JP4582887B2 - 偏心拡径管端部をもつ金属管の製造方法 - Google Patents

偏心拡径管端部をもつ金属管の製造方法 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、管軸から偏心した拡径部を管端に成形した金属管を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
拡径管端部の中心軸を偏心させて形成した金属管は、自動車燃料注入用の給油管等に使用されている。この種の金属管は、バルジ成形や、外径が異なる２種の金属管の管端を一方は口絞り加工，他方は口広げ加工して接合する方法により製造されている。しかし、何れの方法も複雑な工程を採るため、製造コストが高くなる。そこで、テーパを付けた拡径ポンチを管端から押し込んで金属管を半径方向に押し広げる方法が検討されている。
【０００３】
ポンチ押込みによる拡径加工では、図１に示すように開口部端面が管軸に垂直な金属管を素管１とし、素管１の管端に拡径ポンチ（図示せず）を押し込んで素管１と同軸状に押し広げられた拡径管端部２を成形する。このとき、先端にテーパをつけた拡径ポンチを使用することにより、直管部３と拡径管端部２との間にテーパ部４が成形される。次いで、直管部３の管軸からずれた位置にセットした偏心ポンチ（図示せず）を拡径管端部２に押し込み、直管部３の管軸から偏心した偏心拡径管端部５を成形する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直管部３の中心軸から偏心方向Ｄに沿って所定の偏心量だけ中心軸をずらした偏心ポンチを管端に圧入することにより偏心拡径管端部５が成形されるが、円周方向に沿った素管１各部の加工変形量が偏心量に応じて異なる。具体的には、非偏心側部分７では素管１の肉厚減少が少ないのに対し、偏心側部分６は円周方向に関して優先的に引張り加工され、しかも非偏心側から偏心側への材料の流込みが少ない。その結果、周方向に関し偏心側が薄肉化し、割れやネッキングが発生し易くなる。割れやネッキングの発生は、拡径率が大きくなるほど顕著になる。
部分的な薄肉化は、加工された金属管の機械的強度を低下させる原因にもなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、同軸拡径工程で非偏心側よりも偏心側が管軸方向に長い形状の同軸拡径管端部を形成した後で偏心拡径加工することにより、非偏心側から偏心側への材料流動を促進させ、偏心側の偏肉を抑えて割れやネッキングのない偏心拡径管端部を成形することを目的とする。
【０００６】
本発明の偏心拡径管端部をもつ金属管製造方法は、その目的を達成するため、素管に同軸拡径ポンチを圧入し、偏心側の管軸方向長さを非偏心側よりも長くする同軸拡径管端部を形成する同軸拡径工程と、非偏心側の同軸拡径管端部内壁よりも先に偏心側の同軸拡径管端部内壁にポンチ円筒部が接触するように先端円錐部とポンチ円筒部との境界線を素管の半径方向に傾斜させた偏心拡径ポンチを同軸拡径管端部に圧入して偏心拡径管端部を形成する偏心拡径工程とを経ることを特徴とする。
【０００７】
同軸拡径工程では、ポンチ円筒部の管軸方向長さが偏心側よりも非偏心側で長くなるように先端円錐部とポンチ円筒部との境界線が素管の半径方向に関して傾斜した同軸拡径ポンチを使用することにより、非偏心側よりも偏心側の管軸方向長さが長い同軸拡径管端部が形成される。また、偏心拡径工程では、同軸拡径ポンチの境界線の傾斜方向と逆方向に、好ましくは同じ傾斜角度で傾斜した境界線を境に先端円錐部及びポンチ円筒部が設けられている偏心拡径ポンチを偏心拡径工程で使用することにより、非偏心側から偏心側への材料流動が促進され、円周方向に関して偏肉のない偏心拡径管端部が形成される。
【０００８】
【実施の形態】
本発明に従った偏心拡管方法は、素管を同軸拡径する工程，成形された拡径管端部を偏心拡径する工程の二工程で偏心拡径管端部が成形される。
同軸拡径工程では、たとえば先端円錐部１１とポンチ円筒部１２との境界線１３を管半径方向ｒに対し所定の傾斜角度αで傾斜させた同軸拡径ポンチ１０を被加工材である素管Ｍと同軸にセットし、素管Ｍの管端に同軸拡径ポンチ１０を圧入する（図２ａ）。非偏心側の管壁が偏心側管壁よりも先に目標外径に拡径されるため、非偏心側管壁の縮み変形が先行し、非偏心側の管軸方向長さＬ1よりも偏心側の管軸方向長さＬ2が長い同軸拡径管端部Ｍ1に素管Ｍの管端が成形される（図２ｂ）。
【０００９】
管軸方向長さがＬ1＜Ｌ2の同軸拡径管端部Ｍ1は、非偏心側の管壁が偏心側管壁よりも先に目標外径に拡径される限り種々の形状をもつポンチを使用できるが、傾斜角度αを付けた同軸拡径ポンチ１０では傾斜角度αを３〜６０度の範囲に設定することが好ましい。傾斜角度αが３度未満では管軸方向長さＬ1，Ｌ2の間に十分な差をつけることができず、逆に６０度より大きな傾斜角度αでは偏心拡径工程で非偏心側の材料流出が大きくなり、特に非偏心側の管端付近が減肉し、その部分に割れが生じやすくなる。
続く偏心拡径工程では、同軸拡径管端部Ｍ1の偏心側内壁面にポンチ側面が先ず押し当てられるように、先端円錐部２１とポンチ円筒部２２との境界線２３を管半径方向ｒに対し所定の傾斜角度θで傾斜させた偏心拡径ポンチ２０が使用される（図３）。傾斜角度αを付けた同軸拡径ポンチ１０を用いて同軸拡径した素管Ｍを偏心拡径する場合には、境界線１３と逆方向に境界線２３を傾斜させた偏心拡径ポンチ２０の使用が好ましく、更には逆方向に同じ傾斜角度θ（＝−α）を付けた偏心拡径ポンチ２０の使用が好ましい。
【００１０】
傾斜角度θのある偏心拡径ポンチ２０を同軸拡径管端部Ｍ1に圧入すると、同軸拡径管端部Ｍ1の内壁面に対するポンチ円筒部２２周面の当接は偏心側が先行し、偏心拡径ポンチ２０の圧入進行に応じて当接部が非偏心側まで広がる。このように偏心側と非偏心側とで同軸拡径管端部Ｍ1の内壁面にポンチ円筒部２２の周面が押圧されるタイミングをずらせているので、偏心側の変形抵抗が非偏心側よりも大きくなり、偏心側の材料流動が偏心拡径ポンチ２０のポンチ円筒部２２で拘束される。その結果、偏心拡径時に偏心側からの材料流出が抑制され、非偏心側の材料が引張られて偏心側に流れ込みやすくなる。したがって、偏心側が局部的に薄肉化することが抑えられ、円周方向に関し肉厚が均一化された偏心拡径管端部Ｍ2に成形される。
【００１１】
【実施例】
高周波溶接で造管された外径２５．４ｍｍ，肉厚１．０ｍｍ，長さ３５０ｍｍの鋼管の管端に同軸拡径ポンチ１０を圧入して同軸拡径管端部Ｍ1を形成した後、偏心拡径ポンチ２０を圧入して偏心拡径管端部Ｍ2を形成した。ポンチ１０，２０としては総焼入れした工具鋼を使用し、ポンチ１０，２０に潤滑油を塗布して表１に示す４工程で管端を同軸拡径加工，偏心拡径加工した。
【００１２】
Figure 0004582887
【００１３】
加工後の管端を観察し、偏心拡径管端部Ｍ2の形状及び肉厚分布を調査した。表２の調査結果にみられるように、Ｌ1＜Ｌ2と管軸方向長さに差をつけた同軸拡径管端部Ｍ1を形成した後で偏心拡径加工した本発明例では、偏心拡径管端部Ｍ2の最大板厚減少率が２５％以内に抑えられており、偏心側の偏肉やネッキングが検出されなかった。
【００１４】
これに対し、Ｌ1＝Ｌ2の同軸拡径管端部Ｍ1を偏心拡径加工した比較例１では、偏心拡径管端部Ｍ2の偏心側の最大板厚減少率が３１％と大きく減肉しており、割れやネッキングが発生したものもあった。また、Ｌ1＜Ｌ2と管軸方向長さに差をつけた同軸拡径管端部Ｍ1を形成した後で偏心拡径加工した場合でも、境界線２３を傾斜させていない偏心拡径ポンチ２０を使用した比較例２では、形成された偏心拡径管端部Ｍ2の最大板厚減少率が３３％と大きく減肉しており、一部に割れやネッキングも散見された。
【００１５】
この対比から明らかなように、Ｌ1＜Ｌ2の同軸拡径管端部Ｍ1を形成する同軸拡径工程と非偏心側よりも先に偏心側内壁にポンチ円筒部２２が接触する偏心拡径ポンチ２０を使用するとき、局部的な減肉を抑え、割れ，ネッキング等の欠陥がない偏心拡径管端部Ｍ2が形成されることが確認された。この同軸拡径工程と偏心拡径工程との組合せは、本実施例のように素管に比較して倍以上の外径をもつ偏心拡径管端部Ｍ2を形成する場合に効果的である。
【００１６】
Figure 0004582887
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、非偏心側よりも偏心側の管軸方向長さを長くした同軸拡径管端部を形成した後で、偏心側の同軸拡径管端部内壁に先ず押し当てられる偏心拡径ポンチを用いて管端を拡径加工することにより偏心拡径管端部を形成している。偏心拡径工程では偏心側の材料流動が抑制され、非偏心側から偏心側への材料流動が促進されるため、円周方向に関して局部的な減肉が抑制され良好な形状の偏心拡径管端部をもつ金属管が製造される。
【図面の簡単な説明】
【図１】管端を同軸拡径，偏心拡径の２工程で加工する工程の概略図
【図２】本発明に従って非偏心側よりも偏心側の管軸方向長さを長くした同軸拡径管端部を形成する同軸拡径工程の説明図
【図３】同軸拡径管端部に偏心拡径ポンチを圧入して偏心拡径管端部を形成する偏心拡径工程の説明図
【符号の説明】
１０：同軸拡径ポンチ １１：先端円錐部 １２：円筒部 １３：境界線２０：偏心拡径ポンチ ２１：先端円錐部 ２２：円筒部 ２３：境界線Ｍ：素管 Ｍ1：同軸拡径管端部 Ｌ1：非偏心側の管軸方向長さ Ｌ2：偏心側の管軸方向長さ Ｍ2：偏心拡径管端部
α：同軸拡径ポンチ１０の傾斜角度 θ：偏心拡径ポンチ２０の傾斜角度
Ｄ：偏心方向 ｒ：管半径方向

Claims (2)

  1. 素管に同軸拡径ポンチを圧入し、偏心側の管軸方向長さを非偏心側よりも長くする同軸拡径管端部を形成する同軸拡径工程と、非偏心側の同軸拡径管端部内壁よりも先に偏心側の同軸拡径管端部内壁にポンチ円筒部が接触するように先端円錐部とポンチ円筒部との境界線を素管の半径方向に関して傾斜させた偏心拡径ポンチを同軸拡径管端部に圧入して偏心拡径管端部を形成する偏心拡径工程とを経ることを特徴とする偏心拡径管端部をもつ金属管の製造方法。
  2. ポンチ円筒部の管軸方向長さが偏心側よりも非偏心側で長くなるように先端円錐部とポンチ円筒部との境界線が素管の半径方向に関して傾斜した同軸拡径ポンチを同軸拡径工程で使用し、同軸拡径ポンチの境界線の傾斜方向と逆方向に傾斜した境界線を境に先端円錐部及びポンチ円筒部が設けられている偏心拡径ポンチを偏心拡径工程で使用する請求項１記載の製造方法。
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