JPH11239814A - 多段スリップ型湿式伸線方法 - Google Patents
多段スリップ型湿式伸線方法Info
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- JPH11239814A JPH11239814A JP10041834A JP4183498A JPH11239814A JP H11239814 A JPH11239814 A JP H11239814A JP 10041834 A JP10041834 A JP 10041834A JP 4183498 A JP4183498 A JP 4183498A JP H11239814 A JPH11239814 A JP H11239814A
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- B21C1/02—Drawing metal wire or like flexible metallic material by drawing machines or apparatus in which the drawing action is effected by drums
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
プスタンと引き抜かれる線材との速度差を適正に設定す
ることにより、伸線速度を増加した場合でも、線材表面
の損傷、断線、ダイスの早期摩耗等の問題を生じること
なく伸線を実現する手段を提供する。 【解決手段】 ダイスとそのダイスを通過した線材を引
抜くキャプスタンとからなる伸線パスを複数段用いる多
段スリップ型湿式伸線方法において、最終段を除く各段
の伸線パスにおける平均スリップ速度を、5〜80m/mi
n の範囲に設定する。
Description
湿式伸線機を用いた線材の伸線方法に関するものであ
る。
とそのダイスを通過した線材に引抜力を与えるキャプス
タンとからなる伸線パスを複数段備える伸線装置を用い
て、線材を連続して順次引き抜いて縮径することによ
り、所望の直径の線を製造するものであり、少なくとも
一部の段において、ダイスおよびキャプスタンを潤滑液
中に浸漬し、キャプスタンと引き抜かれる線材との間に
速度差が設けられるところに特徴がある。
潤滑剤を用いてキャプスタン周速と引き抜かれる線材の
速度とが同じである、ノンスリップ型乾式伸線方法に比
べて、伸線装置が簡単かつコンパクトにできること、表
面の平滑性が良好な線材を製造できること等の利点があ
り、特に、スチールコード用鋼線等の細線の製造に広く
用いられている。しかしながら、キャプスタンと引き抜
かれる線材との間に速度差があるため、線材表面の損
傷、線材速度および張力の変化による断線、ダイスの早
期摩耗等の問題が生じやすく、ダイス減面率の設定とと
もに、キャプスタン周速と引き抜かれる線材の速度との
差を設定することが肝要とされている。
スの仕事率を特定範囲に設定するとともに、第1ダイス
を通過した線材速度をv1 、その線材を引き抜くキャプ
スタンの周速をV1 として、スリップ率をS1 =(1−
v1 /V1 )×100 %と定義し、S1 を30%以下とする
多段スリップ型湿式伸線法が開示されている。
キャプスタンの周速をVc0 、最終ダイスを通過した金
属線材の速度をVw0 としてVc0 =Vw0 となし、任
意のダイスを通過した金属線の速度をVwn 、これを引
き抜くキャプスタンの周速をVcn としてスリップ速度
率Sn をSn ={(Vcn −Vwn )/Vc0 }×100
%と定義し、Sn を3%〜8%とする多段スリップ型湿
式伸線法が開示されている。
ても、線材の表面の損傷、線材速度および張力の変化に
よる断線、ダイスの早期摩耗等の問題が解決されない場
合が多々あり、特に、伸線速度の増加を図る場合や高強
力鋼線を製造する場合に顕著な問題となる。
面率の設定方法として、例えば特開平9−99312 号公報
には、捻回特性の良好な高強度鋼線を得るべく、伸線加
工歪εを=21n(d0 /d)(ただし、d0 :出発線
径、d:伸線工程中の各段の線径、1nは自然対数)と
し、0≦ε≦0.3 の段ではダイス減面率を10%〜20%
とし、0.3 <ε<3.0 の段ではダイス減面率を15%〜
25%とし、ε≧3.0 の段ではダイス減面率を2%〜15
%とする伸線方法が開示されている。
の良好な高強度鋼線を得るべく、最終ダイスでの伸線加
工歪εが4.0 以上となる伸線加工を行うに当たり、ε
が0.75未満の伸線加工で用いるダイスの減面率を(22.6
7 ε+3)%から29%に、εが0.75以上2.25以下の伸
線加工で用いるダイスの減面率を20%〜29%に、εが
2.25をこえる伸線加工で用いるダイスの減面率を(−6.
22ε+43)%〜(−5.56+32.5)%とする伸線方法が開
示されている。
を多段スリップ型湿式伸線方法に適用した場合でも、キ
ャプスタンと引き抜かれる鋼線との速度差の設定が不適
正であると、鋼線の表面の損傷、断線、ダイスの早期摩
耗等の問題が生じ、捻回特性等の延性もさほど改善され
ない。
的は、上記の従来技術の問題点をふまえ、多段スリップ
型湿式伸線方法において、キャプスタンと引き抜かれる
線材との速度差を適正に設定することにより、伸線速度
を増加した場合でも、線材表面の損傷、断線、ダイスの
早期摩耗等の問題を生じることなく伸線を実現する手段
を提供することにある。
面率を適正に設定し、とりわけ高強度鋼線の高速伸線に
も好適に適用し得る伸線方法を提供することにある。
のダイスを通過した線材を引抜くキャプスタンとからな
る伸線パスを複数段用いる多段スリップ型湿式伸線方法
において、最終段を除く各段の伸線パスにおける、下記
式で定義される、平均スリップ速度Si を、5〜80m/
min の範囲に設定することを特徴とする多段スリップ型
湿式伸線方法である。 記 Si =Vci −Vwi ここで、Vci :各段のキャプスタンの周速 Vwi :各段のダイス通過後の線材の平均速度
る伸線加工を、減面率が20%以上のダイスを用いて行う
こと、とりわけ減面率が20%以上のダイスを用いた伸線
加工は、初段からの累積伸線加工歪が0.5 以上かつ2.5
未満の線材を伸線する伸線パスにて行うこと、が好まし
い。
ップ型湿式伸線装置は、図1に示すように、ダイス1お
よびその出側に配置したキャプスタン2を1つの伸線パ
スとして、この伸線パスを多段に設けて成る。この装置
に導入された線材3は、伸線パスの各段において、ダイ
ス1を通過後にキャプスタン2に巻き付けられ、ダイス
1での引抜力を与えられて伸線加工が行われる。そし
て、この伸線パスを複数段でわたって最終の第n段まで
行うことによって、所望の径まで縮小された線が得られ
る。
えば第i段目の伸線パスについて、そのダイス1の孔径
および第i段目のダイス1で引き抜かれた線材3の直径
をD i 、第i段目のダイス1で引き抜かれた線材3の平
均速度をVwi 、そして第i段目目のキャプスタン2の
周速をVci とし、そこでの平均スリップ速度Si を、 Si =Vci −Vwi と定義したとき、この平均スリップ速度Si を5〜80m
/min に設定することが、肝要である。ここで、停止状
態から所定の定常伸線速度に達するまでの過渡期におい
ては、Vci とVwi とはともに変化し、従って平均ス
リップ速度Si も変化するから、この発明では、少なく
とも定常伸線速度における平均スリップ速度Si を5〜
80m/min に設定する。
の平均速度Vwi は、Vwi =Vw n ×(Di /Dn )
2 で計算される。ただし、Vwn は最終の第n段におけ
る最終ダイス1n で引き抜かれた線の平均速度およびD
n は最終ダイス1n で引き抜かれた線4の直径である。
おけるスリップ条件の設定は、キャプスタン周速に対す
るスリップ速度の比に注目して行われてきた。これに対
して、この発明の伸線方法は、最終段を除く各段の伸線
パスにおいて、平均スリップ速度の値そのものを、5〜
80m/min の範囲に設定することを特徴とする。この要
旨構成は、次の知見に基づくものである。
おいては、最終段では実質的にVw n =Vcn とする
が、最終段以外の各段では、キャプスタンにより線材を
引き抜くためにVci >Vwi として操業を行う。ま
た、定常伸線速度における各段のキャプスタンの周速を
一定にすることも通例である。ところが、Vci >Vw
iである段での線速は常に一定とは限らず、Vwi を平
均値として、その上下に時間的に変動し得る。
(以下、線速と示す)がVwi よりも大きくなったとす
る。この状態は、Vci >Vwi であるがために起こり
得る状態である。すると、その上流の第i−1段目の線
材の張力が上昇し、キャプスタンと線材との接触圧の増
加による線速の増加が生じ、さらに上流の段への伝播も
起こり得る。そして、ある段における線速の増加に、そ
の上流の段の線速増加が追随できない場合は、断線が生
じる。一方、下流の第i+1段目ではダイス後方張力
(第i+1段目のダイスに入線する線材の張力)が減少
し、ダイス面圧の上昇、引抜力の減少等が生じ、さらに
下流の段への伝播も起こり得る。この第i段目における
線速がVwi よりも大きくなった状態は、定常状態とし
て持続するものではない。つまり、前段目から第i段目
へと引き抜かれる線材の量が、第i段目から次段目へと
引き抜かれる線材の量よりも大きいために、第i段目の
キャプスタン後の張力が減少し、次いで第i段目の線速
が逆に平均線速Vwi よりも小さくなるという状態を生
じるのである。
線材の劣化、断線あるいはダイスの早期摩耗等の原因と
なるものであり、各段の線速がなるべく変動しない状
態、すなわち線速とキャプスタン周速との速度差がなる
べく変動しない状態にて、多段スリップ型の伸線を行う
ことが望ましい。
ci に対する平均線速Vwi の設定条件と線速変動量と
の関係について鋭意調査、研究したところ、最終段以外
の各段における平均スリップ速度の絶対値Si (Si =
Vci −Vwi )を5m/min 以上80m/min 以下に設
定することにより、各段における線速の変動が少ない安
定した状態で多段スリップ型湿式伸線を行い得ることを
見出した。
キャプスタンが線速を増加させようとする作用が大きく
なり、線速が不安定となる。また、例え線速が平均線速
Vw i に近い値に安定したとしても、キャプスタン周速
との差が大きいため、線材表面の損傷、消費エネルギー
の増加等の問題が付随する。これに対して、Si を80m
/min 以下に設定した場合は、線速の変動が少ない安定
した状態で伸線される。特に好ましいのは、Si を50m
/min 以下に設定することであり、線材表面状態や消費
エネルギーについても良好な結果を得ることができる。
を0に設定してノンスリップ型伸線のように常にキャプ
スタン周速と同じ線速で伸線することも、理論的には考
えられるが、実際には、ダイス孔径のばらつきやダイス
の摩耗により、常に各段のS i を0にしておくことは非
常に困難である。そこで、最終段以外の各段では、Vc
i >Vwi すなわちSi >0として操業することにな
る。この場合、Si の値を5m/min 未満に設定する
と、起こり得る線速変動幅は小さくなるが、キャプスタ
ン周速と線速との差が小さいため、Si >0ですべり摩
擦により引き抜く状態のみならず、Si =0で静止摩擦
により引き抜く状態も生じ得る。従って、キャプスタン
と線材との間の摩擦係数が、すべり摩擦係数と静止摩擦
係数との間で大きく変動し、キャプスタン出側での張力
変動が大きくなる結果、次段のダイスにおける後方張力
が大きく変動し、ダイスの摩耗、線材の品質劣化等をも
たらす。この張力変動は、さらに上流の段へも伝播し得
る。以上の現象を防止するには、常にすべり摩擦により
引き抜くことが有効であり、そのために、最終段以外の
各段でのSi を5m/min 以上に設定する必要がある。
タンが線速を増加させようとする作用は、キャプスタン
への線材の巻付け回数が多いほど大きくなる。このた
め、線速の変動を小さくするためには、線材をダイスか
ら引き抜くことが可能な範囲内で、キャプスタンへの線
材の巻付け回数をなるべく少なく設定することが望まし
い。ただし、引抜力過剰による断線を防止すべく、最終
段を含む各段のダイスにおける引抜力Zi とダイス通過
後の線材の引張強さTi との比Zi /Ti (i=1〜
n)が60%以下となるように、各段のダイス減面率およ
びキャプスタンへの線材の巻付け回数を設定することが
望ましい。
減面率の設定について説明する。なお、説明にあたり、
以下の用語を、次の通りに定義して用いる。 (1)「ダイス加工歪εD 」は、一段の伸線パスにおけ
る伸線加工歪とする。すなわち、i−1段目のパスで引
き抜かれた線材の直径Di-1 、i段目のパスで引き抜か
れた線材の直径をDi とすれば、i段目の伸線パスにお
けるεD は、ε D =2×1n(Di-1 /Di )である。 (2)「累積伸線加工歪εc 」は、ある伸線パスで引き
抜かれるに至った線材の伸線加工歪とする。すなわち、
初段の伸線パスで引き抜かれる前の線材の直径をD0 、
i段目の伸線パスで引き抜かれた線材の直径をDi とす
れば、i段目の伸線パスを通過した線材のεc は、2×
1n(D0 /Di )であり、i段目以前の伸線パスのダ
イス加工歪εD の合計値に相当する。 (3)「総伸線加工歪εT 」は、最終段の伸線パスで引
き抜かれるに至った線材の伸線加工歪とする。すなわ
ち、初段の伸線パスで引き抜かれる前の線材の直径をD
0 、最終段の伸線パスで引き抜かれた線材の直径をDn
とすれば、総伸線加工歪εT は、εT =2×1n(D0
/Dn )であり、全伸線パスのεD の合計値に相当す
る。
の適合範囲に設定し、かつ総伸線加工歪の40%以上に相
当する伸線加工を、減面率を20%以上に設定したダイス
にて行うことにより、鋼線の表面の損傷、断線、ダイス
の早期摩耗等の問題を生じることなく、延性に優れた高
強度鋼線をより有利に製造することができる。具体的に
は、減面率を20%以上に設定したダイスにおけるダイス
加工歪εD の合計値が、総伸線加工歪εT の40%以上と
なるように、パススケジュールを設計するのである。
のは、多段伸線の過程において減面率を20%以上に設定
したダイスでの加工の割合を40%以上とすることによ
り、その割合が40%未満のときに比べて、線材表層部へ
の加工歪の集中的蓄積を大幅に抑制するためである。特
に、ゴム物品補強用高強度鋼線等に好適であり、ゴムの
加硫に伴う加熱による延性低下が少なく、耐久性の高い
高強度鋼線を得ることができる。
設定するにあたり、減面率を20%以上に設定したダイス
での伸線加工は、高い減面率での伸線加工が比較的容易
である伸線パス、すなわち累積伸線加工歪εc が0.5 以
上かつ2.5 未満の線材を伸線する伸線パスにて行うこと
が好ましい。なぜなら、εc が0.5 未満の線材は、表面
の潤滑性が未だ良好でなく、εc が小さくなる上流の伸
線パスほど、高い減面率での伸線加工が困難になるため
である。特に、ゴム物品補強用高強度鋼線製造のための
黄銅めっき鋼線材の伸線において顕著である。一方、ε
c が2.5 以上の線材を加工する伸線パスにおいては伸線
速度が速くなり、かつ線材の変形抵抗も高くなるため、
εc が大きくなる下流の伸線パスほど、高い減面率での
伸線加工が困難となるためである。
れを伸線するダイスの減面率を縦軸にとって図示したと
きに、εc が0.5 以上かつ2.5 未満である領域に20%以
上の最大減面率を持つ、山なりの形状となるように、パ
ススケジュールを設定することが特に好ましい。
形状のものが適用でき、例えば鋼線材を伸線する場合に
は、アプローチ角が8°から15°およびベアリング長さ
がダイス孔径の0.3 倍から0.8 倍のものが使用できる。
また、ダイス材質は、焼結ダイヤモンドのほか、安価な
超硬合金ダイスも使用できる。
5 mmの高炭素鋼材に、乾式伸線を施して直径が約1.72mm
の鋼線材を製造した。この鋼線材にパテンティング処理
と黄銅めっき処理とを施し、黄銅めっき鋼線材を製造し
た。得られた黄銅めっき鋼線材に、多段スリップ型湿式
伸線を施し、直径が0.30mmの黄銅めっき鋼線を製造し
た。なお、定常伸線速度における最終ダイス通過後の鋼
線の速度は、800 m/min とした。また、ダイスには、
アプローチ角が約12°およびベアリング長さがダイス孔
径の約0.5 倍の超硬合金ダイスを用いた。
キャプスタン周速比の異なる2種類の伸線装置aおよび
bと、累積伸線歪εc とダイス減面率との関係がほぼ山
なりである5種類のパススケジュールA,B,C,Dお
よびEとを組み合わせ、表1に示す7種類の条件を適用
した際の、最終ダイス直前の線速張力の変動情況および
伸線量当たりの最終ダイス摩耗量を測定して比較した。
なお、用いた2種類の伸線装置のキャプスタン周速比を
表2に、5種類のパススケジュールの詳細およびキャプ
スタンへの線材巻付け回数を表3ないし表7に示す。こ
こで、表2において、ドラフト番号とは、最終段を
〔1〕とし、上流に向かって順に付した伸線装置の伸線
パスの各段に固有の番号である。また、あるドラフトに
おけるキャプスタン周速比とは、(そのドラフトのキャ
プスタン周速−直上流のキャプスタン周速)/(直上流
のキャプスタン周速)×100 (%)で求められる値であ
る。
均スリップ速度を図2に、また各パススケジュールの累
積伸線歪εc とダイス減面率との関係を図3に示す。
スリップ速度が5〜80m/min の範囲にある、実施例1
から4の条件での伸線においては、最終ダイス直前の線
材張力の変動が著しく少なく、ほぼ一定の張力で伸線す
ることができた。これに対し、比較例1から3の条件で
の伸線は、線材張力のスパイク状変動が検出された。ま
た、実施例1から4における伸線量当たりの最終ダイス
摩耗量は、比較例1から3におけるそれのほぼ2分の1
であった。
造された鋼線の、加熱後捻回値を次の条件で測定して比
較した。 (1)加熱条件:ゴムの加硫のための加熱を想定し、14
5 ℃で40分間とした。 (2)捻回条件:加熱した鋼線を、試験長を50mmとし、
軸線方向に約1.0 kgの張力をかけながら約60回/分の回
転速度で捻った。 (3)捻回値:鋼線が表面クラック発生または破断に至
るまでに、鋼線の直径の100 倍の長さ当たりに加えた捻
り量を捻回値とした。捻回値が大きいほど捻回特性に優
れる。
%以上のダイスによる伸線加工の割合が40%以上である
鋼線は、減面率20%以上のダイスによる伸線加工の割合
が40%未満である鋼線よりも、著しく優れた加熱後捻回
特性を示した。しかしながら、比較例2および3におい
ては、減面率20%以上のダイスによる伸線加工の割合は
比較例1よりも大きいが、最大平均スリップ速度が比較
例1よりも大きく、鋼線の加熱後捻回特性は比較例1よ
りも劣るもとなった。これに対し、平均スリップ速度が
この発明の条件を満たし、かつ減面率20%以上のダイス
による伸線加工の割合が40%以上である実施例3および
4による鋼線は、比較例1よりもさらに優れた加熱後捻
回特性を示した。
リップ型湿式伸線方法に従って、キャプスタン周速と引
き抜かれる線材の速度との差を適正に設定することによ
り、伸線中の線速および張力の断続的変動が抑制され、
ダイスの早期摩耗、断線、線材の損傷等の問題を解決す
ることができ、高品質の線材を効率的に製造することが
できる。
線方法において、総伸線加工歪の40%以上に相当する伸
線加工を、減面率が20%以上のダイスにて行うことに
より、延性が良好でかつ加熱時効によっても延性が劣化
し難い線を製造することができる。このため、例えば高
強度鋼線の高速伸線に好適であり、得られる鋼線は、高
い耐久性が要求されるゴム物品補強材等として、好適に
用いることができる。
スリップ速度を示すグラフである。
の、累積伸線歪εc とダイス減面率との関係を示すグラ
フである。
値を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 ダイスとそのダイスを通過した線材を引
抜くキャプスタンとからなる伸線パスを複数段用いる多
段スリップ型湿式伸線方法において、最終段を除く各段
の伸線パスにおける、下記式で定義される、平均スリッ
プ速度Si を、5〜80m/min の範囲に設定することを
特徴とする多段スリップ型湿式伸線方法。 記 Si =Vci −Vwi ここで、Vci :各段のキャプスタンの周速 Vwi :各段のダイス通過後の線材の平均速度 - 【請求項2】 請求項1において、総伸線加工歪の40%
以上に相当する伸線加工を、減面率が20%以上のダイス
を用いて行うことを特徴とする多段スリップ型湿式伸線
方法。 - 【請求項3】 請求項2において、減面率が20%以上の
ダイスを用いた伸線加工は、初段からの累積伸線加工歪
が0.5 以上かつ2.5 未満の線材を伸線する伸線パスにて
行うことを特徴とする多段スリップ型湿式伸線方法。
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