JPH0342110A - 管の超音波引抜き加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、管の超音波引抜き加工に関し、高減面率及び
高速度での引抜き加工を可能とし、管の内面、外面の潤
滑性を向上させて焼付き、ビビリを発生せず、安定して
良好な管品質を得ることができ、しかもプラグ、ダイス
の寿命の向上を可能にする加工方性に関する。

［従来の技術］ 管の引抜き加工において超音波を利用することは従来か
ら行われている。そして、プラグを軸方向に振動させる
方法が特公昭５４−２２４２２号公報、特開昭６３−６
００１６号公報等に開示されている。この方法は、プラ
グを軸方向に振動させることにより、管内面の潤滑性の
改善を図り、減面率や引抜き速度の向上を目的とするも
のである。しかし、管外面に対しての潤滑性の改善につ
いての考慮がなされておらず、高減面率、高速での引抜
きを行なおうとする場合、管外面に焼付きやダイスの損
傷がしばしば見るられる。

一方、ダイスに超音波振動を与える方法としては、ダイ
スを軸方向に振動させる方法（特開昭５１−６０６６２
号、特開昭５０−２５８９９号）及びダイスを半径方向
に振動させる方法（特開昭５０−１５７７０号）が公知
である。これらのダイスに超音波を与える従来の超音波
引抜き加工装置は、例えば第４．５図に示すようになっ
ている。

即ち、素管１をダイス２を通してキャリッジ７のチャッ
ク８で掴んで引抜きを行うに際し、第４図て；＝ダイス
２に軸方向の振動を与えるように、また第５図ではダイ
ス２に半径方向の振動を与えるように、それぞれ超音波
振動系５．６を有している。ここで、プラグ４としては
円筒型のちのを通常用いており、マンドレル３によって
プラグ４をダイス２中に推持し、マンドレル３の後端で
プラグに作用する引張り力を支持している。

こうして、超音波振動を与えることにより、減面率、引
抜き速度の向上、潤滑性の改善、焼き付きやビビリの防
止を図ることを目的としている。

［解決しようとする課題］ しかし、上記のダイスに超音波振動を方〆去によっても
、上記の目的か達成されているとは言えなかった。即ち
、これらの方法はダイスに振動を与えるために、管外面
への振動の効果は顕著であり、それにより管外面の潤滑
性の改善と、それに伴う焼付き、ビビリの防止は達成さ
れるが、他方、管外面に比べて温度、圧力等の摩擦条件
がより厳しい管内面への効果は少なく、しばしば管内面
に焼付き、プラグを支持するマンドレルにビビリの発生
、場合によっては管やマンドレルの破断、プラグの損傷
などが生じ、これが原因で減面率や引抜き速度を目的と
する値まで上げられないことがある。

本発明は、上記のような問題点を解消できるようにした
管の超音波引抜き加工方法を提供することを課題とする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の管の超音波引抜き加工方法は、ラッパ型ダイス
に超音波振動を与える管の引抜き加工において、テーパ
型プラグを用いると共に、上ｌ己プラグと管内面との間
に７ロ滑浦を供給しつつ引抜き加工を行うことを特徴と
するものである。

［作用］ 管外面に関しては、ラッパ型ダイスに軸方向ちるいは半
径方向の超音波振動を与えることにより、ダイスと管が
相対運動をしてダイスと管外面との開の摩擦−係数を低
減することができる。一方、管内面に関しては、テーパ
型プラグを用いると共に、このプラグと管内面との間に
潤滑油を供給することにより、管内面の潤滑性を向上さ
せることができる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

プラグ１１には先端に平行部１２を有し、管１と接触し
始める人口部をテーパ状１３にしたテバブラグを用いる
。ダイス２は、テーパしたアプローチ部９とベアリング
部１０とからなる通常のラッパ型ダイスである。まず、
ラッパ型ダイス２のテーパしたアプローチ部９のアプロ
ーチ角度Ｂと、プラグ１１のテーパ角度Ａとの関係につ
いて説明する。

流体、悄滑論によればプラグと管とのＩｆｆ＋の油膜厚
さｈは、 ｈ−３７７Ｕ／１（ＰＩ−ＰＯ）ｔａｎ（Ｂ−Ａ）ｌ　
　　（１）で与えられる。ここで、ηは潤滑油の粘度、
Ｕは管の速度、Ｐｌ、Ｐ２はそれぞれ接触圧力、潤滑油
の初ＩＩ圧力である。

従って、プラグのテーパ角Ａが大きくなり、（Ｂ−Ａ）
が小さくなる程、油膜厚さｈはノ；きくなる。そこで、
油膜厚さｈを充分確保するために、２°≦（Ｂ−Ａ）≦
８°、即ち次式の関係にする。

Ｂ−８≦Ａ≦Ｂ　−２（２） また、マンドレル３に作用するする力はプラグ４に作用
する力との釣合いから、 Ｆ　−ＰＬＫ（Ｄ　１　＋Ｌ　ｋｔａｎ　Ａ）ｙｒ　（
ｓｉｎＡ−ｔｔｃｏｓ　、４）　　　（３）で与えられ
る。ここで、Ｐはプラグ面圧、Ｌｋは接触長、Ｄｌはプ
ラグ径、μは摩擦係数である。

従って、プラグのテーパ角Ａが大きくｔ；れば、マンド
レルに作用する力Ｆは減少し、μ−１ａｎ　ＡでＦ−０
となり、マンドレルには力が作用しなくなる。通常、管
の引抜き加工において、焼付き等が生じず、安定して引
抜き加工が行われる際の摩擦係数μの範囲は、０，０３
≦μ≦０．３であり、マンドレルに作用する引張り力を
ゼロにするためのＡの範囲は、 １．７２’　≦Ａ≦１６．７０’　　　　（４）となる
。

従って、管内面に充分な油膜厚さを確ｆＱ　Ｌ、且つマ
ンドレルに作用する引張り力を軽減するたるのプラグの
テーパ角Ａは、上記の（２）式及び（４）式の両方を満
足する値とすればよい。

次に、プラグ４と管１内面との間への潤滑油の供給方法
について説明する。

上述のように、テーパ型プラグを採用することにより、
マンドレル３に作用する引張り力を軽減あるいはゼロに
できるため、マンドレル３に孔７をあけ中空にしである
。そして、潤滑油タンク１７からの潤滑油をポンプ１８
により加圧し、マンドレル３を通して送給し、プラグシ
ャンク部１４またはマンドレル３の先端に設けた小孔よ
り潤滑油を噴出して、管内面とプラグとの間に潤滑油を
供給する。なお、第２図に示すように、噴出孔１５はプ
ラグシャンク部１４のできるだけテパ部１３に近い箇所
に設け、且つ噴出孔１５の角度は管内面とプラグとの接
触開始位置の方向を向くことが、潤滑油をプラグと管内
面との間に導入するために有効である。また、第３図に
示すように、マンドレル３の先端部に噴出孔１６を設け
る場合も同様である。この場合、プラグシャンク１４後
端が潤滑油の噴出に対し障害になる場合には、プラグシ
ャンク後端を面取りする。

噴出孔１５．１６は、いずれの場合にも、円周方向に１
箇所以上、望ましくは２箇所以上設ける方が、管内面に
均一に潤滑油を供給するのに有効である。

また、供給する潤滑油の圧力を高めれば、上記（１）式
中のＰＯが大きくなることにより、油膜厚りを厚くする
ことができる。しかし、通常用いられている１　０００
　ｃ　ｓｔ以下の潤滑油であれば、１００気圧以下の圧
力でよい。

潤滑油を通すためにマンドレルに３に開けた孔７の内径
は、粘度１０００ｃｓｔ以下の潤滑油を容易に供給でき
るようにするため５　ｍｍ以上あることが好ましい。

プラグシャンク部あるいはマンドレル先端部に設ける潤
滑油の噴出孔１５．１６は、潤滑油を高圧で噴出させる
ために、５＋ｏｕ以下であることが好ましく、粘度１０
００ｃｓｔ程度の潤滑油を噴出させるためにには１ｍ１
ｍ以上の径であることが望ましい。

マンドレルとプラグとをねじで接続し、プラグシャンク
部に噴出孔を設ける場合には、マンドレルの孔に連通ず
る孔をプラグシャンク部に開ける。

また、管外面の潤滑は、第１図に示すように、ポンプ１
８からの配管１９の先端ノズル２０により、管外面に潤
滑油を塗布するようにしている。

なお、上記例では、中空マンドレル３から潤滑油を供給
しているが、上記の管外面に供給する場合と同様に、ポ
ンプからの配管をマンドレル３に沿わせて設け、ノズル
から管内面とプラグとの接触開始位置に噴出させるよう
にしてもよい。

更に、管の内径仕上げのためのプラグ１１の平行部１２
の長さは、プラグの平行部の径をＤとすれば、０．２〜
０．８Ｄの間にあることが望ましく、プラグの先端は適
当な面取りあるいは丸みで逃げを設けることが好ましい
。

具体例１ 素管とし外径３４．０ｍｍ、肉厚２．８ｍ頂、長さ７ｍ
の５ＵＳ３０４を用い、ダイスを軸方向に超音波振動さ
せる方式によって引抜き加工を行った。

ここで、超音波周波数は２０ＫＨｚ、振動振幅５μであ
り、ダイス孔径２５關、プラグ径２１１ＩＩＩ１１１引
抜き速度は１０ｍ／ｌ１ｉｎとした。また、潤滑油とし
ては粘度５００ｃｓｔ（４０’　Ｃでの値）の鉱物系潤
滑油を１０気圧の圧力で、外径１５ｒＤ１１の中空マン
ドレル（孔径８ｍ１）の先端に設けた２箇所の噴出孔（
孔径２ｍｍ）より管内面に供給すると共に、管外面には
ダイス直前に設けたノズル（ノズル径４＋ｎ＋ｓ）によ
り同じ潤滑油を塗布した。ダイスのアプローチ角Ｂは１
２°のものを用い、プラグのテーパー角Ａを種々変えて
引抜きを行った。プラグ平行部の長さは１０關、先端は
２ｃで面取りしたものを用いた。

その結果を表１に示す。この表には、比較のため円筒プ
ラグを用いた場合、及び超音波振動を与えない場合の結
果も示しである。

表 １ 超音波振動を与えない場合、あるいは超音波振動を与え
ても円筒プラグや、テーパ角の小さな場合には、管の焼
付きや破断あるいはマンドレルのビビリが生じた。

一方、ダイスに超音波振動を与え、テーパ角４°〜１０
°のプラグを用いれば、管外面、内面ともに焼付きがな
く、マンドレルのビビリも無い安定した引抜き作業を行
うことができた。

具体例２ 素管とし外径６０．５ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、長さ７ｍ
の５ＵＳ３１６を用い、ダイスを半径方向に超音波振動
させる方式によって引抜き加工を行った。

ここで、超音波周波数は２０ＫＨｚ、振動振輻８μであ
り、ダイス孔径４５ｍ讃、プラグ径４２ｍｍ。

引抜き速度は２０ｒｎ／ｌ１ｌｉｎとした。また、潤滑
油は上記の具体例１と同じものを用いた。この潤滑油を
３０気圧の圧力で、外径３０ｍ１のマンドレルの孔径１
０ｍ１の孔を通して、プラグシャンク上の円周方向４箇
所の噴出孔（孔径１ｍ１）より管内面に供給した。管外
面にはダイス直前に円周方向に孔径２　ｍｍのノズルを
４箇所設け、同じ潤滑油を塗布した。ダイスのアプロー
チ角Ｂは１０’のちのを用い、プラグのテーバー角Ａを
種々変えて引抜きを行った。プラグ平行部の長さは１５
ｍｍとし、先端は３ｒで丸めたものを用いた。

その結果を表２に示す。この表にも、比較のため円筒プ
ラグを用いた場合、及び超・音波振動を与えない場合の
結果も示しである。

表　　　　２ 超音波振動を与えない場合、あるいは超音波振動を与え
ても円筒プラグや、テーパ角の小さな場合には、管の焼
付きや破断が生じた。

一方、ダイスに超音波振動を与え、テーパ角２°〜８°
のプラグを用いれば、管外面、内面ともに焼付きがなく
、マンドレルのビビリも！い安定した引抜き作業を行う
ことができた。

また、上記具体例１及び２に代表される大発明方法によ
れば、プラグ、ダイスともに焼付きなどによる損傷が発
生しないため、従来の方法に比べ１００倍以上の寿命が
得られることが明らかになった。

［発明の効果］ 本発明の管の超音波引抜き加工方法は上記のようなもの
で、ラッパ型ダイスを超音波振動させることにより、管
外面の潤滑性を向上させることができる。一方、テーバ
型プラグを用いると共に、このプラグと管内面との間に
潤滑油を供給することにより、管内面の潤滑性を向上さ
せることができる。こうして、管の焼付き、マンドレル
のビビリ、あるいは管やマンドレルの破断を生ずること
なく、しかもプラグ、ダイスの寿命の向上が可能で、高
減面率および高引抜き速度の加工が安定してできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の説明図、第
２図及び第３図はそれぞれ異なる潤滑油供給方法の説明
図、第４図はダイスに軸方向の超音波振動を与える従来
の引抜き加工装置の説明図、第５図はダイスに半径方向
の超音波振動を与える装置を引抜き方向から見た説明図
である。 １・・・素管、２・・・ラッパ型ダイス、３・・・マン
ドレル、９・・・ダイスアプローチ部、１０・・・ダイ
スベアリング部、１１・・・テーパプラグ、１２・・・
平行部、１３・・・テーパ部、Ａ・・・プラグのテーパ
角、Ｂ・・・ダイスアプローチ部のテーパ角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ラッパ型ダイスに超音波振動を与える管の引抜き加工
   において、テーパ型プラグを用いると共に、上記プラグ
   と管内面との間に、潤滑油を供給しつつ引抜き加工を行
   うことを特徴とする管の超音波引抜き加工方法。