JP2005014011A

JP2005014011A - 高寸法精度管の製造方法

Info

Publication number: JP2005014011A
Application number: JP2003179022A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Kenmochi; 一仁剣持; Takuya Nagahama; 拓也長濱; Takashi Sakata; 坂田　　敬
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズの管を高寸法精度に製造できる高寸法精度管の製造方法を提供する。
【解決手段】管４を拡管および縮径可能なプラグ１を管内に装入し、ダイス２で管の押し抜きを行う。プラグは管内でフローティングさせ、管をダイスに連続して供給することが好ましい。また、プラグは、拡管部分１Ａのテーパ角度θＡが縮径部分１Ｂのテーパ角度θＢ未満とされたものが好ましい。また、ダイスの出側の管の目標外径Ｄ２を同入側の管の外径Ｄ０未満とすることが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高寸法精度管の製造方法に関し、詳しくは、例えば自動車部品などに用いられるような高い寸法精度が要求される管を、同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズのものに、製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば鋼管等の金属管（以下、単に管ともいう。）は溶接管と継目無管に大別される。溶接管は、例えば電縫鋼管のように、帯板の幅を丸め、該丸めた幅の両端を突き合わせて溶接するという方法で製造し、一方、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔後マンドレルミル等で圧延するという方法で製造している。溶接管の場合、溶接後に溶接部分の盛り上がりを研削して管の寸法精度を向上させているが、その肉厚偏差は３．０％を超える。また、継目無管の場合、穿孔工程で偏心しやすく、該偏心により大きな肉厚偏差が生じやすい。この肉厚偏差は後工程で低減させる努力が払われているが、それでも充分低減することができず、製品の段階で８．０％以上残存する。
【０００３】
自動車部品等に用いる管には肉厚、内径、外径の各偏差として３．０％以下、さらに厳しくは１．０％以下、の高寸法精度が要求される。そこで、管の肉厚、内径、外径の精度を高める手段としては、従来一般に、図２に示すように、管４（溶接管、継目無管とも）を造管後にダイス６とプラグ５を用いて冷間で引き抜く製造方法（いわゆる冷牽法）がとられている。また近年では、図３に示すように、円周方向に分割した分割ダイス８をロータリー鍛造機９で揺動（復動）１２させ、該分割ダイス８のダイス孔に管４を押し込んで加工する製造技術（以下、ロータリー鍛造押し込み法という。）が提案されている（特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２６２６３７号公報
【特許文献２】
特開平９−２６２６１９号公報
【特許文献３】
特開平１０−１５６１２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の冷牽法では、設備上の制約や管の肉厚・径が大きいなどによって引き抜き応力が充分得られずに縮径率を低くせざるを得ない場合などでは、加工バイト（プラグとダイス孔内面との隙間）内での管の応力が引張応力であるがゆえにダイスと管外面、および引き抜きプラグと管内面との接触が不十分となり、管の内面、外面の平滑化が不足して凹凸が残留しやすい。そのため、冷牽法で管の縮径率を大きくして加工バイト内で管の内外面とプラグ、ダイスとの間の接触を十分なものとすることが図られている。しかし、ダイスを用いて管を引き抜いた場合、管の内面に凹凸が発生して管の縮径率が大きくなるほど凹凸による粗さが増加する。その結果、冷牽法では高寸法精度の管を得ることが難しく、寸法精度のさらに良好な管が強く求められていた。
【０００６】
また、前記特許文献１〜３などに示されたロータリー鍛造押し込み法では、分割ダイス４を揺動させて使用しているから、その分割部分で段差が生じやすくて管外面の平滑化が不足し、あるいは、円周方向に異なる分割ダイスの剛性によって仕上げ寸法精度を十分得ることができず、さらに改善を求められていた。また、このロータリー鍛造押し込み法では、管を押し込んだ後の肉厚は、押し込む前の肉厚よりも厚くなっている。これは、複雑な構造を有するために荷重を加えにくいロータリー鍛造機を用いているがゆえの制約からくるものであり、その結果、管の内面に凹凸が発生しやすくなり、管の平滑化がしにくくなっている。
【０００７】
また、自動車部品では管の加工度を変えて用いられる。例えば、ある部品では加工度を低くして加工後の熱処理を省略することが検討され、別の部品では加工度を著しく大きくして強度を高くして用いられる。
【０００８】
しかし、従来の冷牽法やロータリー鍛造押し込み法では、縮径のみの加工を行なっており、加工後の管外径はダイス径で一義的に決まり、肉厚もダイスとプラグにより一義的に決まるため、同一素管からは一義的な加工度しか得られず、同一素管から加工度の異なる同じサイズの管を製造することはほとんど不可能であった。そのため、同じサイズで加工度の異なる管を製造するためには、複数サイズの素管を用意して縮径率を変えることを余儀なくされ、素管製造に多大な手間がかかっていた。
【０００９】
上述のように、従来の技術では高寸法精度の管を得るのが難しく、また、サイズが同じで加工度が異なる管を製造する際にはサイズの異なる素管を多数用意しなければならないという問題があった。本発明は、これらの問題を解決し、同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズの管を高寸法精度に製造できる高寸法精度管の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズの管を高寸法精度に製造する高寸法精度管の製造方法であって、管を拡管および縮径可能なプラグを管内に装入し、ダイスで管の押し抜きを行うことを特徴とする高寸法精度管の製造方法である。本発明では、前記プラグを管内でフローティングさせ、管をダイスに連続して供給することが好ましい。また、本発明では、前記プラグは、拡管部分のテーパ角度が縮径部分のテーパ角度未満とされたプラグであることが好ましい。また、本発明では、前記ダイスの出側の管外径を同入側の管外径未満とすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態および作用を、従来技術と対比させながら説明する。
【００１２】
従来、ダイスとプラグを用いて管を引き抜いた場合、管の寸法精度を向上させることが困難である理由は、引き抜きであるがゆえに、加工バイト内でダイスと管外面、プラグと管内面の接触が不十分となることに由来する。すなわち、図２に示すように、管４内にプラグ５を装入してダイス６から管４を引き抜くことにより、ダイス６の出側で管引き機７により加えられた引き抜き力１０によって加工バイト内には張力（引張応力）が発生する。加工バイト内の入側では、プラグ５に管内面が沿って変形するため、管外面はダイス６に接触しないかあるいは軽度にしか接触せず、また、加工バイト内の出側では、ダイス６に管外面が接触して変形するため、管内面はプラグ５に接触しないかあるいは軽度にしか接触しない。そのため、管外面、管内面ともに加工バイト内に自由変形の部分が存在して凹凸を十分平滑化できずに、引き抜き後には寸法精度の不十分な管しか得られていなかった。
【００１３】
これに比べて、本発明の押し抜きの場合、図１に示すように、管４内にプラグ１を装入し、ダイス２の入側から管押し機３にて管４に押し込み力１１を加えて、管４をダイス２内に送り込む。よって、加工バイト内の管の全域に亘って圧縮応力が作用する。その結果、加工バイト内の入側、出側を問わず、管４はプラグ１およびダイス２に十分接触できる。しかも、軽度の縮径率であっても、加工バイト内は圧縮応力状態となるため、引き抜きに比較して管とプラグ、管とダイスが十分接触しやすくて、管は平滑化しやすくなるので、高寸法精度の管が得られるわけである。
【００１４】
また、図３に示す従来のロータリー鍛造押し込み法では、分割ダイス８を揺動（復動）１２させて用いているため、分割部分による段差、あるいは、高応力下での円周方向に異なるダイスの剛性に起因する不均一変形を原因として、肉厚精度を十分良好なものにすることができなかった。
【００１５】
これに比べて、本発明の押し抜きでは、ダイスは一体物でよくかつ揺動させる必要がないから、不均一変形が発生せず、その結果として管内面、管外面とも平滑化できるわけである。
【００１６】
また、従来の冷牽法やロータリー鍛造押し込み法では、縮径のみの加工を行なっており、同一サイズの素管からは一義的な加工度しか得られず、加工度の異なる一定サイズの管を製造することはほとんど不可能であった。これに対し、本発明では、図１に示すように、プラグ１に、管４を拡管させる拡管部分１Ａおよび該拡管させられた管４をダイス２との協力下で縮径させる縮径部分１Ｂを設けることとした。これにより、同一サイズの素管を用いて加工度の異なる一定サイズの管を製造することが可能になる。というのは、素管および押し抜き加工後の管のサイズはそれぞれ一定としても、プラグの拡管部分による拡管率（＝１−Ｄ０／Ｄ１；Ｄ０：素管の外径、Ｄ１：拡管後の目標外径）を加減するだけで、プラグの縮径部分による縮径率（＝１−Ｄ２／Ｄ１；Ｄ２：縮径後の目標外径）も必然的に増減し、その結果、得られた管の加工度は異なってくるからである。
【００１７】
また、本発明では、製造能率を上げる観点から、管をダイスに次々と連続して供給することが好ましい。その場合、プラグがダイス入側あるいは出側から支持されたものであるとその支持に用いるバーやワイヤ等の手段が障害となって、管を連続して供給するのが困難となるので、プラグは管内にフローティングさせることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の押し抜きを安定して実施するには、加工中にプラグを安定化させる（ダイスに対する適正な位置からずれないようにする）必要がある。この点について検討した結果、プラグは拡管および縮径により管から面圧を受けるが、縮径側の面圧を拡径側のそれよりも大きくするとプラグの安定化が図れることがわかった。縮径側の面圧を拡径側のそれよりも大きくするには、一つは、図４に示すように、プラグ１の拡管部分１Ａのテーパ角度θＡを縮径部分１Ｂのテーパ角度θＢ未満とするのが有効である。ここで、プラグの部分のテーパ角度とは、その部分の表面と管の進行方向に沿わされるプラグ中心軸に平行な直線１３とのなす角度を意味する。なお、好ましくは、θＡ＝０．３〜３５°、θＢ＝３〜４５°である。また、もう一つは、縮径率を拡管率よりも大きくするとよく、そのためにはダイスの出側の管外径を入側の管外径未満とするのが有効である。
【００１９】
【実施例】
〔本発明例〕
φ４０ｍｍ×６．０ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を素管とし、この素管を図１に概要を示した本発明（：拡管及び縮径が可能なプラグを用いた押し抜き）により拡管し次いで縮径加工した。ダイス出側の目標肉厚は入側と同じ６．０ｍｍｔとした。プラグは鏡面仕上げしたものを管内にフローティングさせた。ダイスはダイス孔内面を鏡面仕上げした一体型固定ダイスを用いた。プラグの拡管率、縮径率、拡管部分と縮径部分のテーパ角度θＡとθＢ、およびダイス出側（縮径後）の管の目標外径Ｄ２は、行なった例ごとに表１に示した値に設定した。管はダイスに連続して供給した。
【００２０】
〔比較例Ａ〕
同上の素管を図２に示した冷牽法（：縮径のみ可能）により縮径加工した。ダイス出側の目標肉厚は入側と同じ６．０ｍｍｔとした。プラグは鏡面仕上げしたものを管内にフローティングさせた。ダイスはダイス孔内面を鏡面仕上げした一体型固定ダイスを用いた。プラグの縮径率、およびダイス出側の管の目標外径は、行なった例ごとに表１に示した値に設定した。管はダイスに連続して供給した。
【００２１】
〔比較例Ｂ〕
同上の素管を図３に示したロータリー鍛造押し込み法（：縮径のみ可能）により縮径加工した。ダイス出側の目標肉厚は入側と同じ６．０ｍｍｔとした。プラグは鏡面仕上げしたものを管内にフローティングさせた。ダイスはダイス孔内面を鏡面仕上げした分割ダイスを用いた。プラグの縮径率、およびダイス出側の管の目標外径は、行なった例ごとに表１に示した値に設定した。管はダイスに連続して供給した。
【００２２】
これら各例の条件で製造された鋼管について、寸法精度（外径偏差、内径偏差、肉厚偏差）を測定した。外径偏差および内径偏差は、管の円周方向断面を画像解析して、真円からの最大偏差（すなわち（最大径−最小径）／真円径×１００％）を円周方向に算出することにより求めた。また、肉厚偏差は、管の円周方向断面を画像解析して、肉厚断面の画像から平均肉厚に対する最大偏差（すなわち（最大肉厚−最小肉厚）／平均肉厚×１００％）として直接測定した。また、加工度の指標として断面硬度を測定した。また、加工後に一定サイズの管が得られたか否かを判断するための指標として上記寸法精度の測定と同時に求めた加工後の管の平均外径と平均肉厚を採用した。これらの結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１より、本発明例ではいずれも、加工後の寸法精度が著しく良好であり、プラグとダイスの組合せを変更することで、同一サイズの素管から一定サイズであってしかも加工度の異なる管を得ることができた。これに対し、比較例では、寸法精度が低下するとともに、同一サイズの素管から加工度の異なる管を得ようとすると、一定サイズの外径や肉厚を得ることができなかった。なお、θＡ＜θＢ、Ｄ２＜Ｄ０のいずれか一方または両方を満たした本発明例では、管内でのプラグのフローティング状態が一段と安定化した。
【００２５】
なお、拡管率ａ（％）＝（Ｄ１−Ｄ０）／Ｄ１×１００
縮径率ｂ（％）＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ１×１００
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズの管を著しく良好な寸法精度に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を示す模式図である。
【図２】従来の冷牽法の概要を示す模式図である。
【図３】従来のロータリー押し込み鍛造法の概要を示す模式図（ａ）およびそのＡ−Ａ矢視図（ｂ）である。
【図４】プラグの部分のテーパ角度の説明図である。
【符号の説明】
１プラグ
１Ａ拡管部分
１Ｂ縮径部分
２ダイス（一体型固定ダイス）
３管押し機
４管（金属管、鋼管）
５プラグ
６ダイス
７管引き機
８分割ダイス
９ロータリー鍛造機
１０引き抜き力
１１押し込み力
１２揺動（復動）
１３管の進行方向に沿わされるプラグ中心軸に平行な直線

Claims

同一サイズの素管から加工度の異なる一定サイズの管を高寸法精度に製造する高寸法精度管の製造方法であって、管を拡管および縮径可能なプラグを管内に装入し、ダイスで管の押し抜きを行うことを特徴とする高寸法精度管の製造方法。
前記プラグを管内でフローティングさせ、管をダイスに連続して供給することを特徴とする請求項１記載の高寸法精度管の製造方法。
前記プラグは、拡管部分のテーパ角度が縮径部分のテーパ角度未満とされたプラグであることを特徴とする請求項１または２に記載の高寸法精度管の製造方法。
前記ダイスの出側の管の目標外径を同入側の管の外径未満とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。