專利名稱：：管的拉拔加工用芯棒和使用該芯棒的管制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及管的拉拔加工用芯棒(plug)和使用該芯棒的管制造方法，特別涉及難以產(chǎn)生磨損、能保持長壽命的芯棒和使用了該芯棒的管制造方法。
背景技術(shù)：
：以前，在制造各種用途的管時(shí)，往往以提高管的外徑、內(nèi)徑和壁厚等的尺寸精度，提高表面的平滑性，確保機(jī)械強(qiáng)度等作為目的，對(duì)管進(jìn)行拉拔加工。例如，如圖l所示，通過向管P的里面插入后端被心軸(mandrel)M支承的芯棒l'，沿著圖1的箭頭方向拉拔管P，來進(jìn)行管的拉拔加工。芯棒1'以相對(duì)于拉模(dice)2及管P成為同心狀的方式被插入到管P的里面。這時(shí)，管P沿著拉模2的圓錐面狀的圓錐部22和芯棒1'的圓錐面狀的圓錐部12'—面變形，一面被引導(dǎo)到拉模2的圓柱面狀的直柱部2l和芯棒r的圓柱面狀的直柱部ir之間。然后，加工成以由相對(duì)向的各直柱部2i劃分的拉模2的開口部的直徑作為外徑、以芯棒r的直柱部ir的直徑為內(nèi)徑的管p。在一般的現(xiàn)有芯棒r中，圓錐部i2'和直柱部ir直接連接。換句話說，如圖i(b)所示，相對(duì)于芯棒r的軸方向傾斜的圓錐部12'和與芯棒r的軸方向平行的直柱部ir的連接部位為在點(diǎn)s折曲的折線狀。而且，現(xiàn)有的芯棒r通常對(duì)表面進(jìn)行涂覆，以便提高其耐磨損性?？墒?，為了降低芯棒的單位消耗資源，希望在管p的拉拔加工中能重復(fù)使用不進(jìn)行表面涂覆的芯棒r。本發(fā)明人研究后知道，若在管p的拉拔加工中重復(fù)使用不進(jìn)行表面涂覆的上述現(xiàn)有的芯棒r，在圓錐部i2'和直柱部ir的折線狀的連接部位附近特別容易產(chǎn)生磨損。若在管p的拉拔加工中不檢修地使用已磨損的芯棒r，有導(dǎo)致拉拔加工后的管p的尺3寸(內(nèi)徑)精度惡化、或在管P和芯棒1'之間產(chǎn)生燒粘的危險(xiǎn)。若要稍長期使用芯棒r，也可以對(duì)己磨損的芯棒r進(jìn)行切削拋光，再利用于尺寸更小的管p的拉拔加工。但是，在上述那樣的再利用中，由于切削拋光需要時(shí)間，所以管p的生產(chǎn)效率降低。因而，希望開發(fā)一種難以產(chǎn)生磨損、能在同一尺寸的管p的拉拔加工中長期使用(壽命長)的芯棒。另一方面，作為圓錐部和直柱部不是直接連接的芯棒，提出了專利文獻(xiàn)i或2記載的芯棒。若更具體地說明，專利文獻(xiàn)i記載的芯棒通過縮頸部(v字槽)連接著圓錐部(在專利文獻(xiàn)i中稱為接近部)和直柱部(在專利文獻(xiàn)i中稱為支承部)(參照專利文獻(xiàn)i的圖2等)。另外，專利文獻(xiàn)2記載的芯棒，如專利文獻(xiàn)2的圖i等記載的那樣，用凹部連接著圓錐部和直柱部(在專利文獻(xiàn)2中稱為精加工部)。專利文獻(xiàn)1:日本國特開平9-225522號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:日本國特開2003-112218號(hào)公報(bào)但是，專利文獻(xiàn)1記載的芯棒以保持作用于芯棒上的拉拔方向力和與拉拔方向相反方向的作用力之間的平衡為目的(專利文獻(xiàn)1的段落0004等)，只不過是在圓錐部和直柱部之間設(shè)置縮頸部。專利文獻(xiàn)l對(duì)于該縮頸部給上述的芯棒的磨損帶來怎樣的影響沒有任何的公開或暗示。專利文獻(xiàn)2記載的芯棒以除去內(nèi)切削時(shí)產(chǎn)生的刀痕等，使拉拔加工后管的內(nèi)周面變成高平滑度為目的(專利文獻(xiàn)2的段落0006等)，只不過是在圓錐部和直柱部之間以規(guī)定的位置關(guān)系設(shè)置凹部的技術(shù)。專利文獻(xiàn)2對(duì)于該凹部給上述的芯棒的磨損帶來怎樣的影響沒有任何的公開或暗示。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問題而研制的，其課題是提供一種難以產(chǎn)生磨損、能保持長壽命的芯棒和使用了該芯棒的管制造方法。為了解決上述課題，本發(fā)明提供一種管的拉拔加工用芯棒，其特征是，其包括圓柱面狀的直柱部、圓錐面狀的圓錐部以及連接上述直柱部和上述圓錐部的曲面部，上述曲面部在包含上述拉拔加工用芯棒的中心軸的剖面上具有曲率中心位于上述直柱部和上述圓錐部的外側(cè)的規(guī)定曲率半徑，上述曲面部與上述直柱部的連接點(diǎn)附近的斜度和上述直柱部的斜度大致相同，而且上述曲面部與上述圓錐部的連接點(diǎn)附近的斜度和上述圓錐部的斜度大致相同。本發(fā)明的管的拉拔加工用芯棒，不像現(xiàn)有技術(shù)那樣直接連接直柱部和圓錐部，而是用具有規(guī)定曲率半徑的曲面部連接直柱部和圓錐部。而且，上述曲面部與直柱部的連接點(diǎn)附近的斜度和直柱部的斜度大致相同，同時(shí)上述曲面部與圓錐部的連接點(diǎn)附近的斜度和圓錐部的斜度大致相同。換句話說，直柱部和曲面部的連接部位及圓錐部和曲面部的連接部位沒有形成為折線狀，而是平滑地連接直柱部、曲面部和圓錐部。因而，為了拉拔加工管而插入到管的里面時(shí)，不與管接觸的未接觸區(qū)域比現(xiàn)有技術(shù)的芯棒少，如后面敘述那樣，從管作用的面壓變分散(作用在未接觸區(qū)域附近的最大面壓降低)。因此，在未接觸區(qū)域附近難以產(chǎn)生芯棒的磨損，能保持長的壽命。這里，若曲面部的曲率半徑變得過小，則由于接近于直柱部和圓錐部直接連接的現(xiàn)有的芯棒(相當(dāng)于現(xiàn)有的芯棒設(shè)曲面部的曲率半徑為零)，上述的面壓分散的效果不足。另一方面，若曲面部的曲率半徑變得過大，則難以在特定的位置(軸向的位置)固定芯棒，另外有導(dǎo)致拉拔加工后管尺寸(內(nèi)徑)精度惡化的顧慮。根據(jù)以上的方面，上述曲率半徑優(yōu)選為2mm以上且20mm以下。并且，本發(fā)明也提供一種管的制造方法，其特征是，包含在被拉拔加工的管的里面插入上述拉拔加工用芯棒并進(jìn)行拉拔加工的工序。圖1是表示現(xiàn)有的管拉拔加工用芯棒的概略結(jié)構(gòu)的軸向剖面圖，其中圖l(a)是表示使用拉拔加工用芯棒進(jìn)行著管的拉拔加工的狀態(tài)的整體圖，圖1(b)表示用圖1(a)的虛線包圍的部分的放大圖。圖2是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的管拉拔加工用芯棒的概略結(jié)構(gòu)的軸向剖面圖，其中圖2(a)是表示使用拉拔加工用芯棒進(jìn)行著管的拉拔加工的狀態(tài)的整體圖，圖2(b)表示用圖2(a)的虛線包圍的部分的放大圖。圖3是表示用數(shù)值解析法算出由管作用于芯棒上的面壓的一例結(jié)果的曲線圖。具體實(shí)施例方式以下，一面適當(dāng)參照附圖，一面說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖2是表示本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的管拉拔加工用芯棒的概略結(jié)構(gòu)的軸向剖面圖，圖2(a)是表示使用拉拔加工用芯棒進(jìn)行著管的拉拔加工的狀態(tài)的整體圖，圖2(b)表示用圖2(a)的虛線包圍的部分的放大圖。如圖2所示，本實(shí)施方式的芯棒l，和現(xiàn)有技術(shù)同樣，被插入到用拉模2邊擠壓邊拉拔加工的管P的里面，并具有圓柱面狀的直柱部11和圓錐面狀的圓錐部12。另一方面，本實(shí)施方式的芯棒1與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別點(diǎn)在于，直柱部11和圓錐部12由曲面部13連接。如圖2(b)所示，曲面部13在包含芯棒1的中心軸的剖面上，具有曲率中心位于直柱部11和圓錐部12的外側(cè)的規(guī)定曲率半徑R。而且，曲面部13與直柱部11的連接點(diǎn)131附近的斜度和直柱部12的斜度(和芯棒1的軸向平行)大致相同。g卩，直柱部11和曲面部13的連接部位不是折線狀而是平滑地連接。同樣，曲面部13與圓錐部12的連接點(diǎn)132附近的斜度和圓錐部12的斜度大致相同。即，圓錐部12和曲面部13的連接部位不是折線狀而是平滑地連接。這樣，本實(shí)施方式的芯棒l中，能平滑地連接直柱部ll、曲面部13和圓錐部12。本實(shí)施方式的芯棒l，由于具有上述結(jié)構(gòu)，在管P的拉拔加工時(shí)與管P不接觸的未接觸區(qū)域比現(xiàn)有技術(shù)的芯棒少。其結(jié)果是，從管P作用的面壓變分散(作用在未接觸區(qū)域附近的最大面壓降低)。以下，更具體說明這點(diǎn)。圖3是表示用數(shù)值解析法算出分別用曲面部13的曲率半徑R=10mm的芯棒l及曲率半徑1^0mm的芯棒(相當(dāng)于現(xiàn)有的芯棒)，對(duì)相同規(guī)格的管P進(jìn)行拉拔加工時(shí)從管P作用的面壓的一例結(jié)果曲線圖。圖3的橫軸表示將直柱部11的延長線和圓錐部12的延長線交叉的點(diǎn)S(參照?qǐng)D2)作為基準(zhǔn)(=Omm)的軸向位置(mm)，縱軸表示用數(shù)值解析法算出的面壓(MPa)。還有，在數(shù)值解析中使用了有限元素法(二元軸對(duì)稱彈塑性變形FEM)。如圖3所示，在現(xiàn)有的芯棒(R=0mm)中，在基準(zhǔn)點(diǎn)S附近、即圓錐部和直柱部的折線狀的連接部位附近，面壓急劇增大，認(rèn)為這是由于連接部位是折線狀，所以產(chǎn)生不與管P接觸的未接觸區(qū)域。即，認(rèn)為在上述未接觸區(qū)域中由于沒有來自管P的面壓作用，反而作用于鄰接未接觸區(qū)域的區(qū)域上的面壓急劇增大。另一方面，如圖3所示，在本實(shí)施方式的芯棒l中(在圖3所示的例中R-10mm)，基準(zhǔn)點(diǎn)S附近的最大面壓降低。認(rèn)為這是由于直柱部11、曲面部13和圓錐部12平滑地連接，所以在管P的拉拔加工時(shí)不與管P接觸的未接觸區(qū)域比現(xiàn)有技術(shù)的芯棒變少。S卩，認(rèn)為由于未接觸區(qū)域少，所以從管P作用的面壓被分散到接觸區(qū)域的結(jié)果，作用于鄰接未接觸區(qū)域的區(qū)域上的面壓降低。從以上說明的數(shù)值解析的結(jié)果可知，在本實(shí)施方式的芯棒l由于直柱部ll、曲面部13和圓錐部12平滑地連接，所以在管P的拉拔加工時(shí)不與管P接觸的未接觸區(qū)域比現(xiàn)有技術(shù)的芯棒變少，從管P作用的面壓變分散(作用于未接觸區(qū)域附近的最大面壓降低)。因此，在未接觸區(qū)域附近芯棒l難以產(chǎn)生磨損，能保持長的壽命。但是，當(dāng)曲面部13的曲率半徑R變得過小時(shí)，由于接近直接連接直柱部11和圓錐部12的現(xiàn)有的芯棒(相當(dāng)于現(xiàn)有的芯棒設(shè)曲面部13的曲率半徑R=0mm)，上述的面壓分散的效果變得不足。因而，最好曲率半徑R設(shè)為2mm以上。另一方面，當(dāng)曲面部13的曲率半徑R變得過大時(shí)，難以將芯棒1固定在特定的位置(軸方向的位置)，另外有導(dǎo)致拉拔加工后管P的尺寸(內(nèi)徑)精度惡化的顧慮。因而，最好曲率半徑R設(shè)為20mm以下。以下，關(guān)于本實(shí)施方式的芯棒l及現(xiàn)有的芯棒，說明實(shí)際評(píng)價(jià)壽命的結(jié)果。分別用曲率半徑R不同的多個(gè)芯棒，拉拔外徑38.1mm、壁厚3.8mm的管，進(jìn)行加工成外徑22.55mm、壁厚2.65mm的管的試驗(yàn)。而且，用拉拔加工后管的尺寸變?yōu)楣钇x(公差外扎)、或者管和芯棒之間產(chǎn)生燒粘之前的管的總拉拔長度來評(píng)價(jià)壽命。表1表示上述試驗(yàn)的結(jié)果。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>如表1所示，與現(xiàn)有的芯棒(R=0mm)相比，本實(shí)施方式的芯棒1(R=2、5、10、20、30mm)能確保長的壽命。特別是若使用曲率半徑R-220mm的范圍的芯棒，與現(xiàn)有的芯棒相比，可以大幅度延長壽命。權(quán)利要求1、一種管的拉拔加工用芯棒，其特征是，其包括圓柱面狀的直柱部、圓錐面狀的圓錐部、以及連接上述直柱部和上述圓錐部的曲面部，上述曲面部在包含上述拉拔加工用芯棒的中心軸的剖面上具有曲率中心位于上述直柱部和上述圓錐部的外側(cè)的規(guī)定曲率半徑，上述曲面部與上述直柱部的連接點(diǎn)附近的斜度和上述直柱部的斜度大致相同，而且上述曲面部與上述圓錐部的連接點(diǎn)附近的斜度和上述圓錐部的斜度大致相同。2、如權(quán)利要求l所述的管的拉拔加工用芯棒，其特征是，上述曲率半徑設(shè)為2mm以上且20mm以下。3、一種管的制造方法，其特征是，包含在拉拔加工的管的里面插入權(quán)利要求1或2所述的拉拔加工用芯棒并進(jìn)行拉拔加工的工序。全文摘要本發(fā)明的拉拔加工用芯棒(1)由曲面部(13)連接直柱部(11)和圓錐部(12)。其特征是，曲面部(13)在包含芯棒(1)的中心軸的剖面上具有曲率中心位于直柱部(11)和圓錐部(12)的外側(cè)的規(guī)定曲率半徑R，曲面部與直柱部(11)的連接點(diǎn)(131)附近的斜度和直柱部(11)的斜度大致相同，而且曲面部與圓錐部(12)的連接點(diǎn)(132)附近的斜度和圓錐部(12)的斜度大致相同。文檔編號(hào)B21C1/24GK101443137SQ20078001351公開日2009年5月27日申請(qǐng)日期2007年4月16日優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日發(fā)明者別府研一,奧井達(dá)也,黑田浩一申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社