特許 6204512 鋼管の冷間フレア成形加工装置及びその装置を用いた鋼管の冷間フレア成形加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6204512

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】鋼管の冷間フレア成形加工装置及びその装置を用いた鋼管の冷間フレア成形加工方法

(51)【国際特許分類】

   B21D 19/08 20060101AFI20170914BHJP

   B21D 41/02 20060101ALI20170914BHJP

   B21D 19/00 20060101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   B21D19/08 A

   B21D19/08 F

   B21D41/02 A

   B21D19/00 A

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-6909(P2016-6909)

(22)【出願日】2016年1月18日

(65)【公開番号】特開2017-127880(P2017-127880A)

(43)【公開日】2017年7月27日

【審査請求日】2016年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】316000172

【氏名又は名称】株式会社エム・エス・ケー

(73)【特許権者】

【識別番号】504145364

【氏名又は名称】国立大学法人群馬大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147913

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 義敬

(74)【代理人】

【識別番号】100091605

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100197284

【弁理士】

【氏名又は名称】下茂 力

(72)【発明者】

【氏名】松原 香

(72)【発明者】

【氏名】稲葉 敬祐

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 豊

(72)【発明者】

【氏名】西田 進一

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１０９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１０７８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１４６７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２２２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４６３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７９６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６０４４７３５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０７１５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０２２５９１２９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｄ １９／０８

Ｂ２１Ｄ １９／００

Ｂ２１Ｄ ４１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形状の貫通した空間部を有し前記空間部を介して鋼管の外周面を挟持して前記鋼管を固定するクランプを有するクランプ機構と、
前記クランプの一側面から導出した前記鋼管に対して冷間フレア成形加工を行う円錐形状の加工面を有する第１のパンチと、
前記第１のパンチにより前記冷間フレア成形加工が施された前記導出した前記鋼管に対して、前記冷間フレア成形加工によりフランジ部を形成する平坦形状の加工面を有する第２のパンチと、
前記クランプ機構により固定された前記鋼管に対して前記第１のパンチと前記第２のパンチとを切り替えるパンチ切替機構と、
前記パンチ切替機構にて選定された前記第１のパンチまたは前記第２のパンチを前記導出した前記鋼管に向けて押し出し、前記第１のパンチの前記円錐形状の加工面及び前記第２のパンチの前記平坦形状の加工面により前記導出した前記鋼管の内周面に対して多段式のプレス加工を行うプレス機構と、を備え、
前記クランプの前記一側面に形成される円形状の開口端部に成形されると共に、前記プレス加工時に前記フランジ部の必要長さを形成する曲面が成形され、
前記クランプは、前記空間部を構成する内周面である第１の加工面と、前記一側面である第２の加工面と、前記第１の加工面と前記第２の加工面とを結ぶ前記曲面である第３の加工面と、を有し、
前記第１のパンチには、前記冷間フレア成形加工時において、前記鋼管の内側に進入すると共に、前記円錐形状の加工面よりも先端側に配置され、前記鋼管の内側への変形を抑制する第１の円筒形状部が形成され、
前記第２のパンチには、前記冷間フレア成形加工時において、前記鋼管の内側に進入すると共に、前記平坦形状の加工面よりも先端側に配置され、前記鋼管の内側への変形を抑制する第２の円筒形状部が形成されていることを特徴とする鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項2】

前記クランプの前記開口端部には、加工前の前記開口端部から半径６ｍｍから９ｍｍの前記曲面が成形されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項3】

前記空間部を囲む前記クランプの前記内周面には凹凸形状の加工が成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項4】

前記凹凸形状は、前記鋼管の延在方向に対して傾斜角を有するように前記内周面に形成された複数の溝であり、
前記クランプの前記一側面側へと傾斜する前記溝の傾斜面と前記溝の加工前の前記クランプの前記内周面との成す角が、前記クランプの前記一側面と対向する面側へと傾斜する前記溝の傾斜面と前記溝の加工前の前記クランプの前記内周面との成す角よりも小さく、
前記クランプ機構は前記クランプを前記鋼管の延在方向に対して垂直方向に稼働させる油圧装置を有し、前記油圧装置は前記クランプを介して前記鋼管の前記外周面から前記垂直方向の力を加えることを特徴とする請求項３に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項5】

前記凹凸形状は、前記内周面に対してサンドブラスト加工により形成されている凹凸であることを特徴とする請求項３に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項6】

前記クランプの内径は前記鋼管の外径より小さく、前記クランプの内径は前記鋼管の外径の９９．５％以上の大きさであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置を用いた鋼管の冷間フレア成形加工方法であり、
前記鋼管を準備し、前記クランプ機構を稼働させ前記鋼管の一端側が前記クランプの前記一側面から導出するように前記鋼管の前記外周面を挟持して前記クランプにて前記鋼管を固定する工程と、
前記パンチ切替機構により前記第１のパンチを選定し、前記第１のパンチの軸心と前記鋼管の軸心とを位置合わせした後、前記プレス機構により前記第１のパンチの前記円錐形状の加工面が前記導出した前記鋼管の前記内周面をプレス加工すると共に、前記第１のパンチの前記第１の円筒形状部が前記鋼管内に進入し、前記鋼管の内側への変形を抑制するように前記第１のパンチを前記鋼管に向けて押し出す工程と、
前記パンチ切替機構により前記第２のパンチを選定し、前記第２のパンチの軸心と前記鋼管の前記軸心とを位置合わせした後、前記プレス機構により前記第２のパンチの前記平坦形状の加工面が前記導出した前記鋼管の前記内周面をプレス加工すると共に、前記第２のパンチの前記第２の円筒形状部が前記鋼管内に進入し、前記鋼管の内側への変形を抑制するように前記第２のパンチを前記鋼管に向けて押し出す工程と、を備え、
前記クランプの前記一側面に形成される前記円形状の前記開口端部に成形される前記曲面は、前記第１のパンチ及び前記第２のパンチを用いたプレス加工時に、前記クランプの前記一側面から前記導出した前記鋼管に対して必要な長さの前記フランジ部を形成する曲面であることを特徴とする鋼管の冷間フレア成形加工方法。

【請求項8】

前記プレス機構では、予め設定された前記プレス機構の油圧シリンダの限界圧力または予め設定された前記第１のパンチ及び前記第２のパンチのストローク量のどちらか一方の条件を満たした段階にて前記多段式のプレス加工を終えることを特徴とする請求項７に記載の鋼管の冷間フレア成形加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷間方式にて鋼管の端部にフランジ部を形成する鋼管の冷間フレア成形加工装置及び鋼管の冷間フレア成形加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍食品加工工場や冷蔵食品加工工場等のプラント設備の配管は、鋼管材質の質向上も含め、常に最先端の機械設備の導入と共に改良を繰り返しながら今日に到っている。そして、配管用鋼管継手部の多くは溶接による接合に委ねられており、施工の効率化、作業効率化、施工期間の短縮、コスト削減等が追及されている。

【0003】

また、配管用鋼管継手の接合方法としてフランジ接合による施工も行われている。このフランジ接合も、鋼管とフランジ部分は溶接を要し、溶接時の火花による火災発生の危険性は、上記溶接による施工方法と同様に大きな問題である。その他、溶接を用いた施工方法では、環境負荷の低減、低コスト化、作業効率、溶接作業者の習熟度や人材不足と言った観点からも大きな問題である。

【0004】

上述した問題への対策として、配管用鋼管端部につば出し加工（以下、「フレア加工」と呼ぶ。）を行うことで、上記溶接よる施工工程を省略する鋼管のフレア加工方法が知られている。

【0005】

従来の鋼管の加工方法として、図５〜図７に示す加工方法が知られている。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）及び図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、ダイス方式による鋼管のフレア加工方法を説明する断面図である。

【0006】

図５（Ａ）に示す如く、フレア加工が行われる素管１０１を準備し、素管１０１をダイス方式のフレア加工装置の所望の箇所へと装着する。尚、素管１０１は、その先端側に形成された厚肉部に対してフレア加工が行われる。図示したように、フランジ形成領域の素管１０１の端部周囲には誘導コイル１０２が配設され、素管１０１は誘導加熱される。そして、円錐形状の成形面１０３Ａを備えたダイス１０３に対して素管１０１の端部を押し込んでいく。

【0007】

図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）に示す如く、素管１０１の先端側は、誘導コイル１０２により誘導加熱されながら、ダイス１０３に押し込まれることで、除々にダイス１０３の成形面１０３Ａに沿って円錐形状に拡管される。

【0008】

図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す如く、フレア加工装置では、円錐形状の成形面１０３Ａを備えたダイス１０３から平坦形状の成形面１０４Ａを備えたダイス１０４へと切り替える。そして、引き続き、円錐形状に拡管された素管１０１を誘導コイル１０２により誘導加熱しながら、除々にダイス１０４へと押し込んでいく。

【0009】

図６（Ｃ）に示す如く、素管１０１の先端側は、ダイス１０４の成形面１０４Ａに沿って、円錐形状から平坦形状へと成形される。このとき、ダイス１０４の成形面１０４Ａの外周端に設けられたストッパー１０４Ｂに素管１０１の先端が当たることで、それ以上の加工が止まり、素管１０１の先端側には所定外径の平坦形状のフランジが成形される（例えば、特許文献１参照。）。

【0010】

また、従来のステンレスパイプの加工方法として、図７に示す加工方法が知られている。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、ステンレスパイプのフレア加工方法を説明する断面図である。

【0011】

図７（Ａ）に示す如く、各種プラントに用いられる配管端部にフランジを成形するため、例えば、ステンレスパイプ１２１を所定の長さに切断し、ステンレスパイプ１２１をフレア加工装置の所望の箇所へと装着する。

【0012】

先ず、ステンレスパイプ１２１のフランジ加工が行われる一端側が露出するように、ステンレスパイプ１２１の周囲から拘束型１２２により押圧して固定される。一方、ステンレスパイプ１２１の他端側は拘束型１２２の直径内を摺動可能な下型１２３により固定される。次に、フレアーボンチ１２４によりステンレスパイプ１２１の一端側を押圧することで、円錐形状のフレアーボンチ１２４に沿ってステンレスパイプ１２１の一端側は円錐形状に拡管される。

【0013】

図７（Ｂ）に示す如く、上記拡管したステンレスパイプ１２１を熱処理した後、再び、拘束型１２２及び下型１２３によりステンレスパイプ１２１を固定し、平坦形状を備えたプレスラム１２５により押圧し、ステンレスパイプ１２１の一端側に平坦形状のフランジが成形される（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【特許文献1】特開平１０−１４６６２３号公報

【特許文献2】特開昭６４−７１５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

先ず、図５〜図６を用いて説明した温間方式のフレア成形加工方法では、フレア成形加工の前工程として素管１０１、１１１を加熱する熱処理工程が必要となり、その熱により素管１０１、１１１が塑性変形（拡管）するため、寸法精度を高めることが難しいという問題がある。

【0016】

また、上記熱処理工程では、バーナー等により素管１０１、１１１を加熱するため、素管１０１、１１１に酸化スケールが発生し、寸法精度を高めることが難しいという問題がある。

【0017】

次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すフレア成形加工方法では、拘束型１２２及び下型１２３を用いて２方向からステンレスパイプ１２１を押圧して固定した状態にて、フレアーボンチ１２４及びプレスラム１２５を用いて、ステンレスパイプ１２１の一端側にフランジを成形している。

【0018】

特に、下型１２３がステンレスパイプ１２１の他端側を押圧することで、フレアーボンチ１２４及びプレスラム１２５がステンレスパイプ１２１の一端側を押圧した際に、ステンレスパイプ１２１が押し出されるようにずれることが防止される。

【0019】

つまり、このフレア成形加工装置では、拘束型１２２だけではフレアーボンチ１２４及びプレスラム１２５の押圧力に対抗出来ず、下型１２３が必須の構成となっている。そのため、短いステンレスパイプ１２１に対してはフレア加工を行うことが出来るが、ある程度長いステンレスパイプ１２１に対しては下型１２３により固定することが難しく、加工時にステンレスパイプ１２１がずれるため、フレア加工出来ないか、寸法精度良くフレア加工し難いという問題がある。仮に、長いステンレスパイプ１２１に対応可能なフレア成形加工装置とするためには、フレア加工装置が大型化し、設置箇所も限られ、装置コストも大幅に増加するという問題が考えられる。現実的には、このフレア成形加工装置では、短いステンレスパイプ１２１にしか対応出来ないという問題がある。

【0020】

また、丸印１２６にて示すように、ステンレスパイプ１２１を押圧して固定する拘束型１２２の端部に曲面が成形されていないため、フレアーボンチ１２４及びプレスラム１２５がステンレスパイプ１２１の一端側を押圧した際に、拘束型１２２の端部がステンレスパイプ１２１へ食い込み、ステンレスパイプ１２１の曲げ加工部が破損したり、亀裂等が入る恐れがあり、フランジ部の製品品質が安定しないという問題がある。その結果、ステンレスパイプ１２１の継手箇所において、フランジ部間にパッキンを介装してルーズフランジをボルト締結するが、時間の経過と共に、上記フランジ部が破損し、漏水現象が生じ、致命的な性能不良をきたす恐れがある。

【0021】

更には、拘束型１２２の端部においても、フレアーボンチ１２４及びプレスラム１２５がステンレスパイプ１２１の一端側を押圧した際に、拘束型１２２の端部がステンレスパイプ１２１へ食い込むことを繰り返すことで、拘束型１２２が破損するという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0022】

前述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、円筒形状の貫通した空間部を有し前記空間部を介して鋼管の外周面を挟持して前記鋼管を固定するクランプを有するクランプ機構と、前記クランプの一側面から導出した前記鋼管に対して冷間フレア成形加工を行う円錐形状の加工面を有する第１のパンチと、前記第１のパンチにより前記冷間フレア成形加工が施された前記導出した前記鋼管に対して、前記冷間フレア成形加工によりフランジ部を形成する平坦形状の加工面を有する第２のパンチと、前記クランプ機構により固定された前記鋼管に対して前記第１のパンチと前記第２のパンチとを切り替えるパンチ切替機構と、前記パンチ切替機構にて選定された前記第１のパンチまたは前記第２のパンチを前記導出した前記鋼管に向けて押し出し、前記第１のパンチの前記円錐形状の加工面及び前記第２のパンチの前記平坦形状の加工面により前記導出した前記鋼管の内周面に対して多段式のプレス加工を行うプレス機構と、を備え、前記クランプの前記一側面に形成される円形状の開口端部に成形されると共に、前記プレス加工時に前記フランジ部の必要長さを形成する曲面が成形され、前記クランプは、前記空間部を構成する内周面である第１の加工面と、前記一側面である第２の加工面と、前記第１の加工面と前記第２の加工面とを結ぶ前記曲面である第３の加工面と、を有し、前記第１のパンチには、前記冷間フレア成形加工時において、前記鋼管の内側に進入すると共に、前記円錐形状の加工面よりも先端側に配置され、前記鋼管の内側への変形を抑制する第１の円筒形状部が形成され、前記第２のパンチには、前記冷間フレア成形加工時において、前記鋼管の内側に進入すると共に、前記平坦形状の加工面よりも先端側に配置され、前記鋼管の内側への変形を抑制する第２の円筒形状部が形成されていることを特徴とする。

【0023】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、前記クランプの前記開口端部には、加工前の前記開口端部から半径６ｍｍから９ｍｍの前記曲面が成形されていることを特徴とする。

【0024】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、前記空間部を囲む前記クランプの内周面には凹凸形状の加工が成されていることを特徴とする。

【0025】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、前記凹凸形状は、前記鋼管の延在方向に対して傾斜角を有するように前記内周面に形成された複数の溝であり、前記クランプの前記一側面側へと傾斜する前記溝の傾斜面と前記溝の加工前の前記クランプの前記内周面との成す角が、前記クランプの前記一側面と対向する面側へと傾斜する前記溝の傾斜面と前記溝の加工前の前記クランプの前記内周面との成す角よりも小さく、前記クランプ機構は前記クランプを前記鋼管の延在方向に対して垂直方向に稼働させる油圧装置を有し、前記油圧装置は前記クランプを介して前記鋼管の前記外周面から前記垂直方向の力を加えることを特徴とする。

【0026】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、前記凹凸形状は、前記内周面に対してサンドブラスト加工により形成されている凹凸であることを特徴とする。

【0027】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工装置は、前記クランプの内径は前記鋼管の外径より小さく、前記クランプの内径は前記鋼管の外径の９９．５％以上の大きさであることを特徴とする。

【0028】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工方法は、前記プレス機構では、予め設定された前記プレス機構の油圧シリンダの限界圧力または予め設定された前記第１のパンチ及び前記第２のパンチのストローク量のどちらか一方の条件を満たした段階にて前記多段式のプレス加工を終えることを特徴とする。

【0029】

また、本発明の鋼管の冷間フレア成形加工方法は、上記記載の鋼管の冷間フレア成形加工装置を用いた鋼管の冷間フレア成形加工方法であり、前記鋼管を準備し、前記クランプ機構を稼働させ前記鋼管の一端側が前記クランプの前記一側面から導出するように前記鋼管の前記外周面を挟持して前記クランプにて前記鋼管を固定する工程と、前記パンチ切替機構により前記第１のパンチを選定し、前記第１のパンチの軸心と前記鋼管の軸心とを位置合わせした後、前記プレス機構により前記第１のパンチの前記円錐形状の加工面が前記導出した前記鋼管の前記内周面をプレス加工すると共に、前記第１のパンチの前記第１の円筒形状部が前記鋼管内に進入し、前記鋼管の内側への変形を抑制するように前記第１のパンチを前記鋼管に向けて押し出す工程と、前記パンチ切替機構により前記第２のパンチを選定し、前記第２のパンチの軸心と前記鋼管の前記軸心とを位置合わせした後、前記プレス機構により前記第２のパンチの前記平坦形状の加工面が前記導出した前記鋼管の前記内周面をプレス加工すると共に、前記第２のパンチの前記第２の円筒形状部が前記鋼管内に進入し、前記鋼管の内側への変形を抑制するように前記第２のパンチを前記鋼管に向けて押し出す工程と、を備え、前記クランプの前記一側面に形成される前記円形状の前記開口端部に成形される前記曲面は、前記第１のパンチ及び前記第２のパンチを用いたプレス加工時に、前記クランプの前記一側面から前記導出した前記鋼管に対して必要な長さの前記フランジ部を形成する曲面であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0030】

本発明では、鋼管を固定するクランプの加工面側の開口端部に曲面が成形され、その曲面を加工面として利用し、鋼管の先端側にフランジ部が成形される。この構造により、冷間フレア成形加工時にクランプが鋼管に食い込むことがなく、フランジ部が破断し、フランジ部に亀裂が入ることが防止され、製品品質の安定したフランジ部の成形が実現される。

【0031】

また、本発明では、クランプの加工面側の開口端部に対し、その端部から半径６ｍｍから９ｍｍの曲面が成形されることで、鋼管の内側への変形が大幅に低減され、所望の平坦長さを有するフランジ部の成形が実現される。

【0032】

また、本発明では、クランプの内周面に対して、溝形状やサンドブラスト加工による小さい凹凸形状が形成されることで、冷間フレア成形加工時における鋼管の滑りを防止し、寸法精度の高いフランジ部の成形が実現される。

【0033】

また、本発明では、クランプの内径は鋼管の外径より小さく、クランプの内径は鋼管の外径の９９．５％以上の大きさとすることで、冷間フレア成形加工時における鋼管の滑りを防止し、寸法精度の高いフランジ部の成形が実現される。

【0034】

また、本発明では、鋼管に対して垂直荷重を加える稼働式のクランプ機構が配設されることで、垂直方向からの押圧力により鋼管を確実に固定することができ、様々な長さの鋼管に対してもフランジ部の成形加工が実現される。

【0035】

また、本発明では、クランプ機構と、パンチ切替機構と、プレス機構とを有し、クランプ機構にて鋼管を確実に固定した状態にて、パンチ切替機構にて第１のパンチと第２のパンチとを切替ながら多段式の冷間フレア成形加工が成される。この成形加工方法により、冷間式によるフランジ部の寸法精度が優れ、クランプ形状による製品品質の安定したフランジ部の成形が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】本発明の実施の形態における冷間フレア成形加工装置を説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）側面図である。

【図2】本発明の実施の形態における冷間フレア成形加工装置の（Ａ）クランプを説明する斜視図、クランプの曲面を加工面として用いた解析及び実験結果に基づく（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図、（Ｅ）断面図である。

【図3】本発明の実施の形態における冷間フレア成形加工装置のクランプを説明する（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）鋼管の外周面を説明する解析図である。

【図4】本発明の実施の形態における冷間フレア成形加工方法を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図、（Ｄ）断面図である。

【図5】従来の鋼管のフレア加工を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。

【図6】従来の鋼管のフレア加工を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。

【図7】従来の鋼管のフレア加工を説明する（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下に、本発明の一実施形態である鋼管の冷間フレア成形加工装置（以下、フレア加工装置と呼ぶ。）について図面に基づき詳細に説明する。尚、一実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。

【0038】

最初に、図１（Ａ）はフレア加工装置の加工エリアを中心に部分的に図示した斜視図であり、図１（Ｂ）はフレア加工装置全体を簡略化して模式的に図示した側面図である。以下の説明では、紙面Ｘ軸方向はフレア加工装置の幅方向を示し、紙面Ｙ軸方向はフレア加工装置の高さ方向を示し、紙面Ｚ軸方向はフレア加工装置の奥行方向を示す。尚、紙面Ｚ軸方向は鋼管の延在方向とも一致している。

【0039】

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す如く、フレア加工装置１は、主に、クランプ機構２と、クランプ機構２を構成するクランプ３と、パンチ切替機構４と、パンチ切替機構４にて、適宜、切替られる第１のパンチ５及び第２のパンチ６と、第１のパンチ５及び第２のパンチ６を押し出すプレス機構７とを備えている。

【0040】

フレア加工装置１は、例えば、配管用ステンレス鋼管（以下、ＳＵＳ管と呼ぶ。）、配管用炭素鋼管（以下、ＳＧＰ管と呼ぶ。）等の鋼管８の端部にフランジ部８Ａ（図２（Ｂ）参照）を成形し、管外径４０Ａ〜２００Ａ、管厚３〜６ｍｍの鋼管８を取り扱うことができる。詳細は後述するが、クランプ３にて確実に鋼管８を固定した状態にて、形状の異なる加工面を有する第１及び第２パンチ５、６を用いて２段式のプレス加工を行うことで、冷間フレア成形加工を実現している。

【0041】

ここで、冷間フレア成形加工とは、上記ＳＵＳ管、ＳＧＰ管等の鋼管８を常温にて塑性変形させ、鋼管８の端部にフランジ部８Ａを成形する方法である。温間フレア成形加工のように鋼管８を高温加熱した状態にて加工を行わないため、冷間加工では、成形荷重を要する事や成形形状に限界がある事等の加工条件は温間加工と比較して制限されるが、鋼管８の金属組織が緻密となり形状精度を高めるフレア成形加工が可能となる。

【0042】

クランプ機構２は、例えば、上型９と下型１０から成るクランプ３と、上型９を保持する上型保持クランプ１１と、下型１０を保持する下型保持クランプ１２と、上型９及び上型保持クランプ１１を一体にフレア加工装置１の上下方向（紙面Ｙ軸方向）に稼働させる電動油圧装置（図示せず）とを有している。尚、電動油圧装置は、例えば、その一部がフレア加工装置１に隣接して配設され、油圧シリンダ１３と、電動モータと、作動油タンクと、油圧ポンプ等から構成されている。

【0043】

クランプ３は、冷間フレア成形加工を行う鋼管８の径サイズに応じて、適宜、上型９と下型１０も鋼管８の径サイズに応じた型へと取替えられることで、確実に鋼管８を固定した状態での冷間フレア成形加工を行うことが実現される。そして、上型９及び下型１０は、それぞれ上型保持クランプ１１及び下型保持クランプ１２に対してボルト締結されている。

【0044】

図１（Ｂ）に示すように、クランプ３に固定された鋼管８の軸心１４の高さは、フレア加工装置１に対して一定の高さに設定される。これは、クランプ３の下型１０が、鋼管８の径サイズに応じて、それぞれ掘り込み深さを変えて形成されることで、下型１０上に配置された鋼管８の軸心１４の高さは、常に、一定の高さとなるように設計されている。

【0045】

つまり、後述する第１及び第２のパンチ５、６及びプレス機構７の油圧シリンダ２１の軸心の高さは、予め、鋼管８の軸心１４の高さに一致するように、フレア加工装置１に配設されているので、冷間フレア成形加工時に、それぞれの軸心の高さを調整する作業を省略することができる。尚、以下の説明では、一点鎖線にて示すラインが、鋼管８、第１及び第２のパンチ５、６及びプレス機構７の油圧シリンダ２１の共通の軸心１４として説明する。

【0046】

下型保持クランプ１２は、台座１５上面にボルト締結により固定されている。一方、上金型保持クランプ１１の上面には上記電動油圧装置の油圧シリンダ１３が配設されており、その油圧シリンダ１３により上型９及び上型保持クランプ１１を一体にフレア加工装置１の高さ方向（紙面Ｙ軸方向）に稼働させる。そして、鋼管８を下型１０上に位置合わせして配置した後に、上型９及び上型保持クランプ１１を一体に下降させ、鋼管８をクランプ３にて固定する。尚、図示したように、油圧シリンダ１３と上型保持クランプ１１とは１枚のプレート１３Ａを介して連結することで、油圧シリンダ１３からの押圧力がより均等にクランプ３及びクランプ３内の鋼管８に伝えることが可能となる。

【0047】

次に、パンチ切替機構４は、クランプ機構２よりもフレア加工装置１の奥側（紙面−Ｚ軸方向側）へ配設され、例えば、一対の移動レール１６と、移動レール１６上面を紙面Ｘ軸方向に摺動自在に配設された台座１７と、台座１７を移動レール１６対して移動させる電動油圧装置（図示せず）と、台座１７上面に配設された一対の移動レール１８と、移動レール１８上面に配設される第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０とを有している。尚、電動油圧装置は、例えば、その一部がフレア加工装置に隣接して配設され、油圧シリンダと、電動モータと、作動油タンクと、油圧ポンプ等から構成されている。

【0048】

一対の移動レール１６が、フレア加工装置１の幅方向（紙面Ｘ軸方向）に一定間隔に並列して１組配設されている。そして、台座１７は、その下面にて移動レール１６と摺動自在に勘合し、電動油圧装置の油圧シリンダ（図示せず）を介して移動レール１６上を紙面Ｘ軸方向に移動可能である。

【0049】

台座１７上面には、一対の移動レール１８が、フレア加工装置１の奥行方向（紙面Ｚ軸方向）に一定間隔に並列して２組配設されている。移動レール１８は、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０の下方にそれぞれ配設されている。そして、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０は、移動レール１８と摺動自在に勘合して、それぞれ単独に紙面Ｚ軸方向に移動可能である。

【0050】

第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０には、それぞれ第１及び第２のパンチ５、６が固定され、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０のクランプ３側（紙面＋Ｚ軸方向側）からは、第１及び第２のパンチ５、６の加工面５Ａ、６Ａが突出している。

【0051】

台座１７上面の第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０の紙面Ｘ軸方向の移動量は、例えば、インデックス装置（図示せず）にて制御されている。詳細は後述するが、鋼管８がクランプ３にて固定された後、第１のパンチ５にてプレス加工を行い、その後、第２のパンチ６にてプレス加工を行うが、台座１７が移動レール１６上を所定の距離だけ移動することで、第１のパンチ５と第２のパンチ６が入れ替わる。

【0052】

このとき、第１及び第２のパンチ５、６の軸心１４とクランプ３に固定された鋼管８の軸心１４とが一致するための移動量が、インデックス装置により制御され、台座１７を移動させる油圧シリンダの伸縮量が制御される。この制御により、１回のフレア成形加工毎に軸心１４の位置合わせを行う工程を省略でき、第１及び第２のパンチ５、６による連続したプレス加工により、鋼管８の先端側にフランジ部８Ａを成形することができる。

【0053】

第１のパンチ５は、その大部分が円筒形状の剛体、例えば、ＳＫＤ１１からなり、その先端側（クランプ３側）が４５度の角度にてなる円錐形状に成形され、その円錐形状の先端が、再び、円筒形状に成形されている。詳細は後述するが、第１のパンチ５の円錐形状の側面が加工面５Ａとして用いられ、第１のパンチ５の加工面５Ａが鋼管８の内周面と接触しながら紙面＋Ｚ方向へと鋼管８をプレスしていくことで、鋼管８の先端側が、第１のパンチの加工面５Ａに沿って拡管される。尚、第１のパンチ５の先端側の円筒形状部５Ｂ（図４（Ｂ）参照）は、特に、プレス加工する面ではないが、鋼管８が内側へと変形することを防止するため、鋼管８の内側へと進入する領域である。

【0054】

第２のパンチ６は、その大部分が円筒形状の剛体、例えば、ＳＫＤ１１からなり、その先端側（クランプ３側）が平坦面として成形され、その平坦面の中心側が、再び、円筒形状に突出して成形されている。詳細は後述するが、第１のパンチ５にて拡管された鋼管８の先端に対し、第２のパンチ６の平坦面が加工面６Ａとして用いられ、第２のパンチ６の加工面６Ａが鋼管８の内周面と接触しながら紙面＋Ｚ軸方向へと鋼管８をプレスしていくことで、鋼管８の先端側にフランジ部８Ａが成形される。尚、第２のパンチ６の先端側の円筒形状部６Ｂ（図４（Ｄ）参照）は、特に、プレス加工する面ではないが、鋼管８が内側へと変形することを防止するため、鋼管８の内側へと進入する領域である。

【0055】

プレス機構７は、第１及び第２のパンチ５、６をフレア加工装置１の奥行方向（紙面Ｚ軸方向）に移動させる電動油圧装置（図示せず）を有している。電動油圧装置の油圧シリンダ２１が、パンチ切替機構４よりもフレア加工装置１の奥側（紙面−Ｚ軸方向側）へ配設されている。尚、電動油圧装置のその他の構成として電動モータと、作動油タンクと、油圧ポンプ等を有し、例えば、その一部がフレア加工装置に隣接して配設されている。

【0056】

プレス機構７の油圧シリンダ２１の軸心１４は、予め、クランプ機構２のクランプ３に固定される鋼管８の軸心１４に対して一致するように配設され、油圧シリンダ２１は紙面Ｚ軸方向に伸縮稼働するのみである。

【0057】

そして、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０が、その後端面側から油圧シリンダ２１に押し込まれることで、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０が移動レール１８に沿って紙面Ｚ軸方向に移動し、第１及び第２のパンチ５、６が鋼管８に対してプレス加工を行う。このとき、油圧シリンダ２１の限界圧力が、例えば、１７５ｔと、予め、設定され、または、ストローク量が、例えば、１００ｍｍと、予め、設定され、どちらかの条件を満たした段階にてプレス加工を終了することで、鋼管８には所望形状のフランジ部８Ａが成形される。尚、油圧シリンダ２１の限界圧力及びストローク量は、冷間フレア成形加工される鋼管８に応じて、適宜、設計変更が可能である。

【0058】

次に、図２を参照し、加工面側（紙面−Ｚ軸方向側）におけるクランプの開口端部の曲面に関し、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）の解析及び実験結果を用いて説明する。図２（Ａ）は、上型が下型と当接するまで下降した状態のクランプを説明するための斜視図であり、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）は、図２（Ａ）に示すＡ−Ａ線方向の断面図であり、クランプの開口端部の所定の曲面を有する形状を説明する断面図である。

【0059】

尚、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）では、説明の都合上、図２（Ａ）では図示していない冷間フレア成形加工後の鋼管８も図示している。そして、図２（Ｂ）〜図２（Ｅ）では、６５ＡのＳＧＰ管の鋼管８に対し、フランジ部８Ａの平坦長さＸが８．４２５ｍｍ以上となることを目標値とし、同一荷重にて冷間フレア成形加工を行った場合を図示している。

【0060】

図２（Ａ）に示す如く、上型９と下型１０とが当接した状態のクランプ３では、紙面Ｚ軸方向に貫通した円筒形状の空間部２２が形成されている。クランプ３の紙面−Ｚ軸方向側の側面は加工面３Ａとして用いられ、その加工面３Ａには円形状の開口部２３が形成され、その開口部２３の環状の開口端部には一環状に渡り所定の曲面２３Ａが成形されている。

【0061】

図２（Ｂ）は開口部２３の曲面２３Ａが、点線にて示す開口部２３の加工前の開口端部２３Ｂから半径３ｍｍの曲面として成形された場合を図示している。平坦長さＸは鋼管８のフランジ部８Ａの平坦部の長さを示し、隙間長さＹは曲面２３Ａ近傍の鋼管８とクランプ３の内周面３Ｂとの間の隙間の最大値を示している。そして、平坦長さＸは１１．４４９ｍｍとなり、隙間長さＹは１．０４１ｍｍとなった。クランプ３の加工面３Ａ、開口部２３の曲面２３Ａ及び内周面３Ｂは、鋼管８の冷間フレア成形加工の際の加工面として用いられる。

【0062】

図２（Ｃ）は開口部２３の曲面２３Ａが、点線にて示す開口部２３の加工前の開口端部２３Ｂから半径６ｍｍの曲面として成形された場合を図示している。そして、平坦長さＸは１０．２４９ｍｍとなり、隙間長さＹは０．６３１ｍｍとなった。

【0063】

図２（Ｄ）は開口部２３の曲面２３Ａが、点線にて示す開口部２３の加工前の開口端部２３Ｂから半径９ｍｍの曲面として成形された場合を図示している。そして、平坦長さＸは８．５５８ｍｍとなり、隙間長さＹは０．４５０ｍｍとなった。

【0064】

図２（Ｅ）は開口部２３の曲面２３Ａが、点線にて示す開口部２３の加工前の開口端部２３Ｂから半径１２ｍｍの曲面として成形された場合を図示している。そして、平坦長さＸは７．２９６ｍｍとなり、隙間長さＹは０．２７４ｍｍとなった。

【0065】

先ず、上記解析及び実験結果から、クランプ３の加工面３Ａの開口部２３の開口端部に対する曲面２３Ａにおいて、半径の小さい曲面２３Ａを成形すると隙間長さＹは大きくなり、半径の大きい曲面２３Ａを成形する程、隙間長さＹが小さくなることが分かった。この結果により、隙間長さＹが大きくなるということは、冷間加工によって硬い鋼管８に対してプレス加工を行うことで、開口部２３近傍の鋼管８が内側に変形しているものと考えられる。つまり、クランプ３の加工面３Ａの開口部２３の周端部に対して半径の大きい曲面２３Ａを成形することで、鋼管８が内側に変形することが大幅に低減され、製品品質を向上させることができる。

【0066】

次に、上記解析及び実験結果より、クランプ３の加工面３Ａの開口部２３の開口端部に対する曲面２３Ａにおいて、半径の大きい曲面２３Ａを成形すると平坦長さＸは短くなり、半径の小さい曲面２３Ａを成形する程、平坦長さＸが長くなることが分かった。この結果により、鋼管８は、開口部２３の曲面２３Ａに沿って変形するため、平坦長さＸを長くするためには、クランプ３の開口部２３の開口端部に対して半径の小さい曲面２３Ａを成形する方が良い。

【0067】

ここで、フランジ部８Ａはルーズフランジの内側へ配設され、フランジ部８Ａの内側にはガスケットが配設され、ルーズフランジがボルト締結されることで、配管継手での止水が成されるが、フランジ部８Ａの平坦長Ｘが短い場合には、ガスケットを十分に保持できず、十分な止水効果が得られなくなってしまう。

【0068】

以上より、クランプ３の開口部２３の開口端部の曲面２３Ａにおいて、内側への変形量を低減し、且つ、フランジ部８Ａによるガスケット保持による止水性を考慮すると、点線にて示す開口部２３の加工前の開口端部２３Ｂに対して半径６ｍｍ〜９ｍｍの曲面２３Ａが成形されることが良いことが分かった。尚、４０Ａ〜２００Ａのサイズの鋼管８に対しても同じ解析及び実験を行ったが、同様な傾向の結果が得られた。

【0069】

また、クランプ３の開口端部の曲面２３Ａが加工面として用いられることで、第１及び第２のパンチ５、６によるプレス加工によりフランジ部８Ａの平坦面が成形される。そのため、本実施形態の冷間フレア成形加工では、フランジ部８Ａの平坦面を成形する切削工程を省略できるので、製造コストが大幅に低減される。

【0070】

次に、図３を参照し、クランプにより鋼管の滑りを防止する方法及びクランプ構造について説明する。図３（Ａ）は、上型が下型から上昇した状態のクランプを説明する斜視図であり、図３（Ｂ）は、クランプの内周面の溝形状を説明する拡大断面図であり、図３（Ｃ）は、クランプの内径を鋼管の外径よりも小さくしてクランプした場合の鋼管の外周面の解析図である。

【0071】

先ず、クランプ３では、上型９と下型１０とが当接した状態でのクランプ３の空間部２２（図２（Ａ）参照）内に鋼管８を挟み込み、上型９及び下型１０により紙面Ｙ軸方向から鋼管８を固定することで、プレス加工時に鋼管８が紙面＋Ｚ軸方向へ滑ることが防止される。

【0072】

詳細は後述するが、鋼管８の冷間フレア成形加工では、鋼管８には第１及び第２のパンチ５、６により紙面＋Ｚ軸方向にプレスする力が加わり、この力による鋼管８の紙面＋Ｚ軸方向への滑りを防止する為に、このパンチによる力に対向する垂直荷重を鋼管８へ加える必要がある。つまり、上型９及び下型１０により紙面Ｙ軸方向から鋼管８に垂直荷重を加えることで、鋼管８の紙面＋Ｚ軸方向への滑りを防止する。

【0073】

ここで、垂直荷重と摩擦力の関係式として以下の式がある。

【数1】

【0074】

Ｆは、引き抜き力であり、つまり、鋼管８がクランプ３から滑るために必要な力であり、本実施形態では、第１及び第２のパンチ５、６から鋼管８にプレス加工時に加えられる力に対応する。数字の２は、接触面の数であり、本実施形態では鋼管８は上型９と下型１０の２つの面と接触することに対応しており、その数とする。μは静止摩擦係数であり、本実施形態では後述するクランプ３の内周面形状により決まる数値である。Ｗは垂直荷重であり、本実施形態では上型９及び下型１０を介して紙面Ｙ軸方向から鋼管８に加えられる力である。数字の１．５は安全係数である。

【0075】

上記式１より、右辺の数値が左辺の数値よりも大きくなることで、クランプ３に対しプレス加工時に鋼管８が紙面＋Ｚ軸方向へ滑ることが防止されこととなる。例えば、第１及び第２のパンチ５、６から加えられる力を３７トンとし、静止摩擦係数μを０．３とした場合、垂直荷重Ｗは４１トンとなり、４１トン以上の力にて鋼管８をクランプ３にて固定することで、プレス加工時に鋼管８が紙面＋Ｚ軸方向へ滑ることが防止されこととなる。

【0076】

上述したように、クランプ３にはクランプ機構２の電動油圧装置の油圧シリンダ１３を介して鋼管８を固定する力が加えられるが、フレア加工装置１の小型化を実現するためには、静止摩擦係数μを大きくすることが望ましい。

【0077】

図３（Ａ）に示す如く、上型９及び下型１０には、鋼管８の円筒形状に沿って曲面状に窪んだ内周面９Ａ、１０Ａが形成され、内周面９Ａ、１０Ａが鋼管８との接触面となる。そして、内周面９Ａ、１０Ａには、それぞれ紙面Ｚ軸方向と水平となるように半円上の複数の溝２４が形成されている。

【0078】

図３（Ｂ）に示す如く、溝２４の形状は、例えば、点線にて示す仮想の内周面９Ａの表面から０．４ｍｍ程度の深さＬであり、溝２４の紙面＋Ｚ方向側の仮想の内周面９Ａとのなす角θ１が、溝２４の紙面−Ｚ方向側の仮想の内周面９Ａとのなす角θ２よりも大きくなる。この構造により、プレス加工時にクランプ３内にて紙面＋Ｚ方向側へと滑ろうとする鋼管８に対して溝２４が引っ掛かり易くなり、静止摩擦係数μの値が大きくなる。

【0079】

上型９に形成される溝２４と下型１０に形成される溝２４とは、上型９と下型１０とが当接した際に、その内周面９Ａ、１０Ａにて環状に繋がる場合でも、環状とならず紙面Ｚ軸方向に互い違いに配設される場合でも良い。

【0080】

また、溝２４の形状もθ１＞θ２になる場合に限定されるものではなく、溝２４の形状がθ１≦θ２となる場合でも良い。また、溝２４は紙面Ｚ軸方向と水平となるように配設される場合に限定されるものではなく、少なくとも溝２４は紙面Ｚ軸方向と平行して配設されず、紙面Ｚ軸方向に対して交差するように傾斜角を有して配設されることで、静止摩擦係数μの値が大きくなる。上述したように、垂直荷重Ｗを大きくすることで、プレス加工時に鋼管８が紙面Ｚ軸方向へ滑ることを防止できるが、フレア加工装置１の小型化を実現するために、溝２４の形状により静止摩擦係数μの値を調整することができる。

【0081】

更には、４０Ａ〜２００Ａのサイズの鋼管８に対して冷間フレア成形加工が行われるが、鋼管８のサイズが小さくなる程、第１及び第２のパンチ５、６から加えられる力、つまり、上記数式１のＦの値が小さくなる。この場合、垂直荷重Ｗ及び静止摩擦係数μの値も小さくすることが可能となる。そして、６５Ａ等小さいサイズの鋼管８では、上型９及び下型１０の内周面９Ａ、１０Ａに対してサンドブラスト加工を行い、内周面９Ａ、１０Ａの全面に渡り小さい凹凸形状を形成する場合でもよい。この場合、溝２４の構造の静止摩擦係数μの値よりも小さくなるが、Ｆの値も小さくなるため、垂直荷重Ｗを増加させなくても対応可能となる。

【0082】

また、図３（Ｃ）では、上型９と下型１０とが当接した状態のクランプ３の内径φ（図２（Ａ）参照）は、鋼管８の外径より小さく設計されるが、クランプ３の内径φは鋼管８の外径の９９．５％として設計され、そのクランプ３にて鋼管８をクランプした場合の鋼管８への相当ひずみ分布を図示している。図示したように、鋼管８には、上型９と下型１０との当接面９Ｂに沿って鋼管８の延在方向にひずみが集中していることが分かる。そして、このひずみが集中した領域の鋼管８では、バリが発生し、また、溶融亜鉛めっき被膜が剥離する等の製品品質の劣化が生じ易くなる。

【0083】

上記解析結果に基づき実験することで、クランプ３の内径φが鋼管８の外径の９９．５％以上の場合には、多少のバリの発生や溶融亜鉛めっき被膜の剥離が生じるが、製品品質には問題がないことが分かった。一方、クランプ３の内径φが鋼管８の外径の９９．５より小さい場合には、バリや溶融亜鉛めっき被膜の剥離により、製品品質の劣化度が大きく、製品品質を保持出来ないことが分かった。そして、クランプ３の内径φが鋼管８の外径から更に小さくしていくことで、クランプ領域の鋼管８が変形し、あるいは、鋼管８を確実にクランプ出来ず、クランプ力が低下し、結局、冷間フレア成形加工時に鋼管８が滑ってしまう結果となった。

【0084】

以上より、クランプ３の内径φは鋼管８の外径より小さく、クランプ３の内径φは鋼管の外径の９９．５％以上の大きさの場合には、鋼管８が冷間フレア成形加工時に変形することを防止しつつ、上記紙面Ｚ軸方向への滑りが更に防止出来ることが分かった。

【0085】

また、図３（Ａ）に示す如く、上型９の下型１０との当接面９Ｂには、３箇所のガイド孔９Ｃ、９Ｄ、９Ｅが形成されている。そして、ガイド孔９Ｃ、９Ｄ、９Ｅは紙面Ｙ軸方向に延在する孔である。一方、下型１０の上型９との当接面１０Ｂには、３本のガイドピン１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅが形成されている。そして、ガイドピン１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅは紙面Ｙ軸方向に延在するピンである。

【0086】

そして、ガイドピン１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅはそれぞれガイド孔９Ｃ、９Ｄ、９Ｅ内に挿入され摺動自在に稼働することができ、上型９はガイドピン１０Ｃ〜１０Ｅにガイドされながら紙面Ｙ軸方向に昇降することができ、上型９と下型１０とは位置精度良く当接することで、鋼管８を変形させることを防止できる。

【0087】

次に、図４を参照し、鋼管にフランジ部を成形する冷間フレア成形加工工程を説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、冷間フレア成形加工領域を模式的に図示した拡大断面図である。

【0088】

図４（Ａ）に示す如く、冷間フレア成形加工を行う鋼管８を準備し、鋼管８をクランプ３の下型１０上に設置する。上述したように、下型１０及び下型保持クランプ１２は台座１５上面に固定され、上型９及び上型保持クランプ１１が紙面Ｙ軸方向に昇降することで、クランプ３による鋼管８の固定状態または非固定状態が調整される。

【0089】

鋼管８のサイズに応じた上型９及び下型１０が上型保持クランプ１１及び下型保持クランプ１２に固定され、上型９及び上型保持クランプ１１が紙面＋Ｙ方向に昇降した状態にて、鋼管８を下型１０内へと配置する。このとき、図１には示していないが、クランプ３の加工面３Ａ側の近傍には管位置調整機構２５が配設され、クランプ３の加工面３Ａから突出する鋼管８の長さを調整することができる。

【0090】

ここで、図示したように、管位置調整機構２５は、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し紙面ＸＹ平面と平行面を有する、例えば、欧文字の略Ｌ字形状の板状部２５Ａと、その板状部２５Ａの下方側へ連結し紙面Ｙ軸方向に稼働する昇降棒２５Ｂとを有する。そして、昇降棒２５Ｂは、例えば、第２のパンチ６によるプレス成形後に紙面＋Ｙ軸方向側へ上昇し、板状部２５Ａが少なくとも下型１０の下側の内周面１０Ａよりも紙面＋Ｙ方向側へ位置するまで上昇する。その後、鋼管８が管位置調整機構２５を利用して下型１０上に設置され、上型９が下型１０と当接するまで下降した後、一定時間の経過により、自動制御により昇降棒２５Ｂが紙面−Ｙ方向側へ下降する。このとき、板状部２５Ａが第１及び第２のパンチ５、６と接触しない領域まで昇降棒２５Ｂは下降する。

【0091】

先ず、作業者は、準備した鋼管８を開口した状態のクランプ３内へ挿入し、鋼管８の先端が管位置調整機構２５の板状部２５Ａに接触するまで挿入する。そして、両部材８、２５Ａが接触した後、作業者は、鋼管８が下型１０に正しい位置にてはまり込むように調整する。このとき、長い鋼管８に対し、フレア加工装置１の外部にて鋼管支持具２７を一定間隔にて鋼管８の下へ配設することで、鋼管８の軸心１４の位置調整を行い易くなる。尚、前回の冷間フレア成形加工時の第２のパンチ６によるプレス加工後に、自動制御によりパンチ切替機構４（図１参照）が稼働し、第２のパンチ保持ホルダー２０の位置と第１のパンチ保持ホルダー１９の位置が入れ替えられており、既に、第１のパンチ保持ホルダー１９が加工位置に配置されている。

【0092】

図４（Ｂ）に示す如く、作業者が、フレア加工装置１に配設されたクランプ下降ボタン（図示せず）を押下すると、上型９及び上型保持クランプ１１が紙面−Ｙ方向に下降し、上型９が下型１０と当接するまで下降すると、上述したように、自動制御により昇降棒２５Ｂが紙面−Ｙ方向側へ下降することで、管位置調整機構２５がフレア加工領域外へと移動する。

【0093】

その後、自動制御によりプレス機構７（図１参照）が稼働し、第１のパンチ５及び第１のパンチ保持ホルダー１９が紙面＋Ｚ軸方向に移動し、第１のパンチ５が鋼管８に対してプレス加工を行う。第１のパンチ５の４５°の円錐形状の加工面５Ａが鋼管８の内周面に対して線接触しながら、プレス加工を行う。このとき、第１のパンチ５は、限界圧力が、例えば、１７５ｔまたはストローク量が、例えば、１００ｍｍのどちらかの条件を満たすことでプレス加工を終了し、第１のパンチ５及び第１のパンチ保持ホルダー１９は元の位置へ戻る。そして、鋼管８の先端側は、第１のパンチ５の加工面５Ａに沿って拡管される。

【0094】

図示したように、第１のパンチ５の先端側の円筒形状部５Ｂは、鋼管８の内側へと進入し、鋼管８の内周面と接するか、あるいは、若干、離れた位置に配置されることで、第１のパンチ５によるプレス加工の際に、鋼管８が内側へと変形する量を大幅に低減することができる。

【0095】

図４（Ｃ）に示す如く、自動制御によりパンチ切替機構４（図１参照）が稼働し、第１のパンチ保持ホルダー１９の位置と第２のパンチ保持ホルダー２０との位置を入れ替える。上述したように、パンチ切替機構４のインデックス装置（図示せず）により、第１及び第２のパンチ保持ホルダー１９、２０は紙面Ｘ軸方向に一定距離移動することで入れ替えられるが、入れ替えられた後の第２のパンチ６の軸心１４と鋼管８の軸心１４とは一致している。また、パンチ切替機構４が稼働している間もクランプ機構２では一定の押圧力、例えば、１００ｔの力により鋼管８を固定した状態のままである。

【0096】

図４（Ｄ）に示す如く、自動制御によりプレス機構７（図１参照）が稼働し、第２のパンチ６及び第２のパンチ保持ホルダー２０が紙面＋Ｚ軸方向に移動し、第２のパンチ６が、拡管された鋼管８に対してプレス加工を行う。第２のパンチ６の平坦面の加工面６Ａが鋼管８の内周面に対して接触しながら、プレス加工を行う。このとき、第２のパンチ６は、限界圧力が、例えば、１７５ｔまたはストローク量が、例えば、１００ｍｍのどちらかの条件を満たすことでプレス加工を終了し、第２のパンチ６及び第２のパンチ保持ホルダー２０は元の位置へ戻る。そして、鋼管８の先端には、フランジ部８Ａが成形される。その後、第２のパンチ６及び第２のパンチ保持ホルダー２０は元の位置へ戻った後、自動制御によりクランプ機構２（図１参照）が稼働し、上型９及び上型保持クランプ１１が紙面＋Ｙ軸方向に上昇し、クランプ３による鋼管８の固定状態が解消され、作業員は下型１０に嵌まり込んだ鋼管８を取り外し、冷間フレア成形加工が終了する。

【0097】

上述したように、クランプ３の加工面３Ａの開口部２３の周端部に対して曲面２３Ａを成形することで、冷間フレア成形加工時にクランプ３の開口部２３の開口端部が鋼管８に食い込み、鋼管８が破断することが防止される。このとき、点線にて示すクランプ３の開口部２３の開口端部２３Ｂ（図２（Ｂ）参照）に対し、半径６ｍｍ〜半径９ｍｍの範囲にて曲面２３Ａが成形されることで、ガスケットを保持するための十分な平坦面を有するフランジ部８Ａが成形される。また、フランジ部８Ａ近傍の鋼管８での内側への変形も大幅に抑えられ製品品質に優れた冷間フレア成形加工が実現される。

【0098】

更には、クランプ３の上型９及び下型１０の内周面９Ａ、１０Ａに溝２４等の凹凸形状を形成し、クランプ３における静止摩擦係数μの値を大きくすることで、クランプ機構２の油圧シリンダ１３を介して鋼管８を固定する力を小さくしても、プレス加工時に鋼管８が紙面＋Ｚ軸方向へ滑ることが防止される。そして、クランプ機構２の油圧シリンダ１３等の電動油圧装置を小さくすることが可能となり、フレア加工装置１の小型化が実現される。

【0099】

尚、本実施形態では、配管用鋼管について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、配管以外の建造物の杭打ち用の鋼管等、その端部に連結用のフランジ部が形成される鋼管についても、上述した説明と同様な効果を得ることができる。

【0100】

また、クランプ３の上型９及び上型保持クランプ１１が紙面＋Ｙ軸方向に昇降し、クランプ３により鋼管８を固定する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、クランプ３を構成する上型９または下型１０が紙面Ｘ軸方向にスライドする場合でも良い。この場合でも、例えば、下型１０及び下型保持クランプ１２がフレア加工装置１の枠体等に固定され、上型９が紙面Ｘ軸方向にスライドすることで、鋼管８に対して垂直荷重を加えることができ、プレス加工時に鋼管８が紙面＋Ｚ軸方向へ滑ることが防止される。

【0101】

また、加工面５Ａが４５度の角度から成る第１のパンチ５と、加工面６Ａが平坦面から成る第２のパンチ６とを用い、２段式の冷間フレア成形加工により鋼管８の先端側にフランジ部８Ａを成形する場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、その他、加工面が３０度の角度から成るパンチや加工面が６０度から成るパンチ等を準備し、３段式、４段式等の多段式の冷間フレア成形加工により鋼管８の先端側にフランジ部８Ａを成形する場合でも良い。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ フレア成形加工装置
２ クランプ機構
３ クランプ
４ パンチ切替機構
５ 第１のパンチ
６ 第２のパンチ
７ プレス機構
８ 鋼管
９ 上型
１０ 下型
１１ 上型保持クランプ
１２ 下型保持クランプ
１３ 油圧シリンダ
１４ 軸心
１９ 第１のパンチ保持ホルダー
２０ 第２のパンチ保持ホルダー
２１ 油圧シリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】