以下、図面を参照し、本発明の実施の形� ��を詳しく説明する。図中同一又は相当部分� ��は同一符号を付してその説明は繰り返さな� ��。

 [冷間引抜加工用プラグ]
 本発明の実施の形態による冷間引抜加工用� ��ラグ(以下、単にプラグという)は、金属管� �冷間引抜加工に用いられる。以降、冷間引� �加工前及び冷間引抜加工中の被加工材を「� �管」といい、冷間引抜加工後の被加工材を� �に「金属管」という。

 図1を参照して、プラグ1は、第1円柱部20� �、テーパ部30と、第2円柱部40と、逃げ部50と� ��備える。これらは、同軸に連続的に形成さ� ��る。

 第1円柱部20は、外径D1(mm)を有する。第1円 柱部20の先端は、棹10の端部と周知の方法(例� ��ば螺着)で結合される。棹10は、冷間引抜加� ��中、プラグ1を支持し、プラグ1を所定の位� �に保持する。第1円柱部20は、冷間引抜加工� �に、図示しないダイスで縮径された素管の� �面と接触し、素管の内径を一定にする。

 テーパ部30は、第1円柱部20と第2円柱部40� �の間に形成される。テーパ部30は、テーパ表 面31を有する。テーパ表面31は、第1円柱部20� �後端縁21と第2円柱部の前端縁41との間に形成 される。テーパ表面31は円錐台状であり、第1 円柱部20から第2円柱部40に向かって徐々に大� ��くなる外径を有する。また、テーパ部30は� �方向長さL(mm)を有する。

 テーパ部30は、ダイスで縮径された素管� �拡管する。これにより、冷間引抜加工後の� �属管の外面の引張残留応力が低減される。

 第2円柱部40は、第1円柱部20と同軸に形成� ��れる。第2円柱部40は、外径D1よりも大きい� �径D2(mm)を有する。第2円柱部40は、テーパ部30 で拡管された素管の内面と接触し、冷間引抜 加工後の金属管の内径を一定にする。

 逃げ部50は、第2円柱部の後端に形成され� ��。逃げ部50は、逆テーパ表面51を有する。逆 テーパ表面51は円錐台状であり、その外径は� ��プラグ1の後端に向かって徐々に小さくなる 。逃げ部50は、素管がプラグ1を通過するとき に、プラグ1の後端により素管の内面に疵が� �生するのを抑制する。なお、プラグ1は逃げ� ��50を有しなくてもよい。

 プラグ1はさらに、式(1)~(4)を満たす。
 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)
 ここで、拡管率ρ(%)は式(A)で定められる。
 ρ=(D2-D1)/D1×100 (A)

 プラグ1が式(1)~(4)を満たすことにより、� �張残留応力が有効に低減される。より具体� �には、素管の降伏応力YS(MPa)に対する金属管� ��引張残留応力σの比(=σ/YS)を0.5未満にするこ とができる。以下、式(1)~式(4)について詳述� �る。

 [式(1)について]
 式(1)は拡管率ρの範囲を規定する。拡管率ρ は、換言すれば、第1円柱部20と第2円柱部40と の段差hの大きさを示す。拡管率ρが小さけれ ば、段差hが小さい。そのため、テーパ部30が 素管を拡管するときに素管に与えるひずみが 小さい。テーパ部30が与えるひずみが小さけ� ��ば、金属管の外面側で圧縮方向に作用する� ��力も小さくなる。そのため、冷間引抜加工� ��の金属管外面の引張残留応力が低減しにく� ��。

 一方、拡管率ρが大きい場合、段差hが大� ��くなる。段差hが大きければ、テーパ部30が� ��管に与えるひずみも大きい。そのため、引� ��残留応力が低減されやすい。しかしながら� ��段差hが大きすぎれば、冷間引抜時にプラグ 1に掛かる荷重が過剰に大きくなる。

 拡管率ρが式(1)を満たせば、プラグ1に過� ��な荷重が掛かるのを防ぎつつ、金属管の引� ��残留応力を有効に低減できる。好ましい拡� ��率の下限値は0.30%であり、好ましい拡管率� �上限値は1.00%である。

 [式(2)について]
 式(2)は、第2円柱部40の外径D2に対するテー� �部30の軸方向長さLの比(=L/D2)の範囲を規定す� ��。L/D2が小さすぎる場合、具体的には、L/D2� �0.06よりも小さい場合、引張残留応力は低減� ��にくい。その理由は定かではないが、以下� ��理由が推定される。L/D2が小さければ、外径 D2に対して軸方向長さLが短い。この場合、テ ーパ部30は素管の内面表層部分のみを局所的� ��変形する。このような局所的な変形は、素� ��外面に影響を与えない。そのため、テーパ� ��30で拡管されても、冷間引抜加工後の金属� �に、引張残留応力を低減する圧縮方向の応� �が発生しにくくなると推定される。

 一方、L/D2が大きすぎる場合、具体的には 、L/D2が0.8を超える場合も引張残留応力は低� �しにくい。L/D2が大きければ、外径D2に対し� �軸方向長さLが長い。軸方向長さLが長いほど 、テーパ部30は、素管全体を一様に変形する� ��つまり、素管は内面側も外面側も一様に変� ��する。素管外面側と内面側とで変形の程度� ��差が生じなければ、金属管の外面側で圧縮� ��向に作用する応力が発生しにくくなり、そ� ��結果、引張残留応力が低減しにくくなると� ��定される。

 L/D2が式(2)を満たせば、引張残留応力を低 減できる。L/D2が式(2)を満たす場合、素管内� �から外面に向かってある程度の深さまで変� �し、かつ、素管外面近傍部分はあまり変形� �ない。したがって、素管の内面側と外面側� �変形の程度に差が生じる。このような変形� �が金属管の外面側で圧縮方向の応力を発生� �せ、引張残留応力が低減すると推定される� �好ましいL/D2の下限値は0.1であり、好ましいL /D2の上限値は0.3である。

 [式(3)及び式(4)について]
 式(3)及び式(4)は、拡管率ρとL/D2との関係を� ��定する。

 拡管率ρが小さく、かつ、L/D2が大きいた� ��に式(3)を満たさない場合、テーパ部30のテ� �パ半角θが小さく、かつ、軸方向長さLが長� �。この場合、素管の内面側と外面側とが一� �に変形し、変形差が生じない。そのため、� �間引抜加工後の金属管の外面に圧縮方向の� �力が発生しにくく、引張残留応力が低減し� �くい。式(3)を満たせば、素管の内面側と外� �側とで変形差が生じ、圧縮方向の応力が発� �するため、引張残留応力が有効に低減され� �。

 一方、拡管率ρが大きく、かつ、L/D2が小� ��いために式(4)を満たさない場合、テーパ部3 0のテーパ半角θが大きく、かつ、軸方向長さ Lが短い。この場合、素管は、内面表層部分� �みが局所的に変形する。そのため、変形に� �る影響が素管外面まで伝わらず、引張残留� �力が低減しにくい。さらに、冷間引抜時に� �ーパ部30に過剰な荷重が掛かる。式(4)を満た せば、素管の内面側と外面側とで変形差が生 じる。そのため、冷間引抜加工後の金属管外 面の引張残留応力が低減する。さらに、テー パ部30に過剰な荷重が掛かるのを抑制できる� ��

 プラグ1は、周知の材質からなる。プラグ 1の材質は、たとえば、超硬合金や工具鋼で� �る。さらに、表面に硬質のコーティング膜� �形成されてもよい。また、プラグ1は中実で� ��ってもよいし、中空であってもよい。

 図1では、テーパ表面31は円錐台状とした� ��、図3に示すように、テーパ表面31の縦断形� ��が曲線になっていてもよい。要するに、テ� ��パ表面31は、第1円柱部20から第2円柱部40に� �かって徐々に大きくなる外径を有していれ� �、その縦断形状が直線であっても曲線であ� �てもよい。

 好ましくは、図4に示すように、テーパ表 面31のうち、第1円柱部20との結合部分32は、� �状になめらかに湾曲している。結合部分32は 、図4に示すように、単一のコーナRを有して� ��てもよいし、複数の曲率を有していてもよ� ��。結合部分32がなめらかに湾曲していれば� �第1円柱部20とテーパ部30との結合部に過剰な 荷重が掛かった場合にプラグが破損するのを 抑制できる。

 [金属管の製造方法]
 上述のプラグ1を用いた金属管の製造方法は 以下のとおりである。初めに、素管を準備す る。素管は、たとえば、熱間加工により製造 される。より具体的には、素管は、穿孔圧延 により製造されてもよいし、熱間押出や熱間 鍛造により製造されてもよい。さらに、上述 のプラグ1と、図5に示すダイス70とを準備す� �。ダイス70は、周知のダイスであり、アプロ ーチ部72と、ベアリング部71と、逃げ部73とを 備える。アプローチ部72の内径は、引抜方向� ��向かって徐々に小さくなる。ベアリング部7 1の内径は一定である。逃げ部73の内径は、引 抜方向に向かって徐々に大きくなる。

 準備された素管に対して、冷間引抜加工� ��実施する。初めに、素管の先端部を口絞り� ��工する。続いて、図5に示すように、素管60� ��先端部61を、ドローベンチに固定されたダ� �ス70に挿入する。挿入後、先端部61をドロー� ��ンチのチャック(図示せず)で掴み、素管60を 固定する。

 次に、プラグ支持用の棹10の先端にプラ� �1を取り付ける。続いて、図6に示すように、 プラグ1を素管60内に挿入する。このとき、プ ラグ1を第2円柱部40側から、引抜方向に向か� �て素管60内に挿入する。

 続いて、チャックで固定された素管60を� �引抜方向に引く。このとき、プラグ1を引抜� ��向に押し進めて、図7に示すように、テーパ 部30が、ダイス70のベアリング部71よりも出側 となる位置で保持する。プラグ1を保持した� �、素管60を引き抜いて金属管とする。以上の 工程により製造された金属管は、上述のとお り、従来の冷間引抜加工で製造された金属管 と比較して、外面の引張残留応力が低減され る。

 なお、冷間引抜中のプラグ1の保持位置は 、図7の位置に制限されない。たとえば、テ� �パ部30が、ダイス70のベアリング部71内に含� �れていても、本発明の効果は有効に得られ� �。ただし、プラグ1のテーパ部30は、図7に示� ��ように、ダイス70のベアリング部71よりも出 側に位置するのが好ましい。テーパ部30を通� ��中の素管60の外面が、ダイス70のベアリング 部71により拘束されている場合よりも、ダイ� ��70に拘束されていない方が、拡管中の素管60 の内面側と外面側との変形差が大きくなるた めと推定される。