JP5925492B2 - 鋤起こし加工方法及びこの方法に用いる鋤起こし加工用バイト - Google Patents
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Description
本発明は、銅管等の金属管の外周面または内周面にフィンを鋤起こす鋤起こし加工方法及びそれに使用する鋤起こし加工用バイトに関するものである。
大型の冷凍設備で使用する伝熱管は、主に銅管が使用される。伝熱管の外周面にはフィンが形成されており、熱交換性能が向上されている。そのフィンの形成方法としては、転造加工による方法と、バイトを用いてフィンを鋤起こす方法とがある。後者のフィンを鋤起こす方法では、転造加工では出来得ない鋭利なフィンを形成することができ、伝熱性能、とりわけ凝縮性能の向上に寄与することができる。
ところで、近年、銅価高騰により銅の使用量が少ない軽量な伝熱管の開発が望まれるようになっている。
図６に示すように、これまでの鋤起こし加工では、バイト刃先角θ’が６０°、銅管への切り込み角度は、バイト刃先角θ’との和が９０°付近となるように設定されることから約３１°であった。また、バイト２０と銅管（図示せず）との位置関係は、バイト上端面（すくい面２１）が銅管の中心に位置するように、すなわち、すくい面２１が銅管の径方向に一致する位置に配置していた。この方法によって形成されるフィンと、バイト２０を切り込む量との関係は、図５中の破線のようになる。従って、所定高さのフィンを形成するためには、管壁として最低限確保すべき肉厚と切り込む量分の材料厚さとが必要となり、さらなる軽量化の要求に応えることができないという課題があった。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、少ない切り込み量で、所定高さのフィンを形成可能な鋤起こし加工方法及びそれに使用する鋤起こし加工用バイトを提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、金属管の外周面または内周面にバイトを押し当てると共に該バイトを前記金属管の中心軸回りに回転させて金属管の外周面または内周面に伝熱用のフィンを鋤起こす鋤起こし加工方法において、前記バイトのすくい面を金属管の径方向に一致させると共にバイトの回転方向側に０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下ずらして配置し、前記金属管の外周面または内周面の軸方向に対して前記バイトの前切刃を２２°以上２６°以下の浅い切込角で切り込ませるものである。
前記バイトは、刃先角が６５°以上７０°以下に形成され、すくい面と横逃げ面との間にこれらを曲面で接続する肩部が形成されると共に肩部の曲率半径が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成され、逃げ角が５°以上１５°以下に形成されるとよい。
前記金属管と接触する前記バイトが、ダイヤモンドまたはＤＬＣからなるとよい。
前記鋤起こし加工方法に用いられる鋤起こし加工用バイトは、刃先角が６５°以上７０°以下に形成され、すくい面と横逃げ面との間にこれらを曲面で接続する肩部が形成されると共に肩部の曲率半径が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成され、逃げ角が５°以上１５°以下に形成されるとよい。
前記鋤起こし加工用バイトは、前記金属管と接触する材料接触面が、ダイヤモンドまたはＤＬＣからなるとよい。
本発明によれば、少ない切り込み量で、所定高さのフィンを形成できる。
本実施の形態に係る鋤起こし加工方法とこの方法に用いる鋤起こし加工用バイトについて述べる。この鋤起こし加工用バイトは、前記鋤起こし加工方法を実現するために新規開発したものである。図１は、鋤起こし加工用バイトの平面、前面（図中右側）、左側面（図中左側）を表す斜視図である。図２は、軸方向から視た銅管と、銅管に対する鋤起こし加工用バイトの位置及び動きとを説明する説明図である。図３はフィン形成中の鋤起こし加工用バイトをすくい面側から視た断面説明図である。
図１及び図２に示すように、鋤起こし加工用バイト（以下、バイトという）１は、内接円が９．５２ｍｍの三角形のスローアウェイチップからなる台座２と、その頂角の一つにロウ付けされダイヤモンドからなる刃部３とを備える。刃部３は、矩形板状に形成されており、片面（すくい面４）の交差する２辺が台座２の外縁に沿って配置されると共に、片面が露出されるように台座２の片面側に埋め込まれている。台座２の外縁に沿う刃部３の２辺のうち一方には、被加工材である銅管５を切り込むための前切刃６が形成され、他方には、前切刃６で切り込まれた銅管５を鋤起こすための肩部７が形成されている。肩部７は、すくい面４と後述する横逃げ面８との間に形成され、すくい面４と横逃げ面８とを曲面で接続するように屈曲されている。
また、刃部３の前面には、前切刃６から遠ざかるにしたがって後退するように傾斜する前逃げ面９が形成されており、刃部３の左側面、すなわち、肩部７に臨む側面には、肩部７から遠ざかるにしたがって右側に退くように傾斜する横逃げ面８が形成されている。前切刃６と肩部７とがなす角度である刃先角θは６５°に形成されている。肩部７の曲率半径は０．８ｍｍに形成されている。また、逃げ角δは、１５°に形成されている。なお、逃げ角δは、台座２の前面１０に対する前逃げ面９の角度であり、台座２の前面１０は銅管の仕上げ面の接線方向と平行に形成されている。
かかるバイト１を用いて銅管５の外周面５ａに鋤起こし加工を行う場合、銅管５を軸方向に送るための送り装置（図示せず）と、バイト１を銅管５の中心軸回りに回転させるための回転装置（図示せず）とを用いる。
まず、回転装置のバイトホルダーにバイト１を取り付ける。バイトホルダーは、銅管５に対するバイト１の切込角ε、すなわち、バイト１の前切刃６と銅管５の外周面５ａとがなす角度εが２６°となるようにバイト１を保持する。この角度εは、銅管５の軸方向に対して垂直なフィン１１が形成されるように決定する。具体的には、バイト１の刃先角θを６５°に設定したため、切込角εは、刃先角θとの和が９０°付近となるように２６°に設定する。なお、鋤起こし加工時にフィン１１は若干戻るので、フィン１１の戻りを考慮して切込角εと刃先角θとの和は９０°を若干超えるように設定する。
図２に示すように、バイトホルダーの位置を調節してバイト１のすくい面４を、銅管５の径方向に一致させると共にバイト１の回転方向側に所定距離ｘ（ｘ＝１ｍｍ）だけずらした位置に配置する。これは、バイト１の切込角εを従来より浅く設定しただけではフィン加工時の抵抗が大きくなり、フィン１１が毟れて安定した加工が出来なくなるためである。バイト１のすくい面４をバイト１の回転方向側にずらすことで、抵抗を小さくできる。
この後、図２及び図３に示すように、銅管５を軸方向に送り速度１．８ｍ／分にて送ると共に、回転装置でバイト１を銅管５に押し当てつつ３０００ｒｐｍにて回転させる。
図４に示すように、バイト１の前切刃６は銅管５の外周面５ａに２６°の切込角εで切り込み、肩部７は前切刃６で切り込まれた外周面５ａを鋤起こす。このとき、切込角εは従来の約３１°より小さい２６°になっているため、バイト１が銅管５の径方向に切り込む量（径方向の深さ）ｄが小さくてもフィン１１の高さｈを高く形成することができる。
図５は、銅管５にバイト１を切り込む量と、形成されるフィン１１の高さとの関係を示す図であり、実線が本実施の形態に係る方法を用いた場合を示し、破線が従来の方法を用いた場合を示す。このように、本実施の形態に係る方法によれば、従来の方法よりも少ない切り込み量で高いフィン形成が可能である。
このように、銅管５の外周面５ａにバイト１を押し当てると共にバイト１を銅管５の中心軸回りに回転させて銅管５の外周面５ａに伝熱用のフィン１１を鋤起こすに際し、バイト１のすくい面４を銅管５の径方向に一致させると共にバイト１の回転方向側に１ｍｍずらして配置し、銅管５の外周面５ａに対してバイト１の前切刃６を２６°の浅い切込角εで切り込ませるため、従来より少ない切り込み量ｄで、所定高さｈの十分高いフィン１１を形成でき、銅の使用量が少ない軽量な伝熱管を提供でき、大型冷凍設備のコストダウンが可能となる。
また、バイト１は、刃先角θが６５°に形成され、すくい面４と横逃げ面８との間にこれらを曲面で接続する肩部７が形成されると共に肩部７の曲率半径が０．８ｍｍに形成され、逃げ角δが１５°に形成されるものとしたため、２６°の浅い切込角εでフィン１１を安定して形成できる。
バイト１の刃部３が、ダイヤモンドからなるものとしたため、摩耗によるメンテナンスの頻度を抑えることができ、効率よく作業できる。
なお、銅管５の外周面５ａにフィン１１を形成する場合について説明したが、銅管５の内周面にフィンを形成する場合にも上述の鋤起こし加工方法を用いるとよい。
また、被加工材が銅管５である場合について説明したが、被加工材はアルミニウム等の他の金属からなる金属管であってもよい。
バイト１の刃部３は、ダイヤモンドに限るものではない。表面にＤＬＣ（Diamond Like Carbon）処理が施されたものであってもよく、超硬材であっても良い。ただし、作業性を考慮すると耐摩耗性に優れるものが好ましい。
また、切込角εは２２°以上２６°以下の範囲であればよい。刃先角θは、切込角εとの和が９０°付近となるように設定すればよく、６５°以上７０°以下の範囲が適当である。
バイト１の肩部７は、銅管５に対して摺動するため、より滑らかであると良いが、肩部７の曲率半径が大きすぎると摩擦抵抗が増大するため、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の曲率半径が適当である。
バイト１の逃げ角δは、摩擦低減の目的で、銅管５との接触面を減らす役割を担う。逃げ角δは、大きすぎるとバイト１の欠けが生じ易くなるため、５°以上１５°以下の範囲が適当である。
バイト１の配置位置は実験により求めたものである。フィン１１の高さｈが０．５ｍｍにも満たない低いものなどは、バイト１のすくい面４が銅管５の径方向に一致する位置に近くても形成可能である。また、バイト１をずらしすぎるとフィン１１の毟れや、材料の曲がり等が発生する。形成するフィン１１の高さｈ、材料の径にもよるが、バイト１のすくい面４は、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲でバイト１の回転方向側にずらすのが適当である。
１ バイト
２ 台座
３ 刃部
４ すくい面
５ 銅管
５ａ 外周面
６ 前切刃
７ 肩部
８ 横逃げ面
９ 前逃げ面
１０ 前面
１１ フィン
δ 逃げ角
ε 切込角
θ 刃先角
２ 台座
３ 刃部
４ すくい面
５ 銅管
５ａ 外周面
６ 前切刃
７ 肩部
８ 横逃げ面
９ 前逃げ面
１０ 前面
１１ フィン
δ 逃げ角
ε 切込角
θ 刃先角
Claims (5)
- 金属管の外周面または内周面にバイトを押し当てると共に該バイトを前記金属管の中心軸回りに回転させて金属管の外周面または内周面に伝熱用のフィンを鋤起こす鋤起こし加工方法において、前記バイトのすくい面を金属管の径方向に一致させると共にバイトの回転方向側に０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下ずらして配置し、前記金属管の外周面または内周面の軸方向に対して前記バイトの前切刃を２２°以上２６°以下の浅い切込角で切り込ませることを特徴とする鋤起こし加工方法。
- 前記バイトは、刃先角が６５°以上７０°以下に形成され、すくい面と横逃げ面との間にこれらを曲面で接続する肩部が形成されると共に肩部の曲率半径が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成され、逃げ角が５°以上１５°以下に形成された請求項１記載の鋤起こし加工方法。
- 前記金属管と接触する前記バイトが、ダイヤモンドまたはＤＬＣからなる請求項１又は２記載の鋤起こし加工方法。
- 請求項１記載の鋤起こし加工方法に用いられる鋤起こし加工用バイトにおいて、刃先角が６５°以上７０°以下に形成され、すくい面と横逃げ面との間にこれらを曲面で接続する肩部が形成されると共に肩部の曲率半径が０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に形成され、逃げ角が５°以上１５°以下に形成されたことを特徴とする鋤起こし加工用バイト。
- 前記金属管と接触する材料接触面が、ダイヤモンドまたはＤＬＣからなる請求項４記載の鋤起こし加工用バイト。
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