特許第5767970号(P5767970)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5767970
(24)【登録日】2015年6月26日
(45)【発行日】2015年8月26日
(54)【発明の名称】口付け装置及び口付け方法
(51)【国際特許分類】
   B21C 5/00 20060101AFI20150806BHJP
   B21D 41/04 20060101ALI20150806BHJP
   B21C 1/00 20060101ALI20150806BHJP
   B21C 1/28 20060101ALI20150806BHJP
【FI】
   B21C5/00
   B21D41/04 C
   B21C1/00 Z
   B21C1/28 Z
【請求項の数】10
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2011-533025(P2011-533025)
(86)(22)【出願日】2011年3月18日
(86)【国際出願番号】JP2011056540
(87)【国際公開番号】WO2012127557
(87)【国際公開日】20120927
【審査請求日】2014年2月14日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】511186734
【氏名又は名称】サイアム ニッポン スチール パイプ カンパニー リミテッド
(73)【特許権者】
【識別番号】511186745
【氏名又は名称】有限会社トムエンター
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武
(74)【代理人】
【識別番号】100108578
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 詔男
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100129403
【弁理士】
【氏名又は名称】増井 裕士
(72)【発明者】
【氏名】石原 道男
(72)【発明者】
【氏名】木下 健伸
【審査官】 石黒 雄一
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許第3820230(US,A)
【文献】 米国特許第3073374(US,A)
【文献】 米国特許第3370451(US,A)
【文献】 特開2000−271635(JP,A)
【文献】 特開平8−57530(JP,A)
【文献】 独国特許出願公開第1812001(DE,A1)
【文献】 独国特許発明第954774(DE,C2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B21C 1/00−19/00
B21D 39/00−41/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
延伸加工される前の金属管の先端部分に口付け部を形成する装置であって、
軸線を中心として環状配置されるとともに同軸線と同軸に挿入される前記先端部分を受け入れる複数の分割金型と、これら分割金型を前記先端部分に対して接近及び離間させる加圧機構とを備え;
前記各分割金型のそれぞれが、
前記先端部分の外周面に当接するとともに前記軸線を含む断面で見た場合に、この軸線に平行をなす平行加圧面と、
この平行加圧面の、前記金属管の挿入方向奥側にある端縁に連続してかつ同端縁より離れる方向に向かって拡径する拡径加圧面と、
前記平行加圧面の、前記各分割金型に対する前記金属管の挿入方向手前側にある端縁に連続して形成された係止面と、
を有する;
ことを特徴とする口付け装置。
【請求項2】
前記加圧機構が、前記各分割金型が内填めされる加圧部と、この加圧部及び前記各分割金型間を前記軸線方向に沿って互いに接近及び離間させる駆動部と、を備え;
前記加圧部及び前記各分割金型間の填め合い面を、前記軸線を含む断面で見た場合の形状が、前記挿入方向奥側に向かって拡径するテーパ形状である;
ことを特徴とする請求項1に記載の口付け装置。
【請求項3】
前記駆動部が、
前記各分割金型を前記先端部分に対して接近及び離間させる方向に案内するガイド部材と、
前記各分割金型を前記先端部分から離間させる方向に付勢する付勢部材と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載の口付け装置。
【請求項4】
前記平行加圧面の、前記挿入方向手前側にある端縁に、面取りが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の口付け装置。
【請求項5】
記軸線に沿った長さ寸法を比較した場合に、前記平行加圧面の長さ寸法が前記拡径加圧面の長さ寸法より長いことを特徴とする請求項1に記載の口付け装置。
【請求項6】
前記各分割金型内に前記先端部分が挿入されてかつ非加圧時にある前記金属管を、前記軸線を中心として回転させる回転機構をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の口付け装置。
【請求項7】
前記各分割金型のそれぞれを、前記軸線を含む断面で見た場合、前記軸線に対して前記係止面がなす角度が、前記軸線に対して前記拡径加圧面がなす角度よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の口付け装置。
【請求項8】
前記軸線に対して前記係止面がなす角度が90度であることを特徴とする請求項7に記載の口付け装置。
【請求項9】
延伸加工される前の金属管の先端部分に口付け部を形成する方法であって、
前記先端部分の軸線方向の途中位置の外周面に対して前記軸線に平行な平行加圧面を押し当てて加圧することと、前記途中位置よりも先端側に対して、前記先端側に向かって拡径する拡径加圧面を押し当てて加圧することと、前記途中位置の後端側を係止することとを同時に行う第1の加圧工程と;
この第1の加圧工程の後、前記先端部分の、前記拡径加圧面で加圧された部分よりも先端側に対して前記平行加圧面を押し当てて再度加圧する第2の加圧工程と;
を有することを特徴とする口付け方法。
【請求項10】
前記第1の加圧工程中または前記第2の加圧工程中に、前記金属管を、前記軸線を中心に所定角度回転させる回転工程をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の口付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属管の口付け装置、および、この口付け装置を用いた金属管の口付け方法に関し、特に、冷間引抜鋼管の口付け装置および口付け方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、冷間引抜鋼管などの金属管を延伸加工する方法として、ダイス引抜き法が一般的に用いられている。通常、金属管をダイス引抜き法により加工する際には、金属管をダイス穴に挿入した後、ダイス穴の引抜き側に設けられた引張り治具により金属管の先端部分を把持することが事前に行われる(例えば特許文献1参照)。
よって、金属管をダイス穴に挿入するために、金属管の先端を予め加工して“口付け部”を形成しておく必要がある。この口付け部を形成する方法は、一般的に“口付け法”と称されている。
【0003】
この種の口付け法では、例えば冷間引抜鋼管などの円筒形状の金属管の一方の先端部分を、この先端部分以外の部分である非加工部分の外径よりも小さい外径になるように加工する。具体的には、前記先端部分を、例えばスウェージング(Swaging)加工により、前記非加工部分よりも外径の小さい円筒状に加工する方法が知られている。その他には、前記先端部分をプレス又はハンマーにより打撃を与えて平板状にした後に、前記非加工部分の外径よりも細くなるように折り曲げる方法も知られている(例えば非特許文献1参照)。
【0004】
このような加工により、金属管のうち、前記非加工部分の外径よりも小さい外径となった前記先端部分は、一般的に“口付け部”と称されている。このようにして細い口付け部を形成することにより、金属管の先端部分をダイス穴に挿入することが可能となる。
口付け部をダイス穴の一方側より挿入した後は、一定の速度で金属管をダイス穴の他方側から引き抜くことにより、金属管が抽延される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】日本国特開平7−32029号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】第3版鉄鋼便欄III(2)条鋼・鋼管・圧延共通設備1163ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、従来の口付け方法においては、金属管に打撃を与えて加工する必要があるため、騒音発生が問題となっていた。
【0008】
また、口付け部は、ダイス穴に挿入するのに適した形状に加工する必要がある。このため、口付け部は、金属管の軸線方向に平行な外形状をなし、かつ、外径がダイス穴の内径よりも小さい必要がある。しかし、金属管の先端部分からその後方側に向かって順次打撃を与えて口付け部を形成する場合、金属管の未加工部分から口付部に至るまでは先細りの円錐台形状をした中間部が形成される。その結果、金属管の内側にプラグを挿入して金属管の外側に置いたダイスとの間隙により金属管の肉厚を薄く引き延ばす芯引き法においては、引抜き開始時にプラグがダイスの直下に届かず、その手前で留まるため非加工部分が長くなり、製品歩留りが下がるという問題があった。
【0009】
一方、口付け部を形成する際の打撃により、金属管がその軸線方向にずれやすいため、複数本の金属管を加工した場合、口付け部の長さを一定にできないという問題もあった。
【0010】
また、予め潤滑処理が施された金属管に順次打撃を与えると、打撃により金属管が滑って動きやすいため、所望形状を有する口付け部の形成が困難となる。このため、従来の方法では金属管に潤滑処理を施す前に口付け部を形成しているが、その場合は、潤滑処理の際に口付け部の周辺の潤滑剤に気泡が溜まりやすい。従って、金属管の内部に潤滑剤が行き渡らない箇所が生じることがある。この結果、潤滑被膜形成工程において、金属管内部の気泡が残留した箇所への処理が行われず、製品不良が発生しやすくなるという問題もあった。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、金属管に口付け部を形成するに際し、騒音問題を解消した上で、口付け部及びそれ以外の長さ寸法に関する歩留まりを高めることができる口付け装置および口付け方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
(1)本発明の一態様に係る口付け装置は、延伸加工される前の金属管の先端部分に口付け部を形成する装置であって、軸線を中心として環状配置されるとともに同軸線と同軸に挿入される前記先端部分を受け入れる複数の分割金型と、これら分割金型を前記先端部分に対して接近及び離間させる加圧機構とを備え;前記各分割金型のそれぞれが、前記先端部分の外周面に当接するとともに前記軸線を含む断面で見た場合に、この軸線に平行をなす平行加圧面と、この平行加圧面の、前記金属管の挿入方向奥側にある端縁に連続してかつ同端縁より離れる方向に向かって拡径する拡径加圧面と、前記平行加圧面の、前記各分割金型に対する前記金属管の挿入方向手前側にある端縁に連続して形成された係止面と、を有する。
【0013】
(2)上記(1)に記載の口付け装置では、前記加圧機構が、前記各分割金型が内填めされる加圧部と、この加圧部及び前記各分割金型間を前記軸線方向に沿って互いに接近及び離間させる駆動部と、を備え;前記加圧部及び前記各分割金型間の填め合い面を、前記軸線を含む断面で見た場合の形状が、前記挿入方向奥側に向かって拡径するテーパ形状である;構成を採用してもよい。
【0014】
(3)上記(2)に記載の口付け装置の場合、前記駆動部が、前記各分割金型を前記先端部分に対して接近及び離間させる方向に案内するガイド部材と、前記各分割金型を前記先端部分から離間させる方向に付勢する付勢部材と、を備えてもよい。
【0015】
(4)上記(1)に記載の口付け装置では、前記平行加圧面の、前記挿入方向手前側にある端縁に、面取りが形成されていてもよい。
【0016】
(5)上記(1)に記載の口付け装置では、記軸線に沿った長さ寸法を比較した場合に、前記平行加圧面の長さ寸法が前記拡径加圧面の長さ寸法より長くてもよい。
【0017】
(6)上記(1)に記載の口付け装置は、前記各分割金型内に前記先端部分が挿入されてかつ非加圧時にある前記金属管を、前記軸線を中心として回転させる回転機構をさらに備えてもよい。
【0018】
(7)上記(1)に記載の口付け装置では、前記各分割金型のそれぞれを、前記軸線を含む断面で見た場合、前記軸線に対して前記係止面がなす角度が、前記軸線に対して前記拡径加圧面がなす角度よりも大きくてもよい。
【0019】
(8)上記(7)に記載の口付け装置の場合、前記軸線に対して前記係止面がなす角度が90度であってもよい。
【0020】
(9)本発明の一態様に係る口付け方法は、延伸加工される前の金属管の先端部分に口付け部を形成する方法であって、前記先端部分の軸線方向の途中位置の外周面に対して前記軸線に平行な平行加圧面を押し当てて加圧することと、前記途中位置よりも先端側に対して、前記先端側に向かって拡径する拡径加圧面を押し当てて加圧することと、前記途中位置の後端側を係止することとを同時に行う第1の加圧工程と;この第1の加圧工程の後、前記先端部分の、前記拡径加圧面で加圧された部分よりも先端側に対して前記平行加圧面を押し当てて再度加圧する第2の加圧工程と;を有する。
【0021】
(10)上記(9)に記載の口付け方法は、前記第1の加圧工程途中または前記第2の加圧工程途中に、前記金属管を、前記軸線を中心に所定角度回転させる回転工程をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【0022】
上記(1)に係る口付け装置によれば、各分割金型により形成される開口内に金属管の先端部分を挿入した状態で加圧機構を駆動させると、前記先端部分を平行加圧面及び拡径加圧面で加圧して縮径することができる。このようにして縮径される先端部分のうち、平行加圧面で加圧される部分は、金属管の軸線方向に沿って均一な外径寸法を持つように縮径される。一方、先端部分のうち、拡径加圧面で加圧される部分は、拡径加圧面の形状に合致する拡径形状に縮径されるが、その際、拡径加圧面による反力を受けながら変形していく。この反力は、先端部分を挿入方向奥側に向かって付勢するように作用する。しかしながら、先端部分の、平行加圧面で加圧される部分よりも挿入方向手前側が係止面に係止しているため、金属管はその軸線方向に沿って位置ずれすることがない。続いて、前記拡径形状に縮径された部分を平行加圧面により再度加圧することで、軸線方向に沿って均一な外径寸法を有する口付け部を形成することができる。
本装置によれば、従来のような打撃を用いることなく、口付け部を形成することができる。よって、金属管の未加工部と口付部とをつなぐ先細りの円錐台形状をした中間部を大幅に短縮するか、あるいは、まったく省くことが出来、また、複数本の金属管に対して口付け部を形成しても、口付け部の長さ寸法及びそれ以外の部分の長さ寸法の双方を常に一定にすることができる。
したがって、金属管に口付け部を形成するに際し、騒音問題を解消した上で、口付け部及びそれ以外の長さ寸法に関する歩留まりを高めることができる。
【0023】
また、上記(2)に係る口付け装置によれば、各分割金型を軸線方向に往復動させることで、各分割金型の各外周面が、加圧部との填め合い面においてスライドする。このスライドにより、各分割金型内に形成される開口の内径寸法を縮小または拡大させることができるので、金属管の先端部分を加圧したり解放したりすることができる。また、この往復動のストロークを調整することにより口付部を任意の外径に加工することが出来るため、金型交換に伴う労力や時間ロスの削減および金型種類の減少によるコスト削減が可能となる。
【0024】
また、上記(3)に係る口付け装置によれば、金属管の先端部分を加圧した後の各分割金型を、ガイド部材の案内を受けながら、付勢部材の付勢力により、前記先端部分から自動的かつ確実に離間させることができる。そのため、口付け加工をよりスムーズに行うことが可能となる。
【0025】
また、上記(4)に係る口付け装置によれば、平行加圧面の手前側の端縁に面取りが形成されていることにより、金属管を平行加圧面で加圧する際の、金属管の前記先端部分とそれ以外の部分との境目に過度の盛り上がりが生じるのを抑制できる。その結果、金属管の引抜き加工開始時に、この盛り上がり部が金属管より離脱してダイス(分割金型)と金属管の隙間に挟まり、その後の金属管の引抜き過程において金属管の外周面にその軸線に平行した筋状の傷を発生させることを防止することができる。
【0026】
また、上記(5)に係る口付け装置によれば、金属管の先端部分のうち、拡径加圧面により加圧した部分の全てを、平行加圧面により再度加圧することができる。すなわち、平行加圧面の長さ寸法が拡径加圧面の長さ寸法よりも長いので、少なくとも2回の加圧成形で、口付け部を、その軸線方向の全長に渡って均等な外径寸法を有するように加圧成形することができる。
【0027】
また、上記(6)に係る口付け装置によれば、金属管の先端部分を加圧した際に、互いに隣接する各分割金型間の接合面に対応した位置に金属管の肉の盛り上がりが生じたとしても、回転機構により、軸線を中心として金属管を所定角度回転させた後に再度加圧することができる。これにより、金属管の肉の盛り上がりを再度の加圧で潰すことができる。よって、肉の盛り上がりの大きい金属管を加工する場合や、加圧による金属管の外形の絞り量が大きい場合にも本口付け装置を適用できる。
【0028】
また、上記(7)に係る口付け装置によれば、金属管の先端部分を加圧する際に、拡径加圧面が前記先端部分を挿入方向奥側に向かって押し出そうとするスラスト力よりも、係止面が前記先端部分の移動を阻止する力の方が強くなる。そのため、前記先端部分を含めた金属管の軸線方向の位置ずれを確実に防ぐことが出来る。
【0029】
上記(8)に係る口付け方法によれば、より確実に、前記先端部分を含めた金属管の軸線方向の位置ずれを防ぐことが出来る。
【0030】
上記(9)に係る口付け方法によれば、第1の加圧工程により、前記先端部分を平行加圧面及び拡径加圧面で加圧して縮径することができる。その際、先端部分の平行加圧面で加圧される部分は、金属管の軸線方向に沿って均一な外径寸法を持つように縮径される。一方、先端部分のうち、拡径加圧面で加圧される部分は、拡径加圧面の形状に合致する拡径形状に縮径されるが、その際、拡径加圧面による反力を受けながら変形していく。この反力は、先端部分を前記先端側に向かって付勢するように作用する。しかしながら、先端部分の、前記途中位置の後端側が係止されているので、金属管はその軸線方向に沿って位置ずれすることがない。そして、続く第2の加圧工程により、軸線方向に沿って均一な外径寸法を有する口付け部を形成することができる。
よって、複数本の金属管に対して口付け部を形成しても、口付け部の長さ寸法及びそれ以外の部分の長さ寸法の双方を常に一定にすることができる。しかも、従来のような打撃を用いることなく、口付け部を形成することができる。
したがって、金属管に口付け部を形成するに際し、騒音問題を解消した上で、口付け部及びそれ以外の長さ寸法に関する歩留まりを高めることができる。
【0031】
また、上記(10)に係る口付け方法によれば、回転工程をさらに備えた場合、第1の加圧工程中または第2の加圧工程中に、互いに隣接する各分割金型間の隙間に金属管の肉の盛り上がりが生じていたとしても、一旦加圧を中断して金属管を回転してから再度加圧を再開することにより、肉の盛り上がりを加圧して潰すことができる。特に金属管の肉厚が薄い場合や、加圧による金属管の外径の縮小量が大きい場合に、隣接する分割金型の接合面同士の間に前記の肉の盛り上がりが挟み込まれて加圧工程を継続することが出来なくなることを防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0032】
図1】本発明の一実施形態に係る口付け装置を用いた口付け方法の最初の工程を示す図であって、その軸線を含む断面で見た場合の断面図である。
図2】同口付け装置を、図1のA−A線で見た場合の断面図である。
図3】同口付け装置を、図1のB−B線で見た場合の断面図である。
図4】同口付け方法の次の工程を表す図であって、図1と同じ断面における断面図である。
図5】同口付け装置を、図4のC−C線で見た場合の断面図である。
図6】同口付け方法の次の工程を表す図であって、図1と同じ断面における断面図である。
図7】同口付け装置を、図6のD−D線で見た場合の断面図である。
図8】同口付け方法の次の工程を表す図であって、図1と同じ断面における断面図である。
図9】同口付け装置を、図8のE−E線で見た場合の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明の口付け装置と、この口付け装置を用いた口付け方法との一実施形態について、図面を参照して説明する。
【0034】
図1に示すように、本実施形態の口付け装置100は、金属管50の先端に口付け部を形成する装置であり、金型10と、加圧機構20と、回転機構6と、を備えて概略構成されている。
以下、各構成要素について詳細を説明する。なお、以下の説明では、前記口付け部を形成する際の、金属管50の先端部分50fの挿入方向奥(端縁50c)側を一方側、金属管50の挿入方向手前側を他方側とする。
【0035】
金型10は、金属管50の先端部分50fの外周面50iを加圧するためのものである。図1に示すように、金型10は、加圧部2内に内填めされている。金型10は、複数の分割金型1から構成され、金属管50の軸線50dを中心として環状配置されている。
【0036】
図2に示すように、金型10は、円錐台をその軸線を含む複数の断面で分割して複数の分割金型1に分割(本実施形態では8分割)した形状を有している。各分割金型1の内周面のうちの前記他方側(平行加圧面1a)は、協働して金属管50を把持及び加圧できるように、金属管50の外周面50iに当接する凹曲面を有している。そして、各分割金型1の平行加圧面1aにより形成される開口1gにより、金属管50の先端部分50fを同軸に受け入れるように構成されている。
そして、各分割金型1の外周面1fに対してその径方向内側に向かう外圧を付与することで、互いに隣接する分割金型1の接合面1h同士が近づいて接合する。これにより、金属管50の外周面50iをその周囲より囲む開口1gの内径寸法が縮小する。
【0037】
図1に示すように、各分割金型1は、平行加圧部1aと、平行加圧部1aの前記一方側に設けられた拡径加圧部1cとを備えている。
【0038】
平行加圧部1aには平行加圧面1aが形成されている。この平行加圧面1aは、金属管50の先端部分50fの外周面50iに当接するとともに、その軸線50dを含む断面で見た場合に軸線50dに平行をなしている。
平行加圧面1aの前記他方側の第二の端縁1eに連続するように、係止面1kが形成されている。係止面1kが軸線50dに対してなす角度αは、各分割金型1のそれぞれを、軸線50dを含む断面で見た場合、軸線50dに対して、拡径加圧部1cの拡径加圧面1c(後述)がなす角度βよりも大きいことが好ましく、前記角度αとしては90度であることが特に好ましい。
拡径加圧部1cには、拡径加圧面1cが形成されている。この拡径加圧面1cは、平行加圧面1aの前記一方側にある第一の端縁1bに連続してかつこの第一の端縁1bより離れる方向に向かって拡径している。
【0039】
平行加圧面1aの第二の端縁1eには、面取りが形成されていることが好ましい。すなわち、第二の端縁1eを、軸線50dを含む断面で見た場合の形状が、半径2mm〜5mmの円弧をなしていることが好ましい。
また、平行加圧面1aの、軸線50dに平行な長さ寸法lは、拡径加圧面1cの軸線50dに平行な長さ寸法lよりも長いことが好ましい。
【0040】
分割金型1の外周面1fは、図1に示すように、前記一方側に向かって拡径するテーパ形状を有し、加圧部2の填め合い面2bに接する曲面を有している。そして、定位置に固定された加圧部2に対して金型10をその軸線方向に沿って(すなわち、前記軸線50dに沿って)前記他方側に移動させることにより、分割金型1の外周面1fが加圧部2の填め合い面2bにより押圧される。その結果、各分割金型1に対してその径方向内側に向かう外圧が付与されるので、各分割金型1の内周面(平行加圧面1a、拡径加圧面1c)からなる開口1gの内径寸法が縮小する。
逆に、定位置に固定された加圧部2に対して金型10をその軸線方向に沿って(すなわち、前記軸線50dに沿って)前記一方側に移動させることにより、分割金型1の外周面1fに対して填め合い面2bが付与している押圧力が解放される。その結果、後述の弾性体3bの付勢力によって各分割金型1がその径方向外側に向かう内圧を受けた状態にあるため、開口1gの内径寸法が拡大する。
【0041】
このようにして、開口1gの内径寸法を縮小または拡大させることにより、金属管50の先端部分50fの外周面50iを、分割金型1の内周面(平行加圧面1a、拡径加圧面1c)により加圧したり、解放したりすることができる。
なお、図1に例示する分割金型1の外周面1fを、軸線50dを含む断面で見た場合の断面形状は直線形状であるが、前記他方側から前記一方側に向かって縮径し、なおかつ加圧部2の填め合い面2bに摺接するものであればよいので、前記直線形状のみに限らず、曲線形状であっても構わない。
【0042】
分割金型1の、拡径加圧部1cよりも前記一方側には、第一の凹部1iと第一の凸部1jとが設けられている。
第一の凹部1iは、例えば、分割金型1の外周面1fから開口1gへ向かって、径方向に貫通する孔であり、後述するピン3aが嵌め込み可能である。
第一の凸部1jは、後述するリテーナ5の第二の凹部5aに嵌め込み可能である。第一の凸部1jがリテーナ5の第二の凹部5aに嵌め込まれた状態で案内されることにより、各分割金型1の内周面が、平行加圧面1aが互いに平行状態を保ったまま接近離間できるようになっている。
分割金型1は、後述する付勢機構3を介してリテーナ5と組み合わせられている。このため、分割金型1によって形成される開口1gの内径寸法を、口付け部の所望する外径寸法に合わせて適宜変更できる。
【0043】
次いで、加圧機構20について説明する。図1に示すように、加圧機構20は、加圧部(コーンリング)2と駆動部4とを備えて概略構成されている。以下、各構成要素について詳細を説明する。
【0044】
加圧部2は、図2に示すように円筒形状の部材からなり、前記他方側から前記一方側に向かって拡径する貫通孔2aがその内部に形成されている。貫通孔2aの内周面が填め合い面2bとされている。填め合い面2bは、分割金型1の外周面1fが当接する曲面を有しており、各分割金型1を一纏めに組み合わせた状態で内填め可能となっている。填め合い面2b及び外周面1fの少なくとも一方には、これらの間での滑らかな摺動をえるために、潤滑剤が塗布されている。
【0045】
図1に示すように、填め合い面2bの下部には、前記潤滑剤を溜めておくための溝2cが複数本形成されている。これら溝2cは、貫通孔2aの軸線を中心として填め合い面2bに沿って円弧状に形成されており、貫通孔2aの軸線方向に沿って複数本(本実施形態では6本)が形成されている。
【0046】
図1,3に示すように、駆動部4は、リテーナ5と付勢機構3とを備えている。
リテーナ5は、その前記他端側の周囲に各分割金型1が付勢機構3を介して組み付けられた状態で、貫通孔2aの軸線と同軸のまま、貫通孔2a内でスライド移動できるようになっている。リテーナ5をスライド移動させる手段としては、例えば油圧シリンダなどを用いることができる。
図1に示すように、リテーナ5の径方向外側には、第二の凹部5aが複数設けられている。これら第二の凹部5aは、リテーナ5の径方向内側から外側に向かって開口された凹溝であり、それぞれに、対応する分割金型1の第一の凸部1jがリテーナ5の径方向に沿って遊嵌されている。
【0047】
分割金型1の第一の凸部1jが対応する第二の凹部5aに嵌め込まれていることにより、各分割金型1はリテーナ5により保持されている。そして、リテーナ5を軸線50d方向に沿って動かすことにより、各分割金型1は、リテーナ5の動きに従って軸線50d方向に沿って往復動する。この往復動により、分割金型1を、先端部分50fに対して接近させたり離間させたりすることができる。
【0048】
図1,3に示すように、付勢機構3は、ピン3aと弾性体3bとを備えている。
ピン3aは、リテーナ5の外周面に、この外周面よりリテーナ5の径方向外側に向かうように固定されている。弾性体3bとしては、例えばスプリングコイルを好適に用いることができる。そして、この弾性体3bは、ピン3aと同軸配置されているため、ピン3aをガイドとして、その軸線方向に弾性変形する。弾性体3bがリテーナ5の外周面を支点として前記填め合い面2bへ向けて弾性変形することにより、分割金型1は、前記填め合い面2bへ向けて付勢される。
【0049】
回転機構6は、開口1g内に先端部分50fが挿入されてかつ非加圧時にある金属管50を、その軸線50dを中心として所定角度、回転させる機能を有する。回転機構6としては、金属管50を把持して所定角度回転させることができればよく、電動モータや油圧シリンダ等を備えた回転支持装置を用いることができる。
【0050】
本実施形態の口付け装置100によれば、図1及び図2に示すように、金属管50の先端部分50fの軸線50dを中心として、先端部分50fの周囲に複数の分割金型1が環状配置されている。
そして、開口1g内に金属管50の先端部分50fを挿入した状態で加圧機構20を駆動させると、図4に示すように、平行加圧面1a及び拡径加圧面1cで同時に先端部分50fを加圧して縮径することができる。このようにして縮径される先端部分50fのうち、平行加圧面1aで加圧される部分の外周面は、金属管50の軸線50dに平行をなし、軸線50dに沿って均一な外径寸法を持つように縮径される。
【0051】
また、先端部分50fのうち、拡径加圧面1cで加圧される部分は、拡径加圧面1cの形状に合致する拡径形状に縮径される。その際、拡径加圧面1cによる押圧力を受けながら変形していく。拡径加圧面1c図1の断面で見た場合に傾斜面をなしているため、前記押圧力は、先端部分50fをその径方向内側に向かって縮径させる方向のベクトル成分と、先端部分50fをその軸線方向に平行かつ前記一方側に向かって押しのけるベクトル成分とを含むことになる。その結果、先端部分50fがその挿入方向奥側に向かって付勢されることになる。
【0052】
しかしながら、この時、先端部分50fの、平行加圧面1aで加圧される部分よりも前記他方側にある非加圧部分が係止面1kに係止しているため、金属管50がその軸線50d方向に沿って位置ずれすることがない。すなわち、金属管50では、平行加圧面1aで加圧される縮径部分と、縮径を起こしていない前記非加圧部分との間に、外径寸法の差に基づく段差が形成され、この段差が前記係止面1kに係止する。そして、この係止により、先端部分50fが挿入方向奥側に向かって付勢される力を受け止めることができるので、金属管50が位置ずれを起こさない。
【0053】
上記の、平行加圧面1a及び拡径加圧面1cによる同時加圧の後、リテーナ5を前記一方側に移動させる。その際、各分割金型1のそれぞれが、対応する弾性体3bによって付勢されているため、リテーナ5の移動に伴って前記開口1gが拡径する。その結果として先端部分50fが解放された後の金属管50を、その軸線50dに沿って所定移動量、挿入方向手前側に移動させると図6に示す状態となる。
【0054】
続いて、先端部分5fのうち、前記拡径形状に縮径された部分およびさらに先端部の未加工部分を今度は平行加圧面1aにより再度加圧する。その状態を図8に示す。この再度の加圧により、前記拡径形状に縮径された部分が、先の加圧工程で平行加圧面1aにより加圧された部分と同じ外径寸法に加圧される。
以上により、軸線50d方向に沿って均一な外径寸法を有する口付け部を形成することができる。
【0055】
よって、複数本の金属管50に対して口付け部を形成しても、口付け部の長さ寸法及びこれを除く部分の長さ寸法の双方を常に一定にする再現性を確保することができる。しかも、従来のような打撃を用いずに口付け部を形成することができる。したがって、金属管50に口付け部を形成する際に、騒音問題を解消した上で、口付け部及びこれを除く部分それぞれの長さ寸法を常に一定にして製品歩留まりを高めることができる。
【0056】
また、加圧部2及び金型10間の填め合い面2bを、軸線50dを含む断面で見た場合の形状が、一方側に向かって拡径するテーパ形状であるので、各分割金型1を軸線50d方向に往復動させることで、その平行加圧面1aで形成される開口1gの内径寸法を縮小及び拡大させることができる。よって、開口1gの内径寸法を精度良く調整して、金属管50の先端部分50fを加圧したり解放したりすることができる。また、前記往復動のストロークを調整することで、開口1gの内径寸法を任意に調整できる。このため、サイズの異なる分割金型1に交換することなく口付部の外径を変更することが出来る。よって、金型交換に伴う労力や時間ロスの削減および金型種類の減少によるコスト削減が可能となる。
【0057】
また、本実施形態では、駆動部4が、各分割金型1を先端部分50fに対して接近及び離間させるように案内するピン3aと、各分割金型1を先端部分50fから離間させる方向に付勢する弾性体3bと、を備えている。この構成によれば、金属管50の先端部分50fを加圧した後の各分割金型1を、ピン3aの案内を受けながら弾性体3bの付勢力により、金属管50の先端部分50fから自動的かつ確実に離間させることができる。そのため、口付け加工をスムーズに行うことが可能となる。
【0058】
また、平行加圧面1aの第二の端縁1eに前記面取りが形成されていることにより、金属管50を平行加圧面1aにより加圧する際に、先端部分50fと非加工部分50eとの境目50gに過度の肉の盛り上がりが生じることを抑制できる。
また、前記面取りの断面形状が、半径2mm〜5mmの円弧をなしていることにより、前記境目50gにおける過度の肉の盛り上がりを更に効果的に抑制できる。その結果、金属管50の引抜き加工開始時に、金属管50肉の盛り上がり部が金属管50より離脱して各分割金型1と金属管50の隙間に挟まることにより、その後の金属管50の引抜き過程において金属管50の外周面50iに、その軸線50dに平行の筋状の傷を発生させることを防止できる。
【0059】
また、各分割金型1の加圧面を軸線50dに沿った長さ寸法で比較した場合、平行加圧面1aの長さ寸法lを拡径加圧面1cの長さ寸法lよりも長くしたことにより、先端部分50fのうち、拡径加圧面1cにより加圧された部分をその全長に渡って平行加圧面1aで再加圧することができる。すなわち、平行加圧面1aの長さ寸法lが拡径加圧面1cの長さ寸法lよりも長いので、少なくとも2回の加圧成形で、口付け部を、その軸線50d方向の全長に渡って均等な外径寸法を有するように加圧成形できる。
【0060】
また、非加圧時にある金属管50を軸線50d回りに回転させる回転機構6を備えていることにより、金属管50の先端部分50fを加圧する際に、互いに隣接する分割金型1の接合面1hに対応した位置において金属管50の盛り上がりが生じたとしても、回転機構6により、軸線50dを中心として金属管50を所定角度回転させた後に再度加圧することができる。これにより、金属管50の肉の盛り上がりを加圧して潰すことができる。
よって、隣接する分割金型1の接合面1hに、金属管50の盛り上がりを挟み込むことによる、金属管50の加圧不足も防ぐことができる。よって、肉の盛り上がりの大きい金属管50を加工する場合や、加圧による金属管50の外形の絞り量が大きい場合にも、本口付け装置を適用できる。
【0061】
また、本実施形態では、各分割金型1のそれぞれを、軸線50dを含む断面で見た場合、軸線50dに対して係止面1kがなす角度αが、軸線50dに対して拡径加圧面1cがなす角度βよりも大きい構成を採用している。この構成によれば、金属管50の先端部分50fを加圧する際に、拡径加圧面1cが前記先端部分50fを挿入方向奥側に向かって押し出そうとするスラスト力を、係止面1kにより受け止めることができる。そのため、前記先端部分50fを含めた金属管50の軸線50d方向の位置ずれを確実に防ぐことが出来る。
また、前記角度βを90度とすることにより、より確実に、先端部分50fを含めた金属管50の軸線50d方向の位置ずれを防ぐことが出来る。
【0062】
次いで、前記口付け装置100を用いた金属管50の口付け方法について図面を用いて説明する。
本実施形態の口付け方法は、金型10の平行加圧部1a及び拡径加圧部1cの双方により金属管50の先端部分50fを加圧する第1の加圧工程と、先端部分50fのうち、拡径加圧部1cで加圧された部分を平行加圧部1aでさらに加圧する第2の加圧工程とを備える。以下、各工程について詳細を説明する。
なお、以下の説明では、例えば外径42.7mmの冷間引抜鋼管である金属管50の先端部分に対して、外径が例えば25mmの口付け部を形成する例について説明する。
【0063】
前記第1の加圧工程は、平行加圧部1aにより、先端部分50fの軸線50d方向の途中位置にあたる先端部分第一領域50fを把持する工程と;この先端部分第一領域50fの外周面50iに、軸線50dに対して平行な平行加圧面1aを押し当てて加圧することと、先端部分第一領域50fよりも先端側(前記一方側)に対して、前記一方側に向かって拡径する拡径加圧面1cを押し当てて加圧することと、先端部分第一領域50fの後端側(他方側)を分割金型1に係止することとを同時に行う工程と;を含む。
【0064】
すなわち、平行加圧部1aにより先端部分第一領域50fを把持することから始めるが、まず、図1に示すように、開口1gの内径寸法が金属管50の外径よりも大きくなるように調節する。すなわち、定位置に固定された加圧部2に対して、図1の紙面右方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させる。すると、リテーナ5に牽引されて各分割金型1も図1の紙面右方向に移動する。その際、各弾性体3bがピン3aをガイドとして、その軸線方向に延びるように弾性変形するため、各分割金型1が前記填め合い面2bへ向けて付勢される。その結果、開口1gの内径寸法を広げることができる。
【0065】
次いで、図1に示すように、金属管50の先端部分50fを開口1g内に挿入する。この際、先端部分50fの端縁50cが、開口1g内のうち、拡径加圧面1cにより囲まれる領域内に位置するように、または、さらに金属管50の挿入方向奥側に位置するように端縁50cの軸線50d方向の位置決めを行う。
先端部分50fの外周面50iのうち、平行加圧部1aの平行加圧面1aに当接する部分を先端部分第一領域50fとし、拡径加圧部1cの拡径加圧面1cに周囲を囲まれる部分とさらに端面50cに至るまでの部分を先端部分第二領域50fとする。先端部分第一領域50fは、先端部分50fの軸線50d方向の途中位置となる。
これら先端部分第一領域50fと先端部分第二領域50fとが、口付け部となる領域である。
【0066】
次いで、定位置に固定された加圧部2に対して、図1の紙面左方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させる。すると、リテーナ5に押されて各分割金型1も図1の紙面左方向に移動する。その際、前記他方側に向かって先細りとなる填め合い面2bに各外周面1fが摺接しながら、各分割金型1も前記他方側に向かって移動するため、これら分割金型1のそれぞれが、弾性体3bの付勢力に抗して前記軸線50dに近づく。その結果、開口1gの内径寸法を狭めることができる。
このようにして開口1gが縮径することにより、先端部分50fの先端部分第一領域50fが平行加圧面1aにより把持される。
【0067】
この際、金属管50の外周面50iのうち、平行加圧面1aの第二の端縁1eと接する部分が、口付け部となる部分(先端部分50f)とそれ以外の部分である非加工部分50eとの境目50gになる。このため、複数本の金属管50のそれぞれに口付け部を形成する場合は、金属管50の、前記端縁50cから第二の端縁1eと接する位置までの長さ(金属管50の挿入量)を一定にすることで、常に一定長さ寸法を有する口付け部を形成することができる。
【0068】
次いで、先端部分第一領域50fの外周面50iに平行加圧面1aをさらに押し当てて加圧することと、先端部分第一領域50fよりも先端側(一方側)に対して拡径加圧面1cを押し当てて加圧することと、先端部分第一領域50fの後端側(他方側)を係止面1kで係止することとを同時に行う。以下、これらを含む工程の詳細を、図4を用いて説明する。
【0069】
まず、定位置に固定された加圧部2に対して、図1の紙面左方向に向かってリテーナ5を同軸にさらに移動させる。すると、リテーナ5に押されて各分割金型1も図1の紙面左方向に移動する。その際、各分割金型1も前記他方側に向かって移動するため、これら分割金型1のそれぞれが、弾性体3bの付勢力に抗してさらに前記軸線50dに近づく。その結果、開口1gの内径寸法をさらに狭めることができる。
このようにして開口1gをさらに縮径させることにより、先端部分第一領域50fが平行加圧面1aにより加圧され、金属管50の軸線50d方向に沿って均一な外径寸法を持つように縮径される。また、金属管50の先端部分第二領域50fは、拡径加圧面1cの形状に合致する拡径形状となるまで加圧される。
【0070】
この時、拡径加圧面1cが軸線50dに対して傾斜しているため、先端部分50fに対し、これを先端側(一方側)に向かって押しのけるような力を付与する。一方、先端部分50fの平行加圧面1aの後端側(他方側)に形成された段差が、係止面1kに係止するので、金属管50はその軸線50d方向に沿った位置ずれを起こさない。
【0071】
以上の第1加圧工程により先端部分第一領域50fが所定の外形まで縮径した後、定位置に固定された加圧部2に対して、図4の紙面右方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させる。すると、リテーナ5に牽引されて各分割金型1も図6の紙面右方向に移動する。その際、各弾性体3bがピン3aをガイドとして、その軸線方向に延びるように弾性変形するため、各分割金型1が前記填め合い面2bへ向けて付勢される。その結果、開口1gの内径寸法を広げて図6に示す状態となり、先端部分50fが各分割金型1による加圧保持から解放される。
【0072】
次いで、図6に示すように、金属管50を、その端縁50cが初期の位置よりも前記他方側に移るように移動させる。端縁50cの位置は、先端部分第二領域50fを平行加圧面1aにより圧縮可能になる位置まで各分割金型1を他方側へスライドさせた場合に、先端部分第二領域50fの外周面50iの全体が平行加圧面1aにより把持・加圧されるように位置決めする。
【0073】
第1加圧工程に続く前記第2の加圧工程では、まず、定位置に固定された加圧部2に対して、図6の紙面左方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させる。すると、リテーナ5に押されて各分割金型1も図6の紙面左方向に移動するので、開口1gの内径寸法を狭めることができる。
このようにして開口1gをさらに縮径させることにより、先端部分50fのうち、先端部分第二領域50fに対して平行加圧部1aを押し当てて再度加圧することができる。その結果、図8に示すように、先端部分第二領域50fは、平行加圧面1aにより、金属管50の軸線50d方向に沿って均一な外径寸法を持つように縮径される。
そして、少なくとも上記2回の加圧により、先端部分50f(先端部分第一領域50fと先端部分第二領域50f)の外径寸法を、例えば25mmまで縮径することができる。
【0074】
この際、金属管50の肉厚が薄い場合や加圧による金属管の外径の縮小量が大きい場合には、第1の加圧工程中または第2の加圧工程中に、互いに隣接する分割金型1の接合面1h同士の間に対応した位置に、先端部分50fの盛り上がり50hが生じることがある。図5に、先端部分第一領域50fが平行加圧面1aにより縮径された状態を示す。図5に示すように、平行加圧面1aによる先端部分第一領域50fの加圧工程途中に、互いに隣接する各分割金型1の接合面1h同士の間に対応した位置に、先端部分50fの肉の盛り上がり50hが生じる場合がある。この盛り上がり50hが、互いに隣接する各分割金型1の接合面1h同士の間に挟まると、それ以上、加工工程を継続することが困難となる。このような盛り上がり50hは、以下に続く工程を経て無くすことが出来る。
【0075】
即ち、第1の加圧工程又は第2の加圧工程の途中で、前記のように図4の紙面右方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させ、先端部分50fを各分割金型1による加圧保持から一旦解放させる。次に、図7に示すように、金属管50を、回転機構6を用いて、軸線50dを中心に所定角度回転させる回転工程を行う。この際、盛り上がり50hの径方向外側に平行加圧面1aが位置するように、金属管50の回転角度を適宜調整する。なお、本実施形態の場合は、前記所定角度を例えば22.5°としている。
【0076】
その後、図4の紙面左方向に向かってリテーナ5を同軸に移動させることにより、第1の加圧工程又は第2の加圧工程を再開する。この時、図9に示すように、前記回転工程により、前記盛り上がり50hの径方向外側に平行加圧面1aを位置決めしておくことにより、全ての盛り上がり50hが平行加圧面1aにより加圧される。この加圧により、全ての盛り上がり50hが潰されて平坦化される。
【0077】
以上説明の各工程により、先端部分50fに口づけ部が形成される。口づけ部の軸線50d方向長さ寸法は、例えば110mmとすることができる。なお、口づけ部を形成するためには図5図8に示した工程を最低でも1回ずつ行う必要があるが、口づけ部の凹凸発生を抑止する観点からは、図4図9に示した各工程を2回以上繰り返すことが好ましい。
【0078】
以上説明のように、本実施形態の口付け方法によれば、上の記第1の加圧工程、回転工程、そして第2の加圧工程を経て、軸線50d方向に沿って均一な外径寸法を有する口付け部を形成することができる。しかも、口付け部の長さ寸法及び非加工部分50e双方の長さ寸法に関する再現性を確保することができる。しかも、従来のような打撃を用いることなく、口付け部を形成することができる。
したがって、金属管50に口付け部を形成するに際し、騒音問題を解消した上で、口付け部及び非加工部分50eの長さ寸法に関する歩留まりを高めることができる。
【0079】
また、口付け部を形成する際に、金属管50がその軸線50d方向に沿って位置ずれしないため、予め金属管50に潤滑処理を施していても、口付け部を形成する際に金属管50が滑って動くことがない。よって、先端部分50fを加圧する前に金属管50に潤滑処理を施すことができるため、潤滑処理の際に口付け部の周辺の潤滑剤に気泡が溜まることがなく、潤滑剤を金属管50の内部全体に行き渡らせることができる。従って、潤滑被膜形成工程において、金属管50内部全体に均一に処理を行うことができる。このため、金属管50の引抜き加工時に潤滑不足による不良発生が生じず、製品の品質が向上する。
また、先端部分50fを加圧する前に潤滑処理を行うことが可能となるため、潤滑処理の際に潤滑剤を金属管50の内部に行き渡らせても、金属管50を潤滑剤から引き上げることで潤滑剤は金属管50から抜け、金属管50内に留まることがない。一方、口付け部を形成した後に潤滑処理を行うと、金属管50を潤滑剤から引き上げても、潤滑剤が口付け部の内側に留まりやすい。このため、先端部分50fを加圧する前に潤滑処理を行うことで、口付け部を形成した後に潤滑処理を行う場合と比べ、潤滑処理の際に潤滑剤が金属管50から抜けるまでの時間を短縮できる。その結果、潤滑処理工程の能率が向上する。
【0080】
また、第1の加圧工程中または第2の加圧工程中に、互いに隣接する分割金型1の接合面1h同士の間に対応した位置に、先端部分50fの盛り上がり50hが生じたとしても、一旦加圧を中断し、金属管50を、軸線50dを中心に所定角度回転させた後に再加圧する事により、盛り上がり50hを加圧して潰すことができる。よって、肉厚の薄い金属管50や口付部外径の縮小量が多い場合にも、隣接する分割金型1の接合面1h同士の間に、金属管50の盛り上がり50hを挟み込むことによる、金属管50の加圧不足を防ぐことができる。
【0081】
また、本発明は上記実施形態の内容のみに限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は一例である。
【符号の説明】
【0082】
1 分割金型
1a 平行加圧部
1a 平行加圧面
1b 第一の端縁
1c 拡径加圧部
1c 拡径加圧面
1e 第二の端縁
1f 外周面
1g 開口
1h 接合面
1i 第一の凹部
1j 第一の凸部
1k 係止面
2 加圧部
2a 貫通孔
2b 填め合い面
3 付勢機構
3a ピン(付勢部材)
3b 弾性体(ガイド部材)
4 駆動部
5 リテーナ
5a 第二の凹部
6 回転機構
10 金型
20 加圧機構
50 金属管
50c 端縁
50d 軸線
50e 非加工部分
50f 先端部分
50f 先端部分第一領域
50f 先端部分第二領域
50g 境目
50h 盛り上がり
50i 外周面
100 口付け装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9