JP2006175485A - 高寸法精度管の高能率製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも格段に寸法精度の高い管を能率良く製造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４の内面および/または外面に潤滑被膜を形成後、管内にプラグ１を装入しフローティングさせながら、管を送ってダイス２で管の押し抜きを行う高寸法精度管の製造方法において、前記潤滑被膜は管への液体潤滑剤またはグリース状潤滑剤の噴射により湿潤に形成され、前記ダイスは次の方法Ａ〜Ｃの各単独または組合せで極低温に保持される。Ａ：ダイスに冷媒を吹き付ける。Ｂ：ダイスに内設した経路８に冷媒を通す。Ｃ：ダイスに被せた覆い９との間に冷媒を入れる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高寸法精度管の高能率製造方法に関し、詳しくは、例えば自動車駆動系部品用管などのような高い寸法精度が要求される管を高能率に製造する方法に関する。

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され、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される。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。

自動車駆動系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、金属管（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１参照）。

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、この凹凸による粗さは管の縮径率が大きくなるほど増加する。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、引き抜きでは、管の先端を強力に挟んで張力を加える必要があることから、管の先端を窄めて単発で管を引き抜く必要があり、加工能率が著しく低かった。
一方、最近、管内にプラグを装入し、その管をダイスに押し込んで通す、押し抜き加工による高寸法精度管の製造方法が提案されている（特許文献２参照）。この押し抜き加工によれば、プラグを内挿された管をダイスに押し込むので、加工バイト内の全域が圧縮場となり、その結果、加工バイト内の入側、出側を問わず、管はプラグおよびダイスに充分接触できる。しかも、軽度の縮径率であっても、加工バイト内が圧縮場になるから、引き抜きに比べ管とプラグ、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って高寸法精度の管が得られる。また、押し抜きではダイス入側から管を押すので、管の先端を窄める必要がなく、先行する管と後続の管を次々と連続してダイスに送り込むことができ、能率良く加工することができる。
特許第２８１２１５１号公報 特開２００４−３１４０８３号公報

上記したように従来の冷牽法では、高寸法精度の管を得ることが難しく、また、生産能率も低いという課題が未解決のままであった。また、押し抜き加工では引き抜き加工に比べ、高寸法精度管を有利に製造できるのであるが、プラグ外面と材料管内面、ダイス内面と材料管外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付き等の疵が発生して、加工後の管の表面品質が低下し、その管は製品にならないばかりか、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、その場合は加工条件を変更するために加工を中断して管を抜き出し、ダイスを交換し、プラグを抜き出す必要があって、その結果、生産能率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、押し抜き加工により寸法精度の高い管を能率良く製造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。

前記目的を達成した本発明は、以下のとおりである。
（１）管の内面および/または外面に潤滑被膜を形成後、管内にプラグを装入し、管を送ってダイスで管の押し抜きを行う高寸法精度管の製造方法において、前記潤滑被膜は管への液体潤滑剤またはグリース状潤滑剤の噴射により湿潤に形成され、前記ダイスは極低温に保持されることを特徴とする高寸法精度管の高能率製造方法。
（２）前記ダイスは、これに冷媒を吹き付けることにより極低温に保持されることを特徴とする（１）記載の高寸法精度管の高能率製造方法。
（３）前記ダイスは、これに内設した経路に冷媒を通すことにより極低温に保持されることを特徴とする（１）または（２）に記載の高寸法精度管の高能率製造方法。
（４）前記ダイスは、これに被せた覆いとの間に冷媒を入れることにより極低温に保持されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の高寸法精度管の高能率製造方法。

本発明によれば、寸法精度が高くて表面品質も良い管を高い生産能率で製造することができる。

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。
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５に示すように、管４内にプラグ１を装入してダイス２から管４を引き抜くことにより、ダイス２の出側で管引き抜き機10により加えられた引き抜き力によって加工バイト内には引張応力が発生する。加工バイト内の入側では、管４の内面がプラグ１に沿って変形するため、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、管４の外面がダイス２に接触して変形するため、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。

これに比べて、本発明で用いる押し抜きの場合、図４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を送ってダイス２に押し込むことにより、加工バイト内の管４全域に亘り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。なお、生産性の点から、複数の管４を次々と連続してダイス２に押し込めるよう、プラグ１は管内でフローティングさせると良いが、管４とプラグ１との脱着が容易であれば、プラグ１を入側または出側から支える構造であっても良い。

また、高寸法精度管の製造にあたり、プラグ外面と材料管内面、ダイス内面と材料管外面を潤滑すると、加工中に材料管表面に焼き付き疵が発生しないため、表面品質の良好な管が製造できる。さらに、潤滑の摩擦力低減作用により加工に必要な荷重を低減できて、加工エネルギーの削減が可能であり、生産能率も向上する。すなわち、管の内面および/または外面に予め潤滑被膜を形成して押し抜きを行うと良い。該潤滑被膜の形成材料としては、液体潤滑剤またはグリース状潤滑剤が適している。ここで、液体潤滑剤としては、鉱物油系潤滑剤に二硫化モリブデンのような極圧剤を添加した潤滑剤、牛脂に高級脂肪酸を添加した潤滑剤、合成エステルにリン酸系極圧剤を添加した潤滑剤等がよい。また、グリース状潤滑剤としては、グリースに二硫化モリブデンのような極圧剤を添加した潤滑剤がよい。

そこで、これら潤滑剤を活用して能率良く加工する方法を本発明らは検討した。これら潤滑剤の膜を管の加工前に厚く強固にできると、加工時の摩擦係数が低減して焼き付き等を発生させることがなく、押し抜きを有利に行うことができるわけである。
その結果、以下の方法が良いことを見出した。すなわち、ダイスを極低温に保持し、ダイスの手前で液体潤滑剤またはグリース状潤滑剤を管に噴射して湿潤した潤滑剤被膜を形成し、その管を極低温のダイスで押し抜き加工すると、これら潤滑剤は極低温になることによりその粘度が増加し、膜厚を増加させることが可能になる。また、場合によっては潤滑剤が固化し、より強固な膜を形成できる。これらによって、ダイスおよび/またはプラグと管との焼き付きを充分防止することが可能となり、高寸法精度管を高能率に製造できるわけである。なお、本発明にいう極低温とは、−１０℃以下の温度を指す。望ましくは−８０℃以下が良い。

ダイスを極低温に保持するには、例えば図１に示すように冷媒噴射ノズル７からダイス２に冷媒を吹き付ける方法（方法Ａ）が好ましい。また、例えば図２に示すようにダイス２体内に冷媒の経路８を設けてこの経路に冷媒を通す方法（方法Ｂ）も好ましい。これら（方法Ａ，Ｂ）を組み合わせると、より効率良くダイスを極低温に冷却できる。冷媒としては、低温アルコール、液体酸素、液体窒素、液体空気、液体アルゴン、液体水素等が良い。

また、例えば図３に示すようにダイス２の外周部にダイス冷却用カバー（覆い）９を被せ、ダイス２とカバー９との間に冷媒を入れる方法（方法Ｃ）も好ましい。この場合、冷媒としては、上記各種の他、ドライアイス等を直接入れてもよく、ドライアイスを加えたアルコールを入れてもよく、また、上記方法Ａ、Ｂのいずれか一方または両方と組み合わせてもよい。

φ４０ｍｍ×６．０ｍｍｔ×５．５ｍｍＬの鋼管を素材とし、鏡面のプラグと一体型固定ダイスを用い、加工条件を縮径率＝１０％、ダイス出側鋼管肉厚＝６．０ｍｍとして押し抜き加工または引き抜き加工を行った。加工中、管内のプラグはフローティング状態に保った。これらの加工では、ダイス入側の鋼管に、以下に述べる各条件で潤滑を施し、各条件につき１０本の鋼管を加工した。
（条件１） 図１の形態で押し抜きを行った。ダイス２は、表１に示す冷媒の吹き付けにより表１に示すダイス温度（極低温に該当）に保持された。ダイス入側のプラグ装入前の管は、表１に示す潤滑剤の吹き付けにより管内外面に湿潤潤滑被膜を形成された。
（条件２） 図２の形態で押し抜きを行った。ダイス２は、その孔型を囲むように内設した経路８に表１に示す冷媒を通すことにより表１に示すダイス温度（極低温に該当）に保持された。ダイス入側のプラグ装入前の管は、表１に示す潤滑剤の噴霧内を通過させることにより管内外面に湿潤潤滑被膜を形成された。
（条件３） 図３の形態で押し抜きを行った。ダイス２は、これに被せたカバー９との間に表１に示す冷媒を入れることにより表１に示すダイス温度（極低温に該当）に保持された。ダイス入側のプラグ装入前の管は、表１に示す潤滑剤の吹き付けにより管内外面に湿潤潤滑被膜を形成された。
（条件４） 図４の形態で押し抜きを行った。すなわちダイス温度は室温である。ダイス入側のプラグ装入前の管は、表１に示す潤滑剤の吹き付けにより管内外面に湿潤潤滑被膜を形成された。
（条件５） 図５の形態で引き抜きを行った。すなわちダイス温度は室温である。ダイス入側のプラグ装入前の管は、表１に示す潤滑剤の吹き付けにより管内外面に湿潤潤滑被膜を形成された。

各条件で製造された鋼管について、表面疵の発生状況、加工能率および肉厚精度を調査した結果を表１に示す。肉厚精度は、管の円周方向断面を画像解析し、肉厚断面の画像から平均肉厚に対する最大偏差（すなわち肉厚偏差＝（最大肉厚−最小肉厚）／平均肉厚×１００％）を測定して評価した。加工能率は、従来例の１時間当たりの加工本数を１(基準)とした相対比で示した。

表１より、本発明要件を満たす潤滑条件で押し抜きを行った実施例では表面疵の発生はない。肉厚精度は良好であり、加工能率は格段に高い。これに対し、ダイスを極低温に保持せずに押し抜きを行った比較例では肉厚精度は良好であるが、表面疵が発生し、ダイスおよびプラグを交換する必要が生じたため加工能率が本発明例よりもやや低い。また、引き抜きを行った従来例では肉厚精度が悪い。また、表面疵が発生し、ダイスおよびプラグを交換する必要が生じたことに加え、引き抜きでは図５に示されるように管の先端を窄める必要があって連続送りができず単発の加工になるため、加工能率は比較例よりも格段に低い。

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。 本発明で用いる押し抜きの概要を示す縦断面図である。 従来の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 管押し機
４ 管（金属管、鋼管）
５ 管押し抜き方向
６ 潤滑剤噴射ノズル
７ 冷媒噴射ノズル
８ 経路（冷媒の経路）
９ 覆い（カバー）
１０ 管引き抜き機
１１ 管の引き抜き方向

Claims (4)

1. 管の内面および/または外面に潤滑被膜を形成後、管内にプラグを装入し、管を送ってダイスで管の押し抜きを行う高寸法精度管の製造方法において、前記潤滑被膜は管への液体潤滑剤またはグリース状潤滑剤の噴射により湿潤に形成され、前記ダイスは極低温に保持されることを特徴とする高寸法精度管の高能率製造方法。
2. 前記ダイスは、これに冷媒を吹き付けることにより極低温に保持されることを特徴とする請求項１記載の高寸法精度管の高能率製造方法。
3. 前記ダイスは、これに内設した経路に冷媒を通すことにより極低温に保持され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高能率製造方法。
4. 前記ダイスは、これに被せた覆いとの間に冷媒を入れることにより極低温に保持され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高能率製造方法。