200934595 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於利用冷加工之管材之抽拉加工用柱塞以 及使用其之抽拉加工方法，詳而言之是關於，即使是將厚 '壁的素管實施冷抽拉加工的情況，仍不致發生柱塞破損和 震顫（chatter)缺陷之抽拉性能優異的管材之抽拉加工用柱 塞以及使用其之抽拉加工方法。 〇 【先前技術】 管材的抽拉加工方法，是將經由潤滑處理後的素管透 過治具（柱塞及模具）施以抽拉以進行縮徑及壁厚減少加工 ’藉此獲得尺寸精度和表面平滑性優異的管材。由於加工 後的管材的表面精度很高，大多應用於作爲汽車用的管零 件’最近對於汽車用零件是要求更高的品質和更高的精度 ’因此可預測其需要量會越來越多。 Q 第1圖係用來說明所使用的柱塞不同之2種的抽拉加 工。第1 (a)圖係顯示使用外徑一定的圓柱面狀的圓筒柱塞 1的抽拉加工’圓同柱塞1的後端是連結於支承心軸5， 且以和模具4成爲同心狀的方式插入素管6的內面。使用 圓筒柱塞1之抽拉加工，係應用於製造較大徑的管材的情 況。圖中的箭頭代表抽拉方向。 第1(b)圖顯不使用錐狀柱塞2的抽拉加工，同樣的， 錐狀柱塞2的後端是連結於支承心軸5，且以和模具4成 爲同心狀的方式插入素管6的內面。素管6，是在沿著模 -4- 200934595 具4的圓錐面狀的錐部和柱塞2的圓錐面 形的狀態下，被導入模具4的支承部和柱 的直線部之間，而加工成以模具4的支承 且以柱塞2的直線部外徑爲內徑之加工管 中的箭頭代表抽拉方向。 錐狀柱塞2的錐部是形成錐角0。因 狀柱塞2的作用力而言，除了朝抽拉方向 φ 還對柱塞2的錐部附加有與抽拉方向相反 ，而摩擦力和回推力會相抵銷。因此，使J 以抽拉加工時，在抽拉過程錐狀柱塞2會 因此可能不須使用支承心軸5。又即使連 ，仍可減低作用於支承心軸5的力量。 如此般，第1(b)圖所示的錐狀柱塞2 柱塞（SF柱塞），而具有上述抽拉特性，因 的管材的抽拉加工。以下，按照需要，將! Q 錐狀柱塞2稱爲「SF柱塞」。 第2圖係用來說明使用於管材的抽拉 狀。抽拉加工用的模具4係具備：用來決 徑之出口側的支承部4b、用來將素管導入 徑朝入口側擴大之進入部4a。 在第2圖所示的模具形狀，進入部4 ，並具有既定的模具面角α。一般而言， 第1(b)圖所示的錐狀柱塞的錐角0更大， 狀的錐部進行變 塞2的圓柱面狀 部內徑爲外徑、 7。同樣的，圖 此，就作用於錐 的摩擦力以外， 的方向之回推力 Ή錐狀柱塞2施 成爲浮動狀態， 結著支承心軸5 ，係稱爲半浮動 此適用於較小徑 第1(b)圖所示的 加工之模具的形 定素管的加工外 支承部4b之內 a是形成直線狀 模具面角α是比 角度爲2 0 ~ 2 5度 -5- 200934595 然而，依照最近的需求動向，應用於汽車用的管零件 之機械構造用鋼管，除了要求多種外徑尺寸的鋼管外，對 於厚壁尺寸鋼管的需求也日益增加。在將厚壁的素管施以 抽拉加工的情況，柱塞加工面和素管的接觸面積會增加。 因此，使用圓筒柱塞施以抽拉加工時，柱塞容易沿抽拉方 向被拉入，而產生震顫，並可能發生對應於該震顫的痕跡 (震顫缺陷）。 另一方面，在使用SF柱塞施以抽拉加工時，隨著柱 塞的直線部及錐部和素管間的接觸面積增加，作用於柱塞 之朝抽拉方向或是相反方向的回推力會增加，因此會使柱 塞脫離浮動狀態，而在偏移適當位置的狀態下進行抽拉加 工，這點是可預測的。如此般在偏離適當位置的狀態下進 行抽拉加工的情況，不僅會影響加工管的尺寸精度，且可 能導致柱塞的破損。 因此期望能開發出一種抽拉性能優異的抽拉加工用柱 塞，在進行管材的抽拉加工時，不論素管的壁厚尺寸爲何 ，都不會在加工管發生震顫缺陷和尺寸精度的降低，同時 不會造成柱塞的破損。 以往關於抽拉加工用柱塞已有各種的提案。例如，在 日本特開平09-225 522號公報提出，將錐部（該公報中的進 入部）和直線部（該公報中的支承部）透過頸縮部（該公報中 的V字形槽）來連接之浮動柱塞。又依據該公報的柱塞’ 藉由頸縮部可獲得朝抽拉方向的彈壓力，因此不論素管的 壁厚尺寸如何，都能使浮動柱塞在適當的位置保持平衡。 -6- 200934595 此外，在曰本特開2003- 1 1 22 1 8號公報提出，將錐部 和直線部（該公報中的精加工部）透過凹部來連接的浮動柱 塞，其適用於柴油機的燃料噴射管等用的厚壁細徑管的抽 拉加工" 【發明內容】 如前述般，爲了提昇利用冷加工的加工製品的產率並 φ 延長工具壽命，雖已有各種的抽拉加工用柱塞被提出，但 都無法適當地改善抽拉加工用柱塞的抽拉性能。 在日本特開平09-225522號公報提出的浮動柱塞，爲 了將作用於柱塞的抽拉方向的力和作用於與抽拉方向相反 方向的力保持平衡，是在錐部和直線部之間設置頸縮部， 但針對在將厚壁的素管施以抽拉加工的情況容易發生的震 顫缺陷和柱塞破損的防止，並沒有任何的探討。 又在日本特開2003-1 1221 8號公報記載的浮動柱塞， 〇 爲了將切削內周面時產生的車刀痕除去而使抽拉加工後的 管內周面具有高平滑度，是在錐部和直線部之間以既定的 位置關係來設置凹部，但針對在將厚壁的素管施以抽拉加 工的情況容易發生的震顫缺陷和柱塞破損的防止，並沒有 任何的探討。 本發明是有鑑於上述抽拉加工的問題點，其目的是爲 了提供一種抽拉性能優異的抽拉加工用柱塞以及使用其之 抽拉加工方法，即使是將壁厚的素管施以冷抽拉加工的情 況，仍能有效防止柱塞破損和震顫缺陷的發生，且能避免 200934595 尺寸精度降低。 本發明人爲了解決上述課題，是使用各種的抽拉加工 用柱塞，來觀察抽拉加工時被加工管材的變形舉動。 第3圖係用來說明將厚壁的素管使用圓筒柱塞施以抽 拉加工的情況的變形舉動。如前述般，在將厚壁的素管6 施以抽拉加工的情況，由於圓筒柱塞1和素管6內面的接 觸面積增加，圓筒柱塞1容易沿抽拉方向被拉入，在柱塞 φ 面會因反覆的拉入和回復而誘發自發振動，因此產生震顫 缺陷。若產生震顫缺陷，在加工管7的內面會沿軸長方向 產生微小的痕跡。 第4圖係用來說明將厚壁的素管使用SF柱塞施以抽 拉加工的情況之變形舉動的一例。SF柱塞2，是以其直線 部2s和模具4的支承部4b形成同心狀的方式，插入素管 6的內面。 隨著抽拉加工的進行，素管6會沿著模具4的進入部 Q 4a和SF柱塞2的錐部2t的形狀進行變形，並被導入模具 4的支承部4b和SF柱塞2的直線部2s之間，經由縮徑及 壁厚減少加工而製得加工管7。 通常，在抽拉加工的變形舉動的初期，素管6是受到 模具4的進入部4a的拘束，而能沿著其錐形一邊進行縮 徑變形一邊進行壁厚增加變形。這時，若素管6爲厚壁型 管’素管的壁厚增加變形變明顯，會超過模具4的進入部 4a和SF柱塞2的錐部2t的間隔，而使素管6的內面抵接 於錐部2t的後端。若發生這種事態，隨著抽拉加工的進 -8- 200934595 行會導致柱塞破損。 此外，在將厚壁的素管使用SF柱塞施以抽拉加工的 情況，由於SF柱塞2的加工面和素管6的接觸面積增加 ，作用於SF柱塞2的力量增加，會使SF柱塞2朝與抽拉 方向相反的方向脫離，而可能發生無法保持浮動、或是偏 離適當位置的事態。爲了防止這種事態的發生，SF柱塞2 之直線部2s及錐部2t必須具有適當的軸方向長度。 φ 本發明是基於上述見解而開發完成者，其要旨是包括 下述（1)(2)的抽拉加工用柱塞以及（3)的抽拉加工方法。 (1)一種管材之抽拉加工用柱塞，其特徵在於：從柱塞 的前端起，依序在直線部、第1錐部及第2錐部具有連續 形成的外面，前述直線部的外面呈圓柱面狀，在前述第1 錐部是以直徑從直線部往第2錐部變大的方式賦予錐角0 1，在前述第2錐部是以直徑從前述第2錐部往後端變大 的方式賦予錐角02，錐角01和02是符合下述（1)式的關 ❹係。 0 1> 0 2>0(零）.··（1) (2)上述（1)的管材之抽拉加工用柱塞，前述第丨錐部 的錐角Θ1爲10〜18度’在前述第1錐部的軸方向長度爲 L1及第2錐部的軸方向長度爲L2的情況，L1及L2的關 係符合下述（2)式及（3)式。 200934595 L 1 — 5mm …（2) L 1 + L 2 S 2 0 m m …（3 ) (3)—種管材之抽拉加工方法，其特徵在於：係使用具 有既定的支承部內徑之模具以及上述（1)或（2)任一項記載 的抽拉加工用柱塞，來將管材施以縮徑及壁厚減少加工。 本發明的抽拉加工用柱塞，最適於管材爲厚壁的情況 φ ，本發明的厚壁是指，壁厚T對於外徑D的比（T/D)在 20%以上。 依據本發明的管材之抽拉加工用柱塞，即使是使用厚 壁的素管施以冷抽拉加工的情況，仍能有效防止柱塞破損 和震顫缺陷的產生，並能避免尺寸精度的降低，而能謀求 工具壽命的延長。使用該柱塞之抽拉加工方法，其抽拉性 能優異，能減少起因於柱塞之製品不良，而能提昇加工管 製品的產率。 ❹ 【實施方式】 本發明的管材的抽拉加工用柱塞，其特徵在於：從柱 塞的前端起，依序在直線部、第1錐部及第2錐部具有連 續形成的外面，前述直線部的外面呈圓柱面狀，在前述第 1錐部是以直徑從直線部往第2錐部變大的方式賦予錐角 0 1 ’在前述第2錐部是以直徑從前述第2錐部往後端變 大的方式賦予錐角02，錐角0 1和Θ2是符合0 1>02>〇( 零）的關係。 -10- 200934595 第5圖係用來說明本發明的抽拉加工用柱塞的形狀和 使用其施以抽拉加工的情況的變形舉動。如前述第4圖所 示，將厚壁的素管使用SF柱塞施以抽拉加工的情況，在 抽拉加工的初期，素管會在模具的進入部進行縮徑變形及 壁厚增加變形，因此壁厚增加後的素管的內面會抵接於柱 塞的錐部後端。 爲了防止前述素管的內面和柱塞的錐部後端的抵接， φ 本發明的抽拉加工用柱塞3，是從圓柱面狀的直線部3s朝 與抽拉方向相反的方向連續設置：具有錐角01的圓錐面 狀的第1錐部3tl、具有錐角02之圓錐面狀的第2錐部 3t2。 本發明之抽拉加工用柱塞3，由於第1錐部3tl及第 2錐部3t2的錐角關係爲01>0 2>〇(零），故能防止素管6 內®脫離柱塞的錐部3t而造成抵接，並能讓抵接後的素 管內面沿著錐部3t的形狀解除抵接。 Q 在以下的說明中，按照需要，會將本發明的抽拉加工 用柱塞簡稱爲「2段錐狀柱塞」。 具體而言，從第5圖的變形舉動可看出，在抽拉加工 的初期，即使素管6在模具4的進入部4a進行縮徑及壁 厚增加變形，壁厚增加後的素管6的內面會抵接於2段錐 狀柱塞3的第1錐部3tl或第2錐部3t2的任一者。在接 下來的抽拉加工也是，素管6會沿著模具4的進入部4a 和2段錐狀柱塞3的錐部3t的形狀進行變形，並被導入 模具4的支承部4b和2段錐狀柱塞3的直線部3s之間而 -11 - 200934595 進行縮徑及壁厚減少加工。 本發明的抽拉加工用柱塞，是從直線部3s起連續設 置具有錐角01之第1錐部3tl和具有錐角02之第2錐 部3t2，在素管6進行壁厚增加變形後的情況，會使素管 6的內面抵接於第1錐部3tl或第2錐部312的任一者。 再者，藉由使第1錐部3tl和第2錐部3t2的錐角關 係符合0 1>0 2>〇(零），在素管內面抵接於第1錐部3tl或 φ 第2錐部3t2的情形，能沿著2段錐狀柱塞3的錐部3t的 形狀解除抵接，而繼續進行素管6的變形。 本發明之抽拉加工用柱塞，宜將第1錐部的錐角01 設定爲10〜18度，以在抽拉加工過程確保浮動狀態。第1 錐部，本實上是承受作用於柱塞之與抽拉方向相反的方向 之回推力，若錐角01未達10度，無法獲得浮動所必須之 朝與抽拉方向相反的方向作用的回推力，因此柱塞容易被 拉入而無法維持浮動狀態。另一方面，若錐角01超過18 φ 度，素管內面會抵接於錐部後端而導致柱塞發生破損。 本發明的抽拉加工用柱塞，宜將第1錐部的軸方向長 度L1設定爲5mm以上，以在抽拉加工過程確保浮動狀態 。若軸方向長度L1未達5 mm，無法獲得浮動所必須之朝 與抽拉方向相反的方向作用的回推力，因此柱塞容易被拉 入。 本發明的抽拉加工用柱塞，宜將第1錐部的軸方向長 度L1及第2錐部的軸方向長度L2的全長設定爲2 0mm以 下’以防止柱塞發生破損。若柱塞錐部的軸方向長度L1 -12- 200934595 、L2的全長超過20mm，在抽拉加工過程容易發生柱塞破 損。 本發明的抽拉加工方法，係使用具有既定的支承部內 徑之模具和上述抽拉加工用柱塞，來對被加工管材施以縮 徑及壁厚減少加工。即使是使用厚壁尺寸的被加工管材施 以抽拉加工的情況，仍能有效防止柱塞破損和震顫缺陷的 產生，而能謀求工具壽命的延長，並減少起因於柱塞之製 品不良而提昇製品產率。 以下根據實施例來具體說明本發明的效果。 [實施例] 作爲供試素管，是準備屬於機械構造用碳鋼管之JIS G405 1 規定的 S45C(0.44C - 0.75Mn - 0.15Cr - O.lTi 鋼材） 所構成的管材，用各種的柱塞來進行抽拉加工’並評價這 時的加工狀況。抽拉加工，係按照所準備的素管尺寸’實 施表1之Sch.l~5所示的5種的冷加工排程（schedule)。 表1所示的截面減少率Rd(%) ’係由下述（4)式算出。
Rd={(D〇-Di)/D〇}xlO〇(%)··· (4) 其中，D〇:加工前截面積（mm2) D!:加工後截面積 (mm2) -13- 200934595
抽拉加工 排程 素管尺寸 抽 拉加工尺寸 截面 減少率 (%) 外徑D (mm) 壁厚τ (mm) T/D (%) 外徑D (mm) 壁厚τ (mm) T/D (%) Sch.l 30.00 3.00 10.0 20.30 2.50 16.7 45.1 Sch.2 30.00 6.00 20.0 20.30 5.15 25.4 45.8 Sch.3 30.00 6.00 20.0 22.30 5.15 23.1 3 8.7 Sdi.4 31.80 7.30 23.0 22.45 6.22 27.7 43.6 Sch.5 31.80 7.60 23.9 23.00 6.55 28.5 43.6 ❹ 抽拉加工所使用的柱塞，係前述第3圖所示的圓筒柱 塞、目丨]述第4圖所不的S F柱塞、目丨』述第5圖所示的2段 錐狀柱塞。所使用的柱塞的進入部的錐面角0爲2〇度。 所使用的柱塞的尺寸及抽拉加工時的評價結果如表2戶斤# 〇 關於表2的評價結果，X代表抽拉加工無法進行的情 況，〇代表抽拉加工可進行的情況，又◎代表抽拉加工可 φ 穩定進行的情況。 -14- 200934595 ❹ 【(Ν«】 |區分 比較例 比較例 本發明例 抽拉加工評價結果 X X X 〇 X X 〇 〇 ◎ 〇 〇 ◎ ◎ 柱塞尺寸 L1+L2 (mm) I I I I I I (N (N CN (Ν 21 I I I I t t o o ο Ο Ο Ο Ο 21 I I I wn ο uo ο Ο £ g I I I I I I o o ο Ο ΟΟ S § I I I οο οο ο 使用柱塞 I_ 圓筒柱塞 I圓筒柱塞 丨圓筒柱塞 SF柱塞 SF柱塞 SF柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 2段錐狀柱塞 抽拉加工 排程 Sch.l Sch.2 Sch.4 Sch.l Sch.3 Sch.5 Sch.l Sch.2 Sch.2 Sch.3 Sch.4 Sch.4 Sch.5 試驗 No. r-H (N m 寸 VO 卜 〇〇 ON Ο <Ν cn -15- 200934595 使用圓筒柱塞進行抽拉加工時，都會發生不穩定的抽 拉加工，特別是試驗No.2、3之厚壁素管的情況，震顫缺 陷的發生明顯，而無法進行穩定的加工。 使用SF柱塞進行抽拉加工時，如試驗Νο·4所示在使 用一般T/D的素管的情況雖可進行抽拉加工，但如試驗 Νο.5、6所示在厚壁素管的情況，會發生柱塞破損而無法 進行抽拉加工。 φ 使用本發明的2段錐狀柱塞進行抽拉加工時，如試驗 Νο.7-13所示都能進行穩定的抽拉加工，特別是L1及L2 設定在適當範圍之試驗Νο.9、12、13的情況，可發揮優 異的加工特性。 依據本發明的抽拉加工用柱塞，即使是使用厚壁素管 來施加冷抽拉加工的情況，仍能有效防止柱塞破損和震顫 缺陷的產生，並能避免尺寸精度的降低，而能謀求工具壽 命的延長。使用該柱塞之抽拉加工方法，其抽拉性能優異 〇 ，能減少起因於柱塞之製品不良，而能提昇加工管製品的 產率，因此適用於作爲機械構造用碳鋼管的製造方法。 【圖式簡單說明】 第1圖係用來說明所使用的柱塞不同之2種的抽拉加 工；第1(a)圖係顯示使用外徑一定的圓柱面狀的圓筒柱塞 1的抽拉加工，第1(b)圖顯示使用錐狀柱塞2的抽拉加工 第2圖係用來說明管材的抽拉加工所使用的柱塞形狀 -16- 200934595 第3圖係用來說明將厚壁的素管使用圓筒柱塞施以抽 拉加工的情況的變形舉動。 第4圖係用來說明將厚壁的素管使用SF柱塞施以抽 拉加工的情況之變形舉動的一例。 第5圖係用來說明本發明的抽拉加工用柱塞的形狀和 使用其施以抽拉加工的情況的變形舉動。 〇 【主要元件符號說明】 1 :圓筒柱塞 2:錐狀柱塞（SF柱塞） 2 s ·直線部 2t :錐部 3 : 2段錐狀柱塞 3t :錐部 Q 3tl :第1錐部 3t2 :第2錐部 3 s :直線部 4 :模具 4a :進入部 4b :支承部 5 :支承心軸 6 :素管 7 :加工管 -17- 200934595
β 1 :第1錐部的錐角 02:第2錐部的錐角 L1:第1錐部的軸方向長度 L2:第2錐部的軸方向長度 -18-