JP2001071046A - 高温気体加圧成形方法 - Google Patents
高温気体加圧成形方法Info
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- JP2001071046A JP2001071046A JP24645199A JP24645199A JP2001071046A JP 2001071046 A JP2001071046 A JP 2001071046A JP 24645199 A JP24645199 A JP 24645199A JP 24645199 A JP24645199 A JP 24645199A JP 2001071046 A JP2001071046 A JP 2001071046A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超塑性成形の、生産能力が低く、ランニング
コストが高い点、成形加工直後、型から離型する際に変
形しやすい欠点と、温間成形の、通常の金型の内部に温
度制御装置を挿入する必要があるため温度制御装置分の
コストが高くなる欠点を解決する。 【解決手段】 アルミニウム合金板材を雌型上に載せ、
材料温度を150℃以上450℃未満とし、付加圧力を15kg/c
m2以上150kg/cm2以下の加圧気体をアルミニウム合金板
材の反雌型側から2分以内に与えてアルミニウム合金板
材を雌型に沿う形状に成形する。予めアルミニウム合金
板材を余熱しておくと作業効率が上がる。
コストが高い点、成形加工直後、型から離型する際に変
形しやすい欠点と、温間成形の、通常の金型の内部に温
度制御装置を挿入する必要があるため温度制御装置分の
コストが高くなる欠点を解決する。 【解決手段】 アルミニウム合金板材を雌型上に載せ、
材料温度を150℃以上450℃未満とし、付加圧力を15kg/c
m2以上150kg/cm2以下の加圧気体をアルミニウム合金板
材の反雌型側から2分以内に与えてアルミニウム合金板
材を雌型に沿う形状に成形する。予めアルミニウム合金
板材を余熱しておくと作業効率が上がる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金板
材の成形方法に関する。なお、本明細書においてアルミ
ニウム合金とは工業用純アルミニウムを含む意味で用い
る。
材の成形方法に関する。なお、本明細書においてアルミ
ニウム合金とは工業用純アルミニウムを含む意味で用い
る。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金板材の成形は慣用のプ
レス成形法によるものが大部分である。すなわち、雄型
と雌型さらには板押えやストリパープレート等よりなる
金型をプレスに組み込み成形する方法である。
レス成形法によるものが大部分である。すなわち、雄型
と雌型さらには板押えやストリパープレート等よりなる
金型をプレスに組み込み成形する方法である。
【０００３】しかし、アルミニウム合金板材は成形性が
劣る事から多段で成形する必要があり、その場合には金
型コストの増加や金型修正に要する時間が長く納期が長
い点等が問題となっている。このため成形性を高める方
法として、プレス成形法を改良した温間成形法が提唱さ
れ、金型コストと成形性の点から対向液圧成形、さらに
は超塑性成形等が提唱されている。
劣る事から多段で成形する必要があり、その場合には金
型コストの増加や金型修正に要する時間が長く納期が長
い点等が問題となっている。このため成形性を高める方
法として、プレス成形法を改良した温間成形法が提唱さ
れ、金型コストと成形性の点から対向液圧成形、さらに
は超塑性成形等が提唱されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】アルミニウム合金板材
の成形性に関して鋼板の60％〜70％との意見がある様
に、アルミニウム合金板材の成形性は優れてはいない。
この改善のため対向液圧成形、温間成形、超塑性成形等
各種の成形方法が検討されてきた。これらの成形方法を
比較すると、対向液圧成形において円筒形では優れた成
形性を示すが、角型では通常のプレス成形における良好
な潤滑剤を用いたものより成形性が劣ることが報告され
ている。実用的な複雑形状では温間成形および超塑性成
形が優れている。しかし、これらの方法でも以下の課題
がある。
の成形性に関して鋼板の60％〜70％との意見がある様
に、アルミニウム合金板材の成形性は優れてはいない。
この改善のため対向液圧成形、温間成形、超塑性成形等
各種の成形方法が検討されてきた。これらの成形方法を
比較すると、対向液圧成形において円筒形では優れた成
形性を示すが、角型では通常のプレス成形における良好
な潤滑剤を用いたものより成形性が劣ることが報告され
ている。実用的な複雑形状では温間成形および超塑性成
形が優れている。しかし、これらの方法でも以下の課題
がある。
【０００５】超塑性成形は欧米では航空機部材や自動車
部材、車両部材、電器・医療部材、建築材料等に適用例
があり、日本でも同様に航空機部材や自動車部材、車両
部材、電器・医療部材、建築材料、機械部品等に適用例
が増加している。この方法の特徴は複雑形状の成形が可
能であることと形状転写性が良いことと、金型が雌型だ
けでよくコストが安いことにある。
部材、車両部材、電器・医療部材、建築材料等に適用例
があり、日本でも同様に航空機部材や自動車部材、車両
部材、電器・医療部材、建築材料、機械部品等に適用例
が増加している。この方法の特徴は複雑形状の成形が可
能であることと形状転写性が良いことと、金型が雌型だ
けでよくコストが安いことにある。
【０００６】しかし、一方、現状のアルミニウム合金板
材に超塑性現象を発生させるには350℃以上600℃未満の
温度範囲で15kg/cm2以下の圧力で10-3/sec〜10-4/sec程
度のひずみ速度でゆっくり成形する必要がある。この
為、実作業では成形形状等にもよるが、一成形サイクル
に30分前後かかる。このように生産能力が低い点と、ラ
ンニングコストが高い点が問題である。この他、実成形
では一般に成形温度が350℃〜600℃と高温で使われる。
この温度になると強度の低いアルミニウム合金板材を超
塑性成形加工直後、雌型から離型する際、雌型外の平坦
部分や雌型形状に立体剛性が少ない形状の場合、変形し
やすい。このため、慎重なハンドリングが必要となる事
により、離型に時間がかかり、成形サイクル時間も長く
なる。場合によっては形状修正工程の追加が必要とな
る。さらに、平坦部分の形状が安定しないと、成形品の
トリミング（抜き取り）に安価で一般的なプレス打ち抜
きが使えず、レーザー切断やソー切断、ウオータージェ
ット切断等にたよらなければならないことも生産能力を
制限し、コストアップの要因となっている。
材に超塑性現象を発生させるには350℃以上600℃未満の
温度範囲で15kg/cm2以下の圧力で10-3/sec〜10-4/sec程
度のひずみ速度でゆっくり成形する必要がある。この
為、実作業では成形形状等にもよるが、一成形サイクル
に30分前後かかる。このように生産能力が低い点と、ラ
ンニングコストが高い点が問題である。この他、実成形
では一般に成形温度が350℃〜600℃と高温で使われる。
この温度になると強度の低いアルミニウム合金板材を超
塑性成形加工直後、雌型から離型する際、雌型外の平坦
部分や雌型形状に立体剛性が少ない形状の場合、変形し
やすい。このため、慎重なハンドリングが必要となる事
により、離型に時間がかかり、成形サイクル時間も長く
なる。場合によっては形状修正工程の追加が必要とな
る。さらに、平坦部分の形状が安定しないと、成形品の
トリミング（抜き取り）に安価で一般的なプレス打ち抜
きが使えず、レーザー切断やソー切断、ウオータージェ
ット切断等にたよらなければならないことも生産能力を
制限し、コストアップの要因となっている。
【０００７】温間成形法はアルミニウム合金板材やステ
ンレス鋼板、マグネシウム板材、チタン板材等の成形法
として検討され、一部実用化されている。アルミニウム
合金板材では150℃から400℃の温度範囲の温間成形法で
単純な円頭絞りから角頭絞り、さらには複雑形状でも成
形性が著しく向上することが示されている。温間成形に
用いる金型は、雄型、雌型、しわ押え等からなるダイセ
ットとする通常の金型の内部にヒーターを挿入し金型温
度をコントロールする温度制御装置が必要となるため、
コストが高くなる点が問題である。また、成形速度は油
圧プレス速度の1000mm/分程度で、超塑性成形よりは大
幅に速いが一般の機械プレスより遅く、ランニングコス
トもやや高い点で問題がある。しかし、平坦部分の剛性
は超塑性成形より温度が低い事によりハンドリング時の
問題はない。
ンレス鋼板、マグネシウム板材、チタン板材等の成形法
として検討され、一部実用化されている。アルミニウム
合金板材では150℃から400℃の温度範囲の温間成形法で
単純な円頭絞りから角頭絞り、さらには複雑形状でも成
形性が著しく向上することが示されている。温間成形に
用いる金型は、雄型、雌型、しわ押え等からなるダイセ
ットとする通常の金型の内部にヒーターを挿入し金型温
度をコントロールする温度制御装置が必要となるため、
コストが高くなる点が問題である。また、成形速度は油
圧プレス速度の1000mm/分程度で、超塑性成形よりは大
幅に速いが一般の機械プレスより遅く、ランニングコス
トもやや高い点で問題がある。しかし、平坦部分の剛性
は超塑性成形より温度が低い事によりハンドリング時の
問題はない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者等は上記問題（超
塑性成形の生産能力が低く、ランニングコストが高い
点、成形加工直後、型から離型する際に変形しやすい点
と、温間成形の通常金型の内部にヒーターを挿入し金型
温度をコントロールする温度制御装置が必要となるた
め、温度制御の部分コストが高くなる点）を解決するた
め種々検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発
明は請求項1に示す様に、アルミニウム合金板材を雌型
上に載せ、材料温度を150℃以上450℃未満とし、周囲を
気密に保持した後、板厚1mm当たり15kgf/cm2以上150kgf
/cm2以下の加圧気体をアルミニウム合金板材の反雌型側
から与えて2分以内にアルミニウム合金板材を雌型に沿
う形状とする高温気体加圧成形方法であり、また請求項
2に示す様に、予め150℃以上450℃未満に余熱したアル
ミニウム合金板材を用いて請求項1の方法を行う高温気
体加圧成形方法である。
塑性成形の生産能力が低く、ランニングコストが高い
点、成形加工直後、型から離型する際に変形しやすい点
と、温間成形の通常金型の内部にヒーターを挿入し金型
温度をコントロールする温度制御装置が必要となるた
め、温度制御の部分コストが高くなる点）を解決するた
め種々検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発
明は請求項1に示す様に、アルミニウム合金板材を雌型
上に載せ、材料温度を150℃以上450℃未満とし、周囲を
気密に保持した後、板厚1mm当たり15kgf/cm2以上150kgf
/cm2以下の加圧気体をアルミニウム合金板材の反雌型側
から与えて2分以内にアルミニウム合金板材を雌型に沿
う形状とする高温気体加圧成形方法であり、また請求項
2に示す様に、予め150℃以上450℃未満に余熱したアル
ミニウム合金板材を用いて請求項1の方法を行う高温気
体加圧成形方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を説明する。図１は本発明の方法を示す断面図である。
アルミニウム合金板材を雌型上に載せ、材料温度を150
℃以上とする理由はアルミニウム合金板材は150℃以上
の温度において引張り強度と0.2%耐力が著しく低下する
ので、変形に要する圧力が少なくてすみ、経済性に優れ
るからである。一方、アルミニウム合金板材では450℃
以上では再結晶が終了し、引張り強度と0.2%耐力がほと
んど同一値となってしまう。しかし、高温においても成
形にともなう変形は平面ひずみ変形や二軸変形する部分
は多く、引張り強度と耐力が同一では応力伝播が困難で
破断し易くなる。これが、材料温度を450℃未満とする
理由である。なお、アルミニウム合金板材を雌型上に載
せてから、150℃以上450℃未満に加熱しても良いが、サ
イクルタイムを短縮するためには、アルミニウム合金板
材を予め150℃以上450℃未満に余熱しておくのが好まし
い。なお、少し低い温度まで余熱しておき雌型上に載せ
てから150℃以上450℃未満にしてもかまわない。
を説明する。図１は本発明の方法を示す断面図である。
アルミニウム合金板材を雌型上に載せ、材料温度を150
℃以上とする理由はアルミニウム合金板材は150℃以上
の温度において引張り強度と0.2%耐力が著しく低下する
ので、変形に要する圧力が少なくてすみ、経済性に優れ
るからである。一方、アルミニウム合金板材では450℃
以上では再結晶が終了し、引張り強度と0.2%耐力がほと
んど同一値となってしまう。しかし、高温においても成
形にともなう変形は平面ひずみ変形や二軸変形する部分
は多く、引張り強度と耐力が同一では応力伝播が困難で
破断し易くなる。これが、材料温度を450℃未満とする
理由である。なお、アルミニウム合金板材を雌型上に載
せてから、150℃以上450℃未満に加熱しても良いが、サ
イクルタイムを短縮するためには、アルミニウム合金板
材を予め150℃以上450℃未満に余熱しておくのが好まし
い。なお、少し低い温度まで余熱しておき雌型上に載せ
てから150℃以上450℃未満にしてもかまわない。
【００１０】超塑性成形の様に高温で主として粒界変形
で材料を変形させる場合には不連続再結晶を利用するの
で低速の変形が必須で、例えば、実成形では形状等にも
よるが30分程度で金型内を満たす様に圧力制御する。こ
のため成形の1サイクルが約3５分程度となる。一方、本
発明の方法は、材料の変形抵抗の低下と延性および引張
り強さを利用する成形方法であり、成形性は超塑性成形
に比較すると優れているとは言えないが、高速の成形が
可能であり、上記温度のアルミニウム合金板材の板厚1m
mあたり15kgf/cm2以上150kgf/cm2以下の圧力をかけれ
ば、形状の如何にかかわらず2分以内で雌型内に沿った
形状に成形できる。板厚1mmあたり15kgf/cm2以上とする
理由は、下限温度の150℃でも変形を可能にするため
で、15kgf/cm2未満では十分な成形ができない。
で材料を変形させる場合には不連続再結晶を利用するの
で低速の変形が必須で、例えば、実成形では形状等にも
よるが30分程度で金型内を満たす様に圧力制御する。こ
のため成形の1サイクルが約3５分程度となる。一方、本
発明の方法は、材料の変形抵抗の低下と延性および引張
り強さを利用する成形方法であり、成形性は超塑性成形
に比較すると優れているとは言えないが、高速の成形が
可能であり、上記温度のアルミニウム合金板材の板厚1m
mあたり15kgf/cm2以上150kgf/cm2以下の圧力をかけれ
ば、形状の如何にかかわらず2分以内で雌型内に沿った
形状に成形できる。板厚1mmあたり15kgf/cm2以上とする
理由は、下限温度の150℃でも変形を可能にするため
で、15kgf/cm2未満では十分な成形ができない。
【００１１】一方、現在商業的に入手可能な安価なガス
圧力は150kgf/cm2であり、これを超える圧力には特殊な
圧縮機が必要となり、コスト高となるので150kgf/cm2以
下とする。
圧力は150kgf/cm2であり、これを超える圧力には特殊な
圧縮機が必要となり、コスト高となるので150kgf/cm2以
下とする。
【００１２】高圧ガスとしてはN2ガスが安価で適してい
るが、不活性ガスが必要な場合にはアルゴンガス等も利
用できる。また、圧縮機があれば空気でもよい。
るが、不活性ガスが必要な場合にはアルゴンガス等も利
用できる。また、圧縮機があれば空気でもよい。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ア
ルミニウム合金板材 板厚1.0ｍｍの A5182P のO材
を用いて図１の雌型形状への成形を実施した。温度350
℃の雌型と下型の間にアルミ合金板材を挟み、下型とア
ルミ合金板材の間を気密にするとともに、加圧気体を漏
れないようにする目的で型締めする。型締め後、加圧気
体の高圧N2ガスを注入し圧力150kgf/cm2まで０．５分で
上昇させ、その圧力で1分保持し、その後取出した。サ
イクル時間は４分であった。実験条件と成形結果とを表
１に示す。
ルミニウム合金板材 板厚1.0ｍｍの A5182P のO材
を用いて図１の雌型形状への成形を実施した。温度350
℃の雌型と下型の間にアルミ合金板材を挟み、下型とア
ルミ合金板材の間を気密にするとともに、加圧気体を漏
れないようにする目的で型締めする。型締め後、加圧気
体の高圧N2ガスを注入し圧力150kgf/cm2まで０．５分で
上昇させ、その圧力で1分保持し、その後取出した。サ
イクル時間は４分であった。実験条件と成形結果とを表
１に示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】比較例１は、成形温度が高すぎるので比較
的低い付加圧力でも破断してしまい成形できない。比較
例２は、付加圧力が低すぎるので成形に３０分もかかり
生産性が悪い。比較例３は、比較例２よりは高くしたが
まだ付加圧力が低いので、模様のコーナー部形状が転写
できていない。比較例４は、成形温度が低すぎるので、
模様のコーナー部形状が転写できていない。比較例５
は、成形温度が低すぎ、付加圧力も低いので成形に３０
分もかかり生産性が悪く、模様のコーナー部形状の転写
もできていない。それに対し、本発明例は成形時間が２
〜２．５分と生産性が良く、成型品全体の形状も模様の
コーナー部の微細な形状の転写も良くできている。
的低い付加圧力でも破断してしまい成形できない。比較
例２は、付加圧力が低すぎるので成形に３０分もかかり
生産性が悪い。比較例３は、比較例２よりは高くしたが
まだ付加圧力が低いので、模様のコーナー部形状が転写
できていない。比較例４は、成形温度が低すぎるので、
模様のコーナー部形状が転写できていない。比較例５
は、成形温度が低すぎ、付加圧力も低いので成形に３０
分もかかり生産性が悪く、模様のコーナー部形状の転写
もできていない。それに対し、本発明例は成形時間が２
〜２．５分と生産性が良く、成型品全体の形状も模様の
コーナー部の微細な形状の転写も良くできている。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明法のサイク
ル時間４分は油圧プレス加工や金属のダイキャスト成
形、樹脂の射出成形のサイクル時間と同程度である。超
塑性成形に比べると大幅に生産効率が向上し大量生産に
採用可能な方法である。生産コストの低下も期待でき
る。また、金型としては超塑性成形と同じく製品形状に
類似した雌型と簡単形状の下型だけで良いので安価であ
る。さらに、本法に用いるアルミニウム合金板材は超塑
性材の様な特殊な材料ではなく、市場で入手可能な一般
的な材料で良いことから材料の経済性においても優れて
いる。なお、本法は超塑性成形よりも成形性の点では劣
るが、電気部品や電気筐体、自動車部品、機械部品、PC
部品等に成形形状が比較的浅い製品が多数適用されてお
り、実用性は大きい。地球環境問題から廃棄問題のある
樹脂からリサイクル可能な金属への変換にも有用であ
る。
ル時間４分は油圧プレス加工や金属のダイキャスト成
形、樹脂の射出成形のサイクル時間と同程度である。超
塑性成形に比べると大幅に生産効率が向上し大量生産に
採用可能な方法である。生産コストの低下も期待でき
る。また、金型としては超塑性成形と同じく製品形状に
類似した雌型と簡単形状の下型だけで良いので安価であ
る。さらに、本法に用いるアルミニウム合金板材は超塑
性材の様な特殊な材料ではなく、市場で入手可能な一般
的な材料で良いことから材料の経済性においても優れて
いる。なお、本法は超塑性成形よりも成形性の点では劣
るが、電気部品や電気筐体、自動車部品、機械部品、PC
部品等に成形形状が比較的浅い製品が多数適用されてお
り、実用性は大きい。地球環境問題から廃棄問題のある
樹脂からリサイクル可能な金属への変換にも有用であ
る。
【図１】本発明の装置の構成を示す断面図である。上熱
盤５に雌型１を下熱盤６に下型３をそれぞれ固定し、上
熱盤と下熱盤とを加圧型締めした後、加圧気体流入口４
から加圧気体を流入させることによって、アルミニウム
合金板材２を雌型形状に加工する。上熱盤と下熱盤とは
発熱装置を含んでいて、それぞれ雌型と下型を加熱す
る。
盤５に雌型１を下熱盤６に下型３をそれぞれ固定し、上
熱盤と下熱盤とを加圧型締めした後、加圧気体流入口４
から加圧気体を流入させることによって、アルミニウム
合金板材２を雌型形状に加工する。上熱盤と下熱盤とは
発熱装置を含んでいて、それぞれ雌型と下型を加熱す
る。
１ 雌型 ２ アルミニウム合金板材 ３ 下型 ４ 加圧気体流入口 ５ 上熱盤 ６ 下熱盤
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウム合金板材を雌型上に載せ、
材料温度を150℃以上450℃未満とし、板厚1mm当たり15k
g/cm2以上150kg/cm2以下の加圧気体をアルミニウム合金
板材の反雌型側から与えて2分以内にアルミニウム合金
板材を雌型に沿う形状にすることを特徴とする高温気体
加圧成形方法。 - 【請求項２】 予めアルミニウム合金板材を150℃以上4
50℃未満に余熱しておくことを特徴とする請求項１に記
載の成形方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24645199A JP2001071046A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 高温気体加圧成形方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24645199A JP2001071046A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 高温気体加圧成形方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001071046A true JP2001071046A (ja) | 2001-03-21 |
Family
ID=17148640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24645199A Pending JP2001071046A (ja) | 1999-08-31 | 1999-08-31 | 高温気体加圧成形方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001071046A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100443212C (zh) * | 2005-10-25 | 2008-12-17 | 北京机电研究所 | 铝合金汽车覆盖件气胀成形工艺 |
| CN102728695A (zh) * | 2012-07-15 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学空间钢结构幕墙有限公司 | 多点无模液压胀形工艺及多点无模液压胀形设备 |
| CN103394592A (zh) * | 2013-07-29 | 2013-11-20 | 北京超塑新技术有限公司 | 用于超塑成型的模具和方法 |
| WO2015119421A1 (ko) * | 2014-02-07 | 2015-08-13 | 강대건 | 판재 액압성형 방법 및 장치 |
| CN105710256A (zh) * | 2016-03-18 | 2016-06-29 | 燕山大学 | 一种高速列车铝合金墙板的成形方法 |
| CN107081345A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-08-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种NiAl合金曲面板材构件合成制备与成形一体化方法 |
| KR101833354B1 (ko) * | 2016-06-02 | 2018-03-05 | 경일산업 주식회사 | 아노다이징 처리가 가능한 알루미늄 소재를 이용한 금속케이스 제조 방법 |
-
1999
- 1999-08-31 JP JP24645199A patent/JP2001071046A/ja active Pending
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