壁厚の異なる引抜管

チューブを引き抜いて寸法を変更することは新しいことではありませんが、厳密に制御された動的マンドレルを使用した引き抜きは、さまざまな壁厚を与えることができる独自の技術です。

編集者注: この記事では、特定のチューブの描画プロセスについて説明します。描画の概要については、「チューブ描画の原則」を参照してください。

ドローベンチでチューブを描画することは何も新しいことではありません。ベンチがチェーンで引っ張られるキャリッジを使用する場合でも、油圧システムを使用してドローキャリッジを操作する場合でも、プロセスによりチューブの外径、内径、壁の厚さが変化する可能性があります。また、絞り加工により表面仕上げが改善され、粒子構造も微細化されます。

最も単純な絞り加工であるシンキングでは、外径と内径が減少し、ダイの設計とチューブの D/t 比に応じて壁の厚さが変化する可能性があります。機器のオペレーターは、ポインティングプロセスを使用してチューブの一端の外径を減らし、次にその尖った端をダイに送り込みます。そこから、ドローベンチが残りの作業を行い、チューブの全長をダイを通して引き抜きます。

ジョージ・A・ミッチェル社の社長兼共同所有者であるポール・ルッソ氏は、「引抜チューブは100年前から存在している。セミフローティングまたはフルフローティングのフローティングマンドレルを使用した引抜チューブも何年も前から存在している」と語った。他の一般的な絞りプロセスでは、固定マンドレルが使用されます。マンドレルプラグとも呼ばれるマンドレルは、尖ったチューブの内側に挿入され、ダイベアリングに近づくまで前進し、絞りの開始時に静止位置に着座します。

これらのプロセスは多くの描画用途には十分すぎるものですが、ジョージ A. ミッチェル社のエンジニアは、従来の描画プロセスのバリエーションを考案する方法を考えました。この革新的なプロセスには、チューブを引っ張るときにマンドレルを動かして内径を変更することが含まれます。

多くの製品は、プレート、シート、パイプ、チューブ、異形品など、一定の壁厚の材料で作られていますが、多くの製品は壁厚を変えてもメリットが得られます。製品の大部分に最も軽いゲージの材料を使用し、強度、別のワークピースへの溶接、ねじ切り、またはその他の設計特性のために必要な場合にのみ重い材料を使用すると、材料の消費量と製品の重量が最適化されます。

チューブの ID を変えるために、ミッチェル社のエンジニアは、動的動作用にプログラムされたマンドレルロッド上のマンドレルを考案しました。ダイには夾角とストレートベアリングがあり、マンドレルには厳密に設計されたテーパーが付いています。マンドレルの動きは引き抜きプロセス中に正確に制御され、その結果、用途に合わせてカスタマイズされたチューブ、つまり壁の厚さが異なるチューブが得られます。

「マンドレルの移動は新しいことではありません」とルッソ氏は言う。「マンドレルの静的位置の制御（たとえば摩耗を補正するため）は、マンドレルのネジ調整装置を介して長い間行われてきました。」

この技術には数え切れないほどの用途がある可能性がありますが、ミッチェル社のスタッフは自動車業界で最も多くの用途を見つけています。

「多くのスポーツカーにはアルミニウム製の管状ドライブシャフトが使われています」とルッソ氏は語った。「チューブの長さに沿って重量を取り除くことは、車両の重量を軽減するのに役立ちます。また、この技術により、トランスミッションやディファレンシャルに取り付けるために強度が必要な端の部分を厚くすることができます」と彼は言いました。

ドライブシャフトに薄肉のアルミニウムチューブを使用するということは、特に高性能自動車で発生するトルクを考えると、大惨事になるように聞こえるかもしれませんが、そうではありません。

「剛性は壁の厚さよりも直径によってもたらされます」とルッソ氏は語った。「剛性の計算では直径の 4 乗が計算されます。」

少なくとも 1 つの自動車用クラッシュチップの設計では、さまざまな壁厚を持つ絞り加工チューブが使用されています。クラッシュボックスとしても知られるクラッシュチップは、バンパーとシャーシの間に配置され、衝撃エネルギーの一部を吸収し、客室に伝わるエネルギーを少なくします。それは一度だけ機能するショックアブソーバーのようなものです。

クラッシュチップは段階的に圧縮され、最も薄い部分が最初に潰れるため、衝撃に対する段階的で漸進的な抵抗力が得られます。より厚い部分が圧縮されると、徐々に大量のエネルギーが吸収されます。衝撃は突然起こりますが、この種のクラッシュチップは比較的緩やかに圧縮されます。

このクラッシュチップのデザインの背後にある考え方はやや洗練されていますが、このテクノロジーによりソリューションがシンプルかつエレガントになります。そしておそらく、均質な特性を持つクラッシュチップよりも優れた衝撃保護を提供します。

自転車の設計にも、このさまざまな特別に作られた可変壁チューブから大きなメリットが得られます。「複合自転車フレームの中にはオンス単位で計量されるものもあります」とルッソ氏は言う。「スチールフレームはそれほど軽いわけではありませんが、この技術は役に立ちます。」多くの高性能マウンテンバイクはクロモリとしても知られる AISI 4130 で作られており、重量を抑えながら強度が必要なレースやその他の用途に最適です。これは航空機品質の中炭素低合金鋼で、強度を高めるためにクロムとモリブデンが含まれています。端を厚くすることで、他のチューブと溶接で接合することができます。

この技術の応用は、製造業をはるかに超えて、貴重な鉱石、宝石、石油、天然ガスの探索にまで及びます。「これらのチューブは長さ方向に沿って薄肉で、内径と外径のねじ切りのために端では厚い壁になっています」とルッソ氏は語った。

「この方法で作られたパイプの一部は、その性質上、遠隔地にある試掘（掘削）現場に行かなければならなかった」とルッソ氏は語った。実際、そこは非常に遠隔地だったので、ドリルチューブなどの資材の一部はヘリコプターで運ばれた。

「これらのチューブをできるだけ軽くすることで、輸送ステップがより効率的になります」とルッソ氏は語った。ヘリコプターを飛行させておくには毎時間少なからぬ燃料が必要であり、貨物を積み込むとさらに高価になります。チューブが軽いほど、1 回の旅行でより多くのメリットが得られます。

可変壁チューブは長くなる可能性があり (ルッソ氏が知っている最長のものは 33 フィートです)、部品設計者は従来の描画プロセスで得ていたほぼすべての自由を得ることができます。動的マンドレル描画システムでは、円形または楕円形の ID を付与できますが、1 つだけ注意してください。ID は X 軸と Y 軸の両方で対称である必要があります。これらのパラメータを超えて、他のアプリケーションの可能性は無限です。

「想像力には限界がある」とルッソ氏は語った。

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