JP2874467B2 - Method and apparatus for increasing wall thickness of metal tube - Google Patents

Method and apparatus for increasing wall thickness of metal tube

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属管の内周面側の肉
厚を増加させる製造方法およびその製造装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for increasing the thickness of an inner peripheral surface of a metal tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】加工素材を据込みプレス加工方法によっ
て半径方向外方に膨出させる技術は、たとえば特開昭5
8−81534号公報に開示されている。また、金属管
を局部的に半径方向外方に膨出させる技術は、たとえば
実開昭63−85319号公報に開示されている。
2. Description of the Related Art A technique for expanding a processing material radially outward by an upsetting press working method is disclosed in, for example,
It is disclosed in JP-A-8-81534. A technique for locally expanding a metal tube radially outward is disclosed, for example, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-85319.

【0003】近年、自動車では燃費等の向上を図るため
に、車両部品の軽量化が強く要求されている。たとえ
ば、動力を伝達するための動力伝達軸は、強度を十分に
維持しつつ中空構造とすることが要求されている。
In recent years, there has been a strong demand for automobiles to reduce the weight of vehicle parts in order to improve fuel efficiency and the like. For example, a power transmission shaft for transmitting power is required to have a hollow structure while maintaining sufficient strength.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動力伝
達軸を中空化する際にはつぎのような問題が存在する。
However, when the power transmission shaft is hollowed, there are the following problems.

【0005】図6は、軸端にスプライン加工を施した中
空軸としての鋼管1を示している。鋼管1のスプライン
2は、図示されないダイスを用いた転造によって形成さ
れており、スプライン2の終端には周方向に延びる逃げ
溝3が形成される。この逃げ溝3は、転造時に形成され
ダイスの寿命延長させるため等、必要不可欠のものであ
る。このように、鋼管1には逃げ溝3が形成されること
から、逃げ溝3が形成される部分の肉厚が極めて薄くな
る。したがって、図6のような構造の鋼管1を動力伝達
軸として使用する場合は、薄肉部分の応力集中が大とな
り耐久性に問題がある。
FIG. 6 shows a steel pipe 1 as a hollow shaft having a shaft end subjected to spline processing. The spline 2 of the steel pipe 1 is formed by rolling using a die (not shown), and a relief groove 3 extending in the circumferential direction is formed at the end of the spline 2. The relief groove 3 is formed at the time of rolling and is indispensable for extending the life of the die. Thus, since the relief groove 3 is formed in the steel pipe 1, the thickness of the portion where the relief groove 3 is formed becomes extremely thin. Therefore, when the steel pipe 1 having the structure as shown in FIG. 6 is used as the power transmission shaft, the stress concentration at the thin portion increases, and there is a problem in durability.

【0006】図6のような鋼管1では、逃げ溝3の内周
面側を増肉させれば強度を著しく高めることができる
が、上記公報に示すように、従来技術は半径方向外方に
のみ増肉させる技術であり、このような技術は利用でき
ない。なお、軸長の短かい鋼管の場合は、金型を用いて
内周面側の増肉は可能であるとも考えられるが、このよ
うな部材は実際には動力伝達軸としては用いられること
がなく、実質的に動力伝達軸の内周面側の増肉は不可能
に近い。
[0006] In the steel pipe 1 as shown in Fig. 6, the strength can be remarkably increased by increasing the thickness of the inner peripheral surface side of the escape groove 3. However, as shown in the above-mentioned publication, the prior art is radially outward. It is a technique for increasing the thickness only, and such a technique cannot be used. In the case of a steel pipe with a short shaft length, it is considered possible to increase the wall thickness on the inner peripheral surface side by using a mold, but such a member is actually used as a power transmission shaft. Therefore, it is practically impossible to increase the thickness of the inner peripheral surface side of the power transmission shaft.

【0007】本発明は、上記の問題に着目し、長軸の金
属管であっても内周面側の肉厚を増加させることが可能
な金属管の肉厚増加方法およびその装置を提供すること
を目的とする。
The present invention focuses on the above problems, and provides a method and an apparatus for increasing the thickness of a metal tube capable of increasing the thickness on the inner peripheral surface side even with a long-axis metal tube. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)この目的に沿う本発明に係る金属管の肉厚増加方
法は、金属管の一部を周方向から加熱しつつ、該金属管
の加熱部の外周面を強制冷却し、該金属管の加熱部の外
周面側の温度が内周面側の温度よりも低下した状態で該
金属管を軸方向に圧縮し、該金属管の加熱部の内周面を
半径方向内方に膨出させる方法から成る。
(1) A method for increasing the thickness of a metal tube according to the present invention in accordance with this object is to forcibly cool an outer peripheral surface of a heating portion of the metal tube while heating a portion of the metal tube from a circumferential direction. The metal tube is axially compressed in a state where the temperature on the outer peripheral surface side of the heating portion is lower than the temperature on the inner peripheral surface side, and the inner peripheral surface of the heating portion of the metal tube bulges radially inward. Method.

【0009】(2)この目的に沿う本発明に係る金属管
の肉厚増加装置は、金属管の一部を周方向から加熱する
加熱手段と、前記加熱手段によって加熱される金属管の
加熱部の外周面を強制冷却する冷却手段と、前記金属管
の加熱部の外周面側の温度が内周面側の温度よりも低下
した状態で該金属管を軸方向に圧縮する押圧手段と、を
備えたものから成る。
(2) According to the present invention, there is provided a metal pipe thickness increasing apparatus according to the present invention, comprising: a heating means for heating a portion of a metal pipe from a circumferential direction; and a heating section for heating the metal pipe by the heating means. Cooling means for forcibly cooling the outer peripheral surface of the metal pipe, and pressing means for axially compressing the metal pipe in a state where the temperature of the outer peripheral surface side of the heating portion of the metal pipe is lower than the temperature of the inner peripheral surface side. Consisting of

【0010】[0010]

【作用】このように構成された金属管の肉厚増加方法お
よびその装置においては、金属管の一部が周方向から加
熱されるとともに、この金属管の加熱部の外周面が強制
冷却される。これにより、金属管の加熱部に大きな温度
差が生じ、加熱部の内周面側が外周面側よりも変形しや
すい状態となる。
In the method and the apparatus for increasing the thickness of the metal tube constructed as described above, a part of the metal tube is heated from the circumferential direction, and the outer peripheral surface of the heating portion of the metal tube is forcibly cooled. . As a result, a large temperature difference occurs in the heating portion of the metal tube, and the inner peripheral surface of the heating portion is more easily deformed than the outer peripheral surface.

【0011】金属管の加熱部の外周面側の温度が内周面
側の温度よりも低下した状態では、押圧手段の押圧によ
って金属管が軸方向に圧縮される。そのため、変形しや
すい加熱部の内周面側が半径方向内方に膨出し、内周面
側の肉厚の増加が可能となる。
When the temperature on the outer peripheral surface side of the heating portion of the metal tube is lower than the temperature on the inner peripheral surface side, the metal tube is compressed in the axial direction by the pressing of the pressing means. Therefore, the inner peripheral surface side of the heating portion that is easily deformed bulges inward in the radial direction, and the thickness of the inner peripheral surface side can be increased.

【0012】[0012]

【実施例】以下に、本発明に係る金属管の肉厚増加方法
およびその装置の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a method and an apparatus for increasing the thickness of a metal tube according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図4は、本発明を実施するための肉厚増加
装置の一例を示している。図4において、11は金属管
としての鋼管を示している。鋼管11は、垂直状態でベ
ッド12の上面に載せられている。鋼管11の上方に
は、押圧手段としてのプレス機械のラム15が位置して
いる。鋼管11の外周には、加熱手段としての高周波コ
イル21と冷却手段としての冷媒噴出リング31が配置
されている。
FIG. 4 shows an example of a thickness increasing device for carrying out the present invention. In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a steel pipe as a metal pipe. The steel pipe 11 is placed on the upper surface of the bed 12 in a vertical state. Above the steel pipe 11, a ram 15 of a press machine as a pressing means is located. On the outer periphery of the steel pipe 11, a high-frequency coil 21 as a heating means and a refrigerant ejection ring 31 as a cooling means are arranged.

【0014】高周波コイル21と冷媒噴出リング31は
一体に形成されており、高周波コイル21は冷媒噴出リ
ング31の外側に配置されている。冷媒噴出リング31
内には、高周波コイル21を貫通するパイプ32を介し
て冷却媒体が供給されるようになっている。高周波コイ
ル21、冷媒噴出リング31、パイプ32は銅から構成
されており、この三者はロウ付によって接合されてい
る。
The high-frequency coil 21 and the coolant ejection ring 31 are integrally formed, and the high-frequency coil 21 is disposed outside the coolant ejection ring 31. Refrigerant ejection ring 31
Inside, a cooling medium is supplied via a pipe 32 penetrating the high-frequency coil 21. The high-frequency coil 21, the coolant ejection ring 31, and the pipe 32 are made of copper, and the three members are joined by brazing.

【0015】高周波コイル21の中空部には、高周波コ
イル自身を冷却するための冷却水が供給されている。冷
却リング31は断面形状が四角形となっており、内周壁
には、多数の噴出口31aが形成されている。パイプ3
2を介して冷媒噴出リング31内に供給された冷却媒体
は噴出口31aから鋼管11の外周面に向けて噴出され
るようになっている。本実施例では、冷却媒体として空
気が用いられているが、たとえばN2 ガスのような不活
性ガスでもよく、また水でもよい。
Cooling water for cooling the high-frequency coil itself is supplied to the hollow portion of the high-frequency coil 21. The cooling ring 31 has a quadrangular cross section, and has a large number of ejection ports 31a formed in the inner peripheral wall. Pipe 3
The cooling medium supplied into the coolant ejection ring 31 through the nozzle 2 is ejected from the ejection port 31 a toward the outer peripheral surface of the steel pipe 11. In the present embodiment, air is used as the cooling medium, but may be an inert gas such as N 2 gas or water.

【0016】高周波コイル21には、高周波電流を出力
する制御装置(図示略)が接続されている。また、冷媒
噴出リング31内に供給されるエアの流量は、図示され
ない流量制御装置によって制御される。この高周波電流
とエアの流量、および加熱冷却時間を調整することによ
り、鋼管11の加熱部11aの温度分布を所望の値に制
御することができる。
A control device (not shown) for outputting a high-frequency current is connected to the high-frequency coil 21. Further, the flow rate of the air supplied into the refrigerant ejection ring 31 is controlled by a flow rate control device (not shown). By adjusting the flow rate of the high-frequency current and the air and the heating / cooling time, the temperature distribution of the heating portion 11a of the steel pipe 11 can be controlled to a desired value.

【0017】つぎに、本発明に係る金属管の肉厚増加方
法とその作用について説明する。
Next, a method for increasing the thickness of a metal tube according to the present invention and its operation will be described.

【0018】図1は、本発明の加工工程を示しており、
条件はつぎのように設定した。 鋼管の材質 S45 鋼管のサイズ 外径35.6mm 肉厚10.3m
m 高周波電圧 5KV 高周波電流 10A 周波数 40KHz 加熱時間 20秒 冷却開始時間 加熱開始後3.5秒 冷却媒体・流量 エア20l/min ラムの下降速度 1mm/sec 加工代 5mm
FIG. 1 shows the processing steps of the present invention.
The conditions were set as follows. Material of steel pipe S45 Size of steel pipe Outer diameter 35.6mm Wall thickness 10.3m
m High-frequency voltage 5KV High-frequency current 10A Frequency 40KHz Heating time 20 seconds Cooling start time 3.5 seconds after starting heating Cooling medium / flow rate Air 20l / min Ram down speed 1mm / sec Machining allowance 5mm

【0019】図1の(A)に示すように、まず鋼管11
が垂直にベッド12上にセットされる。鋼管11が所定
の位置に位置決めされると、高周波コイル21に高周波
電流が流され、鋼管11の軸方向の一部が周方向から加
熱される。
First, as shown in FIG.
Is set on the bed 12 vertically. When the steel pipe 11 is positioned at a predetermined position, a high-frequency current flows through the high-frequency coil 21, and a part of the steel pipe 11 in the axial direction is heated from the circumferential direction.

【0020】鋼管11が加熱されて加熱部11aの温度
が800℃に到達すると、高周波コイル31による加熱
を続行しつつ、エア33の噴出による加熱部11aの冷
却が開始される。つまり、加熱部の温度が800℃に到
達した状態では加熱部11aが変形しやすくなってお
り、この状態で鋼管11の外周面側のみがエア33の噴
出によって強制冷却される。
When the steel pipe 11 is heated and the temperature of the heating section 11a reaches 800 ° C., the cooling of the heating section 11a by the ejection of the air 33 is started while the heating by the high frequency coil 31 is continued. That is, when the temperature of the heating section has reached 800 ° C., the heating section 11 a is easily deformed. In this state, only the outer peripheral surface side of the steel pipe 11 is forcibly cooled by the ejection of the air 33.

【0021】高周波コイル31による加熱およびエアに
よる冷却が続行されると、図1の(B)に示すように、
加熱部11aが熱膨張によって半径方向外方および内方
に僅かながら膨出する。この状態では、図3に示すよう
に、加熱部11aの外周面側の温度が内周面側の温度よ
りも低下するので、内周面側が外周面側よりも変形しや
すくなる。
When the heating by the high-frequency coil 31 and the cooling by the air are continued, as shown in FIG.
The heating portion 11a slightly expands outward and inward in the radial direction due to thermal expansion. In this state, as shown in FIG. 3, since the temperature on the outer peripheral surface side of the heating unit 11a is lower than the temperature on the inner peripheral surface side, the inner peripheral surface side is more easily deformed than the outer peripheral surface side.

【0022】加熱部11aの外周面側の温度が内周面側
の温度よりも低下した状態では、図1の(C)に示すよ
うに、金属管11がラム15の押圧によって軸方向に圧
縮される。そのため、変形しやすい加熱部11aの内周
面側が半径方向内方に膨出し、内周面側には増肉部11
bが形成される。図3は、加熱部11aの温度変化を示
しており、加熱部11aの温度が800℃を超え、かつ
内周面側の温度よりも外周面側の温度が低下した状態と
なった後に、ラム15が下降し金属管11に軸方向の圧
縮力が付与される。ラム13による金属管11の押圧時
期は、特性Aであってもよいし特性Bでもよい。
When the temperature on the outer peripheral surface side of the heating portion 11a is lower than the temperature on the inner peripheral surface side, the metal tube 11 is compressed in the axial direction by the pressing of the ram 15, as shown in FIG. Is done. Therefore, the inner peripheral surface side of the heating portion 11a which is easily deformed bulges inward in the radial direction, and the thickening portion 11
b is formed. FIG. 3 shows a temperature change of the heating unit 11a. After the temperature of the heating unit 11a exceeds 800 ° C. and the temperature of the outer peripheral surface side is lower than the temperature of the inner peripheral surface side, the ram 15 descends to apply an axial compressive force to the metal tube 11. The timing at which the metal tube 11 is pressed by the ram 13 may be the characteristic A or the characteristic B.

【0023】内周面側の肉厚が増加された金属管11
は、図4に示すように、外周面側の膨出部分が切削加工
され、外周面が平坦とされる。その後、図5に示すよう
に、切削加工された部分にスプライン13が形成され
る。ここで、スプライン13の加工が転造によって行わ
れる場合であっても、金属管11の内周面側には増肉部
11bが形成されているので、ダイスによる逃げ溝14
が形成されても、図6の従来技術に示すように肉厚が極
めて薄くなることは解消される。したがって、逃げ溝1
4の近傍に応力が集中することはなくなり、金属管11
を動力伝達軸として使用する場合の耐久性の向上が図れ
る。
Metal tube 11 having an increased inner peripheral wall thickness
As shown in FIG. 4, the bulging portion on the outer peripheral surface side is cut to make the outer peripheral surface flat. Thereafter, as shown in FIG. 5, splines 13 are formed in the cut portions. Here, even if the processing of the spline 13 is performed by rolling, since the thickened portion 11b is formed on the inner peripheral surface side of the metal pipe 11, the escape groove 14 formed by the die is used.
Even if is formed, the extremely thin wall as shown in the prior art of FIG. 6 is eliminated. Therefore, the escape groove 1
4 is no longer concentrated near the metal pipe 11 and the metal pipe 11
Can be improved in the case where is used as a power transmission shaft.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。
According to the present invention, the following effects can be obtained.

【0025】金属管の一部を周方向から加熱しつつ、こ
の金属管の加熱部の外周面を強制冷却し、金属管の加熱
部の外周面側の温度が内周面側の温度よりも低下した状
態で金属管を軸方向に圧縮し、金属管の加熱部の内周面
を半径方向内方に膨出させるようにしたので、長軸の金
属管であっても内周面側の肉厚を増加させることができ
る。
While heating a part of the metal tube from the circumferential direction, the outer peripheral surface of the heating portion of the metal tube is forcibly cooled, so that the temperature of the outer peripheral surface of the heating portion of the metal tube is higher than the temperature of the inner peripheral surface. In the lowered state, the metal tube is compressed in the axial direction, and the inner peripheral surface of the heating portion of the metal tube is expanded radially inward. The wall thickness can be increased.

【0026】したがって、金属管の外周面に機械加工が
施される場合であっても、切削による肉厚の減少を十分
にカバーすることが可能となる。その結果、金属管を動
力伝達軸として使用する場合でも強度を十分に確保する
ことができ、動力伝達軸の耐久性を高めることができ
る。
Therefore, even when the outer peripheral surface of the metal pipe is machined, it is possible to sufficiently cover the reduction in wall thickness caused by cutting. As a result, even when the metal tube is used as the power transmission shaft, sufficient strength can be ensured, and the durability of the power transmission shaft can be increased.

【0027】金属管の軸方向における任意の部分の肉厚
増加が可能となるので、必要部分のみの強度を高めるこ
とができ、動力伝達軸として利用した場合には軽量化に
大きく寄与することができる。
Since the wall thickness of an arbitrary portion in the axial direction of the metal tube can be increased, the strength of only the necessary portion can be increased, and when used as a power transmission shaft, it greatly contributes to weight reduction. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による金属管の肉厚増加方法の手順を示
す工程図である。
FIG. 1 is a process diagram showing a procedure of a method for increasing the thickness of a metal tube according to the present invention.

【図2】図1における金属管の加熱部の温度変化と圧縮
開始時期との関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a temperature change of a heating portion of a metal tube in FIG. 1 and a compression start timing.

【図3】図1の金属管の加熱部における温度分布を示す
特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a temperature distribution in a heating section of the metal tube of FIG. 1;

【図4】図1の作業工程によって肉厚増加された部分の
部分拡大断面図である。
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of a portion whose thickness has been increased by the operation process of FIG. 1;

【図5】図4の肉厚増加された金属管にスプライン加工
を施した場合の部分拡大断面図である。
FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view when a spline processing is performed on the metal pipe having an increased thickness in FIG. 4;

【図6】金属管に単にスプライン加工を施した場合の部
分拡大断面図である。
FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view when a metal pipe is simply subjected to spline processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 金属管としての鋼管 11a 加熱部 11b 増肉部 13 スプライン 15 押圧手段 21 加熱手段としての高周波コイル 31 冷却手段としての冷媒噴出リング DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Steel pipe as a metal pipe 11a Heating part 11b Thickening part 13 Spline 15 Pressing means 21 High frequency coil as heating means 31 Refrigerant ejection ring as cooling means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B21D 15/06,19/08,19/10 B21C 37/00 B21K 1/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) B21D 15 / 06,19 / 08,19 / 10 B21C 37/00 B21K 1/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属管の一部を周方向から加熱しつつ、
該金属管の加熱部の外周面を強制冷却し、該金属管の加
熱部の外周面側の温度が内周面側の温度よりも低下した
状態で該金属管を軸方向に圧縮し、該金属管の加熱部の
内周面を半径方向内方に膨出させることを特徴とする金
属管の肉厚増加方法。
While heating a part of the metal tube from the circumferential direction,
The outer peripheral surface of the heating part of the metal tube is forcibly cooled, and the metal tube is axially compressed while the temperature of the outer peripheral surface of the heating part of the metal tube is lower than the temperature of the inner peripheral surface, A method for increasing the wall thickness of a metal tube, wherein the inner peripheral surface of the heating portion of the metal tube is bulged radially inward.
【請求項2】 金属管の一部を周方向から加熱する加熱
手段と、 前記加熱手段によって加熱される金属管の加熱部の外周
面を強制冷却する冷却手段と、 前記金属管の加熱部の外周面側の温度が内周面側の温度
よりも低下した状態で該金属管を軸方向に圧縮する押圧
手段と、を備えたことを特徴とする金属管の肉厚増加装
置。
2. A heating unit for heating a part of the metal tube from a circumferential direction, a cooling unit for forcibly cooling an outer peripheral surface of a heating unit of the metal tube heated by the heating unit, and a heating unit for heating the metal tube. Pressing means for axially compressing the metal tube in a state where the temperature on the outer peripheral surface side is lower than the temperature on the inner peripheral surface side.
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