JP2006088194A - 高寸法精度管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 寸法精度の著しく良好な管を有利に製造しうる高寸法精度管の製造方法を提供する。
【解決手段】 管３内にプラグ１を装入し、該管をダイス２で押し抜き加工するにあたり、ダイス出側から管に圧縮力を付与しつつ押し抜きを行う。ダイス出側から管に圧縮力を付与するには、ダイス出側の管を無限軌道式掴み手段５、無端ベルト式掴み手段６、間欠移動金型式掴み手段７、孔型ロール式掴み手段８のいずれかで挟む方法が好ましく用いうる。孔型ロール式掴み手段は２スタンド以上設置してもよい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高寸法精度管の製造方法に関し、とくに著しく高い寸法精度が要求される管の製造に有利に適用しうる製造方法に関する。

金属管、例えば鋼管は通常、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、後工程で低減させる努力が払われているものの、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、それでも充分低減させることができず、製品の段階で８．０％以上残存する。

最近、環境問題から自動車の軽量化に拍車が掛かっており、ドライブシャフト等の駆動系部品は中実の金属棒から中空の金属管に置き換えられつつある。これら自動車用駆動系部品の金属管には、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、金属管の肉厚、内径、外径の精度を高める手段として、従来一般に、管（溶接管、継目無管とも）を造管後にダイスとプラグを用いて冷間で管を引き抜く製造方法（いわゆる冷牽法）がとられている（例えば特許文献１）。
特許第２８１２１５１号公報

しかし、従来の冷牽法では、設備上の制約や管の肉厚・径が大きく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、およびプラグと管内面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、冷牽法では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向上させることが行われている。しかし、冷牽法において管の縮径率を大きくすると、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。

また、高寸法精度管の製造にあたり、プラグ表面と材料管表面、ダイス表面と材料管表面との接触を増加させることが有効ではあるが、従来の冷牽では縮径率を増加させるしかなく、そのためには冷牽後の管のサイズを一定にして製造する必要があることから、プラグおよびダイスの形状を変更して冷牽加工が可能か否か、その都度試行錯誤により判定する必要があって、製造条件を見出すのに多大な手間を掛けざるを得なかった。

上記の要求や難点に鑑み、本発明は、寸法精度の著しく良好な管を有利に製造しう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。

上記目的を達成した本発明は、管内にプラグを装入し、該管をダイスで押し抜き加工するにあたり、ダイス出側から管に圧縮力を付与しつつ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。

ここで、ダイス出側から管に圧縮力を付与するには、ダイス出側の管を無限軌道式掴み手段、無端ベルト式掴み手段、間欠移動金型式掴み手段、孔型ロール式掴み手段のいずれかで挟む方法が好ましく用いうる。孔型ロール式掴み手段は２スタンド以上設置してもよい。また、本発明では、管内にプラグを装入する工程を省略してもよい。

本発明によれば、ダイス出側から管に圧縮力を付与しつつ押し抜きを行うから、冷牽では不適となるプラグおよびダイス形状条件下でも管材料を加工バイト内に充満させることができ、したがって寸法精度の著しく良好な管を有利に製造しうる。

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６に示すように、管３を、その管内にプラグ１を装入し、ダイス２から引き抜くことにより、ダイス２の出側で管引き機４により加えられた引き抜き力（張力）によって加工バイト内には張力場が発生する。加工バイト内の入側では、プラグ１に管内面が沿って変形するため、管外面はダイス２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２に管外面が接触して変形するため、管内面はプラグ１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、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。

これに比べて、本発明に用いる押し抜き加工の場合、図１に示すように、管３を、その管内にプラグ１を装入し、ダイス２の入側から管押し機（図示省略）にて押し込み力（圧縮力）を加えて、管３をダイス２の孔内に送り込む。よって、加工バイト内の管の全域に亘って圧縮場が発生する。その結果、加工バイト内の入側、出側を問わず、管３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場となるため、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。

上述のように、押し抜きは冷牽に比較して高寸法精度を得やすいわけであるが、さらに高い寸法精度が要求される場合、冷牽と同様に縮径率を増加させると、ダイスに管とプラグが押し詰まって加工が不可能となりやすい。また、ダイス出側の管のサイズを一定に保つには、ダイスおよびプラグの形状を変更する必要があって、押し抜きが可能な条件を再検討し直す必要がある。

そこで、本発明者らは、管とプラグとの接触に着目して、寸法精度をさらに向上させる方法を検討した。すなわち、プラグと管との接触を強くできれば、ダイスとプラグの隙間に管が充分に充満して、寸法精度を著しく向上させることができるわけである。

押し抜きにおいては、ダイス入側から管に加えられた荷重により、管はダイスとプラグの隙間に充満しようとする。その応力場は圧縮場（圧縮力の場）であり、管とダイス内面、管とプラグ表面の接触率が著しく大きくなり管の寸法精度が向上する。

そこで、押し抜きの圧縮力に加えて、ダイス出側からさらに圧縮力を付与できれば、ダイスとプラグの隙間に管が充分に充満できて、管の寸法精度が著しく良好なものとなるわけである。

管にダイス出側から圧縮力を付与するには、管を連続的または間欠的に挟んで圧縮力を付与しうる手段、例えば管送り速度よりも低速の工具または装置で管を挟む方法が、加工能率を著しく向上させることができて有利であろう。

そこで、本発明者らは、かかる手段について鋭意検討し、以下の方法が好適であることを把握した。すなわち、１つには、例えば図２に示すように、ダイス２出側の管３を無限軌道式掴み手段５（いわゆるキャタピラ式の無限軌道を円周方向に複数配置したもの）にて挟む方法が挙げられる。無限軌道式掴み手段５は、矢示方向１０の管送り速度よりも低速で矢示方向１１に回転させるとよい。なお、場合によっては、無限軌道式掴み手段５を停止させ、あるいは、矢示方向１１と逆の方向に回転させてもよい。

また１つには、例えば図３に示すように、ダイス２出側の管３を無端ベルト式掴み手段６（無端ベルトを円周方向に複数配置したもの）にて挟む方法が挙げられる。無端ベルト式掴み手段６は、矢示方向１０の管送り速度よりも低速で矢示方向１１に回転させるとよい。なお、場合によっては、無限軌道式掴み手段５を停止させ、あるいは、矢示方向１１と逆の方向に回転させてもよい。

また１つには、例えば図４に示すように、ダイス２出側の管３を間欠移動金型式掴み手段７（金型を円周方向に複数配置したもの）で挟む方法が挙げられる。間欠移動金型式掴み手段７は、矢示方向１０の管送り速度よりも低速で矢示方向１２に交互に間欠移動させるとよい。なお、場合によっては、間欠移動金型式掴み手段７を停止させ、あるいは、矢示方向１２と逆の方向に間欠移動させてもよい。

また１つには、例えば図５に示すように、ダイス２出側の管３を孔型ロール式掴み手段８（孔型ロールを円周方向に複数配置したもの）で挟む方法が挙げられる。孔型ロール式掴み手段８は、矢示方向１０の管送り速度よりも低速で矢示方向１１に回転させるとよい。なお、場合によっては、孔型ロール式掴み手段８を停止させ、あるいは、矢示方向１１と逆の方向に回転させてもよい。また、孔型ロール式掴み手段８は１スタンドのみ設置してもよいが、圧縮力を容易に加えるための観点から、図５のように２スタンドあるいはそれ以上、設置するのがよい。

これらの方法により、ダイス入側から次々に押し込まれた管を、連続的または間欠的に押し抜き加工しても、ダイス出側から圧縮力を付与しつつ加工することが可能となり、高能率に押し抜き加工を遂行して、寸法精度の著しく良好な高寸法精度管を製造することが可能となる。

なお、管の寸法精度への要求が外径のみ厳しい場合には、管内にプラグを装入せずに押し抜き加工を行うと、ダイスと管との接触のみになって摩擦力が低減し、さらに加工能率が向上する。

（本発明例）
外径４０ｍｍ、肉厚６ｍｍ、強度３９０ＭＰａの鋼管を素管とし、鏡面のプラグと一体型ダイスとを用い、図５の形態で、ダイス２出側に孔型ロール式掴み手段８を２スタンド設置し、管３内にプラグ１を装入し、管３をダイス２に押し込み、ダイス２出側の管３を孔型ロール式掴み手段８で挟んで、管３の変形抵抗の１/１０の圧縮力を付与しつつ、押し抜き加工を行った。用いたプラグのプラグ角度、プラグ長さ、ダイスのダイス角度を表１に示す。

ここで、プラグ角度は、プラグの傾斜部分の外面が加工中心軸に対してなす角度であり、プラグ長さは、プラグの傾斜部分の加工中心軸長さであり、ダイス角度は、ダイス孔内面が加工中心軸に対してなす角度である。
（比較例）
同上の鋼管を素管とし、同上のプラグと、同上のダイスとを用い、管内にプラグを装入し、管をダイスに押し込み、ダイス出側から圧縮力を付与することなく、押し抜き加工を行った。
（従来例）
同上の鋼管を素材とし、同上のプラグと、同上のダイスとを用い、管内にプラグを装入して、図６の形態で引き抜き加工を行った。

上記各例について、加工後の管の寸法精度（肉厚偏差、外径偏差）を調べた結果を表１に示す。ここで、外径偏差は、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。

表１より、本発明例では加工後の管の寸法精度は著しく良好である。これに対し、比較例では、加工後の管の寸法精度は良好といえるものの本発明例よりも劣り、また、従来例では、比較例と比べても加工後の管の寸法精度が著しく劣っている。

本発明に用いる押し抜き加工の概要を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す縦断面図である。 本発明の実施形態の一例を示す縦断面図である。 従来例とした冷牽法の概要を示す縦断面図である。

符号の説明

１ プラグ
２ ダイス
３ 管
４ 管引き機
５ 無限軌道式掴み手段
６ 無端ベルト式掴み手段
７ 間欠移動金型式掴み手段
８ 孔型ロール式掴み手段
１０、１１、１２ 矢示方向

Claims (7)

1. 管内にプラグを装入し、該管をダイスで押し抜き加工するにあたり、ダイス出側から管に圧縮力を付与しつつ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。
2. ダイス出側の管を無限軌道式掴み手段で挟んで前記圧縮力を付与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。
3. ダイス出側の管を無端ベルト式掴み手段で挟んで前記圧縮力を付与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。
4. ダイス出側の管を間欠移動金型式掴み手段で挟んで前記圧縮力を付与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。
5. ダイス出側の管を孔型ロール式掴み手段で挟んで前記圧縮力を付与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。
6. 前記孔型ロール式掴み手段は２スタンド以上設置するものとした請求項５記載の高寸法精度管の製造方法。
7. 管内にプラグを装入する工程を省略したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。

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