JP2006181611A - 表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外径偏差等の良好な高寸法精度管を製造するに際し、表面品質も良好な高寸法精度管を高能率に製造することができる表面品質の良好な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内にプラグ１を装入して、管押し機３によって管４をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜き加工を行うに際して、押し抜き加工前の管４の外面に向けて、管外面用潤滑剤供給ノズル５ａから第１の液体潤滑剤を噴射して、管４外面に液状の潤滑被膜を形成させるとともに、押し抜き加工前の管４の内面に向けて、管内面用潤滑剤供給ノズル５ｂから第２の液体潤滑剤を噴射し、熱風によって乾燥させて、管４内面に乾燥した潤滑被膜を形成させ、管４内にプラグ１を装入して、押し抜き加工を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、高寸法精度管の製造に関し、特に、表面品質の良好な高寸法精度管を高能率に製造することができる表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法に関する。

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。

これに対して、自動車用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。

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３に示すように、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の出側で管引き機７によって加えられた引き抜き力８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４の内面が沿って変形するため、管４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４の外面が接触して変形するため、管４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４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、特許文献２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２に示すように、プラグ１を装入してダイス２に管４を押し込むことにより、ダイス２の入側で管押し機３によって加えられた押し込み力６によって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４はプラグ１及びダイス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４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 特開２００４−３１４０８３号公報

しかし、押し抜き加工によって製造した高寸法精度管を、酸洗浄などの処理を施さずにそのまま使用する場合や、酸洗浄後も美麗な表面を備えていることを要求される部材に適用される場合には、押し抜き加工後の外表面を一層平滑で美麗に仕上げる必要がある。

その際、プラグ表面と管内表面との摩擦力、ダイス表面と管外表面との摩擦力を可能な限り低減しないと、押し抜き加工中に管表面に焼き付き等の疵が発生して、押し抜き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だけでなく、押し抜き加工時の荷重が著しく増加して押し抜き加工そのものが不可能になる場合があり、その結果、管の生産能率が著しく低下してしまう。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、肉厚偏差等の良好な高寸法精度管を製造するに際し、表面品質も良好な高寸法精度管を高能率に製造することができる表面品質の良好な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ものである。

発明者らは、前記特許文献２で提案した押し抜き加工について、一層検討を行った結果、プラグ表面と管内表面の間、及び、ダイス表面と管外表面の間を潤滑すると、押し抜き加工中に管表面に焼き付き等の疵が発生せず、表面品質の良好な管が製造できるとともに、潤滑による摩擦力低減で押し抜き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ことを見出した。

しかも、その際に、プラグ表面と管内表面の間の潤滑が強固であれば、ダイス面と管外表面の間の潤滑は比較的軽微でも焼き付きは発生しないことを見出した。

そこで、押し抜き加工ままで使用される管等のように、押し抜き加工後の管の外表面を一層平滑で美麗に仕上げる必要がある場合には、管内表面に乾燥した潤滑被膜を形成させて、プラグ表面と管内表面の間の潤滑を強固にした上で、管外表面に液体潤滑剤を供給して液状の潤滑被膜を形成させればよいとの考えに至った。

すなわち、酸洗浄あるいは酸化スケールが付着したままの管ともに押し抜き加工を行うと、管外表面に供給された液体潤滑剤による液状の潤滑被膜は著しく薄いものとなるので、鏡面であるダイス表面が管外表面に転写されやすくなり、管外表面は一層平滑で美麗にできる。また、酸化スケールが付着したままの管を押し抜き加工する場合、管外表面の潤滑膜が著しく薄いことにより、押し抜き加工前の管外表面に生成していた酸化スケールの膜が押し抜き加工中に著しく薄くなって、押し抜き加工後に平滑化して美麗になるだけでなく、酸洗浄を行っても容易に酸化スケールを除去できることから、酸洗浄による管外表面粗さの増加が抑制されて、酸洗浄後の管外表面は平滑で美麗になる。

上記の考え方に基づいて、本発明は以下の特徴を有している。

［１］金属管を該金属管の内部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加工を行うに際し、予め、金属管の外面に第１の液体潤滑剤を供給して液状の潤滑被膜を形成させておくとともに、金属管の内面に第２の液体潤滑剤を供給し乾燥させて乾燥した潤滑被膜を形成させておくことを特徴とする表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

［２］金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給した後、熱風を金属管の内部に送風して第２の液体潤滑剤を乾燥させることによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする前記［１］に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

［３］予め金属管を加熱しておき、その金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給することによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする前記［１］に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

［４］加熱し、あるいはその後に加工した金属管を高温のまま搬送し、その高温の金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給することによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする前記［１］に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

［５］前記第１の液体潤滑剤に代えて、グリース状潤滑剤を供給することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

本発明においては、表面品質も良好な高寸法精度管を高能率に製造することができる。

本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。

図１に示すように、この実施形態においては、管４内にプラグ１を装入して、管押し機３によって管４をダイス２の孔に押し込んで通過させる押し抜き加工を行うに際して、押し抜き加工前の管４の外面に向けて、管外面用潤滑剤供給ノズル５ａから液体潤滑剤（第１の液体潤滑剤）を噴射して、管４の外面に液状の潤滑被膜を形成させるとともに、押し抜き加工前の管４の内面に向けて、管内面用潤滑剤供給ノズル５ｂから液体潤滑剤（第２の液体潤滑剤）を噴射し、熱風（図示せず）によって乾燥させて、管４の内面に乾燥した潤滑被膜を形成させ、管４内にプラグ１を装入して、押し抜き加工を行うようにしている。

これにより、ダイス２の入側で加えられた押し込み力６によって加工バイトの内部は全て圧縮応力が作用し、加工バイト入側、出側を問わずに、管４はプラグ１及びダイス２に十分接触でき、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、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４は平滑化しやすくなって高寸法精度の管が得られる。

その上、管４内表面に乾燥した潤滑被膜を形成させて、プラグ１表面と管４内表面の間の潤滑を強固にした上で、管４外表面に液体潤滑剤を供給して液状の潤滑被膜を形成させているので、焼き付きの発生が回避されるとともに、管４外表面に供給された第１の液体潤滑剤による液状の潤滑被膜は著しく薄いものとなるので、鏡面であるダイス２表面が管４外表面に転写されやすくなり、管４外表面は一層平滑で美麗にできる。また、酸化スケールが付着したままの管４を押し抜き加工する場合、管４外表面の潤滑膜が著しく薄いことにより、押し抜き加工前の管４外表面に生成していた酸化スケールの膜が押し抜き加工中に著しく薄くなって、押し抜き加工後に平滑化して美麗になるだけでなく、酸洗浄を行っても容易に酸化スケールを除去できることから、酸洗浄による管４外表面粗さの増加が抑制されて、酸洗浄後の管４外表面は平滑で美麗になる。

さらに、潤滑による摩擦力低減で押し抜き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、高能率で生産することができる。

なお、ここでは、管４の内面に向けて第２の液体潤滑剤を噴射し、熱風によって乾燥させて、押し抜き加工前の管４の内面に乾燥した潤滑被膜を形成させるようにしているが、予め管を加熱し、あるいはその後に加工を施した管を高温のまま搬送し、管の内面に第２の液体潤滑剤を管４の先端または／及び後端から噴射して、管４の内面に乾燥した潤滑被膜を形成させるようにしてもよい。

また、押し抜き加工前の管４外面に液状の潤滑被膜を形成させるには、ダイス２の入側で管４の外面に第１の液体潤滑剤を噴き付けてもよいし、事前に全長に渡って管４の外面に第１の液体潤滑剤を噴き付けておいてもよい。

また、上記の方法において、第１の液体潤滑剤に代えて、グリース状潤滑剤を用いてもよい。

ここで、第１の液体潤滑剤としては、鉱物油、合成エステル、動植物油、及びこれらに添加剤を混合させたものなどが挙げられる。

また、第２の液体潤滑剤としては、ポリアクリル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリエチレンワックスなどが挙げられ、これらを溶剤で希釈、またはエマルジョンにしたものがよい。溶剤としては、エーテル類、ケトン類、芳香族系炭化水素、直鎖系・側鎖系炭化水素などが挙げられる。エマルジョンを得るためには、分散媒として、水、アルコール類、これらの混合物が挙げられ、界面活性剤などの分散剤を添加するとよい。さらに、これらに硼酸ナトリウムなどの固体潤滑剤を添加してもよい。

また、グリース系潤滑剤としては、Ｌｉ系グリース潤滑剤、Ｎａ系グリース潤滑剤、これらに二硫化モリブデンなどの添加剤を含むものなどが挙げられる。

なお、外径精度のみ要求される管を製造する場合は、プラグを入れずに押し抜き加工すればプラグ装入、取り出し時間が短縮できて、さらに能率良く製造が可能である。

以下、実施例に基づいて説明する。

一例として、φ４０ｍｍ×６．０ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を素管とし、鏡面のプラグと一体型固定ダイスを用いて、プラグをフローティングさせて鋼管内部に装入し、縮径率５％で鋼管を入側から押して、ダイス出側の鋼管の肉厚を入側と同じ６．０ｍｍｔとして押し抜きを行った。その際に、下記のような条件で本発明例と比較例を行った。

本発明例１として、第２の液体潤滑剤としてポリエチレンワックスを溶剤で希釈した潤滑剤を管内面に噴射し、熱風で乾燥させて、管内面に乾燥した潤滑被膜を形成させた後、第１の液体潤滑剤として鉱物油に添加剤を混合させた潤滑剤を噴射して管外面に液状の潤滑被膜を形成させ、プラグを装入して押し抜き加工を行った。

本発明例２として、予め管を加熱しておいて、第２の液体潤滑剤としてポリアクリル樹脂をエマルジョンにした潤滑剤を管の先端から噴射して管内面に乾燥した潤滑被膜を形成させた後、第１の液体潤滑剤としてＬｉ系グリース潤滑剤を噴射して管外面に液状の潤滑被膜を形成させ、プラグを装入して押し抜き加工を行った。

本発明例３として、加熱した管を高温のまま搬送し、第２の液体潤滑剤としてポリビニル系樹脂を溶剤に希釈した潤滑剤を管の先端及び後端から流入して管内面に乾燥した潤滑被膜を形成させた後、第１の液体潤滑剤として合成エステルを噴射して管外面に液状の潤滑被膜を形成させ、プラグを装入して押し抜き加工を行った。

比較例１として、第２の液体潤滑剤であるポリアクリル樹脂をエマルジョンにした潤滑剤を管内面及び管外面に噴射し、熱風で管内面及び管外面を乾燥させて、管内面及び管外面に乾燥した潤滑被膜を形成させた後、プラグを装入して押し抜き加工を行った。

比較例２として、管内面及び管外面とも無潤滑のまま、プラグを装入して押し抜き加工を行った。

これらにより製造した鋼管外表面の美麗さ、疵の状態、及び加工能率について比較した結果を表１に示す。なお、表面の美麗さとして、外表面の平均粗さＲａで評価した。粗度が小さいと美麗さが良好になる。また、加工能率は、１時間当たりの加工本数について、比較例２の１時間当たりの加工本数を１（基準）として、その比率で示した。

なお、表１にその測定結果は示していないが、押し抜き加工後の鋼管の寸法精度（外径偏差、肉厚偏差）も以下のようにして測定した。すなわち、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により、比較例１のように、管内面及び外面の双方に乾燥した潤滑被膜を形成させると、押し抜き加工中の焼き付き疵は全く発生しないが、管外面の美麗さが著しく低下した。また、比較例２のように、無潤滑では押し抜き加工後の鋼管表面に疵が発生し、ダイス及びプラグを交換せざるを得なくなり、また、加工能率が著しく低かった。

これに対して、本発明例１〜３のように、管内面に乾燥した潤滑被膜を形成させ、管外面に液状の潤滑被膜を形成させた場合には、押し抜き加工中の焼き付き疵は発生しない上に、管外面が美麗で良好な表面であり、加工能率も著しく良好であった。

本発明の一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（一体型）
３ 管押し機
４ 管
５ａ 管外面用潤滑剤供給ノズル
５ｂ 管内面用潤滑剤供給ノズル
６ 押し込み力
７ 管引き機
８ 引き抜き力

Claims (5)

1. 金属管を該金属管の内部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加工を行うに際し、予め、金属管の外面に第１の液体潤滑剤を供給して液状の潤滑被膜を形成させておくとともに、金属管の内面に第２の液体潤滑剤を供給し乾燥させて乾燥した潤滑被膜を形成させておくことを特徴とする表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。
2. 金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給した後、熱風を金属管の内部に送風して第２の液体潤滑剤を乾燥させることによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする請求項１に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。
3. 予め金属管を加熱しておき、その金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給することによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする請求項１に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。
4. 加熱し、あるいはその後に加工した金属管を高温のまま搬送し、その高温の金属管の内部に第２の液体潤滑剤を供給することによって、前記乾燥した潤滑被膜を形成させることを特徴とする請求項１に記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。
5. 前記第１の液体潤滑剤に代えて、グリース状潤滑剤を供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面品質の良好な高寸法精度管の高能率製造方法。

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