JP2000126827A - マグネシウム素材のスピニング加工方法及びその装置 - Google Patents

マグネシウム素材のスピニング加工方法及びその装置

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JP2000126827A
JP2000126827A JP10303762A JP30376298A JP2000126827A JP 2000126827 A JP2000126827 A JP 2000126827A JP 10303762 A JP10303762 A JP 10303762A JP 30376298 A JP30376298 A JP 30376298A JP 2000126827 A JP2000126827 A JP 2000126827A
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heating
magnesium material
spinning
temperature
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Kenji Azuma
健司 東
Takeshi Asaoka
武之 浅岡
Mitsuo Mitani
三谷  充男
Takayuki Uchida
隆之 内田
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Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
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Nihon Spindle Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常のマグネシウム合金は粘性および延性に
乏しく、従ってスピニング加工は亀裂を生じる等、難加
工性である。本発明は、マグネシウム合金を使用してス
ピニング加工を可能とした加工方法及びその装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 Al 2.5 〜3.5%、Zn 0.5 〜1.5
%及び不可避的不純物を含むマグネシウムを主体とする
マグネシウム合金(以下単にマグネシウム素材という)
で、50ミクロン以下の超塑性が発現する微細粒径を有
する組織とし、上記マグネシウム素材を少なくとも絞り
加工部に対して加熱手段、例えばガスバーナ20により
超塑性温度域に加熱保持しつゝスピニングマシン1によ
り加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム素材
のスピニング加工方法及びそのスピニング加工装置(以
下スピニングマシンという)に関する。
【0002】
【従来の技術】一般にカメラのボデー、パソコン等の電
子機器のケース、その他自動車部品等には、重量の軽減
のため、アルミ合金、又はプラスチック製品が使用され
ている。しかし更なる軽量化及びプラスチック製品の廃
棄処分の問題点解消のため、軽量かつリサイクル可能な
材料として、最近ではマグネシウム素材の利用が試みら
れている。この場合、その成形には通常鋳造、または射
出成形が利用されている。これはマグネシウム素材が a.剛性を有し、アルミよりも軽量で薄肉化が可能であ
る点。 b.熱伝導性がよい(放熱ファンが不要)。 c.リサイクルが可能である。 d.電磁波シールド性に優れている。 e.プラスチックに比べて高い耐火性を有する。 f.質感(高級感)がよい。 g.アルミよりも2倍以上硬い(ブリネル硬さ75) 等の利点を有する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし通常のマグネシ
ウム素材は粘性および延性に乏しく、従ってスピニング
加工は亀裂を生じる等、難加工性である。しかしスピニ
ング加工は上記鋳造、または射出成形では得られない利
点を有する。例えば素材として板材を使用するため、素
材密度は高く、光沢のある表面を得ることができ、か
つ、生産性の向上を計ることができる。本発明はかゝる
点に鑑みこのマグネシウム素材を使用し、スピニング加
工を可能としたスピニング加工方法及びスピニング加工
装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための課題】上記目的を達成するため
の第1の発明は、スピニング加工方法に係わり、Al
2.5〜3.5%、Zn0.5〜1.5%及び不可避的
不純物を含むマグネシウムを主体とするマグネシウム合
金(以下単にマグネシウム素材という)で、50ミクロ
ン以下の超塑性が発現する微細粒径を有し、上記マグネ
シウム素材を少なくとも絞り加工部に対して加熱手段に
より超塑性温度域に加熱保持しつゝスピニング加工を行
うことを特徴とする。
【0005】上記の方法からなる本発明方法のマグネシ
ウム素材は、超塑性が発現する微細粒径を有し、これを
超塑性温度域に加熱保持することにより、マグネシウム
素材に対しても亀裂を生ずることなく、容易にスピニン
グ加工を行うことができる。
【0006】また第2の発明は、上記方法を実施するス
ピニングマシンに係わり、回転主軸に取付けられるマン
ドレル、該マンドレルに板状マグネシウム素材の被加工
物を押しつける芯押し台、及び上記素材をマンドレルに
沿って絞り加工を行う絞りローラ、並びに上記マグネシ
ウム素材に対する加熱手段を備え、該加熱手段はガスバ
ーナより構成し、超塑性が発現する微細組織を有するマ
グネシウム素材の被加工物に対して所定温度に加熱保持
すべく温度の検出及びその保持手段を備えたことを特徴
とする。
【0007】上記の構成からなる本発明は、加熱手段と
してガスバーナを使用することにより、加熱範囲は比較
的広く、かつ温度上昇が早く、しかも温度の検出及びそ
の保持手段を備えたことにより、絞り加工中、所定温度
を保持することが容易である。
【0008】また第3の発明は、上記第2の発明におけ
るガスバーナによる加熱に代えて、加熱手段は加熱空気
噴出管を備え、該噴出管は絞りローラの取付け台に取付
け、かつその噴出管を絞りローラ付近に指向すると共
に、供給する加熱空気の温度調整手段を備えたことを特
徴とする。
【0009】上記の構成からなる本発明は、加熱手段と
して加熱空気噴出管を利用し、且つ温度調整手段を備え
たことにより、加熱温度調整は極めて容易、かつ確実に
行うことができる。
【0010】また第4の発明は、上記加熱手段は絞りロ
ーラ及びマグネシウム素材の被加工物を取り囲む周壁を
形成し、該周壁内に加熱空気を供給し、周壁内を超塑性
が発現する超塑性温度域に加熱保持することを特徴とす
る。
【0011】上記の構成からなる本発明は、スピニング
加工を行う絞りローラ及びマグネシウム素材を取り囲む
雰囲気内を所定の超塑性温度域に保持することにより、
素材の温度変化がなく、従って素材に熱歪みの発生を防
止することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施例に
基づき説明する。図1においてマグネシウム素材の加工
用スピニングマシン1は、回転主軸2に取り付けられる
マンドレル3と、このマンドレル3に沿って被加工物W
の絞り加工を行うための絞りローラ5を取付ける刃物台
6、及びこの刃物台の走行機構7とを備える。8は主軸
2に対向して配備される芯押し台(図示省略)に取付け
られる押圧用バーを示す。
【0013】この走行機構7は、刃物台6を載置する往
復台10と、この往復台10上の刃物台6をマンドレル
3に対して前後方向、即ちX軸方向に移行させる駆動シ
リンダ11と、往復台10を載置する取付け台12と、
往復台をマンドレル3と平行方向、即ちY軸方向に移行
させる駆動シリンダ13とを備える。なお、図例は刃物
台の駆動手段として、電気−油圧サーボ機構を使用した
例を示すもので、14、15はそれぞれ駆動シリンダ1
1、13に対するサーボ弁、16、17はそれぞれ移行
量検出器を示す。
【0014】上記構成において、被加工物Wをマンドレ
ル3と押圧バー8とにより狭持し、絞りローラ5を予め
設定されたプログラムにより、マンドレル3に沿って移
行し、被加工物Wを該マンドレルに沿った形状に絞り加
工を行う。
【0015】この際、被加工物としてマグネシウムを主
体とする合金(例えばマグネシウム、95%以上)を素
材として使用するときは、通常の鉄、アルミとは異な
り、往々にして亀裂を生ずる。これは材質に粘性が少な
いためであり、本発明にはこの点を改良したもので、該
マグネシウム素材として、下記の成分のものを使用す
る。 マグネシウム合金板(JIS、H4201、1種) 材料成分は、Al:2.5〜3.5%、Zn:0.5〜
1.5%、その他微量のMn、Fe、Si等を含み、粒
径は超塑性が発現する微細組織を有する。(JIS、H
7007参照)ただし、実験に使用した結晶粒径は20
ミクロンである。
【0016】図2は、マグネシウム素材の結晶粒径の差
による温度−破断伸び(%)の関係を示す。結晶粒径が
粗い組織において破断伸びは、加熱温度に比例して上昇
するが、超塑性が発現する微細組織では約150℃付近
から急上昇する。以下この超塑性が発現する微細組織
(例えば結晶粒径50ミクロン以下)を超塑性組織とい
う。
【0017】図3は、同様に結晶粒径の差による温度−
流動応力の関係を示す。この場合にも流動応力は結晶粒
径が粗い組織のものは温度に比例して流動応力は低下す
るも、超塑性組織とすれば、約150℃付近から急に流
動応力は低下する。以下、この流動応力の急激な低下を
示す温度領域を超塑性温度域という。
【0018】本発明は、この点を利用したもので、マグ
ネシウム素材としてAl2.5〜3.5%、Zn0.5
〜1.5%及び不可避的不純物を含むマグネシウムを主
体とする合金を使用し、かつその結晶粒径は50ミクロ
ン以下の微細組織とし、上記スピニング加工に際して
は、絞り加工部に対して所定温度(例えば180〜45
0℃)とし、超塑性が発現する温度域において行うよう
にしたもので、図1は絞りローラの取付け用刃物台6に
ガスバーナ20を絞りローラ5による絞り加工域に指向
して取付けたものである。21は非接触式温度測定器を
示し、加熱温度を測定し、噴射ガス量調整器22を作動
し、加熱温度の調整と、所定温度の保持を行う。
【0019】これは、マグネシウム素材は極めて熱伝導
性が良く、加熱部と絞りローラによる絞り部との間に距
離があると、直ちに冷却する欠点がある。その実験例を
図4に示す。これは素材を別の場所で300℃に加熱
し、スピニングマシン1に取付ける。このときの温度
(この間約7〜8秒)は既に190℃に低下し、時間の
経過と共にその冷却速度は増し、約20秒で150℃に
低下する。従って絞り加工を行う箇所を直接加熱する必
要がある。この際ガスバーナを使用する時は、加熱面積
が大となり、絞り加工場所との間に若干の距離があって
も、問題はなく、かつ加熱効率が良い。
【0020】また、ガスバーナ20を刃物台6に取付け
ることにより、絞り用ローラ5の移行に追随して移行す
ることにより、常に絞り加工域を加熱することが出来
る。
【0021】次に図5は、第2実施例を示す。このスピ
ニングマシン25は、上記ガスバーナ20に代えて加熱
空気噴出管26とした例を示す。その他は前例と同様で
あり、同一部品に対しては同一符号を付して説明を省略
する。ただし、供給する加熱空気の温度調整手段27を
備える。28は供給空気加熱器を示す。なお、この場合
にも必要により、前記温度測定器21を備え、該測定器
により温度調整手段27を作動し、供給空気温度を調整
する。本例によるときは、加熱温度の調整を極めて正確
に、かつ素材のマグネシウムの酸化を防止することが出
来る。
【0022】また、図6は第3実施例を示す。このスピ
ニングマシン30は、絞り加工を行う箇所の雰囲気を上
記所定温度に保持するようにしたもので、マンドレル3
と共に被加工物Wを周壁31で取り囲み、該周壁31内
に上記所定温度の圧力空気を供給する供給管32を取付
けたものである。その他の構成は前例と同様であり、説
明を省略する。ただし、この場合、周壁31には絞りロ
ーラ5の往復通過を許容する窓を開口し、絞りローラ5
には、この窓を閉塞するスライド板33を設けることが
好ましい。34は周壁31内の温度測定器を示す。
【0023】
【発明の効果】以上の如く本発明によるときは、マグネ
シウムを主材料とするマグネシウム素材を50ミクロン
以下の超塑性組織とすることにより、これを超塑性温度
域に加熱しつゝスピニング加工を行うようにしたから、
亀裂等を生ずることなく、容易にスピニング加工を行う
ことができる。またこの際、上記超塑性温度域に加熱す
る手段として、ガスバーナを使用し、素材を加熱すると
きは、絞り加工域の加熱を比較的広範囲に、かつ迅速に
行うことができる。また上記加熱手段として加熱空気供
給管を使用し、所定温度に加熱した空気を絞り加工域付
近に吹きつけるときは、加熱温度の調整が極めて容易
で、かつ材料のマグネシウムを酸化させる恐れはない。
また上記加熱手段として、絞りローラ及び加工素材を取
り囲む周壁を形成し、該周壁内に加熱空気を供給して絞
り加工域を所定温度に保持するときは、被加工材料は常
に一定の所定温度に保持され、加熱時の歪みの発生を防
止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のスピニングマシンの概略
説明図である。
【図2】加熱温度と破断伸びとの関係を示すグラフであ
る。
【図3】加熱温度と流動応力との関係を示すグラフであ
る。
【図4】加熱されたマグネシウム素材の放熱による時間
−温度低下の実験例を示すグラフである。
【図5】本発明の第2実施例のスピニングマシンの概略
説明図である。
【図6】本発明の第3実施例のスピニングマシンの概略
説明図である。
【符号の説明】
1 スピニングマシン 3 マンドレル 5 絞りローラ 20 ガスバーナ 25 スピニングマシン 26 加熱空気噴出管 30 スピニングマシン 31 周壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅岡 武之 大阪府堺市城山台3丁15番2号 (72)発明者 三谷 充男 大阪府豊中市北条町4丁目6番1−402号 (72)発明者 内田 隆之 兵庫県尼崎市塚口本町6丁目16−35−105

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al2.5〜3.5%、Zn0.5〜
    1.5%及び不可避的不純物を含むマグネシウムを主体
    とするマグネシウム合金(以下単にマグネシウム素材と
    いう)で、50ミクロン以下の超塑性が発現する微細粒
    径を有し、上記マグネシウム素材を少なくとも絞り加工
    部に対して加熱手段により超塑性温度域に加熱保持しつ
    ゝスピニング加工を行うことを特徴とするマグネシウム
    素材のスピニング加工方法。
  2. 【請求項2】 回転主軸に取付けられるマンドレル、該
    マンドレルに板状マグネシウム素材の被加工物を押しつ
    ける芯押し台、及び上記素材をマンドレルに沿って絞り
    加工を行う絞りローラ、並びに上記マグネシウム素材に
    対する加熱手段を備え、該加熱手段はガスバーナより構
    成し、超塑性が発現する微細組織を有するマグネシウム
    素材の被加工物に対して所定温度に加熱保持すべく温度
    の検出及びその保持手段を備えたことを特徴とするマグ
    ネシウム素材のスピニング加工装置。
  3. 【請求項3】 加熱手段は加熱空気噴出管を備え、該噴
    出管は絞りローラの取付け台に取付け、かつその噴出管
    を絞りローラ付近に指向すると共に、供給する加熱空気
    の温度調整手段を備えたことを特徴とする請求項2記載
    のマグネシウム素材のスピニング加工装置。
  4. 【請求項4】 加熱手段は絞りローラ及びマグネシウム
    素材の被加工物を取り囲む周壁を形成し、該周壁内に加
    熱空気を供給し、周壁内を超塑性が発現する超塑性温度
    域に加熱保持することを特徴とする請求項2または3記
    載のマグネシウム素材のスピニング加工装置。
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