JPH06218425A - 異形棒あるいは異形管の引抜加工方法およびその引抜加工用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 矯正工程を経ること無しに高い真直度を得る
ことができ、品質のより安定した異形棒あるいは異形管
をより安価に製造する。 【構成】 ダイス１のダイス半角αを５°以下とし、製
品３の断面形状と相似な断面形状をもつ素材２を引抜加
工途中においても製品断面形状と相似関係を維持しつつ
２回以上引抜加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円形断面をもたない異
形棒あるいは異形管を引抜加工するための引抜加工方法
および引抜加工用金型に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常の丸棒、管のような円形断面をもつ
抽伸製品は、冷間引抜加工後矯正工程を経て製品仕様を
満足する真直度を得ることが一般的である。しかしなが
ら、四角棒、六角棒に代表される異形棒あるいは異形管
は、円形断面をもつ抽伸製品と異なり、機械設備による
曲がり矯正工程をもつことは希である。その理由は、特
定製品だけにしか利用できない専用設備となり、設備は
高価で、かつ需要も一般的には専用設備をもつほど多く
を期待できないからである。したがって、異形棒あるい
は異形管の引抜加工は通常挺子を利用するような仕方で
製品自身を挺子とし、曲がり方向およびその程度を目視
で判定しつつ、一本ずつ手作業で矯正していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異形棒
あるいは異形管の引抜加工方法においては、上述のよう
な手作業による矯正工程を必要とするため、生産性が低
く、製造原価を大幅に上昇させるという問題があった。
また、製品の真直度に関する品質にある範囲の分布をも
ち、１本１本あるいは製造機械ごとにその均質性に欠け
る嫌いがあるという問題もあった。

【０００４】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、矯正工程を経ること無しに高い真直度を得ること
ができ、品質のより安定した異形棒あるいは異形管をよ
り安価に製造することができるようにした引抜加工方法
およびその引抜加工用金型を提供することにある。

【０００５】本発明者は上記目的を達成するため種々の
実験と研究を重ねた結果、引抜工程および金型形状の組
み合わせにより、矯正工程を経ることなしに真直度に関
する難易度の高い製品仕様を満足する異形棒あるいは異
形管を得ることができる引抜加工方法および引抜加工用
金型を見出すことができた。すなわち、ダイス半角を５
°以下とし、製品断面形状と相似な断面形状をもつ素材
を引抜加工途中においても製品断面形状と相似関係を維
持しつつ２回以上引抜加工を行うものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、その第１の発明は、引抜加工用金型により円形断面
をもたない異形棒あるいは異形管を引き抜く引抜加工方
法において、製品断面形状と相似な断面形状をもつ素材
を引抜加工途中においても製品断面形状と相似関係を維
持しつつ２回以上引き抜くものである。第２の発明は、
上記第１の発明において、アルミニウム合金を含む銅、
黄銅等の展伸用金属あるいはその合金からなる引抜素材
をダイスによって引き抜くものである。第３の発明は、
上記第１または第２の発明に用いられる引抜加工用金型
において、ダイス半角が最大５°以下で、引抜加工途中
においても製品断面形状と相似関係を維持しつつ塑性変
形するよう規定したアプローチ形状を有するものであ
る。

【０００７】

【作用】本発明においては、製品断面形状（ダイス形
状）と相似関係を維持しつつ塑性変形させると塑性変形
が等方的に進行して変形が少なく、またダイス半角を５
°以下に設定すると、素材の寸法あるいは表面性状の変
動に起因する製品真直度の変動が少なく、しかも引抜加
工時の塑性変形が横断面全域にわたって均一な変形とな
る。したがって、高い真直度の引抜加工を行うことがで
きる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１はダイスの縦断面図、図２は同ダ
イスの横断面図である。本実施例は断面形状が四角形の
異形棒の引抜加工に適用した場合を示す。１は引抜加工
用金型としてのダイス、２は押出素材、３はダイス１に
よって引き抜かれた製品である。

【０００９】前記ダイス１は、円筒状に形成されたダイ
スケース１Ａと、ダイスケース１Ａ内に焼きばめた超鋼
合金、セラミックス等からなるダイス本体１Ｂとで構成
されているが、ダイス本体１Ｂとしては焼きばめに限ら
ず、ダイスケース１Ａと一体化させてダイス鋼、超鋼合
金等で製作されるものであってもよい。ダイス１の中央
にはダイス孔５が形成されており、またこのダイス孔５
の内周面はアプローチ部６、ベアリング部７およびレリ
ーフ部８を形成している。前記アプローチ部６は、押出
素材２の挿入側に傾斜する（広がる）テーパ面とされ、
その傾斜角、すなわちダイス半角α（αA ，αB ）は最
大５°以下に設定されている。この場合、アプローチ部
６の上下面のダイス半角αA と、側面のダイス半角αB
とは異なり、例えばαA ＝４°、αB ＝２．６７°にそ
れぞれ設定されている。前記ベアリング部７は、製品３
の外形寸法および形状を規定するもので、例えば高さＨ
＝２７ｍｍ、幅Ｗ＝１８ｍｍ、長さ（ベアリング長さ）
Ｌ＝２〜１０ｍｍの範囲に設定されている。前記レリー
フ部８は、製品３の引抜方向（矢印Ａ方向）に適宜角度
（β＝１０°程度）で傾斜する（広がる）テーパ面とさ
れる。レリーフ角βは、レリーフ部８の上下面、側面共
に同一角度とされる。前記素材２は、アルミニウム合金
を含む銅、黄銅等の展伸用金属、あるいはその合金から
なり、製品３の断面形状と相似関係を満足する断面形状
を有している。そして、この素材２は、引抜加工途中に
おいても製品断面形状と相似関係を維持しつつ２回以上
の引抜工程を経て製品３となる。１回の引抜加工範囲で
ある断面減少率は５〜３０％である。

【００１０】丸棒の引抜加工において、引抜力は図３に
示すような構成要素から説明されることが一般である。
すなわち、摩擦も付加的剪断変形も存在しない理想の塑
性変形をする際に必要な力（ａ）と、ダイス半角αの増
加に伴って漸増する付加的剪断変形に必要な力（ｂ）、
およびダイス半角αの増加に伴って漸減する摩擦力
（ｃ）とである。したがって、それらの総和である引抜
力はダイス半角αを変数として一般に曲線（ｄ）のよう
な変化をとる。図３より明らかなようにある断面減少率
を与えられるとそこで引抜力が最小となるダイス半角α
が存在し、従来これを最適ダイス半角とし、重要なダイ
ス設計仕様としてきた。また、このダイス半角は断面減
少率の増加に伴って漸増する。したがって、通常１回の
引抜加工範囲である断面減少率２０〜３０％において、
最適ダイス半角は約８°付近にあり、この近傍のダイス
半角を仕様とすることが一般である。矯正工程を経るこ
となしに、難易度の高い真直度仕様を満足する、円形断
面をもたない引抜棒あるいは引抜管製造技術を、ダイデ
ザイン、断面減少率、引抜工程の設定と言った、いわゆ
るソフトウエアの範囲で確立するためには、できるだけ
均一に塑性変形させることが望ましい。上述のような抽
伸業界の製造技術に関する常識と、抽伸製品の大部分が
円形断面をもつことを背景に、真直度に関する難易度の
高い製品仕様をもつ四角棒を得るための基礎調査とし
て、周囲４面のうち２面のみを引抜加工によって圧縮す
る一方向収縮の塑性変形を、ダイス半角を変数に測定し
た。供試材はＴ4 調質のＡ２０１１合金（ＪＩＳ Ｈ４
０４０（１９８８）、以下同様）製押出棒で、引抜加工
におけるダイス半角を変数とするメタルフローと、その
帰結である塑性変形の均一さをマイクロビッカース硬度
によって検証した。メタルフローの測定は半割り材の一
方の内面に格子線をけがき、２本１組として引抜加工を
行なった後、先進からの遅れ距離という仕方で調査し
た。それによると、経線の先進からの遅れ距離はダイス
半角の増加に伴って増加すること、すなわち、ダイス半
角の増加に伴って付加的な剪断変形量が増大することを
示し、相対的に均一変形からの偏りが大きくなることを
意味する。このことはマイクロビッカース硬度計による
硬度分布測定によっても一部裏付けられた。すなわち、
先進からの遅れ距離の大きい外周部ほどビッカース硬度
は高く、中央部の均一変形に近い部分は硬度が低くなる
というような硬度分布を得た。

【００１１】上述したように通常の引抜用ダイスのダイ
ス半角は約８°付近を仕様とする場合が殆どである。と
いうのは、一般に設定される断面減少率は２０〜３０％
の範囲で、これ以下の断面減少率では繰り返し加工する
とき生産性が劣ること、あるいは１回の引抜加工のみで
後工程に再結晶を開始するような熱処理工程をもつとき
は再結晶組織が粗粒となり、種々の欠陥の源となる可能
性をもつからである。一方、３０％を越える断面減少率
を設定するときは焼き付き、破断の危険が増加すること
が挙げられる。したがって、ダイス半角が約８°付近の
ダイスを用いると最小引抜力ですむことから同一引抜能
力を有する抽伸機であればより大きな断面積をもつ製品
の製造が可能となること、構造体としてのダイスそれ自
身の視点からは同一形状を持つ製品の引抜加工において
付加される応力が最小となることから、必要最小限度の
寸法ですむという利点をもつ。このような背景にあって
ダイス半角を最大５°以下と規定したのは、上述の結果
に基づいて塑性変形をより均一に行わせることは勿論、
ダイスのアプローチ部における素材との接触長さを適度
に長く保ち、素材がダイスアプローチ部に接触する直前
で起こすバルジ効果が外周に沿ってできる限り均一とな
ること、特にコーナー部でこの現象は増幅され易く、ダ
イス半角８°の通常のダイスではコーナー部の曲率にも
依存するが、著しいときはいわゆる鍛造加工でいう畳み
込みに相当する加工欠陥を引抜加工においても誘発する
一因となり得るからである。好ましくはダイス半角を最
大４°とすることで、特に下限のダイス半角を設定しな
かったのは、後述するように製品断面形状（ダイス形
状）と素材断面形状とが相似関係をもつばかりでなく、
引抜加工途中においても製品断面形状（ダイス形状）と
相似関係を維持しつつ塑性変形するよう配慮したアプロ
ーチ形状をもつことから、例えば長辺と短辺の長さの比
が大きな値をとる四角棒の引抜加工において、収縮率の
大きい短辺を含む面のアプローチのダイス半角を４°と
すれば、収縮率の小さい長辺を含む面のアプローチのダ
イス半角は限りなく零に近い値をとるからである。一
方、ダイス半角が５°を越える仕様とするとき、上述し
たようにダイス半角の増加に伴って付加的剪断変形量が
増加することより均一な塑性変形という観点からはかけ
離れること、さらには素材がダイスアプローチ部に接触
する直前で引き起こすバルジ効果が特にコーナー部で増
幅され、いわゆる鍛造加工でいう畳み込みに相当する加
工欠陥を引抜加工においても誘発する可能性をもつこ
と、その上特に断面減少率の小さいほど顕在化するので
あるが、ダイスアプローチ部における素材との接触長さ
が適正な範囲を外れ異常に短くなることから、引抜加工
途中にビビリを発生し生産性の阻害は勿論、真直度以前
の問題を持ち込むこととなる。

【００１２】但し、図３から明らかなように、ダイス半
角を最大５°以下とするダイスを用いる時の引抜力はダ
イス半角８°付近の仕様をもつダイスと比較して明らか
に過分の引抜力を必要とすること、さらにはダイスに付
加される荷重が大きくなることを考慮し、強度を備えた
ダイス設計を指向することから、ダイス製造コストの上
昇を引き起こすという欠点をもつものの、その損失を補
って余りある利益をもたらす。製品断面形状（ダイス形
状）と素材断面形状とが相似関係をもつばかりでなく、
引抜加工途中においても製品断面形状と相似関係を維持
しつつ塑性変形するよう配慮したアプローチ形状を規定
したのは、円形断面をもつ抽伸製品に見られるように、
素材横断面上で塑性変形が可能な限り等方的に進行する
ことを目指したものである。製品断面形状（ダイス形
状）と素材断面形状のみが相似関係をもち、引抜加工途
中においては製品断面形形状（ダイス形状）と相似関係
をもたないアプローチ形状をもつダイスを用いて引抜加
工するとき、僅かではあるが付加的剪断変形量の増加に
伴って引抜力の増加と同時に、先進からの遅れ距離も僅
かに増加することから、相対的に塑性変形の均一さから
かい離することが明らかになっている。

【００１３】さらに、引抜加工直前後にわたる製品断面
形状（ダイス形状）と素材断面形状とが相似関係をもつ
ことを規定したのは、上記理由と同一理由で、素材横断
面上で塑性変形が可能な限り等方的に進行することを目
指したものである。一方、この考え方の対極にあるのが
上述の四角棒を用いた周囲４面のうち２面のみを引抜加
工によって圧縮する一方向収縮の塑性変形で、塑性変形
の仕方が引抜方向または引抜方向に直角の方向によって
異なり塑性変形の均一さという観点からかい離が生ずる
ことは勿論、寸法形状、潤滑等の材料特性の小さな変動
に対する感受性の高いことが予想されることから引抜加
工時の曲がりの制御も困難になるものと推測される。

【００１４】素材とする押出材の寸法あるいは表面性状
の変動に起因する製品真直度の変動をできる限り低減さ
せるため、２回以上の引抜工程を規定したのは、周知の
ように押出加工が熱間加工であることから押出材は寸法
精度に劣り、抽伸製品が１／１００ｍｍの位の寸法公差
を問うことができるのに対し、押出製品においては１／
１０ｍｍの位であり、このような範囲の寸法変動が押出
材全長、押出本数、および押出機会毎に生じ、引抜加工
時の塑性変形の不均一さ、すなわち抽伸製品の真直度に
関する制御の困難さ、さらには抽伸製品の真直度品質の
低下を引き起こすからである。一方、１度引抜加工した
材料を素材とするとき、上述したような寸法精度につい
ての不都合は大幅に改善され、難易度の高い真直度仕様
を満足する抽伸製品を得ることができる。

【００１５】引抜加工時の潤滑においても以下に示すよ
うな問題を２回以上の引抜工程を規定することで解決す
ることが可能である。押出材の表面品質は寸法と同様に
押出材全長、押出本数および押出機会毎に変動する上、
その後引抜加工に至るまでの素材の移動、切断、熱処
理、および先付工程で表面が汚染され、引抜加工時の潤
滑という観点からみると無視し得ない問題を内包してい
る。この素材の表面性状に関する問題は、通常の製品仕
様をもつ抽伸製品においては殆ど障害とならないが、例
えば四角棒の真直度に代表されるような難易度の高い製
品仕様をもつ抽伸製品に出会うと顕在化するものと理解
することができる。したがって、引抜加工を既に完了し
た材料を素材とするとき、素材の表面は略均一に潤滑剤
に覆われており、さらに次の引抜加工に至るまでに表面
を汚染させる機会が殆ど皆無であると考えられることか
ら、均一な塑性変形および抽伸製品の真直度に関する制
御の容易さ、さらには抽伸製品の真直度品質の向上をも
たらす。故に真直度について難易度の高い抽伸製品の製
造に関して２回以上の引抜工程を規定することは非常に
有効な方法となる。

【００１６】アルミニウム合金を含む銅、黄銅等の展伸
用金属、あるいはその合金からなる、円形断面をもたな
い引抜棒あるいは引抜管を規定したのは、展伸用金属あ
るいはその合金毎に引抜加工における塑性変形および潤
滑の詳細はそれぞれ異なるものの、真直度について難易
度の高い仕様をもつ、円形断面をもたない引抜棒あるい
は引抜管の引抜加工における塑性変形および潤滑につい
ての原理、概念は展伸用金属あるいは合金がいずれであ
るかを問わず、全く同一であるからである。

【００１７】次に、本発明の実施例について説明する。
３０×２０ｍｍ／ｍｍのＡ２０１１合金製四角棒を供試
材に、本発明にかかわる引抜加工方法および引抜加工用
金型によって引抜加工し、従来法と比較する仕方でその
真直度を測定した。本発明にかかわる１伸材の形状を２
８．５ｍｍ×１９ｍｍとし、２回の引抜加工により最終
製品形状を２７ｍｍ×１８ｍｍとした。断面減少率は１
９％である。製品長さは１２５０ｍｍで、ユーザーの真
直度に関する製品仕様は自重をかけることなしに全長で
１ｍｍ以下、局部曲がり０．３ｍｍ／３００ｍｍ以下で
ある。真直度の測定は図４に示すように定盤９上に被測
定物である製品３を載せ、側面にステンレス製定規を当
て、定規と製品３との間隙ｄをシックネスゲージで測定
する方法である。測定結果の一部を表１に示す。ここで
言う従来法とは四角棒四面のダイス半角を全て８°と
し、一度の引抜加工で最終製品形状である２７ｍｍ×１
８ｍｍに加工する方法である。

【００１８】

【表１】

【００１９】上記表１に示す結果から明らかなように、
この発明に係る引抜加工方法および引抜加工用金型を用
いて引抜加工を行なえば、引抜加工上がりの状態で厳し
い真直度に関する製品仕様を全ての試料が満足した。一
方、従来法では測定した２４試料のうち、わずか３試料
のみが仕様を満足するのみで、明らかに本発明にかかわ
る引抜加工方法および引抜加工用金型によって引抜加工
した製品の方が真直度に優れていることが明らかになっ
た。

【００２０】なお、本実施例においては異形棒の引抜加
工について説明したが、本発明はこれに何ら特定される
ものではなく、異形管に対しても適用可能であり、その
場合は図５に示すようなプラグ１０を芯金１１によって
支持した芯金方式または固定しない浮きプラグ式の引抜
加工用金型として引抜加工を行えばよいことは勿論であ
る。プラグ１０としては、例えば芯金１１に接続される
プラグ本体１０Ａと、プラグ本体１０Ａの外周に焼きば
められたダイス鋼、超硬合金等の材質からなる環状のプ
ラグチップ１０Ｂの２部材で構成される。１２は押出
管、１３は製品である。ダイス１の構成は上記した実施
例と同様であるため、その説明を省略する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る異形棒
あるいは異形管引抜加工方法によれば、ダイス半角を５
°以下とし、引抜加工途中においても製品断面形状（ダ
イス形状）と相似関係を維持しつつ塑性変形するよう配
慮したアプローチ形状をもつ引抜加工用金型を用いて２
回以上引抜加工を行うようにしたので、素材の寸法ある
いは表面性状の変動に起因する製品真直度の変動が少な
く、また引抜加工時の塑性変形が等方的に進行して横断
面全域にわたって均一な変形となる。したがって、従来
よりも高い真直度が得られ、また品質のより安定した円
形断面をもたない異形棒あるいは異形管の製造が可能で
ある。この結果、手作業による矯正工程を必要とせず、
生産性の向上、省力化、製造コストの低減を図ることが
でき、安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ダイスの断面図である。

【図２】同ダイスの横断面図である。

【図３】ダイス半角と引抜力との関係を示す図である。

【図４】真直度の測定を示す図である。

【図５】異形管の引抜加工に用いられる引抜加工用金型
の断面図である。

【符号の説明】

１ ダイス ２ 素材 ３ 製品 ６ アプローチ部 ７ ベアリング部 ８ レリーフ部 １２ 押出管 １３ 製品 αA，αB ダイス半角 β レリーフ角

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【手続補正書】

【提出日】平成５年３月１１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】但し、図３から明らかなように、ダイス半
角を最大５°以下とするダイスを用いる時の引抜力はダ
イス半角８°付近の仕様をもつダイスと比較して明らか
に過分の引抜力を必要とすること、さらにはダイスに付
加される荷重が大きくなることを考慮し、強度を備えた
ダイス設計を指向することから、ダイス製造コストの上
昇を引き起こすという欠点をもつものの、その損失を補
って余りある利益をもたらす。製品断面形状（ダイス形
状）と素材断面形状とが相似関係をもつばかりでなく、
引抜加工途中においても製品断面形状と相似関係を維持
しつつ塑性変形するよう配慮したアプローチ形状を規定
したのは、円形断面をもつ抽伸製品に見られるように、
素材横断面上で塑性変形が可能な限り等方的に進行する
ことを目指したものである。製品断面形状（ダイス形
状）と素材断面形状のみが相似関係をもち、引抜加工途
中においては製品断面形状（ダイス形状）と相似関係を
もたないアプローチ形状をもつダイスを用いて引抜加工
するとき、僅かではあるが付加的剪断変形量の増加に伴
って引抜力の増加と同時に、先進からの遅れ距離も僅か
に増加することから、相対的に塑性変形の均一さからか
い離することが明らかになっている。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】さらに、引抜加工前後にわたる製品断面形
状（ダイス形状）と素材断面形状とが相似関係をもつこ
とを規定したのは、上記理由と同一理由で、素材横断面
上で塑性変形が可能な限り等方的に進行することを目指
したものである。一方、この考え方の対極にあるのが上
述の四角棒を用いた周囲４面のうち２面のみを引抜加工
によって圧縮する一方向収縮の塑性変形で、塑性変形の
仕方が引抜方向に対し直角方向（ＬＴ方向）または厚さ
方向（ＳＴ方向）によって異なり塑性変形の均一さとい
う観点からかい離が生ずることは勿論、寸法形状、潤滑
等の材料特性の小さな変動に対する感受性の高いことが
予想されることから引抜加工時の曲がりの制御も困難に
なるものと推測される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 引抜加工用金型により円形断面をもたな
   い異形棒あるいは異形管を引き抜く引抜加工方法におい
   て、製品断面形状と相似な断面形状をもつ素材を引抜加
   工途中においても製品断面形状と相似関係を維持しつつ
   ２回以上引き抜くことを特徴とする異形棒あるいは異形
   管の引抜加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の引抜加工方法において、
   アルミニウム合金を含む銅、黄銅等の展伸用金属あるい
   はその合金からなる素材をダイスによって引き抜くこと
   を特徴とする引抜加工方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の引抜加工方法
   に用いられる引抜加工用金型において、ダイス半角が最
   大５°以下で、引抜加工途中においても製品断面形状と
   相似関係を維持しつつ塑性変形することを特徴とする引
   抜加工用金型。