JPH0659503B2

JPH0659503B2 - 段付管・テーパー管の製造方法

Info

Publication number: JPH0659503B2
Application number: JP62075636A
Authority: JP
Inventors: 照守上田
Original assignee: 工業技術院長
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPS63242417A

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、素材管を半径方向に圧縮して絞り加工し、段
付管及びテーパー管を製造する方法に関するものであ
る。

[従来の技術] 従来、素材管を半径方向に圧縮して絞り加工する方法と
しては、第６図(a)(b)に示すような方法がある。この第
６図(a)(b)は、絞り加工開始前の状態を示し、素材管１
の外径より小さい直径の半円筒面を有する上下２分割の
押圧ダイス2A，2Bに半径方向加圧力Ｆを作用させ、該管
1 の直径を減少させるものである。

しかしながら、この方法によると、第１回目の押圧で得
られる直径減少率(d_o/d)/d_o×100（但し、d_o：素材管の
外径、ｄ：絞り加工後の外径）は、一般配管用炭素鋼管
において８％程度にとどまり、しかも絞り部の肉厚は直
径減少率に応じて厚くなるという問題がある。

また、前記直径減少率は素材管の外径d_oに対する肉厚t_o
の比(t_o/d_o) に依存し、薄肉管になるほど低下する。例
えば、t_o/d_o ＝0.03では、１回の直径減少率はほぼ４％
程度となる。さらに、複数回の絞り加工により絞り部の
直径減少が進行するほど、加工硬化の影響により、１回
当りの直径減少率を低下させる必要があり、さもないと
座屈が発生する。したがって、通常は３〜４回の絞り加
工後に、焼なまし処理が必要となる。加えて、この従来
法によると、軸方向の伸び量が少なく、絞り部の肉厚は
増厚化するばかりである。

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、前記した１回当りの直径減少率を大きくし、
その結果、希望の絞り形状に到達する絞り加工の回数を
減少させると共に、絞り部の増厚化を抑制し、しかも簡
単な装置により、絞り用のダイスの交換等を必要とする
ことなく、段付き状及びテーパー状の管を均一または制
御された肉厚分布に形成できるようにした方法を提供し
ようとするものである。

[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明に係る段付管の製造方
法は、素材管の両端部をチャックで掴持して引張し、素
材管材質に対応した降伏点あるいは耐力以上ではある
が、素材管の伸長が進行しない範囲内の引張力を付与
し、この引張力の付与状態で、素材管を絞りロールの間
に通して絞り成形を行うに際し、その絞りロールとして
は、円周上に、半円形断面でその曲率半径が次第に小さ
くなる凹みを周設し、且つ絞りロールが互いに接合した
状態で同期的に駆動されるときに、それらの接合部分に
おいて凹みにより形成される空間が断面円形をなすよう
に、その凹みの深さも次第に浅くなるように形成したも
のを用い、上記絞りロールの間に、その凹みによって形
成される円を素材管の径より減径させた第１段の絞り径
に固定して、素材管を通すことにより、第１段の絞り成
形を行い、次いで上記絞りロールの回転によりそれらの
間の凹みで形成される円を減径させ、第２段の絞り径と
して、第１段の絞り加工を行った範囲より短い範囲内
で、前記降伏点あるいは耐力以上の引張力を付与した状
態で素材管を通すことにより、第２段の絞り成形を行
い、この操作の繰返しにより、素材管を段付状態で押圧
縮径した段付管を得ることを特徴としている。

また、本発明におけるテーパー管の製造方法は、素材管
に上記引張力を付与した状態で、上記絞りロールの間
に、その凹みによって形成される円を素材管の成形速度
との関連において減径させながら素材管を通すことによ
り、素材管をそれらの速度の相互関係で決まるテーパー
状に形成し、次いで上記絞りロールの間の凹みで形成さ
れる円が上記成形時よりも減径されている部分を用い
て、その円を素材管の成形速度との関連において減径さ
せながら、前記降伏点あるいは耐力以上の引張力を付与
した状態で素材管を通すことにより同様な絞り成形を行
い、この操作の繰返しにより、素材管を半径方向に押圧
縮径してテーパー状としたテーパー管を得ることを特徴
としている。

さらに具体的に説明すると、本発明の方法においては、
第１図に示すごとく、素材管10に絞り加工するための半
径方向加圧力Ｆを作用させる時、あらかじめＰなる軸方
向引張力により素材管10に降伏点あるいは耐力以上の引
張応力を付与する点に大きな特徴を有している。

材料に引張応力を作用させた場合、第５図の応力−ひず
み線図に示すように、応力に応じたひずみが発生する
が、上記引張応力は、降伏点あるいは耐力以上の引張応
力であっても、素材管の伸長が進行した破断に至らない
範囲、即ち、第５図の降伏点以上であるがＫ点に至るま
での応力であることは勿論である。ここで、Ｋ点とは、
最大応力域▲▼線に達する点であるが、Ｋ点近傍の
応力では破断し易くなるので、実際にはそれよりもある
程度低い応力とする必要がある。

このように、素材管に、その降伏点あるいは耐力以上で
素材管の伸長が進行しない範囲内の引張応力を付与する
と、素材管はその応力による塑性変形で伸長を開始する
が、伸長に伴う加工硬化により素材管の変形抵抗力が上
昇し、結果的に若干の伸長の後に伸長が停止する。素材
管にこのような軸方向引張力を作用させた状態で、絞り
ロールにより素材管の直径を減少させると、素材管にそ
の降伏点あるいは耐力に相当する程度の引張力が作用し
た状態で、絞りロールによる成形が行われるため、それ
らの複合的作用により直径減少率を大きくすることがで
き、後述する実施例からもわかるように、例えば、引張
力が付与されていない場合には１回当りの直径減少率が
約８％程度であるのに対し、15％程度の直径減少率にす
ることができる。

第２段以降の絞り成形においては、第１段と同様に、そ
の成形時点の材料の降伏点あるいは耐力以上で、素材管
の伸長が進行しない範囲内の引張力を付与する必要があ
る。但し、第２段以降では、前段までの成形により縮径
された部分が加工硬化していることから、降伏点（耐
力）は前段までの絞り加工時よりも当然ながら上昇して
いる。その反面、前段までの絞り加工により縮径された
部分が軸方向に伸長されていることから、絞り部の増厚
化が抑制され、その断面積は前段の加工開始時の素材管
の断面積より減少している。従って、各段の引張力はそ
れらの前段の加工を考慮して設定する必要がある。実際
の絞り成形に際しては、予め実験的または経験的に得ら
れている適切な引張力に設定し、あるいは、各段階の絞
り加工に際して、降伏による塑性変形が発生する引張力
を検出し、その引張力を基準にして適切な値に設定すれ
ばよい。

一方、直径減少率の選択は、素材管を所定の直径まで縮
径するに必要な加工回数を少なくすること、即ち、加工
工程数を少なくして経済性を図ることが望ましいが、軸
方向に、より伸長させながら素材管の縮径をするために
は、より多段階数の絞り加工を実施することが望まし
い。

また、座屈の発生は、素材管の材質、素材管の肉厚／直
径、加工上の視点からは直径減少率、引張力の大きさな
どにより左右される。材質に関しては、通常の展伸材な
らば、大きな差異はない。肉厚／直径は、薄肉管になる
ほど座屈を生じ易い。さらに、直径減少率を大きくする
と座屈を発生し易くなるが、後述の実施例からもわかる
ように、引張力を大きくすることにより座屈を抑制する
ことができる。従って、上述した諸条件を考慮し、座屈
が発生しないような条件において絞り成形を行えばよ
い。

そして、引張力の大きさ、各段階での縮径量等を制御、
選定することにより、段付き状またはテーパー状の管を
均一または適当に制御された肉厚分布に形成することが
できる。

このような肉厚分布の制御は、成形管を打球運動器具等
に利用した場合における軸方向の重量バランスや、上記
打球運動器具を含む各種用途に利用した場合における軸
方向の強度バランスを適切に設定する場合などに有効な
ものである。

また、本発明の他の大きな特徴は、素材管を絞りロール
の間に通して絞り成形を行うに際し、その絞りロールと
して、円周上に、半円形断面でその曲率半径が次第に小
さくなる凹みを周設し、且つ絞りロールが互いに接合し
た状態で同期的に駆動されるときに、それらの接合部分
において凹みにより形成される空間が断面円形をなすよ
うに、その凹みの深さも次第に浅くなるように形成した
ものを用い、素材管を段付状またはテーパー状に成形す
るようにした点にある。

このような絞りロールの使用は、絞り用のダイスの交換
等を必要とすることなく、段付き状及びテーパー状の管
を簡単に成形することができ、しかも単一の絞りロール
によって段付管及びテーパー管のいずれをも成形できる
点において有利なものである。

[実施例] 以下、図面を参照して本発明の方法及びその方法を実施
する装置の構成例について詳細に説明する。

第２図ないし第４図は、本発明の方法の実施により段付
管及びテーパー管を製造するための絞りロール型式の絞
り成形装置の一例を示している。

この装置は、装置全体を支持する基台11上に摺動溝12を
設けて、移動テーブル15をこの摺動溝12に沿って摺動自
在に保持させ、基台11上に取付けた移動用シリンダ13の
ロッド14を移動テーブル15上の支持壁16に連結すること
により、その移動テーブル15をシリンダ13の駆動で摺動
溝12に沿って摺動可能に形成している。

移動テーブル15上においては、上記支持壁16と、移動テ
ーブル15上に取付けた引張用油圧シリンダ17とに、素材
管10を掴持するトグルチャック18,19 が設けられてい
る。これらのトグルチャック18,19 は、素材管10の端部
に芯金20を挿入した状態で素材管10を掴持するものであ
る。このトグル式チャックに代えて、コレット式チャッ
クを使用することもできるが、トグル式チャックを使用
した方が操作が簡便化される。

一方、上記基台11上には、回転軸設置枠23及び回転軸設
置板24を対向状態に配設して固定し、これらの間に駆動
軸26及び回転軸27,28 を支持させている。上記駆動軸26
は、パルスモーターやオイルモーター等からなる原動機
30に連結され、その駆動軸26上に設けた駆動歯車31を回
転軸27上の第１歯車32に、またこの第１歯車32を回転軸
28上の第２歯車33と噛合させている。そして、上記歯車
32,33 により同速で逆方向に回転駆動される回転軸27及
び回転軸28には、素材管10を絞り加工するための押圧ダ
イスを構成する絞りロール35A,35B を取付けている。

この絞りロール35A,35B の円周上には、半円形断面の凹
み36A,36B を周設しているが、これらの凹み36A,36B の
断面形状は、ロールの回転の進行に伴ってその曲率半径
が次第に小さくなり、その深さも次第に浅くなるように
彫り込まれたものである。そして、両絞りロール35A,35
B が互いに接合した状態で歯車32,33 により同期的に駆
動されるとき、両絞りロール35A,35B の接合部分におい
て両凹み36A,36B により形成される空間は、最大部分で
は素材管の外径に等しいかそれよりも若干大きい円形断
面を有し、ロール35A,35B の回転の進行に伴ってその円
の径が次第に小さくなり、最小部分では最終成形形状の
外径程度の円形断面にまで縮小するように形成してい
る。

次に、上記構成を有する成形装置によって段付管及びテ
ーパー管を製造する方法について説明する。

素材管10を段付管またはテーパー管に絞り加工するに
は、まず、第２図において、絞りロール35A,35B を、そ
の半円形凹み36A,36B によって形成される円が最大径即
ち素材管径とほぼ同じになる位置（図示の位置）へ原動
機30により回転駆動し、その位置で停止させる。また、
移動シリンダ13のロッド14を第２図において右方へ後退
させ、芯金20が両端に挿入された素材管10を右方から絞
りロールの半円形凹み36A,36B 内へ差し通し、該管両端
をトグルチャック18,19 にはめる。そして、移動テーブ
ル15上の引張用シリンダ17を後退させて、トグルチャッ
ク18,19 により素材管10の両端を掴持させると共に、素
材管10の引張応力が降伏点ないしは耐力以上になるよう
な引張力を該素材管に作用させる。この状態が第２図で
ある。

上記引張力は、降伏点あるいは耐力以上で、素材管の伸
長が進行しない範囲内で付与するものであるが、このよ
うな制限下における引張力の大きさや各段階での縮径量
等の調整により、成形時における素材管の厚肉化の程度
を調節することができ、例えば成形管の厚肉化を抑制し
ながらその厚さを一定にしたり、引張力を増減すること
により部分的に適当な厚さに制御することができる。

段付管を製造する場合には、この状態で、原動機30によ
り第１歯車32及び第２歯車33を互いに逆方向に回転さ
せ、絞りロールの半円形凹み36A,36B で形成される円を
逐次減径させて、半円形凹み36A,36B の直径が第１段の
絞り径に相当する位置にて絞りロール35A,35B を停止さ
せる。

そこで、基台11上に設置した移動用シリンダ13により移
動テーブル15を左方へ移動させ、素材管10の絞り部全域
にわたり第１段の絞り成形を完了させる。

つぎに、原動機30により絞りロール35A,35B を減径方向
へ更に回転させ、凹み36A,36B で形成される円の径が第
２段の絞り径に相当する位置にて絞りロール35A,35B の
回転を停止させ、その状態で移動テーブル15を左方へ移
動させて、第２段の絞り成形を完了させる。この時の移
動量は、第１段の絞り加工を行った範囲内でそれより短
くする。

さらに、第３段の絞り加工は、第２段の絞り成形の範囲
内において、移動テーブル15を必要に応じて左方へ移動
させ、第３段の絞り開始位置に保持した後、再び絞りロ
ール35A,35B を第３段の絞り径に相当する位置まで回
転、停止させ、第１段の絞り成形と同様にして行う。

このようにして、移動テーブルの左右往復動と絞りロー
ルの減径方向への寸動回転の交互反復動作により、多数
個のダイスを交換することなく、段付成形管とすること
ができる。

一方、テーパー管を得るためには、第２図の状態から、
移動テーブル15の左方への移動速度との関連において原
動機30を駆動し、絞りロール35A,35B を逐次減径方向へ
回転させる。これにより、素材管10を上記移動テーブル
15の移動速度と絞りロール35A,35B の回転速度との相互
関係で決まるテーパー状に成形することができ、次いで
絞りロール35A,35B の間の凹み36A,36B で形成されてい
る円が上記成形時よりも減径されている部分を用いて、
その円を素材管の成形速度との関連において減径させな
がら、同様に前記降伏点あるいは耐力以上の引張力を付
与した状態で素材管を通すことにより絞り成形を行い、
この操作を必要回数繰返した後、最終絞りにおいて、所
望のテーパーを有する最終成形管を得ることが可能であ
る。

成形完了後は、引張用シリンダ17の負荷を除去し、トグ
ルチャック19を右方へ移動させることにより、トグルチ
ャックから成形管の両端部を取外すと共に、最終成形管
を絞りロールから抜き取る。

なお、前述した段付成形管の成形を行った場合に、成形
した段付管を最終成形管とすることなく、それを素材管
として上記成形装置に装着し、移動テーブル15の移動量
に関連づけて原動機30を駆動することにより、テーパー
管を成形することができる。

また、図示した絞り成形装置は、一対の絞りロールの間
で素材管を成形するように構成しているが、該絞りロー
ルは、必ずしも図示したような配置ばかりでなく、素材
管の周囲に２以上の絞りロールを放射方向に配設するこ
ともできる。

次に、本発明による素材管の成形の実験例を示す。

素材管としては、外径φ18.9mm、肉厚1.35mm、全長約 3
50mmの銅管(JIS規格C1200T-0) を用い、中間焼なまし
で、最小径をφ８mmまで縮径して段付管とした。

実験は、第２図ないし第４図に示す装置と実質的に同じ
応力負荷を行うことが可能な装置を用い、先ず、外径が
φ18.9mmの素材管の両端をチャックで掴持し、引張力Ｐ
を、０（比較例），1200（ほぼ素材管の降伏点に相当す
る実施例），及び1600 kgf（素材管の伸長が進行しない
範囲）とし、φ16mmの縮径（直径減少率；１５％）を試
みた。縮径時の軸方向伸び量を第１表に示す。

次に、上記Ｐ＝ 1200 kgf 下においてφ16mm縮径後の素
材管について、φ14mm，φ12mm，φ10mm，φ8 mmまでの
縮径を順次行った。第２表は、その多段階縮径時の引張
力（本発明で規定する範囲）が軸方向伸びに及ぼす影響
を示すものである。

なお、無張力下におけるφ16mm→φ14mmの縮径、及び12
00kgf 一定の引張力で行ったφ14mm→φ12mmの縮径（い
ずれも比較例）では、素材管に座屈が生じ、その後の成
形が不能になった。

[発明の効果] 以上に詳述した本発明の方法によれば、１回当りの直径
減少率を大きくすることにより、希望の絞り形状に到達
する絞り加工の回数を減少させると共に、絞り部の増厚
化を抑制し、しかも簡単な装置により、絞り用のダイス
の交換等を必要とすることなく、段付き状及びテーパー
状の管を均一または制御された肉厚分布に常温状態下に
おいて形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による絞り成形時の加圧力に関する説明
図、第２図ないし第４図は本発明の方法を実施する装置
の一例を示すもので、第２図乃至第４図は絞りロール型
式の絞り成形装置の構成を示すもので、第２図は素材管
の軸線上で切断した成形開始前の状態を示す平面図、第
３図は部分破断正面図、第４図は第２図のＣ−Ｃ断面
図、第５図は金属材料の引張り試験における応力−ひず
み線図、第６図(a) は従来のプレス・スエージング型式
の絞り成形時における加圧力について説明するための模
式的正面図、同図(b) はその側面図である。 10……素材管、18,19 ……チャック、35A,35B ……絞り
ロール、36A,36B ……凹み。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】素材管(10)の両端部をチャック(18,19) で
掴持して引張し、素材管材質に対応した降伏点あるいは
耐力以上ではあるが、素材管の伸長が進行しない範囲内
の引張力を付与し、この引張力の付与状態で、素材管(10)を絞りロール(35
A，35B)の間に通して絞り成形を行うに際し、その絞り
ロール(35A,35B) としては、円周上に、半円形断面でそ
の曲率半径が次第に小さくなる凹み(36A，36B)を周設
し、且つ絞りロール(35A,35B) が互いに接合した状態で
同期的に駆動されるときに、それらの接合部分において
凹み(36A,36B) により形成される空間が断面円形をなす
ように、その凹み(36A,36B) の深さも次第に浅くなるよ
うに形成したものを用い、上記絞りロール(35A,35B) の間に、その凹み(36A,36B)
によって形成される円を素材管の径より減径させた第１
段の絞り径に固定して、素材管(10)を通すことにより、
第１段の絞り成形を行い、次いで上記絞りロール(35A,35B) の回転によりそれらの
間の凹み(36A,36B) で形成される円を減径させ、第２段
の絞り径として、第１段の絞り加工を行った範囲より短
い範囲内で、前記降伏点あるいは耐力以上の引張力を付
与した状態で素材管を通すことにより、第２段の絞り成
形を行い、この操作の繰返しにより、素材管(10)を段付状態で押圧
縮径した段付管を得る、ことを特徴とする段付管の製造方法。
【請求項２】素材管(10)の両端部をチャック(18,19) で
掴持して引張し、素材管材質に対応した降伏点あるいは
耐力以上ではあるが、素材管の伸長が進行しない範囲内
の引張力を付与し、この引張力の付与状態で、素材管(10)を絞りロール(35
A，35B)の間に通して絞り成形を行うに際し、その絞り
ロール(35A,35B) としては、円周上に、半円形断面でそ
の曲率半径が次第に小さくなる凹み(36A，36B)を周設
し、且つ絞りロール(35A,35B) が互いに接合した状態で
同期的に駆動されるときに、それらの接合部分において
凹み(36A,36B) により形成される空間が断面円形をなす
ように、その凹み(36A,36B) の深さも次第に浅くなるよ
うに形成したものを用い、上記絞りロール(35A,35B) の間に、その凹み(36A,36B)
によって形成される円を素材管の成形速度との関連にお
いて減径させながら素材管(10)を通すことにより、素材
管(10)をそれらの速度の相互関係で決まるテーパー状に
成形し、次いで上記絞りロール(35A,35B) の間の凹み(36A,36B)
で形成される円が上記成形時よりも減径されている部分
を用いて、その円を素材管の成形速度との関連において
減径させながら、前記降伏点あるいは耐力以上の引張力
を付与した状態で素材管(10)を通すことにより同様な絞
り成形を行い、この操作の繰返しにより、素材管(10)を半径方向に押圧
縮径してテーパー状としたテーパー管を得る、ことを特徴とするテーパー管の製造方法。