JP2006136898A - 高寸法精度管の高能率安定製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外径偏差、内径偏差、円周方向肉厚偏差が良好な高寸法精度管を高能率に安定して製造することができる高寸法精度管の高能率製造方法を提供する。
【解決手段】管３内にプラグ１を装入して、管押し機によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、管外面を掴む部分がキャタピラ式につながって押し抜き方向に沿って回転するキャタピラ方式の張力付与装置５をダイス２出側に設け、そのキャタピラ方式の張力付与装置５で、ダイス２出側の管外面を順次掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、高い寸法精度が要求される金属管の製造に有利に適用しうる高寸法精度管の高能率安定製造方法に関する。

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しているが、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、穿孔工程で偏芯しやすくて、該偏芯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。

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等の金属管には肉厚、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。

金属管（以下、単に管ともいう）の肉厚、内径、外径の精度を高める手段として、従来、一般に、例えば、特許文献１に記載されるように、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。

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）内で管の応力が引張力であるがゆえにダイスと管、及び引き抜きプラグと管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、ダイスの接触を向上させることが行われている。しかし、ダイスを用いて管を冷牽した場合、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。

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摩擦力を可能な限り低減しないと、加工中に材料管表面に焼き付き等の疵が発生して、加工後の鋼管の表面品質が低下しその鋼管は製品にならないだけでなく、加工時の荷重が著しく増加して加工そのものが不可能になる場合があり、その結果、鋼管の生産能率が著しく低下していた。

前述のように、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す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中のダイスと管外面、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７に示すように、プラグ１を装入してダイス２から管３を引き抜くことにより、ダイス２の出側で管引き機１0によって加えられた引き抜き応力によって加工バイト中には張力が発生して、加工バイト入側では、プラグ１に管３の内面が沿って変形するため、管３の外面はダイス２に接触しないかあるいは軽度にしか接触せず、逆に、加工バイト出側では、ダイス２に管３の外面が接触して変形するため、管３の内面はプラグ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３の内面及び外面ともに加工バイト中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、引き抜き後には精度の低い管しか得られていなかった。

これに対して、発明者らは、外径偏差、内径偏差、円周方向肉厚偏差の良好な高寸法精度管を得るために、特願２００３−１０７３６４において、管内にプラグを装入した状態で管をダイスの孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うという高寸法精度管の製造方法を提案している。押し抜きの場合、図６に示すように、プラグ１を装入してダイス２に管３を押し込むことにより、加工バイトの内部は全て圧縮応力が作用する。その結果、加工バイト入側、出側を問わずに、管３はプラグ１及びダイス３に十分接触できる。しかも、軽度の縮径率であっても、加工バイト内部は圧縮応力となるため、引き抜きに比較して管３とプラグ１、管３とダイス２が十分接触しやすくて、管３は平滑化しやすくなって高寸法精度の管が得られる。
特開平０７−０３２０３０号公報

しかし、前記特許文献２に記載の管の押し抜きにおいて、プラグ１の傾斜部分の角度θｐ及びダイス２の傾斜部分の角度θｄが大きい場合、あるいは、プラグ１の傾斜部分Ｌｐが長い場合には、管３とプラグ１との間及び管３とダイス２の間に生じる摩擦抵抗が増加して押し抜き荷重が増大する。その結果、素材によっては焼き付きが発生する場合があって押し抜きが不能になる。

本発明は、上記の事情に鑑み、管の広範囲の要求サイズに亘り、外径偏差、内径偏差、円周方向肉厚偏差が良好な高寸法精度管を高能率に安定して製造することができる高寸法精度管の高能率製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者らは、管とプラグ、管とダイスとの接触に着目して、焼き付きを発生させずに高能率に安定して押し抜きを可能にする方法を検討した。

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。その応力は圧縮力であり、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摩擦力が増大しやすい。従って、管に張力を付与できれば、強すぎる圧縮力を緩和できて、管とダイス内面、管とプラグ表面の大きすぎる摩擦力を緩和でき、押し抜き荷重が低くなり焼き付きを防止できるとの考えに至った。

上記の考えに立脚して、本発明は以下の特徴を有している。

［１］金属管を該金属管内にプラグを装入した状態でダイスの孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、ダイス出側から前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［２］金属管外面を掴む部分がキャタピラ式につながって押し抜き方向に沿って回転するキャタピラ方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を順次掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする前記［１］に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［３］押し抜き方向に沿って回転するベルトで金属管外面を押さえつつ金属管に張力を付与するベルト方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を順次押さえつつ押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする前記［１］に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［４］金属管外面を掴んで押し抜き方向に繰り返し所定距離移動する金型を押し抜き方向に複数個備え、その複数個の金型で交互に金属管外面を掴んで金属管に間欠的に張力を付与する間欠方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を交互に掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする前記［１］に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［５］所定速度で回転する孔型ロールを備えた孔型ロール方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管を孔型ロールに通して金属管外面を引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする前記［１］に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［６］孔型ロール方式の張力付与装置は、孔型ロールを２段以上備えていることを特徴とする前記［５］に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

［７］金属管内にプラグを装入しない状態で押し抜きを行うことを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。

本発明においては、金属管をダイスの孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、ダイス出側から前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うようにしているので、金属管との摩擦力が緩和されて、焼き付きの発生が防止され、高寸法精度の金属管を高能率に安定して製造することができる。

本発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示すものであり、管３内にプラグ１を装入して、管押し機（図示せず）によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、管３の先端をすぼめておき、その先端部をダイス２出側に設けた張力付与装置４で挟み込んで押し抜き方向に引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行うようになっている。

これによって、管３とプラグ１との間及び管３とダイス２との間の摩擦力が緩和されて、プラグ１の傾斜角度θｐ及びダイス２の傾斜角度θｄが大きい場合やプラグ１の傾斜部長さＬｐが長い場合でも、焼き付きの発生が防止され、外径偏差、内径偏差、円周方向肉厚偏差の良好な高寸法精度の金属管を能率良く安定して製造することができる。

ただし、上記の実施形態の場合は、一本毎の管３の先端部を押し抜き方向に引っ張る方式なので、連続的な生産には制約がある。そこで、管の外面を連続または間欠的に挟んで張力を付与すれば、生産能率を著しく向上することができると考え、本発明者らは管外面を連続又は間欠的に挟む方法を鋭意検討した結果、本発明の他の実施形態として示す以下のものがよいことを把握した。

図２に示すものは、管３内にプラグ１を装入して、管押し機によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、管外面を掴む部分がキャタピラ式につながって押し抜き方向に沿って回転するキャタピラ方式の張力付与装置５をダイス２出側に設け、そのキャタピラ方式の張力付与装置５で、ダイス２出側の管外面を順次掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行うようにしたものである。

図３に示すものは、管３内にプラグ１を装入して、管押し機によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、押し抜き方向に沿って回転するベルトで管外面を押さえつつ管に張力を付与するベルト方式の張力付与装置６をダイス２出側に設け、そのベルト方式の張力付与装置６で、ダイス２出側の管外面を順次押さえつつ押し抜き方向に引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行うようにしたものである。

図４に示すものは、管３内にプラグ１を装入して、管押し機によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、管外面を掴んで押し抜き方向に繰り返し所定距離移動する金型を押し抜き方向に複数個備え、その複数個の金型で交互に管外面を掴んで管に間欠的に張力を付与する間欠方式の張力付与装置７をダイス２出側に設け、その間欠方式の張力付与装置７で、ダイス２出側の管外面を交互に掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行うようにしたものである。

図５に示すものは、管３内にプラグ１を装入して、管押し機によって管３をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、所定速度で回転する孔型ロールを備えた孔型ロール方式の張力付与装置８をダイス２出側に設け、その孔型ロール方式の張力付与装置８にダイス２出側の管を通し、孔型ロールで管外面を引っ張ることによって、管３に張力を付与しながら押し抜きを行うようにしたものである。なお、管３に適切な張力を付与するためには、孔型ロール方式の張力付与装置８は、２段以上の孔型ロールを備えていることが好ましい。

図２〜図５に示したこれらの実施形態により、ダイス２入側から次々に押し込まれた管３を連続又は間欠的に押し抜きする場合でも、ダイス３出側から張力を付与して押し抜きすることが可能となり、高寸法精度管を一層高能率に製造することが可能になる。

なお、管の寸法サイズへの要求が外径のみ厳しい場合には、管にプラグを装入しないで押し抜きを行うと、管とダイスの接触のみになって摩擦力が低減し、さらに生産能率が向上する。

以下、実施例に基づいて説明する。

本発明例１として、φ４０ｍｍ×６ｔｍｍの強度３９０ＭＰａの鋼管３を用いて、傾斜角度θｐを１１°とし傾斜部長さＬｐを２５ｍｍとしたプラグ１を鋼管３に装入し、傾斜角度θｄを１１°としたダイス２の孔に鋼管３を押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、２段の孔型ロールを２スタンド（計４段の孔型ロール）を備えた孔型ロール方式の張力付与装置８によって、ダイス２の出側から鋼管３の変形抵抗の１／１０の張力を付与しながら押し抜きを行った。

また、本発明例２として、上記と同じロットの鋼管３を用いて、傾斜角度θｐを２０°とし傾斜部長さＬｐを１１ｍｍとしたプラグ１を鋼管３に装入し、傾斜角度θｄを２２°としたダイスの孔に鋼管３を押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、間欠方式の張力付与装置７によって、ダイス２の出側から鋼管３の変形抵抗の１／３の張力を付与しながら押し抜きを行った。

比較例として、上記と同じロットの鋼管３を用いて、傾斜角度θｐを１１°とし傾斜部長さＬｐを２５ｍｍとしたプラグ１を鋼管３に装入し、傾斜角度θｄを１１°としたダイス２の孔に鋼管３を押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、ダイス２の出側から張力を付与しないで押し抜きを行った。

従来例として、上記と同じロットの鋼管３を用いて、傾斜角度θｐを１１°とし傾斜部長さＬｐを２５ｍｍとしたプラグ１を鋼管３に装入し、傾斜角度θｄを１１°としたダイス２の孔に鋼管３を通して引き抜きを行った。

それぞれ場合（各１００本の鋼管）について、押し抜き中又は引き抜き中の焼き付き発生の有無、押し抜き後又は引き抜き後の鋼管の寸法精度（外径偏差、肉厚偏差）、従来例を１とした時の生産能率を比較した結果を表１に示す。

ここで、外径偏差は、管の内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、管の内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より明らかなように、本発明例１、本発明例２では、安定して高能率に押し抜きがなされており、その押し抜き後の鋼管の寸法精度は良好であった。これに対して、比較例では、押し抜き後の鋼管の寸法精度は良好であったが、押し抜き中の鋼管の１％ほどに焼き付きが発生して、プラグとダイスを交換したため生産能率が低下した。また、従来例では、引き抜き後の鋼管の寸法精度が著しく低下しており、生産能率も低かった。

本発明の一実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。 比較技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１ プラグ
２ ダイス
３ 管
４ 張力付与装置
５ キャタピラ方式の張力付与装置
６ ベルト方式の張力付与装置
７ 間欠方式の張力付与装置
８ 孔型ロール方式の張力付与装置
１０ 管引き機

Claims (7)

1. 金属管を該金属管内にプラグを装入した状態でダイスの孔に押し込んで通過させる押し抜きを行うにあたり、ダイス出側から前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする高寸法精度管の高能率安定製造方法。
2. 金属管外面を掴む部分がキャタピラ式につながって押し抜き方向に沿って回転するキャタピラ方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を順次掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする請求項１に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。
3. 押し抜き方向に沿って回転するベルトで金属管外面を押さえつつ金属管に張力を付与するベルト方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を順次押さえつつ押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする請求項１に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。
4. 金属管外面を掴んで押し抜き方向に繰り返し所定距離移動する金型を押し抜き方向に複数個備え、その複数個の金型で交互に金属管外面を掴んで金属管に間欠的に張力を付与する間欠方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管外面を交互に掴んで押し抜き方向に引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする請求項１に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。
5. 所定速度で回転する孔型ロールを備えた孔型ロール方式の張力付与装置を用いて、ダイス出側の金属管を孔型ロールに通して金属管外面を引っ張ることによって、前記金属管に張力を付与しながら押し抜きを行うことを特徴とする請求項１に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。
6. 孔型ロール方式の張力付与装置は、孔型ロールを２段以上備えていることを特徴とする請求項５に記載の高寸法精度管の高能率安定製造方法。
7. 金属管内にプラグを装入しない状態で押し抜きを行う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高能率安定製造方法。