鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置
【課題】引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを抑制させ、鋼材の外径寸法の安定化を図り得る鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置を提供する。
【解決手段】鋼材引抜加工方法は、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２を保持する鋼材引抜用ダイス装置１を用いる。鋼材をダイス２のダイス孔２０に通過させて引抜加工させる引抜加工を実施する。鋼材をダイス２で引き抜き開始するのに先立って、ダイス２を加熱源７により加熱させて、ダイス２の温度を引抜加工時のダイス２の温度域、または、引抜加工時のダイス２の温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる。昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始する。
【解決手段】鋼材引抜加工方法は、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２を保持する鋼材引抜用ダイス装置１を用いる。鋼材をダイス２のダイス孔２０に通過させて引抜加工させる引抜加工を実施する。鋼材をダイス２で引き抜き開始するのに先立って、ダイス２を加熱源７により加熱させて、ダイス２の温度を引抜加工時のダイス２の温度域、または、引抜加工時のダイス２の温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる。昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置に関する。鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
鋼材引抜加工方法は、所定の長さをもつ鋼材と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、鋼材をダイスのダイス孔に通過させて引抜加工させつつ鋼材を伸線させる引抜加工とを実施する。近年、産業界では、鋼材の外径寸法のばらつき低減と益々高い精度の寸法が要請されている。例えば、鋼材の直径が２８ｍｍの場合には、直径のばらつき幅が０．０２ｍｍ程度の範囲に収まるように、極めて過酷な高精度化が要請されている。しかしながら引抜加工では、鋼材とダイスとの摩擦でダイスが発熱するために、引抜加工の開始初期の後の温度上昇の影響を受け、引抜加工の開始初期に対して鋼材の外径寸法のばらつき低減を図るには限界があった。
【０００３】
特許文献１は、ダイスの外周部にヒータを搭載させ、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させ、マグネシウム合金棒線材の断線を防止させた製造方法を開示する。しかし特許文献１によれば、マグネシウム合金棒線材を対象とするものであり、引抜加工の開始から終了までヒータは連続的にオンされており、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させるため、マグネシウム合金棒線材の外径のばらつきを抑制させるには限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献１によれば、引抜加工の開始から終了まで、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に連続的に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させるため、線材の断線を防止抑制する為の製造方法を対象としており、マグネシウム合金棒線材の外径のばらつきを抑制させるには限界がある。更に、従来技術として、ダイスを加熱させるのではなく、線材自体を加熱させる技術が存在するが、この場合には、線材自体が加熱されるため、線材の外径寸法のばらつきを抑制させるには限界がある。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを抑制させ、鋼材の外径寸法の安定化を図り得る鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の様相１に係る鋼材引抜加工方法は、所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、鋼材群の鋼材をダイスのダイス孔に順に通過させて引抜加工させる引抜工程とを実施する鋼材引抜加工方法であって、鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施し、昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始することにより、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることを特徴とする。
【０００７】
この場合、鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施させる。この場合、引抜加工時のダイスの温度域に対して下限値としては、７５％、８０％、８５％、９０％が例示される。引抜加工時のダイスの温度域に対して上限値としては、１００％、９８％、９５％、９２％が例示される。ダイスの昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始する。これにより引抜加工の開始初期からダイスの温度を適温域にできる。よって、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。
【０００８】
引抜加工の開始時刻からしばらく経過すれば、引抜加工による摩擦熱によるダイスの昇温と、ダイスの放熱とが釣り合い、ダイスの温度が安定し、引抜加工の開始時刻以降の時期において、例えば中期および終期において、鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。加熱源としては、ダイスを加熱できるものであれば何でも良く、電気加熱、誘導加熱等が挙げられる。誘導加熱は高周波誘導加熱でも良いし、低周波誘導加熱でも良いし、発熱抵抗体による通電加熱でも良い。加熱源としては、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されていても良いし、あるいは、鋼材引抜用ダイス装置に一体的に組み込まれていても良い。加熱温度としては、引抜加工時におけるダイス自体によって相違する。引抜加工時におけるダイス温度が１００℃となる場合には、引抜加工に先立って、加熱源をオンさせてダイスの温度を７０℃〜１００℃の範囲内の温度域に昇温させる。引抜加工時におけるダイス温度が１２０℃となる場合には、引抜加工に先立って、加熱源をオンさせてダイスの温度を１００℃（約８３％）〜１１０℃（約９２％）の範囲内、または、１００℃〜１２０℃の範囲内の温度域に昇温させる。要するに、引抜加工の開始に先立って、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に予め昇温させる。なお、引抜加工途中においては加熱源をオフさせておくことが好ましい。ダイスを通過させる鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。
【０００９】
（２）本発明の様相２に係る鋼材引抜加工方法によれば、上記様相において、加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されており、昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させた状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させる操作と、その後、加熱させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける操作とにより実施されることを特徴とする。加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている。昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させ、その状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させて行う。このためダイス以外への伝熱が抑制され、ダイスの温度を正確に設定させ易い。その後、所定温度に昇温させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける。その後、引抜加工を開始させる。本様相によれば、引抜加工の開始初期からダイスを適温域に昇温できるため、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図るのに有利である。
【００１０】
（３）本発明の様相３に係る鋼材引抜用ダイス装置は、鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、ダイスを嵌合させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源とを具備しており、加熱源は、引抜加重が加熱源に作用することを抑制させるように、ダイス孔の中心軸線に対して直交する軸直角方向においてダイスと重ならない位置に配置されていることを特徴とする。引抜加工において引抜加重が加熱源に作用することが抑制され、引抜加重に起因する加熱源の損傷が抑制され、加熱源の耐久性の向上、長寿命化を図り得る。
【００１１】
（４）本発明の様相４に係る鋼材引抜用ダイス装置は、鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、先端開口からダイスを嵌合させて保持させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源と、ケースの凹部の先端開口を覆うようにケースに固定されケースの凹部に嵌合されたダイスを外れ止めする被覆カバーとを具備しており、加熱源は、被覆カバーに配置されていることを特徴とする。引抜工程において、ケースの先端に取り付けられた被覆カバーには、引抜荷重が作用しにくい。加熱源は、被覆カバーに配置されているため、引抜加重が加熱源に作用することが抑制される。ひいては、引抜加重に起因する加熱源の損傷が抑制され、加熱源の保護性が高められる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを抑制させることができる。鋼材の外径寸法の安定化を図ることができ、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置の要部を分解させた斜視図である。
【図２】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置から離脱させたダイスを加熱源に載せて加熱させている状態を示す断面図である。
【図４】鋼材の外径寸法の変化を示す試験例に係るグラフである。
【図５】実施形態２に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図６】実施形態３に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図７】実施形態４に係り、時間とダイスの温度との関係を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１〜図３は実施形態１の概念を示す。鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２を保持する鋼材引抜用ダイス装置１を用意する。図１および図２に示すように、鋼材引抜用ダイス装置１は、主として、中心軸線Ｐをもつダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、先端開口３０からダイス２を嵌合させて保持させる凹部３１をもつケース３と、ケース３を嵌合させて保持させる保持孔４０をもつフレーム４と、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うようにケース３に固定されケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５とを有する。被覆カバー５は、線材を通過させる通過孔５ｘをもつ。図２に示すように、ケース３は、線材を通過させる通過孔３３ｘをもつ底部３３と、円筒形状をなす外周部３５とをもつ。
【００１５】
凹部３１をもつカバーは、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する方向に延びるリング状の凹底壁面３６と、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに沿って延びるリング状の凹内周壁面３７と、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する方向に延びるリング状の先端壁面３８とを備えている。図２に示すように、ダイス２は、取付孔２３をもつ合金鋼で形成された円筒形状の第１ダイス２１と、第１ダイス２１の円筒形状の取付孔２３に嵌合された超硬合金で形成された円筒形状の第２ダイス２２とで構成されている。超硬合金は、タングステンカーバイド等の高い硬度をもつ硬質相と、硬質相を分散させたコバルト等の母相とを主要成分とする。図３に示すように、加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１に搭載されておらず、鋼材引抜用ダイス装置１から離間するように離脱されている。加熱源７は、誘導加熱で加熱させるダイス２を載せる平坦な加熱面７０を備えている。
【００１６】
まず、鋼材群の鋼材をダイス２で引き抜く引抜工程を開始するのに先立って、予め、カバー５をケース３から取り外し、ダイス２をケース３の凹部３１から外しておく。このようにダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１から離脱させておく。このように離脱させたダイス２を加熱源７の加熱面７０に載せ（図３参照）、その状態で、ダイス２の温度を、引抜加工時のダイス２の温度域、または、引抜加工時のダイス２の温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施する。
【００１７】
この場合、図２に示すように、超硬合金で形成された円筒形状の第２ダイス２２の先端開口部２２ｅが加熱源７の加熱面７０に接触または接近するよりも、合金鋼で形成された円筒形状の第１ダイス２１の背面部２１ｘが加熱源７の加熱面７０に接触または接近するように、ダイス２を位置決めさせる。合金鋼で形成された第１ダイス２１は均一に誘導加熱させ易いと考えられる。このため、引抜加工時において鋼材と直接的に接触する超硬合金で形成された第２ダイス２２を、第１ダイス２１で間接的に加熱させる度合を高めたいからである。殊に、図３から理解できるように、超硬合金で形成された第２ダイス２２の外周面２２ｐの全体は、第１ダイス２１の取付孔２３の内周面２３ｉ全体で包囲されているため、硬質相が母相に分散された超硬合金で形成された第２ダイス２２を均一加熱させるのに有利である。なお、加熱源７は設定温度に対して自動的に制御され、加熱源７で加熱されるダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できるようにされている。
【００１８】
次に、加熱源７に基づいて鋼材引抜用ダイス装置１から離間した状態で昇温されたダイス２を、ケース３の凹部３１に嵌合させる。次に、カバー５をケース３の先端壁面３８にあてがうように、カバー５をケース３に図略の取付具（螺子等）を介して取り付ける。これにより昇温させたダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１に組み付ける。次に、鋼材Ｗを矢印ＷＡ方向に移動させて鋼材の引抜加工を開始することにより、鋼材Ｗをこれの長さ方向に沿ってダイス孔２０に通過させて引抜加工工程を実施させる。
【００１９】
このように本実施形態によれば、引抜加工の開始初期から、適温域に昇温されて径方向に熱膨張されたダイス２を用いることができる。このため引抜加工の開始初期から、ダイス２の径方向の寸法の熱膨張量を適切化できる。ひいては、引抜加工の開始初期から、鋼材の外径寸法のばらつきを低減でき、鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。ダイス２を通過させる鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。鋼材の材質としては炭素鋼、合金鋼、普通鋼、快削鋼等が挙げられる。
【００２０】
図４は試験結果を示す。本試験では、引抜加工時のダイス２の温度Ｔtargetを１００℃とする。複数組の鋼材からなる鋼材群を用意しておく。そして、鋼材をダイス２で引き抜き開始するのに先立って、すなわち、引抜工程の開始に先立って、ダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１から離脱させた。このように離脱させたダイス２を加熱源７の加熱面７０に載せ、その状態で、ダイス２の温度を、引抜加工時のダイス２の温度Ｔtargetに対して８０％の温度域とし、即ち、８０℃としてダイス２を誘導加熱で昇温させた。加熱時間は２〜５分間、殊に３分間とした。
【００２１】
図４において横軸は引抜加工した鋼材の本数を示し、縦軸は引抜加工後の外径寸法を示す。×印で表される特性線Ｗ１は、従来例を示す。○印で表される特性線Ｗ２は、実施例を示す。鋼材の材質はＳＴＫＭ１３Ｂとした。引抜加工は鋼材に油をかけつつ実施した。
【００２２】
特性線Ｗ１として示すように、従来例によれば、引抜加工の開始初期において、ダイス３の径方向の熱膨張量が必ずしも充分ではないため、鋼材の外径寸法は、引抜加工の中期および終期に形成された鋼材の外径寸法よりも小さ目にできる。このような従来例によれば、引抜加工における初期から終期までを観察すると、鋼材の外径寸法が高精度化されているものの、外径寸法のばらつきが発生する傾向がある。これに対して本試験例によれば、特性線Ｗ２として示すように、引抜加工における初期から終期までを観察すると、外径寸法のばらつきが小さく抑えられており、鋼材の外径寸法が高精度化されていた。本実施形態によれば、鋼材がパイプ状であるときには、ダイス２のダイス孔２０内に芯金（図示せず）を浮遊状態で配置させておくこともできる。
【００２３】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。鋼材引抜用ダイス装置１Ｂは、鋼材を通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、ダイス２を嵌合させる凹部３１をもつケース３と、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うようにケース３に固定されケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５と、ダイス２を加熱させる加熱源７とを備えている。このように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｂに組み込まれている。加熱源７は、中心軸線Ｐに対して同軸的配置となるようにケース３に内蔵された誘導コイルで形成されている。加熱源７は制御部により設定温度に対して自動的に制御され、ダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できる。ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する軸直角方向を矢印ＰＤとして示す。矢印ＰＤにおいて、加熱源７はダイス２と重ならない位置に配置されている。すなわち、中心軸線Ｐと平行にダイス２を投影すると、矢印ＰＤにおいてダイス２の投影領域はＳＤとして示される。図５に示すように、矢印ＰＤにおいて、加熱源７は、ダイス２の投影領域ＳＤと重ならないように、ダイス２の投影領域ＳＤの外周側に配置されている。このため引抜加工において、ダイス２に作用する引抜加重が加熱源７に直接的に作用することが抑制され、加熱源７が引抜荷重で損傷することが抑制される。なお、引抜加工時において、基本的には、引抜荷重はケース３の凹部３１の平坦状の凹底壁面３６に負荷されるが、ダイス２のリング状の先端壁面３８には負荷されにくい。上記したように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｂに内蔵されているため、ケース３からダイス２を離脱させずとも、ダイス２を迅速に加熱できる。引抜加工に先立って、加熱源７をオンさせておくものの、引抜加工の途中では加熱源７をオフさせておくことが好ましい。但し、場合によっては、引抜加工の途中であっても、ダイス２の温度が低めの加工初期であれば、加熱源７をオンさせ加熱源７からダイス２に伝熱させることもできる。この場合、引抜加工の開始前における加熱源７の単位時間当たりの発熱量よりも、単位時間当たりの発熱量を小さくすることができる。
【００２４】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。鋼材引抜用ダイス装置１Ｃは、鋼材を通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、ダイス２を嵌合させる凹部３１をもつケース３と、ケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５と、ダイス２を加熱させる加熱源７とを備えている。被覆カバー５は、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うように、ケース３の先端壁面３８にあてがわれて固定されるものであり、ダイス２の上流側からダイス２に対向している（図６参照）。このように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｃに組み込まれている。すなわち、加熱源７は、中心軸線Ｐの回りに配置された誘導加熱コイルで形成されており、被覆カバー５のうちダイス２に対向する対向面５０側に配置されている。加熱源７に通電されると、加熱源７によりダイス２が昇温される。この場合、ダイス２の第１ダイス２１が誘導加熱されて昇温され、第１ダイス２１で包囲されている第２ダイス２２に伝熱され第２ダイス２２が昇温される。加熱源７は設定温度に対して制御部により自動的に制御され、ダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できる。ヒータ加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｃに内蔵されているため、ケース３からダイス２を離脱させずとも、ダイス２を迅速に加熱できる。引抜加工時において、基本的には、引抜荷重はケース３の凹部３１の凹底壁面３６（図６参照）に負荷され、被覆カバー５には負荷されない。従って、図６に示すように、被覆カバー５に加熱源７が取り付けられていれば、引抜荷重に起因する加熱源７の損傷が抑えられ、加熱源７の耐久性の向上、長寿命化を図り得る。図６に示すようにカバー５に設けられている加熱源７は、ダイス２の先端面２００に直接的に対面するため、ダイス２を効果的に加熱できる。
【００２５】
引抜加工に先立って、加熱源７をオンさせておくものの、引抜加工の途中では加熱源７をオフさせておくことが好ましい。但し、場合によっては、引抜加工の途中（鋼材をダイス２に通した後）であっても、ダイス２の温度が低めの加工初期であれば、加熱源７をオンさせて加熱源７からダイス２に伝熱させることもできる。この場合、引抜加工の開始前における加熱源７の単位時間当たりの発熱量よりも、単位時間当たりの発熱量を小さくすることができる。
【００２６】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は、加熱源７が搭載されている鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃを用いる実施形態２，３と基本的には同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。図７の横軸は時間を示し、縦軸はダイス２の温度を示す。まず、所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群を用意する。鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が例示される。鋼材の材質は炭素鋼、合金鋼、普通鋼、快削鋼等が挙げられる。
【００２７】
引抜加工時におけるダイス２の温度をＴtargetとする。温度Ｔtargetは鋼材の材質、減面率等に応じて適宜設定でき、７０〜１２０℃の範囲内で、例えば１００℃と設定される。但しこれに限定されるものではない。Ｎ１は、最初の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第１回目の引抜加工を示す。Ｎ２は、同じ鋼種、サイズの２番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第２回目の引抜加工を示す。Ｎ３は、同じ鋼種、サイズの３番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第３回目の引抜加工を示す。Ｎ４は、同じ鋼種、サイズの４番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第４回目の引抜加工を示す。以下、同様に複数回の引抜加工を実施する。
【００２８】
まず、最初の鋼材をダイス２に通過させる第１回目の引抜加工Ｎ１の開始前において、引抜加工前のダイス２は常温域にされている。第１回目の引抜加工Ｎ１の開始に先立ち、加熱源７をオンさせる。これにより、特性線Ｔ１に基づいて、ダイス２の温度を、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９８％程度の範囲の温度Ｔａ（Ｔａ＜Ｔtarget）に自動的に昇温させる。ダイス２が温度Ｔａに到達したら、制御部は加熱源７を自動的にオフさせる。このように第１回目の引抜加工Ｎ１の開始に先立ってダイス２の温度を適温域に加熱させるため、第１回目の引抜加工Ｎ１の実施にあたり、これの開始初期α１から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００２９】
第１回目の引抜加工Ｎ１が終了すれば、鋼材とダイス２との摩擦熱の発生が無くなるため、ダイス２の温度は特性線Ｔ２に基づいて低下し、温度はＴＲ１なる。しかし第２回目の引抜加工Ｎ２の開始に先立ち、制御部は、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，Ｃに搭載されている加熱源７を再びオンさせる。加熱源７をオンさせると、加熱源７は自動的に設定温度に昇温する。これにより、ダイス２は、特性線Ｔ３に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜１００％程度、あるいは、８０〜９９％程度の温度Ｔｂ（Ｔｂ＜Ｔtarget）に自動的に昇温される。温度Ｔｂは、温度ＴＲ１と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。ダイス２が温度Ｔｂに到達したら、制御部は加熱源７を自動的にオフさせる。このように第２回目の引抜加工Ｎ２の実施にあたり、これの開始初期α２からダイス２の温度が適温域に自動的に加熱昇温されるため、開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３０】
第２回目の引抜加工Ｎ２が終了すれば、ダイス２の温度は特性線Ｔ４に基づいて低下し、温度はＴＲ２となる。しかし第３回目の引抜加工Ｎ３の開始に先立ち、制御部は、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃに搭載されている加熱源７を再びオンさせる。加熱源７をオンさせると、加熱源７は自動的に設定温度に昇温する。これによりダイス２は特性線Ｔ５に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９９％程度の温度Ｔｃ（Ｔｃ＜Ｔtarget）に自動的に昇温される。温度Ｔｃは、温度ＴＲ２と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。このため第３回目の引抜加工Ｎ３の実施にあたり、これの開始初期α３から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３１】
第３回目の引抜加工Ｎ３が終了すれば、ダイス２の温度は特性線Ｔ６に基づいて低下し、温度はＴＲ３となる。しかし第４回目の引抜加工Ｎ４の開始に先立ち、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃに搭載されている加熱源７により、ダイス２は特性線Ｔ７に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９９％程度の温度Ｔｄ（Ｔｄ＜Ｔtarget）に昇温される。温度Ｔｄは、温度ＴＲ２と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。このため第４回目の引抜加工Ｎ４の実施にあたり、これの開始初期α４から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。第５回目の引抜加工、第６回目の引抜加工……についても同様である。
【００３２】
このように加熱源７が一体的に搭載されている鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，Ｃによれば、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃから加熱源７を離脱させる操作をその都度実施せずとも良い。このため複数個の鋼材を連続的に引抜加工させるにあたり、各引抜加工の開始初期α１，α２，α３，α４からダイス２の温度を制御部により適温域に維持できるため、鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３３】
従来例の昇温形態を図７において破線として示す。従来例によれば、第１回目の引抜加工Ｎ１の開始初期α１では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第２回目の引抜加工Ｎ２の開始初期α２では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第３回目の引抜加工Ｎ３の開始初期α３では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第４回目の引抜加工Ｎ４の開始初期α４では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。本実施形態によれば、鋼材の外径寸法のばらつきを抑えるためには、Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｃ＝Ｔｄ…の関係、あるいは、Ｔａ≒Ｔｂ≒Ｔｃ≒Ｔｄ…の関係にできる。Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは温度Ｔtargetに極力近づけることができる。
【００３４】
場合によっては、引抜加工の減面率が大きくて引抜加工の摩擦熱が大きいときには、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ＜Ｔｄ…の関係でも良い。ダイス２の単位時間あたりの放熱が大きいときには、Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ＞Ｔｄ…の関係でも良い。なお、図７の縦軸で示される温度の上昇および下降の程度は、明確化のため誇張されている。図７に示す本実施形態はあくまでも一実施形態であり、本発明はこの昇温形態に限定されるものではない。１回で引抜加工する鋼材の重量は１〜２トンとされているが、これに限定されるものではない。本実施形態においても図１，図２，図５，図６に示す装置を使用できる。
【００３５】
（実施形態５）
本実施形態は前記した実施形態４と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し本実施形態によれば、外気温度、外気への放熱性等を考慮して、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを設定する。この場合、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ＜Ｔtargetの関係を維持させつつ、厳寒地や冬期等のように外気温度が低いときに比較して、酷暑地や夏期等のように外気温度が高いときには、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，ＴｄをΔα（例えば０．３〜３℃，外気温度℃に対して１／１００〜１／１０の範囲内）相対的に低めにすることができる。またＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ＜Ｔtargetの関係を維持させつつ、夏期等のように外気温度が高いときに比較して、冬期等のように外気温度が低いときには、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを相対的にΔβ（例えば０．３〜３℃）高めとすることができる。本実施形態においても図１，図２，図５，図６に示す装置を使用できる。
【００３６】
（その他）
各実施形態において加熱源７としては、ダイス２を誘導加熱させて昇温させる方式ではなく、ダイスに直接通電する通電加熱によりダイスを昇温させる方式としても良い。鋼材がパイプ状であるときには、ダイス２のダイス孔２０内に芯金（図示せず）を浮遊状態で配置させておくこともできる。引抜加工の開始に先立って、ダイスの温度を、例えば、引抜加工時のダイスの温度域に対して８０％〜１００％の温度域、９０％〜９５％の温度域に予め昇温させることができる。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００３７】
１は鋼材引抜用ダイス装置、２はダイス、２０はダイス孔、２１は第１ダイス、２２は第２ダイス、２３は取付孔、３はケース、３０は先端開口、３１は凹部、３３は底部、３５は外周部、４はフレーム、５は被覆カバー、７は加熱源、７０は加熱面を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置に関する。鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
鋼材引抜加工方法は、所定の長さをもつ鋼材と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、鋼材をダイスのダイス孔に通過させて引抜加工させつつ鋼材を伸線させる引抜加工とを実施する。近年、産業界では、鋼材の外径寸法のばらつき低減と益々高い精度の寸法が要請されている。例えば、鋼材の直径が２８ｍｍの場合には、直径のばらつき幅が０．０２ｍｍ程度の範囲に収まるように、極めて過酷な高精度化が要請されている。しかしながら引抜加工では、鋼材とダイスとの摩擦でダイスが発熱するために、引抜加工の開始初期の後の温度上昇の影響を受け、引抜加工の開始初期に対して鋼材の外径寸法のばらつき低減を図るには限界があった。
【０００３】
特許文献１は、ダイスの外周部にヒータを搭載させ、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させ、マグネシウム合金棒線材の断線を防止させた製造方法を開示する。しかし特許文献１によれば、マグネシウム合金棒線材を対象とするものであり、引抜加工の開始から終了までヒータは連続的にオンされており、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させるため、マグネシウム合金棒線材の外径のばらつきを抑制させるには限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし特許文献１によれば、引抜加工の開始から終了まで、ヒータによりダイスを１５０℃以上５００℃以下の温度に連続的に加熱させた状態でマグネシウム合金棒線材を引抜加工させるため、線材の断線を防止抑制する為の製造方法を対象としており、マグネシウム合金棒線材の外径のばらつきを抑制させるには限界がある。更に、従来技術として、ダイスを加熱させるのではなく、線材自体を加熱させる技術が存在するが、この場合には、線材自体が加熱されるため、線材の外径寸法のばらつきを抑制させるには限界がある。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを抑制させ、鋼材の外径寸法の安定化を図り得る鋼材引抜加工方法および鋼材引抜用ダイス装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の様相１に係る鋼材引抜加工方法は、所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、鋼材群の鋼材をダイスのダイス孔に順に通過させて引抜加工させる引抜工程とを実施する鋼材引抜加工方法であって、鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施し、昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始することにより、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることを特徴とする。
【０００７】
この場合、鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施させる。この場合、引抜加工時のダイスの温度域に対して下限値としては、７５％、８０％、８５％、９０％が例示される。引抜加工時のダイスの温度域に対して上限値としては、１００％、９８％、９５％、９２％が例示される。ダイスの昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始する。これにより引抜加工の開始初期からダイスの温度を適温域にできる。よって、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。
【０００８】
引抜加工の開始時刻からしばらく経過すれば、引抜加工による摩擦熱によるダイスの昇温と、ダイスの放熱とが釣り合い、ダイスの温度が安定し、引抜加工の開始時刻以降の時期において、例えば中期および終期において、鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。加熱源としては、ダイスを加熱できるものであれば何でも良く、電気加熱、誘導加熱等が挙げられる。誘導加熱は高周波誘導加熱でも良いし、低周波誘導加熱でも良いし、発熱抵抗体による通電加熱でも良い。加熱源としては、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されていても良いし、あるいは、鋼材引抜用ダイス装置に一体的に組み込まれていても良い。加熱温度としては、引抜加工時におけるダイス自体によって相違する。引抜加工時におけるダイス温度が１００℃となる場合には、引抜加工に先立って、加熱源をオンさせてダイスの温度を７０℃〜１００℃の範囲内の温度域に昇温させる。引抜加工時におけるダイス温度が１２０℃となる場合には、引抜加工に先立って、加熱源をオンさせてダイスの温度を１００℃（約８３％）〜１１０℃（約９２％）の範囲内、または、１００℃〜１２０℃の範囲内の温度域に昇温させる。要するに、引抜加工の開始に先立って、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に予め昇温させる。なお、引抜加工途中においては加熱源をオフさせておくことが好ましい。ダイスを通過させる鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。
【０００９】
（２）本発明の様相２に係る鋼材引抜加工方法によれば、上記様相において、加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されており、昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させた状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させる操作と、その後、加熱させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける操作とにより実施されることを特徴とする。加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている。昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させ、その状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させて行う。このためダイス以外への伝熱が抑制され、ダイスの温度を正確に設定させ易い。その後、所定温度に昇温させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける。その後、引抜加工を開始させる。本様相によれば、引抜加工の開始初期からダイスを適温域に昇温できるため、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図るのに有利である。
【００１０】
（３）本発明の様相３に係る鋼材引抜用ダイス装置は、鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、ダイスを嵌合させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源とを具備しており、加熱源は、引抜加重が加熱源に作用することを抑制させるように、ダイス孔の中心軸線に対して直交する軸直角方向においてダイスと重ならない位置に配置されていることを特徴とする。引抜加工において引抜加重が加熱源に作用することが抑制され、引抜加重に起因する加熱源の損傷が抑制され、加熱源の耐久性の向上、長寿命化を図り得る。
【００１１】
（４）本発明の様相４に係る鋼材引抜用ダイス装置は、鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、先端開口からダイスを嵌合させて保持させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源と、ケースの凹部の先端開口を覆うようにケースに固定されケースの凹部に嵌合されたダイスを外れ止めする被覆カバーとを具備しており、加熱源は、被覆カバーに配置されていることを特徴とする。引抜工程において、ケースの先端に取り付けられた被覆カバーには、引抜荷重が作用しにくい。加熱源は、被覆カバーに配置されているため、引抜加重が加熱源に作用することが抑制される。ひいては、引抜加重に起因する加熱源の損傷が抑制され、加熱源の保護性が高められる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを抑制させることができる。鋼材の外径寸法の安定化を図ることができ、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置の要部を分解させた斜視図である。
【図２】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図３】実施形態１に係り、鋼材引抜用ダイス装置から離脱させたダイスを加熱源に載せて加熱させている状態を示す断面図である。
【図４】鋼材の外径寸法の変化を示す試験例に係るグラフである。
【図５】実施形態２に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図６】実施形態３に係り、鋼材引抜用ダイス装置の断面図である。
【図７】実施形態４に係り、時間とダイスの温度との関係を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１〜図３は実施形態１の概念を示す。鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２を保持する鋼材引抜用ダイス装置１を用意する。図１および図２に示すように、鋼材引抜用ダイス装置１は、主として、中心軸線Ｐをもつダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、先端開口３０からダイス２を嵌合させて保持させる凹部３１をもつケース３と、ケース３を嵌合させて保持させる保持孔４０をもつフレーム４と、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うようにケース３に固定されケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５とを有する。被覆カバー５は、線材を通過させる通過孔５ｘをもつ。図２に示すように、ケース３は、線材を通過させる通過孔３３ｘをもつ底部３３と、円筒形状をなす外周部３５とをもつ。
【００１５】
凹部３１をもつカバーは、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する方向に延びるリング状の凹底壁面３６と、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに沿って延びるリング状の凹内周壁面３７と、ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する方向に延びるリング状の先端壁面３８とを備えている。図２に示すように、ダイス２は、取付孔２３をもつ合金鋼で形成された円筒形状の第１ダイス２１と、第１ダイス２１の円筒形状の取付孔２３に嵌合された超硬合金で形成された円筒形状の第２ダイス２２とで構成されている。超硬合金は、タングステンカーバイド等の高い硬度をもつ硬質相と、硬質相を分散させたコバルト等の母相とを主要成分とする。図３に示すように、加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１に搭載されておらず、鋼材引抜用ダイス装置１から離間するように離脱されている。加熱源７は、誘導加熱で加熱させるダイス２を載せる平坦な加熱面７０を備えている。
【００１６】
まず、鋼材群の鋼材をダイス２で引き抜く引抜工程を開始するのに先立って、予め、カバー５をケース３から取り外し、ダイス２をケース３の凹部３１から外しておく。このようにダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１から離脱させておく。このように離脱させたダイス２を加熱源７の加熱面７０に載せ（図３参照）、その状態で、ダイス２の温度を、引抜加工時のダイス２の温度域、または、引抜加工時のダイス２の温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施する。
【００１７】
この場合、図２に示すように、超硬合金で形成された円筒形状の第２ダイス２２の先端開口部２２ｅが加熱源７の加熱面７０に接触または接近するよりも、合金鋼で形成された円筒形状の第１ダイス２１の背面部２１ｘが加熱源７の加熱面７０に接触または接近するように、ダイス２を位置決めさせる。合金鋼で形成された第１ダイス２１は均一に誘導加熱させ易いと考えられる。このため、引抜加工時において鋼材と直接的に接触する超硬合金で形成された第２ダイス２２を、第１ダイス２１で間接的に加熱させる度合を高めたいからである。殊に、図３から理解できるように、超硬合金で形成された第２ダイス２２の外周面２２ｐの全体は、第１ダイス２１の取付孔２３の内周面２３ｉ全体で包囲されているため、硬質相が母相に分散された超硬合金で形成された第２ダイス２２を均一加熱させるのに有利である。なお、加熱源７は設定温度に対して自動的に制御され、加熱源７で加熱されるダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できるようにされている。
【００１８】
次に、加熱源７に基づいて鋼材引抜用ダイス装置１から離間した状態で昇温されたダイス２を、ケース３の凹部３１に嵌合させる。次に、カバー５をケース３の先端壁面３８にあてがうように、カバー５をケース３に図略の取付具（螺子等）を介して取り付ける。これにより昇温させたダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１に組み付ける。次に、鋼材Ｗを矢印ＷＡ方向に移動させて鋼材の引抜加工を開始することにより、鋼材Ｗをこれの長さ方向に沿ってダイス孔２０に通過させて引抜加工工程を実施させる。
【００１９】
このように本実施形態によれば、引抜加工の開始初期から、適温域に昇温されて径方向に熱膨張されたダイス２を用いることができる。このため引抜加工の開始初期から、ダイス２の径方向の寸法の熱膨張量を適切化できる。ひいては、引抜加工の開始初期から、鋼材の外径寸法のばらつきを低減でき、鋼材の外径寸法の安定化を図ることができる。ダイス２を通過させる鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が挙げられる。鋼材の材質としては炭素鋼、合金鋼、普通鋼、快削鋼等が挙げられる。
【００２０】
図４は試験結果を示す。本試験では、引抜加工時のダイス２の温度Ｔtargetを１００℃とする。複数組の鋼材からなる鋼材群を用意しておく。そして、鋼材をダイス２で引き抜き開始するのに先立って、すなわち、引抜工程の開始に先立って、ダイス２を鋼材引抜用ダイス装置１から離脱させた。このように離脱させたダイス２を加熱源７の加熱面７０に載せ、その状態で、ダイス２の温度を、引抜加工時のダイス２の温度Ｔtargetに対して８０％の温度域とし、即ち、８０℃としてダイス２を誘導加熱で昇温させた。加熱時間は２〜５分間、殊に３分間とした。
【００２１】
図４において横軸は引抜加工した鋼材の本数を示し、縦軸は引抜加工後の外径寸法を示す。×印で表される特性線Ｗ１は、従来例を示す。○印で表される特性線Ｗ２は、実施例を示す。鋼材の材質はＳＴＫＭ１３Ｂとした。引抜加工は鋼材に油をかけつつ実施した。
【００２２】
特性線Ｗ１として示すように、従来例によれば、引抜加工の開始初期において、ダイス３の径方向の熱膨張量が必ずしも充分ではないため、鋼材の外径寸法は、引抜加工の中期および終期に形成された鋼材の外径寸法よりも小さ目にできる。このような従来例によれば、引抜加工における初期から終期までを観察すると、鋼材の外径寸法が高精度化されているものの、外径寸法のばらつきが発生する傾向がある。これに対して本試験例によれば、特性線Ｗ２として示すように、引抜加工における初期から終期までを観察すると、外径寸法のばらつきが小さく抑えられており、鋼材の外径寸法が高精度化されていた。本実施形態によれば、鋼材がパイプ状であるときには、ダイス２のダイス孔２０内に芯金（図示せず）を浮遊状態で配置させておくこともできる。
【００２３】
（実施形態２）
図５は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。鋼材引抜用ダイス装置１Ｂは、鋼材を通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、ダイス２を嵌合させる凹部３１をもつケース３と、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うようにケース３に固定されケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５と、ダイス２を加熱させる加熱源７とを備えている。このように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｂに組み込まれている。加熱源７は、中心軸線Ｐに対して同軸的配置となるようにケース３に内蔵された誘導コイルで形成されている。加熱源７は制御部により設定温度に対して自動的に制御され、ダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できる。ダイス孔２０の中心軸線Ｐに対して直交する軸直角方向を矢印ＰＤとして示す。矢印ＰＤにおいて、加熱源７はダイス２と重ならない位置に配置されている。すなわち、中心軸線Ｐと平行にダイス２を投影すると、矢印ＰＤにおいてダイス２の投影領域はＳＤとして示される。図５に示すように、矢印ＰＤにおいて、加熱源７は、ダイス２の投影領域ＳＤと重ならないように、ダイス２の投影領域ＳＤの外周側に配置されている。このため引抜加工において、ダイス２に作用する引抜加重が加熱源７に直接的に作用することが抑制され、加熱源７が引抜荷重で損傷することが抑制される。なお、引抜加工時において、基本的には、引抜荷重はケース３の凹部３１の平坦状の凹底壁面３６に負荷されるが、ダイス２のリング状の先端壁面３８には負荷されにくい。上記したように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｂに内蔵されているため、ケース３からダイス２を離脱させずとも、ダイス２を迅速に加熱できる。引抜加工に先立って、加熱源７をオンさせておくものの、引抜加工の途中では加熱源７をオフさせておくことが好ましい。但し、場合によっては、引抜加工の途中であっても、ダイス２の温度が低めの加工初期であれば、加熱源７をオンさせ加熱源７からダイス２に伝熱させることもできる。この場合、引抜加工の開始前における加熱源７の単位時間当たりの発熱量よりも、単位時間当たりの発熱量を小さくすることができる。
【００２４】
（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。鋼材引抜用ダイス装置１Ｃは、鋼材を通過させるダイス孔２０をもつ引抜加工用のダイス２と、ダイス２を嵌合させる凹部３１をもつケース３と、ケース３の凹部３１に嵌合されたダイス２を外れ止めする被覆カバー５と、ダイス２を加熱させる加熱源７とを備えている。被覆カバー５は、ケース３の凹部３１の先端開口３０を覆うように、ケース３の先端壁面３８にあてがわれて固定されるものであり、ダイス２の上流側からダイス２に対向している（図６参照）。このように加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｃに組み込まれている。すなわち、加熱源７は、中心軸線Ｐの回りに配置された誘導加熱コイルで形成されており、被覆カバー５のうちダイス２に対向する対向面５０側に配置されている。加熱源７に通電されると、加熱源７によりダイス２が昇温される。この場合、ダイス２の第１ダイス２１が誘導加熱されて昇温され、第１ダイス２１で包囲されている第２ダイス２２に伝熱され第２ダイス２２が昇温される。加熱源７は設定温度に対して制御部により自動的に制御され、ダイス２をその設定温度またはその近辺の温度に自動的に維持できる。ヒータ加熱源７は鋼材引抜用ダイス装置１Ｃに内蔵されているため、ケース３からダイス２を離脱させずとも、ダイス２を迅速に加熱できる。引抜加工時において、基本的には、引抜荷重はケース３の凹部３１の凹底壁面３６（図６参照）に負荷され、被覆カバー５には負荷されない。従って、図６に示すように、被覆カバー５に加熱源７が取り付けられていれば、引抜荷重に起因する加熱源７の損傷が抑えられ、加熱源７の耐久性の向上、長寿命化を図り得る。図６に示すようにカバー５に設けられている加熱源７は、ダイス２の先端面２００に直接的に対面するため、ダイス２を効果的に加熱できる。
【００２５】
引抜加工に先立って、加熱源７をオンさせておくものの、引抜加工の途中では加熱源７をオフさせておくことが好ましい。但し、場合によっては、引抜加工の途中（鋼材をダイス２に通した後）であっても、ダイス２の温度が低めの加工初期であれば、加熱源７をオンさせて加熱源７からダイス２に伝熱させることもできる。この場合、引抜加工の開始前における加熱源７の単位時間当たりの発熱量よりも、単位時間当たりの発熱量を小さくすることができる。
【００２６】
（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。本実施形態は、加熱源７が搭載されている鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃを用いる実施形態２，３と基本的には同様の構成を有し、同様の作用効果を有する。図７の横軸は時間を示し、縦軸はダイス２の温度を示す。まず、所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群を用意する。鋼材としては、棒鋼及び線材、冷間鍛造用線材等が例示される。鋼材の材質は炭素鋼、合金鋼、普通鋼、快削鋼等が挙げられる。
【００２７】
引抜加工時におけるダイス２の温度をＴtargetとする。温度Ｔtargetは鋼材の材質、減面率等に応じて適宜設定でき、７０〜１２０℃の範囲内で、例えば１００℃と設定される。但しこれに限定されるものではない。Ｎ１は、最初の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第１回目の引抜加工を示す。Ｎ２は、同じ鋼種、サイズの２番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第２回目の引抜加工を示す。Ｎ３は、同じ鋼種、サイズの３番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第３回目の引抜加工を示す。Ｎ４は、同じ鋼種、サイズの４番目の鋼材（１〜２トン）をダイス２に通過させる第４回目の引抜加工を示す。以下、同様に複数回の引抜加工を実施する。
【００２８】
まず、最初の鋼材をダイス２に通過させる第１回目の引抜加工Ｎ１の開始前において、引抜加工前のダイス２は常温域にされている。第１回目の引抜加工Ｎ１の開始に先立ち、加熱源７をオンさせる。これにより、特性線Ｔ１に基づいて、ダイス２の温度を、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９８％程度の範囲の温度Ｔａ（Ｔａ＜Ｔtarget）に自動的に昇温させる。ダイス２が温度Ｔａに到達したら、制御部は加熱源７を自動的にオフさせる。このように第１回目の引抜加工Ｎ１の開始に先立ってダイス２の温度を適温域に加熱させるため、第１回目の引抜加工Ｎ１の実施にあたり、これの開始初期α１から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００２９】
第１回目の引抜加工Ｎ１が終了すれば、鋼材とダイス２との摩擦熱の発生が無くなるため、ダイス２の温度は特性線Ｔ２に基づいて低下し、温度はＴＲ１なる。しかし第２回目の引抜加工Ｎ２の開始に先立ち、制御部は、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，Ｃに搭載されている加熱源７を再びオンさせる。加熱源７をオンさせると、加熱源７は自動的に設定温度に昇温する。これにより、ダイス２は、特性線Ｔ３に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜１００％程度、あるいは、８０〜９９％程度の温度Ｔｂ（Ｔｂ＜Ｔtarget）に自動的に昇温される。温度Ｔｂは、温度ＴＲ１と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。ダイス２が温度Ｔｂに到達したら、制御部は加熱源７を自動的にオフさせる。このように第２回目の引抜加工Ｎ２の実施にあたり、これの開始初期α２からダイス２の温度が適温域に自動的に加熱昇温されるため、開始初期から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３０】
第２回目の引抜加工Ｎ２が終了すれば、ダイス２の温度は特性線Ｔ４に基づいて低下し、温度はＴＲ２となる。しかし第３回目の引抜加工Ｎ３の開始に先立ち、制御部は、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃに搭載されている加熱源７を再びオンさせる。加熱源７をオンさせると、加熱源７は自動的に設定温度に昇温する。これによりダイス２は特性線Ｔ５に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９９％程度の温度Ｔｃ（Ｔｃ＜Ｔtarget）に自動的に昇温される。温度Ｔｃは、温度ＴＲ２と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。このため第３回目の引抜加工Ｎ３の実施にあたり、これの開始初期α３から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３１】
第３回目の引抜加工Ｎ３が終了すれば、ダイス２の温度は特性線Ｔ６に基づいて低下し、温度はＴＲ３となる。しかし第４回目の引抜加工Ｎ４の開始に先立ち、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃに搭載されている加熱源７により、ダイス２は特性線Ｔ７に基づいて、引抜加工時におけるダイス２の温度Ｔtargetに対して８０〜９９％程度の温度Ｔｄ（Ｔｄ＜Ｔtarget）に昇温される。温度Ｔｄは、温度ＴＲ２と温度Ｔtargetとの間に位置することが好ましい。このため第４回目の引抜加工Ｎ４の実施にあたり、これの開始初期α４から鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。第５回目の引抜加工、第６回目の引抜加工……についても同様である。
【００３２】
このように加熱源７が一体的に搭載されている鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，Ｃによれば、鋼材引抜用ダイス装置１Ｂ，１Ｃから加熱源７を離脱させる操作をその都度実施せずとも良い。このため複数個の鋼材を連続的に引抜加工させるにあたり、各引抜加工の開始初期α１，α２，α３，α４からダイス２の温度を制御部により適温域に維持できるため、鋼材の外径寸法のばらつきを低減できる。
【００３３】
従来例の昇温形態を図７において破線として示す。従来例によれば、第１回目の引抜加工Ｎ１の開始初期α１では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第２回目の引抜加工Ｎ２の開始初期α２では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第３回目の引抜加工Ｎ３の開始初期α３では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。第４回目の引抜加工Ｎ４の開始初期α４では、ダイス２の温度の昇温が充分ではないため、鋼材の外径寸法のばらつきが発生し易い。本実施形態によれば、鋼材の外径寸法のばらつきを抑えるためには、Ｔａ＝Ｔｂ＝Ｔｃ＝Ｔｄ…の関係、あるいは、Ｔａ≒Ｔｂ≒Ｔｃ≒Ｔｄ…の関係にできる。Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄは温度Ｔtargetに極力近づけることができる。
【００３４】
場合によっては、引抜加工の減面率が大きくて引抜加工の摩擦熱が大きいときには、Ｔａ＜Ｔｂ＜Ｔｃ＜Ｔｄ…の関係でも良い。ダイス２の単位時間あたりの放熱が大きいときには、Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ＞Ｔｄ…の関係でも良い。なお、図７の縦軸で示される温度の上昇および下降の程度は、明確化のため誇張されている。図７に示す本実施形態はあくまでも一実施形態であり、本発明はこの昇温形態に限定されるものではない。１回で引抜加工する鋼材の重量は１〜２トンとされているが、これに限定されるものではない。本実施形態においても図１，図２，図５，図６に示す装置を使用できる。
【００３５】
（実施形態５）
本実施形態は前記した実施形態４と基本的には共通する構成、共通する作用効果を有する。但し本実施形態によれば、外気温度、外気への放熱性等を考慮して、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを設定する。この場合、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ＜Ｔtargetの関係を維持させつつ、厳寒地や冬期等のように外気温度が低いときに比較して、酷暑地や夏期等のように外気温度が高いときには、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，ＴｄをΔα（例えば０．３〜３℃，外気温度℃に対して１／１００〜１／１０の範囲内）相対的に低めにすることができる。またＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄ＜Ｔtargetの関係を維持させつつ、夏期等のように外気温度が高いときに比較して、冬期等のように外気温度が低いときには、引抜加工時における温度Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄを相対的にΔβ（例えば０．３〜３℃）高めとすることができる。本実施形態においても図１，図２，図５，図６に示す装置を使用できる。
【００３６】
（その他）
各実施形態において加熱源７としては、ダイス２を誘導加熱させて昇温させる方式ではなく、ダイスに直接通電する通電加熱によりダイスを昇温させる方式としても良い。鋼材がパイプ状であるときには、ダイス２のダイス孔２０内に芯金（図示せず）を浮遊状態で配置させておくこともできる。引抜加工の開始に先立って、ダイスの温度を、例えば、引抜加工時のダイスの温度域に対して８０％〜１００％の温度域、９０％〜９５％の温度域に予め昇温させることができる。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００３７】
１は鋼材引抜用ダイス装置、２はダイス、２０はダイス孔、２１は第１ダイス、２２は第２ダイス、２３は取付孔、３はケース、３０は先端開口、３１は凹部、３３は底部、３５は外周部、４はフレーム、５は被覆カバー、７は加熱源、７０は加熱面を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、
鋼材群の鋼材をダイスのダイス孔に通過させて引抜加工させる引抜工程とを実施する鋼材引抜加工方法であって、
鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施し、昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始することにより、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることを特徴とする鋼材引抜加工方法。
【請求項２】
請求項１において、加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されており、
昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させた状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させる操作と、その後、加熱させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける操作とにより実施されることを特徴とする鋼材引抜加工方法。
【請求項３】
鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、ダイスを嵌合させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源とを具備しており、
加熱源は、引抜加工における引抜加重が加熱源に作用することを抑制させるように、ダイス孔の中心軸線に対して直交する軸直角方向においてダイスと重ならない位置に配置されていることを特徴とする鋼材引抜用ダイス装置。
【請求項４】
鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、先端開口からダイスを嵌合させて保持させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源と、ケースの凹部の先端開口を覆うようにケースに固定されケースの凹部に嵌合されたダイスを外れ止めする被覆カバーとを具備しており、加熱源は、被覆カバーに配置されていることを特徴とする鋼材引抜用ダイス装置。
【請求項１】
所定の長さをもつ複数の鋼材からなる鋼材群と、鋼材をこれの長さ方向に沿って通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスを保持する鋼材引抜用ダイス装置とを用意する工程と、
鋼材群の鋼材をダイスのダイス孔に通過させて引抜加工させる引抜工程とを実施する鋼材引抜加工方法であって、
鋼材群の鋼材をダイスで引き抜き開始するのに先立って、ダイスを加熱源により加熱させて、ダイスの温度を、引抜加工時のダイスの温度域、または、引抜加工時のダイスの温度域に対して７０％〜１００％の温度域に昇温させる昇温操作を実施し、昇温操作後に、鋼材の引抜加工を開始することにより、引抜加工の開始初期から鋼材の外径寸法の安定化を図ることを特徴とする鋼材引抜加工方法。
【請求項２】
請求項１において、加熱源は、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されており、
昇温操作は、ダイスを鋼材引抜用ダイス装置から離脱させた状態において、鋼材引抜用ダイス装置から離脱されている加熱源によりダイスを加熱させる操作と、その後、加熱させたダイスを鋼材引き抜き加工装置に取り付ける操作とにより実施されることを特徴とする鋼材引抜加工方法。
【請求項３】
鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、ダイスを嵌合させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源とを具備しており、
加熱源は、引抜加工における引抜加重が加熱源に作用することを抑制させるように、ダイス孔の中心軸線に対して直交する軸直角方向においてダイスと重ならない位置に配置されていることを特徴とする鋼材引抜用ダイス装置。
【請求項４】
鋼材を通過させるダイス孔をもつ引抜加工用のダイスと、先端開口からダイスを嵌合させて保持させる凹部をもつケースと、ダイスを加熱させる加熱源と、ケースの凹部の先端開口を覆うようにケースに固定されケースの凹部に嵌合されたダイスを外れ止めする被覆カバーとを具備しており、加熱源は、被覆カバーに配置されていることを特徴とする鋼材引抜用ダイス装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１０１２９（Ｐ２０１３−１０１２９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５４４４（Ｐ２０１１−１４５４４４）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５９１０４３４９９）宮崎精鋼株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（５９１０４３４９９）宮崎精鋼株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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