JP4815988B2 - 金属管端部の拡管加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属管端部の拡管加工方法に関する。

金属管端部の拡管加工方法として、従来より、エキスパンディング（定径拡管）、円錐状口広げ（押し広げ）が行われている（例えば非特許文献１参照）。これらはいずれも円錐台形状のテーパ部を有する拡管工具を回転させながら、金属管内に押込んで拡管するものである。尚、拡管工具を回転させる代わりに金属管を回転させながら金属管内に拡管工具を押し込むものもある。
北澤：塑性と加工（日本塑性加工学会誌）第30巻第345号(1989-10)第1395〜1402頁

上記従来の方法では、特に延性の低い高強度鋼管は、拡管率が比較的大きい範囲での拡管加工が困難であり、拡管加工の自由度が低いという憂いがあった。そこで、本発明は、破断限界拡管率を向上させ得る、金属管端部の拡管加工方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討し、その結果、拡管加工の途上で管円周方向に適量の曲げ・曲げ戻しひずみが加わるようにすることにより、破断限界拡管率を向上させるという着想を得、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、拡管工具又は金属管を回転させつつ拡管工具を金属管内に押し込んで金属管端部を拡管する金属管端部の拡管加工方法において、拡管加工途上で、管円周方向に２〜10％の曲げ・曲げ戻しひずみが少なくとも１回加わるようにすることによりバウシンガー効果を有利に発現させ、破断限界拡管率を向上させることを特徴とする、金属管端部の拡管加工方法である。ここで、用いる拡管工具は、軸方向直交断面が非真円形状をなす軸方向長さ部分を有するもののうち、軸方向先端部の軸方向直交断面が工具中最小径の真円形状、軸方向後端部の軸方向断面形状が工具中最大径の真円形状、軸方向先端部から軸方向後端部に向かうほど径を増す中間部の一部分の軸方向直交断面が楕円形状である拡管工具とする。

拡管工具又は金属管の回転数は、拡管率10％あたり管円周方向に２〜10％の曲げ・曲げ戻しひずみが１回以上加えられる回転数であればよい。拡管工具は、該工具表面に潤滑剤を供給する螺旋状の溝を備えたものが好ましい。

本発明によれば、拡管加工の途上で管円周方向に適量の曲げ・曲げ戻しひずみが加わることにより、破断限界拡管率が向上し、金属管端部の拡管加工の自由度が高くなり、継ぎ合わせ可能な金属管サイズの組合せを多様化することができる。

図１は、本発明の実施形態の一例を示す概略図であり、（ａ）は定径拡管、（ｂ）は押し広げの場合を示しており、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のA断面,B断面及びC断面の断面形状を示している。定径拡管、押し広げの何れにおいても、工具（拡管工具）２を回転させながら（或いは金属管１を回転させながら）、工具２を金属管１の管内に押し込んで拡管加工するが、従来法では、拡管される金属管端部の長さ方向の各点は、加工開始から終了までの間、軸方向直交断面が真円形状に保たれる（A断面、B断面、C断面の何れも真円形状である）。

これに対し、本発明では、拡管される金属管端部の長さ方向の各点は、加工開始時及び加工終了時には軸方向直交断面が真円形状である（例えばA断面及びC断面は真円形状である）が、加工の途中では、例えばB断面について図１（ｃ）に示すように、軸方向直交断面が非真円形状（この例では楕円形状）である。即ち、本発明では、被加工部の加工途中段階での軸方向直交断面の断面形状を上記のように真円から外れた形状とし、拡管加工の途上で、管円周方向に曲げ・曲げ戻しひずみが少なくとも１回加わるようにする。これにより、バウシンガー効果を有利に発現させ、破断限界拡管率を向上させることが可能である。

尤も、例えば図２に示すように、管円周方向に加える曲げ・曲げひずみは、２％未満では破断限界拡管率の向上効果に乏しく、一方、10％超ではひずみが過大となって、従来法よりも破断限界拡管率が低下してしまうことから、２〜10％の範囲内で加えるものとする。
被加工部の加工途中段階での軸方向直交断面の断面形状を上記のように真円から外れた形状とするには、用いる工具は、軸方向直交断面が非真円形状をなす軸方向長さ部分を有するものとする必要がある。非真円形状としては、図１（ｃ）に示した楕円形状の他、おむすび形状等、多角形の角に丸みをもたせた形状が挙げられるが、管円周方向に２〜10％の曲げ・曲げ戻しひずみを加え得るものであれば、その具体的形状は特に限定されない。但し、本発明では、軸方向先端部の軸方向直交断面が工具中最小径の真円形状、軸方向後端部の軸方向断面形状が工具中最大径の真円形状、軸方向先端部から軸方向後端部に向かうほど径を増す中間部の一部分の軸方向直交断面が楕円形状である拡管工具とした。

又、本発明では拡管率を従来よりも大きくすることができるが、そうした場合、拡管加工時の摩擦力が大きくなって、焼き付き等の不具合が生じやすくなる惧れがあるので、かかる不具合の発生を防止する観点から、工具２としては、図１（ａ），（ｂ）にも例示したように、該工具表面に潤滑剤を供給するための螺旋状の溝（潤滑溝）３を備えたものを用いることが好ましい。尚、潤滑溝３は、図１（ｃ）では図示を省略した。

本発明では、拡管率は、次式を用いて算出される。
拡管率＝（Ｄ−Ｄ0）／Ｄ0×100（％）
ここで、Ｄ0は拡管加工前の金属管外径、Ｄは拡管加工後の金属管外径である。又、右辺のＤが、拡管加工中に破断を生じたときの金属管外径に該当する場合、左辺の拡管率は破断限界拡管率に該当する。

実施例として、表１に示す材料（各種電縫鋼管）を対象として、表１に示す種々の条件で拡管加工を行い、破断の有無を調査した。調査した結果を表１に示す。表１より、本発明例では、従来例及び比較例に比べ、破断限界拡管率が向上していることがわかる。

尚、本実施例では、鋼管の非加工部分をクランプし、拡管工具を回転させながら鋼管内に押し込む加工様式を採用したが、拡管工具を回転させる代わりに鋼管を回転させる加工様式でも同様の効果が得られる。

本発明の実施形態の一例を示す概略図であり、（ａ）は定径拡管、（ｂ）は押し広げの場合を示しており、（ｃ）は（ａ），（ｂ）のA断面,B断面及びC断面の断面形状を示している。 管円周方向の曲げ・曲げ戻しひずみと破断限界拡管率の関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 金属管
２ 工具（拡管工具）
３ 潤滑溝（工具表面に潤滑剤を供給するための螺旋状の溝）

Claims (3)

1. 拡管工具又は金属管を回転させつつ拡管工具を金属管内に押し込んで金属管端部を拡管する金属管端部の拡管加工方法において、軸方向先端部の軸方向直交断面が工具中最小径の真円形状、軸方向後端部の軸方向断面形状が工具中最大径の真円形状、軸方向先端部から軸方向後端部に向かうほど径を増す中間部の一部分の軸方向直交断面が楕円形状である拡管工具を用い、拡管加工途上で、管円周方向に２〜10％の曲げ・曲げ戻しひずみが少なくとも１回加わるようにすることによりバウシンガー効果を有利に発現させ、破断限界拡管率を向上させることを特徴とする、金属管端部の拡管加工方法。
2. 拡管工具又は金属管の回転数は、拡管率10％あたり管円周方向に２〜10％の曲げ・曲げ戻しひずみが１回以上加えられる回転数とする請求項１記載の金属管端部の拡管加工方法。
3. 拡管工具は、該工具表面に潤滑剤を供給する螺旋状の溝を備えたものとする請求項１又は２に記載の金属管端部の拡管加工方法。

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