或其以內(nèi)的范圍的溫度。
在由加工輥6實現(xiàn)的縮徑加工量一定的情況下(錐形率是零且速度一定的情況)，溫度下降量一定，加熱裝置輸出側(cè)的鋼管溫度＝最適合加工溫度(目標(biāo)溫度)+溫度下降量。因此，只要根據(jù)來自演算裝置20的指令調(diào)整加熱裝置4的輸出使得實測的鋼管P的溫度及溫度下降量與該算式一致即可。但是，在進行縮徑加工量連續(xù)地變化的錐形加工時，因伴隨縮徑量的變化的加工輥的輸入側(cè)的鋼管軸方向的移動速度的變化、由被水冷的加工輥冷卻的鋼管體積的變化等，溫度下降量根據(jù)鋼管P的加工位置而變化。
因此，在本發(fā)明中，作為鋼管P從加熱裝置4移動到加工輥6期間的溫度下降量的預(yù)測值，按照加工條件隨時選擇適當(dāng)?shù)臏囟认陆党?shù)。在該加工條件中，最主要的是縮徑量。在將加工速度設(shè)為一定時，縮徑加工量變得越大，在加工輥的輸入側(cè)的鋼管P的向軸方向的移動速度越低，因此選擇更大的溫度下降常數(shù)。因此，最好根據(jù)縮徑加工量的連續(xù)的變化使溫度下降常數(shù)的值也連續(xù)地變化，但實際上只要使溫度下降常數(shù)的設(shè)定值沿著鋼管的縱向階段性地變化即可。
例如，在進行如圖12那樣的幾倍尺寸材料的錐形加工時，加工輥的輸入側(cè)的鋼管的向軸方向的移動速度，在錐形部的加工開始的同時降低，通過中央部后再次增加。這時，錐形加工的前半段是鋼管P從加熱裝置4向加工輥6的移動所需的時間變長，由空氣冷卻引起的溫度下降量也變大。相對于此，如果選擇較大的溫度下降常數(shù)，則雖然溫度下降量較大，但也使加熱裝置4的輸出增加，使得在被縮徑加工的位置的鋼管的溫度維持最適合加工溫度(目標(biāo)溫度)。另外，檢測實測的溫度下降量和設(shè)定的溫度下降常數(shù)是否一致，在有偏差時，可以通過一邊操作一邊適當(dāng)修正溫度下降常數(shù)，或者適當(dāng)調(diào)整加熱裝置4的輸出以使加工輥6的跟前的鋼管的溫度的測定值接近目標(biāo)溫度，從而使偏差接近于零。
另一方面，錐形加工的后半段是鋼管P從加熱裝置4移動到加工位置、即加工輥所需的時間逐漸縮短，由空氣冷卻引起的溫度下降量也變小。并且鋼管P已經(jīng)被加熱的部分較多，具有潛伏熱。因此以如下方式進行控制，即，選擇較小的溫度下降常數(shù)，使加熱裝置4的輸出降低，使被縮徑加工的位置的鋼管的溫度不超過最適合加工溫度，并防止過熱。該溫度下降常數(shù)的切換最好考慮時間常數(shù)而較早地進行，但實際上只要沿著鋼管縱向以數(shù)百mm間隔設(shè)定溫度下降常數(shù)便足夠了。
再者，根據(jù)錐形加工條件的不同，適當(dāng)?shù)臏囟认陆党?shù)的設(shè)定方法是多種多樣的，有時優(yōu)選如圖13所示那樣，設(shè)定為在縮徑量增加的同時使溫度下降常數(shù)沿著鋼管縱向順次變小。另外，根據(jù)加工條件不同，也有如圖14那樣可在鋼管的全長上設(shè)定一定的溫度下降常數(shù)的情況。這樣，可根據(jù)加工條件隨時選擇適當(dāng)?shù)闹档臏囟认陆党?shù)，并最好預(yù)先將由加工條件而得到的溫度下降量的變化作為經(jīng)驗值而使其數(shù)值化。即，如果在沿著鋼管的縱向變化地設(shè)定的溫度下降常數(shù)和溫度下降量的實測值不一致的情況下，一邊操作一邊修正溫度下降常數(shù)，或者調(diào)整加熱裝置4的輸出以使加工輥6的跟前的溫度的測定值接近目標(biāo)溫度，將加工溫度維持在適當(dāng)范圍內(nèi)。通過連續(xù)地進行這樣的溫度下降常數(shù)的修正，可以根據(jù)加工條件選擇最佳的溫度下降常數(shù)。
如上述那樣，在本發(fā)明中，預(yù)先根據(jù)加工條件(縮徑量、鋼管位置)設(shè)定溫度下降常數(shù)，并根據(jù)它調(diào)整加熱裝置4的輸出，然后升降加熱裝置輸出側(cè)的溫度，將加工位置的鋼管溫度維持在最適合加工溫度(目標(biāo)溫度)。另外，檢測實測的溫度下降量和選擇的溫度下降常數(shù)是否一致，調(diào)整加熱裝置4的輸出以使偏差接近零。由此便可實現(xiàn)最適合的錐形加工。
另外，在本發(fā)明中，由于始終測定加熱裝置的輸出側(cè)的鋼管溫度，因此在加熱裝置4中，還可以防止鋼管P被過度加熱的問題。即，還可使其發(fā)揮作為聯(lián)鎖的功能而鎖定由加熱裝置4產(chǎn)生的加熱的上限。
進而，通過在鋼管P的初期溫度為高溫的情況下減少溫度下降常數(shù)，在低溫的情況下增加溫度下降常數(shù)的方式，可以對應(yīng)因季節(jié)或時間而導(dǎo)致的空氣冷卻溫度下降量的變動。在夏季和冬季，鋼管P的初期溫度變化達(dá)到20℃或其以上的情況不少，在溫度應(yīng)答性較慢的錐形加工中，由于不能忽視該溫度差，因此根據(jù)本發(fā)明，不管什么季節(jié)都可實現(xiàn)穩(wěn)定的錐形加工。
實施例1利用圖7所示的制造裝置，將外徑165.2mm、壁厚4.5mm、長度9000mm的電阻焊鋼管作為管坯，然后如圖12所示那樣加工成可取得2根錐形鋼管的形狀。即，可獲取2根錐形長度為4500mm、外徑為從134.1mm變化到89.1mm、壁厚為4.5mm的錐形鋼管。在不控制鋼管以及加工輥的圓周速度的以往的方法下，剖面多角形化或扭曲變形，以發(fā)生率為50％或其以上的高概率發(fā)生。相對于此，當(dāng)采用控制鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值的本發(fā)明的制造方法時，在|Δ|＜0.045Vr的條件下，不良發(fā)生率急劇減少到0.8％，在|Δ|＜0.02Vr的條件下，可完全抑制。
另外，通過采用控制鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值的本發(fā)明方法，即便對于以除此之外的以往的方法制造的不良率超過50％的、由外徑為160mm或其以下的管坯制造的錐形鋼管、最大微鏡為150mm或其以下的錐形鋼管、由壁厚不到4.0mm的管坯制造的錐形鋼管、最大壁厚不到4.0mm的錐形鋼管、最小外徑為管坯的外徑的20％或其以下的錐形鋼管，不良率同樣也急劇減少到0.8％。
進而通過采用該制造方法，還可以實現(xiàn)如下的錐形鋼管的制造，這些錐形鋼管在以往由于加工不良率非常高，被看做是不得不用極低的效率制造，而實際上是不可能制造的，所述的錐形鋼管包括由外徑為139.8mm的原料管制造的錐形鋼管、最大外徑為114mm的錐形鋼管、由壁厚是3.5mm的管坯制造的錐形鋼管、最大壁厚為3.5mm的錐形鋼管、最小外徑為管坯的外徑的18％的錐形鋼管。這些錐形鋼管成為立柱時，不僅整體很輕，而且還是越到上部越輕的形狀，可抗擊地震且不易倒塌，并且其力矩小而疲勞強度良好，因此是劃時代的形狀的錐形鋼管。
例2利用圖11所示的裝置，進行將外徑300mm的鋼管以錐形率3/100縮徑到280mm的錐形加工。判斷該鋼管的最適合加工溫度是700℃，作為加工中的溫度下降常數(shù)的初期值(理想計算值)選擇180℃，調(diào)整加熱裝置4的輸出以使加熱裝置輸出側(cè)的鋼管溫度達(dá)到880℃。由于在加工后期溫度下降量的實測值達(dá)到190℃，因此，將穩(wěn)定下降常數(shù)設(shè)定為190℃，將加熱裝置輸出側(cè)的鋼管溫度提高到890℃。其結(jié)果，可將送入加工輥的鋼管溫度控制在700℃±20℃的范圍內(nèi)，可進行錐形加工。
權(quán)利要求
1.一種錐形鋼管的制造裝置，它是將鋼管的兩端分別保持在臺車上的旋轉(zhuǎn)軸上，一面使其旋轉(zhuǎn)一面使其沿軸線方向移動，通過中間的加工輥呈圓錐狀地進行縮徑加工的錐形鋼管的制造裝置，其特征在于，使前述加工輥的旋轉(zhuǎn)軸相對于前述鋼管的旋轉(zhuǎn)軸傾斜20～40°，并且將前述加工輥的軋輥外形設(shè)為軋輥圓周速度差較少的凸曲面。
2.如權(quán)利要求1所述的錐形鋼管的制造裝置，其中，安裝加工輥的面板，相對于本體部用鉸鏈機構(gòu)定位支撐，并相對于本體部用螺絲部件固定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的錐形鋼管的制造裝置，其中，加工輥的靠近鋼管一側(cè)的軸承，設(shè)為比遠(yuǎn)離鋼管的一側(cè)的軸承小，并通過拉桿將所述兩個軸承連結(jié)。
4.如權(quán)利要求1所述的錐形鋼管的制造裝置，其特征在于，具有在保持鋼管的兩端的臺車上的旋轉(zhuǎn)軸中，使至少一方的臺車上的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的鋼管旋轉(zhuǎn)裝置，測定通過與前述鋼管的接觸而旋轉(zhuǎn)的加工輥的轉(zhuǎn)速θr的轉(zhuǎn)速檢測裝置，以及根據(jù)前述鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ控制前述鋼管旋轉(zhuǎn)裝置的控制裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的錐形鋼管的制造裝置，其特征在于，加工輥的轉(zhuǎn)速檢測裝置是非接觸型的傳感器。
6.如權(quán)利要求1所述的錐形鋼管的制造裝置，其特征在于，在加工輥的輸入側(cè)具有加熱裝置，在緊跟前述加熱裝置之后以及前述加工輥之前具有溫度檢測裝置，并具有根據(jù)由前述溫度檢測裝置測定的溫度和依據(jù)加工條件設(shè)定的溫度下降常數(shù)調(diào)整前述加熱裝置的輸出的演算裝置。
7.一種錐形鋼管的制造方法，它是由權(quán)利要求4或5所述的錐形鋼管的制造裝置實現(xiàn)的錐形鋼管的制造方法，其特征在于，測定在縮徑加工時通過與鋼管的接觸而旋轉(zhuǎn)的加工輥的轉(zhuǎn)速θr，根據(jù)該轉(zhuǎn)速θr求得加工輥的加工部圓周速度Vr，根據(jù)鋼管的轉(zhuǎn)速θp求得鋼管的加工部圓周速度Vp，并控制鋼管的轉(zhuǎn)速θp，以使該鋼管的加工部圓周速度Vp和前述加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值不超過容許范圍。
8.如權(quán)利要求7所述的錐形鋼管的制造方法，其特征在于，鋼管的加工部圓周速度Vp和加工輥的加工部圓周速度Vr的差Δ的絕對值，滿足|Δ|≤0.045Vr。
9.一種錐形鋼管的制造方法，它是由權(quán)利要求6所述的錐形鋼管的制造裝置實現(xiàn)的錐形鋼管的制造方法，其特征在于，測定緊跟加熱裝置之后以及加工輥之前的鋼管的溫度，調(diào)整加熱裝置的輸出使得測定值的差與根據(jù)按照加工條件設(shè)定的溫度下降常數(shù)計算出的溫度下降量相一致，進行縮徑加工。
10.如權(quán)利要求9所述的錐形鋼管的制造方法，其特征在于，使溫度下降常數(shù)的設(shè)定值，與縮徑量相對應(yīng)地變化。
11.如權(quán)利要求9所述的錐形鋼管的制造方法，其特征在于，使溫度下降常數(shù)的設(shè)定值，沿著鋼管的縱向逐步地變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以高速制造具有沒有薄壁部的均勻的壁厚，另外沒有粗糙表面的高品質(zhì)的錐形鋼管的錐形鋼管的制造裝置，它是在將鋼管P的兩端分別保持在臺車上的旋轉(zhuǎn)軸上，一面使其旋轉(zhuǎn)一面使其沿著軸線方向移動，并通過中間的加工輥6呈圓錐狀地進行縮徑加工的錐形鋼管的制造裝置中，使加工輥6的旋轉(zhuǎn)軸相對于鋼管P的旋轉(zhuǎn)軸傾斜20～40°。進而，可設(shè)為覆蓋加工輥6的面板7，相對于本體部1用鉸鏈機構(gòu)8定位支撐，并相對于本體部1用螺絲部件9固定，以及加工輥6的接近鋼管一側(cè)的軸承6b，設(shè)為小于遠(yuǎn)離鋼管一側(cè)的軸承6c，并通過拉桿10將這兩個軸承6b、6c連結(jié)在一起。
文檔編號B21D41/00GK1721100SQ200510084099
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者黑田泰行, 栗山幸久, 上田學(xué), 菱田博俊, 弘重逸朗, 本吉卓 申請人:新日本制鐵株式會社