WO2016143791A1 - パイプの増肉成形方法及び増肉パイプ - Google Patents

パイプの増肉成形方法及び増肉パイプ Download PDF

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修治 山本
濱田 純一
敦久 矢川
充博 藤永
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新日鐵住金ステンレス株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08Upsetting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02Enlarging
    • B21D41/026Enlarging by means of mandrels

Definitions

  • the present invention relates to a method for increasing the thickness of a pipe that increases the thickness of the end of the pipe, and a thickness-enhancing pipe formed thereby.
  • Patent Document 1 discloses a conventional technique for increasing the thickness of an end portion of a pipe.
  • the pipe 1 is disposed in the upper die 2 and the lower die 3, and the upsetting punch 4 is pressed in the direction of the arrow, so that FIG. As shown in b), the end of the pipe 1 is thickened.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to increase the thickness of the end of a pipe without generating burrs.
  • the gist of the pipe thickening method of the present invention for achieving the above object is as follows.
  • a die having a large-diameter hole portion following the hole surface portion, a small-diameter portion of the mandrel and a first upsetting punch disposed along the small-diameter hole portion of the die, a large-diameter portion of the mandrel, and a large-diameter of the die Using a second upsetting punch arranged along the hole, placing the pipe between the die and the mandrel, and upsetting the first end of the pipe with the first upsetting punch.
  • the second end of the pipe is upset by the second upsetting punch, the thickness of the pipe is increased, and the mandrel is held in a state where the second end of the pipe is constrained by the second upsetting punch.
  • Pull out from the pipe to the first upsetting punch The pushing up the first end of the pipe, thickness increasing molding method of the pipe, characterized in that retrieving the pipe from the die Ri.
  • the thickening pipe of the present invention is a thickening pipe manufactured by the pipe thickening method of the present invention, wherein the end is thickened on the inner surface side and the end is thickened on the outer surface side. It is characterized by having.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the state before the thickening shaping
  • FIGS. 2 to 5 are sectional views showing a schematic configuration of the press die according to the embodiment.
  • the press die is installed in a press machine. Since the side cross section of the press die is axially symmetric, only one side portion from the central axis 20 is shown in each figure.
  • the press die includes a mandrel 22, a first upsetting punch 23, a second upsetting punch 24, and a die 25, the central axes 20 of which are coaxially arranged.
  • the mandrel 22, the first upsetting punch 23, and the second upsetting punch 24 are movable so as to be moved up and down by a lifting mechanism (not shown), whereas the die 25 is fixed.
  • a hydraulic pressure, a servo motor or the like can be used for the lifting mechanism.
  • the pipe 21 has a first end portion 21a and a second end portion 21b, and is a pipe having a constant thickness from one end to the other end.
  • the pipe 21 can be made of a material that can be plastically processed, such as ordinary steel, stainless steel, aluminum, and titanium.
  • the mandrel 22 has a small diameter portion 22a, an inclined surface portion 22b having a substantially frustoconical side surface shape whose diameter expands following the small diameter portion 22a, and a large diameter portion 22c following the inclined surface portion 22b.
  • the outer diameter of the large diameter portion 22 c is substantially equal to the inner diameter of the pipe 21.
  • the outer diameter of the small diameter portion 22a is smaller than the outer diameter of the large diameter portion 22c in order to increase the thickness of the first end portion 21a of the pipe 21.
  • the die 25 has a small-diameter hole portion 25a, an inclined hole surface portion 25b having a substantially frustoconical side surface shape in which the hole diameter expands, and a large-diameter hole portion 25c following the inclined hole surface portion 25b.
  • the inner diameter of the small diameter hole portion 25a is substantially equal to the outer diameter of the pipe 21.
  • the inner diameter of the large-diameter hole 25c is larger than the inner diameter of the small-diameter hole 25a in order to increase the thickness of the second end 21b of the pipe 21.
  • the first upsetting punch 23 is disposed along the small diameter portion 22a of the mandrel 22 and the small diameter hole portion 25a of the die 25, and has a substantially cylindrical shape.
  • the inner diameter of the first upsetting punch 23 is substantially equal to the outer diameter of the small diameter portion 22 a of the mandrel 22.
  • the outer diameter of the first upsetting punch 23 is substantially the same as the inner diameter of the small-diameter hole 25 a of the die 25.
  • the second upsetting punch 24 includes a large diameter portion 22c of the mandrel 22 and a large diameter hole portion 25c of the die 25. And is substantially cylindrical.
  • the inner diameter of the second upsetting punch 24 is substantially equal to the outer diameter of the large diameter portion 22 c of the mandrel 22.
  • the outer diameter of the second upsetting punch 24 is substantially equal to the inner diameter of the large-diameter hole portion 25 c of the die 25.
  • the pipe 21 is disposed between the die 25 and the mandrel 22. In this state, because of the thickening between the small diameter portion 22a of the mandrel 22 and the first end portion 21a of the pipe 21, and between the large diameter hole portion 25C of the die 25 and the second end portion 21b of the pipe 21. There exists a space.
  • the first end portion 21a and the second end portion 21b of the pipe 21 are upset by the first upsetting punch 23 and the second upsetting punch 24, respectively, and thickening molding is performed.
  • Reference numeral 31 is attached to the pipe after the thickness increase molding.
  • the first end portion 31a is increased in thickness toward the inner surface side
  • the second end portion 31b is increased in thickness toward the outer surface side.
  • the second end 21 b of the pipe 21 may be installed by the second upsetting punch 24.
  • the end 21 a of the pipe 21 may be installed by the first upsetting punch 23.
  • both end portions 21a and 21b of the pipe 21 may be installed simultaneously by the both punches 23 and 24.
  • the mandrel 22 is pulled out from the pipe 31 while the second end 31 b of the pipe 31 is restrained by the second upsetting punch 24.
  • the second end 31b of the pipe 31 is increased in thickness on the outer surface side (that is, on the die 25 side), but is not increased on the inner surface side (that is, on the mandrel 22 side), so that the mandrel 22 is removed from the pipe 31. Can be pulled out.
  • the first end 31 a of the pipe 31 is pushed up by the first upsetting punch 23, and the pipe 31 is taken out from the die 25.
  • the pipe after the thickness increase molding can be pressed using an integrated die. Can be taken out from.
  • the thickness of both ends of the pipe is increased only on the inner surface side or the outer surface side using an integrated die, the pipe after the thickening molding cannot be removed from the press die.
  • the end of the pipe can be increased without generating burrs.
  • the use of the thickening pipe to which the present invention is applied is not particularly limited.
  • it is effective to apply to a steel pipe used for an exhaust part (for example, a center pipe of an exhaust device) of an internal combustion engine (engine) mounted on an automobile, a motorcycle or the like.
  • Parts used in automobiles and motorcycles are required to be lighter from the viewpoint of fuel efficiency and thermal efficiency.
  • the exhaust pipes from the exhaust manifold to the muffler use stainless steel pipes with excellent heat resistance and corrosion resistance because high-temperature exhaust gas flows.
  • these parts are bent with a steel pipe having a constant thickness and subjected to molding such as pipe expansion, and then joined to other parts.
  • each part does not necessarily require a steel pipe having a constant thickness.
  • the present invention also includes increasing the thickness of only one end on the inner surface side or outer surface side. Moreover, after performing the thickening molding, a post-treatment such as a heat treatment may be performed as necessary.

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Abstract

 バリが発生することなくパイプの端部を増肉できるようにするパイプの増肉成形方法であって、パイプ(21)をダイ(25)とマンドレル(22)との間に、マンドレル(22)の小径部(22a)とパイプ(21)の第1端部(21a)との間、及び、ダイ(25)の大径孔部(25C)とパイプ(21)の第2端部(21b)との間に増肉のための空間が存在する状態で配置し、第1据込パンチ(23)及び第2据込パンチ(24)により、それぞれパイプ(21)の第1端部(21a)及び第2端部(21b)を据え込み、第2据込パンチ(24)によりパイプ(31)の第2端部(31b)を拘束した状態でマンドレル(22)をパイプ(31)から引き抜き、第1据込パンチ(23)によりパイプ(31)の第1端部(31a)を押し上げて、ダイ(25)よりパイプ(31)を取り出すことを特徴とする。

Description

パイプの増肉成形方法及び増肉パイプ
 本発明は、パイプの端部を増肉するパイプの増肉成形方法、及びそれにより増肉成形される増肉パイプに関する。
 パイプの端部を増肉するための従来技術として、例えば特許文献1に開示されているものがある。特許文献1の方法では、図1(a)に示すように、上ダイ2と下ダイ3との中にパイプ1を配設し、据込パンチ4を矢印方向に押圧して、図1(b)に示すように、パイプ1の端部の増肉を行う。
特開昭59-88210号公報
 特許文献1の方法では、分割したダイ2、3を用いることから、両端を増肉成形後にパイプをダイ2、3及び据込パンチ4から取り外すことが可能である。しかし、図1(C)に示すように、増肉成形時にパイプ1の外表面が上ダイ2と下ダイ3との隙間に食い込むことを考慮して、ダイ2、3に面取り2a、3aが施されているが、分割されたダイ2、3の境界部にバリが発生するという問題がある。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、バリが発生することなくパイプの端部を増肉できるようにすることを目的とする。
 上記目的を達成するための、本発明のパイプの増肉成形方法の要旨は、以下のとおりである。
 第1端部と第2端部を有するパイプの端部を増肉するパイプの増肉成形方法であって、
小径部、前記小径部に続き径が拡大する傾斜面部、及び前記傾斜面部に続く大径部を有するマンドレルと、小径孔部、前記小径孔部に続き孔径が拡大する傾斜孔面部、及び前記傾斜孔面部に続く大径孔部を有するダイと、前記マンドレルの小径部及び前記ダイの小径孔部に沿って配置される第1据込パンチと、前記マンドレルの大径部及び前記ダイの大径孔部に沿って配置される第2据込パンチとを用い、前記パイプを前記ダイと前記マンドレルとの間に配置し、前記第1据込パンチで前記パイプの第1端部を据え込んで、また、前記第2据込パンチで前記パイプの第2端部を据え込んで、増肉成形し、前記第2据込パンチにより前記パイプの前記第2端部を拘束した状態で前記マンドレルを前記パイプから引き抜き、前記第1据込パンチにより前記パイプの前記第1端部を押し上げて、前記ダイより前記パイプを取り出すことを特徴とするパイプの増肉成形方法。
 また、本発明の増肉パイプは、本発明のパイプの増肉成形方法によって製造される増肉パイプであって、内面側に増肉された端部と、外面側に増肉された端部とを有することを特徴とする。
 本発明によれば、バリが発生することなくパイプの端部を増肉することができる。
従来のプレス金型を示す図であり、(a)が増肉成形前の状態を示す断面図、(b)が増肉成形後の状態を示す断面図、(c)が(a)のX-X線断面図である。 実施形態に係るプレス金型の増肉成形前の状態を示す断面図である。 実施形態に係るプレス金型のパイプの端部の増肉成形後の状態を示す断面図である。 実施形態に係りプレス金型のマンドレルをパイプから引き抜いた後の状態を示す断面図である。 実施形態に係るプレス金型のパイプをダイから取り出し後の状態を示す断面図である。
 以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
 図2~図5は、実施形態に係るプレス金型の概略構成を示す断面図である。プレス金型は、プレス機に設置されている。なお、プレス金型の側断面は軸対称であるため、各図においては中心軸20から片側部分のみを示す。
 プレス金型は、互いに中心軸20が同軸上に配置される、マンドレル22と、第1据込パンチ23と、第2据込パンチ24と、ダイ25とを備える。マンドレル22、第1据込パンチ23、及び第2据込パンチ24は図示しない昇降機構により昇降移動する可動式であるのに対して、ダイ25は固定式である。昇降機構には、油圧、サーボモータ等を用いることができる。
 パイプ21は、第1端部21a及び第2端部21bを有し、一端から他端にかけて一定肉厚のパイプである。パイプ21には、普通鋼、ステンレス鋼、アルミ、チタン等の塑性加工が可能な材料を用いることができる。
 マンドレル22は、小径部22aと、小径部22aに続き、径が拡大する略円錐台側面状の傾斜面部22bと、傾斜面部22bに続く大径部22cとを有する。大径部22cの外径は、パイプ21の内径と略同等である。小径部22aの外径は、パイプ21の第1端部21aの増肉を行うため、大径部22cの外径より小さい。
 ダイ25は、小径孔部25aと、小径孔部25aに続き、孔径が拡大する略円錐台側面状の傾斜孔面部25bと、傾斜孔面部25bに続く大径孔部25cとを有する。小径孔部25aの内径は、パイプ21の外径と略同等である。大径孔部25cの内径は、パイプ21の第2端部21bの増肉を行うため、小径孔部25aの内径より大きい。
 第1据込パンチ23は、マンドレル22の小径部22a及びダイ25の小径孔部25aに沿って配置され、略円筒状である。第1据込パンチ23の内径は、マンドレル22の小径部22aの外径と略同等である。第1据込パンチ23の外径は、ダイ25の小径孔部25aの内径と略同等である。
 第2据込パンチ24は、マンドレル22の大径部22c及びダイ25の大径孔部25c
に沿って配置され、略円筒状である。第2据込パンチ24の内径は、マンドレル22の大径部22cの外径と略同等である。第2据込パンチ24の外径は、ダイ25の大径孔部25cの内径と略同等である。
 以下、実施形態に係るプレス金型によるパイプ21の増肉成形動作について説明する。
 図2に示すように、パイプ21をダイ25とマンドレル22との間に配置する。この状態では、マンドレル22の小径部22aとパイプ21の第1端部21aとの間、及び、ダイ25の大径孔部25Cとパイプ21の第2端部21bとの間に増肉のための空間が存在する。
 次に、図3に示すように、第1据込パンチ23及び第2据込パンチ24により、それぞれパイプ21の第1端部21a及び第2端部21bを据え込み、増肉成形を行う。増肉成形後のパイプには符号31を付す。パイプ31では、第1端部31aが内面側に増肉され、第2端部31bが外面側に増肉される。
 この場合に、第1据込パンチ23によりパイプ21の第1端部21aを据え込んだ後に、第2据込パンチ24によりパイプ21の第2端部21bを据え込んでもよい。あるいは、第2据込パンチ24によりパイプ21の第2端部21bを据え込んだ後に、第1据込パンチ23によりパイプ21の端部21aを据え込んでもよい。あるいは、両パンチ23、24によりパイプ21の両端部21a、21bを同時に据え込んでもよい。
 次に、図4に示すように、第2据込パンチ24によりパイプ31の第2端部31bを拘束した状態でマンドレル22をパイプ31から引き抜く。パイプ31の第2端部31bは外面側(すなわち、ダイ25側)に増肉されているが、内面側(すなわち、マンドレル22側)には増肉されていないので、マンドレル22をパイプ31から引き抜くことができ
る。
 次に、図5に示すように、第1据込パンチ23によりパイプ31の第1端部31aを押し上げて、ダイ25よりパイプ31を取り出す。
 以上のように、一方の端部を内面側に増肉し、他方の端部を外面側に増肉することにより、一体型のダイを用いても、増肉成形後のパイプをプレス金型から取り出すことが可能となる。一体型のダイを用いて、パイプの両端を内面側又は外面側のいずれかにだけ増肉した場合、増肉成形後のパイプをプレス金型から取り外すことはできない。
 そして、一体型のダイを用いているので、バリが発生することなくパイプの端部を増肉
することができる。
 本発明を適用した増肉パイプの用途は特に限定するものではない。特に、自動車や二輪車等に搭載される内燃機関(エンジン)の排気部品(例えば排気装置のセンターパイプ)等に使用される鋼管に適用することが有効である。自動車や二輪車に使用される部品は、燃費効率や熱効率等の観点から軽量化が要求されている。自動車や二輪車に使用される部品の中でエキゾーストマニホールドからマフラーにいたる排気管は、高温の排気ガスが流れるため、耐熱性、耐食性に優れたステンレス鋼管が使用されている。通常、これらの部品は一定肉厚の鋼管を曲げ、拡管等の成型が施された後、他部品との接合が成される。しかしながら、耐熱性、耐食性及び構造的な観点から、各部品に必ずしも一定肉厚の鋼管が必要では無い。
 以上、本発明を実施形態とともに説明した。上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
 上記実施形態ではパイプの両端を増肉した例を示した。本発明は、片方の端部のみを内面側又は外面側に増肉することも含む。また、増肉成形を施した後に、必要に応じて熱処理等の後処理を行ってもかまわない。
 20  中心軸
 21  パイプ
 21a  パイプの第1端部
 21b  パイプの第2端部
 22  マンドレル
 22a  小径部
 22b  傾斜面部
 22c  大径部
 23  第1据込パンチ
 24  第2据込パンチ
 25  ダイ
 25a  小径孔部
 25b  傾斜面部
 25c  大径孔部
 31  増肉成形後のパイプ
 31a  増肉成形後のパイプの第1端部
 31b  増肉成形後のパイプの第2端部

Claims (2)

  1.  第1端部と第2端部を有するパイプの端部を増肉するパイプの増肉成形方法であって、
     小径部、前記小径部に続き、径が拡大する傾斜面部、及び前記傾斜面部に続く大径部を有するマンドレルと、小径孔部、前記小径孔部に続き、孔径が拡大する傾斜孔面部、及び前記傾斜孔面部に続く大径孔部を有するダイと、前記マンドレルの前記小径部及び前記ダイの前記小径孔部に沿って配置される第1据込パンチと、前記マンドレルの前記大径部及び前記ダイの前記大径孔部に沿って配置される第2据込パンチとを用い、被加工材であるパイプを前記ダイと前記マンドレルとの間に挿入し、前記第1据込パンチで前記パイプの第1端部を据え込んで、また、前記第2据込パンチで前記パイプの第2端部を据え込んで、増肉成形を行う工程と、
     前記第2据込パンチにより前記パイプの前記第2端部を拘束した状態で前記マンドレルを前記パイプから引き抜く工程と、
     前記第1据込パンチにより前記パイプの前記第1端部を押し上げて、前記ダイより前記パイプを取り出す工程と、
    を行うことにより、前記第1端部が内面側に増肉され、前記第2端部が外面側に増肉された増肉パイプを成形することを特徴とするパイプの増肉成形方法。
  2.  請求項1に記載のパイプの増肉成形方法によって製造される増肉パイプであって、
     内面側に増肉された端部と、外面側に増肉された端部とを有することを特徴とする増肉パイプ。
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