JP2007283351A - 管の引抜加工用プラグ及びこれを用いた管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗が生じ難く、寿命を長く保つことが可能なプラグを提供する。
【解決手段】本発明に係る引抜加工用プラグ１は、ストレート部１１とテーパ部１２とが曲面部１３を介して連設されている。軸方向断面視において、曲面部１３は、曲率中心がストレート部１１及びテーパ部１２の外方に位置する所定の曲率半径Ｒを有し、ストレート部１１との接続点１３１近傍の傾きがストレート部１１の傾きと略同一とされていると共に、テーパ部１２との接続点１３２近傍の傾きがテーパ部１２の傾きと略同一とされていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、管の引抜加工用プラグ及びこれを用いた管の製造方法に関し、特に摩耗が生じ難く、寿命を長く保つことが可能なプラグ及びこれを用いた管の製造方法に関する。

従来より、各種用途の管を製造するに際し、外径・内径・肉厚等の寸法精度の向上や、表面の平滑性の向上、機械的強度の確保等を目的として、管に引抜加工を施す場合がある。

管の引抜加工は、たとえば図１に示すように、後端をマンドレルＭで支持したプラグ１’を管Ｐの内面に挿入し、管Ｐを図１の矢符の方向に引き抜くことによってなされる。プラグ１’は、ダイス２及び管Ｐに対して同心状となるように管Ｐの内面に挿入される。この際、管Ｐは、ダイス２の円錐面状のテーパ部２２とプラグ１’の円錐面状のテーパ部１２’とに沿って変形しつつ、ダイス２の円柱面状のストレート部２１とプラグ１’の円柱面状のストレート部１１’との間に導かれ、対向する各ストレート部２１で区画されるダイス２の開口部の径を外径とし、プラグ１’のストレート部１１’の径を内径とする管Ｐに加工される。

ここで、従来の一般的なプラグ１’においては、テーパ部１２’とストレート部１１’とが直接接続されている。換言すれば、図１（ｂ）に示すように、プラグ１’の軸方向に対して傾斜したテーパ部１２’とプラグ１’の軸方向に平行なストレート部１１’との接続箇所が、点Ｓで折れ曲がる折れ線状となっている。

本発明の発明者らが検討したところ、プラグの原単位を低下させるために、上記従来のプラグ１’に表面コーティングを施さずに管Ｐの引抜加工に繰り返し使用すれば、テーパ部１２’とストレート部１１’との折れ線状の接続箇所近傍に摩耗が生じ易いことが分かった。摩耗したプラグ１’を手入れせずに管Ｐの引抜加工に使用すれば、引抜加工後の管Ｐの寸法（内径）精度の劣化を招いたり、管Ｐとプラグ１’との間に焼き付きが生じるといった問題がある。プラグ１’を少しでも長く使用することだけを考えるならば、摩耗したプラグ１’を切削研磨し、より寸法の小さな管Ｐの引抜加工に再利用することも考えられる。しかしながら、上記のような再使用には切削研磨するための時間を要するため、管Ｐの生産効率が低下するという問題がある。従って、摩耗が生じ難く、同一寸法の管Ｐの引抜加工に長期間使用可能な（寿命の長い）プラグの開発が望まれている。

一方、テーパ部とストレート部とが直接接続されていないプラグとして、特許文献１や２に記載のプラグが提案されている。より具体的に説明すれば、特許文献１に記載のプラグは、テーパ部（特許文献１ではアプローチ部）とストレート部（特許文献１ではベアリング部）とがくびれ部（Ｖ字溝）を介して連設されている（特許文献１の図２等参照）。また、特許文献２に記載のプラグは、特許文献２の図１等に記載のように、テーパ部とストレート部（特許文献２では仕上げ部）とが凹部を介して連設されている。
特開平９−２２５５２２号公報 特開２００３−１１２２１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のプラグは、プラグに作用する引抜方向への力と、引抜方向と逆方向に作用する力とのバランスを保つことを目的として（特許文献１の段落０００４等）、テーパ部とストレート部との間にくびれ部を設けたものに過ぎず、該くびれ部が前述したプラグの摩耗に対して如何なる影響を及ぼすかについては開示も示唆もない。また、特許文献２に記載のプラグは、内削時に生じたバイト目等を除去し、引抜加工後の管の内周面を高平滑度にすることを目的として（特許文献２の段落０００６）、テーパ部とストレート部との間に所定の位置関係で凹部を設けたものに過ぎず、該凹部が前述したプラグの摩耗に対して如何なる影響を及ぼすかについては開示も示唆もない。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、摩耗が生じ難く、寿命を長く保つことが可能なプラグ及びこれを用いた管の製造方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明は、引抜加工される管の内面に挿入され、円柱面状のストレート部と、該ストレート部に連設された円錐面状のテーパ部とを備えた管の引抜加工用プラグであって、前記ストレート部と前記テーパ部とは、曲面部を介して連設されており、軸方向断面視において、前記曲面部は、曲率中心が前記ストレート部及び前記テーパ部の外方に位置する所定の曲率半径を有し、前記ストレート部との接続点近傍の傾きが前記ストレート部の傾きと略同一とされていると共に、前記テーパ部との接続点近傍の傾きが前記テーパ部の傾きと略同一とされていることを特徴とする管の引抜加工用プラグを提供するものである。

本発明に係る管の引抜加工用プラグは、従来のようにストレート部とテーパ部とが直接接続されているのではなく、所定の曲率半径を有する曲面部を介して連設されている。そして、前記曲面部のストレート部との接続点近傍の傾きがストレート部の傾きと略同一とされていると共に、前記曲面部のテーパ部との接続点近傍の傾きがテーパ部の傾きと略同一とされている。換言すれば、ストレート部と曲面部との接続箇所、及び、テーパ部と曲面部との接続箇所が折れ線状になることなく、ストレート部、曲面部及びテーパ部が滑らかに接続されている。従って、管の引抜加工の際に管と接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなり、後述するように、管から作用する面圧が分散する（未接触領域近傍に作用する最大面圧が低下する）ことになる。これにより、未接触領域近傍でのプラグの摩耗が生じ難くなり、ひいては寿命を長く保つことができる。

ここで、曲面部の曲率半径を小さくし過ぎると、ストレート部とテーパ部とを直接接続した従来のプラグに近づく（従来のプラグは、曲面部の曲率半径を０にしたものに相当する）ため、上述した面圧分散の効果が乏しくなる。一方、曲面部の曲率半径を大きくし過ぎると、プラグを特定の位置（軸方向の位置）に固定することが難しくなる他、引抜加工後の管の寸法（内径）精度の劣化を招く虞がある。

以上の点より、前記曲率半径は２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、本発明は、前記引抜加工用プラグを用いて引抜加工する工程を含むことを特徴とする管の製造方法としても提供される。

本発明によれば、摩耗が生じ難く、寿命を長く保つことが可能な管の引抜加工用プラグを得ることが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る管の引抜加工用プラグの概略構成を示す軸方向断面図であり、図２（ａ）は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行っている状態を示す全体図を、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線で囲った部分の拡大図を示す。

図２に示すように、本実施形態に係るプラグ１は、従来と同様に、ダイス２によって絞られながら引抜加工される管Ｐの内面に挿入され、円柱面状のストレート部１１と、ストレート部１１に連設された円錐面状のテーパ部１２と備えている。

一方、本実施形態に係るプラグ１は、ストレート部１１とテーパ部１２とが曲面部１３を介して連設されている点で、従来と異なる。図２（ｂ）に示すように、軸方向断面視において、曲面部１３は、曲率中心がストレート部１１及びテーパ部１２の外方に位置する所定の曲率半径Ｒを有する。そして、曲面部１３のストレート部１１との接続点１３１近傍の傾きがストレート部１２の傾き（プラグ１の軸方向と平行）と略同一とされている。すなわち、ストレート部１１と曲面部１３との接続箇所が、折れ線状になることなく滑らかに接続されている。同様にして、曲面部１３のテーパ部１２との接続点１３２近傍の傾きがテーパ部１２の傾きと略同一とされている。すなわち、テーパ部１２と曲面部１３との接続箇所が、折れ線状になることなく滑らかに接続されている。このように、本実施形態に係るプラグ１は、ストレート部１１、曲面部１３及びテーパ部１２が滑らかに接続されている。

本実施形態に係るプラグ１は、上記構成を有するため、管Ｐの引抜加工の際に管Ｐと接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなる。この結果、管Ｐから作用する面圧が分散する（未接触領域近傍に作用する最大面圧が低下する）ことになる。以下、この点について、より具体的に説明する。

図３は、曲面部１３の曲率半径Ｒ＝１０ｍｍのプラグ１及び曲率半径Ｒ＝０ｍｍのプラグ（従来のプラグに相当）のそれぞれを用いて、同一仕様の管Ｐを引抜加工した際の管Ｐから作用する面圧を数値解析により算出した結果の一例を示すグラフである。図３の横軸はストレート部１１の延長線とテーパ部１１の延長線とが交差する点Ｓ（図２参照）を基準（＝０ｍｍ）とした軸方向位置（ｍｍ）を示し、縦軸は数値解析により算出した面圧（ＭＰａ）を示す。なお、数値解析には、有限要素法（２次元軸対象弾塑性変形ＦＥＭ）を用いた。

図３に示すように、従来のプラグ（Ｒ＝０ｍｍ）では、基準点Ｓ近傍、つまりテーパ部とストレート部との折れ線状の接続箇所近傍で、面圧が急激に大きくなる。これは、接続箇所が折れ線状であるため、管Ｐと接触しない未接触領域が生じることが原因であると考えられる。つまり、前記未接触領域においては管Ｐからの面圧が作用し得ないため、逆に未接触領域に隣接する領域に作用する面圧が急激に大きくなってしまうのだと考えられる。

一方、図３に示すように、本実施形態に係るプラグ１（図３に示す例ではＲ＝１０ｍｍ）では、基準点Ｓ近傍の最大面圧が低下する。これは、ストレート部１１、曲面部１３及びテーパ部１２が滑らかに接続されているため、管Ｐの引抜加工の際に管Ｐと接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなるためだと考えられる。つまり、未接触領域が少ないため、管Ｐから作用する面圧が接触領域に分散される結果、未接触領域に隣接する領域に作用する面圧が低下するのだと考えられる。

以上に説明した数値解析の結果から分かるように、本実施形態に係るプラグ１は、ストレート部１１、曲面部１３及びテーパ部１２が滑らかに接続されているため、管Ｐの引抜加工の際に管Ｐと接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなり、管Ｐから作用する面圧が分散する（未接触領域近傍に作用する最大面圧が低下する）ことになる。これにより、未接触領域近傍でのプラグ１の摩耗が生じ難くなり、ひいては寿命を長く保つことができる。

ただし、曲面部１３の曲率半径Ｒを小さくし過ぎると、ストレート部１１とテーパ部１２とを直接接続した従来のプラグに近づく（従来のプラグは、曲面部１３の曲率半径Ｒ＝０ｍｍにしたものに相当する）ため、上述した面圧分散の効果が乏しくなる。従って、曲率半径Ｒは２ｍｍ以上とすることが好ましい。

一方、曲面部１３の曲率半径Ｒを大きくし過ぎると、プラグ１を特定の位置（軸方向の位置）に固定することが難しくなる他、引抜加工後の管Ｐの寸法（内径）精度の劣化を招く虞がある。従って、曲率半径Ｒは２０ｍｍ以下とすることが好ましい。

以下、本実施形態に係るプラグ１及び従来のプラグについて、実際に寿命を評価した結果について説明する。

曲率半径Ｒの異なる複数のプラグをそれぞれ用いて、外径３８．１ｍｍ、肉厚３．８ｍｍの管を引き抜き、外径２２．５５ｍｍ、肉厚２．６５ｍｍの管に加工する試験を行った。そして、引抜加工後の管の寸法が公差外れになったり、或いは管とプラグとの間に焼き付きが生じるまでの管の総引抜き長さで寿命を評価した。

表１は、上記試験の結果を示す。

表１に示すように、従来のプラグ（Ｒ＝０ｍｍ）に比べて、本実施形態に係るプラグ１（Ｒ＝２、５、１０、２０、３０ｍｍ）は寿命を長く保つことが可能であった。特に、曲率半径Ｒ＝２〜２０ｍｍの範囲のプラグを用いれば、従来のプラグよりも大幅な寿命延長が可能であった。

図１は、従来の管の引抜加工用プラグの概略構成を示す軸方向断面図であり、図１（ａ）は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行っている状態を示す全体図を、図１（ｂ）は図１（ａ）の破線で囲った部分の拡大図を示す。 図２は、本発明の一実施形態に係る管の引抜加工用プラグの概略構成を示す軸方向断面図であり、図２（ａ）は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行っている状態を示す全体図を、図２（ｂ）は図２（ａ）の破線で囲った部分の拡大図を示す。 図３は、管からプラグに作用する面圧を数値解析により算出した結果の一例を示すグラフである。

符号の説明

１・・・プラグ
２・・・ダイス
１１・・・プラグのストレート部
１２・・・プラグのテーパ部
１３・・・曲面部
２１・・・ダイスのストレート部
２２・・・ダイスのテーパ部
１３１・・・プラグの曲面部のストレート部との接続点
１３２・・・プラグの曲面部のテーパ部との接続点
Ｍ・・・マンドレル
Ｐ・・・管

Claims (3)

1. 引抜加工される管の内面に挿入され、円柱面状のストレート部と、該ストレート部に連設された円錐面状のテーパ部とを備えた管の引抜加工用プラグであって、
   前記ストレート部と前記テーパ部とは、曲面部を介して連設されており、
   軸方向断面視において、前記曲面部は、曲率中心が前記ストレート部及び前記テーパ部の外方に位置する所定の曲率半径を有し、前記ストレート部との接続点近傍の傾きが前記ストレート部の傾きと略同一とされていると共に、前記テーパ部との接続点近傍の傾きが前記テーパ部の傾きと略同一とされていることを特徴とする管の引抜加工用プラグ。
2. 前記曲率半径が２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１に記載の管の引抜加工用プラグ。
3. 請求項１又は２に記載の引抜加工用プラグを用いて引抜加工する工程を含むことを特徴とする管の製造方法。