JPH0796125B2 - 金属管の内面溝付加工方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内面溝付金属管の製造に係り、特に空調後、冷
凍機等の熱交換器の伝熱管用に好適な金属管の内面溝付
加工方法及び装置に関する。

（従来の技術） 空調機、冷凍機等の熱交換器の伝熱管に使用される銅、
アルミニウム等の金属管としては種々の形状の内面溝を
形成したものが求められている。

かゝる内面溝付管の製造方法としては、従来、特開昭54
−37059号、特開昭55−103215号等に開示されているよ
うに、加工金属管を縮径しながら内面に溝を形成する、
いわゆる縮管式溝付加工方式の１つとして転造引抜加工
方法がある。

この転造引抜加工方法は、第３図に示すように、チャッ
クで金属管１の先端を把持して引抜きながら、穴ダイス
２とフローティングプラグ３とで金属管１を外部から押
圧して縮径し、次いで金属管１の外周に配置した転造ロ
ール又は転造球４により、予め管内に装着してあり且つ
ダイロッド８で回転可能に連結された溝付プラグ５に金
属管１の内面を押付け、管内面に溝６を形成し、しかる
後に整径ダイス７にて該金属管を整径するものである。

しかし、かゝる方法では、外径9.52mm、肉厚0.50mmの銅
管のような小径厚肉の金属管の内面溝付加工を高速で行
うと管肉が金属管の引抜方向に多量に移動し、正規の寸
法を得ることが困難であった。そこで、この問題を解決
するために、加工球と加工球に接する金属管の外径の関
係を規制した方式が提案されている（特開昭62−292215
号）。

（発明が解決しようとする課題） 一般に、上記のような加工球を使用する内面溝付加工装
置の場合、以下のような現象がある。

すなわち、第１ダイス（穴ダイス）で縮径された金属管
は回転自在な溝付プラグ上部で複数の加工球により押え
られ、内面溝が形成される。この場合、溝形成された金
属管の表面は加工球によりリップルができるが、第２ダ
イス（整径ダイス）によってそのリップルを平らになら
している。

しかし、加工球の径が溝形成部の金属管径に比較して小
さいと、山頂角が小さく溝深い形状の場合、材料はフィ
ン形成の方向ではなく抽伸方向に流れる傾向が強くな
る。したがって、フィンを十分形成するためには強加工
となり、硬化も大きく、第２ダイスでは十分に平らにで
きなくなる。管外表面に凹凸があると、フィンに金属管
を挿入して拡管した時にフィンと金属管の摩擦により、
フィンが共ずれを起こし、フィン間隔が一定でなくな
り、熱交換能力が低下する。

しかるに、前記特開昭62−292215号に係る提案では加工
球と加工球に接する金属管の外径の関係を規制してお
り、金属管の外径（Ｄ）に対する加工球の直径（ｄ）の
比率d/D値を1.174〜1.406にしているが、このような条
件の加工方式の場合、以下のような問題がある。

加工球によるリップルが大きく、表面を滑らかにする
ためには抽伸速度を下げるか、整径ダイスでの加工率を
大きくとることが必要である。前者の場合は生産性が損
なわれ、後者の場合はトータルの加工率が高くなり、山
高さが0.15mm以上で山頂角が45゜以下の如く小さいフィ
ンを形成することが困難である。

素材と製品の減肉率が大きく、山高さが0.15mm以上で
山頂角が45゜以下の如く小さいフィンを形成することが
困難であるが、これを無理に形成した場合、第２ダイス
（整径ダイス）での整径による効果や、表面を滑らかに
する効果が薄れる。

本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされ
たものであって、高生産性を損なうことなく、管外表面
の凹凸が少なく、山高さが0.15mm以上で山頂角が45゜以
下の如く小さい難加工性の内面溝形状であっても、低加
工率で加工できる金属管の内面溝付加工方式を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するため、本発明者は、かゝる内面溝付
加工方式において、山高さが大きく且つ山頂角が小さい
難加工性の内面溝形状を加工するために、管外表面状況
を考慮し、総合的に種々の加工条件について研究を重ね
た結果、ここに新たな加工条件を見い出すことができた
ものである。

すなわち、本発明は、要するに、金属管をフローティン
グプラグと共同して加工を施す手段でもって縮径し、次
いで、保持リングにより支持された複数個の球と、上記
フローティングプラグ後方にタイロッドでもって回転可
能に連結された溝付プラグとにより上記金属管内面に溝
付加工し、更に整径ダイスにより該金属管を整径する金
属管の内面溝付加工方式において、該フローティングプ
ラグにより縮径された金属管外径（Ｄ）に対して、該球
の直径（ｄ）がそれらの比率d/D値:1.451〜2.076を満た
す範囲内にあることを特徴とするものである。

また、該方式において、前記球の１公転当たりの該金属
管送り長さＬが0.5〜1.5mmの範囲とすること、或いは前
記整径ダイスでの外径減少率を65〜85％とすることを特
徴とするものである。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） まず、本発明の内面溝付加工方式では、難加工性の形状
の内面溝の加工並びに管外表面状況との関係から、加工
球の球径を規制することを基本とするものである。

すなわち、先の提案（特開昭62−292215号）による方式
では、加工球と加工球に接する金属管の外径の関係を、
金属管の外径（Ｄ）に対する加工球の直径（ｄ）の比率
d/D値が1.174〜1.406となるように規制することによ
り、薄肉及び厚肉の金属管の内面溝付加工を可能にしよ
うとするものである。しかし、かゝる条件では、単純な
溝形状の加工は可能であるにしても、山高さが大きく且
つ山頂角が小さい難加工性の内面溝形状の加工の場合、
管外表面に凹凸が生じ、高品質の製品を得ることが困難
である。そのため、本発明では、上記の如く難加工性の
内面溝形状の加工を良好な管外表面性状を得つつ可能に
するために、管外表面状況との関係から球径を規制する
こととしたのである。

かゝる難加工性の内面溝付加工の場合、以下のような問
題があることが判明した。

すなわち、加工球の個数、他の加工条件が同一であれ
ば、球径が大きい方が、また、加工球１公転当たりの送
り長さが小さい程、表面の凹凸は幾何学的には明らかに
改善される。但し、どちらも無限にはできないという制
約がある。

前者の場合、球径を大きくしていくと、加工球の個数は
逆に少なくなり、加工球１公転当たりの送り速度は大き
くなる。このため、球径を大きくしたメリットが得られ
なくなり、表面の凹凸が大きくなる。したがって、加工
球１公転当たりの送り長さを小さく、なお且つ抽伸スピ
ードを大きくするためには加工球を公転させる保持リン
グの回転数を増大してやれば良いが、加工球を大きくし
ていくと、工具全体が大きく、重くなり、高速回転に適
さなくなる。

そこで、本発明者は、加工球の球径を大きくした場合で
も管外表面の凹凸を少なくできる条件を見い出すべく、
まず、加工球の球径（直径ｄ）を金属管外径（Ｄ）に対
する比率d/D値を指標として減肉量との関係について調
べた。その結果は、第１図に示すように、d/D値が大き
い程、減肉量は小さくなることがわかる。山頂角が小さ
くフィン高さが高い形状では、溝形成のための加工率が
大きくなるため、d/D値は大きいことが好ましい。ま
た、d/D値によって減肉量が変わることを利用して、従
来、形状別に素材寸法が異なっていたものを統一するこ
とが可能になる。

したがって、本発明では、フローティングプラグにより
縮径された金属管外径（Ｄ）に対して、球の直径（ｄ）
がそれらの比率d/D値:1.451〜2.076を満たす範囲内にあ
るようにするのである。

次に、上記の如く加工球の大きさを規制した場合、溝付
プラグの回転不良が生じたり、管外表面状況が好ましく
ない場合が生じ得るが、そのような場合には、以下のよ
うに、金属管の送り長さ、或いは整径ダイスの縮径率を
コントロールすることが好ましい。

すなわち、溝付プラグは、抽伸される材料が溝付プラグ
の溝に充満していく時の反力で回転する。したがって、
抽伸スピードが大きい程、溝付プラグを回転させる力は
大きくなる。逆に、加工球１公転当たりの送り長さが小
さすぎると、溝付プラグの回転不良が発生する。そこ
で、溝付プラグの回転不良を招かないで管外表面状況を
良好に保つ条件について調べたところ、第２図に示す結
果が得られた。

第２図は、加工球１公転当たりの送り長さ（Ｌ）と外表
面の粗さ（μmRa）との関係を示した図であり、加工球
１公転当たりの送り長さ（Ｌ）が小さい程、比率d/Dの
値が大きい程、整径ダイスでの縮径率（α）が大きい
程、表面粗さは小さくなっている。したがって、加工球
１公転当たりの送り長さ（Ｌ）は0.5〜1.5mmの範囲にす
るのが好ましい。

なお、整径ダイスでの縮径率（α）は大きい程、表面の
凹凸は滑らかになるが、トータルの加工率が高くなり、
山頂角が小さく溝の深い形状を形成するのが難しくな
る。また、整径ダイス前後のねじれ角に変化が生じる。
整径ダイス後でねじれ角は小さくなる。一方、溝付プラ
グのねじれ角度は、その加工上制約があり、大きなねじ
れ角度を取れず、また、ねじれ角度が大きい程、溝形成
部で溝付プラグが回転しずらくなる。したがって、整径
ダイスでの縮径率（α）は65〜85％の範囲とするのが好
ましく、より好ましいのは75％程度である。

上記の方式により、難加工性の内面溝形状を管外表面の
凹凸を少なく加工できるが、他の形状寸法の内面溝の場
合でも同様に良好な管外表面状況で加工できることは云
うまでもない。また、内面溝付加工装置としては第３図
に示したいわゆる縮管転圧方式のものに限られず、いわ
ゆる拡管転圧方式（例、特開昭61−266121号）のものも
使用でき、勿論、それらを種々変形したものでも使用可
能である。

次に本発明の実施例を示す。

（実施例） 第３図に示した装置により、第１表に示す条件にて以下
の形状寸法の内面溝を有する銅管を製造した。なお、加
工球として転造球を使用した。

溝の形状寸法 外径:9.52mm 底肉厚:0.30mm 溝角度:50゜ 溝数:60 溝深さ:0.2mm 得られた内面溝付管の外表面粗さを調べたところ、同表
に示すように、凹凸が少なく良好な表面状況であった。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、山高さが0.15mm
以上で山頂角が45゜以下といった難加工性の形状の内面
溝加工の場合でも、生産性を損なうことなく管外表面の
凹凸を少なくして加工することができる。また、加工球
径を相対的に変えることにより、種々の形状の内面溝に
対しても素材寸法を変える必要がなく素材の仕様を統一
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はd/D値と減肉量の関係を示す図、 第２図は加工球（転造球）１公転当たりの送り長さ
（Ｌ）と外表面粗さ（μmRa）の関係を示す図、 第３図は内面溝付加工装置の一例を示す図である。 １…金属管、２…穴ダイス、３…フローティングプラ
グ、４…加工球（転造ロール又は転造球）、５…溝付プ
ラグ、６…内面溝、７…整径ダイス、８…タイロッド。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属管をフローティングプラグと共同して
   加工を施す手段でもって縮径し、次いで、保持リングに
   より支持された複数個の球と、上記フローティングプラ
   グ後方にタイロッドでもって回転可能に連結された溝付
   プラグとにより上記金属管内面に溝付加工し、更に整径
   ダイスにより該金属管を整径する金属管の内面溝付加工
   装置において、該フローティングプラグにより縮径され
   た金属管外径（Ｄ）に対して、該球の直径（ｄ）がそれ
   らの比率d/D値:1.451〜2.076を満たす範囲内にあること
   を特徴とする金属管の内面溝付加工装置。
2. 【請求項２】前記球の１公転当たりの該金属管送り長さ
   を0.5〜1.5mmの範囲とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記整径ダイスでの外径減少率を65〜85％
   とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 【請求項４】金属管をフローティングプラグと共同して
   加工を施す手段でもって縮径し、次いで、保持リングに
   より支持された複数個の球と、上記フローティングプラ
   グ後方にタイロッドでもって回転可能に連結された溝付
   プラグとにより上記金属管内面に溝付加工し、更に整径
   ダイスにより該金属管を整径する金属管の内面溝付加工
   方法において、該フローティングプラグにより縮径され
   た金属管外径（Ｄ）に対する該球の直径（ｄ）の比率d/
   D値が1.451〜2.076を満たすようにすることを特徴とす
   る金属管の内面溝付加工方法。
5. 【請求項５】前記球の１公転当たりの該金属管送り長さ
   を0.5〜1.5mmの範囲とする請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】前記整径ダイスの外径減少率を65〜85％と
   する請求項４又は５に記載の方法。