JP6492727B2 - Manufacturing method of thickened steel pipe - Google Patents
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本発明は、素材鋼管よりも肉厚が増加した増肉鋼管を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a thickened steel pipe having a wall thickness increased as compared with a raw steel pipe.
例えばトーションビームや排気マフラー等の自動車部品の中には、肉厚が一定の鋼管を素材とし(以下、このような鋼管を「素材鋼管」という)、この素材鋼管に口広げ加工(拡径加工)を行うことによって製造されるものがある。素材鋼管から製造される自動車部品の口広げ加工に伴って素材鋼管の肉厚は減少する。 For example, some automotive parts such as torsion beams and exhaust mufflers are made of steel pipes with a constant wall thickness (hereinafter referred to as “steel pipes”), and the material pipes are widened (diameter expansion). Some are manufactured by performing. The thickness of the raw steel pipe decreases with the spread processing of the automobile parts manufactured from the raw steel pipe.
減肉の程度によっては、自動車部品の肉厚に関する設計要件を満足できないことがあるとともに、最悪の場合には拡径加工された部分で割れが発生し、所望の自動車部品を製造できないことがある。 Depending on the degree of thickness reduction, the design requirements related to the thickness of the automobile parts may not be satisfied, and in the worst case, cracks may occur in the diameter-expanded portion, and the desired automobile parts may not be manufactured. .
自動車部品の成形時に問題となるこのような減肉を抑制する方法の一つとして、成形後の素材鋼管における減肉が予見される部位の肉厚を、口広げ加工を行われる前に事前に増加させる増肉加工を行って増肉鋼管とすることが知られる。素材鋼管よりも肉厚が増加した増肉鋼管を簡易に予成形することができれば、その後に例えば口広げ加工等の、増肉鋼管の肉厚を減少させる二次加工により増肉鋼管に減肉が生じても、二次加工後の自動車部品の肉厚に関する設計要件を満足することが可能である。 As one of the methods to suppress such thinning that becomes a problem when molding automobile parts, the thickness of the part where the thinning of the material steel pipe after molding is predicted is preliminarily processed before the opening process is performed. It is known to increase the thickness of the steel pipe by increasing the thickness. If a thickened steel pipe with increased wall thickness can be easily pre-formed, it will be reduced to a thickened steel pipe by secondary processing that reduces the wall thickness of the thickened steel pipe, for example, widening, etc. Even if this occurs, it is possible to satisfy the design requirements regarding the thickness of the automobile part after the secondary processing.
特許文献1〜3には、冷間での口広げ加工に用いる工具の形状を工夫することにより素材鋼管を増肉させて増肉鋼管を製造する発明が開示されている。特に、特許文献3には、第1工程として、テーパ角が30度以上60度未満であるテーパ部を有するパンチを金属製の管の一端から挿入してその管の一端部に増肉された拡管部を形成した後、第2の工程として、第1の工程で得た拡管部を、テーパ部を有する縮管型内に挿入して所定径に縮管することによって、所望の増肉部を有し、かつその増肉部の外径が他の部分の外径と同一或いは略同一径の金属管を、冷間加工で容易かつ低コストで製造する発明が開示されている。
Patent Documents 1 to 3 disclose inventions in which a steel tube is manufactured by increasing the thickness of a material steel pipe by devising the shape of a tool used for cold mouth opening. In particular, in
特許文献1〜3により開示された発明によれば、確かに、口広げ加工の前後における外径をt0,t1とした場合に{(t1−t0)/t0}×100(%)として規定される所定の拡管率(拡径率)の口広げ加工において増肉鋼管の管端部近傍の減肉を抑制することができる。 According to the invention disclosed in Patent Literatures 1 to 3, it is true that {(t 1 −t 0 ) / t 0 } × 100 () when the outer diameters before and after the flaring process are t 0 and t 1. %), It is possible to suppress thinning in the vicinity of the pipe end of the thickened steel pipe in the widening process with a predetermined pipe expansion rate (diameter expansion rate) defined as “%”.
しかし、特許文献1〜3により開示された発明によっても、特許文献2に開示されているように、大きい拡径率、例えば拡径率50%以上で増肉鋼管を成形するには、据え込み加工しながらあるいは多工程にわけて口広げ成形しないと、増肉鋼管の管端部での減肉が大きくなり、最後まで成形できずに最管端部で割れるおそれがある。
However, according to the invention disclosed in Patent Documents 1 to 3, as disclosed in
特に、本発明者らの検討結果によれば、特許文献3により開示された発明のように、素管に拡径加工を行った後に縮径加工を行って増肉鋼管を製造すると、(a)増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度が約16%程度しか得られず、増肉の程度が十分ではないこと、(b)増肉鋼管の管端部が減肉してしまい(例えば、溶接部の脇で約2.7%減肉し、母材部で約1.2%減肉する)、二次加工で拡管率80%以上拡径する場合には管端部での割れが懸念されることという課題があり、素材鋼管を十分に増肉させて所望の増肉鋼管を得ることが難しいことが判明した。
In particular, according to the examination results of the present inventors, as in the invention disclosed in
本発明は、従来の技術は有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を約27%以上と十分に得られるとともに、管端部での減肉を小さくして増肉鋼管を製造する方法を提供することである。 The present invention has been made in view of such problems that the prior art has, and it is possible to sufficiently obtain a degree of thickness increase in the longitudinal direction position from the tube end in the increased thickness portion of about 27% or more, It is to provide a method of manufacturing a thickened steel pipe by reducing the thinning at the pipe end.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、特許文献3により開示された方法とは異なり、素管に縮径加工を行った後に拡径加工を行って増肉鋼管を製造すること、具体的には、冷間で、テ―パ角が大きく原管を座屈させない口絞り工具(縮径工具)を用いて素材鋼管を所定の縮径率で縮径加工した後に、この縮径率と略同じ割合の拡径率を有する口広げ工具(拡径工具)を用いて、縮径加工された素材鋼管に拡径加工を行うことにより、増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を約27%以上と十分に得られるとともに、管端部での減肉を小さくして増肉鋼管を製造でき、この増肉鋼管に、例えば拡径率80%以上で二次加工(口広げ加工)を行えば、素材鋼管から口広げ成形したものに比べて最管端部での減肉を抑制でき、割れなく成形可能であることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention, unlike the method disclosed by
本発明は、素材鋼管の一端に、テ―パ角が30度以下であるとともにテ―パ部の曲率半径が20mm以上である口絞り工具を挿入して、前記素材鋼管に芯金を挿入することなく、かつ前記素材鋼管の前記一端を押圧することなく、前記素材鋼管を所定の縮径率で縮径加工して中間鋼管を製造した後に、前記中間鋼管の前記素材鋼管の一端に対応する管端に、前記縮径率と略同じ割合の拡径率を有するとともにテ―パ角が30度以上である口広げ工具を挿入して、前記中間鋼管の前記管端を押圧することなく、前記中間鋼管に拡径加工を行うことにより、前記素材鋼管よりも大きな肉厚を有する増肉鋼管を製造することを特徴とする増肉鋼管の製造方法である。
The present invention, on one end of the material steel, Te - Te with path angle is less than 30 degrees - the curvature of the path section radius by inserting a mouth aperture tool is 20mm or more, inserting the core metal into the material steel pipe The intermediate steel pipe corresponds to one end of the raw steel pipe after the intermediate steel pipe is manufactured by reducing the diameter of the raw steel pipe at a predetermined reduction ratio without pressing the one end of the raw steel pipe. the tube end, said with tape having the radial contraction rate substantially enlarged rate of the same rate - Pas angle by inserting a mouth widened tool is more than 30 degrees, without pressing the tube end of said intermediate steel pipe, A method of manufacturing a thickened steel pipe, wherein a thickened steel pipe having a larger wall thickness than that of the material steel pipe is manufactured by subjecting the intermediate steel pipe to a diameter expansion process.
本発明により製造される増肉鋼管の増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を約27%以上と十分に得られるとともに、素材鋼管として溶接鋼管を用いた場合には、管端での周方向位置において、溶接部の脇で約0.5%の減肉が見られるものの、それ以外の母材部では約1.5%増肉できる。 In the case of using a welded steel pipe as the material steel pipe, the degree of the thickening in the longitudinal direction position from the pipe end in the thickened part of the thickened steel pipe manufactured according to the present invention can be sufficiently obtained as about 27% or more. In the circumferential position at the pipe end, about 0.5% of the thickness is reduced by the side of the weld, but the thickness of the other base material can be increased by about 1.5%.
本発明は、原管の肉厚t(mm)と、外径D(mm)との比(t/D)は0.005〜0.3であり、0.5≦t≦30であり、15≦D≦700である条件で適用される。 In the present invention, the ratio (t / D) between the thickness t (mm) of the original tube and the outer diameter D (mm) is 0.005 to 0.3, and 0.5 ≦ t ≦ 30. It is applied under the condition of 15 ≦ D ≦ 700.
本発明が適用される原管の鋼種は特に限定されないが、例えば高張力鋼のような、強度の高い金属材料であっても、好ましく用いることができる。 The steel type of the original pipe to which the present invention is applied is not particularly limited, but even a high-strength metal material such as high-strength steel can be preferably used.
本発明により、素材鋼管よりも肉厚が増加した増肉鋼管を簡易に成形することができる。本発明に製造された増肉鋼管に、例えば口広げ加工等の、増肉鋼管の肉厚を減少させる二次加工を行うと、増肉鋼管に減肉が生じても、二次加工後の自動車部品の肉厚に関する設計要件を満足することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to easily form a thickened steel pipe having a wall thickness that is greater than that of the material steel pipe. When secondary processing for reducing the thickness of the thickened steel pipe is performed on the thickened steel pipe manufactured according to the present invention, for example, widening processing, even if the thinned steel pipe is thinned, It becomes possible to satisfy the design requirements regarding the thickness of the automobile parts.
本発明を、添付図面を参照しながら説明する
図1(a)〜図1(e)は、本発明に係る製造方法により増肉鋼管6を製造する状況を示す説明図である。なお、図1(a)〜図1(d)において、符号2は口絞り工具を示し、符号5は口広げ工具を示す。
The present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A to FIG. 1E are explanatory views showing a situation in which a thickened steel pipe 6 is manufactured by the manufacturing method according to the present invention. In FIGS. 1A to 1D,
図1(a)〜図1(e)に示す工程は、素材鋼管1に、口絞り工具2および素材鋼管1を支持する金型3を用いて、縮径加工を行って中間鋼管4を製造し、中間鋼管4に、口広げ工具5および中間鋼管4を支持する金型3を用いて、拡径加工を行って増肉鋼管6を製造する。
In the steps shown in FIGS. 1A to 1E, the intermediate steel pipe 4 is manufactured by reducing the diameter of the raw steel pipe 1 using the
素材鋼管1の鋼種は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金鋼などがあるが、高張力鋼のような、強度の高い金属材であっても、好ましく用いることができる。 Although the steel types of the material steel pipe 1 include, for example, stainless steel and aluminum alloy steel, even a high-strength metal material such as high-tensile steel can be preferably used.
素材鋼管1の肉厚をt(mm)とするとともに外径をD(mm)とした場合に、t/D:0.005〜0.3、0.5≦t≦30、15≦D≦700の範囲を満足する素材鋼管1を用いることができる。 When the thickness of the raw steel pipe 1 is t (mm) and the outer diameter is D (mm), t / D: 0.005 to 0.3, 0.5 ≦ t ≦ 30, 15 ≦ D ≦ The raw material steel pipe 1 which satisfies the range of 700 can be used.
この口絞り加工に用いる口絞り工具2のテーパ角θ1は5〜50度のものを用いることができるが、テ―パ角が大きくなると軸方向荷重が大きくなり、座屈が生じやすくなるので、テーパ角が20〜30度の口絞り工具を用いることが望ましい。
This mouth aperture taper angle theta 1 of the
また、テ―パ部の曲率半径R(mm)についても検討した結果、曲率半径Rを小さくすれば(例えば10mm)軸方向荷重が大きくなるため、増肉の効果も期待できるが、その分座屈が生じ易くなるため、テ―パ部の曲率半径Rは20〜30mmであることが望ましい。 Further, as a result of studying the radius of curvature R (mm) of the taper portion, if the radius of curvature R is reduced (for example, 10 mm), the axial load increases, so that an effect of increasing the thickness can be expected. In order to bend easily, the radius of curvature R of the taper portion is desirably 20 to 30 mm.
すなわち、図1(a)および図1(b)に示すように、テ―パ角θ1が30度以下、テ―パ部の曲率半径Rが20mm以上である口絞り工具(縮径工具)2を用いて素材鋼管1を所定の縮径率(例えば25%)で縮径加工を行って中間鋼管4を製造した後に、図1(c)および図1(d)に示すように、縮径加工の縮径率と略同じ割合の拡径率を有するとともにテ―パ角が30度以上である口広げ工具(拡径工具)5を用いて、中間鋼管4に拡径加工を行うことにより、図1(e)に示すように、素材鋼管1の肉厚よりも大きな肉厚を有する増肉鋼管6を製造する。 That is, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), Te - less path angle theta 1 is 30 degrees, Te - mouth aperture tool (contraction径工tool) the radius of curvature R of the path portion is 20mm or more 2 is used to produce the intermediate steel pipe 4 by reducing the diameter of the raw steel pipe 1 at a predetermined reduction ratio (for example, 25%), and then, as shown in FIGS. 1 (c) and 1 (d), A diameter expansion process is performed on the intermediate steel pipe 4 by using a widening tool (diameter expansion tool) 5 having a diameter expansion ratio substantially equal to the diameter reduction ratio of the diameter processing and a taper angle of 30 degrees or more. Thereby, as shown in FIG.1 (e), the thickened steel pipe 6 which has a thickness larger than the thickness of the raw steel pipe 1 is manufactured.
口広げ工具5のテ―パ角θ2は、口絞り工具2のテーパ角θ1とほぼ同様に5〜60度のものを用いることができる。口広げ工具5のテ―パ角θ2が小さ過ぎると軸方向荷重があまりかからないために増肉効果は小さくなり、一方、テ―パ角が大き過ぎると軸方向荷重が大きくなり過ぎて座屈が生じやすくなるため、テ―パ角θ2は30度以上であることが望ましい。
Mouth spread the tool 5 Te - Pas angle theta 2 may be used as the substantially the same manner as 5 to 60 degrees and taper angle theta 1 of the
図1(a)〜図1(e)に示す本発明によって、素材鋼管1よりも肉厚が増加した増肉鋼管6を簡易に成形することができる。本発明に製造された増肉鋼管6に、例えば口広げ加工等の、増肉鋼管6の肉厚を減少させる二次加工を行うと、増肉鋼管6に減肉が生じても、二次加工後の自動車部品の肉厚に関する設計要件を満足することが可能になる。 According to the present invention shown in FIGS. 1 (a) to 1 (e), a thickened steel pipe 6 having a thickness larger than that of the raw steel pipe 1 can be easily formed. If secondary processing for reducing the thickness of the thickened steel pipe 6 is performed on the thickened steel pipe 6 manufactured according to the present invention, for example, squeezing, for example, even if the thinned steel pipe 6 is thinned, It becomes possible to satisfy the design requirements regarding the thickness of the automobile parts after processing.
このようにして、素材鋼管1の肉厚よりも大きな肉厚を有する増肉鋼管6を製造することができる。増肉鋼管6の外径は素材鋼管1の外径と同じにしてもよいし、素材鋼管1の外径とは少し異ならせて略同じ外径としてもよい。 In this way, the thickened steel pipe 6 having a thickness larger than the thickness of the material steel pipe 1 can be manufactured. The outer diameter of the thickened steel pipe 6 may be the same as the outer diameter of the material steel pipe 1 or may be slightly different from the outer diameter of the material steel pipe 1 so as to be substantially the same.
なお、素材鋼管1,中間鋼管4と口絞り工具2,口広げ工具5との焼付きを防止するために潤滑剤を塗布するのが望ましいが、潤滑剤の種類によって軸方向への摺動のし易さが変化し、それによって増肉効果も異なるため、適当な潤滑剤を用いればよい。
It is desirable to apply a lubricant to prevent seizure between the raw steel pipe 1, the intermediate steel pipe 4, the
本発明により製造される増肉鋼管6の増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を約27%以上と十分に得られるとともに、管端部での減肉を小さくして(溶接部の脇で約0.5%の減肉が見られるものの、それ以外の母材部では約1.5%増肉)
増肉鋼管6を製造できる。
In the thickened steel pipe 6 manufactured according to the present invention, the thickness increase in the longitudinal position from the pipe end in the thickened part can be sufficiently obtained as about 27% or more, and the thinning at the pipe end is reduced. (Although thinning of about 0.5% can be seen at the side of the weld, it is about 1.5% thicker for other base materials)
The thickened steel pipe 6 can be manufactured.
このように、本発明によれば、素材鋼管1よりも肉厚が増加した増肉鋼管6を簡易に成形することができる。本発明に製造された増肉鋼管6に、例えば口広げ加工等の、増肉鋼管6の肉厚を減少させる二次加工を行うと、増肉鋼管6に減肉が生じても、二次加工後の自動車部品の肉厚に関する設計要件を満足することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the thickened steel pipe 6 whose thickness is increased as compared with the material steel pipe 1 can be easily formed. If secondary processing for reducing the thickness of the thickened steel pipe 6 is performed on the thickened steel pipe 6 manufactured according to the present invention, for example, squeezing, for example, even if the thinned steel pipe 6 is thinned, It becomes possible to satisfy the design requirements regarding the thickness of the automobile parts after processing.
素材鋼管(外径D:22.2mm,肉厚t:1.2mm,t/D:0.054,鋼種:ステンレス鋼)に、縮径加工を行った後に拡径加工を行う本発明と、拡径加工を行った後に縮径加工を行う特許文献3に記載の発明とにより、管端部から軸方向へ40mmの範囲における肉厚が増肉した増肉鋼管を製造する状況を、数値解析した。
The present invention for performing a diameter expanding process after performing a diameter reducing process on a material steel pipe (outer diameter D: 22.2 mm, wall thickness t: 1.2 mm, t / D: 0.054, steel type: stainless steel), Numerical analysis of the situation of manufacturing a thickened steel pipe with increased wall thickness in the range of 40 mm from the pipe end to the axial direction by the invention described in
なお、縮径加工に用いる口絞り工具のテーパ角θ1は20度、テ―パ部の曲率半径Rは25mmであり、素材鋼管に対する縮径率は25%である。また、素材鋼管,中間鋼管と口絞り工具,口広げ工具との焼付きを防止するために潤滑剤を塗布した。 Incidentally, the taper angle theta 1 is 20 degrees mouth aperture tool used in diametral reduction, Te - the radius of curvature R of the path portion is 25 mm, radial contraction rate for the material steel pipe is 25%. In addition, a lubricant was applied to prevent seizure of the raw steel pipe, the intermediate steel pipe, the mouth drawing tool, and the mouth spreading tool.
なお、本発明における、中間鋼管に対する拡径加工に用いる口広げ工具のテーパ角θ2は、50度、30度、20度の3水準とした。 In the present invention, the taper angle θ 2 of the mouth-opening tool used for the diameter expansion processing on the intermediate steel pipe is set to three levels of 50 degrees, 30 degrees, and 20 degrees.
本発明、特許文献3に記載の発明により得られた増肉鋼管それぞれについて、増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度と、管端部での減肉と、管端での周方向位置における肉厚の、素材管の元肉厚に対する変動代とを求めた。
For each of the thickened steel pipes obtained by the invention described in the present invention,
図2は、増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を示すグラフであり、図3は、管端での周方向位置における肉厚を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the degree of thickening at the longitudinal position from the pipe end in the thickened portion, and FIG. 3 is a graph showing the thickness at the circumferential position at the pipe end.
図2にグラフで示すように、増肉部における管端からの長手方向位置における増肉の程度を、本発明によれば約27%以上と十分に増肉できたのに対し、特許文献3に記載の発明によれば約16%と不芳であったことがわかる。
As shown in the graph of FIG. 2, the thickness increase at the longitudinal position from the pipe end in the increased thickness portion was sufficiently increased to about 27% or more according to the present invention, whereas
図3にグラフで示すように、本発明によれば、管端部での減肉を、特許文献3に記載の発明よりも軽減できたことがわかる。
As shown in the graph of FIG. 3, it can be seen that, according to the present invention, the thickness reduction at the pipe end portion can be reduced as compared with the invention described in
さらに、図3にグラフで示すように、割れが懸念される管端においても殆ど減肉しておらず(溶接部近傍で0.5%の減肉)、母材部が増肉していることがわかる。 Furthermore, as shown in the graph of FIG. 3, the pipe end where there is a concern about cracking is hardly thinned (0.5% thinning near the welded portion), and the base metal part is thickened. I understand that.
1 素材鋼管
2 口絞り工具(縮径工具)
3 金型
4 中間鋼管
5 口広げ工具(拡径工具)
6 増肉鋼管
1
3 Mold 4 Intermediate steel pipe 5 Opening tool (Expansion tool)
6 Thickened steel pipe
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