JP3940597B2 - シームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体の製造コストを下げることが可能なシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に従来のシームレス鋼管の製造方法を示すが、固定配置されたダイス３０とダミーバー（ビレット押し）３１との間に、高温に加熱された孔空きビレット３２を配置し、棒状のマンドレル３３を挿入し、ダミーバー３１及びマンドレル３３を矢印方向に押すことによって、ダイス３０とマンドレル３３の隙間からシームレス鋼管を押し出す構造となっている。この場合、シームレス鋼管の外径はダイス３０の内径で決定され、シームレス鋼管の内径はマンドレル３３の成形部３４の外径で決定される。
このシームレス鋼管の製造方法に使用するマンドレル３３を図４に示すが、シームレス鋼管の内径を決定する成形部３４と、成形部３４の直径より大きい直径を有し、成形部３４にテーパー部３５を介して円滑に接続され、ダミーバー３１に固定される肩部３６と、テーパー部３７を介して縮径する取付けねじ部３８とを有している。なお、３９は表面を硬化するためのめっき部を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のマンドレル３３の加工にあっては、素材としては、熱間工具鋼（例えば、ＳＫＤ６１）などを使用し、肩部３６の直径より少し大きいストレートの中実丸材を用意し、これを機械加工によって所定の径まで加工していた。従って、比較的長さの長い成形部３４の加工には、極めて手間であるという問題があった。
更には、機械加工によって、屑が多量に発生するので、材料の有効利用性が悪いという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、機械加工の手間を省略し、材料を効率良く使用できるシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法は、成形部の直径より大きい直径の肩部が基部側に設けられ、更に該肩部の基部側には該肩部の外径より小径の取付けねじ部が形成され、しかも、前記成形部と前記肩部との間及び前記肩部と前記取付けねじ部との間には第１、第２のテーパー部が形成されたシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法において、
前記成形部の直径をａ、全長をｂ、前記成形部の切削加工代をα、前記第１、第２のテーパー部の長さをｃ、ｄ、前記肩部の長さをｅ、前記取付けねじ部の長さをｆ、前記肩部の直径をｇ、前記肩部の切削加工代をβとした場合、直径がａ＋２αの丸棒で、ｂ＋（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）×（ｇ＋２β） ² ／（ａ＋２α） ² の長さを有する熱間工具鋼を用い、
内部に前記成形部の基部側が収まる縮径部、該縮径部に連接されるテーパー部及び該テーパー部に連接する拡径孔部を有する金型を用い、前記丸棒の前記成形部となる部分は加熱しない状態で、該成形部となる部分より基側を８００〜１１００℃に加熱し鍛造処理を行って拡径し、この拡径した部分に前記肩部及び前記取付けねじ部の機械加工を行う。これによって、成形部の切削する量が減少し、材料の有効利用性が増し、切削時間が短くなる。
【０００５】
また、第２の発明に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法は、第１の発明に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法において、前記鍛造処理された拡径した部分は、前記肩部の外径にその切削加工代を加えた大径部と、前記取付けねじ部にその切削加工代を加えた中径部とを有している。これによって、取付けねじ部の部分の機械加工量も減少する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法の説明図、図２は本発明の第２の実施の形態に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法の説明図である。
【０００７】
図１（Ａ）に示すように、マンドレルの材料として、熱間工具鋼からなるストレートの丸棒材の一例である丸鋼１０を用意する。この丸鋼１０の直径は、製造しようとするマンドレル３３（図４参照）の成形部３４の直径ａに切削加工代α（例えば、１〜５ｍｍ程度）を加えた直径（ａ＋２α）のものを選定する。全長は、マンドレル３３の全長より十分長く、丸鋼１０の基部側にテーパー部３５、３７、肩部３６及び取付けねじ部３８の部分に対応する拡径した部分、即ち拡径部１１を、鍛造によって成形した場合、材料の不足がない長さとする。
【０００８】
更に、拡径部１１の長さについて具体的に説明すれば、図４に示すように、必要な丸鋼１０の長さをＬとし、成形部３４の全長をｂとする。そして、実際にテーパー部３５、３７の長さをｃ、ｄ、肩部３６の長さをｅ、取付けねじ部３８の長さをｆとし、肩部３６の直径ｇ、肩部３６の切削加工代βとすると、肩部３６の切削加工代を考慮した切削前の鍛造製品の拡径部１１の直径は（ｇ＋２β）となり、長さ（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）となるので、直円柱の体積Ｖは、π（ｇ＋２β）²／４×（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）となる。鍛造前後の体積は実質的に不変（体積不変の法則）であるから、この体積Ｖがπ（ａ＋２α）²／４×（Ｌ−ｂ）となる。これを計算すると丸鋼１０の全長Ｌは、以下の通りとなる。
Ｖ＝π（ｇ＋２β）²／４×（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）
＝π（ａ＋２α）²／４×（Ｌ−ｂ） ・・・・・（１）
Ｌ＝（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）・（ｇ＋２β）²／（ａ＋２α）²＋ｂ ・・（２）
【０００９】
従って、（２）式で表される丸鋼１０を用意し、これを図１（Ｂ）に示すように、内部に縮径部１３、テーパー部１４及び拡径孔部１５を有する金型１６内に入れて、丸鋼１０の一端をストッパー１７で保持した状態で、ハンマー１８で丸鋼１０の他端を叩き、鍛造を行うことになる。なお、丸鋼１０の基部側に形成されて拡径部１１になる部分、即ち成形部３４より基側は、ガス加熱又は誘導加熱で約８００〜１１００℃程度に加熱しておく。鍛造しない成形部３４となる部分（小径部１０ｂ）は加熱しないので硬く、ハンマー１８の衝撃によっても、この部分が拡径することはない。金型１６は、成形部３４の長さに応じて、ストッパー１７から所定の距離に固定されている。
なお、（２）式で計算される全長Ｌは、テーパー部３５も肩部３６の部分と同径として計算したので、鍛造品は、実際の長さより少しの範囲で長くなり、実際はスケールの発生等で体積が減少するのでこの部分を補うことになる。
この後、鍛造製品１９全体を焼鈍して調質焼入れ、焼き戻しを行った後、機械加工を行って、更に耐摩耗性めっき（例えば、ハードクロムめっき）をテーパー部３５及びその前後に施し、マンドレル３３が完成する。
【００１０】
前記実施の形態におけるシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法においては、テーパー部３７及び取付けねじ部３８は、肩部３６に比較して小さく、直径が（ｇ＋２β）の大径部１０ａの鍛造製品から削り出すことになって、時間と手間がかかる他、無駄な材料を使用することになる。
そこで、図２に示すように、拡径孔部２０、テーパー部２１、縮径部２２を有する第１の金型２３と、縮径部２４、テーパー部２５、拡径孔部２６を有する第２の金型２７を用いて、所定の丸鋼１０ｃを配置した後、ストッパー１７及び第２の金型２７を固定保持した状態で、ハンマー１８ａで第１の金型２３の底部を叩いて加工する部分の鍛造を行うこともできる。この場合、直径を太くする大径部２８とその前後部分を高温度（例えば、８００〜１１００℃）に加熱して、この部分の鍛造を行い、次に、大径部２８の手前側にある中径部２９の部分を高温加熱して、鍛造を行ってもよい。なお、肩部３６の外径と切削加工代を有する大径部２８から肩部３６を削りだし、取付けねじ部３８とその切削加工代を有する中径部２９から取付けねじ部３８を削りだす。
この後の機械加工処理及びめっき処理は第１の実施の形態の製造方法と同じである。この第２の実施の形態に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法においては、最初に用いる丸鋼１０ｃの全長によって、大径部２８の長さが影響するので、重量一定の法則で計算した全長より少し長めの丸鋼１０ｃを用意し、第１、第２の金型２３、２７の間に隙間を設け、この隙間で余分な金属の余盛りを形成するようにして全長を製品長さに合わせるようにしてもよい。
【００１１】
前記実施の形態においては、鍛造製品の成形にあってはハンマーを用いたが、油圧で押圧する場合でもよい。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１、２に記載のシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法においては、原材料として、成形部に加工代を加えた程度の細径の丸棒材を用いてマンドレルを製造するので、加工代が少なくて済み、これによって材料の節約ができる。
また、機械加工の量も減るので、安価にマンドレルを製造できる。
更に、拡径した部分の鍛造処理には金型を使用するので、比較的正確にその寸法を出すことができる。
特に、請求項２記載のシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法においては、取付けねじ部の外径は肩部の外径より小さくなって、鍛造処理された拡径した部分は、肩部の外径にその切削加工代を加えた大径部と、取付けねじ部にその切削加工代を加えた中径部とを有しているので、切削量が最小で済み、より効率的で安価なマンドレルの製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の第１の実施の形態に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法の説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法の説明図である。
【図３】従来例に係るシームレス鋼管の製造方法を示す説明図である。
【図４】マンドレルの正面図である。
【符号の説明】
１０：丸鋼、１０ａ：大径部、１０ｂ：小径部、１０ｃ：丸鋼、１１：拡径部、１３：縮径部、１４：テーパー部、１５：拡径孔部、１６：金型、１７：ストッパー、１８、１８ａ：ハンマー、１９：鍛造製品、２０：拡径孔部、２１：テーパー部、２２：縮径部、２３：第１の金型、２４：縮径部、２５：テーパー部、２６：拡径孔部、２７：第２の金型、２８：大径部、２９：中径部、３０：ダイス、３１：ダミーバー、３２：孔空きビット、３３：マンドレル、３４：成形部、３５：テーパー部、３６：肩部、３７：テーパー部、３８：取付けねじ部、３９：めっき部

Claims (2)

1. 成形部の直径より大きい直径の肩部が基部側に設けられ、更に該肩部の基部側には該肩部の外径より小径の取付けねじ部が形成され、しかも、前記成形部と前記肩部との間及び前記肩部と前記取付けねじ部との間には第１、第２のテーパー部が形成されたシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法において、
   前記成形部の直径をａ、全長をｂ、前記成形部の切削加工代をα、前記第１、第２のテーパー部の長さをｃ、ｄ、前記肩部の長さをｅ、前記取付けねじ部の長さをｆ、前記肩部の直径をｇ、前記肩部の切削加工代をβとした場合、直径がａ＋２αの丸棒で、ｂ＋（ｃ＋ｅ＋ｄ＋ｆ）×（ｇ＋２β） ² ／（ａ＋２α） ² の長さを有する熱間工具鋼を用い、
   内部に前記成形部の基部側が収まる縮径部、該縮径部に連接されるテーパー部及び該テーパー部に連接する拡径孔部を有する金型を用い、前記丸棒の前記成形部となる部分は加熱しない状態で、該成形部となる部分より基側を８００〜１１００℃に加熱し鍛造処理を行って拡径し、この拡径した部分に前記肩部及び前記取付けねじ部の機械加工を行うことを特徴とするシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法。
2. 請求項１記載のシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法において、前記鍛造処理された拡径した部分は、前記肩部の外径にその切削加工代を加えた大径部と、前記取付けねじ部にその切削加工代を加えた中径部とを有していることを特徴とするシームレス鋼管の製造に使用するマンドレルの製造方法。

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