(57)【要約】      （修正有）【課題】管の広範囲の要求サイズに亘り、同一サイズの素管から縮径率の大きい管を有利に製造し、また、サイズの異なる管を製造可能、さらには高能率に製造可能な、高寸法精度管の製造方法を提供する。【解決手段】管３内にプラグ１を装入し、該管をダイス２で押し抜き加工する高寸法精度管の製造方法において、前記ダイスとして、加工方向に多段に直列配置した加工サイズの異なる複数のダイスを用いる。加工途中の管（ダイス段間の管）の内面および/または外面に潤滑剤を供給すれば、焼き付きを起こさず高能率に押し抜き加工できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内にプラグを装入し、該管をダイスで押し抜き加工する高寸法精度管の製造方法において、前記ダイスとして、加工方向に多段に直列配置した加工サイズの異なる複数のダイスを用いることを特徴とする高寸法精度管の製造方法。
【請求項２】
前記複数のダイスによる総縮径率を１８％以上とすることを特徴とする請求項１記載の高寸法精度管の製造方法。
【請求項３】
目標製品管サイズに応じて前記複数のダイスの配置段数を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の高寸法精度管の製造方法。
【請求項４】
前記複数のダイスの段間の管外面に潤滑剤を供給しつつ押し抜きを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。
【請求項５】
前記プラグに設けた潤滑剤供給孔から前記複数のダイスの段間の管内面に潤滑剤を供給しつつ押し抜きを行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。
【請求項６】
管内にプラグを装入する工程を省略することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高寸法精度管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高寸法精度管の製造方法に関し、とくに同一サイズの素管から縮径率の大きい管を有利に製造し、また、サイズの異なる管を製造可能な高寸法精度管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管、例えば鋼管は通常、溶接管と継目無管に大別される。溶接管は、例えば電縫鋼管のように、帯板の幅を丸め、該丸めた幅の両端を突き合わせて溶接するという方法で製造し、一方、継目無管は、材料の塊を高温で穿孔後マンドレルミル等で圧延するという方法で製造している。溶接管の場合、溶接後に溶接部分の盛り上がりを研削して管の寸法精度を向上させているが、その肉厚偏差は、後工程で低減させる努力が払われているものの、３．０％を超える。また、継目無管の場合、穿孔工程で偏心しやすく該偏心により大きな肉厚偏差が生じやすい。この肉厚偏差は後工程で低減させる努力が払われているが、それでも充分低減させることができず、製品の段階で８．０％以上残存する。
【０００３】
最近、環境問題から自動車の軽量化に拍車が掛かっており、ドライブシャフト等の駆動系部品は中実の金属棒から中空の金属管に置き換えられつつある。これら自動車用駆動系部品の金属管には、肉厚、内径、外径の各偏差として３．０％以下、さらに厳しくは１．０％以下、の高寸法精度が要求される。
そこで、金属管の肉厚、内径、外径の精度を高める手段として、従来一般に、図３に示すように、管３（溶接管、継目無管とも）を造管後にダイス２とプラグ１を用いて冷間で引き抜く製造方法（いわゆる冷牽法）がとられている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特許第２８１２１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の冷牽法では、設備上の制約や管の肉厚・径が大きくて引き抜き応力が充分得られずに縮径率を低くせざるを得ない場合などでは、加工バイト（プラグとダイス孔内面との隙間）内での管の応力が引張応力であるがゆえに、ダイスと管外面、およびプラグと管内面の接触が不十分となり、管の内面、外面の平滑化が不足して凹凸が残留しやすい。そのため、冷牽法では管の縮径率を大きくして加工バイト内で管の内外面とプラグ、ダイスとの間の接触を向上させることが行われている。しかし、冷牽法において管の縮径率を大きくすると、管の内面に凹凸が発生して管の縮径率が大きくなるほど凹凸による粗さが増加する。その結果、冷牽法では高寸法精度の管を得ることが難しく、寸法精度のさらに良好な管が強く求められていた。
【０００５】
また、高寸法精度管の製造にあたり、ダイス１段当たりの縮径率は最大でも１８％程度であり、これ以上はダイスと管、プラグと管が焼き付いて摩擦係数が大きくなり、荷重が大きくて加工ができなかった。そこで、複数のサイズの素管を準備して、種々のサイズのダイスを用意して、ダイス１段による加工を余儀なくされていた。
上記の要求や難点に鑑み、本発明は、管の広範囲の要求サイズに亘り、同一サイズの素管から縮径率の大きい管を有利に製造し、また、サイズの異なる管を製造可能、さらには高能率に製造可能な、高寸法精度管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成した本発明は、管内にプラグを装入し、該管をダイスで押し抜き加工する高寸法精度管の製造方法において、前記ダイスとして、加工方向に多段に直列配置した加工サイズの異なる複数のダイスを用いることを特徴とする高寸法精度管の製造方法である。
本発明では、前記複数のダイスによる総縮径率を１８％以上とするのが好ましい。また、本発明では、目標製品管サイズに応じて前記複数のダイスの配置段数を変更することが好ましい。また、本発明では、前記複数のダイスの段間の管外面に潤滑剤を供給しつつ押し抜きを行うことが好ましい。また、本発明では、前記プラグに設けた潤滑剤供給孔から前記複数のダイスの段間の管内面に潤滑剤を供給しつつ押し抜きを行うことが好ましい。また、本発明では、管内にプラグを装入する工程を省略してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、押し抜き加工方向に多段に直列配置した複数のダイスを用いることにより、１個のダイスを用いる場合よりも縮径率を増大させることができ、また、ダイスの配置段数を変えることで同一サイズの素管から種々異なるサイズの管を製造できる。また、複数のダイスの配置段間の管外面および/または管内面に潤滑剤を供給しつつ押し抜きを行うことにより同一サイズの素管から種々異なるサイズの管を、焼き付きの発生なく高能率に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
従来、ダイスとプラグを用いて管を引き抜いた場合、管の寸法精度を向上させることが困難である理由は、引き抜きであるがゆえに、加工バイト内でダイスと管外面、プラグと管内面の接触が不十分となることに由来する。すなわち、図３に示すように、管３を、その管内にプラグ１を装入し、ダイス２から引き抜くことにより、ダイス２の出側で管引き機５により加えられた引き抜き力（張力）によって加工バイト内には引張場が発生する。加工バイト内の入側では、プラグ１に管内面が沿って変形するため、管外面はダイス２に接触しないかあるいは軽度にしか接触せず、また、加工バイト内の出側では、ダイス２に管外面が接触して変形するため、管内面はプラグ１に接触しないかあるいは軽度にしか接触しない。そのため、管外面、管内面ともに加工バイト内に自由変形の部分が存在して凹凸を十分平滑化できず、引き抜き後には寸法精度の不十分な管しか得られていなかった。
【０００９】
これに比べて、本発明で用いる押し抜き加工の場合、図２に示すように、管３を、その管内にプラグ１を装入し、ダイス２の入側から管押し機４にて押し込み力（圧縮力）を加えて、管３をダイス２の孔内に送り込む。よって、加工バイト内の管の全域に亘って圧縮場が発生する。その結果、加工バイト内の入側、出側を問わず、管３はプラグ１およびダイス２に十分接触できる。しかも、軽度の縮径率であっても、加工バイト内は圧縮場となるため、引き抜きに比較して管とプラグ、管とダイスが十分接触しやすくて、管は平滑化しやすくなるので、高寸法精度の管が得られるわけである。
【００１０】
しかし、押し抜きにおいて、より細径の管を製造するために縮径率を１８％以上に大きくしようとすると、ダイスと管、プラグと管とが焼き付いて摩擦係数が著しく大きくなり、荷重が増大して加工が不能になる。そこで、種々のサイズの素管を準備して、ダイスの縮径率を１８％未満に抑制して、種々のサイズの管を製造せざるをえなかった。
そこで、本発明者らは、１回の加工で高縮径率を得る方法を検討した結果、本発明に至ったわけである。すなわち、ダイス１段当たりの縮径率に限界があるのであれば、例えば図１に示すように、加工サイズ（孔径）の異なる複数のダイス２を加工方向に孔径の小さくなる順に多段に直列配置して押し抜き加工を行えばよいわけである。従来の冷牽では、管の先端をすぼめて管引き機で挟んで引き抜く必要があったため、多段に直列配置した複数のダイスに管を通すことが難しく、かかる複数のダイスによる加工は困難であった。しかし、本発明で用いる押し抜き加工では、管をダイスの入側から押すだけでよいので、順次複数のダイスによって縮径されて、より細径の管に加工可能なわけである。したがって、本発明では、多段に直列配置した複数のダイスによる総縮径率を１８％以上とすることが好ましい。これにより、１回の押し抜き加工で高縮径率を達成でき、もって高寸法精度管を製造することができる。
【００１１】
また、本発明では、同一サイズの素管から種々の異なるサイズの管を製造するには、製品管の目標サイズに応じて複数のダイスの配置段数を変えてやればよい。すなわち、複数用意したダイスの全数を多段に直列配置したものを用いて加工すれば、最も高縮径を得て最も細径の管が製造でき、また、前記ダイスの全数を多段に直列配置したものから最終段のダイスを取り除けば、その縮径率分だけ太い管が製造でき、さらに、最終段に加えてその上流側の複数段を取り除けば、さらに太い管の製造が可能になるわけである。
【００１２】
また、加工中の焼き付き発生を防止するために、通常は素管の外面あるいはさらに内面に潤滑剤皮膜を形成した上で加工が行われるが、本発明では複数段のダイスに管を通すものであるから、２段目以降の加工では、前段のダイスまたはプラグで加工されたことにより管の表面に付着した潤滑剤の膜厚が薄くなり、場合によっては全く付着していない状態となって焼き付きを発生しやすく、加工後の管表面に疵が多発して所望の製品が得られない場合がある。また、管の加工速度（送り速度）が速いと焼き付きが拡大して加工できない場合がある。そのため、加工速度を著しく低速としたり、焼き付いた場合はダイスやプラグを交換する必要があって、加工能率を上げるのが困難である。
【００１３】
そこで、本発明者らは、まずダイスに着目し、前段の加工を受けた管の外面に再度潤滑剤を供給すれば、次段の加工中に焼き付きを発生することなく安定して押し抜きができるようになることを見出した。
また、プラグと管内面との潤滑を良好にするため、プラグ中央部に開けた潤滑剤供給孔を通して潤滑剤を供給すれば、前段の加工を受けた管の内面に潤滑剤を供給できるわけである。
【００１４】
図４は、加工途中の管（ダイス段間の管）に潤滑剤を供給する本発明実施形態の１例を示す縦断面図である。なお、プラグ部は側面図で示した。この例では、図１において各段のダイス２の入側の管外面側に配置した潤滑剤供給ノズル６から、１段目のダイス２の入側の管（素管）外面のみならず、２段目以降のダイス２の段間の管外面にも、潤滑剤を供給するようにしている。また、この例では、１〜４段目に配置するプラグ１の中央部に潤滑剤供給孔７を開け、１段目のダイス２の入側の管内面側に配置した潤滑剤供給ノズル６Ａから、１段目のダイス２の入側の管（素管）内面のみならず、潤滑剤供給孔７を通して２段目以降のダイス２の段間の管内面にも、潤滑剤を供給するようにしている。
【００１５】
上記潤滑剤としては、二硫化モリブデン等の極圧剤を含む鉱油系液体潤滑剤や、ワックス等を分散した速乾性樹脂系液体潤滑剤などが好ましく用いうる。
なお、管の寸法精度への要求が外径のみ厳しい場合には、管内にプラグを装入せずに押し抜き加工を行うと、荷重が低減して加工しやすくなり、ダイス１段で１８％を超える縮径率での加工が可能となって、複数のダイスを用いると、さらに細径の管の製造が可能となる。
【実施例１】
【００１６】
（本発明例１）
外径３４ｍｍ、肉厚７ｍｍ、強度４１０ＭＰａのロットの鋼管を素管とし、プラグ角度５．５°およびプラグ長さ２０ｍｍになる外径の異なる複数の鏡面のプラグと、該プラグに対応した孔径をもちダイス角度５．５°およびダイス縮径率１２．５％になる複数の一体型ダイスを加工方向に孔径が小さくなる順に５段に直列配置した５段ダイス配列（図１）とを用い、管内にプラグを装入して、表１に示す総縮径率になる押し抜き加工を行い、表１に示す外径になる管を製造した。
【００１７】
ここで、プラグ角度は、プラグの傾斜部分の外面が加工中心軸に対してなす角度であり、プラグ長さは、プラグの傾斜部分の加工中心軸長さであり、ダイス角度は、ダイス孔内面が加工中心軸に対してなす角度であり、ダイス縮径率は、（入側孔径−出側孔径）/入側孔径（×１００％）である。
（本発明例２）
同上のロットの鋼管を素管とし、同上のプラグと、同上の５段ダイス配列から最終段およびその１つ前の段を取り除いてなる３段ダイス配列とを用い、管内にプラグを装入して、表１に示す総縮径率になる押し抜き加工を行い、表１に示す外径になる管を製造した。
（比較例）
同上のロットの鋼管を素管とし、同上のプラグと、同上の５段ダイス配列から第１段以外の段を取り除いてなる１段ダイス配列（図２）とを用い、管内にプラグを装入して、表１に示す総縮径率になる押し抜き加工を行い、表１に示す外径になる管を製造した。
（従来例）
同上のロットの鋼管を素材とし、同上のプラグと、同上の５段ダイス配列から最初段以外の段を取り除いてなる１段ダイス配列（図３）とを用い、管内にプラグを装入して、表１に示す総縮径率になる引き抜き加工を行い、表１に示す外径になる管を製造した。
【００１８】
なお、上記の各例では素管に速乾性樹脂系液体潤滑剤を供給して樹脂皮膜を管内外面に形成させた。また、本発明例１、２および比較例では、加工途中の管（複数のダイスの段間の管）に対しては潤滑剤を供給しなかった。
上記各例について、加工後の管の寸法精度（肉厚偏差、外径偏差）を調べた結果を表１に示す。ここで、外径偏差は、管の円周方向断面を画像解析して、真円からの最大偏差（すなわち（最大径−最小径）／真円径×１００％）を円周方向に算出することにより求めた。また、肉厚偏差は、管の円周方向断面を画像解析して、肉厚断面の画像から平均肉厚に対する最大偏差（すなわち（最大肉厚−最小肉厚）／平均肉厚×１００％）として直接測定した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表１より、本発明例１，２では、多段ダイス配列の段数を変えることにより押し抜き加工後の管のサイズを変えることができ、該加工後の管の寸法精度は良好であった。これに対して、比較例では、加工後の管の寸法精度は良好であったが、加工後の管のサイズは１種類に限られ、種々のサイズの管を製造することはできなかった。また、従来例では、加工後の管の寸法精度が著しく低下した。
【実施例２】
【００２１】
（本発明例３）
本発明例１と同じロットの鋼管を素管とし、本発明例１と同じプラグ、同じ５段ダイス配列を用い、同じ縮径加工条件および同じ潤滑剤供給条件（加工途中の管への潤滑剤供給なし）で、１０本の素管を連続的に押し抜き加工した。
（本発明例４）
潤滑剤供給条件を以下の通りとして加工途中の管の外面に潤滑剤を供給し、それ以外は全て本発明例３と同一の仕様で押し抜き加工を行った。
・潤滑剤供給条件：１段目のダイス入側および各段のダイス間の管外面に鉱油系液体潤滑剤を供給（図４のように配置した潤滑剤供給ノズル６を使用）する。
（本発明例５）
プラグおよび潤滑剤供給条件を以下の通りとして加工途中の管の外面および内面に潤滑剤を供給し、それ以外は全て本発明例３と同一の仕様で押し抜き加工を行った。
・プラグ：１〜４段目ではそれぞれ本発明例３の同段目のプラグの中央部に直径１ｍｍの潤滑剤供給孔を設けなるプラグを用い、５段目は本発明例３の同段目と同じとする。
・潤滑剤供給条件：本発明例４の潤滑剤供給条件に加え、１段目のダイス入側の管内面側から１〜４段目のプラグの潤滑剤供給孔に通してダイス段間の管内面に鉱油系液体潤滑剤を供給（図４のように配置した潤滑剤供給ノズル６Ａを使用）する。
【００２２】
上記本発明例３〜５について、加工後の管の寸法精度（肉厚偏差、外径偏差）を実施例１と同じ方法で調べると共に、加工中の焼き付き発生の有無を調べた。その結果を表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２より、本発明例４，５では、加工途中で潤滑剤を供給したことにより焼き付きは充分防止できて、該加工後の管の寸法精度は良好であった。一方、加工途中での潤滑剤供給を行わなかった本発明例３では、加工後の管の寸法精度は良好であったが、焼き付きを発生する場合があった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の１例を示す縦断面図である。
【図２】比較例とした押し抜き加工の概要を示す縦断面図である。
【図３】従来例とした冷牽法の概要を示す縦断面図である。
【図４】加工途中で潤滑剤を供給する本発明の実施形態の１例を示す縦断面図（プラグ部は側面図）である。
【符号の説明】
【００２６】
１  プラグ
２  ダイス
３  管
４  管押し機
５  管引き機
６，６Ａ  潤滑剤供給ノズル
７  潤滑剤供給孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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