特許 6195090 直接的または間接的金属パイプ押出成形法

(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】6195090

(24)【登録日】2017年8月25日

(45)【発行日】2017年9月13日

(54)【発明の名称】直接的または間接的金属パイプ押出成形法

(51)【国際特許分類】

   B21C 25/04 20060101AFI20170904BHJP

   B21C 23/08 20060101ALI20170904BHJP

   B21C 23/20 20060101ALI20170904BHJP

【ＦＩ】

   B21C25/04

   B21C23/08 A

   B21C23/20

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-523419(P2015-523419)

(86)(22)【出願日】2013年7月24日

(65)【公表番号】特表2015-527200(P2015-527200A)

(43)【公表日】2015年9月17日

(86)【国際出願番号】DE2013000401

(87)【国際公開番号】WO2014015849

(87)【国際公開日】20140130

【審査請求日】2015年2月26日

(31)【優先権主張番号】102012014836.4

(32)【優先日】2012年7月27日

(33)【優先権主張国】DE

(31)【優先権主張番号】102012021787.0

(32)【優先日】2012年11月8日

(33)【優先権主張国】DE

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】510320690

【氏名又は名称】エスエムエス グループ ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】ムスチャリク，アウィー

(72)【発明者】

【氏名】ロット，アンナ

(72)【発明者】

【氏名】ヴァン プッテン，コース

(72)【発明者】

【氏名】マーゲンハイマー，イェンス

【審査官】 田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１−１９２４１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１００２１８８１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許第３８６８８４１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平６−３０４６４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２１Ｃ ２５／０４

Ｂ２１Ｃ ２３／０８

Ｂ２１Ｃ ２３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ダイ（２）により、かつマンドレル（６）を介して金属ブロック（５）が金属パイプ（９）にプレスされる直接的または間接的金属パイプ押出成形法であって、
前記マンドレル（６）は、軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面（６３，６４）を有し、かつ前記ダイを基準にして軸方向に選択的に２つのプレス位置に、当該２つのプレス位置のうちの第１の位置では２つのプレス面（６３，６４）のうちの第１の面が、前記２つのプレス位置のうちの第２の位置では前記２つのプレス面（６３，６４）のうちの第２の面が、前記金属ブロック（５）から前記金属パイプ（９）にプレスされるワークピースに対して変形するよう作用するように位置決めされる、金属パイプ押出成形法において、
前記ワークピースは、前記ダイ（２）の軸方向の高さでマンドレル側に支持され、一方、前記マンドレル（６）は、前記ダイ（２）を基準にして前記第１のプレス位置から前記第２のプレス位置へと位置決めされ、
前記支持は、前記ワークピースが前記マンドレル（６）を基準にして自由表面を形成し、かつ、前記自由表面が前記マンドレル（６）の方向に移動した後に行われ、
前記支持が行われる前に、前記ダイ（２）と前記マンドレル（６）との間の自由空間への前記ワークピースの流入過程を開始する、ことを特徴とする金属パイプ押出成形法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダイにより、かつマンドレルを介して金属ブロックが金属パイプにプレスされる直接的または間接的金属パイプ押出成形法に関するものであり、ここで前記マンドレルは、軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面を有し、かつダイを基準にして軸方向に選択的に２つのプレス位置に、２つのプレス位置のうちの第１の位置では２つのプレス面のうちの第１の面が、２つのプレス位置のうちの第２の位置では２つのプレス面のうちの第２の面が、金属ブロックから金属パイプにプレスされるワークピースに対して変形するように作用するよう位置決めされる。本発明は、軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面と、当該２つのプレス面の間の移行領域とを備えるマンドレルにも関する。同様に本発明は、ブロック収容部と、ダイと、マンドレルとを備える金属パイプ押出成形機に関する。さらに本発明は、２つの異なる壁厚と、当該壁厚の間にある移行領域とを備え、前記移行領域には狭窄部が存在する、好ましくはアルミニウム製の押出成形された金属パイプに関するものである。

【背景技術】

【0002】

この種の直接的または間接的金属パイプ押出成形法それ自体は、従来技術から十分に公知である。ここでは、軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面を有していて、軸方向に選択的に変位されるマンドレルによって、このようにしてプレスされる金属パイプの内径を、それぞれのプレス面に対して相補形に相応に変形することができる。前記プレス面は作用面として、ダイとの相互作用で所属の隙間を形成し、この隙間も同様に相応に可変であり、この隙間を通してワークピースが変形されるようプレスされる。マンドレルが軸方向に、２つのプレス面のうちの第１の面または２つのプレス面のうちの第２の面が選択的にダイと相応に相互作用するよう移動することによって、この隙間を相応に所期のように変化することができる。金属パイプ押出成形機のこの種の構成ないしこの種の方法の実施では、必然的に内径の変化によって壁厚が変化されるが、このように押出成形された金属パイプは、２つの壁厚に間のそれらの移行領域に、半径方向で外に向いた１つの狭窄部を有する。

【0003】

壁厚の異なるこの種の金属パイプは例えばドリルパイプとして知られるが、しかし他の目的に、例えばケーシングとして使用することができる。ここではとりわけ、アルミニウムパイプまたはアルミニウム製ないし相応に押出成形可能な類似の金属製のパイプが、これに関して重要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、狭窄部の不利な影響が最小にされた、直接的または間接的金属パイプ押出成形法、金属パイプをプレスするためのマンドレル、金属パイプ押出成形機、および押出成形された金属パイプを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

解決手段として、請求項１の特徴を備える直接的または間接的金属パイプ押出成形法、請求項４の特徴を備える、金属パイプをプレスするためのマンドレル、請求項１０の特徴を備える金属パイプ押出成形機、および請求項１１、１２、１４または１５による押出成形された金属パイプが提案される。

【0006】

さらなる有利な構成は従属請求項に記載されている。

【0007】

ここで直接的または間接的金属パイプ押出成形法であって、ダイにより、かつマンドレルを介して金属ブロックが金属パイプにプレスされ、前記マンドレルは、軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面を有し、前記ダイを基準にして軸方向に選択的に２つのプレス位置に、２つのプレス位置のうちの第１の位置では２つのプレス面の位置の第１の面が、２つのプレス位置のうちの第２の位置では２つのプレス面のうちの第２の面が、金属ブロックから金属パイプにプレスされるワークピースに対して変形するように作用するよう位置決めされる直接的または間接的金属パイプ押出成形法は、前記ワークピースが前記ダイの軸方向の高さでマンドレル側に支持され、一方、前記マンドレルは、前記ダイを基準にして第１のプレス位置から第２のプレス位置へと位置決めされる、ことを特徴とすることができる。

【0008】

この種のマンドレル側の支持によって、この種の狭窄部のとりわけ深さが、しかし長さも変化される。したがって例えば狭窄部の深さを低減することができ、これにより狭窄部の作用が相応に減少される。同じように例えば支持によって狭窄部の長さを増大することができ、これにより金属パイプの外側における例えば案内不精度ないし金属パイプ内部での負荷ピークの発生を相応に減少することができる。

【0009】

対応して、２つの異なる壁厚と、当該壁厚の間にある移行領域とを備え、この移行領域に狭窄部が存在する押出成形された金属パイプは、前記狭窄部が、２つの壁厚の差よりも小さい深さを有する、ことを特徴とすることができる。好ましくは前記差からの相違は少なくとも１０％である。しかし適切に実施される方法が存在する場合には、前記相違は１５％またはそれ以上でも良い。当該方法の実施の際に行われる支持によって初めて、狭窄部の深さを所期のように低減することができる。

【0010】

同じようにして、この支持によって初めて、２つの異なる壁厚と、これら壁厚の間にある移行領域とを備え、この移行流域に狭窄部が存在する押出成形された金属パイプであって、この狭窄部が前記２つの壁厚の差よりも大きな長さを有し、ここで前記２つの壁厚の差の相違は少なくとも１０％であって良い、ことを特徴とする金属パイプを提供することができる。しかしながら具体的な方法の実施に応じて、前記差の相違は１００％までであっても良い。それどころか同じようにして、適切な方法の実施の場合には、狭窄部の長さは、比較的に小さな方の壁厚よりも長く、それどころか場合によっては比較的に大きい方の壁厚よりも長く選択することができる。しかしここでは、２つの壁厚の間に過度に長い移行領域が存在することは、最終的には金属パイプの製造において相応に大きな材料消費につながることを考慮すべきであり、このことは同様に望ましくない結果につながり得る。したがってここではもちろん上限を設けるべきである。

【0011】

狭窄部の変化に対して補足的に、この狭窄部の領域で壁厚の変化が行われる。対応してこの方法の実施によって初めて、壁厚を狭窄部の領域で所期のように調整することができる。その限りにおいて、２つの異なる壁厚と、これら壁厚の間にある移行領域とを備え、この移行領域に狭窄部が存在する押出成形された金属パイプは、この狭窄部の領域では壁厚が２つの壁厚の小さい方よりも大きいことを特徴とすることができる。後者は、適切な方法の実施の場合にはとりわけ、狭窄部の領域における壁厚が、２つの壁厚の差の少なくとも１０％だけ、好ましくは２つの壁厚の差の２０％だけ、２つの壁厚のうちの小さい方よりも大きく構成される。

【0012】

前に説明した方法の実施の具体的実現では、ダイの軸方向の高さでのワークピースの支持は、ワークピースがマンドレルを基準にして自由表面を形成した後に初めて行うことができる。この種の自由表面の形成は、マンドレルが軸方向にずらされ、したがって第１のプレス位置から第２のプレス位置へと位置決めされるときに行われ、ワークピースないし金属ブロックが以前と同様に圧力下に置かれていたとしても行われる。これは、ワークピースが変形のために可塑化され、ダイとマンドレルとの間でプレスされるためである。したがってたとえワークピースが変形可能であり、マンドレルとダイとの間に提供される変化された容積に適合できるとしても、この種の適合は、可塑化された材料の高い粘度のため直接的には行われず、したがってマンドレルが移動される速度でも行われない。その点で、ワークピースがその可塑化された領域をもって、第１のプレス位置から第２のプレス位置へのマンドレルの位置決めによって解放された空間を再び満たすまでにはある程度の時間が経過する。ワークピースがマンドレルを基準にして自由表面を形成した後に初めて支持が行われることにより、支持が行われる前にワークピースは先ず一度、この自由空間への流入過程を開始することができる。これによって必要な材料移動を、以前と同じように可及的に迅速に開始することができ、異なる壁厚の間の移行領域を最小に維持することができる。

【0013】

好ましくは支持は、自由表面がマンドレルの方向に移動して初めて行われる。この種の方法の実施では、相応に可塑的な移動が金属ブロックに深く入り込むことができ、これにより、マンドレルの再位置決めによって生じた自由空間が可及的に迅速に材料によって再び満たされる。そして対応して、金属パイプの２つの壁厚間の移行領域は最小に維持される。

【0014】

軸方向にずらして配置された、半径方向の形状の異なる２つのプレス面と、この２つのプレス面の間の移行領域とを備える、金属パイプをプレスするためのマンドレルは、このマンドレルが前記移行領域に支持面を有する、ことを特徴とすることができる。

【0015】

すでに冒頭で説明したように、「プレス面」の概念はこの関係を表し、これらの面は、規定どおりにプレス中にダイと交互作用してダイとマンドレルとの間に隙間を規定し、ワークピースに対して変形するように作用する。マンドレルの他方の表面は、材料とはまったく接触せず、または変形過程に対して言うに値する影響を及ぼさない。なぜなら材料は対応の面を通過するだけだからである。

【0016】

移行領域にある支持面によって構造的に比較的簡単に、マンドレルがダイを基準にして第１のプレス位置から第２のプレス位置へと位置決めされる際に、ダイの軸方向の高さにおけるワークピースのマンドレル側の支持を実現することができる。

【0017】

好ましくは支持面は、軸方向の支持の長さに亘って一定の断面を有する。したがって材料がダイとマンドレルとの間の自由空間に流れるときに、材料には規定の支持が提供される。この関連で、通常、この種のプレスされた金属パイプは円形の断面を有し、対応してマンドレルも実質的に円筒形状に構成されていることを強調しておく。対応してこのことは、プレス面および好ましくは支持面に対しても当てはまる。一方、この種の円形断面は必ずしも必要ではない。しかしマンドレルの軸方向の長手伸張方向においてプレス面はマンドレル軸に対して平行に配向される。したがってマンドレル軸によって設定される平面は、円筒座標の形式でマンドレル軸に対して垂直の角度だけ傾斜しており、プレス面は、通常、マンドレル軸に対して平行に配向され、半径方向の変化はマンドレル軸に対して垂直にだけ行われる。

【0018】

過度に大きな支持の長さは、マンドレルが最終的に位置決めされた際に、場合により不利な流動特性につながるから、支持の長さが２つのプレス面の間の軸方向に間隔より小さいか、または８０％であると有利であり得る。とりわけ支持の長さは、２つのプレス面の間の軸方向の間隔の６０％ないし５０％以下に選択することができる。それどころか場合によっては、とりわけ断面の異なる複数の支持面を使用する場合には、個々の支持面の支持の長さをさらに小さく選択することが考えられる。さらに支持の長さは好ましくは、２つのプレス面の間の軸方向の間隔の２％以上であるべきことが判明した。好ましくは支持の長さは、２つのプレス面の間の軸方向の間隔の５％ないし１０％以上である。このようにして十分な支持を保証することができる。

【0019】

通常、マンドレルは、マンドレル軸を通って延在する各断面においてマンドレル脚部からマンドレル先端に向かって単調に先細になる。すなわち、マンドレル脚部の領域に場合により存在する保持装置は別にして、半径拡大部を有しない。このことは、すでにエネルギー的な理由から意味のあることと思われる。したがってその点で、２つのプレス面のうちマンドレル軸に対して比較的に大きな間隔を有する第１の面が、２つのプレス面のうちの第２の面よりもマンドレル先端からさらに離れて配置されていると有利である。

【0020】

２つのプレス面の半径方向の形状が異なることにより、マンドレル軸を中心にする少なくとも特定の角度において、前記マンドレル軸を通る、正確に前記角度に設定された断面に対応して、マンドレル軸に対するこれら２つのプレス面の対応の半径に差が生じるようになる。なぜならそうでないと、半径方向に異なる形状が必然的に存在しないこととなるからである。好ましくは、マンドレル軸を中心に同じ角度で配向された支持面の半径は、２つの半径のうちの大きい方よりも、またはマンドレル軸を中心に同じ角度で配向されたさらなる支持面の半径よりも半径差の５％超だけ小さい。このようにして、ワークピースの材料を取り去るのに十分である十分に大きな空間を動作的に確実に形成することができる。とりわけこれによってこの空間が、ワークピースがこの領域に入り込む弾性拡張によってだけ補償されるものではないことを保証することができる。好ましくは、マンドレル軸を中心に同じ角度で配向された支持面の半径は、２つの半径のうちの大きい方よりも、またはマンドレル軸を中心に同じ角度で配向されたさらなる支持面の半径よりも半径差の７０％未満だけ小さい。このようにして、支持面が自由材料表面から過度に離れ過ぎないていないこと、および十分に迅速に支持されない過度に強い材料の流れがこの自由空間内に発生することが保証される。好ましい構成では、支持面は、半径差の７％超ないし１０％超だけ小さくすることができる。同様に支持面の半径は、半径差の５５％ないし５０％未満だけ小さく構成することができる。

【0021】

場合により複数の支持面を設けることができる。このことにより、具体的な方法の実施に応じて、２つの異なる壁厚とこれら壁厚間にある移行領域とを備え、この移行領域に狭窄部が存在する押出成形された金属パイプが、少なくとも２つの狭窄部を特徴とするようになる。２つの狭窄部を備えるこの種の構成は、マンドレルがただ１つの工程で第１のプレス位置から第２のプレス位置へと位置決めされるのではなく、この再位置決めが複数の工程で行われる場合、状況によっては、単に１つの支持面を備える構成と置き換えることができる。そのために場合により、支持面を円錐形に構成することもでき、またはマンドレル軸を中心に所定の角度で先細にすることができる。複数の支持面がある場合でも、ステップごとの再位置決めにより、狭窄部の構成および数に対して所期のように影響を及ぼすことができる。

【0022】

少なくとも２つの狭窄部によって、本発明が適切に実施される場合には、狭窄部をそれぞれ比較的に小さくすることができる、すなわち狭窄部がその作用において最小であることを実現することができる。このことは累積的に不利な作用の同じような減少につながる。

【0023】

本発明はとりわけ、アルミニウムないしアルミニウムパイプに、並びに他の押出成形可能な金属ないし金属パイプに適する。とりわけ本発明は、例えばこの種の材料から成るドリルパイプに適するが、しかしこの種の材料から成る、他の目的のための相応のパイプ状構造物にも適する。

【0024】

前記ないし請求項に記載された解決手段の特徴は、利点を相応に累積的に実現できるようにするために、場合により組み合わせることができることが理解されよう。

【0025】

本発明のさらなる利点、目標、特性を、実施例の以下の記述に基づいて説明する。実施例はとりわけ添付図面にも示されている。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、第１のプレス位置にあるマンドレルを備える直接的金属パイプ押出成形機に関する概略図である。

【図2】図２は、図１の構成を示す図であり、ここでマンドレルは第２のプレス位置に位置決めされる。

【図3】図３は、第２のプレス位置にあるマンドレルを備える図１と２の構成を示す図である。

【図4】図４は、第１のプレス位置にあるマンドレルを備える間接的金属パイプ押出成形機を、図１から３に類似して示す図である。

【図5】図５は、図１から４のマンドレルのマンドレル先端の詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

２つの金属パイプ押出成形機１０と２０は、それぞれ１つのブロック収容部１、ダイ２、前記ブロック収容部１に対して相対的に移動可能なプレススタンプ３およびマンドレル６を有する。マンドレルはダイと共に隙間を形成し、この隙間を通してワークピースが金属ブロック５から金属パイプ９にプレスされる。このことはそれぞれ、ブロック収容部１がプレススタンプ３に対して相対的に移動されることによって行われる。これによりブロック収容部１内の空間が対応して縮小され、そこに存在する金属ブロック５が、それぞれダイ２とマンドレル６との間にある隙間を通してプレスされる。

【0028】

そのために図１から３に示された直接的金属パイプ押出成形機１０は、プレス方向Ｐでブロック収容部１の前方に配置されたプレススタンプ３を有する。このプレススタンプは、それ自体公知のようにプレスディスク４をプレス方向Ｐでブロック収容部１へと駆動する。これによりブロック収容部１内に存在する空間が相応に縮小される。ここでブロック収容部１にはダイホルダ７が設けられており、このダイホルダにダイ２がブロック収容部１を基準にして位置固定して保持される。そしてプレススタンプ３がプレス方向Ｐに移動すると、ワークピースが隙間を通して金属パイプ９にプレスされ、この金属パイプはこの隙間をプレス方向Ｐに去る。

【0029】

図４に示された間接的金属パイプ押出成形機２０は、プレス方向Ｐでブロック収容部１の後方に配置された１つのプレススタンプ３を含む。このプレススタンプはプレスのためにプレス方向Ｐとは反対方向に移動され、ダイ２を支持する。ここでブロック収容部１は、プレススタンプ３とは反対側のその端部に閉鎖部材８を有する。この閉鎖部材はブロック収容部を、プレス方向Ｐとは反対の側で閉鎖する。次にプレススタンプ３がプレス方向Ｐとは反対の方向に移動されると、このプレススタンプはダイ２を、マンドレル６を介して閉鎖部材８の方向に押圧する。これによりダイ２はブロック収容部１を基準にして移動される。すなわち直接的金属パイプ押出成形機１０の場合とは異なり、ブロック収容部１を基準にして位置固定されず、その位置に留まらない。この実施例では、マンドレル６がプレススタンプ３ないしダイ２と共に、ブロック収容部１を基準にして移動される。

【0030】

プレススタンプ３とブロック収容部１との間の相対運動は、異なるやり方で、例えばブロック収容部１が静止保持され、プレススタンプ３が移動されることによって、またはプレススタンプ３が静止保持され、ブロック収容部１が移動されることによって実現できることが理解される。同様に、プレススタンプ３とブロック収容部１との間でプレスに必要な相対運動が実現されるのであれば、２つの構成群を移動することも考えられる。

【0031】

本実施例では、マンドレルが、そのマンドレル軸６８を基準にして回転対称に構成されている。しかしこのことは、全ての実施形態において必ずしも必要ではない。

【0032】

とりわけ図５に示されるように、マンドレル６はそのマンドレル先端６１に向かって先細であり、第１のプレス面６３と第２のプレス面６４を有する。これらのプレス面は、マンドレル６の軸方向の移動によってそれぞれ１つの位置にもたらすことができ、この位置においてプレス面はダイ２と共に、ワークピースの材料に変形するよう直接的に作用し、金属パイプ９を成形することができる。

【0033】

第１のプレス面６３と第２のプレス面６４との間には移行領域６６が配置されており、この移行領域には、この実施例ではマンドレル軸６８を中心に円筒形に配向された支持面６２が設けられている。

【0034】

軸方向に第１のプレス面６３は長さ７１を有し、第２のプレス面は長さ７２を有する。２つのプレス面６３，６４の間には、移行領域６６を規定する間隔７３がある。

【0035】

マンドレルバー６は、それ自体公知のようにそのマンドレル脚部６７において確保されており、それを介して移動することができる。とりわけマンドレルバーは、第１のプレス面６３がダイ２と交互作用する第１のプレス位置から、第２のプレス面６４がダイ２と交互作用する第２のプレス位置へと位置決めすることができる。このことは、図１から３に例として示されている。

【0036】

この再位置決めにより、２つのプレス面６３，６４の異なる断面に対応して壁厚が変化することができる。結果として、壁厚が異なり、これらの間に移行領域の設けられた金属パイプ９を提供することができる。ここでこの移行領域には狭窄部Ｅが存在し、この狭窄部は、マンドレルの再位置決めの間に適切に支持することによって最小化することができ、場合によっては完全に回避することもできる。

【0037】

本実施例は、金属パイプ９としてのアルミニウムパイプに関するものであるが、場合によっては押出成形法によってパイプにプレスすることのできる他の金属も、相応して択一的に使用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１ ブロック収容部
２ ダイ
３ プレススタンプ
４ プレスディスク
５ 金属ブロック
６ マンドレル
７ ダイホルダ
８ 閉鎖部材
９ 金属パイプ
１０ 直接的金属パイプ押出成形機
１１ 間接的金属パイプ押出成形機
６１ マンドレル先端
６２ 支持面
６３ 第１のプレス面
６４ 第２のプレス面
６５ 支持の長さ
６６ 移行領域
６７ マンドレル脚部
６８ マンドレル軸
７１ 第１のプレス面の長さ
７２ 第２のプレス面の長さ
７３ プレス面の間の間隔
Ｅ 狭窄部
Ｐ プレス方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】