JP2007000906A - 高寸法精度管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押し抜き加工によって高寸法精度管を製造するに際し、ダイス出側の管の曲がりを防止して、真直度の高い管を製造することができる高寸法精度管の製造方法を提供する。
【解決手段】管１の内部にプラグを装入しフローティングさせながら、ダイス２で管の押し抜き加工を行うに際して、管１を挟み込んで管１の加工方向にほぼ垂直な面内で移動可能な２個１組のローラ３をダイス２出側直近に設置するとともに、管１の位置を計測して管１の曲がりを検出するための２個の位置センサー７をローラ３の出側に設置し、位置センサー７によって検出された管１の曲がりに応じて、ローラ３の位置を管１の加工方向にほぼ垂直な面内で微調整することにより、ダイス２出側の管１の曲がりを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車駆動系部品などの高い寸法精度が要求される管の製造方法に関わり、特に、管の曲がりを防止する高寸法精度管の製造方法に関わる。

通常、管は溶接管と継目無管に大別される。溶接管は，電縫鋼管を例とするように、板を丸めて端部を突き合わせて溶接して製造し、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔しマンドレルミル等で圧延して製造する。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、その板厚偏差は３％以上である。また、継目無管の場合、穿孔工程で偏芯しやすくて、その後の工程で肉厚偏差を低減させるが、それでも製品の肉厚偏差は８％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、駆動系部品は中実の棒から中空の管に置き換えられつつある。これら自動車駆動系部品等の管は３％以下、さらに厳しくは１％以下の高寸法精度が要求される。

したがって、上記の溶接管、継目無管ともに、従来は造管後にダイスとプラグを用いて、例えば特許文献１等に記載されるように、冷間で管を引き抜いて製造していた。しかし、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、加工バイト中でダイスと管、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する結果、管の寸法精度が低下して、さらに高寸法とする製造方法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、管の先端をすぼ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。

これに比較して、本発明者らは、例えば特許文献２等に記載されるように、プラグを装入してダイスに管を押し込んで通過させる押し抜きを提案している。この押し抜きでは管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、管はプラグ及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、加工バイト内部は圧縮応力となるため、引き抜きに比較して管とプラグ、管とダイスが充分接触しやすくて、管は平滑化しやすくなって高寸法精度の管が得られるわけである。
特開平０７−０３２０３０号公報 特開２００４−３１４０８３号公報

しかし、管の外面の真円度、内面の真円度、円周方向肉厚偏差のいずれか、あるいは複数を良好にするために押し抜き加工を行った場合、ダイス出側の管が曲がりやすい。管が曲がるとその管は製品とならないため、真直度の高い管を製造することが必要であって、管を曲がらずに精度良く加工する技術が必要である。

すなわち、従来の引き抜きでは加工能率は低いが、ダイス出側の管の先端を挟んで１本ずつ張力を付加しつつ加工するため、管を引き抜き方向に案内するために管は曲がりにくかった。これに比較して、押し抜きの場合、ダイス出側の管は動きが自由であり、ダイスの加工精度、加工前の管の肉厚精度、表面状態、ダイス及びプラグの潤滑状態の不均一性などによって、管が容易に曲がる。そこで、ダイス出側の管の曲がりを防止する技術が望まれていた。

本発明は、上記の事情に鑑みて、押し抜き加工によって高寸法精度管を製造するに際し、ダイス出側の管の曲がりを防止して、真直度の高い管を製造することが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ものである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］管の内部にプラグを装入しフローティングさせながら、ダイスで管の押し抜き加工を行うに際して、管を挟み込んで管の加工方向にほぼ垂直な面内で移動可能なローラをダイス出側直近に設置するとともに、管の位置を計測して管の曲がりを検出するための位置センサーをダイス出側に設置し、前記位置センサーによって検出された管の曲がりに応じて、前記ローラの位置を微調整することにより、ダイス出側の管の曲がりを防止することを特徴とする高寸法精度管の製造方法。

［２］位置センサーを管の円周方向に２個以上設置し、隣接する位置センサーがそれぞれ管の断面中心と結ぶ線の成す角度をほぼ（１８０度／位置センサーの個数）とすることを特徴とする前記［１］に記載の高寸法精度管の製造方法。

［３］位置センサーをローラの出側に設置することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の高寸法精度管の製造方法。

［４］ローラを３個以上１組にしたものを設置することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。

［５］ローラを管の加工方向に沿って２組以上設置することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。

［６］ローラの各組同士が管の円周方向に沿って成す角度をほぼ（１８０度／ローラの組数）とすることを特徴とする前記［５］に記載の高寸法精度管の製造方法。

本発明においては、押し抜き加工によって高寸法精度管を製造するに際し、ダイス出側の管の曲がりを的確に防止して、真直度の高い高寸法精度管を製造することができる。

前述したように、押し抜き加工を行うとダイス出側の管が曲がりやすい。押し抜きの場合、ダイス出側の管は動きが自由であり、ダイスの加工精度、加工前の管の肉厚精度、表面状態、ダイス及びプラグの潤滑状態の不均一性などによって、容易に管が曲がる。管が曲がるとその管は製品とならないため管を曲げずに加工する技術が必要である。

本発明者らは、押し抜き加工における管の曲がりについて調査したところ、曲がりがダイス出側で既に始まっていることを把握した。すなわち、ダイスで押し抜き加工中のパイプには、ダイスの加工精度、加工前の管の肉厚精度、表面状態、ダイス及びプラグの潤滑状態の不均一性などによって残留応力が発生し、ダイス出側でこの残留応力が急激に解放されるため曲がりやすいわけである。したがって、ダイス出側に管の曲がり方向を微調整できる装置があれば、管の曲がりを防止できる。

そこで、本発明者らは管の曲がり防止について種々検討した結果、ダイス出側にローラを設置して、そのローラでダイス出側の管を挟み込んで、管の曲がりとは逆の方向に管を曲げて矯正するとよいことを見出した。すなわち、押し抜きのような塑性加工を管に施す場合、加工後にできるだけダイスに近い範囲で管の方向を矯正すると、真直度の高い管を得やすいわけである。また、ローラとすることにより管と接触した場合に、管の曲がりの方向を矯正しつつも疵が発生しにくいこともあげられる。ローラは管の加工方向とほぼ垂直な面内で移動可能とすることにより、曲がりを矯正可能である。

曲がりを精度よく矯正するには、管の位置を位置センサー（距離センサー）で測定して、管の曲がりの方向及び曲がり量を検出し、その曲がりとは逆方向に所定量の曲げをローラによって与えるとよい。位置センサーで管の曲がりの方向及び位置を正確に検出することによって、定量的に必要な曲げを管に与えることができ、管の真直度を著しく向上できる。

また、管は任意の方向に曲がるため、位置センサーを管の円周方向に２個以上設置して、隣接する位置センサーがそれぞれ管の断面中心と結ぶ線の成す角度（位置センサーの相対角度）をほぼ（１８０度／位置センサーの個数）とすれば、管の曲がり方向を正確に把握できる。例えば、位置センサーを２個設置する場合は、それぞれの位置センサーが管の断面中心と結ぶ線の成す角度をほぼ９０度（１８０度／２個）とすることによって、管の曲がり方向を正確に特定できるわけである。

さらに、位置センサーの設置位置については、ダイスとローラとの中間では、管が両者に拘束されて管の曲がりを正確に把握しにくいため、管に拘束が加わらず管の曲がりがそのまま現われるローラ出側に設置するとよい。

上記のような考え方に基づく本発明の一実施形態を図１に示す。

図１に示すように、この実施形態においては、管１の内部にプラグ（図示せず）を装入しフローティングさせながら、ダイス２で管の押し抜き加工を行うに際して、管１を挟み込んで管１の加工方向にほぼ垂直な面内で移動可能な２個１組のローラ３をダイス２出側直近に設置するとともに、管１の位置を計測して管１の曲がりを検出するための２個の位置センサー７をローラ３の出側に設置し、位置センサー７によって検出された管１の曲がりに応じて、ローラ３の位置を管１の加工方向にほぼ垂直な面内で微調整することにより、ダイス２出側の管１の曲がりを防止するようにしている。ここで、２個の位置センサー７がそれぞれ管１の断面中心と結ぶ線の成す角度をほぼ９０度としている。なお、図１において、４はローラ３を管１の加工方向にほぼ垂直な面内で移動可能するために設けられた移動架台であり、ローラ３を搭載して、油圧シリンダー６の作動によって、管１の加工方向にほぼ垂直な面内で移動できるようになっている。５は移動架台４を保持する全体架台である。

そして、さらに管の曲がりを能率良く矯正するには、ローラを３個以上１組にするとよい。２個１組のローラで管を挟んでもよいが、３個１組のローラ、４個１組のローラと１組の個数を順次増やすことによって、管１の円周方向拘束力が増して、管１の曲がりを効率よく矯正できる。例えば、図３には、ローラ３を３個１組にした例を示している。その際に、位置センサー７を管の円周方向に３個設置して、隣接する位置センサーがそれぞれ管１の断面中心と結ぶ線の成す角度をほぼ６０度（１８０度／３個）としている。

また、曲がり防止効果は良好にするためには、ローラを管の加工方向に沿って２組以上設置するとよい。１組のみのローラでは曲がりの方向によっては充分矯正できない場合があるが、２組以上のローラであれば、各組同士が円周方向に沿って成す角度を調整することによって、曲がり防止効果は良好になる。特に、ローラの各組同士が円周方向に沿って成す角度をほぼ（１８０度／ローラの組数）とすれば、管の曲がり防止効果は顕著になる。例えば、図２には、２個１組のローラ３を管１の加工方向に沿って２組設置し、２組のローラ３が円周方向に沿って成す角度位置をほぼ９０度とした例を示している。

以下、実施例に基づいて説明する。

本発明例１として、φ４０ｍｍ×６ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を用いて、図１に示すとおり、ダイス２出側直近に、ダイス出側直径φ３５ｍｍに比べて０．５ｍｍ大きくした孔型形状を有する２個１組のローラ３を１組設置し、ローラ３出側に垂直方向及び水平方向に管１の位置を測定するセンサー７を設置して、センサー７からの信号を受けて、管１の加工方向にほぼ垂直な面内でローラ３を上下左右に微動させて管１の曲がりを矯正しつつ、プラグを装入して連続して管１を送って押し抜き加工を行った。

本発明例２として、φ４０ｍｍ×６ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を用いて、図２に示すとおり、ダイス２出側直近に、ダイス出側直径φ３０ｍｍに比べて０．５ｍｍ大きくした孔型形状を有する２個１組のローラ３を２組設置し、ローラ３出側に垂直方向及び水平方向に管１の位置を測定するセンサー７を設置して、センサー７からの信号を受けて、管１の加工方向にほぼ垂直な面内で各組のローラ３を上下左右に微動させて管１の曲がりを矯正しつつ、プラグを装入して連続して管１を送って押し抜き加工を行った。

本発明例３として、φ４０ｍｍ×６ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を用いて、図３に示すとおり、ダイス出側２直近にダイス出側直径φ３０ｍｍに比べて０．５ｍｍ大きくした孔型形状を有する３個１組のローラ３を１組設置し、ローラ３出側に垂直方向及び水平方向に管１の位置を測定するセンサー７を設置して、センサー７からの信号を受けて、管１の加工方向にほぼ垂直な面内でローラ３を上下左右に微動させて管１の曲がりを矯正しつつ、プラグを装入して連続して管１を送って押し抜き加工を行った。

本発明例４として、φ４０ｍｍ×６ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を用いて、図４に示すとおり、ダイス２出側直近にダイス出側直径φ３５ｍｍに比べて０．５ｍｍ大きくした孔型形状を有する２個１組のローラ３を１組設置し、ダイス２出側とローラ３入側の中間に、垂直方向及び水平方向に管１の位置を測定するセンサー７を設置して、センサー７からの信号を受けて、管１の加工方向にほぼ垂直な面内でローラ３を上下左右に微動させて管１の曲がりを矯正しつつ、プラグを装入して連続して管１を送って押し抜き加工を行った。

比較例として、φ４０ｍｍ×６ｍｍｔ×５．５ｍＬの鋼管を用いて、図５に示すとおり、ダイス２出側直近にダイス出側直径φ３５ｍｍに比べて０．５ｍｍ大きくした孔型形状を有する２個１組のローラ３を１組設置し、ローラ３出側での管１の曲がりを目視８で観察し、その目視８による観察結果に基づいて、管１の加工方向にほぼ垂直な面内でローラ３を上下左右に微動させて管１の曲がりを矯正しつつ、プラグを装入して連続して管１を送って押し抜き加工を行った。

これら押し抜き加工後の鋼管の曲がり及び寸法精度を表１に示す。なお、表１においては、押し抜き加工後の管に直線定規を当てて、管長さ１ｍ当たりの管中央部の直線定規と管とのすきまの最大値を曲がりの指標として示した。

表１に示すように、本発明例１〜４及び比較例とも、肉厚精度と外径精度が良好な管が得られているが、センサー７にて管１の位置を測定していない比較例では、管１の曲がりを正確に検出できないので、押し抜き加工後の管の曲がりがかなり大きくなっている。

これに対して、本発明例１〜４では、センサー７にて管１の位置を測定して管１の曲がりを正確に検出しているので、押し抜き加工後の管の曲がりが的確に防止されている。

そして、本発明例１〜３のように、センサー７の設置位置をローラ３の出側とすることにより、押し抜き加工後の管の曲がりがより一層防止されている。

本発明例１として、２個１組のローラを設置し、ローラ出側に管周方向ほぼ９０度に位置する２個のセンサーを設置して押し抜き加工を行う図である。 本発明例２として、２個１組のローラを互いにほぼ９０度となる位置に２組設置し、ローラ出側に管周方向ほぼ９０度に位置する２個のセンサーを設置して押し抜き加工を行う図である。 本発明例３として、３個１組のローラを設置し、ローラ出側に管周方向ほぼ６０度に位置する３個のセンサーを設置して押し抜き加工を行う図である。 本発明例４として、２個１組のローラを設置し、ダイスとローラの中間に管周方向ほぼ９０度に位置する２個のセンサーを設置して押し抜き加工を行う図である。 比較例として、２個１組のローラを設置し、ローラ出側の曲がりを目視で観察しつつ押し抜き加工を行う図である。

符号の説明

１ 管
２ ダイス
３ ローラ
４ 移動架台
５ 全体架台
６ 油圧シリンダー
７ 位置センサー
８ 目視

Claims (6)

1. 管の内部にプラグを装入しフローティングさせながら、ダイスで管の押し抜き加工を行うに際して、管を挟み込んで管の加工方向にほぼ垂直な面内で移動可能なローラをダイス出側直近に設置するとともに、管の位置を計測して管の曲がりを検出するための位置センサーをダイス出側に設置し、前記位置センサーによって検出された管の曲がりに応じて、前記ローラの位置を微調整することにより、ダイス出側の管の曲がりを防止することを特徴とする高寸法精度管の製造方法。
2. 位置センサーを管の円周方向に２個以上設置し、隣接する位置センサーがそれぞれ管の断面中心と結ぶ線の成す角度をほぼ（１８０度／位置センサーの個数）とすることを特徴とする請求項１に記載の高寸法精度管の製造方法。
3. 位置センサーをローラの出側に設置す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。
4. ローラを３個以上１組にしたものを設置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。
5. ローラを管の加工方向に沿って２組以上設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。
6. ローラの各組同士が管の円周方向に沿って成す角度をほぼ（１８０度／ローラの組数）とすることを特徴とする請求項５に記載の高寸法精度管の製造方法。
   
   

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