JP6428790B2 - 口広げ金属管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、口広げ金属管の製造方法に関する。
本願は、２０１４年１２月２６日に日本に出願された特願２０１４−２６４３３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

口広げ金属管を製造する方法として、テーパを付けた拡管加工用ポンチ（パンチ）を、素材である金属管（素管）の開口端から圧入し、前記金属管をその径方向へ押し広げることにより、前記金属管に拡管部を形成する方法が知られている（例えば特許文献１、２）。

しかしながら、上記の製造方法では、種々の要因により、拡管部における割れ、または拡管部の根元における座屈等の成形不良が発生する。このため、素管より口広げ金属管を製造（金属管を拡管成形）する際に、上記の成形不良発生を抑制することが求められている。

日本国特許第４７９８８７５号公報 日本国特許第５２２１９１０号公報

本発明者らは、金属管の拡管成形（拡管加工）において成形不良が発生する要因として、素管の周方向における肉厚分布および硬度分布に着目した。
図１０Ａは、拡管成形に素材として用いられる電縫鋼管３０１の肉厚分布の一例を示す横断面図であり、図１０Ｂは、拡管成形に素材として用いられる継目無鋼管３０２の肉厚分布の一例を示す横断面図である。また、図１１は、電縫鋼管３０１の周方向における肉厚分布を示すグラフである。図１１において、横軸は、シームからの角度、すなわち電縫鋼管３０１に形成された溶接部３０５からの角度を表している。

図１０Ａ及び図１１に示すように、電縫鋼管３０１では、溶接部３０５からの角度が約６０°となる部位の肉厚ｔ１、および上記角度が約１５０°となる部位の肉厚ｔ２が、他の部位の肉厚ｔ３〜ｔ５よりも小さくなっており、肉厚偏差が生じている。そして、肉厚ｔ１およびｔ２は、肉厚の平均値の９８〜９９％程度となっている。
また、図１０Ｂに示すように、継目無鋼管３０２（シームレス鋼管）では、肉厚ｔ７＜肉厚ｔ８＜肉厚ｔ９となる肉厚偏差が生じている。

図１２は、電縫鋼管３０１の周方向における硬度分布（強度分布）を示すグラフである。なお、図１２において、横軸は、電縫鋼管３０１の溶接部の位置を基準とした周方向位置を表している。図１２に示すように、電縫鋼管３０１では、溶接部の直近にＨＡＺ軟化領域が存在している。このＨＡＺ軟化領域は、他の領域と比較して相対的に硬度が低く、平均硬度に対して９０％程度の硬度を有する。

上記のように、電縫鋼管３０１は、周方向において不均一な肉厚分布および硬度分布を有し、継目無鋼管３０２は、周方向において不均一な肉厚分布を有する。このような不均一な分布を有する電縫鋼管３０１（または継目無鋼管３０２）を周方向に対して均一に口広げ成形（拡管成形）すると、電縫鋼管３０１（または継目無鋼管３０２）を押し広げようとする力が、周方向に対して均一に作用することになる。そして、肉厚の薄い部分（薄肉部）、及び硬度が低い部分（低硬度部）は変形抵抗が小さいため、これらの部分に変形が集中する。その結果、これらの部分の肉厚減少率が、他の部分の肉厚減少率に対して大きくなり、鋼管の変形能力を大きく下回る拡管率であるにもかかわらず、破断等の成形不良が生じ易くなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、相対的に変形抵抗が小さい部位を有する中空素管より口広げ金属管を製造する際に、破断等の成形不良発生を抑制することができる、口広げ金属管の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係る口広げ金属管の製造方法は、周方向に沿って、肉厚、硬度、肉厚および硬度の積値のいずれかによって特定される変形抵抗が異なる複数の部位を有する中空素管より、拡管部を有する口広げ金属管を製造する方法であって、前記複数の部位のうち、相対的に変形抵抗が小さい部位を低変形抵抗部として特定するとともに、前記低変形抵抗部よりも相対的に変形抵抗が大きい部位を高変形抵抗部として特定する第１工程と；前記中空素管に拡管ポンチを圧入して、前記中空素管を拡管する第２工程と；を有し、前記第２工程で、前記低変形抵抗部の肉厚減少率が、前記高変形抵抗部の肉厚減少率よりも小さい。
（２）上記（１）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記拡管ポンチは、前記中空素管の前記低変形抵抗部に当接する第１当接面と、前記中空素管の前記高変形抵抗部に当接する第２当接面とを有し、前記拡管ポンチの中心軸線に対する前記第１当接面の傾斜角が、前記中心軸線に対する前記第２当接面の傾斜角よりも小さく、前記第２工程で、前記拡管ポンチの前記第１当接面を前記中空素管の前記低変形抵抗部に当接させるとともに、前記拡管ポンチの前記第２当接面を前記中空素管の前記高変形抵抗部に当接させながら、前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入する。
（３）上記（２）に記載の態様において、前記拡管ポンチの前記第１当接面の前記傾斜角が０°であってもよい。
（４）上記（２）または（３）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：前記第２工程が、前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入して、前記中空素管より中間成形品を得る拡管ポンチ圧入工程と、前記中間成形品に、前記口広げ金属管の前記拡管部の内面に一致する形状を有する成形ポンチを圧入する成形ポンチ圧入工程と、を有する。
（５）上記（４）に記載の態様において、前記拡管ポンチ圧入工程で、前記中空素管の前記低変形抵抗部の拡径量が、前記中空素管の前記高変形抵抗部の拡径量の０．５倍未満となるように、前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入してもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載の態様において、前記中空素管は、電縫鋼管又は継目無鋼管であってもよい。

本発明の上記各態様によれば、相対的に変形抵抗が小さい部位を有する中空素管より口広げ金属管を製造する際に、破断等の成形不良発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る口広げ金属管の製造方法に用いられる、中空素管および拡管ポンチを示す正面図である。 図１Ａに示す中空素管および拡管ポンチのＡ−Ａ断面図である。 上記拡管ポンチを示す概略斜視図である。 上記拡管ポンチを上記中空素管に圧入した状態を示す断面図である。 上記拡管ポンチを用いて中空素管を拡管することにより得られた中間成形品に、成形ポンチを圧入した状態を示す断面図である。 上記口広げ金属管の製造方法の第１変形例を示す断面図である。 同変形例による製造方法の続きを示す断面図である。 上記口広げ金属管の製造方法の第２変形例を示す断面図である。 同変形例による製造方法の続きを示す断面図である。 上記口広げ金属管の製造方法の第３変形例を示す図であって、同変形例に用いられる拡管ポンチおよび中空素管を示す正面図である。 上記拡管ポンチを示す概略斜視図である。 上記口広げ金属管の製造方法の第４変形例を示す図であって、同変形例に用いられる拡管ポンチおよび中空素管を示す正面図である。 上記拡管ポンチを示す概略斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る口広げ金属管の製造方法に用いられる、中空素管および拡管ポンチを示す断面図である。 上記口広げ金属管の製造方法を説明するための図であって、上記拡管ポンチを中空素管に圧入した状態を示す断面図である。 上記口広げ金属管の製造方法の続きを示す断面図である。 実施例２で用いた中空素管の硬度分布を示す図である。 電縫鋼管を示す横断面図であって、上記電縫鋼管の肉厚分布の一例を示す図である。 継目無鋼管を示す横断面図であって、上記継目無鋼管の肉厚分布の一例を示す図である。 上記電縫鋼管の周方向における肉厚分布を示すグラフである。 上記電縫鋼管の周方向における硬度分布を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付することにより、それらの重複説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る口広げ金属管の製造方法では、図１Ａおよび図１Ｂに示す断面中空円形の中空素管１を拡管成形して、図３に示す口広げ金属管２０を製造する。口広げ金属管２０は、直管部２１と、中空素管１の端部を拡管することにより形成された拡管部２３と、直管部２１と拡管部２３との間に設けられた遷移部２２とを備えている。なお、口広げ金属管２０は、例えば、自動車用部品等に好適に用いられる。

口広げ金属管２０の製造に用いられる中空素管１の材質は、例えば、鉄、アルミ、ステンレス、銅、チタン、マグネシウム、または鋼等の金属である。中空素管１の加工硬化係数（歪み効果指数）を表すｎ値は、座屈発生を抑えるとともに拡管成形に必要な押し力が過大となることを抑制するという観点から、０．０１〜０．３であることが好ましい。また、中空素管１の深絞り性を表すｒ値は、しわ発生を抑えるとともに拡管成形に必要な押し力が過大となることを抑制するという観点から、０．５〜３であることが好ましい。
そして、中空素管１は、例えば、電縫管、継目無管、押し出し成形によって製造されたパイプ、または引き抜き成形によって製造されたパイプ等である。

図１Ａおよび図１Ｂは、中空素管１、及び中空素管１を拡管する際に用いられる拡管ポンチ５０を示す図である。なお、図１Ａは、中空素管１および拡管ポンチ５０の正面図であり、図１Ｂは、これらのＡ−Ａ断面図である。
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、中空素管１は、その周方向に沿って見た場合に、肉厚ｔ１と、肉厚ｔ１よりも肉厚が大きい肉厚ｔ２とを有している。すなわち、中空素管１は、肉厚ｔ１を有する薄肉部１ａ（低変形抵抗部）と、肉厚ｔ２を有する厚肉部１ｂ（高変形抵抗部）とを有している。

薄肉部１ａの肉厚ｔ１は、例えば、中空素管１の平均肉厚の９９％未満である。そして、薄肉部１ａは、厚肉部１ｂよりも肉厚が薄いため、拡管成形する際に厚肉部１ｂよりも変形しやすい部位となる。言い換えれば、薄肉部１ａは、厚肉部１ｂよりも、径方向に押し広げる力に対する変形抵抗が小さい。
中空素管１の平均肉厚は、例えば０．５〜３０ｍｍであり、中空素管１の外径は、例えば１５〜７００ｍｍである。なお、中空素管１の外径に対する、中空素管１の平均肉厚の比率は、０．００５〜０．３であることが好ましい。この場合、中空素管１より口広げ金属管２０を効率的に製造することができる。

中空素管１の肉厚は、例えば、ノギス等の計測器を用いて求めることができる。そして、中空素管１の肉厚分布を把握することにより、薄肉部１ａと厚肉部１ｂとを特定することができる。

図１Ａ〜図１Ｃに示すように、拡管ポンチ５０は、中空素管１の外径よりも大きな直径を有する円筒部５１と、この円筒部５１から先端面５０ａに向けて先細りとなるテーパ部５２とを有している。テーパ部５２は、円筒部５１に対して所定の偏心量で偏心している。すなわち、円筒部５１の中心軸線ＣＬ２と、テーパ部５２の中心軸線ＣＬ３とは、互いに平行でかつ離間している。
また、テーパ部５２は、中空素管１の薄肉部１ａに当接する第１テーパ面５２ａ（第１当接面）と、中空素管１の厚肉部１ｂに当接する第２テーパ面５２ｂ（第２当接面）とを有している。

第１テーパ面５２ａは、テーパ角α（傾斜角）を有する。第２テーパ面５２ｂは、テーパ角αよりも大きいテーパ角を有し、その最大テーパ角がβである。すなわち、テーパ角αは、テーパ角βよりも小さくなっている。なお、上記テーパ角は、中心軸線ＣＬ２およびＣＬ３を含む断面で拡管ポンチ５０を見た場合における、中心軸線ＣＬ２およびＣＬ３に対するテーパ面の傾斜角を表している。

中空素管１より口広げ金属管２０を製造する際は、まず、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、拡管ポンチ５０を中空素管１の中心軸線ＣＬ１に沿って移動させ、中空素管１の開口端２より中空素管１の内部に挿入する。この際、第１テーパ面５２ａが中空素管１の薄肉部１ａに当接してかつ、第２テーパ面５２ｂが中空素管１の厚肉部１ｂに当接するように、拡管ポンチ５０を中空素管１の内部に挿入する。

そして、図２に示すように、拡管ポンチ５０を、中空素管１内の所定位置まで押し込む。この際、拡管ポンチ５０は、拡管ポンチ５０のテーパ部５２が中空素管１に当接しながら中空素管１内を移動するため、中空素管１は、その径方向に押し広げられ、拡管ポンチ５０の形状に沿って拡管される。その結果、中空素管１より、図２に示す中間成形品１０を得ることができる。
なお、拡管ポンチ５０は、例えば油圧シリンダー、ガスシリンダー、ばね、またはゴムなどの加圧機構を用いることにより、中空素管１内に押し込むことができる。

上記工程では、中空素管１は、拡管ポンチ５０の第１テーパ面５２ａが中空素管１の薄肉部１ａに当接するとともに、拡管ポンチ５０の第２テーパ面５２ｂが中空素管１の厚肉部１ｂに当接しながら、径方向に押し広げられる。この際、第２テーパ面５２ｂのテーパ角が、第１テーパ面５２ａのテーパ角よりも大きいため、厚肉部１ｂは、薄肉部１ａに対して優先的に引張加工されることとなる。その結果、中空素管１の薄肉部１ａの肉厚減少率を、中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚減肉率よりも小さくすることができる。すなわち、中空素管１を拡管する際に、薄肉部１ａに変形が集中することを抑制することができるので、薄肉部１ａに破断等の成形不良が発生することを抑制することができる。

図２に示すように、中間成形品１０は、非加工部である直管部１１と、拡管部１３と、直管部１１と拡管部１３との間に設けられた遷移部１２と、を有している。
中間成形品１０の拡管部１３は、中空素管１の薄肉部１ａに対応する部位１３ａと、中空素管１の厚肉部１ｂに対応する部位１３ｂとを有する。また、中間成形品１０の直管部１１は、中空素管１の薄肉部１ａに相当する部位１１ａと、中空素管１の厚肉部１ｂに相当する部位１１ｂとを有している。

上述のように、上記工程では、中空素管１の薄肉部１ａの肉厚減少率が、中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚減少率に比べて小さくなるように、中空素管１は拡管成形される。そのため、中間成形品１０では、部位１１ａの肉厚ｔ１と部位１３ａの肉厚ｔ１’との差分値（中空素管１の薄肉部１ａの肉厚減少量）を肉厚ｔ１で除した値（薄肉部１ａの肉厚減少率）が、部位１１ｂの肉厚ｔ２と部位１３ｂの肉厚ｔ２’との差分値（中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚減少量）を肉厚ｔ２で除した値（厚肉部１ｂの肉厚減少率）よりも小さくなっている。

なお、中空素管１の薄肉部１ａの拡径量Ｌ１は、薄肉部１ａの変形量を抑えて、薄肉部１ａの破断を回避する観点から、中空素管１の厚肉部１ｂの拡径量Ｌ２の０．５倍未満であることが好ましい。
ここで、「拡径量」とは、中空素管１が径方向に押し広げられた長さを意味し、具体的には、加工後の拡管部の内面と中空素管１の内面との間の寸法（距離）を意味する。すなわち、「中空素管１の薄肉部１ａの拡径量Ｌ１」とは、図２に示すように、中間成形品１０の部位１１ａの内面と、中間成形品１０の部位１３ａの内面との間の寸法を表す。また、「中空素管１の厚肉部１ｂの拡径量Ｌ２」とは、中間成形品１０の部位１１ｂの内面と、中間成形品１０の部位１３ｂの内面との間の寸法を表す。

続いて、図３に示す成形ポンチ６０および固定金型７０を用いて、中間成形品１０を口広げ金属管２０に成形してもよい。図３に示すように、成形ポンチ６０は、円筒部６１と、円筒部６１から先端面６０ａに向かって先細りとなるテーパ部６２とを有する。拡管ポンチ５０と異なり、成形ポンチ６０では、円筒部６１の中心軸線ＣＬ４がテーパ部６２の中心軸線と一致している。すなわち、円筒部６１とテーパ部６２とは同軸に形成されている。
円筒部６１は、口広げ金属管２０の拡管部２３の内面形状に一致する外面形状を有している。テーパ部６２は、口広げ金属管２０の遷移部２３の内面に一致する外面形状を有するとともに、テーパ角γを有している。

固定金型７０は、図３に示すように、中間成形品１０の直管部１１の端面に当接する底壁部７１と、中間成形品１０の直管部１１の外面に当接する側壁部７２とを有する。そして、側壁部７２の内面形状は、口広げ金属管２０の外面形状に一致している。

中間成形品１０を口広げ金属管２０に成形する際は、まず、固定金型７０の底壁部７１および側壁部７２に沿って、中間成形品１０を固定金型７０にセットする。その後、中間成形品１０に、成形ポンチ６０を押し込む。上述のように、成形ポンチ６０は、口広げ金属管２０の内面形状に沿った形状を有し、固定金型７０の側壁部７２は、口広げ金属管２０の外面形状に沿った形状を有しているため、成形ポンチ６０を中間成形品１０に押し込むことにより、口広げ金属管２０を得ることができる。

以上に説明した本実施形態に係る口広げ金属管２０の製造方法によれば、拡管ポンチ５０を用いて中空素管１を拡管するため、中空素管１の厚肉部１ｂを径方向に押し広げる力が強くなり、一方、中空素管１の薄肉部１ａを径方向に押し広げる力が弱くなる。すなわち、中空素管１の薄肉部１ａの肉厚減少率が中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚減少率に比べて小さくなるように、中空素管１を拡管するため、薄肉部１ａに変形が集中するのを抑制することができ、中空素材１の破断等を抑制することができる。その結果、従来よりも拡管率が大きい口広げ金属管を製造することができる。
また、本実施形態に係る口広げ金属管２０の製造方法によれば、中空素管１の薄肉部１ａの肉厚減少率が中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚減少率よりも小さくなるように中空素管１を拡管するため、不均一な肉厚分布を有する中空素管１から、肉厚が均一な拡管部を有する口広げ金属管を製造することができる。

ここで、上記の「拡管率」とは、拡管成形後の拡管部の外径が中空素管１の外径に対して増加した割合を意味する。すなわち、拡管率をＰ（％）、拡管成形後の拡管部の外径をｄ１（ｍｍ）、中空素管１の外径をｄ２（ｍｍ）とした場合、拡管率Ｐは下記の式（１）で表される。
Ｐ＝（（ｄ１−ｄ２）／ｄ２）×１００ ・・・式（１）

なお、中空素管１を中間成形品１０に成形する際、中間成形品１０の拡管率が小さいと、中空素管１の薄肉部１ａの破断抑制効果が小さくなる。そのため、口広げ金属管２０の拡管率に対して、中間成形品１０の拡管率が５０％以上となるように、中空素管１を中間成形品１０に成形することが好ましい。

また、中空素管１は、材質がステンレス鋼である場合、材質がアルミニウム合金である場合に比べて、拡管成形時の成形不良が生じ易い。そのため、中空素管１の材質がステンレス鋼である場合、アルミニウム合金である場合に比べて、薄肉部１ａの破断抑制効果が大きくなる。

［第１実施形態の変形例］
本実施形態では、中空素管１が薄肉部１ａと厚肉部１ｂとを有する場合（すなわち、周方向における肉厚分布が不均一な場合）を示した。しかしながら、例えば、周方向に沿って不均一な硬度分布を有する中空素管より、口広げ金属管を製造してもよい。この場合、引張試験または硬度測定等により、硬度分布を把握し、相対的に硬度が低い低硬度部（低変形抵抗部）に拡管ポンチ５０の第１テーパ面５２ａを当接させ、相対的に硬度が高い高硬度部（高変形抵抗部）に拡管ポンチ５０の第２テーパ面５２ｂを当接させればよい。この際、例えば、中空素管の硬度の平均値に対して、９５％未満の硬度となる部位を低硬度部として特定することができる。
また、中空素管が不均一な肉厚分布および硬度分布の双方を有する場合には、例えば、肉厚および硬度の積値がその平均値の９５％未満となる部位を低変形抵抗部として特定し、拡管ポンチ５０の第１テーパ面５２ａをこの低変形抵抗部に当接させればよい。

また、本実施形態では、拡管ポンチ５０の第１テーパ面５２ａが、テーパ角αを有する場合を示した（図１Ｂ等参照）。しかしながら、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、テーパ角αが０°である拡管ポンチ８０を中空素管１に圧入して、中空素管１を中間成形品９０に成形してもよい。この場合、薄肉部１ａの変形（薄肉部１ａの肉厚減少）をさらに抑制することができるため、薄肉部１ａの成形不良発生をより確実に抑制することができる。

また、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、先端に切欠き部８５を設けた拡管ポンチ８０と、底壁部１０１および側壁部１０２を有する固定金型１００を用いて、中空素管１を拡管成形してもよい。この場合、切欠き部８５を設けているので、拡管ポンチ８０をスムーズに中空素管１に押し込むことができる。なお、第１テーパ面５２ａと固定金型１００の側壁部１０２との間の隙間が中空素管１の肉厚の０．９〜０．９９倍となるように設定することが好ましい。この場合、薄肉部１ａで変形が発生することをより確実に抑制することができる。

また、本実施形態では、薄肉部１ａが一箇所に設けられている中空素管１を拡管成形する場合を示した。しかしながら、図６Ａに示すように、薄肉部１ａが二箇所に設けられた中空素管５を拡管成形してもよい。この場合、図６Ａおよび図６Ｂに示す拡管ポンチ１１０を用いることにより、本実施形態と同様に、薄肉部１ａの成形不良発生を抑制することができる。
また、図７Ａに示すように、薄肉部１ａが三箇所に設けられた中空素管７を拡管成形してもよい。この場合、図７Ａおよび図７Ｂに示す拡管ポンチ１２０を用いることにより、本実施形態と同様に、薄肉部１ａの成形不良発生を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

上記の第１実施形態では、中空素管１より、拡管ポンチ５０および成形ポンチ６０を用いて、口広げ金属管２０を製造する場合を示した。これに対して、本実施形態では、中空素管１より、図８Ａに示す拡管ポンチ２５０を用いて、図８Ｃに示す口広げ金属管２２０を製造する。

図８Ａに示すように、拡管ポンチ２５０は、円筒部２５１と、テーパ部２５２とを有している。拡管ポンチ２５０は、円筒部２５１とテーパ部２５２とが、同一の中心軸線ＣＬ５に沿って形成されている点で、上記第１実施形態の拡管ポンチ５０と異なっている。

本実施形態に係る口広げ金属管２２０の製造方法では、上記第１実施形態の場合と同様に、中空素管１に拡管ポンチ２５０を圧入する。図８Ｂは、拡管ポンチ２５０を、中空素管１内の所定位置まで圧入した状態を示す図である。図８Ｂに示す状態では、中空素管１の厚肉部１ｂが拡管ポンチ２５０の円筒部２５１に当接し、中空素管１の薄肉部１ａが拡管ポンチ２５０のテーパ部２５２に当接している。
図８Ｃは、図８Ｂに示す状態から拡管ポンチ２５０を中空素管１にさらに圧入した状態を示す図である。図８Ｃに示すように、薄肉部１ａが拡管ポンチ２５０の円筒部２５１に当接するまで、拡管ポンチ２５０を中空素管１に圧入することにより、口広げ金属管２２０を得ることができる。

本実施形態では、厚肉部１ｂに当接する第２テーパ面５２ｂのテーパ角βは、薄肉部１ａに当接する第１テーパ面５２ａの角度αよりも大きいため、厚肉部１ｂが優先的に引張加工される。すなわち、第１実施形態の場合と同様に、薄肉部１ａの肉厚減少率を厚肉部１ｂの肉厚減少率よりも小さくさせることにより、薄肉部１ａに成形不良が発生することを抑制することができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。

上記第１実施形態に係る製造方法により、拡管部の直径が異なる３種類の口広げ金属管を製造した。また、比較のため、成形ポンチのみで口広げ金属管を製造する従来方法により口広げ金属管を製造した。これらの口広げ金属管について、目視により破断有無を確認することによって、成形不具合を評価した。

＜実施例１＞
（１）中空素管
中空素管１として、外径７３ｍｍ、平均肉厚６ｍｍの継目無鋼管を用いた。中空素管１の薄肉部１ａの肉厚は、５．６ｍｍであり、中空素管１の厚肉部１ｂの肉厚は、６．４ｍｍであった。

（２）ポンチ
拡管ポンチ５０および成形ポンチ６０を用いた。
拡管ポンチ５０は、テーパ角αが４．５°であり、テーパ角βが２４．６°であり、円筒部５１の直径が８１．２ｍｍであった。成形ポンチ６０は、テーパ角γが１５°であり、円筒部６１の直径は８１．２ｍｍであった。

（３）固定金型
固定金型７０は、側壁部７２の内径Ｄ（図３参照）が９３．２ｍｍであった。

（４）製造工程
中空素管１に拡管ポンチ５０を押し込むことにより、中空素管１を拡管成形して、中間成形品１０を製造した。この際、中間成形品１０は、図２に示すＬ１がＬ２の０．１７倍となるように製造された。
その後、固定金型７０に中間成形品１０を配置し、成形ポンチ６０を中間成形品１０に押し込み、口広げ金属管２０を製造した。

（５）成形不具合の評価
中間成形品１０、および口広げ金属管２０に割れ等の成形不良は生じなかった。また、口広げ金属管２０の拡管率は３０％であった。

＜実施例２＞
（１）中空素管
中空素管１として、外径９０．０ｍｍ、平均肉厚２．８ｍｍの電縫鋼管を用いた。この電縫鋼管は、引張強度ＴＳが８０ｋｇｆ／ｍｍ^２（７８５ＭＰａ）であり、周方向における硬度分布が図９に示す分布であった。

（２）ポンチ
拡管ポンチ５０および成形ポンチ６０を用いた。
拡管ポンチ５０は、テーパ角αが４．５°であり、テーパ角βが２４．６°であり、円筒部５１の直径が１１２．４ｍｍであった。
成形ポンチ６０は、テーパ角γが１５°であり、円筒部６１の直径は１１２．４ｍｍであった。

（３）固定金型
固定金型７０は、側壁部７２の内径Ｄ（図３参照）が１１７ｍｍであった。

（４）製造工程
中空素管１に拡管ポンチ５０を押し込むことにより、中空素管１を拡管成形して、中間成形品１０を製造した。この際、中間成形品１０は、図２に示すＬ１がＬ２の０．１７倍となるように製造された。
その後、固定金型７０に中間成形品１０を配置し、成形ポンチ６０を中間成形品１０に押し込み、口広げ金属管２０を製造した。

（５）成形不具合の評価
中間成形品１０、および口広げ金属管２０に割れ等の成形不良は生じなかった。また、口広げ金属管２０の拡管率は３０％であった。

＜実施例３＞
（１）中空素管
中空素管１として、実施例２と同じ電縫鋼管を使用した。

（２）ポンチ
拡管ポンチ５０および成形ポンチ６０を用いた。
拡管ポンチ５０は、テーパ角αが７．５°であり、テーパ角βが２１．９°であり、円筒部５１の直径が１２９．４ｍｍであった。
成形ポンチ６０は、テーパ角γが１５°であり、円筒部６１の直径は１２９．４ｍｍであった。

（３）固定金型
固定金型７０は、側壁部７２の内径Ｄ（図３参照）が１３５ｍｍであった。

（４）製造工程
実施例１及び２と同様に中間成形品１０を製造した。なお、本実施例では、中間成形品１０は、図２に示すＬ１がＬ２の０．３３倍となるように製造された。

（５）成形不具合の評価
中間成形品１０、および口広げ金属管２０に割れ等の成形不良は生じなかった。また、口広げ金属管２０の拡管率は５０％であった。

＜参考例１＞
（１）中空素管
実施例２と同じ電縫鋼管を使用した。
（２）ポンチ
上記実施例１〜３と異なり、拡管ポンチ５０を用いずに、成形ポンチ６０のみを使用した。
（３）固定金型
実施例２と同じ固定金型７０を使用した。
（４）製造工程
固定金型７０に中空素管１を配置し、成形ポンチ６０を押し込むことにより、中空素管１を拡管成形して、口広げ金属管を製造した。
（５）成形不具合の評価
口広げ金属管の拡管率は３０％であり、口広げ金属管に割れ等の成形不良は生じなかった。なお、本参考例では、拡管率が３０％と低かったため、拡管ポンチ５０を用いなくても、成形不良が発生しなかったと考えられる。

＜比較例１＞
（１）中空素管
実施例２と同じ電縫鋼管を使用した。
（２）ポンチ
上記実施例１〜３と異なり、拡管ポンチ５０を用いずに、成形ポンチ６０のみを使用した（すなわち、上記参考例１と同じ）。
（３）金型
実施例２と同じ固定金型７０を使用した。
（４）製造工程
固定金型７０に中空素管１を配置し、成形ポンチ６０を押し込むことにより、中空素管１を拡管成形して、口広げ金属管を製造した。
（５）成形不具合の評価
口広げ金属管の拡管率は５０％であったが、口広げ金属管に割れが生じた。

実施例１〜３によれば、中空素管１には、周方向に沿って変形抵抗が小さい低変形抵抗部と、この低変形抵抗部よりも変形抵抗が大きい高変形抵抗部とがあったにもかかわらず、低変形抵抗部に負担をかけることなく、割れ等の成形不良を抑制することができた。
特に、実施例３と比較例１との比較により、従来製法では割れが生じてしまった拡管率の高い製品を、割れを生じさせることなく製造することが確認できた。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲がこれらの実施形態のみに限定されるものではない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記第１実施形態では、拡管ポンチ５０を用いて、中空素管１を中間成形品１０に成形する場合を示した。しかしながら、異なる外径を有する複数の拡管ポンチを用いて、中空素管１を段階的に（複数回に分けて）成形してもよい。

また、例えば、上記第１実施形態では、成形ポンチ６０を用いて、中間成形品１０を口広げ金属管２０に成形する場合を示した。しかしながら、成形ポンチ６０を用いずに、拡管ポンチ５０により得られた中間成形品１０を口広げ金属管としてもよい。この場合、偏心した口広げ金属管を得ることができる。

本発明によれば、相対的に変形抵抗が小さい部位を有する中空素管より口広げ金属管を製造する際に、破断等の成形不良発生を抑制することができる、口広げ金属管の製造方法を提供することができる。

１： 中空素管
１ａ： 薄肉部（低変形抵抗部）
１ｂ： 厚肉部（高変形抵抗部）
１０： 中間成形品
２０： 口広げ金属管
５０： 拡管ポンチ
６０： 成形ポンチ
７０： 固定金型

Claims (6)

1. 周方向に沿って、肉厚、硬度、肉厚および硬度の積値のいずれかによって特定される変形抵抗が異なる複数の部位を有する中空素管より、拡管部を有する口広げ金属管を製造する方法であって、
   前記複数の部位のうち、相対的に変形抵抗が小さい部位を低変形抵抗部として特定するとともに、前記低変形抵抗部よりも相対的に変形抵抗が大きい部位を高変形抵抗部として特定する第１工程と；
   前記中空素管に拡管ポンチを圧入して、前記中空素管を拡管する第２工程と；
   を有し、
   前記第２工程で、前記低変形抵抗部の肉厚減少率が、前記高変形抵抗部の肉厚減少率よりも小さい
   ことを特徴とする口広げ金属管の製造方法。
2. 前記拡管ポンチは、
   前記中空素管の前記低変形抵抗部に当接する第１当接面と、前記中空素管の前記高変形抵抗部に当接する第２当接面とを有し、前記拡管ポンチの中心軸線に対する前記第１当接面の傾斜角が、前記中心軸線に対する前記第２当接面の傾斜角よりも小さく、
   前記第２工程で、
   前記拡管ポンチの前記第１当接面を前記中空素管の前記低変形抵抗部に当接させるとともに、前記拡管ポンチの前記第２当接面を前記中空素管の前記高変形抵抗部に当接させながら、前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入する
   ことを特徴とする請求項１に記載の口広げ金属管の製造方法。
3. 前記拡管ポンチの前記第１当接面の前記傾斜角が０°である
   ことを特徴とする請求項２に記載の口広げ金属管の製造方法。
4. 前記第２工程が、
   前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入して、前記中空素管より中間成形品を得る拡管ポンチ圧入工程と、
   前記中間成形品に、前記口広げ金属管の前記拡管部の内面に一致する形状を有する成形ポンチを圧入する成形ポンチ圧入工程と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の口広げ金属管の製造方法。
5. 前記拡管ポンチ圧入工程で、前記中空素管の前記低変形抵抗部の拡径量が、前記中空素管の前記高変形抵抗部の拡径量の０．５倍未満となるように、前記拡管ポンチを前記中空素管に圧入する
   ことを特徴とする請求項４に記載の口広げ金属管の製造方法。
6. 前記中空素管は、電縫鋼管又は継目無鋼管である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の口広げ金属管の製造方法。

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