(57)【要約】【課題】歩留りを抑制し、加工荷重を低減しつつ、口絞り部を精度よく高い生産能率で成形できる口絞り加工工具、口絞り金属管の製造方法及びそれにより製造された口絞り金属管を提供することである。【解決手段】  口絞り加工工具１は、先端部３と、第１テーパ部４と、第２テーパ部５と、を備える。先端部３は、金属管２の管端部を口絞り加工する。第１テーパ部４は、金属管２の挿入側Ａの先端部３の端に繋がり、挿入側Ａに向かって拡径する。第２テーパ部５は、金属管２の挿入側と反対側Ｂの先端部３の端に繋がり、挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する。先端部３の長さＬと、金属管２の外径Ｄとの比が式（１）を満たす。  Ｌ／Ｄ  ≦  ０．５    （１）【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
口絞り加工装置に取り付けられ、金属管の管端部を口絞り加工する工具であって、
前記金属管の管端部を口絞り加工する先端部と、
前記金属管の挿入側の前記先端部の端に繋がり、前記金属管の挿入側に向かって拡径した第１テーパ部と、
前記金属管の挿入側と反対側の前記先端部の端に繋がり、前記金属管の挿入側と反対側に向かって拡径した第２テーパ部と、を備え、
前記先端部の長さＬと、前記金属管の外径Ｄとの比が式（１）を満たす、口絞り加工工具。
Ｌ／Ｄ  ≦  ０．５    （１）
【請求項２】
請求項１に記載の口絞り加工工具であって、
前記第１テーパ部のテーパ角αは、３５度以上である、口絞り加工工具。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の口絞り加工工具であって、
前記第２テーパ部のテーパ角βは、１０度以上である、口絞り加工工具。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の口絞り加工工具であってさらに、
前記金属管の挿入側と反対側の前記第２テーパ部の端に繋がるストレート部を備える、口絞り加工工具。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の口絞り加工工具を含む口絞り加工装置に金属管を挿入し、前記金属管の管端が前記口絞り加工工具の先端部よりも前記金属管の挿入側と反対側に突出するまで前記金属管を送る工程と、
前記口絞り加工工具を前記金属管の直径方向に沿って移動させ、前記先端部が前記金属管の管端部を口絞り加工する工程と、を備える口絞り金属管の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の口絞り金属管の製造方法であってさらに、
前記口絞り加工する工程後、前記先端部が前記金属管の軸方向において前記口絞り加工する工程と同一位置の前記金属管の管端部を口絞り加工する工程、を備える口絞り金属管の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の口絞り金属管の製造方法であって、
前記金属管を送る工程において、前記金属管の管端から前記口絞り加工工具の第２テーパ部の挿入側の端までの距離Ｌ１と、前記金属管の外径Ｄとの比が式（２）を満たす、口絞り金属管の製造方法。
０．０５  ≦  Ｌ１／Ｄ    （２）
【請求項８】
請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の口絞り金属管の製造方法であってさらに、
前記金属管を送る工程の前に、前記金属管の管端部を加熱する工程を備える、口絞り金属管の製造方法。
【請求項９】
管端と、外径Ｄとを含む口絞り金属管であって、
前記金属管の軸方向に沿って前記管端から１．０Ｄまでの領域の前記金属管の外周面に、前記金属管の円周方向に沿って設けられた凹部を備える、口絞り金属管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、口絞り加工工具、口絞り金属管の製造方法及び口絞り金属管に関する。さらに詳しくは、引手抽伸用の口絞り加工工具、口絞り金属管の製造方法及び口絞り金属管に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属管の１つに、継目無金属管がある。継目無金属管は次のように製造される。まず、素管にユジーン法、マンネスマン法等の熱間加工を施す。次に、冷間で素管に抽伸加工を施す。これにより、所定の寸法に仕上げられた継目無金属管が製造される。以下では、継目無金属管を単に「金属管」という。
【０００３】
一般的な抽伸加工は次のとおりである。初めに、抽伸加工される金属管の一方の管端部を加熱する。「管端部」とは、管端から金属管の中心軸方向の全長の１／３までの一部の領域又は全部の領域を意味する。加熱された管端部を圧下して細くし、把持しやすい形状にする。管端部を圧下して細くする加工は「口絞り加工」と言われる。また、口絞り加工により細くされた管端部は「口絞り部」と言われる。口絞り加工された金属管は、ダイスに通される。口絞り部の外周面がグリッパで把持される。グリッパで口絞り部を把持した後、グリッパを抽伸方向に移動して、金属管をダイスから引き抜く。以上の工程により、抽伸加工が実施される。抽伸加工の後、口絞り部を切断して製品とされる。
【０００４】
グリッパで口絞り部の外周面を把持する抽伸加工は、グリップ抽伸と言われる。グリップ抽伸では、グリッパが把持する領域を確保するため、所定の長さ以上の口絞り部が必要になる。口絞り部は後工程で切断されるため、口絞り部が長ければ、歩留りが低下する。そのため、グリップ抽伸では、歩留りを向上させることが望まれている。
【０００５】
歩留りを向上させるグリップ抽伸はたとえば、国際公開第２０１２／１２７５５７号（特許文献１）に開示されている。
【０００６】
特許文献１には、グリップ抽伸用の口絞り加工装置及び方法が開示されている。１回の口絞り加工では、口絞り部は均一な外径とはならない。そのため、特許文献１ではまず、１回の口絞り加工によって、口絞り部には平行部分と拡径部分とが形成される。口絞り加工を１回行った後、リテーナにより分割金型が金属管の軸方向に移動する。その後さらに、口絞り加工を行う。この際、平行部分を加工する金型が、口絞り部の拡径部分を加工する。これを複数回繰り返すことで、均一な外径の口絞り部が形成される。これにより、不必要に口絞り部が長くならず、歩留りが向上する、と特許文献１には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１２７５５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
グリップ抽伸では、グリッパの把持領域を確保する必要があるため、潜在的に歩留りの向上には限界がある。そこで、グリップ抽伸に代わる抽伸加工として、引手抽伸がある。引手抽伸では、口絞り部の内周面に引手ロッドを引っ掛けて金属管を抽伸加工する。引手抽伸では引手ロッドを引っ掛けるだけであるため、引手抽伸の口絞り部の長さはグリップ抽伸と比べて短い。そのため、引手抽伸を採用すれば、歩留りは向上する。
【０００９】
しかしながら、引手抽伸用の口絞り部を加工する際、口絞り部の内周面の寸法精度の確保が難しい。口絞り部の内周面の寸法精度が悪ければ、引手ロッドが口絞り部の内周面を通りにくい。また、従来の口絞り加工工具で引手抽伸用の口絞り部の加工をすると、素管が軸方向に移動することがあり、加工効率は高くはない。
【００１０】
本発明の目的は、歩留りを抑制し、口絞り加工荷重を低減して、口絞り部を精度よく高い生産能率で成形できる口絞り加工工具、口絞り金属管の製造方法及びそれにより製造された口絞り金属管を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の口絞り加工工具は、口絞り加工装置に取り付けられ、金属管の管端部を口絞り加工する。口絞り加工工具は、先端部と、第１テーパ部と、第２テーパ部と、を備える。先端部は、金属管の管端部を口絞り加工する。第１テーパ部は、金属管の挿入側の先端部の端に繋がり、金属管の挿入側に向かって拡径する。第２テーパ部は、金属管の挿入側と反対側の先端部の端に繋がり、金属管の挿入側と反対側に向かって拡径する。先端部長さＬと、金属管の外径Ｄとの比が式（１）を満たす。
Ｌ／Ｄ  ≦  ０．５    （１）
【００１２】
本実施形態の口絞り金属管の製造方法は、送り工程と、口絞り加工工程と、を備える。送り工程では、上記の口絞り加工工具を含む口絞り加工装置に金属管を挿入し、金属管の管端が口絞り加工工具の先端部よりも金属管の挿入側と反対側に突出するまで金属管を送る。口絞り加工工程では、口絞り加工工具を金属管の直径方向に沿って移動させ、先端部が金属管の管端部を口絞り加工する。
【００１３】
本実施形態の口絞り金属管は、管端と、外径Ｄとを含む。口絞り金属管は、金属管の軸方向に沿って管端から１．０Ｄまでの領域の金属管の外周面に、金属管の円周方向に沿って設けられた凹部を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による口絞り加工工具及び口絞り金属管の製造方法は、歩留りを抑制し、口絞り加工荷重を低減して，口絞り部を精度よく高い生産能率で成形できる。また、本発明による口絞り金属管は、歩留りを抑制することができ、口絞り部の精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、口絞り加工を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態の口絞り加工工具の断面図である。
【図３】図３は、グリップ抽伸を示す断面図である。
【図４】図４は、引手抽伸を示す断面図である。
【図５】図５は、一般的な引手抽伸用の口絞り金属管の製造を示す断面図である。
【図６】図６は、本実施形態の口絞り加工工具による口絞り加工を示す断面図である。
【図７】図７は、第１テーパ部のテーパ角と外径縮径率との関係を示す図である。
【図８】図８は、ストレート部を含む口絞り加工工具の断面図である。
【図９】図９は、口絞り金属管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本実施形態の口絞り加工工具は、口絞り加工装置に取り付けられ、金属管の管端部を口絞り加工する。口絞り加工工具は、先端部と、第１テーパ部と、第２テーパ部と、を備える。先端部は、金属管の管端部を口絞り加工する。第１テーパ部は、金属管の挿入側の先端部の端に繋がり、金属管の挿入側に向かって拡径する。第２テーパ部は、金属管の挿入側と反対側の先端部の端に繋がり、金属管の挿入側と反対側に向かって拡径する。先端部の長さＬと、金属管の外径Ｄとの比が式（１）を満たす。
Ｌ／Ｄ  ≦  ０．５    （１）
【００１７】
本実施形態の口絞り加工工具では先端部がまず金属管と接触し、加工する。これにより、先端部と当たる管端部の領域は圧下（縮径）される。一方、先端部の両側には第１テーパ部及び第２テーパ部が設けられている。したがって、先端部のみが金属管を加工している間、第１テーパ部と対向する管端部の領域は金属管の挿入側に向かって拡径し、第２テーパ部と対向する管端部の領域は金属管の挿入側と反対側に向かって拡径する。これにより、管端はラッパ状に開くため、管端が金属管の内部に折れ曲がることがない。したがって、本実施形態の口絞り加工工具によれば口絞り部の形状を精度よく成形でき、引手ロッドが金属管の内部を容易に通ることができる。
【００１８】
また、口絞り加工中、先端部は金属管の第１テーパ部と対向する領域及び金属管の第２テーパ部と対向する領域によって挟まれる。これにより、口絞り加工中、金属管が中心軸方向に移動しにくい。したがって、管端部を精度よく口絞り加工できる。
【００１９】
さらに、本実施形態の口絞り加工工具によって製造される口絞り金属管は、引手抽伸によって抽伸加工される。したがって、グリップ抽伸と比べて、口絞り部の長さが短く、歩留りが向上する。また、後述するように、口絞り加工工程を複数回実施する場合であっても、一般的な口絞り加工のように、金属管を中心軸方向に送る必要が無く、生産能率が高い。
【００２０】
上記の口絞り加工工具において、第１テーパ部のテーパ角αは、３５度以上であるのが好ましい。
【００２１】
テーパ角αが３５度以上であれば、後述するように口絞り加工による外径縮径率を実操業に適した２０％以上とした際にも、第１テーパ部が積極的に金属管を加工しない。そのため、第１テーパ部と対向する管端部の領域に加工による疵が生じにくい。
【００２２】
上記の口絞り加工工具において、第２テーパ部のテーパ角βは、１０度以上であるのが好ましい。
【００２３】
テーパ角βが１０度以上であれば、第２テーパ部が十分なテーパ角を有するため、第２テーパ部と対向する管端部の領域がラッパ状に拡径しやすい。その結果、引手ロッドの挿入が容易になる。
【００２４】
上記の口絞り加工工具はさらに、金属管の挿入側と反対側の第２テーパ部の端に繋がるストレート部を備えていてもよい。
【００２５】
第２テーパ部の挿入側と反対側にストレート部を含むことによって、管端の外径が所定の寸法以下に口絞り加工しやすくなる。
【００２６】
本実施形態の口絞り金属管の製造方法は、送り工程と、口絞り加工工程と、を備える。送り工程では、上記の口絞り加工工具を含む口絞り加工装置に金属管を挿入し、金属管の管端が口絞り加工工具の先端部よりも金属管の挿入側と反対側に突出するまで金属管を送る。口絞り加工工程では、口絞り加工工具を金属管の直径方向に沿って移動させ、先端部が金属管の管端部を口絞り加工する。
【００２７】
本実施形態の口絞り金属管の製造方法では、上記の口絞り加工工具を用いる。したがって、歩留りが抑制され、口絞り部を精度よく成形できる。口絞りに必要な加工荷重を低減するために、口絞り加工前の管端部をあらかじめ加熱してもよい。
【００２８】
上記の製造方法においてさらに、口絞り加工する工程後、先端部が金属管の軸方向において口絞り加工する工程と同一位置の金属管の管端部を口絞り加工する工程、を備えていてもよい。
【００２９】
この場合、１回の口絞り加工の量が低減される。そのため、加工性の低い材料の金属管であっても、口絞り加工が容易にできる。
【００３０】
上記の金属管を送る工程において、金属管の管端から口絞り加工工具の第２テーパ部の挿入側の端までの距離Ｌ１と、金属管の外径Ｄとの比が式（２）を満たすのが好ましい。
０．０５  ≦  Ｌ１／Ｄ    （２）
【００３１】
Ｌ１／Ｄが０．０５未満であれば、金属管の第２テーパ部と対向する領域が短いため、第２テーパ部と対向する領域がラッパ状に拡径しにくい。ただし、Ｌ１／Ｄが大きすぎれば、口絞り加工される管端部の長さが長いため、歩留りが低下する。また、Ｌ１／Ｄが大きすぎれば、管端部ではなく金属管の軸方向の中央に近い領域を口絞り加工するため、高いプレス荷重が必要となる。したがって、Ｌ１／Ｄの上限は０．３が好ましい。
【００３２】
上記の口絞り金属管の製造方法はさらに、金属管を送る工程の前に、金属管の管端部を加熱する工程を備えていてもよい。
【００３３】
この場合、口絞り加工は熱間で実施される。したがって、管端部の加工性が向上し、口絞り加工がしやすい。
【００３４】
上記の口絞り金属管の製造方法で製造された口絞り金属管は、管端と、外径Ｄとを含む。口絞り金属管は、金属管の軸方向に沿って管端から１．０Ｄまでの領域の金属管の外周面に、金属管の円周方向に沿って設けられた凹部を備える。
【００３５】
本実施形態の口絞り加工工具は、口絞り加工装置に取り付けられる。口絞り加工工具は、金属管の管端部を口絞り加工する。口絞り加工された金属管は、引手抽伸による抽伸加工に用いられる。以上のことを前提に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３６】
［口絞り加工工具］
図１は、口絞り加工を示す斜視図である。図１を参照して、口絞り加工工具１は、図示しない口絞り加工装置に取り付けられる。図１では、８つの口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられる場合を示す。８つの口絞り加工工具１は、口絞り加工装置の中心軸Ｃ周りに等間隔に配置される。金属管２の管端部が、８つの口絞り加工工具８と対向するように配置される。８つの口絞り加工工具１が、金属管２の半径方向に移動し、管端部を圧下する。これにより、口絞り部が形成される。
【００３７】
ここで、口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられた場合において、金属管２が挿入される側を「挿入側」という（図１中のＡ）。口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向において、金属管２が挿入されない側を「挿入側と反対側」という（図１中のＢ）。
【００３８】
［先端部］
図２は、口絞り加工工具の断面図である。図２は、口絞り加工工具が口絞り加工装置に取り付けられた場合の、口絞り加工装置の中心軸Ｃに沿った断面を示す。以下、「断面」は、口絞り加工装置の中心軸Ｃに沿った断面を意味する。
【００３９】
図２を参照して、口絞り加工工具１は、先端部３と、第１テーパ部４と、第２テーパ部５と、を備える。先端部３は、金属管の管端部を口絞り加工する。口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられたとき、先端部３は他の部分と比べて口絞り加工装置の中心軸Ｃに最も近い。したがって、口絞り加工の際、先端部３は最も早く金属管に接触する。
【００４０】
先端部３の断面形状は、平坦領域を含む。ただし、先端部３の断面形状はこれに限定されない。先端部３は２つのＲ面取り領域とを含んでもよい。１つのＲ面取り領域は平坦領域の挿入側Ａの端に設けられる。もう１つのＲ面取り領域は平坦領域の挿入側と反対側Ｂの端に設けられる。また、先端部３の断面形状は、全領域で曲率を持ってもよい。先端部３の断面形状は、全領域で平坦であってもよい。
【００４１】
［第１テーパ部］
第１テーパ部４は、先端部３と一体的に設けられる。第１テーパ部４は、金属管の挿入側Ａの先端部３の端に繋がる。すなわち、口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられた場合、口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向において第１テーパ部４は先端部３よりも金属管の挿入側Ａに位置する。第１テーパ部４は、金属管の挿入側Ａに向かって拡径している。ここで、「拡径」とは、口絞り加工工具が口絞り加工装置に取り付けられた場合、口絞り加工装置の中心軸Ｃからの距離が長くなることを意味する。すなわち、第１テーパ部４は、断面視で、テーパ角αを有する。このテーパ角αについては後述する。
【００４２】
第１テーパ部４の断面形状は、一定である。したがって、口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向から見て、第１テーパ部４の形状は、口絞り加工装置の中心軸Ｃを中心とする円弧である。
【００４３】
［第２テーパ部］
第２テーパ部５は、先端部３と一体的に設けられる。第２テーパ部５は、金属管の挿入側と反対側Ｂの先端部３の端に繋がる。すなわち、口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられた場合、口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向において第２テーパ部５は先端部３よりも金属管の挿入側と反対側Ｂに位置する。まとめると、口絞り加工工具１は、金属管の挿入側Ａから順に、第１テーパ部４、先端部３、第２テーパ部５を備える。第２テーパ部５は、金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径している。すなわち、第２テーパ部５は、断面視で、テーパ角βを有する。このテーパ角βについては後述する。
【００４４】
第２テーパ部５の断面形状は、一定である。したがって、口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向から見て、第２テーパ部５の形状は、口絞り加工装置の中心軸Ｃを中心とする円弧である。
【００４５】
［Ｌ／Ｄ］
先端部の長さＬと、金属管の外径Ｄとの比は以下の式（１）を満たす。ここで、長さＬは、口絞り加工工具１が口絞り加工装置に取り付けられた場合の口絞り加工装置の中心軸Ｃ方向に沿った長さを意味する。金属管の外径Ｄは、口絞り加工する前の金属管の外径を意味する。
Ｌ／Ｄ  ≦  ０．５    （１）
【００４６】
Ｌ／Ｄが０．５よりも大きければ、口絞り部の長さが長く、歩留りが抑制されない。また、Ｌ／Ｄが０．５よりも大きければ、引手抽伸には不必要に口絞り部の長さが長い。一方、Ｌ／Ｄが０．５以下であれば、口絞り部の長さが短く、歩留りが抑制される。また、上述したように引手抽伸では、金属管の内周面に引手ロッドを引っ掛けるだけの口絞り部の長さがあればよい。引手ロッドを引っ掛けるだけの口絞り部の長さは、Ｌ／Ｄが０．５以下でも十分である。
【００４７】
Ｌ／Ｄの下限は、特に限定されない。なぜなら、Ｌ／Ｄが小さくても、口絞り加工する量を大きくすれば、引手ロッドを引っ掛けることは可能であるからである。すなわち、Ｌ／Ｄの値に合わせて、口絞り加工する量を適宜設定すればよい。したがって、Ｌ／Ｄの下限は０よりも大きければよい。しかしながら、実操業を考慮すれば、Ｌ／Ｄは０．０２以上であるのが好ましい。
【００４８】
［歩留りの抑制］
図３は、グリップ抽伸を示す断面図である。図３を参照して、グリップ抽伸では、グリッパ１０が口絞り部６を把持する。グリッパ１０を矢印で示す抽伸方向に移動させる。ダイス８により金属管２が所定の外径に加工される。このようなグリップ抽伸では、グリッパ１０の把持領域を確保するため、口絞り部の長さＬ２は所定の長さ以上必要となる。そのため、口絞り部６の長さが長い。口絞り部は、抽伸加工後、切断され廃棄される。したがって、口絞り部６の長さが長ければ、歩留りは低下する。また、グリッパ１０で把持するために口絞り部６の外周面は、断面視で、平坦である必要がある。
【００４９】
図４は、引手抽伸を示す断面図である。図４を参照して、引手抽伸では、引手ロッド７を口絞り部６の内周面に引っ掛ける。引手ロッド７を矢印で示す抽伸方向に移動させ、金属管２を所定の外径に加工する。引手抽伸では、引手ロッド７を口絞り部６の内周面に引っ掛けるだけであり、グリップ抽伸のように口絞り部６の外周面を把持する必要はない。そのため、グリップ抽伸と比べて、口絞り部６の長さＬ２は短い。したがって、歩留りが抑制される。
【００５０】
本実施形態の口絞り加工工具では、Ｌ／Ｄが０．５以下である。Ｌ／Ｄが０．５以下であれば、口絞り部の長さは短いため、グリップ抽伸は実施できない。また、本実施形態の口絞り加工工具は、先端部と、先端部の両端に設けられた２つのテーパ部を備える。このような口絞り加工工具によって、管端部を口絞り加工すると、口絞り部は平坦にならず、グリップ抽伸は実施できない。すなわち、本実施形態の口絞り加工工具により製造される口絞り金属管は、引手抽伸により加工される。したがって、本実施形態の口絞り加工工具によれば、歩留りを抑制できる。なお、「口絞り金属管」とは、口絞り部を含む金属管を意味する。
【００５１】
［加工精度］
図５は、一般的な引手抽伸用の口絞り金属管の製造を示す断面図である。図５を参照して、一般的な工具１３は、テーパ部１１と、平坦部１２とを備える。引手抽伸用の口絞り金属管を製造する場合、一般に、金属管２の管端９から徐々に圧下し、口絞り部を成形する。具体的には、まず、金属管の管端９を工具１３により圧下する。次に、工具１３を金属管２から離し、金属管２を工具１３のテーパ部１１から平坦部１２に向かう方向に送る。その後、再び工具により管端部を加工する。これを繰り返す。その際、管端部の口絞り加工は、工具のテーパ部１１が行う。この理由は次のとおりである。
【００５２】
口絞り加工中、加工されている部分は工具から金属管の送り方向と反対方向に力Ｆ１を受ける。そのため、金属管２は送り方向と反対方向に動こうとする。テーパ部１１で加工すればこの金属管の移動を抑制できる。なぜなら、テーパ部１１とテーパ部に接触している金属管２との間に摩擦力Ｆ２が生じるからである。この摩擦力Ｆ２が、金属管２が受ける力Ｆ１と釣り合うことで、金属管を静止させて口絞り加工できる。
【００５３】
しかしながら、このような一般的な工具では、テーパ部が口絞り加工を行うため、管端９が金属管の内部に折れ曲がり、突出する。管端９の金属管内部への突出量は材料強度、加工量等に依存するため、管端９の金属管内部への突出量を制御することは困難である。引手抽伸では、金属管の内部には引手ロッドが通る。管端９が金属管の内部に突出すれば、引手ロッドが金属管内部を通れなくなる可能性がある。これに対し、本実施形態の口絞り加工工具によれば、管端の金属管の内部への突出を抑制できる。
【００５４】
図６は、本実施形態の口絞り加工工具による口絞り加工を示す断面図である。図６を参照して、本実施形態の口絞り加工工具１では、先端部３がまず金属管２と接触し、加工する。後述の製造方法で説明するが、金属管２の管端９は、先端部３よりも金属管の挿入側と反対側Ｂに突出している。したがって、先端部３は管端９から離れた部分を加工する。先端部３と当たる領域Ｐ３は圧下（縮径）される。一方、先端部３と当たる領域の両側、すなわち、第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１及び第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２は、先端部３のみが金属管２を加工している間、口絞り加工工具１に拘束されていない。したがって、第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１は金属管の挿入側Ａに向かって拡径し、第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２は金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する。これにより、管端９はラッパ状に開くため、管端９が金属管の内部に突出しない。換言すると、本実施形態の口絞り加工工具１での口絞り加工後、管端９の内径Ｄ１は、先端部に加工される領域Ｐ３の内径Ｄ２よりも大きい。このように、本実施形態の口絞り加工工具１によれば口絞り部の形状を精度よく成形でき、引手ロッドが金属管の内部を容易に通ることができる。
【００５５】
また、口絞り加工中、金属管の第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１は金属管の挿入側Ａに向かって拡径し、金属管の第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２は金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する。そのため、先端部３は金属管の第１テーパ部と対向する領域Ｐ１及び金属管の第２テーパ部と対向する領域Ｐ２によって挟まれる。これにより、先端部３は第１テーパ部と対向する領域Ｐ１から力Ｆ３を受け、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２から第１テーパ部と対向する領域から受ける力Ｆ３と反対向きの力Ｆ４を受ける。この２つの力は釣り合うため、口絞り加工中、金属管２が中心軸Ｃ方向に移動しにくい。したがって、管端部を精度よく口絞り加工できる。
【００５６】
その他にも本実施形態の口絞り加工工具では、Ｌ／Ｄが０．５以下であるため、口絞り加工工具が金属管と接触する面積が、一般的な工具と比べて小さい。したがって、口絞り加工工具に与えるプレス荷重が一般的な工具と比べて小さくて済む。また、本実施形態の口絞り加工工具によれば、口絞り加工中、金属管を中心軸方向に送る必要はない。上述したように、第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１は挿入側Ａに向かってラッパ状に拡径する。この拡径している領域Ｐ１に引手ロッドを引っ掛けることができる。したがって、引手抽伸用の口絞り金属管を製造する場合であっても、一般的な口絞り加工のように、金属管を中心軸Ｃ方向に送る必要が無く、生産能率が高い。
【００５７】
［テーパ角α］
図２を参照して、第１テーパ部のテーパ角αは、３５度以上であるのが好ましく、５０度以上であるのがさらに好ましい。ここで、テーパ角αは、口絞り加工工具が口絞り加工装置に取り付けられた際、断面視で、第１テーパ部４の表面と口絞り加工装置の中心軸Ｃとのなす角度を意味する。後述する第２テーパ部のテーパ角βも同様である。
【００５８】
本発明者らは、第１テーパ部のテーパ角αが口絞り加工に及ぼす影響をＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）により調査した。口絞り加工を想定した金属管の諸特性は、後述する実施例の試験鋼管２と同じとした。
【００５９】
図７は、第１テーパ部のテーパ角と外径縮径率との関係を示す図である。図７を参照して、縦軸は第１テーパ部のテーパ角α［°］を示し、横軸は外径縮径率［％］を示す。引手抽伸を実施するには、引手ロッド７を口絞り部６の内周面に引っ掛ける必要がある（図４参照）。そのため、口絞り加工により管端部の外径は約２０〜３０％縮径されるのが好ましい。図７を見ると、第１テーパ部のテーパ角と外径縮径率は相関があることが分かる。そして、外径縮径率が２０％であるのは第１テーパ部のテーパ角が約３５度であり、外径縮径率が３０％であるのは第１テーパ部のテーパ角が約５０度である。したがって、第１テーパ部のテーパ角αは、３５度以上であるのが好ましく、５０度以上であるのがさらに好ましい。また、これは以下のような理由にもよる。
【００６０】
図６を参照して、上述したように、先端部３が管端部を口絞り加工すると、金属管２の第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１は金属管の挿入側Ａに向かって拡径する。すなわち、金属管２の第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１が第１テーパ部４に近づく。第１テーパ部のテーパ角αが３５度未満であれば、第１テーパ部と対向する領域Ｐ１が第１テーパ部４に接触しやすい。換言すれば、第１テーパ部のテーパ角αが３５度未満であれば、第１テーパ部４が管端部を加工する。この際、第１テーパ部と対向する領域Ｐ１に僅かな疵が生じることがある。
【００６１】
口絞り加工された金属管は、後工程で、抽伸加工される。抽伸加工では、金属管の外径よりも小さい外径を有するダイスに金属管を通し、外径を縮径する。そのため、第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１に疵がある金属管を抽伸加工すれば、その疵が抽伸加工された金属管の中心軸Ｃ方向全域にわたり伸展する可能性がある。第１テーパ部のテーパ角αが３５度以上であれば、口絞り加工の際、第１テーパ部４が金属管と接触しにくい。仮に、第１テーパ部４が金属管と接触しても、テーパ角αが３５度以上であれば、積極的に金属管を加工しない。そのため、第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１に疵が生じにくい。その結果、抽伸加工を実施しても金属管に疵が伸展することが抑制される。
【００６２】
しかしながら、本実施形態の第１テーパ部のテーパ角αは３５度以上に限定されない。テーパ角αが３５度未満であっても、金属管の材料、口絞り加工の量等によって、金属管２の第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１に疵が生じない場合もあるからである。
【００６３】
第１テーパ部４の金属管の半径方向の高さは特に限定されない。第１テーパ部４の金属管の半径方向の高さは、第１テーパ部と対向する領域Ｐ１に引手ロッドが引っ掛けられるように成形できる高さであればよい。また、第１テーパ部４の中心軸Ｃ方向の長さも特に限定されない。しかしながら、好ましくは、第１テーパ部４の中心軸Ｃ方向の長さは、先端部３及び第２テーパ部５の中心軸Ｃ方向の長さの合計と同じである。
【００６４】
なお、第１テーパ部のテーパ角αの上限は、言うまでもなく、９０度である。また、テーパ角αは、第１テーパ部４全域において一定でなくてもよい。第１テーパ部４の端には、通常、面取りＲが設けられるからである。この場合、テーパ角αは第１テーパ部４の最大のテーパ角を意味する。
【００６５】
［テーパ角β］
第２テーパ部のテーパ角βは、１０度以上であるのが好ましい。上述したように、先端部３が管端部を口絞り加工すると、金属管２の第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２は金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する。これにより、管端９が金属管の内部に突出することが抑制され、引手ロッドの挿入が容易になる。
【００６６】
第２テーパ部のテーパ角βが１０度未満であれば、テーパ角βが小さいため、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２が金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径しにくい。そのため、引手ロッドが挿入しにくくなる可能性がある。テーパ角βが１０度以上であれば、第２テーパ部５が十分なテーパ角を有するため、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２がラッパ状に拡径しやすい。その結果、引手ロッドの挿入が容易になる。
【００６７】
しかしながら、本実施形態の第２テーパ部のテーパ角βは１０度以上に限定されない。テーパ角βが１０度未満であっても、金属管の材料、口絞り加工の量等によって、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２が金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する場合もあるからである。
【００６８】
第２テーパ部５の金属管の半径方向の高さは特に限定されない。第２テーパ部５の金属管の半径方向の高さは、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２が拡径できる高さであればよい。
【００６９】
なお、第２テーパ部のテーパ角βの上限は、言うまでもなく、９０度である。また、テーパ角βは、第２テーパ部５全域において一定でなくてもよい。第２テーパ部５の端には、通常、面取りＲが設けられるからである。この場合、テーパ角βは第２テーパ部５の最大のテーパ角を意味する。
【００７０】
図８は、ストレート部を含む口絞り加工工具の断面図である。図８を参照して、口絞り加工工具１は、ストレート部１５を含んでいてもよい。ストレート部１５は、金属管の挿入側と反対側Ｂの第２テーパ部５の端に繋がる。口絞り加工工具がストレート部を含むことによって、管端９の外径は、所定の寸法以下に確実に口絞り加工されることになる。そのため、口絞り部先端の外径を引抜きダイス内径以下に安定して成形でき、口絞り加工後、引手抽伸を実施する際、管端の外径がダイスの内径以下となり、管端がダイスを通過不能となることを抑制できる。
【００７１】
続いて、本実施形態の口絞り金属管の製造方法について説明する。本実施形態の口絞り金属管の製造方法は、上述した口絞り工具が取り付けられた口絞り加工装置を用いる。本実施形態の口絞り金属管の製造方法は、送り工程と、口絞り加工工程と、を備える。
【００７２】
［送り工程］
図１を参照して、送り工程では、図示しない口絞り加工装置に、金属管２を挿入する。具体的には、金属管をコンベアに載せ、金属管２の中心軸を口絞り加工装置の中心軸Ｃと合わせる。その後、金属管を口絞り加工装置の中心軸Ｃに沿って送る。管端部が、口絞り加工工具１と対向する。
【００７３】
図６を参照して、管端９が、口絞り加工工具１の先端部３よりも金属管の挿入側と反対側Ｂに突出するまで金属管２を送る。これにより、先端部３が管端９から所定の距離の領域を加工する。その結果、上述したように、金属管２の第１テーパ部４と対向する領域Ｐ１が金属管の挿入側Ａに向かって拡径し、第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２が金属管の挿入側と反対側Ｂに向かって拡径する。
【００７４】
金属管の管端９が先端部３よりも挿入側と反対側Ｂに突出していればよく、金属管を送る量は特に限定されない。しかしながら、好ましくは、口絞り加工装置の中心軸方向において、管端９から第２テーパ部５の挿入側Ａの端までの距離Ｌ１と、金属管の外径Ｄとの比Ｌ１／Ｄが以下の式（２）を満たすのが好ましい。
０．０５  ≦  Ｌ１／Ｄ    （２）
【００７５】
後述する実施例に基づき、Ｌ１／Ｄが０．０５未満であれば、金属管の第２テーパ部５と対向する領域Ｐ２が短いため、第２テーパ部と対向する領域Ｐ２がラッパ状に拡径しにくい。Ｌ１／Ｄが大きすぎれば、口絞り加工される管端部の長さが長いため、歩留りが低下する。また、Ｌ１／Ｄが大きすぎれば、管端部ではなく金属管の軸方向の中央に近い領域を口絞り加工するため、高いプレス荷重が必要となる。したがって、Ｌ１／Ｄの上限は０．３が好ましい。
【００７６】
［口絞り加工工程］
図１を参照して、口絞り加工工程では、口絞り加工装置に取り付けられた口絞り加工工具１を金属管の直径方向に沿って移動させる。これにより、先端部３が管端部を口絞り加工する。口絞り加工装置はたとえば、スウェージング装置、プッシュポインター装置、プレス装置である。外径が１００ｍｍ以上の金属管を口絞り加工する場合、特に、プレス装置が好ましい。口絞り加工装置は、油圧シリンダ等の加圧装置を備える。加圧装置は、金属管の直径方向に沿って口絞り加工工具１を金属管に接近及び離間させる。これにより、金属管の管端部が口絞り加工工具１によって口絞り加工され、口絞り金属管が製造される。なお、口絞り加工の際には、口絞り加工される管端部と反対側の金属管の管端に緩衝板１４を設けてもよい。
【００７７】
本実施形態の製造方法によれば、上述した口絞り加工工具を用いるため、歩留りが抑制される。また、口絞り加工される方の管端が金属管の内部に突出しにくいため、後工程の抽伸加工において引手ロッドの挿入が容易である。また、送り工程の後、１回の口絞り加工工程で口絞り金属管が製造されるため、従来の製造方法と比べて生産能率が高い。
【００７８】
管端部を口絞り加工する量は特に限定されない。しかしながら、口絞り加工する量が大きすぎれば、第１テーパ部により加工される領域Ｐ１に疵が生じる可能性が高くなる、したがって、疵が生じない程度に金属管の材料等を考慮し、口絞り加工する量を設定するのが好ましい。
【００７９】
口絞り加工装置に取り付けられる口絞り加工工具１の数は特に限定されない。口絞り加工装置に取り付けられる口絞り加工工具１の数は、２以上であればよい。好ましくは、複数の口絞り加工工具１は口絞り加工装置の中心軸Ｃ周りに等間隔に配置される。
【００８０】
管端部の口絞り加工は複数回実施してもよい。口絞り加工工程を複数回実施することで、１回の口絞り加工工程での加工量が低減される。したがって、加工性の低い材料であっても口絞り加工することができる。この場合、上述した１回目の口絞り加工工程後、２回目の口絞り加工工程が実施される。２回目の口絞り加工工程は、１回目の口絞り加工工程と同様である。ただし、２回目の口絞り加工工程での加工量は、１回目の口絞り加工工程での加工量と異なってもよい。
【００８１】
また、１回目の口絞り加工工程から２回目の口絞り加工工程までの間、金属管は中心軸方向に沿って移動しない。すなわち、２回目の口絞り加工工程では、先端部３は中心軸Ｃ方向において１回目の口絞り加工程と同一位置の金属管の管端部を口絞り加工する。本実施形態の製造方法では上述した口絞り加工工具を用いる。したがって、一般的な工具のように金属管を中心軸方向に送りながら口絞り加工する必要はない。ただし、２回目の口絞り加工工程において、金属管２を中心軸Ｃ周りに回転させてもよい。
【００８２】
なお、３回以上口絞り加工工程があってもよい。３回目以降の口絞り加工工程も、１回目及び２回目と同様である。
【００８３】
［加熱工程］
本実施形態の口絞り金属管の製造方法は、金属管を送る工程の前に、金属管の管端部を加熱する工程を備えていてもよい。加熱工程では、金属管の管端部を加熱する。加熱する方法は特に限定されないが、通常、インダクションヒータ、ガス加熱等で行われる。金属管はたとえば、鋼管である。加熱温度はたとえば、１１００度である。これにより、口絞り加工は熱間で実施されるため、管端部の加工性が高くなり、プレス荷重が削減でき、また、難加工性材料の金属管を口絞り加工できる。さらには、１回の加工量を増加させることができる。
【００８４】
［口絞り金属管］
図９は、口絞り金属管の断面図である。図９を参照して、上述の口絞り加工が終了すると、口絞り金属管２１が得られる。口絞り金属管は、管端９と、外径Ｄとを含む。上述したように本実施形態の口絞り金属管は、引手抽伸に供されるため、口絞り部の軸方向の長さＬ２が短い。具体的には、口絞り部の軸方向の長さＬ２は、管端９から外径Ｄまでの距離以下（Ｌ２≦１．０Ｄ）である。
【００８５】
上述した口絞り加工によって管端９はラッパ状に開く。管端９から金属管の軸方向に沿って見て、口絞り金属管は、管端９、縮径部１６、底部１７、拡径部１８、胴体部１９を含む。すなわち、金属管の外周面に凹部２０が設けられている。また、図１に示すように、口絞り加工工具１は金属管の円周方向に沿って配置され、管端部の円周方向全域を口絞り加工する。したがって、凹部２０は金属管の円周方向に沿って設けられる。換言すれば、口絞り部の断面は、円周方向にわたって一定である。なお、加工精度により厳密には断面形状は一定とはならない。そのため、ここで言う断面が一定とは、口絞り金属管のどの断面においても、図９に示すように、凹部２０が設けられていることを意味する。
【００８６】
凹部２０の最小外径、すなわち、底部１７の外径Ｄ３と金属管の外径Ｄとの比Ｄ３／Ｄは、口絞り加工の外径縮径率に依存する。Ｄ３／Ｄの上限は、０．９以下であるのが好ましい。Ｄ３／Ｄが０．９よりも大きければ、口絞り加工量が少なく、引手抽伸の際に引手ロッドが引っ掛けにくくなる。Ｄ３／Ｄの下限は、０．６以上であるのが好ましい。Ｄ３／Ｄが０．６未満であれば、口絞り加工量が多く、引手ロッドが引っ掛けられるにも関わらず過度に口絞り加工することになる。また、Ｄ３／Ｄが小さすぎれば、口絞り加工された側と反対側の管端から引手ロッドを挿入した際、ロッドが通りにくくなる。より好ましくは、Ｄ３／Ｄの下限は、０．６５以上である。さらに好ましくは、Ｄ３／Ｄの下限は、０．７以上である。
【実施例】
【００８７】
本実施形態の口絞り加工工具を用いて、２種類の金属管の管端部を口絞り加工した。
【００８８】
［試験条件］
本実施例では、以下の表１に示す組成を有する試験鋼管１及び表２に示す組成を有する試験鋼管２について口絞り加工を実施した。図６を参照して、金属管を送る工程において、金属管の管端から口絞り加工工具の第２テーパ部の挿入側の端までの距離Ｌ１を種々変更し、口絞り加工を実施した。
【００８９】
【表１】
2019118942.tif 000003
【００９０】
【表２】
2019118942.tif 000004
【００９１】
続いて、試験鋼管１の口絞り加工条件について説明する。金属管の諸寸法及び口絞り加工方法は、表３のとおりであった。具体的にはまず、金属管の管端部を約１１００度に加熱した。次に、８つの口絞り加工工具を等間隔にプレス装置に取り付けた。口絞り加工工程は、６回実施した。なお、表３中の口絞り部外径は公称寸法を示す。６回の口絞り加工工程において、各口絞り加工工程での加工量は同じであった。
【００９２】
【表３】
2019118942.tif 000005
【００９３】
試験鋼管２の口絞り加工条件について説明する。金属管の諸寸法及び口絞り加工方法は、表４のとおりであった。具体的にはまず、金属管の管端部を約７００度に加熱した。次に、８つの口絞り加工工具を等間隔にプレス装置に取り付けた。口絞り加工工程は、６回実施した。なお、表４中の口絞り部外径は公称寸法を示す。６回の口絞り加工工程において、各口絞り加工工程での加工量は同じであった。
【００９４】
【表４】
2019118942.tif 000006
【００９５】
試験鋼管１及び試験鋼管２の口絞り加工では、口絞り加工工具の諸寸法は同じであった。口絞り加工工具の諸寸法は、表５のとおりであった。
【００９６】
【表５】
2019118942.tif 000007
【００９７】
［試験結果］
試験鋼管１の試験結果を表６に示す。試験鋼管２の試験結果を表７に示す。表６及び表７中の「Ｇ」は、口絞り加工が実施できたことを意味する。
【００９８】
【表６】
2019118942.tif 000008
【００９９】
【表７】
2019118942.tif 000009
【０１００】
表６を参照して、試験鋼管１ではＬ１／Ｄが０．１１以上であれば、口絞り部の長さが十分にあり、口絞り部の内周面に引手ロッドを引っ掛けることができた。
【０１０１】
表７を参照して、試験鋼管２では、Ｌ１／Ｄが０．０５以上であれば、口絞り部の長さが十分にあり、口絞り部の内周面に引手ロッドを引っ掛けることができた。一方、Ｌ１／Ｄが０．０５未満であれば、金属管を送る工程において、管端が口絞り加工工具の先端部よりも挿入側と反対側に突出する量が少ない。このような範囲で実操業をすることは少ないと考えられるため、Ｌ１／Ｄが０．０５未満については試験を行わなかった。
【０１０２】
Ｌ１／Ｄがあまりにも小さすぎれば、最管端付近を圧下することになり、圧下により管端をラッパ状に開かせることが困難となるが、外径縮径率がさらに小さい条件で口絞り加工を実施する場合は、Ｌ１／Ｄが０．０５であっても口絞り加工が実施できる可能性はある。
【０１０３】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１：口絞り加工工具
２：金属管
３：先端部
４：第１テーパ部
５：第２テーパ部
６：口絞り部
７：引手ロッド
８：ダイス
９：管端
１４：緩衝板
【図１】
2019118942.tif 000010
【図２】
2019118942.tif 000011
【図３】
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【図４】
2019118942.tif 000013
【図５】
2019118942.tif 000014
【図６】
2019118942.tif 000015
【図７】
2019118942.tif 000016
【図８】
2019118942.tif 000017
【図９】
2019118942.tif 000018