JPH0739923A - 金属線、または金属管の連続加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属線、又は金属管を連続的に断面減少およ
び所望の形状に加工する装置。 【構成】 一対の連結シューにより素材をダイスに挟み
押込む機構とともに、ダイス前方で素材を挟み付けて一
定の距離移動する装置二組が交互に作用する引抜き機構
を有し、押込み力あるいは引抜き力を素材の降伏荷重の
０．２倍ないし１．０倍の一定の値に制御し、先端部を
爪のついたチャックで掴む設備やダイス冷却設備を有す
る金属線、または金属管の連続加工装置。 【効果】 金属線または金属管の断面積減少において、
座屈が防止されるとともに、引張り破断が防止され、押
込み荷重と、引張り荷重の重畳により、大きな断面積減
少率を安定して与えることが出来る。また、先付け長さ
を短くすることが可能となって、素材交換の時間が大幅
に短縮され、生産性とともに、材料歩留まりも大きく向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属線、または金属管、
特に難加工金属、異形断面金属、複合材などを連続的に
断面減少および所望の形状に加工する装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】金属線の断面積を連続的に減少するに
は、所定径を有するダイスを通して回転ドラムに巻取る
引抜き法が一般的であるが、この方法では２０〜３０％
ずつ減面し、素材をより細くするためには幾台ものダイ
スと巻取り機の組合せを並べる必要があり、設備が複雑
で大がかりとなるので、作業の調整には非常な熟練が必
要な上、延性の低い材料では引抜きと焼鈍を交互に施さ
ねばならないなど、多くの問題を含んでいる。

【０００３】一方、上記手段より簡単な手段としてアル
ミニウムのような非鉄軟金属を摩擦力を利用して連続押
出しするコンフォーム押出し法が知られているが、この
手段の素材押し付け機構はシューと称する一体ものの高
強度金属材料を用いた部材を主体とするものである。し
かしながら、こうした一体もののシューでは加工や熱処
理が大がかりな上、シューの一部に局部摩耗を起こすと
全体を交換しなければならない上に、素材の押し付け接
触長さは変えることができないために不必要に長くなっ
たりする不都合があった。また、一体もののシューは剛
性が高く、素材の変動に応じて押し付け力が変動して不
安定作業となることがある。

【０００４】さらにこの方法では、素材を押しつぶして
ホイールとシュー間の空隙に充満し、これを大きな静水
圧下に保つことにより発生する摩擦力を利用しているの
で、素材の降伏応力に対して大きな押し付け力を与える
ことが必要となり押し付け機構が大がかりなものとな
る。従って鋼線のごとく降伏応力の高い材料に対しては
極めて困難となる。また、この方法ではダイス内には素
材溜め部があってこの部分でデッドメタル、即ちダイス
に停滞して押し出されない状態にある素材を形成させ、
このデッドメタルとダイスに流れ込んでくる素材との間
に発生する摩擦熱を利用して材料を軟化させているが、
こうした方法はアルミニウム等の非鉄軟金属について可
能であるものの、鋼線の如く素材の降伏応力に対して十
分な押し付け力を与えることのできない素材についてこ
れを実施するとダイスおよびシューは耐えられない。

【０００５】一方、特開昭５９−４２１１５号には、鋼
線においてもかかる手段の適用を可能とした引抜機が示
されている。即ち、該発明は、回転駆動されるホイール
は外周部に加工鋼線がはまる溝底角が４０°から９０°
となっているＶ型あるいは台形型のホイール溝を有し、
鋼線を該ホイール溝に押し付けるシューは押し付け機構
を有する複数個のセグメントに分離構成されていると共
に、シューの終端に隣接してダイスを形成し、その前方
に巻取り機を設置せしめホイールの回転とシューの押し
付けによって発生する押込み力および巻取り機の引抜き
力によって鋼線の連続加工が可能な機構としたことを特
徴とする鋼線の連続引抜き機である。さらに、特開平２
−２２９６１５号には前述の巻取り機に替えて、素材を
交互に挟みつけて一定距離移動する二台の引抜き装置を
設置したものが示されている。しかしながら、この方式
は前述の方式とともに、ホイール回転部において固定シ
ューからの押し付け力が大きいために、素材に押し付け
疵を発生し易いこと、および固定シューとの摺動がある
ためにエネルギーの損失とともに、摩擦発熱によるシュ
ーの摩耗が発生するなどの問題点が避けられない。

【０００６】これらに対し特開平３−２５４３１１号
は、押込み機構と引抜き機構に一対の無限軌道の連結回
転シューを用い、素材を挟む両側の接触摩擦が利用でき
ることによる圧力低減により、素材疵や固定シューの摩
耗の問題を解決し、さらに摩擦によるエネルギー損失を
回避した。しかしながら、この方式においては前方張力
を与える無限軌道の素材把握部が長いため、加工開始時
において素材先端部にダイス孔径にほぼ等しい径の先付
け部を、これに合わせて非常に高精度の寸法に予め加工
しておかなくてはならないため、準備作業に多大の時間
と労力を必要とする。

【０００７】さらに、無限軌道把握部の接触状態が部位
によって強く当たったり弱く当たったりして張力発生が
不安定となりやすいので、機械全体の製作精度、制御精
度の非常に高いものが要求されることになる。しかも、
該把握部は非常に長くなるために、連結回転シューの摩
耗による交換が大変な作業となる。これらに加えて、前
方張力を付与するための装置は大型で、設備の製造維持
に要する費用は無視出来ない。また、特開平３−２５４
３１１号には、回転ホイールで押込むとともに無限軌道
によって引抜く方式が示されているが、前述の特開平２
−２２９６１５号と同様先付けの問題とホイールによる
素材疵、シューの摩耗の問題などを内在している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は連続的に線状
あるいは管状素材の断面積を大幅に減じてた製品を作る
ために、その障害となる先付け工程の複雑さ、設備の大
型化などの問題点を解決しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、ダイス穴
型中心軸線の後方で該軸線と一部平行移動する筒所を設
けて回転駆動する一対の連結シューにより素材を加圧保
持してダイスに挟み押込む機構を有するとともに、該シ
ューの平行部の終端に隣接してダイスを形成し、これを
通過した素材を、挟み付けて一定の距離移動した後、素
材を離して元の位置に戻り、再び同じことを繰返す装置
二組が交互に作用する引抜き機構を有し、これら押込み
と引抜きを素材に同時に付与するに際し、押込み力を素
材加工前素材の降伏荷重の０．２倍ないし１．０倍の予
め定められた一定の値に制御する機構、あるいは引抜き
力を加工後素材の降伏荷重の０．２倍ないし１．０倍の
予め定められた一定の値に制御する機構を備えたことを
特徴とする、素材の断面減少加工が可能な金属線または
金属管の連続加工装置および、該装置とともに、必要に
応じてダイスを通した先端部を爪のついたチャックで掴
み、押込み設備と連動させて引抜き設備の挟み機構に設
定できるまで必要な長さだけダイスを通して先付け加工
する設備、さらにダイス内に水冷用配管、あるいはダイ
ス全体を水や水溶性潤滑材により冷却する機構を備えた
金属線、または金属管の連続加工装置を提供するもので
ある。

【００１０】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。図１は本発明
に係る線材加工設備の一態様を示すものである。素材１
はダイス２の軸線３上にあり、押込み設備６に設けられ
た一対の連結シュー７ａ、７ｂで加圧保持され、しか
も、該連結シューが回転駆動することによってダイスガ
イド５を通して、ダイスブロック４に支えられたダイス
２に対して予め定められた一定荷重で押し込まれる。さ
らに素材１はダイス前方で引抜き設備１４により付加的
な前方張力が与えられる。引抜き設備は二組の挟み機構
を有し、素材を交互に挟んで一定距離往復することによ
って連続的に素材をダイスから引き出す。

【００１１】また、押込み設備６においては一方の連結
シュー７ａがローラーコンベアーなどの摩擦低減要素を
介して油圧シリンダー９によって押し付けられ、他の連
結シュー７ｂもやはりローラーコンベアーを介して反力
板１０で支えられる構造になっており、素材１を加圧保
持することによって、加工ダイス２の後方から挟み押込
みする力を付与する機構としてある。この場合の駆動力
は、モーター１３のエネルギーが減速機１２、スプロケ
ット８ａ、８ｂを介して一対の連結シュー７ａ、７ｂを
回転駆動することによって素材１に与えられる。従っ
て、素材１と一対の連結シュー７ａ、７ｂとの間に発生
する摩擦力により、加工ダイス２後方の押込み力が該素
材１に与えられる。

【００１２】なお、油圧シリンダー９等による圧力を制
御する機構を保有すれば、素材１と連結シュー７ａ、７
ｂとの間に押込みに必要かつ十分な摩擦力を与えること
が可能である。押込み設備６は、素材に対して駆動モー
ター１３自身の電流を計測したり、加工に必要なトルク
を計測しつつモーターの動きを制御することによって一
定の押込み力を与えることができる。ここに、押込み力
を加工前素材の降伏荷重の０．２倍以上とするのは、そ
れ未満では大減面加工を施したり異形ダイスの型充満性
を高めることができないからであり、該降伏荷重の１．
０倍以下とするのは、これより大きいときに起こるダイ
ス後方の素材座屈などの問題を避けるためである。な
お、引抜き設備１４の方は必要な速度で作動していれ
ば、上述のように素材加工に必要な仕事のうち、押込み
側が常に一定の仕事を分担する場合、残りのほぼ一定の
仕事を分担することになり、安定した操業が可能とな
る。

【００１３】一方、逆に引抜き力を一定値に制御する機
構を有すれば、残りの仕事を押込み側が分担することに
なり、ほぼ同様の安定操業が可能である。引抜き力を制
御するには、例えば引抜き設備１４の挟み機構１５ａ、
１５ｂおよび１６ａ、１６ｂの駆動力を油圧で与える場
合は油圧を制御すれば良いし、回転力を水平力に置換す
る方式を採用するならば、回転力を制御するか、あるい
は水平力をロードセルで検出して回転力にフィードバッ
クするか、種々の方策を選択して用いれば良い。

【００１４】この時、引抜き力を、加工後素材降伏荷重
の０．２倍以上とするのは、それ未満では押込みとの組
合わせで大きな減面加工ができないからであり、１．０
倍以下とするのは、それを超えると加工中の断線の危険
性が高まるからである。なお、挟み機構１５ａ、１５
ｂ、１６ａ、１６ｂの素材を挟む溝はＶ字型をしている
のが素材寸法変動にも追従しやすいが、素材の形状に応
じて円弧や台形などのほか任意の溝形状を選択し得る。

【００１５】このように、引抜き部において交互に素材
を挟む機構を用いると、素材の先付け長さは無限軌道で
引抜く場合よりはるかに簡単な機構となり、また、素材
の一部分を挟むだけなので全体を挟む無限軌道の場合に
比べて、線材径の変動の影響を受けにくく安定した引抜
き力の付与が可能となる。通常は引抜き設備１４の二組
の挟み機構１５ａ、１５ｂと１６ａ、１６ｂに達する先
付けがなされていれば良いが、さらに素材をドローベン
チなどで実施しているような爪のついたチャックで掴
み、押込み装置と連動させて挟み機構に設定できるまで
必要な長さだけダイスを通して加工するという方法が、
大幅に先付け部分を短くするのに有効である。

【００１６】こうした装置によって、押込み力と引抜き
力の組合せで大減面加工が可能となるので、素材の変形
による発熱や、素材とダイス間の摩擦による発熱が無視
できなくなる。このような場合はダイス内に水冷用の配
管をするか、ダイス全体を冷やすことによってダイスの
耐久性を大幅に向上させることができる。素材は加工を
施された後、ほとんど直線状になっているが、より高精
度の直線性を必要とされる場合は、引き続いて連続矯正
機を通せばよい。さらに、ある限られた長さに切断する
必要が有れば、フライングシャーを備えればよい。もち
ろん、巻取り機に送って巻取ることもできる。図１でダ
イス２に入る手前にダイスガイド５を設置すれば、素材
の導入がしやすくなる。本発明は、素材に大きな断面減
少加工を施せるだけでなく、複雑断面も容易に加工でき
る。

【００１７】

【実施例】素材は直径９．８ｍｍの円形断面を有する中
実Ｓ４８Ｃ圧延線材のコイルを用い、潤滑には燐酸塩被
膜に金属石鹸を上乗せした。押込み機構の連結シューの
素材把握部長さは１０１２ｍｍで、油圧シリンダーによ
って素材を１０．２ｔｏｎｆの荷重で挟んだ。そこでま
ず、押込み力を制御する場合にはスプロケットのトルク
を制御して３．０ｔｏｎｆの一定の押込み力がダイス後
方の素材に付与されるようにした。一方、引抜き力を制
御する場合は、引抜き駆動力を付与する油圧を制御して
１．１ｔｏｎｆの一定の引抜き力を付与した。押込み設
備の連結シューの周速度は１０ｍ／ｍｉｎとした。ダイ
スは超硬を用い、素材は直径５．７ｍｍに加工した。そ
の結果、両方の条件で素材の減面率６６．２％に達する
加工が問題なく実施できた。これに対し、従来の引抜き
工程では３回繰り返さなければ同等の加工ができなかっ
たし、３回目の引抜きでカッピークラックを発生して製
品を作ることができなかった。しかも、従来の引抜き側
に無限軌道を用いる場合に比べて、設備費が約３分の２
で導入でき、しかも新たな加工の段取りに要する時間は
従来のおよそ３分の１となった。

【００１８】

【発明の効果】金属線または金属管の断面積を大幅に減
少させる場合に、本発明を用いれば素材後方の押込み荷
重あるいは素材前方の引抜き荷重を制御できるので座屈
が防止されるとともに、引抜き力が安定して引張り破断
が防止され、押込み荷重と、引張り荷重の重畳により、
大きな断面積減少率を安定して与えることが出来る。ま
た、無限軌道で引抜く場合と比べて、素材把握部が短く
単純なので先付け長さを短くすることが可能となって、
素材交換の時間が大幅に短縮され、生産性とともに、材
料歩留まりも大きく向上する。さらに、回転ホイール式
のように素材に疵をつける恐れがなく、加工された製品
は疲労などの機械的性質の優れたものとなる。

【００１９】そして、従来の繰返し引抜きに比べて、焼
鈍、スケール落とし、先付け、ダイス交換などの繰り返
し作業がなくなり、生産性が著しく向上し、設備のレイ
アウトも極めてコンパクトなものとなる。また加工中の
材料に発生する応力が圧縮応力主体となるので、できあ
がった製品の材質は引抜きを繰り返した場合に比べては
るかに優れたものとなる上、複雑形状をした異形断面の
形状が出しやすく、引抜きを繰返して製造していたよう
なものを、はるかに少ない工程で製造でき、ひいては製
造できないとされていた複雑な形状のものまで製造可能
になる。さらに、これらの効果は本発明が可能とした大
減面加工において、より顕著に現れる。なお、外層と内
部が異なる材料から構成される複合材の断面積を減少す
るときに用いれば、断面減少率が高いことによって、加
工時に境界面に強い圧力が作用し強固な結合力が得られ
る。このように本発明により能率向上はもとより、従来
の技術では加工できなかった製品を作ることも可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一態様例を示す図である

【符号の説明】

１ 素材 ２ ダイス ３ ダイス軸線 ４ ダイスブロック ５ ダイスガイド ６ 押込み設備 ７ａ、７ｂ 連結シュー ８ａ、８ｂ スプロケット ９ 油圧シリンダー １０ 反力板 １１ 動力伝達歯車 １２ 減速機 １３ モーター １４ 引抜き設備 １５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ 挟み機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮木 隆成 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 会社室蘭製鐵所内 (72)発明者 川畑 輝夫 北海道室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式 会社室蘭製鐵所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイス穴型中心軸線の後方で該軸線と一
   部平行移動する箇所を設けて回転駆動する一対の連結シ
   ューにより素材を加圧保持してダイスに挟み押込む機構
   を有するとともに、該シューの平行部の終端に隣接して
   ダイスを形成し、これを通過した素材を、挟み付けて一
   定の距離移動した後、素材を離して元の位置に戻り、再
   び同じことを繰り返す装置二組が交互に作用する引抜き
   機構を有し、これら押込みと引抜きを素材に同時に付与
   するに際し、押込み力を素材加工前素材の降伏荷重の
   ０．２倍ないし１．０倍の予め定められた一定の値に制
   御する機構、あるいは引抜き力を加工後素材の降伏荷重
   の０．２倍ないし１．０倍の予め定められた一定の値に
   制御する機構を備えたことを特徴とする、素材の断面減
   少加工が可能な金属線または金属管の連続加工装置。
2. 【請求項２】 素材を、挟み付けて一定の距離移動した
   後、素材を離して元の位置に戻り、再び同じことを繰り
   返す装置二組が交互に作用する引抜き機構を有するとと
   もに、ダイスを通した先端部を爪のついたチャックで掴
   み、押込み設備と連動させて引抜き設備の挟み機構に設
   定できるまで必要な長さだけダイスを通して先付け加工
   する設備を保有する請求項１記載の金属線または金属管
   の連続加工装置。
3. 【請求項３】 ダイス内に水冷用配管、あるいはダイス
   全体を水や水溶性潤滑材により冷却する機構を備えた、
   請求項１又は請求項２記載の金属線または金属管の連続
   加工装置。