JP2010172915A

JP2010172915A - 異径鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP2010172915A
Application number: JP2009016406A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Nishio; 克秀西尾; Shinobu Kano; 忍狩野; Atsushi Kurobe; 淳黒部
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP5430159B2

Abstract

【課題】１パスの芯引き加工時に多段の縮径加工を行わせて、軸方向で径及び板厚が異なる異径鋼管を効率的に製造する。
【解決手段】素管外径よりも内径が小さい孔部を有するダイスと、鋼管内部に挿入して板厚を制御するためのプラグを使用する芯引き加工により１本の鋼管から板厚の厚い大径部と板厚の薄い小径部と前記大径部及び前記小径部を連結するテーパ部を備えた鋼管を製造する際、少なくとも二回以上の多段で加工する場合において、複数段のダイスを加工方向に沿って直列に配置し１パスで成形する。
また複数段全てのダイスを使用して芯引き加工した後、上流側のダイスを順次分割して被加工素管から外して芯引き加工を続行し、最終工程で最終段のダイスのみを使用して芯引き加工してもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば運転席側にてステアリングを支持する板厚の厚い大径部と、助手席側にて内装部品を支持する板厚の薄い小径部と、当該小径部及び前記大径部を連結するテーパ部とを備えたインストルメントパネル用リインホースメントなどのように、板厚の厚い大径部と、板厚の薄い小径部と、当該小径部及び前記大径部を連結するテーパ部とを備えた異径鋼管を芯引き加工によって製造する方法に関する。

自動車のインストルメントパネルの補強部材として、例えば図１に見られるような、板厚が厚い大径部２と板厚の薄い小径部３が軸方向に並べて組合された、長手方向で断面積が異なる異径鋼管１が自動車のボディに取り付けられている。図中４はテーパ部である。
そして、断面積が大きいために十分な剛性を有している大径部には自動車のステアリングサポートやスピードメーターなどの重量物が取り付けられ、断面積が小さいために比較的剛性が低い小径部にはラジオなどの軽量な内装部品が取り付けられる。また、大径部と小径部との連結部分は、強度の関係上、直線的に屈曲した段付き部とするのではなくテーパ状とされている。

このような異径鋼管としては、通常、板厚の厚い大径部と板厚の薄い小径部及びそれらを連結するテーパ部をそれぞれ個別に作製し、その後これらの部材を組み合わせて溶接接合していた。あるいは板厚の厚い大径部を縮径加工し、板厚の薄い小径部を挿入して溶接接合していた。
しかし、その場合であると部品点数が多くなり、これによって各々の部材を一定長さ分だけ重ねて溶接するため、重ねた分だけ質量が重くなり自動車の軽量化が図れないとともに、溶接工程があるために工程コストが高くなるという問題がある。

そこで、コスト削減のために溶接工程を省略すべく、１本の鋼管を部分的に加工することによって、鋼管の長手方向において断面積が異なるように成形する方法が提案されている。
例えば、特許文献１では、大径部の板厚及び外径と略一致する大径部前段階部分と、前記大径部前段階部分に連接されたテーパであって、前記大径部の板厚と略一致する厚肉部前段階部分と、前記厚肉部前段階部分に連接され、小径部の外径と略一致する中間部とを備え、当該中間部は、前記厚肉部前段階部分の板厚から徐々に薄くなる徐変部前段階部分と、該徐変部前段階部分に連接され、前記小径部の板厚と略一致する小径部前段階部分とを備えた中空段付パイプを形成し、その後、当該中空段付パイプの前記徐変部前段階部分と前記厚肉部前段階部分とを内から外に向かって圧力を加えて前記大径部の板厚と略一致する厚肉部と前記厚肉部の板厚から前記小径部の板厚と略一致する板厚に徐々に薄くなる徐変部を形成し前記テーパ部とする方法が提案されている。

この文献では、中空段付パイプの徐変部前段階部分と厚肉部前段階部分とを内から外に向かって圧力を加えて大径部の板厚と略一致する厚肉部と厚肉部の板厚から小径部の板厚と略一致する板厚に徐々に薄くなる徐変部を形成してテーパ部を形成するために、所望のテーパ部の外周面形状と同形の孔部を有するダイスを用いている。そして、このダイスに挿通させた中空段付パイプの徐変部前段階部分と厚肉部前段階部分を前記孔部に位置させた状態で、高圧流体等を用いて徐変部前段階部分と厚肉部前段階部分を膨らませている。

また、特許文献２では、金属からなる中空材の断面に対して外形寸法が小さい孔部を有するダイスを用意する工程と、前記中空材の端部を把持体で把持し、この中空材をダイスの孔部に通して前記把持体で引いて引抜き加工を行う工程と、前記中空材を前記ダイスを通して所定長さまで引抜いた後に、前記中空材をその引抜き方向とは逆向きの方向に押し戻して前記ダイスに通す前の前記中空材の断面に対して外形寸法が小さい断面部を有する部分を前記中空材に形成する押し戻し工程と、前記中空材における前記引抜き加工を行わない部分と前記引抜き加工を行った部分との間に生じた段付き部に対してスウェージング加工を行う工程を備えた方法が提案されている。

特許第３７３６８６５号公報特開平５−２９３５３５号公報

前記特許文献１によれば、中空段付きパイプは、芯引き加工の利用により製造されている。しかし、加工性が優れているとはいえない鋼管を素材とし、芯引き加工により外径変化あるいは板厚変化が大きい異径鋼管を１回の加工で得ることは困難である。そこで、鋼管端部を小径化する工程、次いで鋼管内外に配置された金型によって所定長さに芯引きする工程、さらにテーパ部形状を修正する工程等を含む複数回の製造工程を経て製造されている。しかしながら、これらはそれぞれが独立した工程であるため作業効率が悪く製造コストを引き上げる要因にもなっていた。

また特許文献２では、アルミニウム管を用いた異径管の製造方法が提案されている。この文献によれば、二段の独立した芯引き加工を行い、その後テーパ部をスウェージング加工する製造方法が提案されている。しかしながら、この方法も特許文献１と同様にそれぞれが独立した工程であるため作業効率が悪く、製造コストを引き上げる要因にもなっていた。

１本の鋼管における加工部が比較的長いものを製造する方法としては、外径や板厚の制御のしやすさの面から特許文献１，２に記載されたような芯引き加工法が最適である。特に、鉄鋼材料を素材とする電縫鋼管を用いる場合には、加工に必要な荷重の確保の容易性や、母材部と溶接部との強度差に起因した加工部の曲がり矯正の目的からも、加工の出側から材料を引っ張る芯引き加工法を採用することが好ましい。

しかしながら、従来の方法ではいずれも各工程が独立した複数の工程を必要とするために、作業効率が悪く製造コストが高くなる問題を慢性的に抱えており、工程間の材料の取り回しも多くなるため鋼管への扱いキズなども発生しやすいといった問題があった。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、１パスの芯引き加工時に多段の縮径加工を行わせて、軸方向で径及び板厚が異なるインストルメントパネル用リインホースメントなどに用いられる異径鋼管を効率的に製造する方法を提供する。

本発明の異径鋼管の製造方法は、その目的を達成するため、素管外径よりも内径が小さい孔部を有するダイスと、鋼管内部に挿入して板厚を制御するためのプラグを使用する芯引き加工により１本の鋼管から板厚の厚い大径部と板厚の薄い小径部と前記大径部及び前記小径部を連結するテーパ部を備えた異径鋼管を製造する際、ダイスを加工方向に沿って直列に複数段配置し、１パスの芯引き加工により、少なくとも二段以上の多段で成形加工することを特徴とする。
複数段に配置したダイスのうち、最終段のダイス以外を分割ダイスとし、複数段全てのダイスを使用して芯引き加工した後、上流側のダイスを順次分割して被加工素管から外して芯引き加工を続行し、最終工程で最終段のダイスのみを使用して芯引き加工すると、所望形状の一つのテーパ部を備えた異径鋼管が得られる。

本発明方法によると、通常は２段以上の加工工程が必要なインストルメントパネル用リインホースメントなどの異径鋼管の製造法にあって、１回の引抜き工程を経ることにより同時に複数の加工が行われることで、目的とする異径鋼管を得ることができるため、従来方法よりも効率的に製造することができる。

図１は長手方向で断面積が異なる異径鋼管の全体図である。図２は２段成形における芯引き加工工程を示す図である。ただし（ａ）は素管挿入時（ｂ）はプラグを挿入した状態（ｃ）は芯引き加工の途中状態（ｄ）は一段目の加工終了後の状態（ｅ）は二段目の加工終了後の状態を示す。図３は３段成形における芯引き加工工程を示す図である。ただし（ａ）は一段目の加工終了後の状態（ｂ）は二段目の加工終了後の状態（ｃ）は三段目の加工終了後の状態を示す。図４は実施例における異径鋼管の外径と板厚の推移を示す図である。

鋼製の素管を芯引き加工する場合は、種々検討した結果、材質の硬さから１回の加工で外径の２５％程度の縮径が限度である。そのため、異径鋼管の外径差が２５％を超える場合は二回以上の成形段数が必要であり、生産性が低下する一因となっている。
そこで、本発明の場合は、加工度が高く二段以上の成形段数が必要な場合において、加工方向に沿って直列にダイスを複数段配置することとした。このため、一回の芯引き加工で複数段の芯引き加工が行え、目的形状の異径鋼管を製造することができる。

複数段に配置したダイスを全て使用した状態で成形を行うと、１本の鋼管において各成形ダイス毎の異径部すなわち複数のテーパ部が形成されるため、所定の加工長さまでは全てのダイスを使用し、その後最終段のダイスのみで成形することによりテーパ部形状を修正することができる。無論、製品として複数のテーパ部が存在しても良い場合には、終始全てのダイスで成形してもよい。
以下、図を用いて本発明方法を具体的に説明する。

本発明方法では、図２に示すように、一段目のダイス７と二段目のダイス８及びプラグ９を配置した装置を用いる。この装置では、ダイスを二段で配置しているが図３に示すような三段あるいはそれ以上で配置しても良いことはいうまでもない。なお、上記装置では、最初の工程で被加工素管１４をダイスに押込むための押込み装置１０とダイスの先端に押し出された管先端１１を引っ張るための引張装置１２を備えている。

図２において、一段目のダイス７は分割ダイスであって、縮径する素管外径とほぼ同じ外径で、得ようとする異径鋼管のテーパ部角と同じテーパ角を有するダイステーパ１３を有し、二段目のダイス８のダイステーパ１３の外径と同じ径の貫通孔を有している。また二段目のダイス８は、一段目のダイス７の貫通孔径と同じ外径で、得ようとする異径鋼管のテーパ角と同じテーパ角を有するダイステーパ１３を有し、得ようとする異径鋼管の小径部径と同じ径の貫通孔を有している。さらに、プラグ９は、得ようとする異径鋼管のテーパ角と同じテーパ角を有する載頭円錐形状部の前方に、得ようとする異径鋼管の小径部外径から小径部板厚の２倍分を差し引いた外径の円筒部と、その後方に一段目のダイス７の貫通孔径から素管板厚の２倍分を差し引いた外径の円筒部を備えている。

次に、上記のような装置により、被成形鋼管に軸方向で径及び板厚が異なる異径加工を施す態様を説明する。
図２（ａ）に示すように、直列に配置された一段目のダイス７及び二段目のダイス８に被加工素管１４をセットし、押込み装置１０により素管１４の管先端１１が二段目のダイス８から突出するまで押込む。続いて、押込み装置１０を外し、プラグ９を被加工素管１４内に挿入する（図２（ｂ））。

その後、図２（ｃ）に示すように、二段目のダイスから突出している管先端１１を引張装置１２で掴んで引っ張る。所定長（図中、Ｌ）引っ張った後、図２（ｄ）に示すように、一段目のダイス７を分割して被加工素管から外す。
その後さらに引っ張って二段目のダイス８でのみ芯引き加工を続ける。そして、図２（ｄ）に示す一段目のダイス７で形成されたテーパ部のコーナＡが二段目のダイス８で形成されるテーパ部のコーナＢと一致する時点で引張操作を終了し（図２（ｅ））、異径鋼管１を得る。

次に３段で成形する場合の手順について図３で説明する。（a）で直列に配置された一段目のダイス７、二段目のダイス８および三段目のダイス１５のうち一段目と二段目は分割ダイスである。これらに被加工素管１４を挿入して、プラグ９を被加工素管１４内に挿入した状態で引張装置１２で所定長さまで成形する（図３（a））。

その後、図３（b）に示すように、一段目のダイス７を分割して被加工素管から外す。
その後さらに引っ張って二段目のダイス８および三段目のダイスで芯引き加工を続ける。そして、図３（a）に示す一段目のダイス７で形成されたテーパ部のコーナＡが二段目のダイス８で形成されるテーパ部のコーナＢと一致する時点まで成形する。

さらに、図３（c）に示すように、二段目のダイス８も分割して被加工素管から外す。
その後さらに引っ張って三段目のダイス１５のみで芯引き加工を続ける。そして、図３（b）に示す二段目のダイス８で形成されたテーパ部のコーナCが三段目のダイス１５で形成されるテーパ部のコーナDと一致する時点まで成形し、異径鋼管１を得る。

外径が７０ｍｍで板厚が２．３ｍｍ、全長２ｍの引張強さ２７０N/mm²の鋼管を素管として、部分的に外径が４５ｍｍで板厚が１．６ｍｍとなる異径鋼管に芯引き加工を行った事例を紹介する。
芯引き加工の長さは１ｍとし、図１に示すテーパ部４の傾斜角度６は７°、傾斜長さ５を１００ｍｍとした。つまり、成形する異径鋼管１の大径部２は外径を７０ｍｍ、板厚を２．３ｍｍ、長さを１ｍとし、小径部３は外径を４５ｍｍ、板厚を１．６ｍｍ、長さを１ｍ、テーパ部４は傾斜角度６を７°、傾斜長さ５を１００ｍｍとした。
芯引き加工で外径を小さく、板厚を薄くしたことで余った材料は長手方向に伸びるため、加工後は素管よりも長くなっており、本実施例では約１００ｍｍ伸びた。

芯引き加工のダイスは、素管外径の２５％を超える縮径を行うため、二段の加工とした。図２に示すように二種類のダイス７、８を用意した。１段目のダイス７では外径を７０ｍｍから６０ｍｍまでの縮径率（＝（縮径量／縮径前の管外径）×１００％）１５％とし、管内に挿入したプラグ９を使用して板厚を１．９ｍｍとした。二段目のダイス８では外径を６０ｍｍから４５ｍｍまでの縮径率２５％として、ダイスと管内に挿入したプラグ９を用い、板厚を１．６ｍｍとした。
ダイス７、８は、縮径する管外径とほぼ同じ径で長さ１００ｍｍの孔部を有し、その孔部に連続して管挿入側に所定の異径鋼管１と同じ傾斜角度６、傾斜長さ５のダイステーパ１３を設けた。つまり、一段目のダイス７の孔部の径は６０ｍｍとし、二段目のダイス８の孔部の径を４５ｍｍとした。このとき、一段目のダイス７とプラグ９とのクリアランスＣ₁は１．９ｍｍとし、二段目のダイス８とプラグ９とのクリアランスＣ₂は１．６ｍｍとした。テーパ部４の板厚は、プラグ９の長手方向の位置に大きく影響を受けるため、二段目のダイス８のコーナ点とプラグ９のコーナ点が長手方向で同一の位置になるように事前調整した。

芯引き加工は、まず図２（ａ）に示すようにプラグを使用しない状態で素管をダイス７、８内へ押し込み、鋼管先端１１をダイス８の後面より５０ｍｍ程度突き出させた。次にプラグ９を鋼管内の所定の位置にセット（図２（ｂ））し、先端１１を出側の引張装置１２にチャッキングして管を引き抜いた（図２（ｃ））。
加工長さＬが１ｍに達した時点で、図２（ｄ）に示すように一段目のダイス７を開く。さらに、図２（ｄ）に図示した材料のコーナＡ点がダイス８のコーナＢ点に達するまで芯引き加工した（図２（ｅ））。このとき管の引抜速度は、０．２５ｍ／ｓとした。
芯引き加工を行った結果、図４に示すように管外径や板厚分布はほぼ所定の値が得られた。また、素管１４のダイス７への挿入開始から異径鋼管１の払い出しまでの時間は、２０秒であった。

比較例

また、比較例として二段連続の芯引き加工ではなく、一段ごとの加工を行って素管のダイスへの挿入開始から異径鋼管１の払い出しまでの時間でもって生産効率を比較した。この場合の芯引き加工での素管や異径鋼管１の仕様、ダイス７、８やプラグ９の仕様、引抜速度は実施例と同じとした。芯引き加工を行った結果、実施例の場合とほぼ同じ管外径や板厚分布が得られたが、素管１４のダイス７への挿入開始から異径鋼管１の払い出しまでの時間は、４０秒であり、比較的生産効率が悪い結果であった。
本発明例と比較例との加工時間の差の要因は、一段目の加工終了後に鋼管を押し戻して金型から抜き取り、これを二段目の金型へ挿入する手間の有無である。

１：異径鋼管２：大径部３：小径部４：テーパ部
５：傾斜長さ６：傾斜角度７：一段目のダイス
８：二段目のダイス９：プラグ１０：押込み装置１１：管先端
１２：引張装置１３：ダイステーパ部１４：素管１５：三段目のダイス

Claims

素管外径よりも内径が小さい孔部を有するダイスと、鋼管内部に挿入して板厚を制御するためのプラグを使用する芯引き加工により１本の鋼管から板厚の厚い大径部と板厚の薄い小径部と前記大径部及び前記小径部を連結するテーパ部を備えた異径鋼管を製造する際、ダイスを加工方向に沿って直列に複数段配置し、１パスの芯引き加工により、少なくとも二段以上の多段で成形加工することを特徴とする異径鋼管の製造方法。
複数段に配置したダイスのうち、最終段のダイス以外を分割ダイスとし、複数段全てのダイスを使用して芯引き加工した後、上流側のダイスを順次分割して被加工素管から外して芯引き加工を続行し、最終工程で最終段のダイスのみを使用して芯引き加工する請求項１に記載の異径鋼管の製造方法。