WO2007123073A1 - 管の引抜加工用プラグ及びこれを用いた管の製造方法 - Google Patents

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Kouichi Kuroda
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Definitions

  • the present invention relates to a pipe drawing process plug and a method of manufacturing a pipe using the same, and particularly to a plug that can cause wear 1 and can maintain a long life and a method of manufacturing a pipe using the same. Related.
  • the pipe is drawn by inserting a plug 1 'whose rear end is supported by a mandrel M into the inner surface of the pipe P and drawing the pipe P in the direction of the arrow in Fig. 1.
  • the plug 1 ′ is inserted into the inner surface of the pipe P so as to be positioned concentrically with the die 2 and the pipe P.
  • the pipe P is deformed along the conical surface tapered portion 22 of the die 2 and the conical surface taper portion 12 of the plug 1 ′, while the cylindrical surface straight portion 21 of the die 2 is deformed.
  • the cylindrical straight portion 11 ′ of the plug 1 The diameter of the opening of the die 2 defined by the opposing straight portions 21 is the outer diameter, and the tube P is processed with the diameter of the straight portion 11 ′ of the plug 1 ′ as the inner diameter.
  • the taper portion 12 and the straight portion 11 are directly connected.
  • Conventional plugs 1 ' are generally coated on the surface in order to increase wear resistance.
  • the plug 1 'without the surface coating can be repeatedly used for the drawing process of the pipe P.
  • the connection between the tapered portion 12 ′ and the straight portion 11 ′ is particularly difficult. Wear near the point It was easy to generate. If this worn plug 1 'is used for pipe P drawing without care, it will cause deterioration in the dimensional (inner diameter) accuracy of pipe P after drawing, or seize between pipe P and plug 1'. May occur.
  • plug 1 ' If plug 1 'is to be used for as long as possible, the worn plug 1' may be cut and polished and reused for drawing pipes with smaller dimensions.
  • the re-use as described above requires time for cutting and polishing, so the production efficiency of the pipe P decreases. Therefore, it is desirable to develop a plug that can be used for a long period of time (long life) when drawing pipe P of the same size where wear is unlikely to occur!
  • plugs described in Patent Documents 1 and 2 have been proposed as plugs in which the tapered portion and the straight portion are directly connected. More specifically, the plug described in Patent Document 1 has a constriction between a tapered part (referred to as an approach part in Patent Document 1) and a straight part (referred to as a bearing part in Patent Document 1). They are connected by a part (V-shaped groove) (see Fig. 2 in Patent Document 1). Further, the plug described in Patent Document 2 has a tapered portion and a straight portion (referred to as a finished portion in Patent Document 2) connected by a concave portion as described in FIG. 1 of Patent Document 2. Yes.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9-225522
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-112218
  • Patent Document 1 The plug described in Patent Document 1 is intended to maintain a balance between the force acting in the pulling direction acting on the plug and the force acting in the direction opposite to the pulling direction (Patent Document 1). Paragraph 0004, etc.), and only a constricted portion is provided between the tapered portion and the straight portion. In Patent Document 1, there is no disclosure or suggestion of how the constricted portion affects the above-described plug wear.
  • Patent Document 2 is intended to remove bites and the like generated during internal cutting, and to increase the smoothness of the inner peripheral surface of the tube after drawing calorie (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 Paragraph 0006 of the above, only a recess is provided in a predetermined positional relationship between the taper portion and the straight portion.
  • Patent Document 2 neither discloses nor suggests how the recess affects the aforementioned plug wear.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art. It is an object of the present invention to provide a plug that can cause wear and maintain a long life and a method of manufacturing a pipe using the plug.
  • the present invention to solve the above problems is a pipe drawing plug, which connects a cylindrical straight portion, a conical tapered portion, and the straight portion and the tapered portion.
  • the curved surface portion has a predetermined radius of curvature in which a center of curvature is located outside the straight portion and the taper portion in a cross section including a central axis of the drawing plug.
  • the inclination in the vicinity of the connection point with the straight portion is substantially the same as the inclination of the straight portion, and the inclination in the vicinity of the connection point with the taper portion is substantially the same as the inclination of the taper portion.
  • a plug for drawing a tube is provided.
  • the straight portion and the tapered portion are not directly connected as in the prior art, but are connected by a curved surface portion having a predetermined radius of curvature.
  • the inclination force in the vicinity of the connection point with the straight portion of the curved surface portion S is substantially the same as the inclination of the straight portion, and the inclination in the vicinity of the connection point with the taper portion of the curved surface portion is the inclination of the taper portion. It is almost the same.
  • the straight portion, the curved surface portion, and the tapered portion are smoothly connected so that the connecting portion between the straight portion and the curved surface portion and the connecting portion between the tapered portion and the curved surface portion are not broken.
  • the non-contact area that does not come into contact with the tube is smaller than that of the conventional plug, and the surface pressure on which the tube force acts is dispersed as described later (not yet).
  • the maximum surface pressure acting near the contact area is reduced).
  • the radius of curvature is preferably 2 mm or more and 20 mm or less.
  • the present invention is also provided as a method for manufacturing a pipe, characterized by including a step of inserting the drawing plug into an inner surface of a pipe to be drawn and drawing it.
  • FIG. 1 is an axial sectional view showing a schematic configuration of a conventional pipe drawing plug, and Fig. 1 (a) shows a pipe drawing process using the drawing plug. Fig. 1 (b) shows an enlarged view of the part enclosed by the broken line in Fig. 1 (a).
  • FIG. 2 is an axial sectional view showing a schematic configuration of a pipe drawing plug according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) is a drawing of a pipe using the drawing plug.
  • Fig. 2 (b) shows an overall view showing the state of machining, and
  • Fig. 2 (b) shows an enlarged view of the part enclosed by the broken line in Fig. 2 (a).
  • FIG. 3 is a graph showing an example of the result of calculating the surface pressure acting on the plug from the pipe by numerical analysis.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view in the axial direction showing a schematic configuration of a pipe drawing plug according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 (a) shows a pipe drawing process using the drawing plug.
  • Fig. 2 (b) shows an enlarged view of the part enclosed by the broken line in Fig. 2 (a).
  • the plug 1 according to the present embodiment is inserted into the inner surface of the pipe P that is drawn while being squeezed by the die 2 in the same manner as in the prior art, and is connected to the cylindrical straight portion 11.
  • a tapered portion 12 having a conical surface shape is provided.
  • the plug 1 according to the present embodiment is different from the conventional one in that the straight portion 11 and the tapered portion 12 are connected by the curved surface portion 13.
  • the curved surface portion 13 has a predetermined radius of curvature R in which the center of curvature is located outside the straight portion 11 and the taper portion 12 in the cross section including the central axis of the plug 1.
  • the inclination of the inclined force straight portion 12 in the vicinity of the connection point 131 of the curved surface portion 13 with the straight portion 11 (parallel to the axial direction of the plug 1) is substantially the same. That is, the connecting portion between the straight portion 11 and the curved surface portion 13 is smoothly connected without forming a broken line.
  • the slope of the curved surface portion 13 near the connection point 132 with the tapered portion 12 is substantially the same as the slope of the tapered portion 12. That is, the connection portion between the tapered portion 12 and the curved surface portion 13 is smoothly connected without forming a broken line.
  • the straight portion 11, the curved surface portion 13, and the tapered portion 12 are smoothly connected.
  • 6 is a graph showing an example of the result of calculating the surface pressure acting from the pipe P at the time by numerical analysis.
  • the horizontal axis in Fig. 3 shows the axial position (mm) with respect to the point S (see Fig. 2) where the extension line of straight part 11 and the extension line of taper part 12 intersect (see Fig. 2).
  • the finite element method two-dimensional axisymmetric elasto-plastic deformation FEM
  • the plug 1 according to this embodiment has the straight portion 11, the curved surface portion 13, and the tapered portion 12 smoothly connected to each other.
  • the non-contact area that does not come into contact with the pipe P during drawing is less than the conventional plug, and the surface pressure acting from the pipe P is dispersed (the maximum surface pressure acting near the non-contact area is reduced). Become. This makes it difficult for the plug 1 to wear near the non-contact area, thus prolonging the service life. Can keep.
  • the radius of curvature R is preferably 20 mm or less.
  • Table 1 shows the results of the above test.

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Abstract

本発明に係る引抜加工用プラグ１は、ストレート部１１とテーパ部１２とが曲面部１３によって接続されている。曲面部１３は、プラグ１の中心軸を含む断面において、曲率中心がストレート部１１及びテーパ部１２の外方に位置する所定の曲率半径Ｒを有し、ストレート部１１との接続点１３１近傍の傾きがストレート部１１の傾きと略同一とされていると共に、テーパ部１２との接続点１３２近傍の傾きがテーパ部１２の傾きと略同一とされていることを特徴とする。

Description

明 細 書
管の引抜加工用プラグ及びこれを用レ、た管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、管の引抜加工用プラグ及びこれを用いた管の製造方法に関し、特に摩 耗が生じ 1 、寿命を長く保つことが可能なプラグ及びこれを用いた管の製造方法に 関する。
背景技術
[0002] 従来より、各種用途の管を製造するに際し、管の外径'内径'肉厚等の寸法精度の 向上や、表面の平滑性の向上、機械的強度の確保等を目的として、管に引抜加工を 施す場合がある。
[0003] 管の引抜加工は、たとえば図 1に示すように、後端をマンドレル Mで支持したプラグ 1 'を管 Pの内面に挿入し、管 Pを図 1の矢符の方向に引き抜くことによってなされる。 プラグ 1 'は、ダイス 2及び管 Pに対して同心状に位置するように管 Pの内面に挿入さ れる。この際、管 Pは、ダイス 2の円錐面状のテーパ部 22とプラグ 1 'の円錐面状のテ ーパ部 12，とに沿って変形しつつ、ダイス 2の円柱面状のストレート部 21とプラグ 1， の円柱面状のストレート部 11 'との間に導かれる。そして、対向する各ストレート部 21 で区画されるダイス 2の開口部の径を外径とし、プラグ 1 'のストレート部 11 'の径を内 径とする管 Pに加工される。
[0004] 従来の一般的なプラグ 1，においては、テーパ部 12，とストレート部 11，とが直接接 続されている。換言すれば、図 1 (b)に示すように、プラグ 1 'の軸方向に対して傾斜し たテーパ部 12'とプラグ 1 'の軸方向に平行なストレート部 11 'との接続箇所力 点 S で折れ曲がる折れ線状となっている。そして、従来のプラグ 1 'は、耐摩耗性を高める ために、表面にコーティングが施されるのが一般的である。
[0005] しかし、プラグの原単位を低下させるには、表面コーティングを施さないプラグ 1 'を 管 Pの引抜加工に繰り返し使用できることが望ましい。本発明者らが検討したところ、 上記従来のプラグ 1 'に表面コーティングを施さずに管 Pの引抜加工に繰り返し使用 すれば、特に、テーパ部 12'とストレート部 11 'との折れ線状の接続箇所近傍に摩耗 が生じ易いことが分力つた。この摩耗したプラグ 1 'を手入れせずに管 Pの引抜加工に 使用すれば、引抜加工後の管 Pの寸法（内径)精度の劣化を招いたり、管 Pとプラグ 1 'との間に焼き付きが生じる虞がある。プラグ 1 'を少しでも長く使用するだけならば、 摩耗したプラグ 1 'を切削研磨し、より寸法の小さな管 Pの引抜加工に再利用してもよ い。し力しながら、上記のような再使用には切削研磨するための時間を要するため、 管 Pの生産効率が低下する。従って、摩耗が生じ難ぐ同一寸法の管 Pの引抜加工 に長期間使用可能な (寿命の長 、)プラグの開発が望まれて!/、る。
[0006] 一方、テーパ部とストレート部とが直接接続されて 、な 、プラグとして、特許文献 1 や 2に記載のプラグが提案されている。より具体的に説明すれば、特許文献 1に記載 のプラグは、テーパ部（特許文献 1ではアプローチ部と称される）とストレート部（特許 文献 1ではベアリング部と称される）とが、くびれ部 (V字溝）によって接続されている（ 特許文献 1の図 2等参照)。また、特許文献 2に記載のプラグは、特許文献 2の図 1等 に記載されているように、テーパ部とストレート部（特許文献 2では仕上げ部と称され る）とが凹部によって接続されている。
特許文献 1 :日本国特開平 9— 225522号公報
特許文献 2 :日本国特開 2003— 112218号公報
発明の開示
[0007] し力しながら、特許文献 1に記載のプラグは、プラグに作用する引抜方向への力と、 引抜方向と逆方向に作用する力とのバランスを保つことを目的として (特許文献 1の 段落 0004等）、テーパ部とストレート部との間にくびれ部を設けたものに過ぎない。 特許文献 1には、該くびれ部が前述したプラグの摩耗に対して如何なる影響を及ぼ すかにっ 、ては開示も示唆もな 、。
[0008] また、特許文献 2に記載のプラグは、内削時に生じたバイト目等を除去し、引抜カロ ェ後の管の内周面を高平滑度にすることを目的として (特許文献 2の段落 0006)、テ ーパ部とストレート部との間に所定の位置関係で凹部を設けたものに過ぎない。特許 文献 2には、該凹部が前述したプラグの摩耗に対して如何なる影響を及ぼすかにつ いては開示も示唆もない。
[0009] 本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、摩 耗が生じ I 、寿命を長く保つことが可能なプラグ及びこれを用いた管の製造方法を 提供することを課題とする。
[0010] 前記課題を解決するべぐ本発明は、管の引抜加工用プラグであって、円柱面状 のストレート部と、円錐面状のテーパ部と、前記ストレート部と前記テーパ部とを接続 する曲面部とを含み、前記曲面部は、前記引抜加工用プラグの中心軸を含む断面 において、曲率中心が前記ストレート部及び前記テーパ部の外方に位置する所定の 曲率半径を有し、前記ストレート部との接続点近傍の傾きが前記ストレート部の傾きと 略同一とされていると共に、前記テーパ部との接続点近傍の傾きが前記テーパ部の 傾きと略同一とされていることを特徴とする管の引抜加工用プラグを提供する。
[0011] 本発明に係る管の引抜加工用プラグは、従来のようにストレート部とテーパ部とが直 接接続されているのではなぐ所定の曲率半径を有する曲面部によって接続されて いる。そして、前記曲面部のストレート部との接続点近傍の傾き力 Sストレート部の傾き と略同一とされていると共に、前記曲面部のテーパ部との接続点近傍の傾きがテー パ部の傾きと略同一とされている。換言すれば、ストレート部と曲面部との接続箇所、 及び、テーパ部と曲面部との接続箇所が折れ線状になることなぐストレート部、曲面 部及びテーパ部が滑らかに接続されている。従って、管を引抜加工するために管の 内面に挿入した際に、管と接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなり、 後述するように、管力も作用する面圧が分散する (未接触領域近傍に作用する最大 面圧が低下する）ことになる。これにより、未接触領域近傍でのプラグの摩耗が生じ難 くなり、寿命を長く保つことができる。
[0012] ここで、曲面部の曲率半径を小さくし過ぎると、ストレート部とテーパ部とを直接接続 した従来のプラグに近づく（従来のプラグは、曲面部の曲率半径を 0にしたものに相 当する)ため、上述した面圧分散の効果が乏しくなる。一方、曲面部の曲率半径を大 きくし過ぎると、プラグを特定の位置 (軸方向の位置）に固定することが難しくなる他、 引抜加工後の管の寸法 (内径)精度の劣化を招く虞がある。
[0013] 以上の点より、前記曲率半径は 2mm以上 20mm以下とすることが好ましい。
[0014] また、本発明は、前記引抜加工用プラグを引抜加工される管の内面に挿入して引 抜加工する工程を含むことを特徴とする管の製造方法としても提供される。 図面の簡単な説明
[0015] [図 1]図 1は、従来の管の引抜加工用プラグの概略構成を示す軸方向断面図であり、 図 1 (a)は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行っている状態を示す全体図 を、図 1 (b)は図 1 (a)の破線で囲った部分の拡大図を示す。
[図 2]図 2は、本発明の一実施形態に係る管の引抜加工用プラグの概略構成を示す 軸方向断面図であり、図 2 (a)は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行って いる状態を示す全体図を、図 2 (b)は図 2 (a)の破線で囲った部分の拡大図を示す。
[図 3]図 3は、管からプラグに作用する面圧を数値解析により算出した結果の一例を 示すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図 2は、本発明の一実施形態に係る管の引抜加工用プラグの概略構成を示す軸方 向断面図であり、図 2 (a)は引抜加工用プラグを用いて管の引抜加工を行っている状 態を示す全体図を、図 2 (b)は図 2 (a)の破線で囲った部分の拡大図を示す。
[0017] 図 2に示すように、本実施形態に係るプラグ 1は、従来と同様に、ダイス 2によって絞 られながら引抜加工される管 Pの内面に挿入され、円柱面状のストレート部 11と、円 錐面状のテーパ部 12と備えて 、る。
[0018] 一方、本実施形態に係るプラグ 1は、ストレート部 11とテーパ部 12とが曲面部 13に よって接続されている点で、従来と異なる。図 2 (b)に示すように、曲面部 13は、ブラ グ 1の中心軸を含む断面において、曲率中心がストレート部 11及びテーパ部 12の外 方に位置する所定の曲率半径 Rを有する。そして、曲面部 13のストレート部 11との接 続点 131近傍の傾き力ストレート部 12の傾き（プラグ 1の軸方向と平行）と略同一とさ れている。すなわち、ストレート部 11と曲面部 13との接続箇所が、折れ線状になるこ となく滑らかに接続されている。同様にして、曲面部 13のテーパ部 12との接続点 13 2近傍の傾きがテーパ部 12の傾きと略同一とされている。すなわち、テーパ部 12と曲 面部 13との接続箇所が、折れ線状になることなく滑らかに接続されている。このように 、本実施形態に係るプラグ 1は、ストレート部 11、曲面部 13及びテーパ部 12が滑ら かに接続されている。 [0019] 本実施形態に係るプラグ 1は、上記構成を有するため、管 Pの引抜加工の際に管 P と接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなる。この結果、管 Pから作用す る面圧が分散する (未接触領域近傍に作用する最大面圧が低下する)ことになる。以 下、この点について、より具体的に説明する。
[0020] 図 3は、曲面部 13の曲率半径 R= 10mmのプラグ 1及び曲率半径 R=Ommのプラ グ (従来のプラグに相当）のそれぞれを用いて、同一仕様の管 Pを引抜加工した際の 管 Pから作用する面圧を数値解析により算出した結果の一例を示すグラフである。図 3の横軸はストレート部 11の延長線とテーパ部 12の延長線とが交差する点 S (図 2参 照）を基準（ = Omm)とした軸方向位置 (mm)を示し、縦軸は数値解析により算出し た面圧 (MPa)を示す。なお、数値解析には、有限要素法 (2次元軸対称弾塑性変形 FEM)を用いた。
[0021] 図 3に示すように、従来のプラグ (R= Omm)では、基準点 S近傍、つまりテーパ部と ストレート部との折れ線状の接続箇所近傍で、面圧が急激に大きくなる。これは、接 続箇所が折れ線状であるため、管 Pと接触しない未接触領域が生じることが原因であ ると考えられる。つまり、前記未接触領域においては管 Pからの面圧が作用し得ない ため、逆に未接触領域に隣接する領域に作用する面圧が急激に大きくなつてしまう のだと考えられる。
[0022] 一方、図 3に示すように、本実施形態に係るプラグ 1 (図 3に示す例では R= 10mm )では、基準点 S近傍の最大面圧が低下する。これは、ストレート部 11、曲面部 13及 びテーパ部 12が滑らかに接続されて ヽるため、管 Pの弓 I抜加工の際に管 Pと接触し ない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなるためだと考えられる。つまり、未接触 領域が少ないため、管 Pから作用する面圧が接触領域に分散される結果、未接触領 域に隣接する領域に作用する面圧が低下するのだと考えられる。
[0023] 以上に説明した数値解析の結果力 分力るように、本実施形態に係るプラグ 1は、 ストレート部 11、曲面部 13及びテーパ部 12が滑らかに接続されているため、管 Pの 引抜加工の際に管 Pと接触しない未接触領域が従来のプラグよりも少なくなり、管 Pか ら作用する面圧が分散する (未接触領域近傍に作用する最大面圧が低下する)こと になる。これにより、未接触領域近傍でのプラグ 1の摩耗が生じ難くなり、寿命を長く 保つことができる。
[0024] ただし、曲面部 13の曲率半径 Rを小さくし過ぎると、ストレート部 11とテーパ部 12と を直接接続した従来のプラグに近づく（従来のプラグは、曲面部 13の曲率半径 R=0 mmにしたものに相当する）ため、上述した面圧分散の効果が乏しくなる。従って、曲 率半径 Rは 2mm以上とすることが好まし 、。
[0025] 一方、曲面部 13の曲率半径 Rを大きくし過ぎると、プラグ 1を特定の位置 (軸方向の 位置）に固定することが難しくなる他、引抜加工後の管 Pの寸法（内径)精度の劣化を 招く虞がある。従って、曲率半径 Rは 20mm以下とすることが好ましい。
[0026] 以下、本実施形態に係るプラグ 1及び従来のプラグについて、実際に寿命を評価し た結果について説明する。
[0027] 曲率半径 Rの異なる複数のプラグをそれぞれ用いて、外径 38. lmm、肉厚 3. 8m mの管を引き抜き、外径 22. 55mm,肉厚 2. 65mmの管に加工する試験を行った。 そして、引抜加工後の管の寸法が公差外れになったり、或いは管とプラグとの間に焼 き付きが生じるまでの管の総引抜き長さで寿命を評価した。
[0028] 表 1は、上記試験の結果を示す。
[表 1]
Figure imgf000008_0001
表 1に示すように、従来のプラグ (R=Omm)に比べて、本実施形態に係るプラグ 1 ( R= 2、 5、 10、 20、 30mm)は寿命を長く保つことが可能であった。特に、曲率半径 R= 2〜20mmの範囲のプラグを用いれば、従来のプラグよりも大幅な寿命延長が可 能であった。

Claims

請求の範囲
[1] 管の引抜加工用プラグであって、
円柱面状のストレート部と、
円錐面状のテーパ部と、
前記ストレート部と前記テーパ部とを接続する曲面部とを含み、
前記曲面部は、前記引抜加工用プラグの中心軸を含む断面において、曲率中心 が前記ストレート部及び前記テーパ部の外方に位置する所定の曲率半径を有し、前 記ストレート部との接続点近傍の傾きが前記ストレート部の傾きと略同一とされている と共に、前記テーパ部との接続点近傍の傾きが前記テーパ部の傾きと略同一とされ ていることを特徴とする管の引抜加工用プラグ。
[2] 前記曲率半径が 2mm以上 20mm以下とされていることを特徴とする請求項 1に記 載の管の引抜加工用プラグ。
[3] 請求項 1又は 2に記載の引抜加工用プラグを引抜加工される管の内面に挿入して 引抜加工する工程を含むことを特徴とする管の製造方法。
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