JP3562828B2 - 抽伸加工用工具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属管を所定の外径及び肉厚を有する管に高加工率で引き抜き加工する際に使用される抽伸加工用工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属管の抽伸加工においては、ドローベンチ又はプルブロック等の抽伸機を使用し、ダイス及びプラグ等の抽伸工具を使用して行われている。ダイスは、主として金属管の外径を縮径するものであり、管材料の入口から出口にいくにつれて開口径が小さくなるような形状を有している。このダイスの形式としては、一般的にＳＤ及びＭＤの２種類の形式がある。
【０００３】
図６は従来のＳＤダイス１４を示す断面図である。このＳＤダイス１４はダイスホルダ８に嵌合されて支持されるようになっており、その内面には、断面形状において直線状をなすアプローチ部２１が設けられている。このＳＤダイス１４の内側にはプラグ１５が配置され、ＳＤダイス１４はプラグ１５との間で、管材１３を抽伸加工する。プラグ１５は直径がＤ６の後端ストレート部１９と、直径がＤ５の先端ストレート部２０とを有し、これらの間にダイスアプローチ部２１に整合するプラグアプローチ部が形成されている。アプローチ部２１におけるＳＤダイス１４と管材１３との接触線１７は角度θ２でダイス中心に対して傾斜し、アプローチ部における管材１３とプラグ１５との接触線１８は角度θ３でダイス中心に対して傾斜する。ダイス１４はその管材の入り口側のコーナー部が曲率Ｒ３で湾曲し、出口側のコーナー部が曲率Ｒ４で湾曲している。このＳＤダイス１４はプラグ１５と組み合わせて使用され、金属管１３の外径と肉厚とを減少させる。
【０００４】
図７は従来のＭＤダイス１６を示す断面図である。このＭＤダイス１６はダイスホルダ８に支持されているが、その内面は断面形状が曲率半径Ｒ３で湾曲した湾曲面（アプローチ部）となっている。この湾曲面の曲率中心はダイス外側であり、ダイス内側が凸部となるように湾曲している。このＭＤダイスは、一般的にはダイス単独で使用され、金属管の外径を縮径させるものである。
【０００５】
これらのダイスの形状は抽伸加工を施す金属管の加工前後の外径及び肉厚により選定される。ダイスにおける金属管の断面積減少率、即ち加工率を大きくすると、抽伸回数を減少させることができ、生産性が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＤダイス及びＭＤダイスの抽伸加工による金属管の加工率は、例えば、銅管では４０％が上限であった。銅管の加工率を４０％より大きくすると、銅管の引張荷重を超える外力が銅管に印加されることになり、抽伸加工中に銅管が破断したり、銅管の表面に結晶境界のすべり線による蛇腹模様が発生したりする。このため、従来は加工率を４０％より小さくして抽伸回数を多数とすることにより、金属管を所定の寸法に仕上げていた。
【０００７】
また、加工率が４０％を超える大きな加工率で抽伸加工を行おうとすると、抽伸前の金属管表面に微小の凹み等があった場合に、金属管がダイスを通過するときに前記凹みが拡大しやすく、金属管に変形が生じやすいという難点がある。
【０００８】
従って、従来の抽伸加工工具を使用して高い加工率で抽伸することは極めて困難である。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、金属管の破断及び蛇腹模様又は凹みの発生が抑制され、高い加工率で抽伸加工することができる抽伸加工用工具を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の抽伸加工用工具は、被加工管を抽伸加工するダイスを有する抽伸加工用工具において、前記ダイスには前記被加工管の通過方向にエントランス部、圧締部及びベアリング部がこの順に設けられており、前記エントランス部は前記ベアリング部直径の１乃至４倍の大きさの第１曲率半径でその曲率中心をダイス中心側にして湾曲する第１傾斜曲面を有し、前記圧締部は３乃至１０ｍｍの第２曲率半径でその曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面を有し、前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点におけるそれらの共通接線とダイス中心線とがなす角度が２２乃至４２°であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２の中心加工用工具は、前記ダイスの中心部にプラグを配置して被加工管を抽伸加工する抽伸加工用工具であって、前記プラグは、前記第１曲率半径より小さい第３曲率半径で湾曲するアプローチ部と、前記ベアリング部直径より大きく被加工物の内径より小さい直径を有する円柱状のストレート部と、好ましくは前記第３曲率半径で湾曲するエンド部とを有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明においては、ダイス内面形状又はプラグ表面形状を適切に設定したので、加工率を高めても、金属管の破断及び蛇腹模様又は凹みの発生が抑制され、円滑に抽伸加工することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について更に詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るダイス１を示す断面図、図２は同じくプラグ１２を示す断面図、図３は本実施例の抽伸工程を示す断面図である。本実施例のダイス１もダイスホルダ８に嵌合されてその背面が支持されている。このダイス１の内面には、管材１３の通過方向（図３に矢印にて示す）に、エントランス部２、圧締部３及びベアリング部４がこの順に設けられている。
【００１４】
エントランス部２は管材１３が進入する部分であり、その開口部直径はＤ１である。このエントランス部２の内面は直径Ｄ１の開口部から管材１３の通過方向に縮径し、エントランス部２の内面の圧締部３側の部分は曲率半径がＲ１で、曲率中心をダイス内側にして湾曲する第１傾斜曲面となっている。
【００１５】
一方、圧締部３はその内面のエントランス部２側の部分が曲率半径がＲ２で、曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面となっている。そして、圧締部３とエントランス部２との境界が断面形状で前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点５となっており、この変曲点５において、第１傾斜曲面と第２傾斜曲面とに共通して接する接線７はダイス中心線６に対して角度θ１で傾斜する。
【００１６】
圧締部３に続くベアリング部４はその内面の直径がＤ２であり、ダイス１の外径はＤ３である。なお、ダイス１のエントランス部２の入り口開口部は曲率Ｒ３で湾曲していても良く、ベアリング部４の出口開口部は曲率Ｒ４で湾曲していても良い。ダイス１の長さはＬ１である。
【００１７】
一方、プラグ１２は図２に示すように全体として弾丸状をなし、その管材通過方向の下流側の部分がアプローチ部９となっており、上流側の部分がエンド部１１となっている。このアプローチ部９とエンド部１１との中間が円柱状のストレート部１０である。そして、このストレート部１０の直径がＤ４であり、アプローチ部９は曲率Ｒ５で湾曲し、エンド部１１は曲率Ｒ６で湾曲している。なお、プラグ９の先端及び後端はいずれも面取りしていても良く、この場合は夫々その端面が曲率Ｒ５、Ｒ６より大径の曲率Ｒ７、Ｒ８で湾曲している。
【００１８】
プラグ１２のアプローチ部９、ストレート部１０及びエンド部１１の長さは夫々Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４であり、プラグ全長はＬＳである。
【００１９】
また、図３に示すように、中心加工すべき管材１３の外径はｄ１、内径はｄ２、中心加工後の外径はｄ４、内径はｄ３である。
【００２０】
本発明においては、ダイス１のエントランス部２の第１傾斜曲面の第１曲率半径Ｒ１は、ベアリング部４の直径Ｄ２の１乃至４倍の大きさを有する。第１傾斜曲面の曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２より小さいと、第１傾斜曲面の始端から第２傾斜曲面の終端に至るまでの距離が短くなりすぎ、金属管の凹凸変形が急激に起こる。これによりメタルフローの流れが悪くなり、ダイスのエントランス部２で材料の角部が発生し、金属管の破断及び縞模様の発生が生じやすくなる。
【００２１】
一方、第１曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２の４倍よりも大きいと、第１傾斜曲面の始端から第２傾斜曲面の終端に至る距離が長くなり、金属管の変形は緩やかになるが、管とダイスの摩擦抵抗が増加すると共に、潤滑性が悪くなり、管に縞模様が発生して破断に至る場合がある。
【００２２】
これに対し、第１曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２の１乃至４倍であれば、第１傾斜曲面及び第２傾斜曲面を金属管が通過する際の管の変形が緩やかになり、メタルフローが良好となると共に、摩擦抵抗が必要以上に増加しないため、管の破断及び縞模様の発生がなく、良好な抽伸加工を行うことができる。
【００２３】
圧締部３の第２傾斜曲面の第２曲率半径Ｒ２は３乃至１０ｍｍである。第２傾斜曲面の曲率半径Ｒ２が３ｍｍよりも小さいと、金属管の凹凸変形が急激に起き、メタルフローの流れが悪くなり、管の破断及び縞模様が生じやすくなる。
【００２４】
一方、第２曲率半径Ｒ２が１０ｍｍよりも大きいと、ダイスエントランス部において、潤滑油が管とダイスの間に入り込みにくくなり、破断が生じやすくなる。
【００２５】
これに対し、第２曲率半径Ｒ２が３〜１０ｍｍであれば、金属管の凹凸変形が緩やかとなり、潤滑油が管とダイスとの間に入り込み易くなるため、管の破断及び縞模様の発生がなく、良好な抽伸加工ができる。
【００２６】
曲率Ｒ１で湾曲する第１傾斜曲面と、曲率Ｒ２で湾曲する第２傾斜曲面との変曲点５における両曲面の接線７と、ベアリング部中心線６とのなす角度θ１は２２乃至４２°である。このい角度θ１が２２°よりも小さいと、加工率を大きくとることができない。また、角度θ１が４２°よりも大きいと、管の変形抵抗が大きくなり過ぎるため、材料の破断及び縞模様が生じる。
【００２７】
これに対し、角度θ１が２２乃至４２°であれば、金属管の変形抵抗が適正となり、材料の破断及び縞模様の発生が回避され、高い加工率で良好な抽伸加工を行うことができる。
【００２８】
エントランス部２の入口直径Ｄ１が管材１３の外径ｄ１よりも小さいと、管材１３の先端部がエントランス部２の内面に形成されたダイスアプローチ部に接触せず、円滑な縮径加工を行うことができず、変形抵抗が増加する。この結果、管に縞模様が発生し、破断が生じる。従って、入り口直径Ｄ１は管材外径ｄ１よりも大きいことが必要である。
【００２９】
プラグ１２においては、その一端部のアプローチ部９に曲率（曲率半径Ｒ５）を持たせている。これにより、抽伸前の金属管材１３の外面に凹みが存在しても、曲率を有するプラグのアプローチ部９により押し広げられる。しかし、プラグアプローチ部９の曲率半径Ｒ５がダイスエントランス部２の曲率半径Ｒ１よりも大きいと、プラグ１２が必要以上にダイス１側にくい込んでしまい、ダイス１のエントランス部２の第１傾斜曲面とプラグアプローチ部９との間で金属管材１３が挟まれる部分が生じる。このため、この部分において、管材１３の摩擦抵抗が高くなりすぎるため、破断が生じやすくなる。
【００３０】
これに対し、アプローチ部９の曲率半径Ｒ５がエントランス部２の曲率半径Ｒ１よりも小さいと、プラグはダイス側に必要以上にくい込まれないため、管材１３には破断が発生せず、凹みが存在してもそれをプラグ１２により押し広げることができる。
【００３１】
プラグ１２のストレート部１０の直径Ｄ４は、ベアリング部直径Ｄ２より大きく、管材１３の抽伸加工前の内径ｄ２より小さいものである。ストレート部１０の直径Ｄ４がベアリング部直径Ｄ２より小さいと、ダイス１とプラグ１２との間で管材を抽伸加工することができず、また、ストレート部直径Ｄ４が管材１３の内径ｄ２より大きいと、管材１３の内側にプラグ１２を配置することができない。
【００３２】
また、プラグ１２の両端のアプローチ部９とエンド部１１の曲面半径Ｒ５及びＲ６を相互に等しくすることにより、プラグ１２は方向性がなくなり、プラグ１２を管材１２内に挿入するに際して、その方向を確認する必要がないため、効率良く抽伸加工することができる。
【００３３】
上述の如く構成され、各形状因子が規定された本発明の実施例に係るダイス及びプラグを使用することにより、加工率を従来より高くしても、管材１３を円滑に抽伸加工することができる。
【００３４】
なお、本発明は図１乃至３に示す実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１乃至３に示す実施例は、プラグ１２を管材１３の内側にフローティング方式で配置したものであったが、本発明はこれに限らず、例えば、図４に示すように、プラグ１４を芯金１６により支持した状態で、管材１３の内側に配置するものとしても良い。
【００３５】
また、上記実施例は、本発明をＳＤダイスに適用したものであるが、本発明をＭＤダイスに適用することもできることはいうまでもない。このように、ＭＤダイスとして本発明の実施例のダイス１を使用する場合には、プラグ１２を使用しない。
【００３６】
次に、本発明の実施例に係る工具を使用して金属管を抽伸加工した試験結果について、その比較例と比較して具体的に説明する。
【００３７】
本実施例においては、金属管としてリン脱酸銅管（ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１２２０）を使用し、図１に示すダイスを使用してプルブロックにより抽伸速度６００ｍ／分で抽伸加工した。潤滑油としてポリブデン系の潤滑油を使用した。
【００３８】
下記表１は本発明にて規定した寸法範囲に入る実施例１〜４及び本発明の範囲から外れる比較例１〜８のダイスの寸法を示し、表２は同じく実施例５〜７及び比較例９、１０のダイス及びそのダイスと組み合わせて使用されるプラグの寸法を示す。なお、表１はプラグを使用しない実施例及び比較例であり、表２はプラグを使用したものである。
【００３９】
また、下記表３、４は上記実施例１〜７及び比較例１〜１０の各ダイス及びプラグを使用して抽伸加工することにより得られた金属管の抽伸加工前後の寸法及び加工率、並びに縞模様及び破断の発生の有無を示すものであり、破断又は縞模様が発生した場合を×、発生しなかった場合を○とした。なお、表４は凹み変形の有無も合わせて示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
【表２】
【００４２】
【表３】
【００４３】
【表４】
【００４４】
但し、比較例１は曲率半径Ｒ１が直径Ｄ２よりも小さいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例２は曲率半径Ｒ１が直径Ｄ２の４倍より大きいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。
【００４５】
また、比較例３は曲率半径Ｒ２が３ｍｍよりも小さいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例４は曲率半径Ｒ２が８ｍｍよりも大きいため、管の抽伸加工時に縞模様は発生しなかったが、管の破断が生じた。
【００４６】
比較例６は角度θ１が４２°よりも大きいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例７は直径Ｄ１が管外径ｄ１よりも小さいため、管の抽伸時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例８は従来使用されているＭＤダイスであり、管の抽伸加工時に破断が生じた。
【００４７】
これに対し、本実施例１乃至４は、メタルフローが良好であり、比較例１乃至８のような管の破断及び縞模様が発生せず、高い加工率で良好な抽伸加工を行うことができた。
【００４８】
一方、表２及び表４は、図５に示すように、管の外面に凹み２０を形成した管の抽伸加工を実施したときの試験条件及び試験結果を示すものである。
【００４９】
比較例９はプラグの曲率半径Ｒ５がダイスの曲率半径Ｒ１よりも大きいため、抽伸時の凹みの押し広げは見られたものの、管の破断が生じた。比較例１０は従来のＳＤダイスとプラグを使用した例であり、凹みの押し広げは見られたが、管の破断が生じた。
【００５０】
これに対し、本実施例５、６、７は、破断が発生せずに、金属管の凹み変形が矯正され、良好な抽伸加工を行うことができた。
【００５１】
なお、上記試験は、プラグとしてフローティングプラグを使用した場合のものであるが、図４に示すように、プラグ１２を芯金１９に固定したものを使用しても本発明の実施例は同様の効果を奏する。
【００５２】
また、上記試験は銅合金管についてのものであるが、本発明はこれに限らず、鉄及びステンレス等の他の種類の金属管にも本発明の適用が可能である。
【００５３】
更に、金属管は平滑管であっても、管内面に溝を有する内面溝付け管であっても本発明の適用が可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイスの内面の形状を、エントランス部、圧締部及びベアリング部に分け、夫々その形状寸法を適切なものに設定したので、加工率の高い抽伸加工を実施しても、メタルフローが良好であり金属管の表面に縞模様が発生せず、また破断も生じない。
【００５５】
また、この本発明によれば、上記ダイスと組み合わせて使用するプラグの形状もダイスに合わせて適切なものに設定したので、高い加工率で抽伸加工するとき、管材に凹みがあっても、プラグにより凹みが押し広げられて管材が整形され、且つ縞模様及び破断が生じることなく、良好な抽伸加工ができる。更に、プラグの形状を先端部と後端部とで対称とすることにより、プラグは方向性がなくなり、プラグの配置に際して作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るダイスを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るプラグを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るダイスとプラグを組み合わせて抽伸加工を実施する状態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示し、芯金で固定したプラグとダイスを組み合わせて抽伸加工を実施する状態を示す断面図である。
【図５】金属管の凹みを示す図である。
【図６】従来のＳＤダイス及びプラグを組み合わせて抽伸加工を実施している状態を示す断面図である。
【図７】従来のＭＤダイスにより被加工管を抽伸加工している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１；ダイス
２；エントランス部
３；圧締部
４；ベアリング部
５；変曲点
６；ベアリング部の中心線
７；変曲点の接線
８；ダイスホルダ
９；アプローチ部（プラグ）
１０；ストレート部
１１；エンド部
１２；プラグ
１３；管材
１４；従来のＳＤダイス
１５；従来のプラグ
１６；従来のＭＤダイス
１９；芯金
２０；凹み
Ｄ１；本実施例ダイスエントランス部の入口直径
Ｄ２；本実施例ダイス並びに従来のＳＤダイス及びＭＤダイスのベアリング部直径
Ｄ３；本実施例のダイスの外径
Ｄ４；本実施例のプラグのストレート部直径
Ｄ５；従来のプラグの先端ストレート部直径
Ｄ６；従来のプラグの後端ストレート部直径
Ｌ１；ダイスの全長
Ｌ２；プラグアプローチ部長さ
Ｌ３；プラグストレート部長さ
Ｌ４；プラグエンド部長さ
ＬＳ；プラグ全長
Ｒ１；ダイスエントランス部の第１傾斜曲面曲率半径
Ｒ２；ダイス圧締部の第２傾斜曲面曲率半径
Ｒ５；プラグアプローチ部の曲率半径
Ｒ６；プラグエンド部の円弧状部の曲率半径
θ１；変曲点５の接線７とベアリング部中心線６とがなす角度
【産業上の利用分野】
本発明は、金属管を所定の外径及び肉厚を有する管に高加工率で引き抜き加工する際に使用される抽伸加工用工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属管の抽伸加工においては、ドローベンチ又はプルブロック等の抽伸機を使用し、ダイス及びプラグ等の抽伸工具を使用して行われている。ダイスは、主として金属管の外径を縮径するものであり、管材料の入口から出口にいくにつれて開口径が小さくなるような形状を有している。このダイスの形式としては、一般的にＳＤ及びＭＤの２種類の形式がある。
【０００３】
図６は従来のＳＤダイス１４を示す断面図である。このＳＤダイス１４はダイスホルダ８に嵌合されて支持されるようになっており、その内面には、断面形状において直線状をなすアプローチ部２１が設けられている。このＳＤダイス１４の内側にはプラグ１５が配置され、ＳＤダイス１４はプラグ１５との間で、管材１３を抽伸加工する。プラグ１５は直径がＤ６の後端ストレート部１９と、直径がＤ５の先端ストレート部２０とを有し、これらの間にダイスアプローチ部２１に整合するプラグアプローチ部が形成されている。アプローチ部２１におけるＳＤダイス１４と管材１３との接触線１７は角度θ２でダイス中心に対して傾斜し、アプローチ部における管材１３とプラグ１５との接触線１８は角度θ３でダイス中心に対して傾斜する。ダイス１４はその管材の入り口側のコーナー部が曲率Ｒ３で湾曲し、出口側のコーナー部が曲率Ｒ４で湾曲している。このＳＤダイス１４はプラグ１５と組み合わせて使用され、金属管１３の外径と肉厚とを減少させる。
【０００４】
図７は従来のＭＤダイス１６を示す断面図である。このＭＤダイス１６はダイスホルダ８に支持されているが、その内面は断面形状が曲率半径Ｒ３で湾曲した湾曲面（アプローチ部）となっている。この湾曲面の曲率中心はダイス外側であり、ダイス内側が凸部となるように湾曲している。このＭＤダイスは、一般的にはダイス単独で使用され、金属管の外径を縮径させるものである。
【０００５】
これらのダイスの形状は抽伸加工を施す金属管の加工前後の外径及び肉厚により選定される。ダイスにおける金属管の断面積減少率、即ち加工率を大きくすると、抽伸回数を減少させることができ、生産性が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＤダイス及びＭＤダイスの抽伸加工による金属管の加工率は、例えば、銅管では４０％が上限であった。銅管の加工率を４０％より大きくすると、銅管の引張荷重を超える外力が銅管に印加されることになり、抽伸加工中に銅管が破断したり、銅管の表面に結晶境界のすべり線による蛇腹模様が発生したりする。このため、従来は加工率を４０％より小さくして抽伸回数を多数とすることにより、金属管を所定の寸法に仕上げていた。
【０００７】
また、加工率が４０％を超える大きな加工率で抽伸加工を行おうとすると、抽伸前の金属管表面に微小の凹み等があった場合に、金属管がダイスを通過するときに前記凹みが拡大しやすく、金属管に変形が生じやすいという難点がある。
【０００８】
従って、従来の抽伸加工工具を使用して高い加工率で抽伸することは極めて困難である。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、金属管の破断及び蛇腹模様又は凹みの発生が抑制され、高い加工率で抽伸加工することができる抽伸加工用工具を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の抽伸加工用工具は、被加工管を抽伸加工するダイスを有する抽伸加工用工具において、前記ダイスには前記被加工管の通過方向にエントランス部、圧締部及びベアリング部がこの順に設けられており、前記エントランス部は前記ベアリング部直径の１乃至４倍の大きさの第１曲率半径でその曲率中心をダイス中心側にして湾曲する第１傾斜曲面を有し、前記圧締部は３乃至１０ｍｍの第２曲率半径でその曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面を有し、前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点におけるそれらの共通接線とダイス中心線とがなす角度が２２乃至４２°であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２の中心加工用工具は、前記ダイスの中心部にプラグを配置して被加工管を抽伸加工する抽伸加工用工具であって、前記プラグは、前記第１曲率半径より小さい第３曲率半径で湾曲するアプローチ部と、前記ベアリング部直径より大きく被加工物の内径より小さい直径を有する円柱状のストレート部と、好ましくは前記第３曲率半径で湾曲するエンド部とを有することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明においては、ダイス内面形状又はプラグ表面形状を適切に設定したので、加工率を高めても、金属管の破断及び蛇腹模様又は凹みの発生が抑制され、円滑に抽伸加工することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明について更に詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係るダイス１を示す断面図、図２は同じくプラグ１２を示す断面図、図３は本実施例の抽伸工程を示す断面図である。本実施例のダイス１もダイスホルダ８に嵌合されてその背面が支持されている。このダイス１の内面には、管材１３の通過方向（図３に矢印にて示す）に、エントランス部２、圧締部３及びベアリング部４がこの順に設けられている。
【００１４】
エントランス部２は管材１３が進入する部分であり、その開口部直径はＤ１である。このエントランス部２の内面は直径Ｄ１の開口部から管材１３の通過方向に縮径し、エントランス部２の内面の圧締部３側の部分は曲率半径がＲ１で、曲率中心をダイス内側にして湾曲する第１傾斜曲面となっている。
【００１５】
一方、圧締部３はその内面のエントランス部２側の部分が曲率半径がＲ２で、曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面となっている。そして、圧締部３とエントランス部２との境界が断面形状で前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点５となっており、この変曲点５において、第１傾斜曲面と第２傾斜曲面とに共通して接する接線７はダイス中心線６に対して角度θ１で傾斜する。
【００１６】
圧締部３に続くベアリング部４はその内面の直径がＤ２であり、ダイス１の外径はＤ３である。なお、ダイス１のエントランス部２の入り口開口部は曲率Ｒ３で湾曲していても良く、ベアリング部４の出口開口部は曲率Ｒ４で湾曲していても良い。ダイス１の長さはＬ１である。
【００１７】
一方、プラグ１２は図２に示すように全体として弾丸状をなし、その管材通過方向の下流側の部分がアプローチ部９となっており、上流側の部分がエンド部１１となっている。このアプローチ部９とエンド部１１との中間が円柱状のストレート部１０である。そして、このストレート部１０の直径がＤ４であり、アプローチ部９は曲率Ｒ５で湾曲し、エンド部１１は曲率Ｒ６で湾曲している。なお、プラグ９の先端及び後端はいずれも面取りしていても良く、この場合は夫々その端面が曲率Ｒ５、Ｒ６より大径の曲率Ｒ７、Ｒ８で湾曲している。
【００１８】
プラグ１２のアプローチ部９、ストレート部１０及びエンド部１１の長さは夫々Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４であり、プラグ全長はＬＳである。
【００１９】
また、図３に示すように、中心加工すべき管材１３の外径はｄ１、内径はｄ２、中心加工後の外径はｄ４、内径はｄ３である。
【００２０】
本発明においては、ダイス１のエントランス部２の第１傾斜曲面の第１曲率半径Ｒ１は、ベアリング部４の直径Ｄ２の１乃至４倍の大きさを有する。第１傾斜曲面の曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２より小さいと、第１傾斜曲面の始端から第２傾斜曲面の終端に至るまでの距離が短くなりすぎ、金属管の凹凸変形が急激に起こる。これによりメタルフローの流れが悪くなり、ダイスのエントランス部２で材料の角部が発生し、金属管の破断及び縞模様の発生が生じやすくなる。
【００２１】
一方、第１曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２の４倍よりも大きいと、第１傾斜曲面の始端から第２傾斜曲面の終端に至る距離が長くなり、金属管の変形は緩やかになるが、管とダイスの摩擦抵抗が増加すると共に、潤滑性が悪くなり、管に縞模様が発生して破断に至る場合がある。
【００２２】
これに対し、第１曲率半径Ｒ１がベアリング部直径Ｄ２の１乃至４倍であれば、第１傾斜曲面及び第２傾斜曲面を金属管が通過する際の管の変形が緩やかになり、メタルフローが良好となると共に、摩擦抵抗が必要以上に増加しないため、管の破断及び縞模様の発生がなく、良好な抽伸加工を行うことができる。
【００２３】
圧締部３の第２傾斜曲面の第２曲率半径Ｒ２は３乃至１０ｍｍである。第２傾斜曲面の曲率半径Ｒ２が３ｍｍよりも小さいと、金属管の凹凸変形が急激に起き、メタルフローの流れが悪くなり、管の破断及び縞模様が生じやすくなる。
【００２４】
一方、第２曲率半径Ｒ２が１０ｍｍよりも大きいと、ダイスエントランス部において、潤滑油が管とダイスの間に入り込みにくくなり、破断が生じやすくなる。
【００２５】
これに対し、第２曲率半径Ｒ２が３〜１０ｍｍであれば、金属管の凹凸変形が緩やかとなり、潤滑油が管とダイスとの間に入り込み易くなるため、管の破断及び縞模様の発生がなく、良好な抽伸加工ができる。
【００２６】
曲率Ｒ１で湾曲する第１傾斜曲面と、曲率Ｒ２で湾曲する第２傾斜曲面との変曲点５における両曲面の接線７と、ベアリング部中心線６とのなす角度θ１は２２乃至４２°である。このい角度θ１が２２°よりも小さいと、加工率を大きくとることができない。また、角度θ１が４２°よりも大きいと、管の変形抵抗が大きくなり過ぎるため、材料の破断及び縞模様が生じる。
【００２７】
これに対し、角度θ１が２２乃至４２°であれば、金属管の変形抵抗が適正となり、材料の破断及び縞模様の発生が回避され、高い加工率で良好な抽伸加工を行うことができる。
【００２８】
エントランス部２の入口直径Ｄ１が管材１３の外径ｄ１よりも小さいと、管材１３の先端部がエントランス部２の内面に形成されたダイスアプローチ部に接触せず、円滑な縮径加工を行うことができず、変形抵抗が増加する。この結果、管に縞模様が発生し、破断が生じる。従って、入り口直径Ｄ１は管材外径ｄ１よりも大きいことが必要である。
【００２９】
プラグ１２においては、その一端部のアプローチ部９に曲率（曲率半径Ｒ５）を持たせている。これにより、抽伸前の金属管材１３の外面に凹みが存在しても、曲率を有するプラグのアプローチ部９により押し広げられる。しかし、プラグアプローチ部９の曲率半径Ｒ５がダイスエントランス部２の曲率半径Ｒ１よりも大きいと、プラグ１２が必要以上にダイス１側にくい込んでしまい、ダイス１のエントランス部２の第１傾斜曲面とプラグアプローチ部９との間で金属管材１３が挟まれる部分が生じる。このため、この部分において、管材１３の摩擦抵抗が高くなりすぎるため、破断が生じやすくなる。
【００３０】
これに対し、アプローチ部９の曲率半径Ｒ５がエントランス部２の曲率半径Ｒ１よりも小さいと、プラグはダイス側に必要以上にくい込まれないため、管材１３には破断が発生せず、凹みが存在してもそれをプラグ１２により押し広げることができる。
【００３１】
プラグ１２のストレート部１０の直径Ｄ４は、ベアリング部直径Ｄ２より大きく、管材１３の抽伸加工前の内径ｄ２より小さいものである。ストレート部１０の直径Ｄ４がベアリング部直径Ｄ２より小さいと、ダイス１とプラグ１２との間で管材を抽伸加工することができず、また、ストレート部直径Ｄ４が管材１３の内径ｄ２より大きいと、管材１３の内側にプラグ１２を配置することができない。
【００３２】
また、プラグ１２の両端のアプローチ部９とエンド部１１の曲面半径Ｒ５及びＲ６を相互に等しくすることにより、プラグ１２は方向性がなくなり、プラグ１２を管材１２内に挿入するに際して、その方向を確認する必要がないため、効率良く抽伸加工することができる。
【００３３】
上述の如く構成され、各形状因子が規定された本発明の実施例に係るダイス及びプラグを使用することにより、加工率を従来より高くしても、管材１３を円滑に抽伸加工することができる。
【００３４】
なお、本発明は図１乃至３に示す実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、図１乃至３に示す実施例は、プラグ１２を管材１３の内側にフローティング方式で配置したものであったが、本発明はこれに限らず、例えば、図４に示すように、プラグ１４を芯金１６により支持した状態で、管材１３の内側に配置するものとしても良い。
【００３５】
また、上記実施例は、本発明をＳＤダイスに適用したものであるが、本発明をＭＤダイスに適用することもできることはいうまでもない。このように、ＭＤダイスとして本発明の実施例のダイス１を使用する場合には、プラグ１２を使用しない。
【００３６】
次に、本発明の実施例に係る工具を使用して金属管を抽伸加工した試験結果について、その比較例と比較して具体的に説明する。
【００３７】
本実施例においては、金属管としてリン脱酸銅管（ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１２２０）を使用し、図１に示すダイスを使用してプルブロックにより抽伸速度６００ｍ／分で抽伸加工した。潤滑油としてポリブデン系の潤滑油を使用した。
【００３８】
下記表１は本発明にて規定した寸法範囲に入る実施例１〜４及び本発明の範囲から外れる比較例１〜８のダイスの寸法を示し、表２は同じく実施例５〜７及び比較例９、１０のダイス及びそのダイスと組み合わせて使用されるプラグの寸法を示す。なお、表１はプラグを使用しない実施例及び比較例であり、表２はプラグを使用したものである。
【００３９】
また、下記表３、４は上記実施例１〜７及び比較例１〜１０の各ダイス及びプラグを使用して抽伸加工することにより得られた金属管の抽伸加工前後の寸法及び加工率、並びに縞模様及び破断の発生の有無を示すものであり、破断又は縞模様が発生した場合を×、発生しなかった場合を○とした。なお、表４は凹み変形の有無も合わせて示す。
【００４０】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
但し、比較例１は曲率半径Ｒ１が直径Ｄ２よりも小さいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例２は曲率半径Ｒ１が直径Ｄ２の４倍より大きいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。
【００４５】
また、比較例３は曲率半径Ｒ２が３ｍｍよりも小さいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例４は曲率半径Ｒ２が８ｍｍよりも大きいため、管の抽伸加工時に縞模様は発生しなかったが、管の破断が生じた。
【００４６】
比較例６は角度θ１が４２°よりも大きいため、管の抽伸加工時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例７は直径Ｄ１が管外径ｄ１よりも小さいため、管の抽伸時に縞模様が発生し、更に破断が生じた。比較例８は従来使用されているＭＤダイスであり、管の抽伸加工時に破断が生じた。
【００４７】
これに対し、本実施例１乃至４は、メタルフローが良好であり、比較例１乃至８のような管の破断及び縞模様が発生せず、高い加工率で良好な抽伸加工を行うことができた。
【００４８】
一方、表２及び表４は、図５に示すように、管の外面に凹み２０を形成した管の抽伸加工を実施したときの試験条件及び試験結果を示すものである。
【００４９】
比較例９はプラグの曲率半径Ｒ５がダイスの曲率半径Ｒ１よりも大きいため、抽伸時の凹みの押し広げは見られたものの、管の破断が生じた。比較例１０は従来のＳＤダイスとプラグを使用した例であり、凹みの押し広げは見られたが、管の破断が生じた。
【００５０】
これに対し、本実施例５、６、７は、破断が発生せずに、金属管の凹み変形が矯正され、良好な抽伸加工を行うことができた。
【００５１】
なお、上記試験は、プラグとしてフローティングプラグを使用した場合のものであるが、図４に示すように、プラグ１２を芯金１９に固定したものを使用しても本発明の実施例は同様の効果を奏する。
【００５２】
また、上記試験は銅合金管についてのものであるが、本発明はこれに限らず、鉄及びステンレス等の他の種類の金属管にも本発明の適用が可能である。
【００５３】
更に、金属管は平滑管であっても、管内面に溝を有する内面溝付け管であっても本発明の適用が可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイスの内面の形状を、エントランス部、圧締部及びベアリング部に分け、夫々その形状寸法を適切なものに設定したので、加工率の高い抽伸加工を実施しても、メタルフローが良好であり金属管の表面に縞模様が発生せず、また破断も生じない。
【００５５】
また、この本発明によれば、上記ダイスと組み合わせて使用するプラグの形状もダイスに合わせて適切なものに設定したので、高い加工率で抽伸加工するとき、管材に凹みがあっても、プラグにより凹みが押し広げられて管材が整形され、且つ縞模様及び破断が生じることなく、良好な抽伸加工ができる。更に、プラグの形状を先端部と後端部とで対称とすることにより、プラグは方向性がなくなり、プラグの配置に際して作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るダイスを示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るプラグを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るダイスとプラグを組み合わせて抽伸加工を実施する状態を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示し、芯金で固定したプラグとダイスを組み合わせて抽伸加工を実施する状態を示す断面図である。
【図５】金属管の凹みを示す図である。
【図６】従来のＳＤダイス及びプラグを組み合わせて抽伸加工を実施している状態を示す断面図である。
【図７】従来のＭＤダイスにより被加工管を抽伸加工している状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１；ダイス
２；エントランス部
３；圧締部
４；ベアリング部
５；変曲点
６；ベアリング部の中心線
７；変曲点の接線
８；ダイスホルダ
９；アプローチ部（プラグ）
１０；ストレート部
１１；エンド部
１２；プラグ
１３；管材
１４；従来のＳＤダイス
１５；従来のプラグ
１６；従来のＭＤダイス
１９；芯金
２０；凹み
Ｄ１；本実施例ダイスエントランス部の入口直径
Ｄ２；本実施例ダイス並びに従来のＳＤダイス及びＭＤダイスのベアリング部直径
Ｄ３；本実施例のダイスの外径
Ｄ４；本実施例のプラグのストレート部直径
Ｄ５；従来のプラグの先端ストレート部直径
Ｄ６；従来のプラグの後端ストレート部直径
Ｌ１；ダイスの全長
Ｌ２；プラグアプローチ部長さ
Ｌ３；プラグストレート部長さ
Ｌ４；プラグエンド部長さ
ＬＳ；プラグ全長
Ｒ１；ダイスエントランス部の第１傾斜曲面曲率半径
Ｒ２；ダイス圧締部の第２傾斜曲面曲率半径
Ｒ５；プラグアプローチ部の曲率半径
Ｒ６；プラグエンド部の円弧状部の曲率半径
θ１；変曲点５の接線７とベアリング部中心線６とがなす角度
Claims (3)
- 被加工管を抽伸加工するダイスを有する抽伸加工用工具において、前記ダイスには前記被加工管の通過方向にエントランス部、圧締部及びベアリング部がこの順に設けられており、前記エントランス部は前記ベアリング部直径の１乃至４倍の大きさの第１曲率半径でその曲率中心をダイス中心側にして湾曲する第１傾斜曲面を有し、前記圧締部は３乃至１０ｍｍの第２曲率半径でその曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面を有し、前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点におけるそれらの共通接線とダイス中心線とがなす角度が２２乃至４２°であることを特徴とする抽伸加工用工具。
- ダイスの中心部にプラグを配置して被加工管を抽伸加工する抽伸加工用工具において、前記ダイスには前記被加工管の通過方向にエントランス部、圧締部及びベアリング部がこの順に設けられており、前記エントランス部は前記ベアリング部直径の１乃至４倍の大きさの第１曲率半径でその曲率中心をダイス中心側にして湾曲する第１傾斜曲面を有し、前記圧締部は３乃至１０ｍｍの第２曲率半径でその曲率中心をダイス外側にして湾曲する第２傾斜曲面を有し、前記第１傾斜曲面と第２傾斜曲面との変曲点におけるそれらの共通接線とダイス中心線とがなす角度が２２乃至４２°であり、前記プラグは、前記第１曲率半径より小さい第３曲率半径で湾曲するアプローチ部と、前記ベアリング部直径より大きく被加工物の内径より小さい直径を有する円柱状のストレート部とを有することを特徴とする請求項１に記載の抽伸加工用工具。
- 前記プラグは、前記ストレート部における前記アプローチ部の反対側に設けられ、前記第３曲率半径で湾曲するエンド部を有することを特徴とする請求項２に記載の抽伸加工用工具。
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