[发明专利]冷拉拔加工用芯棒和金属管的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种芯棒和金属管的制造方法，更具体地说，涉及一种用于冷拉拔加工的 芯棒和使用了该芯棒的金属管的制造方法。

背景技术

为了提高金属管的尺寸精度、使其内外表面平滑化，有时对金属管实施冷拉拔加工。 冷拉拔加工一般使用拉模和芯棒。拉模对金属管进行缩径，将金属管的外径调整至所需尺 寸。并且使金属管的外表面平滑化。另一方面，芯棒对金属管的内径尺寸进行调整，并使 金属管的内表面平滑化。

近年来，用于冷拉拔加工的芯棒，根据该目的提出有各种形状。例如，日本特开 2006-167763号公报和日本特开平11-300411号公报公开了带台阶的芯棒，其目的在于去除 作为被加工件的金属管(以下称为原管)的内表面的褶皱瑕疵。这些专利文献所公开的带台 阶的芯棒，在芯棒后部形成有环状的突起部，由突起部在芯棒表面设置台阶差。利用该台 阶差对原管内表面进行减薄拉深。由此去除原管内表面的褶皱瑕疵，改善表面粗糙度。

在冷拉拔加工中，大多在拉拔后的金属管的外表面的周向产生残余拉应力。当金属管 的外表面有凹陷瑕疵时，该凹陷瑕疵与残余拉应力互相作用，从而当冷加工后实施热处理 时，有时在金属管的外表面产生裂痕。因此，冷拉拔加工后的金属管的外表面的残余拉应 力以较低为好。

日本特开平2-197313号公报公开了降低残余应力、改善金属管的内压疲劳特性的金属 管的制造方法。在该文献中，采用芯棒的后半部分的外径比芯棒的前半部分的外径大的两 段结构的芯棒。采用该芯棒，对由拉模缩径的原管以0.1-1.5％的扩管率进行扩管。由此， 改变冷拉拔加工后的金属管的残余应力，改善内压疲劳特性。

但是，如日本特开平2-197313号公报所示，仅将扩管率设为0.1-1.5％的话，虽然能改 变金属管的残余应力，但有时金属管外表面的残余拉应力却没有降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低冷拉拔加工后的金属管的外表面的残余拉应力 的冷拉拔加工用芯棒。

本发明的发明人想通过如下的手段来降低冷拉拔加工后的金属管的外表面的残余拉 应力：采用一种芯棒，如图1所示，该芯棒具有；第1圆柱部20，其具有外径D1；第2 圆柱部40，其具有比外径D1大的外径D2；以及形成在第1圆柱部20和第2圆柱部40 之间的锥形部30，在冷拉拔加工的过程中，用锥形部30对原管进行扩管。

本发明的发明人对采用图1所示的形状的芯棒来降低残余拉应力的原理做下述推定： 当用锥形部30对原管进行扩管时，芯棒拔出后的金属管的弹性回复所引起的周向压缩应 变，金属管的内表面侧比外表面侧大。因此，在金属管的外表面侧作用有压缩方向的应力。 其结果，金属管的外表面的周向残余拉应力降低。

当由于该原理使残余拉应力降低时，本发明的发明人认为，不仅是扩管率，锥形部30 的轴向长度L也与残余拉应力的降低有关。这是因为，即使扩管率相同，如果轴向长度L 不同的话，锥形部30所引起的原管的变形方式也不同。因此，推定出降低残余拉应力的 压缩方向的应力大小也不同。

根据上述推定，本发明的发明人采用有限元法，对采用式(A)所定义的扩管率ρ(％)和 L/D2不同的多个芯棒进行的冷拉拔加工进行仿真。然后求出冷拉拔加工后的金属管外表面 的残余拉应力。

ρ＝(D2-D1)/D1×100(A)

研究结果表示在图2中。图中的横轴表示扩管率ρ(％)，纵轴表示L/D2。图中的各标 记的图形表示仿真所使用的芯棒的锥形半角θ的值。各图形所对应的锥形半角θ的值如图 2中的图例所示。图中各标记的旁边所示的数值表示冷拉拔后的金属管的外表面圆周方向 的残余拉应力σ对于冷拉拔前的原管的屈服应力YS的比(＝σ/YS)。

参考图2，本发明的发明人发现，当扩管率ρ和L/D2在图2中的区域AR内时，换而 言之，当外径D1、D2和轴向长度L满足下式(1)-(4)时，σ/YS降低至不到0.5，残余拉应力 有效地降低。

0.25≤ρ≤2.00       (1)

0.06≤L/D2≤0.8      (2)

L/D2≤0.3×ρ+0.575  (3)

L/D2≥0.1×ρ        (4)

根据上述发现，本发明的发明人完成了下述发明。