鋼管引抜装置、及び鋼管引抜方法
【課題】素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り応力がかからないようにし、当該芯吊りボルトが切断されないようにする。
【解決手段】鋼管引抜工程において、ワーク４３は、フローティングダイス４１に当接して外形が制限され、同時にプラグ４２のフローティング部４２ａに当接して肉厚が制限される。このとき、プラグ４２のフローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、垂直ベクトル成分反力ＰＳと水平ベクトル成分反力ＰＨとに分解され、水平ベクトル成分反力ＰＨのみがプラグ４２の引抜方向に寄与する力の成分となる。ここで、水平ベクトル成分反力ＰＨとプラグ４２の右方向先端部の芯吊りボルト（図示せず）が引抜方向に引き込まれる力ＰＺとが釣り合う点でプラグ４２は停止する。よって、芯吊りボルトに加わる引っ張り力はＰＨ−ＰＺであってほぼゼロになり、切断されるおそれはない。
【解決手段】鋼管引抜工程において、ワーク４３は、フローティングダイス４１に当接して外形が制限され、同時にプラグ４２のフローティング部４２ａに当接して肉厚が制限される。このとき、プラグ４２のフローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、垂直ベクトル成分反力ＰＳと水平ベクトル成分反力ＰＨとに分解され、水平ベクトル成分反力ＰＨのみがプラグ４２の引抜方向に寄与する力の成分となる。ここで、水平ベクトル成分反力ＰＨとプラグ４２の右方向先端部の芯吊りボルト（図示せず）が引抜方向に引き込まれる力ＰＺとが釣り合う点でプラグ４２は停止する。よって、芯吊りボルトに加わる引っ張り力はＰＨ−ＰＺであってほぼゼロになり、切断されるおそれはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管引抜装置及び鋼管引抜方法に関するものであり、特に、ダイスとプラグとを鋼管引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置、及び鋼管引抜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、資源開発用のボーリングロッドや自動車のシャフトなどは、軽量化及び材料コストを削減する観点から、所望の肉厚を有した中空のシャフトが好んで用いられている。これらの用途に供される中空のシャフトは、長手方向に複数の外径と複数の内径とを有する段付きの引抜鋼管で形成されている。このような引抜鋼管は、一般的にはダイスとプラグとを用いて素材鋼管を冷間引抜することによって製造される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、軸方向に突起を有するダイスとプラグとを用いて、素材鋼管からプロフィルスリットの形成された引抜鋼管を製造する技術も開示されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。この技術によれば、素材鋼管に切削加工を施すことなく、該素材鋼管の引抜工程において自動的にプロフィルスリットが形成されるので、工程数の削減によって引抜鋼管の加工コストをさらに低減させることができる。
【０００３】
このような引抜鋼管の製造方法によれば、鋼管引抜装置を用いて素材鋼管がダイスとプラグとの間で狭圧されながら引き抜かれることにより、所望のサイズの引抜鋼管が製造される。このとき、素材鋼管の引抜位置に応じてダイスのベアリング径とタップのベアリング径とを適宜に変えることにより、長手方向に複数の外径と複数の内径とを有する段付き引抜鋼管を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−７３１１３号公報
【特許文献２】特開昭５９−７３１１５号公報
【特許文献３】特開平１０−２４９４３１号公報
【特許文献４】特開平１１−２２１６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の鋼管引抜装置は、鋼管引抜時において、素材鋼管を引抜くためにプラグに連結された芯吊りボルトに過剰な応力（引っ張り応力）が加わり、当該芯吊りボルトが切断させるおそれがある。すなわち、鋼管引抜装置によって素材鋼管を引き抜くとき、鋼管の厚肉部から薄肉部へ移行する過程において過大な引っ張り応力が加わるので、芯吊りボルトがプラグから切断してしまうおそれがある。特に、径の小さい引抜鋼管を製造する場合は、必然的にプラグ及び芯吊りボルトの径が小さくなるので芯吊りボルトが切断されやすくなる。
【０００６】
そこで、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り応力がかからないようにし、当該芯吊りボルトが切断されないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造することを特徴とする鋼管引抜装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、プラグの小径領域によって形成される引抜鋼管の厚肉部からプラグの大径領域によって形成される引抜鋼管の薄肉部へ移行する過程において、フローティング領域においてプラグが素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトルとプラグの引っ張り力とが釣り合う点において該プラグが停止する。よって、鋼管引抜時にプラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時に芯吊りボルトにかかる引っ張り力によって該芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記フローティング角度が、前記プラグにおける大径領域の半径と小径領域の半径との差分によって決定されることを特徴とする請求項１記載の鋼管引抜装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、プラグのフローティング領域に形成されるフローティング角度は、該プラグの小径領域で形成される引抜鋼管の厚肉部と該プラグの大径領域で形成される引抜鋼管の薄肉部との肉厚差によって最適に決定される。従って、厚肉部と薄肉部の肉厚差が大きい引抜鋼管であっても、芯吊りボルトに加わる引っ張り力をほぼゼロに軽減することができるので、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。また、小径の引抜鋼管を形成する場合であっても、細い芯吊りボルトに加わる引っ張り力をほぼゼロにすることができるので、細い芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはない。
【００１１】
請求項３記載の発明は、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度のフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備えて成る鋼管引抜装置による鋼管引抜方法であって、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて該素材鋼管から段付きの引抜鋼管を生成するとき、前記プラグの小径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の厚肉部を形成する第１のステップと、前記プラグのフローティング領域の相対移動によって、該フローティング領域が前記素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトル成分と前記プラグの引抜方向への引っ張り力とを釣り合せる第２のステップと、前記プラグの大径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の薄肉部を形成する第３のステップとを実行することを特徴とする鋼管引抜方法を提供する。
【００１２】
この方法によれば、素材鋼管を引き抜くとき、厚肉部から薄肉部へ移行する過程においてフローティングダイスとプラグのフローティング領域との相互作用によって、プラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記フローティング角度が前記厚肉部と前記薄肉部との肉厚差によって決定されることを特徴とする請求項３記載の鋼管引抜方法を提供する。
【００１４】
この方法によれば、プラグのフローティング領域のフローティング角は、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定される。従って、厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きく異なる引抜鋼管であっても、極めて細い引抜鋼管であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、フローティングダイスと、フローティング領域を有するプラグとを対向させて、両者を相対移動させて引抜鋼管を形成しているので、鋼管引抜時にプラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。従って、鋼管引抜時におけるプラグの引っ張り力によって芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、プラグのフローティング角度は、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、厚肉部と薄肉部の肉厚差が大きい引抜鋼管を形成する場合であっても、小径の引抜鋼管を形成する場合であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはない。
【００１７】
請求項３記載の発明は、素材鋼管を引き抜くとき、フローティングダイスとプラグのフローティング領域との相互作用によって、プラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、プラグのフローティング角度は引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定されるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、如何なる肉厚形状の引抜鋼管を形成する場合であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な鋼管引抜装置の側面図。
【図２】図１のＡ部の詳細を示す縦断面図。
【図３】本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイス支持台の側面図。
【図４】図３Ｂ部の詳細を示す縦断面図。
【図５】本発明の鋼管引抜装置に適用されるプラグ支持台の横断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイスとプラグによる引抜状態を示す縦断面図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置で製造された引抜鋼管を例示する縦断面図。
【図８】一般的な鋼管引抜装置を用いてダイスとプラグにより素材鋼管（ワーク）を引き抜く状態を示す要部断面図。
【図９】本発明の鋼管引抜装置においてフローティングダイスを用いてワークを引き抜く状態を示す要部断面図。
【図１０】本発明の鋼管引抜装置に適用されるフローティングダイスと共に用いられるプラグの長手方向を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り応力がかからないようにし、当該芯吊りボルトが切断されないようにするという目的を達成するために、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置を構成することによって実現した。
【００２１】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図１０に従って詳細に説明する。尚、以下に説明する実施例に用いる各図面については同一の構成要素は原則として同一の符合を付し、且つ重複する説明は省略する。
【実施例】
【００２２】
先ず、中空の引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置の一般的な構成について説明する。図１は、一般的な鋼管引抜装置の側面図であり、図２は、図１のＡ部の詳細を示す縦断面図である。図１及び図２に示すように、床に固定したフレーム１のほぼ中央部にダイス２を固定するダイス支持台３が設けられている。さらに、プラグ４と該プラグ４を支えるプラグ支持棒５を備え、該プラグ支持棒５は、プラグ支持台６に図示しない油圧シリンダ等を介して固定されている。また、素材鋼管7は、プラグ４及びプラグ支持棒５の外径側に嵌入され、該素材鋼管7の先端部は引抜車９に設けられたハサミ８で狭持されている。さらに、該引抜車９のツメ１０が、図示しない強力な駆動源により駆動されたチェーン１１によって強力に引張られることにより、素材鋼管7は、ダイス2とプラグ４との間で狭圧されて引き抜かれ、引抜鋼管７ｂが製造される。
【００２３】
本発明の鋼管引抜装置では、複数の内径及び外径を有する段付きの引抜鋼管７ｂを製造する場合において、複数箇のベアリング面を持つダイス２と複数箇のベアリング面を持つプラグ４とを組合せ、該ダイス２及び該プラグ４を引抜方向に対して相対的に正逆方向に移動できるように構成されている。これによって、引抜鋼管７ｂが小内径管であっても内部に皺が発生することはなくなり、且つ、強靭で寸法精度の高い引抜鋼管を製造することができる。
【００２４】
このような鋼管引抜装置を実現するためには、ダイス２とプラグ４の関連保持の仕方が従来と異なるので、先ずこれらの構成について説明する。図３は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイス支持台の側面図であり、図４は、図３Ｂ部の詳細を示す縦断面図である。
【００２５】
図３に示すように、フレーム１にストッパ１６を強力に固定して設け、補強部材１７で補強する。一方、ダイス２を駆動する第１油圧シリンダ２０を装着したダイス支持台３０は、台車１２に移動可能に装架されていて、台車１２はレール１２ａ上を移動する。また、ダイス支持台固定ラム１５は、その一端がストッパ１６に固定されている。具体的には、図４に示すように、ダイス支持台３０における円筒形凹部３０ｃの底部３０ａに、ダイス支持台固定ラム１５の一端の大径フランジ部１５ｂの面１５ａを、ピストンロッド２３とビン２５とで結合されたダイス支持台固定ラム１５より突出した耳金２４を介して、第１油圧シリンダ２０の圧力で押圧する。
【００２６】
このとき、第１油圧シリンダ２０に発生する押圧力（押付け力）は管引抜力に対抗する力であり、第１油圧シリンダ２０の押圧力は管引抜力（例えば、１５０〜２００ｔ）より強力でなければならない。このような強力な力で空間上の存在する点に固定するには、ストッパ１６に押付けて固定する方法が最も簡便な方法である。
【００２７】
また、ダイス２はダイス支持台３０に取付けられている。従って、ダイス２の固定位置は、ダイス支持台３０の右側の固定位置とストツバ１６の１６ｄ面に、ダイス支持台３０の面３０ｂが当接した位置が、左側の固定位置に対応した位置となる。
【００２８】
図５は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるプラグ支持台の横断面図である。図５に示すように、ストッパ１６ａはフレーム1に強固に固定して設けられ、更に、ストッパ１６ａは補強部材１７ａで補強されている。また、中空調節ねじ軸１８にはプラグ支持棒５が嵌入され、該プラグ支持棒５の端部のつば部５ａを係止して支持する中空調節ねじ軸１８は、外周にねじを切りナット式ストッパ１９がねじ込まれている。ナット式ストッパ１９は、引抜鋼管の要求寸法に合せられるようにねじ調整することができる。
【００２９】
左側のナット式ストッパ１９が、ストッパ１６ａの面１６ｂに当接する位置が右側固定位置であり、ストツバ１６ａの面１６ｃに右側のナット式ストッパ１９が当接する位置が左側固定位置である。また、フレーム１に固定されたプラグ駆動用の第２油圧シリンダ２０ａの押し或いは引き圧力は、当然、管引抜き圧力より強い圧力を発生する。また、ラム２１は中空調節ねじ軸１８端に嵌入し、該ラム２１の先端の雄ねじにラム固定ナット２２をねじ込み、中空調節ねじ軸１８に固定してある。
【００３０】
尚、ダイス２又はプラグ４の固定或いは管引抜き中の移動については、図３に示すように、第１油圧ユニット１３からの油圧が配管１４を通じて第１油圧シリンダ２０に供給され、該第１油圧シリンダ２０によってダイス２が駆動される。また、図５に示すように、第２油圧ユニット１３ａからの油圧が配管１４ａを通じて第２油圧シリンダ２０ａに供給さ、該第２油圧シリンダ２０ａによってプラグ４が駆動される。即ち、図３の第１油圧シリンダ２０はダイス駆動用の油圧シリンダであり、図５の第２油圧シリンダ２０ａはプラグ駆動用の油圧シリンダである。尚、プラグ４はプラグ支持棒５の先端に装着されているため、図５では図示されていない。
【００３１】
ここで、本実施例における鋼管引抜装置の特徴とする点は、図５に示すように、プラグ駆動用の第２油圧シリンダ２０ａに位置検出センサ２０ｂが付設されている点である。具体的には、位置検出センサ２０ｂは第２油圧シリンダ２０ａとラム２１との間に付設することができる。そして、該位置検出センサ２０ｂは、制御系のフィードバックループを構成し、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置を検出して位置検出信号をコンピュータにフィードバックして、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置に対応して移動速度の制御を行うように構成されている。
【００３２】
このとき、引抜鋼管の引抜速度と第２油圧シリンダ２０ａの移動速度には互換性（即ち、１対１の対応関係）が設けられているので、結果的には、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置に応じて引抜鋼管の引抜速度が制御されることになる。尚、位置検出センサ２０ｂは、例えばエンコーダなどによって容易に実現することができる。
【００３３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイスとプラグによる引抜状態を示す縦断面図であり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置で製造された引抜鋼管を例示する縦断面図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本発明に係るプラグ４とダイス２は夫々二段の径を有している。フラグ４の先端は小径のベアリング径ｄ３に続いて根本側に大径のベアリング径ｄ４を有しており、ダイス２はプラグ４の各ベアリング径ｄ３、ｄ４に対向して素材鋼管７を狭圧する小径のベアリング径ｄ２をプラグ４の根本方向の側に形成し、プラグ４の大径のベアリング径ｄ４に対向して素材鋼管７を狭圧する大径のベアリング径ｄ１をプラグ４の先端方向側に形成している。
【００３４】
従って、引抜鋼管７ｂの内外径は、プラグ４のベアリング径ｄ３（小径）とダイス２のベアリング径ｄ２（小径）によって決定される図６（ａ）に示す状態と、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）とダイス２のベアリング径ｄ２（小径）によって決定される図６（ｂ）に示す状態と、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）とダイス２のベアリング径ｄ１（大径）とによって決定される図６（ｃ）に示す状態とを形成することができる。
【００３５】
次に、前述の鋼管引抜装置を使用してダイス２とプラグ４を用いて実施する鋼管引抜作業について説明する。図７は鋼管引抜き状態を示す縦断面図であって、同図（ａ）は、ダイス支持台３０を図３で説明した左側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した右側固定位置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ２（小径）、プラグ４のベアリング径ｄ３（小径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３６】
図６（ｂ）は、ダイス支持台３０は図３で説明した左側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した左側固定拉置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ２（小径）、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３７】
図６（ｃ）は、ダイス支持台３０は図３で説明した右側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した左側固定位置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ１（大径）、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３８】
即ち、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の作業をこの順で続けると、図７（ｂ）に示す引抜鋼管７ｂが製造され、図６（ａ）、（ｂ）、（ａ）の順に作業を続けると図７（ａ）に示す引抜鋼管が製造され、図６（ｃ）、（ｂ）、（ｃ）の順に作業を続けると図７（ｃ）に示す引抜鋼管が製造される。尚、引抜き作業中にダイス支持台３０又はプラグ４の支持位置を移動するには、鋼管の引抜速度とダイス２又はプラグ４の移動速度の関係を考慮して、内部に組込まれた第１油圧ユニット１３によって駆動される第１油圧シリンダ２０、及び第２油圧ユニット１３ａによって駆動される第２油圧シリンダ２０ａによって行われる。
【００３９】
ところで、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り力が加わり、当該芯吊りボルトがプラグから切断するおそれがある。すなわち、鋼管引抜装置によって素材鋼管を引き抜くとき、鋼管の厚肉部から薄肉部へ移行する過程において過大な引っ張り力が加わるので、芯吊りボルト（図１に示すプラグ支持棒５）がプラグから切断してしまうおそれがある。このような芯吊りボルトの切断現象について、以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００４０】
図８は、一般的な鋼管引抜装置を用いてダイスとプラグにより素材鋼管（ワーク）を引き抜く状態を示す要部断面図である。図８に示すように、ダイス２とプラグ４に狭圧された素材鋼管（ワーク）３１に対して、プラグ４を図の右方向（矢印Ｆの方向）へ引っ張ると、図の左方が固定部材（図示せず）で固定されている芯吊りボルト（プラグ支持棒）５にＦ（例えば、１００トン）の引っ張り力が加わる。このとき、鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きいほど（即ち、図７（ａ）におけるｄ３とｄ４の差が大きいほど）芯吊りボルト５に加わる引っ張り力Ｆが大きくなる。特に、直径の小さい素材鋼管を引き抜くほど芯吊りボルト５も細くなるので、鋼管引抜時において芯吊りボルト５が切断されやすくなる。
【００４１】
図８を用いてさらに詳しく説明すると、引抜鋼管を生成するためにワーク３１を所定の速度で引き抜くとき、厚肉部から薄肉部へ移行する過程においてワーク３１とプラグ４との間に隙間３２が生じるので、芯吊りボルト５には大きな引っ張り力Ｆが加わる。その結果、芯吊りボルト５がプラグ４から切断されてしまうおそれがある。
【００４２】
そこで、本発明では、フローティングダイスを用いることによって、ワークの引抜時に芯吊りボルトにかかる引っ張り力を軽減させている。尚、フローティングダイスとは、ダイスの内部にスプリング機構が設けられていて、ダイスに所定値以上の押圧力が加わると、その反力によってスプリング機構が押圧されてダイスの押圧力が軽減されるように構成されたものである。このようなフローティングダイスは両押ダイスとも呼ばれている。
【００４３】
図９は、本発明の鋼管引抜装置においてフローティングダイスを用いてワークを引き抜く状態を示す断面図である。即ち、図９は、フローティングダイス４１と多段のプラグ４２とによってワーク４３の引抜作業を行う状態を示す要部断面図である。図９に示すように、鋼管引抜工程において、ワーク４３はフローティングダイス４１に当接して外形が制限されるが、このとき、同時に、ワーク４３はプラグ４２のフローティング部４２ａに当接して肉厚が制限される。そして、最後に、ワーク４３は強く折り曲げられて引抜鋼管としての成形が完了する。
【００４４】
このようなフローティングダイス４１を用いた方式の鋼管引抜装置では、プラグ４２のフローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、垂直ベクトル成分反力ＰＳと水平ベクトル成分反力ＰＨとに分解することができる。即ち、フローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、その水平ベクトル成分反力ＰＨのみがプラグ４２の引抜方向に寄与する力の成分となる。言い換えると、フローティング部４２ａがワーク４３から受ける水平ベクトル成分反力ＰＨと、プラグ４２の右方向先端部の芯吊りボルト（図示せず）が引抜方向に引き込まれる力ＰＺとが釣り合う点でプラグ４２は停止することができる。その結果、プラグ４２の先端部の芯吊りボルトに加わる引っ張り力は、ＰＨ−ＰＺであってほぼゼロになる。従って、鋼管引抜工程において、鋼管の厚肉部から薄肉部に移動する過程で芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００４５】
また、このようなフローティングダイス４１とプラグ４２とを用いた方式の鋼管引抜装置では、ワーク４３の外径と肉厚を同時に制限する（即ち、フローティングダイス４１とプラグ４２とによって外径と肉厚を同時に押圧する）ことができるので、鋼管の厚肉部から薄肉部への断面減少率(リダクション)を大きく取ることができる。さらに、芯吊りボルトは、鋼管引抜時にプラグ４２を挿入するときにのみ使用するだけであるので、鋼管引抜中に芯吊りボルトに大きな引張り力が加わるおそれはなくなる。その結果、芯吊りボルトの径を小さくすることができるので、小径の引抜鋼管を形成することもできる。また、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差（例えば、図７（ａ）のｄ３とｄ４との差）を大きく取ることができるので、肉厚の変化範囲が大きな段付き引抜鋼管を形成することもできる。言い換えると、鋼管引抜時に芯吊りボルトを切断させることなく、鋼管の両端部分の肉厚を厚くし、中間部分の肉厚を可能な限り薄くした引抜鋼管を容易に形成することができる。
【００４６】
図１０は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるフローティングダイスと共に用いられるプラグの長手方向を示す断面図である。図１０に示すように、このプラグは、所定の厚肉部内径Ｄ１を有して引抜鋼管の肉厚が例えば８．５ｍｍとなる厚肉部Ａと、所定のテーパ角度θ１が形成されたテーパ部Ｂと、所定の薄肉部内径Ｄ２を有して肉厚が例えば６ｍｍとなる薄肉部Ｃと、所定のフローティング角度θ２を有するフローティング部Ｄとによって形成され、その先端部分には所定の有効長Ｌ１を有するネジ５０が形成された芯吊りボルト部Ｅが設けられている。すなわち、プラグの部分は薄肉部Ｃとフローティング部Ｄと材料管内径部Ｇとによってフローティングタイプ部Ｈが形成されている。
【００４７】
通常のプラグの形状では薄肉部Ｃの部分で芯吊りボルト部Ｅにかかる引っ張り力が最大となる。そこで、図１０に示すように、薄肉部Ｃの終端部分から所定のフローティング角度θ２を有するフローティング部Ｄを形成する。このとき、厚肉部Ａと薄肉部Ｃとの肉厚差に応じて計算した最適なフローティング角度θ２となるようなフローティング部Ｄを設けることによって、厚肉部Ａから薄肉部Ｃへの鋼管引抜時において芯吊りボルト部Ｅにかかる引っ張り力をほぼゼロにすることができる。これによって、鋼管引抜時において、芯吊りボルト部Ｅがネジ５０の接続部分で切断されるおそれはなくなる。
【００４８】
尚、ここでは、肉厚が２段の引抜鋼管について説明したが、これに限ることはなく肉厚が多段の引抜鋼管についても本発明が適用されることは言うまでもない。さらに本発明は、具体的な一例として上記の実施例について説明したが、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の鋼管引抜装置は、鋼管引抜時に芯吊りボルトがプラグから切断するおそれがないので、厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きい引抜鋼管や外径の細い引抜鋼管を安定的かつ安価に生産することができるので、自動車産業や建設機械産業などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ フレーム
２ ダイス
３ ダイス支持台
４ プラグ
５ プラグ支持棒（芯吊りボルト）
５ａ つば部
６ プラグ支持台
７ 素材鋼管
７ａ 先端部
７ｂ 引抜鋼管
８ ハサミ
９ 引抜車
１０ ツメ
１１ チェーン
１２ 台車
１２ａ レール
１３ 第１油圧ユニット
１３ａ 第２油圧ユニット
１４、１４ａ 配管
１５ ダイス支持台固定ラム
１５ｂ 大径フランジ部
１６、１６ａ ストッパ
１７ 補強材
１７ａ 補強部材
１８ 中空調節ねじ軸
１９ ナット式ストッパ
２０ 第１油圧シリンダ
２０ａ 第２油圧シリンダ
２０ｂ 位置検出センサ
２１ ラム
２２ ラム固定ナット
２３ プストンロッド
２４ 耳金
２５ ピン
３０ ダイス支持台
３２ 隙間
４１ フローティングダイス
４２ プラグ
４２ａ フローティング部
４３ ワーク
５０ ネジ
ｄ１ ダイスの大径ベアリング
ｄ２ ダイスの小径ベアリング
ｄ３ プラグの小径ベアリング
ｄ４ プラグの大径ベアリング
Ａ 厚肉部
Ｂ テーパ部
Ｃ 薄肉部
Ｄ フローティング部
Ｅ 芯吊りボルト部
Ｇ 材料管内径部
Ｈ フローティングタイプ部
Ｌ 全長
Ｌ１ 有効長
Ｄ１ 厚肉部内径
Ｄ２ 薄肉部内径
θ１ テーパ角度
θ２ フローティング角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管引抜装置及び鋼管引抜方法に関するものであり、特に、ダイスとプラグとを鋼管引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置、及び鋼管引抜方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、資源開発用のボーリングロッドや自動車のシャフトなどは、軽量化及び材料コストを削減する観点から、所望の肉厚を有した中空のシャフトが好んで用いられている。これらの用途に供される中空のシャフトは、長手方向に複数の外径と複数の内径とを有する段付きの引抜鋼管で形成されている。このような引抜鋼管は、一般的にはダイスとプラグとを用いて素材鋼管を冷間引抜することによって製造される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、軸方向に突起を有するダイスとプラグとを用いて、素材鋼管からプロフィルスリットの形成された引抜鋼管を製造する技術も開示されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。この技術によれば、素材鋼管に切削加工を施すことなく、該素材鋼管の引抜工程において自動的にプロフィルスリットが形成されるので、工程数の削減によって引抜鋼管の加工コストをさらに低減させることができる。
【０００３】
このような引抜鋼管の製造方法によれば、鋼管引抜装置を用いて素材鋼管がダイスとプラグとの間で狭圧されながら引き抜かれることにより、所望のサイズの引抜鋼管が製造される。このとき、素材鋼管の引抜位置に応じてダイスのベアリング径とタップのベアリング径とを適宜に変えることにより、長手方向に複数の外径と複数の内径とを有する段付き引抜鋼管を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−７３１１３号公報
【特許文献２】特開昭５９−７３１１５号公報
【特許文献３】特開平１０−２４９４３１号公報
【特許文献４】特開平１１−２２１６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の鋼管引抜装置は、鋼管引抜時において、素材鋼管を引抜くためにプラグに連結された芯吊りボルトに過剰な応力（引っ張り応力）が加わり、当該芯吊りボルトが切断させるおそれがある。すなわち、鋼管引抜装置によって素材鋼管を引き抜くとき、鋼管の厚肉部から薄肉部へ移行する過程において過大な引っ張り応力が加わるので、芯吊りボルトがプラグから切断してしまうおそれがある。特に、径の小さい引抜鋼管を製造する場合は、必然的にプラグ及び芯吊りボルトの径が小さくなるので芯吊りボルトが切断されやすくなる。
【０００６】
そこで、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り応力がかからないようにし、当該芯吊りボルトが切断されないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造することを特徴とする鋼管引抜装置を提供する。
【０００８】
この構成によれば、プラグの小径領域によって形成される引抜鋼管の厚肉部からプラグの大径領域によって形成される引抜鋼管の薄肉部へ移行する過程において、フローティング領域においてプラグが素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトルとプラグの引っ張り力とが釣り合う点において該プラグが停止する。よって、鋼管引抜時にプラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時に芯吊りボルトにかかる引っ張り力によって該芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記フローティング角度が、前記プラグにおける大径領域の半径と小径領域の半径との差分によって決定されることを特徴とする請求項１記載の鋼管引抜装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、プラグのフローティング領域に形成されるフローティング角度は、該プラグの小径領域で形成される引抜鋼管の厚肉部と該プラグの大径領域で形成される引抜鋼管の薄肉部との肉厚差によって最適に決定される。従って、厚肉部と薄肉部の肉厚差が大きい引抜鋼管であっても、芯吊りボルトに加わる引っ張り力をほぼゼロに軽減することができるので、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。また、小径の引抜鋼管を形成する場合であっても、細い芯吊りボルトに加わる引っ張り力をほぼゼロにすることができるので、細い芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはない。
【００１１】
請求項３記載の発明は、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度のフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備えて成る鋼管引抜装置による鋼管引抜方法であって、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて該素材鋼管から段付きの引抜鋼管を生成するとき、前記プラグの小径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の厚肉部を形成する第１のステップと、前記プラグのフローティング領域の相対移動によって、該フローティング領域が前記素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトル成分と前記プラグの引抜方向への引っ張り力とを釣り合せる第２のステップと、前記プラグの大径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の薄肉部を形成する第３のステップとを実行することを特徴とする鋼管引抜方法を提供する。
【００１２】
この方法によれば、素材鋼管を引き抜くとき、厚肉部から薄肉部へ移行する過程においてフローティングダイスとプラグのフローティング領域との相互作用によって、プラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、前記フローティング角度が前記厚肉部と前記薄肉部との肉厚差によって決定されることを特徴とする請求項３記載の鋼管引抜方法を提供する。
【００１４】
この方法によれば、プラグのフローティング領域のフローティング角は、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定される。従って、厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きく異なる引抜鋼管であっても、極めて細い引抜鋼管であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の発明は、フローティングダイスと、フローティング領域を有するプラグとを対向させて、両者を相対移動させて引抜鋼管を形成しているので、鋼管引抜時にプラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。従って、鋼管引抜時におけるプラグの引っ張り力によって芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１６】
請求項２記載の発明は、プラグのフローティング角度は、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、厚肉部と薄肉部の肉厚差が大きい引抜鋼管を形成する場合であっても、小径の引抜鋼管を形成する場合であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはない。
【００１７】
請求項３記載の発明は、素材鋼管を引き抜くとき、フローティングダイスとプラグのフローティング領域との相互作用によって、プラグを引っ張る芯吊りボルトの引っ張り力をほぼゼロにすることができる。その結果、鋼管引抜時において芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、プラグのフローティング角度は引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差によって最適に決定されるので、請求項３記載の発明の効果に加えて、如何なる肉厚形状の引抜鋼管を形成する場合であっても、芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な鋼管引抜装置の側面図。
【図２】図１のＡ部の詳細を示す縦断面図。
【図３】本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイス支持台の側面図。
【図４】図３Ｂ部の詳細を示す縦断面図。
【図５】本発明の鋼管引抜装置に適用されるプラグ支持台の横断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイスとプラグによる引抜状態を示す縦断面図。
【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置で製造された引抜鋼管を例示する縦断面図。
【図８】一般的な鋼管引抜装置を用いてダイスとプラグにより素材鋼管（ワーク）を引き抜く状態を示す要部断面図。
【図９】本発明の鋼管引抜装置においてフローティングダイスを用いてワークを引き抜く状態を示す要部断面図。
【図１０】本発明の鋼管引抜装置に適用されるフローティングダイスと共に用いられるプラグの長手方向を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り応力がかからないようにし、当該芯吊りボルトが切断されないようにするという目的を達成するために、フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置を構成することによって実現した。
【００２１】
以下、本発明の好適な実施例を図１乃至図１０に従って詳細に説明する。尚、以下に説明する実施例に用いる各図面については同一の構成要素は原則として同一の符合を付し、且つ重複する説明は省略する。
【実施例】
【００２２】
先ず、中空の引抜鋼管を製造する鋼管引抜装置の一般的な構成について説明する。図１は、一般的な鋼管引抜装置の側面図であり、図２は、図１のＡ部の詳細を示す縦断面図である。図１及び図２に示すように、床に固定したフレーム１のほぼ中央部にダイス２を固定するダイス支持台３が設けられている。さらに、プラグ４と該プラグ４を支えるプラグ支持棒５を備え、該プラグ支持棒５は、プラグ支持台６に図示しない油圧シリンダ等を介して固定されている。また、素材鋼管7は、プラグ４及びプラグ支持棒５の外径側に嵌入され、該素材鋼管7の先端部は引抜車９に設けられたハサミ８で狭持されている。さらに、該引抜車９のツメ１０が、図示しない強力な駆動源により駆動されたチェーン１１によって強力に引張られることにより、素材鋼管7は、ダイス2とプラグ４との間で狭圧されて引き抜かれ、引抜鋼管７ｂが製造される。
【００２３】
本発明の鋼管引抜装置では、複数の内径及び外径を有する段付きの引抜鋼管７ｂを製造する場合において、複数箇のベアリング面を持つダイス２と複数箇のベアリング面を持つプラグ４とを組合せ、該ダイス２及び該プラグ４を引抜方向に対して相対的に正逆方向に移動できるように構成されている。これによって、引抜鋼管７ｂが小内径管であっても内部に皺が発生することはなくなり、且つ、強靭で寸法精度の高い引抜鋼管を製造することができる。
【００２４】
このような鋼管引抜装置を実現するためには、ダイス２とプラグ４の関連保持の仕方が従来と異なるので、先ずこれらの構成について説明する。図３は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイス支持台の側面図であり、図４は、図３Ｂ部の詳細を示す縦断面図である。
【００２５】
図３に示すように、フレーム１にストッパ１６を強力に固定して設け、補強部材１７で補強する。一方、ダイス２を駆動する第１油圧シリンダ２０を装着したダイス支持台３０は、台車１２に移動可能に装架されていて、台車１２はレール１２ａ上を移動する。また、ダイス支持台固定ラム１５は、その一端がストッパ１６に固定されている。具体的には、図４に示すように、ダイス支持台３０における円筒形凹部３０ｃの底部３０ａに、ダイス支持台固定ラム１５の一端の大径フランジ部１５ｂの面１５ａを、ピストンロッド２３とビン２５とで結合されたダイス支持台固定ラム１５より突出した耳金２４を介して、第１油圧シリンダ２０の圧力で押圧する。
【００２６】
このとき、第１油圧シリンダ２０に発生する押圧力（押付け力）は管引抜力に対抗する力であり、第１油圧シリンダ２０の押圧力は管引抜力（例えば、１５０〜２００ｔ）より強力でなければならない。このような強力な力で空間上の存在する点に固定するには、ストッパ１６に押付けて固定する方法が最も簡便な方法である。
【００２７】
また、ダイス２はダイス支持台３０に取付けられている。従って、ダイス２の固定位置は、ダイス支持台３０の右側の固定位置とストツバ１６の１６ｄ面に、ダイス支持台３０の面３０ｂが当接した位置が、左側の固定位置に対応した位置となる。
【００２８】
図５は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるプラグ支持台の横断面図である。図５に示すように、ストッパ１６ａはフレーム1に強固に固定して設けられ、更に、ストッパ１６ａは補強部材１７ａで補強されている。また、中空調節ねじ軸１８にはプラグ支持棒５が嵌入され、該プラグ支持棒５の端部のつば部５ａを係止して支持する中空調節ねじ軸１８は、外周にねじを切りナット式ストッパ１９がねじ込まれている。ナット式ストッパ１９は、引抜鋼管の要求寸法に合せられるようにねじ調整することができる。
【００２９】
左側のナット式ストッパ１９が、ストッパ１６ａの面１６ｂに当接する位置が右側固定位置であり、ストツバ１６ａの面１６ｃに右側のナット式ストッパ１９が当接する位置が左側固定位置である。また、フレーム１に固定されたプラグ駆動用の第２油圧シリンダ２０ａの押し或いは引き圧力は、当然、管引抜き圧力より強い圧力を発生する。また、ラム２１は中空調節ねじ軸１８端に嵌入し、該ラム２１の先端の雄ねじにラム固定ナット２２をねじ込み、中空調節ねじ軸１８に固定してある。
【００３０】
尚、ダイス２又はプラグ４の固定或いは管引抜き中の移動については、図３に示すように、第１油圧ユニット１３からの油圧が配管１４を通じて第１油圧シリンダ２０に供給され、該第１油圧シリンダ２０によってダイス２が駆動される。また、図５に示すように、第２油圧ユニット１３ａからの油圧が配管１４ａを通じて第２油圧シリンダ２０ａに供給さ、該第２油圧シリンダ２０ａによってプラグ４が駆動される。即ち、図３の第１油圧シリンダ２０はダイス駆動用の油圧シリンダであり、図５の第２油圧シリンダ２０ａはプラグ駆動用の油圧シリンダである。尚、プラグ４はプラグ支持棒５の先端に装着されているため、図５では図示されていない。
【００３１】
ここで、本実施例における鋼管引抜装置の特徴とする点は、図５に示すように、プラグ駆動用の第２油圧シリンダ２０ａに位置検出センサ２０ｂが付設されている点である。具体的には、位置検出センサ２０ｂは第２油圧シリンダ２０ａとラム２１との間に付設することができる。そして、該位置検出センサ２０ｂは、制御系のフィードバックループを構成し、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置を検出して位置検出信号をコンピュータにフィードバックして、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置に対応して移動速度の制御を行うように構成されている。
【００３２】
このとき、引抜鋼管の引抜速度と第２油圧シリンダ２０ａの移動速度には互換性（即ち、１対１の対応関係）が設けられているので、結果的には、第２油圧シリンダ２０ａのストローク位置に応じて引抜鋼管の引抜速度が制御されることになる。尚、位置検出センサ２０ｂは、例えばエンコーダなどによって容易に実現することができる。
【００３３】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるダイスとプラグによる引抜状態を示す縦断面図であり、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の鋼管引抜装置で製造された引抜鋼管を例示する縦断面図である。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本発明に係るプラグ４とダイス２は夫々二段の径を有している。フラグ４の先端は小径のベアリング径ｄ３に続いて根本側に大径のベアリング径ｄ４を有しており、ダイス２はプラグ４の各ベアリング径ｄ３、ｄ４に対向して素材鋼管７を狭圧する小径のベアリング径ｄ２をプラグ４の根本方向の側に形成し、プラグ４の大径のベアリング径ｄ４に対向して素材鋼管７を狭圧する大径のベアリング径ｄ１をプラグ４の先端方向側に形成している。
【００３４】
従って、引抜鋼管７ｂの内外径は、プラグ４のベアリング径ｄ３（小径）とダイス２のベアリング径ｄ２（小径）によって決定される図６（ａ）に示す状態と、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）とダイス２のベアリング径ｄ２（小径）によって決定される図６（ｂ）に示す状態と、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）とダイス２のベアリング径ｄ１（大径）とによって決定される図６（ｃ）に示す状態とを形成することができる。
【００３５】
次に、前述の鋼管引抜装置を使用してダイス２とプラグ４を用いて実施する鋼管引抜作業について説明する。図７は鋼管引抜き状態を示す縦断面図であって、同図（ａ）は、ダイス支持台３０を図３で説明した左側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した右側固定位置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ２（小径）、プラグ４のベアリング径ｄ３（小径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３６】
図６（ｂ）は、ダイス支持台３０は図３で説明した左側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した左側固定拉置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ２（小径）、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３７】
図６（ｃ）は、ダイス支持台３０は図３で説明した右側固定位置、プラグ４の支持については図５で説明した左側固定位置に固定して引き抜いている状態を示し、ダイス２のベアリング径ｄ１（大径）、プラグ４のベアリング径ｄ４（大径）によって素材鋼管７が寸法規正されて成形される状態を示している。
【００３８】
即ち、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の作業をこの順で続けると、図７（ｂ）に示す引抜鋼管７ｂが製造され、図６（ａ）、（ｂ）、（ａ）の順に作業を続けると図７（ａ）に示す引抜鋼管が製造され、図６（ｃ）、（ｂ）、（ｃ）の順に作業を続けると図７（ｃ）に示す引抜鋼管が製造される。尚、引抜き作業中にダイス支持台３０又はプラグ４の支持位置を移動するには、鋼管の引抜速度とダイス２又はプラグ４の移動速度の関係を考慮して、内部に組込まれた第１油圧ユニット１３によって駆動される第１油圧シリンダ２０、及び第２油圧ユニット１３ａによって駆動される第２油圧シリンダ２０ａによって行われる。
【００３９】
ところで、素材鋼管を引き抜くときにプラグに連結された芯吊りボルトに過大な引っ張り力が加わり、当該芯吊りボルトがプラグから切断するおそれがある。すなわち、鋼管引抜装置によって素材鋼管を引き抜くとき、鋼管の厚肉部から薄肉部へ移行する過程において過大な引っ張り力が加わるので、芯吊りボルト（図１に示すプラグ支持棒５）がプラグから切断してしまうおそれがある。このような芯吊りボルトの切断現象について、以下、図面を用いて詳細に説明する。
【００４０】
図８は、一般的な鋼管引抜装置を用いてダイスとプラグにより素材鋼管（ワーク）を引き抜く状態を示す要部断面図である。図８に示すように、ダイス２とプラグ４に狭圧された素材鋼管（ワーク）３１に対して、プラグ４を図の右方向（矢印Ｆの方向）へ引っ張ると、図の左方が固定部材（図示せず）で固定されている芯吊りボルト（プラグ支持棒）５にＦ（例えば、１００トン）の引っ張り力が加わる。このとき、鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きいほど（即ち、図７（ａ）におけるｄ３とｄ４の差が大きいほど）芯吊りボルト５に加わる引っ張り力Ｆが大きくなる。特に、直径の小さい素材鋼管を引き抜くほど芯吊りボルト５も細くなるので、鋼管引抜時において芯吊りボルト５が切断されやすくなる。
【００４１】
図８を用いてさらに詳しく説明すると、引抜鋼管を生成するためにワーク３１を所定の速度で引き抜くとき、厚肉部から薄肉部へ移行する過程においてワーク３１とプラグ４との間に隙間３２が生じるので、芯吊りボルト５には大きな引っ張り力Ｆが加わる。その結果、芯吊りボルト５がプラグ４から切断されてしまうおそれがある。
【００４２】
そこで、本発明では、フローティングダイスを用いることによって、ワークの引抜時に芯吊りボルトにかかる引っ張り力を軽減させている。尚、フローティングダイスとは、ダイスの内部にスプリング機構が設けられていて、ダイスに所定値以上の押圧力が加わると、その反力によってスプリング機構が押圧されてダイスの押圧力が軽減されるように構成されたものである。このようなフローティングダイスは両押ダイスとも呼ばれている。
【００４３】
図９は、本発明の鋼管引抜装置においてフローティングダイスを用いてワークを引き抜く状態を示す断面図である。即ち、図９は、フローティングダイス４１と多段のプラグ４２とによってワーク４３の引抜作業を行う状態を示す要部断面図である。図９に示すように、鋼管引抜工程において、ワーク４３はフローティングダイス４１に当接して外形が制限されるが、このとき、同時に、ワーク４３はプラグ４２のフローティング部４２ａに当接して肉厚が制限される。そして、最後に、ワーク４３は強く折り曲げられて引抜鋼管としての成形が完了する。
【００４４】
このようなフローティングダイス４１を用いた方式の鋼管引抜装置では、プラグ４２のフローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、垂直ベクトル成分反力ＰＳと水平ベクトル成分反力ＰＨとに分解することができる。即ち、フローティング部４２ａがワーク４３から受ける反力ＰＮは、その水平ベクトル成分反力ＰＨのみがプラグ４２の引抜方向に寄与する力の成分となる。言い換えると、フローティング部４２ａがワーク４３から受ける水平ベクトル成分反力ＰＨと、プラグ４２の右方向先端部の芯吊りボルト（図示せず）が引抜方向に引き込まれる力ＰＺとが釣り合う点でプラグ４２は停止することができる。その結果、プラグ４２の先端部の芯吊りボルトに加わる引っ張り力は、ＰＨ−ＰＺであってほぼゼロになる。従って、鋼管引抜工程において、鋼管の厚肉部から薄肉部に移動する過程で芯吊りボルトがプラグから切断されるおそれはなくなる。
【００４５】
また、このようなフローティングダイス４１とプラグ４２とを用いた方式の鋼管引抜装置では、ワーク４３の外径と肉厚を同時に制限する（即ち、フローティングダイス４１とプラグ４２とによって外径と肉厚を同時に押圧する）ことができるので、鋼管の厚肉部から薄肉部への断面減少率(リダクション)を大きく取ることができる。さらに、芯吊りボルトは、鋼管引抜時にプラグ４２を挿入するときにのみ使用するだけであるので、鋼管引抜中に芯吊りボルトに大きな引張り力が加わるおそれはなくなる。その結果、芯吊りボルトの径を小さくすることができるので、小径の引抜鋼管を形成することもできる。また、引抜鋼管の厚肉部と薄肉部との肉厚差（例えば、図７（ａ）のｄ３とｄ４との差）を大きく取ることができるので、肉厚の変化範囲が大きな段付き引抜鋼管を形成することもできる。言い換えると、鋼管引抜時に芯吊りボルトを切断させることなく、鋼管の両端部分の肉厚を厚くし、中間部分の肉厚を可能な限り薄くした引抜鋼管を容易に形成することができる。
【００４６】
図１０は、本発明の鋼管引抜装置に適用されるフローティングダイスと共に用いられるプラグの長手方向を示す断面図である。図１０に示すように、このプラグは、所定の厚肉部内径Ｄ１を有して引抜鋼管の肉厚が例えば８．５ｍｍとなる厚肉部Ａと、所定のテーパ角度θ１が形成されたテーパ部Ｂと、所定の薄肉部内径Ｄ２を有して肉厚が例えば６ｍｍとなる薄肉部Ｃと、所定のフローティング角度θ２を有するフローティング部Ｄとによって形成され、その先端部分には所定の有効長Ｌ１を有するネジ５０が形成された芯吊りボルト部Ｅが設けられている。すなわち、プラグの部分は薄肉部Ｃとフローティング部Ｄと材料管内径部Ｇとによってフローティングタイプ部Ｈが形成されている。
【００４７】
通常のプラグの形状では薄肉部Ｃの部分で芯吊りボルト部Ｅにかかる引っ張り力が最大となる。そこで、図１０に示すように、薄肉部Ｃの終端部分から所定のフローティング角度θ２を有するフローティング部Ｄを形成する。このとき、厚肉部Ａと薄肉部Ｃとの肉厚差に応じて計算した最適なフローティング角度θ２となるようなフローティング部Ｄを設けることによって、厚肉部Ａから薄肉部Ｃへの鋼管引抜時において芯吊りボルト部Ｅにかかる引っ張り力をほぼゼロにすることができる。これによって、鋼管引抜時において、芯吊りボルト部Ｅがネジ５０の接続部分で切断されるおそれはなくなる。
【００４８】
尚、ここでは、肉厚が２段の引抜鋼管について説明したが、これに限ることはなく肉厚が多段の引抜鋼管についても本発明が適用されることは言うまでもない。さらに本発明は、具体的な一例として上記の実施例について説明したが、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の鋼管引抜装置は、鋼管引抜時に芯吊りボルトがプラグから切断するおそれがないので、厚肉部と薄肉部との肉厚差が大きい引抜鋼管や外径の細い引抜鋼管を安定的かつ安価に生産することができるので、自動車産業や建設機械産業などに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ フレーム
２ ダイス
３ ダイス支持台
４ プラグ
５ プラグ支持棒（芯吊りボルト）
５ａ つば部
６ プラグ支持台
７ 素材鋼管
７ａ 先端部
７ｂ 引抜鋼管
８ ハサミ
９ 引抜車
１０ ツメ
１１ チェーン
１２ 台車
１２ａ レール
１３ 第１油圧ユニット
１３ａ 第２油圧ユニット
１４、１４ａ 配管
１５ ダイス支持台固定ラム
１５ｂ 大径フランジ部
１６、１６ａ ストッパ
１７ 補強材
１７ａ 補強部材
１８ 中空調節ねじ軸
１９ ナット式ストッパ
２０ 第１油圧シリンダ
２０ａ 第２油圧シリンダ
２０ｂ 位置検出センサ
２１ ラム
２２ ラム固定ナット
２３ プストンロッド
２４ 耳金
２５ ピン
３０ ダイス支持台
３２ 隙間
４１ フローティングダイス
４２ プラグ
４２ａ フローティング部
４３ ワーク
５０ ネジ
ｄ１ ダイスの大径ベアリング
ｄ２ ダイスの小径ベアリング
ｄ３ プラグの小径ベアリング
ｄ４ プラグの大径ベアリング
Ａ 厚肉部
Ｂ テーパ部
Ｃ 薄肉部
Ｄ フローティング部
Ｅ 芯吊りボルト部
Ｇ 材料管内径部
Ｈ フローティングタイプ部
Ｌ 全長
Ｌ１ 有効長
Ｄ１ 厚肉部内径
Ｄ２ 薄肉部内径
θ１ テーパ角度
θ２ フローティング角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、
前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造することを特徴とする鋼管引抜装置。
【請求項２】
前記フローティング角度は、前記プラグにおける前記大径領域の半径と前記小径領域の半径との差分によって決定されることを特徴とする請求項１記載の鋼管引抜装置。
【請求項３】
フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度のフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備えて成る鋼管引抜装置による鋼管引抜方法であって、
前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて該素材鋼管から段付きの引抜鋼管を生成するとき、
前記プラグの小径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の厚肉部を形成する第１のステップと、
前記プラグのフローティング領域の相対移動によって、該フローティング領域が前記素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトル成分と前記プラグの引抜方向への引っ張り力とを釣り合せる第２のステップと、
前記プラグの大径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の薄肉部を形成する第３のステップと
を実行することを特徴とする鋼管引抜方法。
【請求項４】
前記フローティング角度は、前記厚肉部と前記薄肉部との肉厚差によって決定されることを特徴とする請求項３記載の鋼管引抜方法。
【請求項１】
フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度を有するフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備え、
前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて段付きの引抜鋼管を製造することを特徴とする鋼管引抜装置。
【請求項２】
前記フローティング角度は、前記プラグにおける前記大径領域の半径と前記小径領域の半径との差分によって決定されることを特徴とする請求項１記載の鋼管引抜装置。
【請求項３】
フローティングダイスと、該フローティングダイスに対応したフローティング角度のフローティング領域を小径領域と大径領域との間に形成したプラグとを備えて成る鋼管引抜装置による鋼管引抜方法であって、
前記フローティングダイスと前記プラグとを素材鋼管の引抜方向に対して正逆方向に相対移動させて該素材鋼管から段付きの引抜鋼管を生成するとき、
前記プラグの小径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の厚肉部を形成する第１のステップと、
前記プラグのフローティング領域の相対移動によって、該フローティング領域が前記素材鋼管から受ける反力の水平方向ベクトル成分と前記プラグの引抜方向への引っ張り力とを釣り合せる第２のステップと、
前記プラグの大径領域の相対移動によって前記引抜鋼管の薄肉部を形成する第３のステップと
を実行することを特徴とする鋼管引抜方法。
【請求項４】
前記フローティング角度は、前記厚肉部と前記薄肉部との肉厚差によって決定されることを特徴とする請求項３記載の鋼管引抜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１６７１２（Ｐ２０１２−１６７１２Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５４１１１（Ｐ２０１０−１５４１１１）
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（５９７０３３３０６）山和鋼管株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月６日（２０１０．７．６）
【出願人】（５９７０３３３０６）山和鋼管株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]