JP4414802B2

JP4414802B2 - 管材の引抜き加工装置および引抜き管の製造方法

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Publication number: JP4414802B2
Application number: JP2004099994A
Authority: JP
Inventors: 卓長田; 主税佐伯; 伸明日名子
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP2005279750A

Description

本発明は、金属管材の引抜き加工技術、特にエアコン等の伝熱管として用いられる銅管の引抜き加工技術に関する。

管材をダイスに通して引抜き加工することにより製造される引抜き管に対しては、高い表面精度が要求されるようになり、例えば、引抜き軸に平行な断面におけるダイスの内面形状を直線と特定の曲率半径を有する曲線とを滑らかに連結して構成した引抜き加工装置が開示されている（特許文献１参照）。

ところが、製造後の引抜き管の搬送等を行う際に、引抜き管の外表面に打痕疵や擦り傷等が発生し、表面精度が悪化する問題がある。これらの表面疵は、その性状（長さ、幅、深さ、向き等）によっては、後工程で引抜き管に再度引抜き加工等を施しても除去することが困難で、かえって疵が拡大したり、疵を巻き込んで内部欠陥となる場合もある。

そこで、引抜き加工の際に管材の外表面近傍を一定の硬度以上に加工硬化できれば、これらの疵の発生を防止でき、ないしは後工程での再度の引抜き加工等により除去可能な程度にまで軽減しておくことが可能となる。

しかしながら、図６に示すような、アプローチ部１０２とベアリング部１０３とを滑らかに連結して構成したダイス１０１を用いる従来の引抜き加工装置で引抜き加工を行った場合、引抜き管の外表面近傍だけでなく管全体が加工硬化してしまうため、後工程における再度の引抜き加工等の際において加工荷重の増大と材料の脆化が相俟って、引抜き管の破断等が発生しやすくなる問題がある。

特に、薄肉銅管などのように、塑性変形しやすく、かつ潤滑性にも優れた材料の場合には、引抜き加工により管の外表面と内周面とで同程度の歪が発生し、管全体が加工硬化することが知られている。

一方、管材の外表面近傍だけに歪を付与して外表面近傍だけを加工硬化させようとして、潤滑油を用いずに引抜き加工を行うことや、通常よりも加工面の表面粗度の粗いダイスを用いて引抜き加工を行うことは、引抜き荷重の増大やダイス肌荒れによって表面精度の悪化や焼付き等の原因となる問題がある。
特開平７−１９５１１５号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決し、引抜き管の搬送時等における表面疵の発生を防止ないし抑制するとともに、後工程での加工の際の破断等を防止することができる管材の引抜き加工装置および引抜き管の製造方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ダイス内に管材のみを通して引抜き加工を行う管材の引抜き加工装置において、前記ダイスが、一定の内径を有し前記管材の加工形状を決定する管材出口側のベアリング部と、前記管材を前記ベアリング部に案内するための管材入口側から管材出口側に向かって内径が縮小するアプローチ部とを備え、前記ベアリング部および前記アプローチ部を併せた部位であって引抜き加工中に前記管材が接触する部位の少なくとも１箇所に、管材入口側から管材出口側に向かって前記ダイスの内径が不連続に縮小するように周状の突起または周状の段差を設けたことを特徴とする管材の引抜き加工装置である。

請求項２に記載の発明は、前記引抜き加工中に前記管材が接触する部位であって最もダイス出口側に設けられた前記突起または前記段差より管材入口側の部位に、少なくとも１箇所、周状の凹溝を設けた請求項１に記載の管材の引抜き加工装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の引抜き加工装置を用いて管材の引抜き加工を行うことにより引抜き管を製造することを特徴とする引抜き管の製造方法である。

本発明によれば、引抜き加工中に管材が接触するダイスの内面に周状の突起または段差を設けたことにより、管材の外表面近傍だけに集中して歪を付与して当該外表面近傍だけを加工硬化することができ、加工後の引抜き管全体の靭性を維持できる。この結果、引抜き管の搬送時等における表面疵の発生を防止ないし抑制することができるとともに、後工程での加工の際の破断等を防止することが実現できる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

〔実施形態１〕
図１に、本発明の実施形態１に係る管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面を示す。ダイス１は通常、図示しないダイスケースに保持されて装置に装着される。ダイス１の内面は、図示しない管材の挿入側（以下、「管材入口側」という。）のアプローチ部２と、前記管材の引抜き側（以下、「管材出口側」という。）のベアリング部３とからなり、さらにベアリング部３には、周状の突起４が設けられている。

アプローチ部２は、管材入口側から管材出口側に向かってその内径が連続的に縮小してベアリング部２に接続されており、前記管材をベアリング部２に案内するようになっている。

ベアリング部３は、一定の内径を有し前記管材の引抜き軸方向に平行なほぼ円筒形状をなしており、アプローチ部２から案内された前記管材を、ベアリング部３を通過させることによりベアリング部３の内径と同一の太さに変形させ、前記管材の加工形状を決定するようになっている。

周状の突起４は、その管材引抜き軸方向に平行な断面形状が、ベアリング部３から半円状に突き出した形状に形成されている。このため、突起４の管材入口側の裾部４ａにおいて、管材入口側から管材出口側に向かってベアリング部３の内径（すなわち、ダイス１の内径）が不連続に縮小している。この不連続な内径縮小により、前記管材の外表面側に集中して局所的な荷重が加わり大きな加工歪を発生するので、外表面側の方が、内周面側や肉厚中央部より加工硬化の程度が大きくなる。

さらに、突起４の裾部４ａは周辺より窪んだ溝状になっているので、ちょうど潤滑油溜まりとして作用し、突起４のない、他のアプローチ部２やベアリング部３の部位に比べて強縮径加工となる突起４の部位においても良好な潤滑状態を維持できる。この結果、突起４の部位における荷重の増大を抑制し、焼付きの発生を防止できる。さらに、加工中に前記管材から金属粉が発生した場合にもこの溝状の裾部４ａが金属粉溜まりとして作用するので、突起４の部位における金属粉による疵発生を防止する効果がある。

この突起４は、管材引抜き軸方向（すなわち、ダイス中心軸）に平行な断面形状が両裾部を除いて角部を有さず、円弧あるいは曲率の滑らかに変化する曲線からなることが望ましい。これにより、突起４の折損や磨耗を防止するとともに、突起４の部位において潤滑油の導入が良好になり、さらに荷重の増大を抑制し、焼付きの発生を確実に防止できる。

突起４の高さの２倍、すなわち突起４の部位におけるダイス１の内径（本例ではベアリング部３の内径）の変化量（ｄ₃−ｄ₄）は、素管（引抜き加工前の管材）の肉厚の４倍以下、さらには２倍以下、特に１倍以下とすることが望ましい。突起４の高さを高くしすぎると、管材の厚み全体に荷重が掛かってしまい外表面近傍を局所的に加工硬化させる効果が小さくなることに加え、管材全体が強加工を受けることにより荷重の過度の増大や焼付き発生のおそれが高まるためである。

突起４の幅、すなわち突起４の両裾部間の距離は、突起４の高さの１倍以上、さらには１．５倍以上、特に２倍以上とすることが望ましい。突起４の幅が小さすぎると、突起４が折損するおそれが高まるためである。

〔実施形態２〕
図１に、本発明の実施形態２に係る管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面を示す。上記実施形態１と異なり、突起４をアプローチ部２に設けた例である。もちろん、突起４は管材が接触する部位に設ける必要がある。この場合も上記実施形態１と同様の作用効果が得られることが明らかである。

〔実施形態３〕
図３に、本発明の実施形態３に係る管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面を示す。上記実施形態１において、突起４より管材入口側に、さらに周状の凹溝６を設けた例である。凹溝６内にも潤滑油や金属粉を保持できるので、上記実施形態１の突起４の裾部４ａだけで保持するよりも多量の潤滑油や金属粉を保持でき、より確実に、突起４の部位における、荷重増大の抑制、焼付きの防止、金属粉による疵発生の防止を達成することができる。

〔実施形態４〕
図４に、本発明の実施形態４に係る管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面を示す。上記実施形態３において、突起４に代えて、周状の段差５を設けた例である。段差５は、その管材引抜き軸方向に平行な断面形状が、ベアリング部３からほぼ垂直に立ち上がったのち１／４円弧状の曲線部を経て水平に移行する滑らかな形状に形成されている。したがって、段差５の立ち上がり部でベアリング部３の内径（すなわち、ダイス１の内径）が不連続に縮小し、上記実施形態１と同様の、外表面側を局所的に加工硬化させる効果が得られる。さらに、本例では、段差５の管材入口側に周状の凹溝６を設けているので、上記実施形態３と同様の、高い潤滑油等保持機能を確保することができる。

段差の高さの２倍、すなわち段差５の部位におけるダイス１の内径（本例ではベアリング部３の内径）の変化量（ｄ₃−ｄ₅）は、上記実施形態１で説明したのと同様の理由により、素管（引き抜き加工前の管材）の肉厚の４倍以下、さらには２倍以下、特に１倍以下とすることが望ましい。

〔実施形態５〕
図５に、本発明の実施形態５に係る管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面を示す。ダイス１をアプローチ部２とベアリング部３とに分割し、これらを組み合わせて１つのダイス１としたものであり、ベアリング部３に周状の突起４を設けた例である。このように、突起４を設けた部材と、突起４を設けていない部材とに分けて形成しておくことにより、例えば突起４の部位が磨耗等しても、ダイス１全体を交換する必要がなく、ベアリング部３だけを交換することができるので、ダイス１の製作コストを大幅に低減できる効果がある。

［変形例］
上記実施形態１〜５では、突起４または段差５を１箇所のみに設けた例を示したが、２箇所以上に設けても良い。この場合、アプローチ部２とベアリング部３とに分けてそれぞれ１箇所以上設けても良いし、アプローチ部のみに２箇所以上設けても良いし、ベアリング部３のみに２箇所以上設けても良い。

また、突起４および／または段差５を２箇所以上設ける場合、突起４のみを設けても良いし、段差５のみを設けても良いし、突起４と段差５とを併用しても良い。

凹溝６は、引抜き加工中に管材が接する部位であれば突起３または段差４より管材入口側のいずれの部位に設けても良いが、突起３または段差４の部位において潤滑機能等をより確実に発揮させるためには、図３および図４に示すように、突起３または段差４にできるだけ近接して設けるのが望ましい。

上記実施形態４では、段差５と凹溝６とを同時に設けた例を示したが、凹溝６を設けなくても段差５の裾部で潤滑油等を十分な量保持できる場合は、段差５のみを設けるようにしても良い。

また、本発明を適用できる管材としては、銅管の他、銅合金管、鋼管、アルミニウム管、アルミニウム合金管などが例示できる。

本発明の効果を確認するため、ダイスの内面（加工面）の形状のみを変更して、以下の加工条件で引抜き加工を行った。

（加工条件）
素管：りん脱酸銅焼鈍材、外径１０．０ｍｍ、肉厚：０．３０ｍｍ
ダイス：アプローチ部半角２０度、ベアリング部内径９．５ｍｍ
素管引抜き速度：１０ｍ／ｍｉｎ
潤滑油：加工外面油を使用

［発明例１］
ベアリング部に、管材引抜き軸方向に平行な断面形状が半径０．２ｍｍの半円形状の周状の突起を形成。

［発明例２］
ベアリング部に、高さ０．２ｍｍの周状の段差を形成。

［発明例３］
ベアリング部に、管材引抜き軸方向に平行な断面形状が半径０．２ｍｍの半円形状の周状の突起と、その管材入口側に前記断面形状が深さ０．４ｍｍの半円形状の凹溝を形成。

［比較例］
アプローチ部およびベアリング部とも、突起または段差を形成せず。

（引抜き管の性状）
上記発明例１〜３および比較例のダイスをそれぞれ用いて引抜き加工を行い、得られた各引抜き管の外面および内面それぞれについて複数点ずつビッカース硬さを測定した。表１に、複数点の硬さの測定値を算術平均して一の位を４四捨五入して求めた値を示す。同表より明らかなように、従来技術に相当する比較例では、管内外面ともに同程度の硬さ（ＨＶ８０）となっているのに対し、発明例１〜３では、いずれも管内面の硬さ（ＨＶ８０）に比べ管外面の硬さは上昇しており（ＨＶ１００〜１１０）、局所的に加工硬化が進行しているのが確認された。

また、発明例３において、引抜き加工後にダイス内面を観察したところ、凹溝内に潤滑油が溜まっているのが認められ、潤滑油切れによる焼付き等の発生を防止できることが確認された。

実施形態１に係る、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。実施形態２に係る、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。実施形態３に係る、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。実施形態４に係る、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。実施形態５に係る、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。従来の、管材の引抜き加工装置のダイスの引抜き軸方向に平行な断面図である。

符号の説明

１：ダイス
２：アプローチ部
３：ベアリング部
４：突起
４ａ：裾部
５：段差
６：凹溝

Claims

ダイス内に管材のみを通して引抜き加工を行う管材の引抜き加工装置において、
前記ダイスが、一定の内径を有し前記管材の加工形状を決定する管材出口側のベアリング部と、前記管材を前記ベアリング部に案内するための管材入口側から管材出口側に向かって内径が縮小するアプローチ部とを備え、
前記ベアリング部および前記アプローチ部を併せた部位であって引抜き加工中に前記管材が接触する部位の少なくとも１箇所に、管材入口側から管材出口側に向かって前記ダイスの内径が不連続に縮小するように周状の突起または周状の段差を設けたことを特徴とする管材の引抜き加工装置。
前記引抜き加工中に前記管材が接触する部位であって最もダイス出口側に設けられた前記突起または前記段差より管材入口側の部位に、少なくとも１箇所、周状の凹溝を設けた請求項１に記載の管材の引抜き加工装置。
請求項１または２に記載の引抜き加工装置を用いて管材の引抜き加工を行うことにより引抜き管を製造することを特徴とする引抜き管の製造方法。