JPH09103819A

JPH09103819A - 引抜き加工による形状精度が優れたパイプの製造方法及び引抜き加工用工具

Info

Publication number: JPH09103819A
Application number: JP28806895A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Hori; 久司堀; Shinya Makita; 慎也牧田; Harumichi Hino; 治道樋野
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1995-10-09
Filing date: 1995-10-09
Publication date: 1997-04-22

Abstract

(57)【要約】【目的】寸法精度，真円度，真直度に優れたパイプを
得る。【構成】素管の引抜き加工方向に関して縮径部１１の
後方に径大部１２を設けた縮管ダイス１０を使用し、径
大部１２に拡管中子２０を配置し、縮管ダイス１０で縮
径された素管１を径大部１２に向けて拡管中子２０によ
り拡管整形する。拡管中子２０は、形状精度を上げるた
め、単数又は複数の整形中子２３を備えることができ
る。矯正加工の開始時においては、素管１の先端を縮管
ダイス１０を経て拡管中子２０に押し込み、チャック中
心軸に素管の管軸を一致させた状態で素管の先端をチャ
ックで把持する。【効果】拡径中子２０の外側に縮径ダイス１０の内壁
である径大部が位置しているので、外径精度，内径精度
が向上し、真円度及び真直度に優れたパイプが得られ
る。また、拡管時の引張り歪みによる割れの発生も防止
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、寸法精度及び形状精度
に優れた金属パイプを引抜き加工により製造する方法及
び引抜き加工用工具に関し、特にアルミニウム，アルミ
ニウム合金，これらをマトリックスとする複合材等から
なるパイプの製造に有効である。

【０００２】

【従来の技術】押出し，溶接等で製造されたパイプは、
引抜き加工，縮管加工，ロール矯正等で真円度や真直度
を向上させている。引抜き加工では、通常、管端を口付
け加工した後、口付け部をチャックしたパイプを引抜き
ダイスに通すことによって矯正加工している。この方法
は、寸法精度に優れたパイプを製造できるが、口付け及
び引抜きが別工程で行われるため、生産性が悪い。ま
た、長い口付け部を必要とすることから、歩留りが低い
ことも欠点である。空引きと称される縮管加工では、図
１に示すように素管１をダイス２に通し、ベアリング面
３での加工により真円度を向上させている。この場合、
ベアリング面３における摩擦抵抗は、素管１の曲がりに
応じて異なっているため、加工後のパイプ４は、素管１
の曲がりの影響を受ける。その結果、素管１のアールＲ
₀ に由来するアールＲ₁ が加工後のパイプ４に生じ易
い。このようなことから、高い真直度が要求されるパイ
プの製造には、ロール矯正法が採用されている。ロール
矯正法では、搬送ラインに沿って配置した複数個のカリ
バーロールの間に素管を通すことにより、パイプの外周
形状を矯正する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ロール矯正法
では、パイプ長手方向に関して両端部の真直度や真円度
が劣る。この欠点は、特にロールスタンド間距離よりも
短尺の素管を矯正するとき顕著に現れる。そのため、高
い真円度や真直度が要求されるパイプを製造する場合
に、歩留りを低下させる要因となる。しかも、内径精度
及び外径精度は、ロール矯正によっても向上しない。こ
の点、芯金引抜き加工方法は、内径精度及び真円度が優
れたパイプの製造に適している。芯金引抜き加工方法で
は、図２に示すように、先端に中子５を装着した連結棒
６を素管１に挿通した状態で、ダイス２により引抜き加
工する。この方法で真直度の高いパイプを製造するため
には、素管１と中子５との間の隙間Ｇが大きいと空引き
と同様に加工前の素管１の曲がりの影響を受け易いの
で、隙間Ｇを極力小さくする必要がある。

【０００４】しかし、加工前のバラツキを考慮した通常
の加工では、加工されたパイプ４の内径に比較して中子
５の径を若干大きく設計する必要があるため、素管１の
断面積を大きく減少させる加工方法となる。したがっ
て、大きな引抜き加工力を要することから、素管１の口
付け加工が必要になり、工数を増加させる結果となる。
また、素管１の真円度が悪く或いは偏肉が大きいと、素
管１の軸心から口付け軸がずれ易く、これによってもパ
イプ４の真直度が低下する。ところで、管端を拡開して
口付けする工程を拡管引抜き装置で行うことにより、１
ラインでパイプを拡管加工する方法が特開平７−６０３
８５号公報で紹介されている。しかし、この方法では、
加工のたびに拡管用中子を取り外す必要がある。また、
管端から拡管用中子を引き込むとき、伸びの低い管材で
は引張り歪みによって割れが発生し易い。更に、拡管加
工のため、素管に生じている局部的な凹凸（熱処理のへ
こ，打痕等）の矯正が困難である。本発明は、このよう
な問題を解消すべく案出されたものであり、縮管と拡管
とを組み合わせることにより、口付け加工及び矯正加工
を同時に行うことができ、局部的な凹凸も矯正され、内
径及び外径の寸法精度，真円度，真直度に優れたパイプ
を製造することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のパイプ製造方法
は、その目的を達成するため、素管の引抜き加工方向に
関して縮径部の後方に径大部を設けた縮管ダイスの前記
径大部内に前方に案内部を形成した拡管中子を配置し、
前記縮管ダイスで縮径された前記素管を前記縮管ダイス
の径大部に向けて案内部を経て前記拡管中子により拡径
することを特徴とする。形状精度を上げるため、拡管中
子の後方に単数又は複数の整形中子を配置することがで
きる。また、矯正加工の開始時においては、素管の先端
を縮管ダイスを経て拡管中子に押し込むことにより、チ
ャック中心軸に素管の管軸を一致させた状態で素管の先
端をチャックで把持することができる。更に、拡管時の
素管外径より径大部内径を小さくすることにより、素管
外周に生じる円周方向の引っ張り歪みによるパイプの割
れ発生を防止できる。

【０００６】

【作用】本発明は、芯金引抜き加工のように素管の断面
積を強制的に減少させることなく、縮管と拡管の組合せ
により素管を矯正加工する。すなわち、図３に示すよう
に、加工される素管１の管軸方向に関して異なる位置に
縮管ダイス１０の縮径部１１及び拡管中子２０を配置す
る。縮管ダイス１０は、テーパをつけた内周面及び平行
部１１Ａをもつ縮径部１１に続いて、若干大きな内径を
もつ径大部１２を備えている。拡管中子２０は、縮径部
１１により縮径された素管１が拡径部２１に安定して導
かれるように形成されたテーパ状の案内部１８に続いて
拡径部２１が形成され、縮管ダイス１０の径大部１２内
に配置されている。拡管中子２０は、連結棒２２によっ
て固定されている。また、拡管中子２０の後方には、必
要に応じ単数又は複数の整形中子２３が連接されてい
る。縮管ダイス１０及び拡管中子２０により素管１を矯
正加工するとき、拡管中子２０と素管１の内周面との間
に図２で説明した隙間Ｇをもたせる必要がなく、径大部
１２と拡管中子２０の外周２１との間隙が整形空間１７
となる。

【０００７】素管１は、真円度０．１ｍｍ程度の真円度
の高い縮管ダイス１０で縮径され、拡径中子２０で拡径
されるため、真円度及び内径寸法精度が著しく向上す
る。また、図２に示す隙間Ｇがマイナス値となっている
ので、加工後のパイプ４は、素管１の曲がりの影響を受
け難い。更に、素管１とダイスとの接点が軸線方向に２
か所あるので、牽引時の振れの影響も抑制される。その
結果、加工されたパイプ４は、真直度の優れた製品とな
る。更に、拡管中子２０に続く整形中子２３を連結する
とき、素管１とダイスとの接点が３か所になるので、一
段と真直度の優れた製品が得られる。また、局部的な凹
凸は、整形空間１７を素管１が通過するとき、凹側が拡
径部２１で、凸側が径大部１２で矯正される。更に、径
大部１２の寸法を拡径時のパイプ外径以下に設定する
と、設定値を超えたパイプは整形空間１７で矯正され、
外径寸法精度が向上する。

【０００８】縮管加工後に拡管加工を行うとき、縮管加
工によって加工時割れ等の発生しない限界歪みが縮管前
に比較して低下した材料を拡管加工することになる。特
に限界歪みの低い材料では、拡管加工時には限界歪みが
１〜３％となる。このような加工法では、拡管による引
張り歪みが破断限界を超え、拡管時に割れが発生し易く
なる。その結果、破断限界の低い材料を拡管加工する
際、拡管率［（拡管後の素管外径−縮管後の素管外径）
／（縮管後の素管外径）×１００］が非常に小さくな
り、素管の寸法バラツキを考慮すると、単に拡管ダイス
のみでは安定した加工が困難である。この点、整形空間
１７において、拡管された素管が径大部１２と接するよ
うに設定し、限界歪みを超える引張り歪みが発生しない
ようにするとき、拡管時の割れ発生が防止できる。すな
わち、限界歪み以上の素管円周方向引張り歪みが発生す
る拡管率であっても、拡管時に径大部と接触させること
により圧縮応力が発生する。この圧縮応力により、限界
歪みが大きくされ、割れの発生が防止される。素管の形
状，材質により拡管率を素管の限界歪み以下とすること
が可能な場合、拡管時の素管外径より径大部を大きくす
れば、小さい加工力で矯正できる。この場合、クリアラ
ンス率［（径大部内径−拡管後の素管外径）／（径大部
外径）×１００］を０〜１．０％にすることが良い。ク
リアランス率が０％を下回ると加工力が大きくなり、
１．０％を超えると局部的凹凸が矯正されない。このよ
うな作用を効果的に得るためには、素管１の外径を縮管
ダイス１０で縮管率で０．５〜２５％程度減少させる必
要がある。縮管率が０．５％以下では、素管の寸法バラ
ツキを考慮すると、縮管加工されない場合がある。逆に
２５％を超える縮管率では、アルミニウム材料の加工が
できないほどに大きな加工力を必要とする。

【０００９】素管１と矯正後のパイプ４の寸法変化が小
さい矯正を行うためには、素管１をパイプ４に加工する
とき、パイプ４の外径Ｄ_out 及び内径ｄ_out がそれぞれ
素管１の外径Ｄ_in及び内径ｄ_inに等しくなるように、縮
径部１１，径大部１２，拡径部２１，整形中子２３を設
計する。このとき、拡管中子２０が縮管ダイス１１の中
を通るようにダイス寸法を設計する。この場合の縮管ダ
イス１０と拡管中子２０との間にできた整形空間１７
を、図４に拡大して示す。また、素管１を製品サイズよ
り大きく作り、パイプ４の外径Ｄ_out 及び内径ｄ_out が
素管１の外径Ｄ_in及び内径ｄ_inより小さくなるように設
計して、目標寸法に加工する。また、パイプ４の外径Ｄ
_out 及び内径ｄ_out は、素管１の外径Ｄ_in及び内径ｄ_in
より大きくなるように設計することもできる。この場合
は、拡管中子２０等を縮管ダイス１０の径大部１２から
縮径部１１の方に入れてセットする。素管１の真円度及
び真直度が多少悪くても、縮管及び拡管された後の自由
端をチャッキングする方式を採用すると、チャッキング
時に素管１の中心軸とチャッキング軸とのズレが非常に
小さくなり、真直度に優れた矯正加工が安定して行われ
る。その結果、加工後のパイプ４は、真直度が一層向上
する。更に高い真直度が要求される場合、素管１又はパ
イプ４の搬送方向に沿って複数の拡管中子２０に加えて
単数又は複数の整形中子２３を配置することにより、パ
イプ４の真直度を向上させることができる。

【００１０】

【実施例】本実施例においては、図５に設備構成を示す
矯正装置を使用した引抜き加工によって素管を矯正し
た。この矯正装置は、リニアベアリング（図示せず）上
にシリンダ機構２４，移動クランプ１３Ａ，１３Ｂ，１
３Ｃ，縮管ダイス１０及びキャリッジ１６がセットされ
ており、それぞれの中心のズレ量が０．２ｍｍ以下に調
整されている。拡管中子２０は、駆動装置（図示せず）
によって矢印方向に前後進する連結棒２２の先端に取り
付けられている。連結棒２２は、縮管ダイス１０内の定
位置に先端がセットされたとき、固定されているシリン
ダ機構２４の後端部で止まり、それ以上に前進しない機
構となっている。また、移動クランプ１３で支持された
素管１は、シリンダ機構２４により先端が縮管ダイス１
０，更に拡管中子２０を通過するように押し込まれる。
これにより整形加工された先端部をチャック１４に達す
るまで更に押し込み、把持可能な位置でシリンダ機構２
４を停止させ、素管１の先端部をチャックする。チャッ
ク１４は、素管１の先端を挟持した状態で、送りネジ１
５でピッチ送りされるキャリッジ１６によって引っ張ら
れる。

【００１１】チャック１４は、図６に示すように溝が刻
設された外チャック３０，及び同じく溝が刻設された内
チャック３１及びチャッキング棒３２を備えている。素
管１の先端がチャック１４の中に入ったとき、チャッキ
ング棒３２を引くことにより内チャック３１を広げ、外
チャック３０と内チャック３１との間で素管先端を挟持
する。このとき、外チャック３０は、後進しないように
油圧機構によって駆動されている。パイプ４の加工が終
了すると、外チャック３０が後進し、チャッキング棒３
２が前進し、パイプ４をチャッキング状態から解放す
る。この矯正装置において、先ず連結棒２２が最も後退
した（図５では左側に）位置で素管１を移動クランプ１
３にセットする。そして、連結棒２２を前進させ（図５
では右側に）て縮管ダイス１０内の定位置にセットした
後、シリンダ機構２４により素管１を前進させ、縮管ダ
イス１０及び拡管中子２０で素管１の先端を矯正する。
矯正によって真円度，真直度及び寸法精度が向上した素
管１の先端がチャック１４の中に押し込まれ、加工後の
パイプ中心軸にあったリング状のチャック１４で素管１
の先端が挟持される。この状態でチャック１４をキャッ
リジ１６で引っ張りながら、素管１を全長にわたって矯
正加工した。

【００１２】素管として表１に示した形状をもつアルミ
合金ＪＩＳＡ６０６１の管材を使用し、矯正加工後の
寸法諸元を素管と比較して表１に示す。なお、表１で
は、図２で説明した芯金引抜き加工によって矯正された
パイプを比較例として示した。真円度は、円周方向に８
点測定し、８点の平均半径からの最大ズレ量で表した。
真直度は、定盤上にパイプを置き、スキマケージで測定
した最大隙間により評価した。表１中、加工前の素管と
してそれぞれ１０本の材料を準備し、これら素管から本
発明実施例１用，同実施例２用の試料をそれぞれ切り出
して試験したものである。また、比較例では、実施例と
は同材質で別の材料から切り出された試料を使用した。
各寸法は、それぞれの材料の最大値，最小値と最大値〜
最小値の範囲を示す。実施例１では、内径１００．６ｍ
ｍの平行部１１Ａ及び内径１０１．６ｍｍの径大部１２
をもつ縮径ダイス１０と外径９５．８ｍｍの拡径部２１
をもつ拡管中子２０を使用した。実施例２では、更に外
径１０１．６ｍｍの整形中子を拡管中子２０の後方に配
置した。また、比較例では、内径９７．５ｍｍのダイス
及び外径１０１．７ｍｍの中子を使用し、図２の方法を
利用した。表１の対比から明らかなように、本発明に従
って矯正加工されたパイプは、内径精度，外径精度，真
円度及び真直度の何れも優れていることが判る。また、
複数の拡管ダイスの後方に整形ダイスを使用することに
より、形状精度が一層改善されることが判る。これに対
し、芯金引抜き法で矯正した比較例では、内径精度，外
径精度，真円度が劣り、しかも口付け加工が必要とされ
ることから作業も複雑であった。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、素管を縮管ダイスで縮径した後、縮管ダイスの後方
に形成した径大部に向けて素管を拡径ダイスで拡径する
ことにより、外径精度，内径精度，真円度及び真直度の
高いパイプを製造している。この方法によるとき、従来
の芯金引抜き加工で行われていた口付け加工が不要にな
り、簡単な操作で形状精度に優れたパイプが製造され
る。また、拡管時に円周方向に発生する引張り歪みによ
る割れも防止され、局部的な凹凸も矯正された製品が得
られ、更に引抜き加工力も少なくて済む。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の縮管加工による矯正の説明図

【図２】従来の芯金引抜き加工による矯正の説明図

【図３】本発明に従った矯正加工の説明図

【図４】縮管ダイスと拡管ダイスとの位置関係を示す
側面図

【図５】実施例で使用した矯正装置

【図６】チャックの構造を示す左側面図（ａ）及び縦
断面図（ｂ）

【符号の説明】

１：素管２：ダイス３：ベアリング面４：
加工後のパイプ５：芯金６：連結棒１０：縮管ダイス１１：縮径部１１Ａ：平行部
１２：径大部１３：移動クランプ１４：チャック１５：送りネ
ジ１６：キャリッジ１７：整形空間１８：テーパ状案内部２０：拡管中子２１：拡径部２２：連結棒
２３：整形中子２４：シリンダ機構３０：外チャック３１：内チャック３２：チャ
ッキング棒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋野治道静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号日本軽金属株式会社グループ技術センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素管の引抜き加工方向に関して縮径部の
後方に径大部を設けた縮管ダイスの前記径大部に拡管中
子を配置し、前記縮管ダイスで縮径された前記素管を前
記縮管ダイスの径大部に向けて前記拡管中子により拡径
することを特徴とする引抜き加工による形状精度が優れ
たパイプの製造方法及び引抜き加工用工具。
【請求項２】加工前の素管の内径以下の外径をもつ拡
管中子を使用する請求項１記載の形状精度が優れたパイ
プの製造方法。
【請求項３】拡管中子の後方に配置した単数又は複数
個の整形中子を使用する請求項１記載の形状精度が優れ
たパイプの製造方法。
【請求項４】素管の先端を縮管ダイスを経て拡管中子
に押し込むことにより整形された前記素管の先端をチャ
ックで把持し、該チャックで前記素管を引っ張りながら
前記縮管ダイスによる縮径加工及び前記拡管中子による
拡径加工を施すことを特徴とする請求項１〜３の何れか
に記載の形状精度が優れたパイプの製造方法。
【請求項５】［（拡管後の素管外径−縮管後の素管外
径）／（縮管後の素管外径）×１００］で定義される拡
管率（％）が縮管後の素管を拡管する際に割れを発生し
ない限界歪み率以下となる拡管中子を使用し、［（径大
部内径−拡管後の素管外径）／（径大部内径）×１０
０］で定義されるクリアランス率（％）が０〜１．０％
となるようにした請求項１〜４の何れかに記載の形状精
度が優れたパイプの製造方法。
【請求項６】縮径部による縮管率が０．５〜２５％で
引抜き加工する請求項１〜５の何れかに記載の形状精度
が優れたパイプの製造方法。
【請求項７】拡管中子と縮管ダイスの径大部との間の
クリアランスを拡管時における素管外周と径大部が接す
る寸法に設定する請求項１〜４の何れかに記載の形状精
度が優れたパイプの製造方法。
【請求項８】縮径部と縮径部の引抜き方向後方に径大
部が形成された縮管ダイスと、縮管ダイスの径大部内に
配置される拡管中子を備え、縮管ダイスの径大部と拡管
中子との間の隙間により素管の局部的変形を矯正するこ
とを特徴とするパイプの引抜き加工用工具。