引き抜き加工の仕組みを解説｜欠陥が発生する原理と加工のポイント

2021年5月21日
コラム, 加工

引き抜き加工は、線や棒、パイプなどの被加工材をダイを通して引っ張ることで、目的の形状に成形する加工方式です。同じ塑性加工に分類される「押し出し加工」と似た加工法ですが、引っ張るという加工上、押し出し加工にはないメリットもあります。

今回は、空引きやマンドレル引きなどといった引き抜き加工方式の種類や、加工時に発生する欠陥と注意すべきポイントについて解説します。また、引き抜き加工に使用する「伸線機」や「抽伸機」を製造する主要メーカについても紹介します。

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1 １．引き抜き加工の仕組みと加工工程
2 ２．引き抜き加工を行う上でのコツや注意点
3 ３．引き抜き加工機の種類と主要メーカ
4 ４．伸線機・抽伸機の導入におすすめのメーカ3選
5 ５．製造業のWebマーケティングに関するご相談は株式会社ストラーツへ

１．引き抜き加工の仕組みと加工工程

引き抜き加工とは、棒・線状や管状の被加工材を加工品の形状に孔を空けたダイに通して、引っ張りながら成形する塑性加工方式の一つです。一般に、被加工材の形状やサイズによって、以下のように呼び分けられます。

伸線（線引き）：直径が小さい線状の被加工材の引き抜き
抽伸：直径が大きい棒状および管状の被加工材の引き抜き

常温で行う「冷間加工」が一般的であり、目標径が小さい加工品を成形する際には、引き抜き加工を数回繰り返して徐々に小さくしていきます。押し出し加工とは違って引っ張りながら加工するため、複数工程を連続で行いながらより長く肉厚の薄い加工ができるというメリットがあります。

（1）引き抜き加工の製品例

引き抜き加工は、ダイの形状によってさまざまな形状に加工でき、加工を繰り返すことでサイズも小さくできるため、半導体用のマイクロオーダーの部材まで生産されています。

注射器の針
電線
自動車用のシャフト
LSI用のボンディングワイヤ
レール部材

（2）引抜き加工の種類

①線・棒引き（単純引抜き）

線や棒などの中実系の被加工材を、直接引っ張りながら成形する、最も単純な引き抜き加工方式です。

②空引き

中空の被加工材を、単純引き抜きと同様に直接引っ張りながら成形する加工方式が「空引き」です。管の外側を内側に支えがない状態で伸ばすため、肉厚が薄くなるほど加工が困難になります。

③固定心金引き（玉引き）

管状の被加工材の中に「心金」と呼ばれる棒を固定して、引き抜き加工を行う加工方式です。心金が芯の役割を果たすため、空引きよりも薄い肉厚で高精度の成形が可能です。ただし、心金は固定されており数メートルの長さにしかできないため、加工品の長さも心金の限界長までとなります。

④マンドレル引き（心金引き）

固定心金引きと同じように、マンドレルという工具を被加工材の中に通し、被加工材とマンドレルを一緒に引き抜きながら成形する加工方式です。固定心金引きよりもさらに肉厚の薄い加工品の成形に向いています。

⑤浮きプラグ引き

管状の被加工材の内側に、プラグを浮かせて設置した状態で引き抜く加工方式。ブラグは被加工材との摩擦力と引っ張られる力によって浮いた状態で固定されるため、固定心金引きよりも長尺の加工に適しており、数千メートルの製品加工も可能です。

２．引き抜き加工を行う上でのコツや注意点

（1）加工品質トラブル

引き抜き加工では、ダイを通過させながら加工するという特性状、押し出し加工と似たような品質トラブルが発生します。

①焼付き

ダイと被加工材の連続的な擦れによって、引き抜く方向に線状のスジが発生する欠陥です。潤滑剤切れ等で、ダイとの摩擦熱で被加工材が部分的に融着するなどして発生します。後述する「焼きなまし」も有効です。

②内部亀裂（シェブロンクラック）

押し出し加工時には、加工品の表面とダイとの間で摩擦が生じますが内部は流動性が高いため「せん断歪み」が発生します。そのため、製品の内部に円すい状のキズ「シェブロンクラック」が発生します。被加工材に合わせて、押し出し速度や加工温度などの機械条件を適切に調整する必要があります。

引き抜き加工時の、ダイと被加工材表面の摩擦と内部流動性との差による「せん断歪み」が原因で発生する内部の割れ欠陥です。引き抜き加工の速度を調整したり、被加工材とダイの加工径の差を小さくして摩擦力を下げるなどが対策としてあげられます。

③びびり

引き抜き速度が一定でない場合、加工品の表面に線状の凹凸が発生します。加工速度の調整や潤滑剤の使用などの改善策があります。

（2）引き抜き加工の注意点

①加工方式に合わせた潤滑剤が必要

引き抜き加工のメリットは、ダイを変化させながら連続で加工できることです。しかし、工程数が増えるほど連続して摩擦力の影響を受けるため「焼付き」などのトラブルが発生します。そのため、引き抜き加工の工程に合わせて潤滑剤を使う必要があります。

ステンレスなどの引き抜き加工は「乾式」で行うため、金属石鹸や黒鉛、ポリ塩化ビニルによる皮膜処理などによって潤滑性を高めなければいけません。アルミニウムや銅などの引き抜き加工は「湿式」で行うため、潤滑油や水溶性のエマルジョンなどを使用します。

②ダイの摩耗対策が必要

引き抜き加工は、連続加工によって数千メートルといった長さの加工品を生産する場合もあり、たとえ潤滑剤を用いてもダイの摩耗といった問題が発生します。そのため、引き抜き加工の工程中で被加工材を加熱して「焼きなまし」を行う必要があります。「焼きなまし」は、被加工材の弾性回復による寸法変動対策としても有効です。