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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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B21D41/026—Enlarging 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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