JP4428225B2 - プラグ及び冷間引抜方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラグ及び冷間引抜方法に関し、さらに詳しくは、冷間引抜に利用されるプラグ及びそのプラグを用いた金属管の冷間引抜方法に関する。

自動車等に用いられる軸部品等の機械部品の素材として中実材が利用されてきたが、近年、軽量化を目的に中実材の代わりに金属管の利用が検討されている。

中実材と異なり、金属管は内周面を有する。そのため、金属管を機械部品の素材とするためには、しわに代表される内周面の凹凸を低減する必要がある。内周面に深いしわが存在すれば、機械部品として必要な疲労強度が低下するためである。

熱間加工により製造された金属管の内周面には軸方向にしわが形成される。たとえば、マンネスマン方式により継目無鋼管を製造する場合、素材が穿孔された後、最終工程でレデューサにより圧延され継目無鋼管になる。このとき、圧延後の継目無鋼管の内周面に０．２ｍｍ程度の深さのしわが発生する場合がある。

このような熱間加工により生じる内周面のしわを軽減するために、熱間加工後の金属管に対して芯金を用いた冷間引抜を実施する。図１２を参照して、ダイス１を用いて金属管２に対して冷間引抜を実施するとき、金属管２内に芯金として円筒型プラグ３を挿入する。引抜時に円筒型プラグ３の表面が金属管２の内周面に接触することにより、内周面のしわの深さを小さくできる。また、円筒型プラグ３の代わりに図１３に示すようなテーパ型（フロート型）プラグ４も芯金として用いられる。

さらに、特許文献１、特許文献２、非特許文献１では、図１４に示すようなプラグ（以下、段付きプラグと称する）１００を用いて内周面を平滑にする方法が開示されている。段付きプラグ１００は、第１円筒部１０１、第１円筒部よりも外径が大きい第２円筒部１０２、第１円筒部１０１と第２円筒部１０２との間にあってテーパ角θを有するテーパ部１０３で連続的に形成される。これらの文献では、段付きプラグ１００が第２円筒部１０２の半径と第１円筒部１０１の半径との差分値である段差Δｈを有するため、引抜後の金属管の内周面がより平滑になるとしている。

しかしながら、これらのプラグを用いた冷間引抜により内周面のしわを小さくする場合、複数回冷間引抜を実施しなければならない。なぜなら、上記のプラグを用いた冷間引抜の場合、１回の冷間引抜により低減できるしわ深さが非常に小さいからである。そのため、円筒型又はテーパ型のプラグを用いて冷間引抜を実施する場合、冷間引抜前の金属管の肉厚を最終寸法よりも厚肉にしなければならない。複数回冷間引抜を実施しなければ、所望の表面粗さにならないからである。

同様に、図１４に示した段付きプラグ１００を用いる場合も、複数回の冷間引抜が実施される。下記特許文献１、２及び非特許文献１に開示された段付きプラグの段差Δｈは０．０６ｍｍ程度である。非特許文献１に開示されるように、段差Δｈをそれ以上大きくすれば、金属管の内周面及び段付きプラグ表面に焼き付きが発生するからである。そのため、これらの文献に開示された段付きプラグを用いても、複数回冷間引抜を実施しなければ焼き付きを発生させることなく疲労強度に影響しない程度にまでしわを小さくできない。

複数回の冷間引抜の実施は製造コストを引き上げる。さらに冷間引抜を実施するドローベンチの金属管１本当たりの占有時間が長くなる。その結果、製品のリードタイムが長くなる。
特開平１１−３００４１１号公報 国際公開第ＷＯ９５／２８２３９号パンフレット 今村ら、「管材の超平滑化引抜き技術の開発」、塑性と加工、日本、２０００年５月、第４１巻、第４７２号、ｐ４７７〜４８１

本発明の目的は、焼き付きを発生させることなく冷間引抜１回当たりのしわ減少量を従来よりも大きくすることができるプラグ及びそのプラグを用いた金属管の冷間引抜方法を提供することである。

本発明の他の目的は、冷間引抜後の金属管の内径寸法精度を向上できるプラグ及びそのプラグを用いた金属管の冷間引抜方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明者らは、段付きプラグの段差Δｈが表面粗さに与える影響を調べるために、段差Δｈ＝０．０４（ｍｍ）、テーパ角θ＝３０（ｄｅｇ）の段付きプラグを用いて冷間引抜を実施した。その結果、冷間引抜後の金属管の内周面から肉厚方向に０．０４〜０．０５ｍｍの深さの表面層で硬度が上昇した。つまり、段差Δｈ＝０．０４ｍｍの段付きプラグは段差Δｈの約１〜１．２５倍の深さまで金属管内周面に剪断歪みを与え、表面層の硬度を上昇させた。さらに、表面が硬化した深さと同程度の深さのしわが１回の冷間引抜により除去された。

そこで、本発明者らは、１回の冷間引抜でしわを所望の深さにまで小さくするためには、除去したいしわ深さと同程度の深さまで金属管の内周面に剪断歪みを与える必要があると考えた。換言すれば、段付きプラグの段差Δｈを除去したいしわ深さと同程度にすれば、１回の冷間引抜により所望の深さまでしわを小さくできると考えた。

しかしながら、非特許文献１にも述べられているように、段差Δｈを大きくすれば金属管内周面及びプラグ表面に焼き付きが発生する。焼き付きが発生すれば、焼き付き部分を起点として疲労破壊が生じる可能性が高くなる。そのため、しわを所望の深さまで小さくしつつ、かつ、焼き付きの発生を防止する必要がある。

本発明者らは、段差Δｈとともに、焼き付きの発生を防止するために段付きプラグのテーパ部のテーパ角θにも注目した。そして、冷間引抜によるしわの軽減量及び焼き付きの発生については段差Δｈとテーパ角θとが相互に関連していると考えた。

そこで、段差Δｈとテーパ角θとの関係を実験により調査した。段差Δｈ及びテーパ角θの異なる複数の段付きプラグを用いて金属管に対して１回冷間引抜を実施した。このとき、０．２ｍｍの深さのしわを内表面に有する金属管を用いた。冷間引抜後の金属管の内表面のしわ深さを測定し、以下の式（Ａ）に基づいてしわ深さ減少率Ｆ１（％）を求めた。
Ｆ１＝（１−（冷間引抜後のしわ深さ／冷間引抜前のしわ深さ））×１００ （Ａ）

しわ深さ減少率が５０％以上であれば、金属管に残存するしわの深さは疲労強度に影響しない程度の０．１ｍｍ以下となる。そのため、しわ深さ減少率が５０％以上となった場合、すなわち、冷間引抜時にしわを０．１ｍｍ以上除去し、その結果冷間引抜後に残存するしわの深さが０．１ｍｍ以下になった場合、冷間引抜１回当たりのしわ減少量が大きいと判断した。さらに、冷間引抜後の金属管の内表面に焼き付きが発生していないか確認した。

調査の結果を図１に示す。図中「○」内の数値はしわ深さ減少率Ｆ１（％）を示す。また、図中「●」は焼き付きが発生したことを示す。調査結果に基づいて、本発明者らは、中央が外径Ｄ１（ｍｍ）を有する第１円筒部、両端のうちの一端がＤ１よりも大きい外径Ｄ２（ｍｍ）を有する第２円筒部、第１及び第２円筒部の間がテーパ部で連続的に形成されたプラグが以下の式（１）〜式（３）を満たせば、焼き付きを発生することなく、冷間引抜１回当たりのしわ減少量を従来よりも大きくできることを見出した。
０．０８≦Δｈ≦０．２０ （１）
５≦θ≦２５ （２）
Δｈ≦−０．００５θ＋０．２７５ （３）
ここで、Δｈ＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。またθ（ｄｅｇ）はテーパ部のテーパ角である。

一方、段差Δｈを大きくして冷間引抜を実施する場合、冷間引抜中の金属管の内周面に大きな剪断応力がかかるため、引抜後の金属管の内径寸法精度が悪化することが考えられる。図２に示すように、Δｈが小さい場合、冷間引抜中に金属管２が受ける剪断応力は小さい。この場合、金属管２はテーパ部１３を通過中にテーパ部１３により拡管する方向に力を受けるものの、テーパ部１３を通過した後にダイス１により縮径する方向に力を受ける。そのため、金属管２の内周面は第２円筒部１２に接触し、ダイス１出側の金属管２の内径ＤＡは第２円筒部１２の外径Ｄ２と等しくなる。

一方、図３に示すように段差Δｈが大きい場合、テーパ部１３を通過中の金属管２が受ける剪断応力は大きくなる。この場合、テーパ部１３を通過した金属管２はダイス１により縮径方向に曲げ戻されず、第２円筒部１２に接触しない。その結果、金属管２の内径ＤＡは第２円筒部１２の外径Ｄ１よりも大きくなる。これをオーバーシュート変形と称する。オーバーシュート変形が発生すれば、冷間引抜中の金属管２は第２円筒部１２に接触しないため、金属管の内径寸法は一定にならない。そのため、内径の寸法精度が悪化する。

本発明者らはプラグのテーパ部のうち、第２円筒部に隣接する部分で金属管に与える剪断応力を小さくすれば、このようなオーバーシュート変形を抑制できると考えた。剪断応力が小さければ、ダイスの拘束力により金属管が第２円筒部に接触するからである。具体的には、隣接部分にコーナ半径を形成することにより隣接部分が冷間引抜中の金属管に与える剪断応力を軽減できる。ただし、コーナ半径を過剰に大きくすればテーパ部全体が金属管に与える剪断応力が低下し、しわが軽減されない。

コーナ半径について検討した結果、本発明者らは、上記式（１）〜（３）に加えて、隣接部分のコーナ半径Ｒ１（ｍｍ）が以下の式（４）を満たせば、１回の冷間引抜で軽減されるしわ深さを大きくでき、かつ、金属管の内径寸法精度を向上できることを見出した。
０．５≦Ｒ１≦１．０ （４）

以上の検討の結果、本発明者らは以下の発明を完成させた。

本発明のプラグは、冷間引抜時に金属管内に挿入されるプラグであって、中央が第１の円筒部、両端のうちの一端が第２の円筒部、第１及び第２の円筒部の間がテーパ部で連続的に形成され、第１の円筒部の外径はＤ１（ｍｍ）であり、第２の円筒部の外径はＤ１よりも大きいＤ２（ｍｍ）であり、テーパ部のテーパ角はθ（ｄｅｇ）であり、式（１）〜式（３）を満足する。
０．０８≦（Ｄ２−Ｄ１）／２≦０．２０ （１）
５≦θ≦２５ （２）
（Ｄ２−Ｄ１）／２≦−０．００５θ＋０．２７５ （３）

好ましくは、テーパ部のうち第２円筒部に隣接する部分は式（４）を満たすコーナ半径Ｒ１（ｍｍ）で形成される。
０．５≦Ｒ１≦１．０ （４）

本発明の金属管の冷間引抜方法は、金属管の一端をダイスに挿入する工程と、中央が第１の円筒部、両端のうちの一端が第２の円筒部、第１及び第２の円筒部の間がテーパ部で連続的に形成され、第１の円筒部の外径はＤ１であり、第２の円筒部の外径はＤ１よりも大きいＤ２であり、テーパ部のテーパ角はθであり、式（１）〜式（３）を満足するプラグを第２の円筒部から金属管内に引抜方向に向かって挿入する工程と、テーパ部がダイスのベアリング内に含まれる位置でプラグを保持しながら金属管を引き抜く工程とを含む。

好ましくは、テーパ部のうち第２円筒部に隣接する部分は上記式（４）を満たすコーナ半径Ｒ１で形成される。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

１．プラグ形状
図４を参照して、本実施の形態によるプラグ１０は、外径Ｄ１（ｍｍ）を有する第１円筒部１１、テーパ部１３、Ｄ１よりも大きい外径Ｄ２（ｍｍ）を有する第２円筒部１２の順に連続的に形成される。冷間引抜時にプラグ１０を支持する棹は第１円筒部１１の端部１１１に周知の方法で固定される。

テーパ部１３は冷間引抜中の金属管の内周面に剪断応力を与え、内周面のしわを浅くする役割を有する。テーパ部１３の外径は第１円筒部側でＤ１、第２円筒部側でＤ２であり、第１円筒部側から第２円筒部側に向かって徐々に大きくなる。図２に示すように、テーパ部１３のテーパ角θ（ｄｅｇ）は一定である。

第２円筒部１２は冷間引抜中の金属管の内周面と接触し、冷間引抜後の金属管の内径を一定にする役割を有する。図４では第２円筒部１２の端部１２１は面取りされている。引抜時に金属管の内周面に疵をつけないようにするためである。ただし、端部１２１は面取りされていなくてもよい。

プラグ１０はさらに、式（１）〜式（３）を満足する。これらの式を満足することにより、焼き付きを発生することなく１回の冷間引抜で除去できるしわ深さを従来よりも深くすることができる。
０．０８≦Δｈ≦０．２０ （１）
５≦θ≦２５ （２）
Δｈ≦−０．００５θ＋０．２７５ （３）

ここで、段差Δｈ＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
段差Δｈは式（１）を満たす。段差Δｈが大きければ、冷間引抜中の金属管の内周面に剪断歪みをより深く与えることができ、より深いしわを除去できる。機械部品として使用される金属管が疲労破壊を生じないようにするためには、内周面のしわの深さを０．１ｍｍ以下にするのが好ましい。熱間加工後の金属管の内周面に形成されるしわの深さは最大で０．２ｍｍ程度であるため、１回の冷間引抜でしわ深さを０．１ｍｍ以下にするためには、１回の冷間引抜で除去されるしわ深さが０．１ｍｍ以上となるのが好ましい。段差Δｈが０．０８ｍｍ以上である場合、１回の冷間引抜で０．１ｍｍ以上の深さのしわを除去できる。一方、段差Δｈが大きすぎると焼き付きが発生する。そのため、段差Δｈの上限値を０．２０ｍｍとする。

テーパ角θは式（２）を満たす。テーパ角θが小さい場合、冷間引抜中にテーパ部１３が金属管の内周面に与える剪断歪みが小さくなる。この場合、段差Δｈが式（１）を満たしても、１回の冷間引抜で除去されるしわ深さは浅くなる。一方、テーパ角θが大きい場合、テーパ部１３が金属管に与える剪断歪みが大きくなりすぎ、焼き付きが発生する。そのため、テーパ角θは式（２）を満足するように形成される。

段差Δｈ及びテーパ角θはさらに、式（３）を満たす。段差Δｈとテーパ角θとは相互に関連している。具体的には、段差Δｈが式（１）を満足し、テーパ角θが式（２）を満足しても、焼き付きが発生する場合がある。段差Δｈとテーパ角θとが式（３）を満たすことにより、焼き付きの発生を防止できる。

プラグ１０は、図５に示すように、テーパ部１３のうち第２円筒部１２と隣接する部分１３１にコーナ半径Ｒ１（ｍｍ）を有していてもよい。コーナ半径Ｒ１を隣接部１３１に形成することにより冷間引抜後の金属管の内径寸法精度が向上する。プラグ１０がコーナ半径Ｒ１を有する場合、プラグ１０は式（１）〜（３）を満たすことに加え、式（４）も満たす。
０．５≦Ｒ１≦１．０ （４）

コーナ半径Ｒ１が小さすぎると、冷間引抜中に隣接部分１３１を通過する金属管に過剰な剪断応力がかかり、オーバーシュート変形が発生しやすくなる。一方、コーナ半径Ｒ１が大きすぎるとテーパ部１３全体が金属管に与える剪断応力が過剰に小さくなり、しわが軽減されない。

コーナ半径Ｒ１が式（４）を満たせば、冷間引抜中に隣接部分１３１を通過する金属管に過剰な剪断応力がかかるのを防止できる。そのため、金属管にオーバーシュート変形が発生せず、金属管の内周面が第２円筒部１２に接触する。その結果、冷間引抜後の金属管の内径寸法精度が向上する。また、コーナ半径Ｒ１を形成してもテーパ部１３全体が金属管に与える剪断応力の低下を防止できるため、冷間引抜１回当たりのしわ減少量を従来よりも大きくできる。

本実施の形態によるプラグは図６に示すようにテーパ型のプラグ１５であってもよい。この場合、プラグ１５は式（１）〜式（３）又は式（１）〜式（４）を満たす。要するに、本発明の実施の形態によるプラグは、中央が第１円筒部１１、両端のうちの一端が第２円筒部１２、第１円筒部１１と第２円筒部１２との間にテーパ部１３が連続的に形成されて、かつ、式（１）〜式（３）又は式（１）〜式（４）を満たせばよい。

本発明の実施の形態によるプラグは周知の材質で製造される。たとえば、ＪＩＳＶ２０に代表される超硬合金であってもよいし、工具鋼であって表面上にＴｉＮｉ等のコーティング層を有するものであってもよい。工具鋼はたとえば、ＪＩＳ Ｇ４４０３ ＳＫＨ５１やＪＩＳ Ｇ４４０４ ＳＫＤ１１等である。

２．金属管の冷間引抜方法
初めに、冷間引抜する金属管を準備する。金属管はたとえば熱間加工により製造される。穿孔及び圧延することにより金属管を製造してもよいし、熱間鍛造により製造してもよい。他の方法により金属管を製造してもよい。

準備した金属管に対して冷間引抜を実施する。初めに、酸洗いにより金属管の外周面及び内周面に付着したスケールを除去する。スケールを除去した後、図７に示すように、金属管２の先端部２１を口絞り加工する。続いて、図８に示すように、金属管２の先端部２１を図示しないドローベンチに固定されたダイス１に挿入する。挿入後、ダイス１の出側から抜け出た先端部２１をドローベンチのチャック３０で掴み、固定する。棹６の先端にプラグ１０を固定し、金属管２内にプラグ１０を第２円筒部１２側から引抜方向に向かって挿入する。このとき、挿入したプラグ１０はダイス１のベアリング１１０よりも入り側で一旦止める。

続いて、チャック３０で固定された金属管２をダイス１に通しながら引っ張る。このとき、棹６を引抜方向に動かし、図９に示すようにプラグ１０のテーパ部１３がダイス１のベアリング１１０内に含まれる位置で止める。図９及び図１０に示すように、テーパ部１３がベアリング１１０内に含まれる位置でプラグ１０を保持しながら金属管２を引き抜く。テーパ部１３がベアリング１１０内に含まれる位置でプラグ１０を保持することにより金属管２の内径寸法を所望の寸法に仕上げることができる。なお、冷間引抜時に潤滑剤を用いる。

冷間引抜中、テーパ部１３により金属管２の内周面に剪断歪みが与えられるため、内周面のしわの深さを軽減できる。具体的には、プラグ１０が式（１）〜式（３）を満たすことにより、１回の冷間引抜で０．１ｍｍ以上の深さのしわが除去される。さらに、焼き付きが発生しない。

また、テーパ部１３のうち、第２円筒部１２との隣接部分が式（４）を満たすコーナ半径を有していれば、金属管２にオーバーシュート変形が発生しない。そのため、冷間引抜後の金属管２の内径寸法は第２円筒部１２の外径と同じになる。つまり、金属管の内径寸法精度が向上する。

なお、プラグ１０に代えて、図１１に示すようにテーパ型のプラグ１５を用いて冷間引抜を実施できる。テーパ型のプラグ１５の場合、プラグ１５を棹で支持しなくてもよい。つまり、従来のテーパ型プラグと同じ方法で金属管に対して冷間引抜を実施できる。ただし、図１１に示すように、冷間引抜中のプラグ１５はテーパ部１３がベアリング１１０内に含まれる位置で保持される。

従来の円筒型プラグと、図２に示したプラグ１０とを用いて冷間引抜を実施し、冷間引抜後の金属管の内面粗さを調査した。

外径寸法３８ｍｍ、肉厚４ｍｍの複数の金属管の各々の内周面に、軸方向に深さ０．２ｍｍの１本の溝を放電加工により作製した。以降この金属管をしわ付き金属管と称する。しわ付き金属管の材質はＪＩＳ規格におけるＳ４０Ｃとした。

２７ｍｍの外径を有する従来の円筒プラグと、外径Ｄ２＝２７ｍｍの第２円筒部を有し、表１に示す段差Δｈ（ｍｍ）及びテーパ角θ（ｄｅｇ）を有する複数のプラグ１０を用いてしわ付き金属管に対して冷間引抜を１回実施し、外径寸法３４ｍｍ、肉厚３．５ｍｍの金属管にした。なお、ダイス及び各プラグの材質はＪＩＳ規格におけるＪＩＳＶ２０に相当する超硬合金とし、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づく表面粗さはＲｚで０．１μｍとした。また、冷間引抜時に潤滑剤を使用した。引抜速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。

冷間引抜後の金属管の内周面に残存するしわの深さをミクロ観察により測定した。具体的には、金属管のしわを有する内周面を含む外径３４ｍｍ×内径２７ｍｍ×長さ１０ｍｍの試験片を長手方向に２個採取した。採取した試験片のうちしわを有する内周面を含む部分の断面を光学顕微鏡で２００倍で観察し、しわ深さを測定した。各サンプルのしわ深さを平均した値を冷間引抜後のしわ深さとした。

さらに式（Ａ）に基づいてしわ深さ減少率Ｆ１（％）を算出した。

また、冷間引抜後の金属管の内周面に焼き付きが発生しているか否かを目視により判断した。焼き付きが発生している場合、冷間引抜後のしわ深さを測定することなく不合格とした。

表１にしわ深さ減少率及び焼き付き判断の結果を示す。表中の焼き付き欄に「有り」と記載されている場合は焼き付きが発生したことを示す。

供試材８〜１０、１３〜１５、１８、１９では、式（１）〜式（３）を満足するプラグを使用して冷間引抜されたため、しわ深さ減少率が５０％以上となった。よって、これらの供試材は冷間引抜で除去されたしわ深さが０．１ｍｍ以上となり、換言すれば、１回の冷間引抜で疲労破壊が発生しない程度のしわ深さに軽減できた。また、これらの供試材には焼き付きが発生しなかった。

一方、供試材１は、従来の円筒型プラグを用いて冷間引抜を実施したため、しわ深さ減少率が５０％未満であった。つまり、１回の冷間引抜で除去されるしわ深さが０．１ｍｍよりも小さく、内周面に残存したしわの深さが０．１ｍｍよりも大きかった。

また、供試材２〜６の冷間引抜に使用したプラグのテーパ角θが３ｄｅｇと小さく、式（２）を満足しなかった。そのため、供試材２〜６のしわ深さ減少率は５０％未満になった。供試材７、１２、１７、２２の冷間引抜に使用したプラグの段差Δｈは０．０５ｍｍであり、式（１）を満足しなかったため、これらの供試材のしわ深さ減少率が５０％未満となった。

供試材１１、１６、２１の冷間引抜に使用したプラグの段差Δｈは０．２５ｍｍであり、式（１）を満足しなかった。そのため、これらの供試材では焼き付きが発生した。供試材２３〜２６の冷間引抜に使用したプラグのテーパ角θは３０ｄｅｇであり、式（２）を満足しなかったため、これらの供試材では焼き付きが発生した。

供試材２０の冷間引抜に使用したプラグは、式（１）を満たす段差Δｈと式（２）を満たすテーパ角θとを有するものの、式（３）を満たさなかった。そのため、供試材２０では焼き付きが発生した。

図６及び表２に示す段差Δｈ（ｍｍ）及びテーパ角θ（ｄｅｇ）を有する複数のプラグ１５を用いてしわ付き金属管に対して冷間引抜を１回実施した。なお、供試材１に対しては従来のテーパ型プラグを使用した。他の条件、たとえばダイス及びプラグの材質や表面粗さ、使用した潤滑剤及び引抜速度等は実施例１と同じにした。なお、プラグ１５の第２円筒部の外径Ｄ２及び従来のテーパ型プラグの円筒部の外径は２７ｍｍとした。

冷間引抜後の金属管の内周面のしわ深さを実施例１と同様にミクロ観察により測定し、式（Ａ）に基づいてしわ深さ減少率Ｆ１（％）を算出した。

表２にしわ深さ減少率及び焼き付き判断の結果を示す。供試材３４〜３６、３９〜４１、４４、４５では、式（１）〜式（３）を満足するプラグを使用して冷間引抜されたため、しわ深さ減少率が５０％以上となった。つまり、１回の冷間引抜で疲労破壊が発生しない程度のしわ深さに軽減できた。また、これらの供試材には焼き付きが発生しなかった。

他の供試材については、実施例１と同様の結果となった。具体的には、従来のテーパ型プラグを使用した供試材２７のしわ深さ減少率が５０％未満になった。供試材２８〜３２に使用したプラグのテーパ角θが３ｄｅｇと小さかったため、しわ深さ減少率が５０％未満になった。供試材３３、３８、４３、４８に使用したプラグの段差Δｈは０．０５ｍｍであったため、しわ深さ減少率が５０％未満となった。供試材３７、４２、４７に使用したプラグの段差Δｈは０．２５ｍｍであったため、焼き付きが発生した。供試材４９〜５２に使用したプラグのテーパ角θは３０ｄｅｇであったため、焼き付きが発生した。供試材４６の冷間引抜に使用したプラグは式（３）を満たさなかったため、焼き付きが発生した。

図５に示すように、テーパ部１３のうち第２円筒部１２に隣接する部分１３１にコーナ半径Ｒ１が形成されたプラグ１０を用いて冷間引抜を実施し、引抜後のしわ深さ減少率及び内径寸法精度を調査した。

実施例１で使用したものと同じしわ付き金属管を準備した。外径が２７ｍｍの第２円筒部を有し、表３に示す段差Δｈ（ｍｍ）、テーパ角θ（ｄｅｇ）、コーナ半径Ｒ１（ｍｍ）を有する複数のプラグを用いてしわ付き金属管に対して冷間引抜を１回実施した。他の条件、たとえばダイス及びプラグの材質及び表面粗さ、使用した潤滑剤等は実施例１と同じとした。

冷間引抜後、実施例１と同様にしわ深さ減少率Ｆ１（％）を求めた。また、冷間引抜された金属管の内径寸法精度を求めた。具体的には、金属管の軸方向の任意の５点の内径及び周方向の任意の５点の内径をマイクロメータにより測定し、測定結果と第２円筒部の外径（＝２７ｍｍ）との最大誤差を内径寸法精度として求めた。

表３にしわ深さ減少率Ｆ１（％）及び内径寸法精度（ｍｍ）を示す。表３に示すように、供試材５４、５５、５８、５９は式（１）〜式（４）を満足したため、しわ深さ減少率が５０％以上になり、かつ、内径寸法精度が±０．１ｍｍよりも小さくなった。

一方、供試材５３及び５７は式（１）〜（３）を満たすものの、コーナ半径Ｒ１が０．３ｍｍであり、式（４）の下限値未満であった。そのため、内径寸法精度が±０．１ｍｍを超えた。また、供試材５６及び６０は式（１）〜（３）を満たすものの、コーナ半径Ｒ１が１．２ｍｍであり、式（４）の上限値を超えた。そのため、しわ深さ減少率が５０％未満となった。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明によるプラグは、金属管の冷間引抜に利用可能であり、特に、自動車等に用いられる機械部品の素材となる金属管の冷間引抜に利用可能である。

冷間引抜時のしわ減少量及び焼き付きに影響を与える段付きプラグの段差とテーパ角との関係を示す図である。 プラグを用いて冷間引抜するときの金属管の加工状態を説明するための模式図である。 プラグを用いて冷間引抜するときの金属管の加工状態を説明するための他の模式図である。 本発明の実施の形態によるプラグの側面図である。 本発明の実施の形態による他のプラグの側面図である。 本発明の実施の形態による他のプラグの側面図である。 図４のプラグを用いた金属管の冷間引抜の第１工程を示す図である。 図４のプラグを用いた金属管の冷間引抜の第２工程を示す図である。 図４のプラグを用いた金属管の冷間引抜の第３工程を示す図である。 図４のプラグを用いた金属管の冷間引抜の第４工程を示す図である。 図６のプラグを用いた金属管の冷間引抜方法を説明するための図である。 従来の円筒型プラグを用いた金属管の冷間引抜方法を説明するための図である。 従来のテーパ型プラグを用いた金属管の冷間引抜方法を説明するための図である。 従来の段付きプラグの側面図である。

符号の説明

１ ダイス
２ 金属管
１０，１５ プラグ
１１ 第１円筒部
１２ 第２円筒部
１３ テーパ部

Claims (4)

1. 冷間引抜時に金属管内に挿入されるプラグであって、
   中央が第１の円筒部、両端のうちの一端が第２の円筒部、前記第１及び第２の円筒部の間がテーパ部で連続的に形成され、
   前記第１の円筒部の外径はＤ１（ｍｍ）であり、
   前記第２の円筒部の外径はＤ１よりも大きいＤ２（ｍｍ）であり、
   前記テーパ部のテーパ角はθ（ｄｅｇ）であり、
   式（１）〜式（３）を満足することを特徴とするプラグ。
   ０．０８≦Δｈ≦０．２０ （１）
   ５≦θ≦２５ （２）
   Δｈ≦−０．００５θ＋０．２７５ （３）
   ここで、Δｈ＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
2. 請求項１に記載のプラグであって、
   前記テーパ部のうち前記第２円筒部に隣接する部分は式（４）を満たすコーナ半径Ｒ１（ｍｍ）で形成されることを特徴とするプラグ。
   ０．５≦Ｒ１≦１．０ （４）
3. 金属管の一端をダイスに挿入する工程と、
   中央が第１の円筒部、両端のうちの一端が第２の円筒部、前記第１及び第２の円筒部の間がテーパ部で連続的に形成され、前記第１の円筒部の外径はＤ１（ｍｍ）であり、前記第２の円筒部の外径はＤ１よりも大きいＤ２（ｍｍ）であり、前記テーパ部のテーパ角はθ（ｄｅｇ）であり、式（１）〜式（３）を満足するプラグを前記第２の円筒部から金属管内に引抜方向に向かって挿入する工程と、
   前記テーパ部が前記ダイスのベアリング内に含まれる位置でプラグを保持しながら前記金属管を引き抜く工程とを含むことを特徴とする金属管の冷間引抜方法。
   ０．０８≦Δｈ≦０．２０ （１）
   ５≦θ≦２５ （２）
   Δｈ≦−０．００５θ＋０．２７５ （３）
   ここで、Δｈ＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
4. 請求項３に記載の冷間引抜方法であって、
   前記テーパ部のうち前記第２円筒部に隣接する部分は式（４）を満たすコーナ半径Ｒ１（ｍｍ）で形成されることを特徴とする冷間引抜方法。
   ０．５≦Ｒ１≦１．０ （４）