(57)【要約】【課題】  管円周方向の偏肉が比較的大きい金属管を素管としたときでも、ダイス１個で１工程でしごき加工後の金属管の真円度が低下しない金属管のしごき加工方法を提供する。【解決手段】  金属管３をその管内面側に挿入した円柱形状のポンチ２でダイス１に押し通してしごき加工する金属管のしごき加工方法において、しごき面を２段設けたダイスを用い、２段目しごき率（＝（ギャップＡ−ギャップＢ）／ギャップＡ×100（％））を0.5％以上とする。但し、ギャップＡ、ギャップＢは夫々ダイス入側から１段目、２段目のしごき面と、当該ダイスと同軸に配置されたポンチの外周面との面間隔距離である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管をその管内面側に挿入した円柱形状のポンチでダイスに押し通してしごき加工する金属管のしごき加工方法において、しごき面を２段設けたダイスを用い、下記式で定義される２段目しごき率を0.5％以上とすることを特徴とする金属管のしごき加工方法。
記
２段目しごき率＝（ギャップＡ−ギャップＢ）／ギャップＡ×100（％）
但し、ギャップＡ、ギャップＢは夫々ダイス入側から１段目、２段目のしごき面と、当該ダイスと同軸に配置されたポンチの外周面との面間隔距離である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管のしごき加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばパワーステアリングモータカバー等、高精度の真円度が要求される機械構造用部品は、金属管（例えば鋼管）をしごき加工することにより製造される。金属管のしごき加工は、先端にポンチ係止部を設けた金属管にその管の後端からポンチを挿入し、ポンチ係止部をポンチ先端で押して金属管をダイスに通し、管内面に接触するポンチと管外面に接触するダイス孔内面の間で管をしごくものである。通常、ポンチは円柱形状であり、ダイスの孔は入側の口が広く奥が狭いテーパ孔部とこれに連なる内径一定の円筒孔部とを有し、この円筒孔部の内面が、ポンチ外周面と協働して管をしごく面、即ちしごき面になる。通常のダイスではダイス１個のしごき面はダイス軸方向に１段のみである。
【０００３】
尚、厚肉短管を薄肉長尺管に成形するために、複数のダイスを同心直列に配置して順次しごき加工を施せるように構成された管用しごき加工装置において、ポンチ及びダイススリーブの交換作業を芯出し精度よく且つ簡単に行えるように、支持枠へのポンチ或いは更にダイススリーブの固定形態をテーパ嵌合形態とした装置が、特許文献１に記載されている。特許文献１では、個々のダイスの孔形状について特段の記述はないことから、又、同文献に図示されたダイス断面形状からみても、ダイス１個のしごき面は通常と同様、ダイス軸方向に１段のみであると推定される。
【特許文献１】特開平９−１７４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の、しごき面が１段のみのダイス１個とポンチとを用いたしごき加工では、継目無鋼管等、管円周方向の偏肉が比較的大きい金属管を素管としたとき、しごき加工後の金属管の真円度が低下することがあって、加工製品歩留りが悪いという問題があった。孔型の異なる複数のダイスを用意し、複数工程回数でしごき加工することにより、金属管の真円度を向上させることは可能であるが、設備が大がかりとなり、加工サイクルタイムが長くなる。本発明の課題は、前記問題を解決するために、管円周方向の偏肉が比較的大きい金属管を素管としたときでも、ダイス１個で１工程でしごき加工後の金属管の真円度が低下しない金属管のしごき加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、金属管をその管内面側に挿入した円柱形状のポンチでダイスに押し通してしごき加工する金属管のしごき加工方法において、しごき面を２段設けたダイスを用い、下記式で定義される２段目しごき率を0.5％以上とすることにより、前記課題を解決したものである。
記
２段目しごき率＝（ギャップＡ−ギャップＢ）／ギャップＡ×100（％）
但し、ギャップＡ、ギャップＢは夫々ダイス入側から１段目、２段目のしごき面と、当該ダイスと同軸に配置されたポンチの外周面との面間隔距離である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、素管の管円周方向の偏肉が比較的大きくても、ダイス１個とポンチとの協働によるしごき加工後の真円度が高位に安定し、加工製品歩留りが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
まず、本発明をなすに至った経緯を述べる。本発明者らは、１段のしごき面をもつダイス１個とポンチとの協働によるしごき加工方法（従来法：図６参照）でしごき加工した鋼管に生じた加工形状不良についてその発生原因を考究した。
図３は、従来法でしごき加工した鋼管について管円周方向の素管肉厚分布、しごき加工後内径分布、及びしごき加工後の残留応力を調べた結果の１例を示す分布図である。尚、素管肉厚分布及びしごき加工後内径分布は、夫々目標値からのずれの分布を示している。又、しごき加工後の残留応力は、σo−σi（σo:外面残留応力(引張),σi:内面残留応力(圧縮)）の分布を示している。図示のように、素管肉厚、しごき加工後内径、及びしごき加工後の残留応力は、分布のパターンが互いに似通っており、素管肉厚が大きい部位では、しごき加工後の内径が大きく、且つしごき加工後の残留応力が大きい。この現象は、図２に示すような機構で生じるものと考えられる。
【０００８】
図２は、従来法による加工形状不良の発生機構を示す概念図である。素管の偏肉が大きい場合、しごき加工中の管3aでは、素管厚肉部相当側の減面率が素管薄肉部相当側のそれよりも高くなる結果、素管厚肉部相当側での外面残留応力σo(引張)と内面残留応力σi(圧縮)の差（σo−σi）が、素管薄肉部相当側でのそれよりも大きくなる。このような管円周方向部位による内外面残留応力差の違いにより、しごき加工後の管3bでは、高減面率側である素管厚肉部相当側は、相対的に大きな曲げモーメントＭを受けて拡径方向に変位し、これと釣り合う形で素管薄肉部相当側は縮径方向に変位し、その結果、断面形状が略楕円形状に変化する。
【０００９】
そこで、上記のような変形を防止する手段について鋭意検討し、その結果、１段のしごき面をもつダイスに代えて、２段のしごき面をもつダイスを用いることに想到し、本発明をなすに至ったのである。
図１は、本発明の実施形態を示す概略断面図である。ダイス１は固定され、ポンチ２がポンチ移動方向2Aに移動することで、管３がダイス１に押込まれ、ポンチ２とダイス１が協働してしごき加工が進行する。本発明に用いるダイス１は、ポンチ２との協働面として、２段のしごき面1A,1Bを設けたものである。１段目，２段目のしごき面1A,1Bをなす２つのダイス軸方向部分は、これらよりもダイス孔径が大きい（管外面と接触しない）部分により隔てられている。ポンチ２と同軸配置状態のダイス１の１段目，２段目のしごき面1A,1Bと、ポンチ２外面との面間隔距離をギャップＡ，ギャップＢと呼ぶことにすると、しごき加工が進むためには、これら及び素管肉厚t0の間には、t0＞ギャップＡ＞ギャップＢ、が成り立つ必要がある。このような２段のしごき面をもつダイスを用いたしごき加工を２段しごき加工という。尚、しごき面が１段のみである通常のダイスを用いて、ギャップＡのみで行うしごき加工を１段しごき加工という。
【００１０】
２段のしごき面をもつダイスを用いることにより、１段目のしごき加工で管円周方向の肉厚分布を均一化し、２段目のしごき加工で管円周方向の残留応力分布を均一化して、真円度を向上させることができる。２段目のしごき加工では、管材料が降伏する程度の小さい歪が付加されればよい。図４は、その１例として、図３の場合と同一仕様で製造され、類似の素管肉厚分布をもつ素管に対し、２段しごき加工（１段目,２段目の加工目標寸法は図示の通り）を施して図３の場合と同一の最終目標寸法に仕上げた鋼管について、同様の調査を行った結果を示しており、図３の１段しごき加工の場合と比較して、管円周方向のしごき加工後内径分布及びしごき加工後の残留応力分布のパターンが真円形状パターンに非常に近いものとなっていることが明らかである。
【００１１】
更に、図３の場合と同一仕様で製造され、次式(1)で定義される素管偏肉量が0.15〜0.24mmの範囲内にある素管に対し、次式(2)で定義される２段目しごき率を種々変えて、２段しごき加工を施し、しごき加工後の鋼管について、次式(3)で定義される内径誤差を調べた。その結果を整理して図５に示す。尚、図３の従来法（１段しごき加工）による結果も同様に整理し、図５に併示した。
【００１２】
素管偏肉量＝管円周方向最大肉厚−管円周方向最小肉厚(mm)        …(1)
２段目しごき率＝（ギャップＡ−ギャップＢ）／ギャップＡ×100（％）        …(2)
内径誤差＝管円周方向最大内径−管円周方向最小内径(mm)        …(3)
図５は、しごき加工後の内径誤差と２段目しごき率の関係を示すグラフである。図５より、２段目しごき率を0.5％以上とすることで、２段しごき加工後の鋼管の内径誤差を顕著に低減させることが可能である。従って、本発明では２段目しごき率を0.5％以上として２段しごき加工を行うものとした。尚、図５より、内径誤差をより小さくするには、２段目しごき率は1.0％以上とするのが好ましく、より好ましくは6％以上である。又、２段目しごき率の上限については、特に限定しないが、20％以下で十分と考えている。
【実施例】
【００１３】
表１に示す素管を対象に、表１に示すしごき加工条件でしごき加工を施し、しごき加工後の鋼管について内径誤差を調査した結果を表１に示す。表１からわかるように、従来法では、素管偏肉量が0.1mm未満と小さい場合、しごき加工後の内径誤差は0.1mm未満に抑えられているが、素管偏肉量が大きい場合、しごき加工後の内径誤差が0.1mm以上となっているのに対し、本発明例では、素管偏肉量の大小に拘らず、しごき加工後の内径誤差は0.1mm未満に抑えられている。
【００１４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態を示す概略断面図である。
【図２】従来法による加工形状不良の発生機構を示す概念図である。
【図３】従来法でしごき加工した鋼管について管円周方向の素管肉厚分布、しごき加工後内径分布、及びしごき加工後の残留応力を調べた結果の１例を示す分布図である。
【図４】本発明の方法でしごき加工した鋼管について管円周方向の素管肉厚分布、しごき加工後内径分布、及びしごき加工後の残留応力を調べた結果の１例を示す分布図である。
【図５】しごき加工後の鋼管の内径誤差と２段目しごき率の関係を示すグラフである。
【図６】従来法の実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  ダイス（しごき面は２段）
1A、1B  しごき面（１段目，２段目）
２  ポンチ
2A  ポンチ移動方向
３、3a、3b  管（金属管例えば鋼管）
Ｍ  曲げモーメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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