JP4370853B2 - 熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法 - Google Patents

Description

本発明は、ユージン・セジュルネ製管に供給される熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法に関し、さらに詳しくは、製管用ビレットをコンテナ内に装入して熱間穿孔する場合に、ビレットの外面に発生する横切れ疵を防止することができる、難加工材の加工に最適な熱間穿孔方法に関するものである。

熱間押出用の潤滑剤としてガラスを使用するユージン・セジュルネ製管法は、ビレットに比較的高加工度を加えることができ、製管性に優れることから、高合金等の難加工材を素材とする継目無管の製造に多用されている。この熱間押出に供給される製管用ビレットは、押出プレスのマンドレルが挿入できるように、予め機械加工によってガイドホールが切削され、中空形状に加工される。

ところが、大径マンドレルを用いてビレットを押出製管する場合には、それに応じたビレットの下孔加工が必要になり、下孔加工に要する機械能率が著しく低下するとともに、歩留まり損失も増加する。このため、通常、この熱間製管法では、押出プレスに供給される製管用ビレットには、予備加工として熱間穿孔が行われる。

図１は、製管用ビレットの予備加工として行われる熱間穿孔法の加工工程を説明する図である。図１（ａ）はコンテナ内に中空ビレットを装入した状況を、同（ｂ）は中空ビレットを穿孔する過程を、同（ｃ）は穿孔後の中空ビレットの状況をそれぞれ示している。

図１（ａ）に示すように、予め機械加工された２０〜３０ｍｍのガイドホール１ａを持った中空ビレット１を１１００〜１２００℃程度に加熱した後、ビレット底部がコンテナの内面に当接する状態で装入する。その後、中空ビレット１の上面、またはガイドホール１ａの内面にガラス潤滑剤が施される。

次に、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、所定径のエキスパンション用のプラグ３をマンドレル４に装着し、中空ビレット１の内径を押広げながら穿孔する。その後、穿孔されたビレット１は、下方向からエジェクタにより突き上げられてコンテナ２から抽出され、再加熱されたのち、ユージン・セジュルネ製管に供給される。

通常、コンテナ２にはビレットの装入および抽出時の作業性を考慮して、その内面にテーパが設けられている。そして、コンテナ内面に設けられたテーパ角度θは、０．０２°〜０．１０°の範囲である。熱間穿孔後のビレット外径はコンテナ内径で規定され、上記のテーパ角度θの範囲内となる。

図１に示す熱間穿孔において、高Ｃｒ−高Ｎｉの組成で構成され、合金元素を多く含む高合金、またはＴｉを含有する合金鋼などの難加工材では、前記図１（ｃ）のＢ部で示すビレット１の底部の外面に横切れ疵が発生し易くなる。横切れ疵は、ビレット軸に対し垂直な方向にちぎれ状の欠陥として発生するものであり、ビレット素材の品質に起因して発生すると考えられている。

熱間穿孔でビレット内面に横切れ疵が発生すると、熱間押出後の継目無管にも残存し、製品不良の原因となる。したがって、横切れ疵等の外面疵が発生し易い難加工材を熱間押出する場合には、熱間穿孔を終えたビレットを冷却し、機械加工による外面疵を除去した後、再び加熱し熱間押出を実施している。そのため、作業能率が低下するとともに、使用熱量が増加し、さらに歩留が悪化することから製造コストの増加要因となっている。

従来から、熱間穿孔および熱間押出において、被加工材である中空ビレットや押出管に発生する外面疵を防止する製造方法が提案されている。例えば、特許文献１では、熱間押出に用いられる製管用ビレットの製造方法に関する発明であるが、熱間穿孔加工で発生するバリの影響を熱間押出加工に及ぼさないようにして外面疵を防止し、さらに熱間穿孔での偏肉率を改善できる製造方法を提案している。

また、特許文献２では、押出加工時の潤滑不良に起因する外面疵を防止するため、熱間穿孔で押広げ穿孔される端面、すなわち押出プレスによる押出先端となる側の端面外周部を所定の曲面形状に加工する製管方法を提案している。押出先端部を滑らかな曲面形状で構成することによって、安定した潤滑状況を確保して、外面疵をなくすものである。

しかしながら、特許文献１、２で提案される製管用ビレットの製造方法および熱間押出の製管方法は、いずれも熱間押出時の外面疵の抑制を対象としており、熱間穿孔で発生する外面疵、しかもをビレット素材の品質に起因する横切れ疵の防止を意図するものではない。

特開昭６２−５４５３８号公報

特開平１−９１９１０号公報

前述の通り、熱間穿孔で製管用ビレットの外面に横切れ疵が発生すると、熱間押出後の製品品質にも影響を及ぼすことになる。そこで、横切れ疵を発生し易いビレットの熱間穿孔後に、そのビレットを冷却し、機械加工による横切れ疵を除去する対策を採用することができるが、製造コストの増加要因となる。

さらに、横切れ疵の発生を防止するため、穿孔加工での歪み速度が低くなるように穿孔スピードを低速にすることもできる。しかし、穿孔スピードを低速にすれば、熱間穿孔での生産性が著しく低下し、製管用ビレットの加工費を増大させることになるので、有効な対策とすることができない。

本発明は、このような熱間穿孔で発生する横切れ疵の問題点に鑑みてなされたものであり、製管用ビレットの熱間穿孔に際し、中空ビレットの外面形状を適切に管理することによって、穿孔後のビレット外面に発生する横切れ疵を防止することができる、熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記の課題を解決するため、熱間穿孔時にビレット外面に発生する横切れ疵を防止できる穿孔加工法について、各種のビレット材質、ビレット形状、および表面性状等を変動させながら検討を行った。その結果、熱間穿孔の際に生じるビレット外表面の温度変動が、熱間加工性に影響を及ぼすことに着目した。

熱間穿孔に際して、コンテナの上方向からビレットを装入すると、ビレット底部の端部外周はテーパを設けられたコンテナ内面と当接する。このため、１１００〜１２００℃程度と高温に加熱されたビレットは、コンテナから抜熱作用を受ける。このため、ビレット底部では、穿孔加工までの待ち時間にもよるが、１００℃程度の温度低下となる。これにともなって、ビレット底部の外面部では熱間加工性が著しく悪化する。

したがって、この状態で熱間穿孔を実施すると、ビレット底部での熱間加工性の悪化に合わせ、長手方向の引張力がビレット底部に集中することから、ビレット外面の該当箇所に横切れ疵が発生し、更に進展することになる。

コンテナからの抜熱作用を低減させるため、コンテナを約５００℃のに予熱してビレットを装入すると、予熱直後には抜熱作用の低減を図ることができるが、穿孔本数が増加するのにともなって、コンテナの温度は徐々に低下する。その結果、穿孔加工の継続にともなって、ビレット底部での温度低下が発生し、ビレット外面に横切れ疵が発生するので、有効な対策とならない。

コンテナからの抜熱作用を低減するには、中空ビレットのいずれの部位もコンテナ内面に当接しないようにする必要がある。特に、長手方向の引張力が集中し易いビレット底部では、コンテナとの接触を回避しなければならない。すなわち、前記図１（ａ）に示すような、ビレット底部がコンテナの内面に当接する状態をなくすため、ビレット底部の直径をビレット本体部の直径より小さくする。これにより、ビレット底部の温度低下が防止でき、その外面に発生する横切れ疵を防止することができる。

前述した特許文献１、２でも熱間穿孔時にビレット底部の端部を加工することが示されている。具体的には、特許文献１の第１図では、該当する端部外周にＲ加工（３Ａ’）が施されていることが開示されている。また、特許文献２では、第２図でビレット底部の端部に曲率半径５〜８０ｍｍの曲面形状を加工することが示されており、更に第６図では同じく端部にテーパ部を設けることが示されている。

しかしながら、特許文献１、２で示すＲ加工やテーパ加工程度ではコンテナからの抜熱作用を低減させるには十分でなく、特に、難加工材の熱間穿孔に際しては、横切れ疵の発生を防止することができない。したがって、コンテナからの抜熱作用し、ビレット底部の温度低下を防止するには、単に、ビレット底部でのコンテナとの接触を回避するだけでなく、ビレットの外面形状を適切に管理する必要があることを知見した。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記（１）および（２）の熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法を要旨としている。
（１）熱間押出による製管用として供給される中空ビレットをコンテナ内に装入し、直径ｉ（ｍｍ）のプラグを用いて熱間穿孔する方法であって、前記コンテナの内面は、直径が下端部までＤ（ｍｍ）で一定の中空ビレットを装入したときにこの中空ビレットの下端部外周が当接する、角度が０．０２°〜０．１０°で上方向に開くテーパが設けられており、前記コンテナ内に装入される中空ビレットは、直径がＤ（ｍｍ）のビレット本体部と、このビレット本体部に連なって中空ビレットの下端部を含み前記コンテナの内面と近接する、長さがＬ（ｍｍ）で直径が前記ビレット本体部の直径Ｄよりも小さいビレット底部とで構成され、前記ビレット底部の下端部の直径をｄ（ｍｍ）とする場合に、前記中空ビレットの外面形状が下記（１）式および（２）式を満足することを特徴とする熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法である。

ｄ ≦ Ｄ−６ｍｍ ・・・ （１）
Ｌ ≧ （Ｄ−ｉ）／２ ・・・ （２）
（２）上記（１）の熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法では、前記中空ビレットが難加工材で構成されている場合に採用するのが望ましい。

本発明の熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法によれば、製管用ビレットの熱間穿孔に際し、中空ビレットの外面形状を適切に管理することによって、コンテナからの抜熱作用の影響をなくすとともに、中空ビレットの下端近傍部でのすべり発生を阻止して、穿孔後のビレット外面に発生する横切れ疵を防止することができる。したがって、この熱間穿孔方法を採用すれば、ユージン・セジュルネ製管による熱間製管を高い生産性で、かつ良好な歩留まりで効率的に実施することができる。

本発明の穿孔方法では、製管用として供給される中空ビレットを装入するコンテナは、その内面には上方向に開くテーパを設けることを前提とする。前述の通り、内面に設けられたテーパは、コンテナへの中空ビレットの装入および抽出時の作業性を考慮したものであり、その角度θは０．０２°〜０．１０°の範囲である。

上方向に開くテーパを設けたコンテナに中空ビレットを装入した状態は、前記図１（ａ）に示すように、ビレット底部がコンテナの内面に当接するようになる。このため、高温に加熱されたビレットは、コンテナから抜熱作用を受けるので、ビレット底部で温度低下が発生し、これにともなってビレットの該当箇所での熱間加工性が著しく悪化する。

本発明者の検討によれば、コンテナ内面に設けられた上方向に開くテーパ角度θを０．０２°〜０．１０°を前提とした場合に、コンテナからの抜熱作用の影響をなくすには、下記（１）式の条件を満足する必要がある。（１）式では、ビレット本体部の直径をＤ（ｍｍ）とし、ビレット下端部の直径をｄ（ｍｍ）としており、直径で６ｍｍ以上の差を設ける必要があることを示している。

ｄ ≦ Ｄ−６ｍｍ ・・・ （１）
図２は、本発明の穿孔方法で採用する中空ビレットの外面形状の一例を示す図である。同図に示すように、ビレット１は穿孔プレスが挿入できるように、予め機械加工によってガイドホール１ａが切削され中空形状に加工されている。そして、この中空ビレット１はビレット本体部と、中空ビレットの下端部を含むビレット底部とで構成される。ビレット底部の長さはＬ（ｍｍ）で示されるが、このビレット底部は、コンテナに装入されて穿孔加工される過程でコンテナの内面と近接する状態におかれる。

さらに本発明者の検討によれば、熱間穿孔後に横切れ疵が発生し易い部位は、中空ビレットの下端近傍部であって、穿孔加工後のビレット肉厚の外表側の位置である。そして、この部位は熱間穿孔時に被加工材が流動する領域と被加工材が流動しない（デッドメタル）領域の境界部に相当し、この近傍においてすべりの発生にともなって、ビレット外面に横切れ疵が発生し易いことが明らかになる。

上記の技術認識に基づいて、更に検討を進めた結果、中空ビレットの下端近傍部でのすべり発生を阻止し、横切れ疵を防止するには、上記（１）式と合わせて下記（２）式の条件を満足する必要があることが分かる。

Ｌ ≧ （Ｄ−ｉ）／２ ・・・ （２）
ここで、寸法ｉは穿孔プラグの直径（ｍｍ）であり、熱間穿孔後の中空ビレット内径（ｍｍ）を示している。したがって、（２）式中の｛（Ｄ−ｉ）／２｝の値は、熱間穿孔後の中空ビレット肉厚寸法に相当するから、上記（２）式は、ビレット底部の長さＬ（ｍｍ）を中空ビレット肉厚寸法（ｍｍ）以上に管理することによって、中空ビレットの下端近傍部でのすべり発生を阻止できることを示している。

図３は、本発明が対象とする中空ビレットのビレット底部の形状例を示す図であり、（ａ）はビレット底部をストレート形状で構成した場合を示しており、（ｂ）はビレット底部をテーパ形状で構成した場合を示している。本発明の中空ビレットでは、いずれのビレット底部の形状であっても、同様に、下端近傍部でのすべり発生を阻止できるので、底部の形状として採用することができる。また、上記（１）式および（２）を満足する限りにおいては、曲面形状（Ｒ加工を含む）を採用することができる。

さらに、本発明の中空ビレットでは、ビレット本体部からビレット底部に変化する段径部で角が発生しないように、ビレット底部の形状として複数の曲面形状を組み合わせても、または複数の曲面形状とストレート形状とを組み合わせるようにしてもよい。

一方、ビレット底部の長さＬを過大にすると、ビレットの加工歩留まりが低下することになる。このため、ビレット底部の長さＬを中空ビレット（穿孔加工前）の１／２以下で管理するのが望ましい。

図４は、本発明の穿孔方法で採用する中空ビレットをコンテナ内に装入した状態を示す図である。中空ビレット１の外面形状を上記（１）式および（２）式を満足するように管理することによって、コンテナ２からの抜熱作用の影響をなくすとともに、中空ビレット１の下端近傍部でのすべり発生を阻止して、ビレット外面に発生する横切れ疵を防止することができる。

本発明が対象とする難加工材は、変形抵抗が高く、熱間加工性に乏しい材料であり、高Ｃｒ−高Ｎｉ系合金鋼、高Ｃｒ−フェライト系ステンレス鋼、高Ｃｒ−Ｎｉ合金、更に純Ｔｉ、Ｔｉ含有合金等が該当する。

高Ｃｒ−高Ｎｉ系合金鋼としてＪＩＳ ＮＣＦ ８００Ｈ鋼やＡＳＴＭ Ｓ３１２５４等が例示され、その態様としてＣｒ：１５％以上およびＮｉ：１７％以上を含有する合金鋼を規定することができる。

高Ｃｒ−フェライト系ステンレス鋼としては、ＡＳＴＭ Ａ２６８−ＴＰ４４６、ＴＰＸＭ−８およびＪＩＳ ＳＵＳ４４４鋼等が該当し、Ｃｒ：１６％以上を含有するフェライト系ステンレス鋼を規定することができる。

また、高Ｃｒ−Ｎｉ合金としては、ハステロイＣ２７６合金等が該当する。

さらに、Ｔｉ合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等が該当して、Ｔｉ：８０％を含有する合金と規定することができる。

本発明で採用する中空ビレットを用いて、熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔を実施した場合の効果を説明する。使用したプラグは、直径ｉが６２ｍｍ、７６ｍｍおよび１１０ｍｍの３種類とした。また、穿孔加工に用いたコンテナは、内面にテーパ角度θとして０．０５°を設けたものとした。

被加工ビレットは高Ｎｉ合金としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（Ｔｉを約９０％含有）を用い、機械加工により各種寸法のビレットを加工した。得られたビレットを約１２００℃まで加熱し、前記コンテナ内に装入し、潤滑処理としてビレットの外面および内面にガラス潤滑剤を散布した。準備したビレットの本体部の直径Ｄ、下端部の直径ｄ、およびビレット底部の長さＬを表１に示す。

熱間穿孔を行った後、コンテナから加工された中空ビレットを取り出して、熱間穿孔による加工状況を観察した。その結果を表１に示す。なお、表１中の（１）式値は（Ｄ−６）−ｄ（ｍｍ）を示しており、（２）式値はＬ−｛（Ｄ−ｉ）／２｝（ｍｍ）を示しているので、いずれかが負（−）の値を示す場合には、本発明で規定している中空ビレットの外面形状から外れていることを示す。

表１に示す結果から、中空ビレットの外面形状が本発明で規定する上記（１）式および（２）式が規定する条件を満足する供試Ｎｏ．５、９（高Ｎｉ合金鋼）、および供試Ｎｏ．１４、１６（Ｔｉ合金）では、熱間穿孔後に横切れ疵の発生がないことが確認できた。

本発明の熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法は、ビレット素材の品質に起因する横切れ疵の発生を有効に防止することができるので、ユージン・セジュルネ製管による難加工材の熱間製管に高い信頼性を持って適用できる。

製管用ビレットの予備加工として行われる熱間穿孔法の加工工程を説明する図である。 本発明の穿孔方法で採用する中空ビレットの外面形状の一例を示す図である。 本発明が対象とする中空ビレットのビレット底部の形状例を示す図であり、（ａ）はストレート形状で構成した場合、（ｂ）はテーパ形状で構成した場合を示す図である。 本発明の穿孔方法で採用する中空ビレットをコンテナ内に装入した状態を示す図である。

符号の説明

１：ビレット、中空ビレット、 ２：コンテナ
３：プラグ、 ４：マンドレル
１ａ：ガイドホール

Claims (2)

1. 熱間押出による製管用として供給される中空ビレットをコンテナ内に装入し、直径ｉ（ｍｍ）のプラグを用いて熱間穿孔する方法であって、
   前記コンテナの内面は、直径が下端部までＤ（ｍｍ）で一定の中空ビレットを装入したときにこの中空ビレットの下端部外周が当接する、角度が０．０２°〜０．１０°で上方向に開くテーパが設けられており、
   前記コンテナ内に装入される中空ビレットは、直径がＤ（ｍｍ）のビレット本体部と、このビレット本体部に連なって中空ビレットの下端部を含み前記コンテナの内面と近接する、長さがＬ（ｍｍ）で直径が前記ビレット本体部の直径Ｄよりも小さいビレット底部とで構成され、
   前記ビレット底部の下端部の直径をｄ（ｍｍ）とする場合に、前記中空ビレットの外面形状が下記（１）式および（２）式を満足することを特徴とする熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法。
   ｄ ≦ Ｄ−６ｍｍ ・・・ （１）
   Ｌ ≧ （Ｄ−ｉ）／２ ・・・ （２）
   
2. 前記中空ビレットが難加工材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱間押出製管用ビレットの熱間穿孔方法。
   

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