JP2003145225A - 異種金属材料の深絞り加工方法 - Google Patents

異種金属材料の深絞り加工方法

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JP2003145225A JP2001345855A JP2001345855A JP2003145225A JP 2003145225 A JP2003145225 A JP 2003145225A JP 2001345855 A JP2001345855 A JP 2001345855A JP 2001345855 A JP2001345855 A JP 2001345855A JP 2003145225 A JP2003145225 A JP 2003145225A
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Taisuke Harada
泰典 原田
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 異種金属材料を相互に重ね合せて深絞り製品
を得る際、深絞り加工と同時に異種金属材料を接合する
深絞り加工方法を提供する。 【解決手段】 異種金属材料を相互に重ね合わせた素材
をプレス機のダイ1にセットし、ダイ1にパンチ3を押
し込むことにより素材を目標形状に深絞り加工すると、
深絞り加工時の塑性変形によって生成した新生面を介し
て異種金属材料が相互に接合される。異種金属材料の重
合せに際し、少なくとも相互に対向する表面を脱脂・洗
浄しておくことが好ましい。 【効果】 深絞り加工と同時に異種金属材料が接合され
るため、クラッド材を使用する必要がなく、工程の簡略
化が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料を容器形状に
深絞り加工する際、重ね合わせた異種金属材料を同時に
接合する深絞り加工方法に関する。
【0002】
【従来技術及び問題点】異種金属材料を張り合わせたク
ラッド材は、それぞれの金属材料が呈する特性を活用で
きることから種々の分野で使用されている。たとえば、
銅合金/ステンレス鋼クラッド材は、耐食性に優れてい
ることから海洋機器や化学プラントの構造材として使用
されている。Cuの優れた導電性を活用した銅/ステン
レス鋼クラッド材は化学装置のクラッド電極に使用され
ている。その他に、Al/ステンレス鋼クラッド材,T
i/ステンレス鋼クラッド材等も知られている。
【0003】クラッド材を深絞り加工により所定形状に
成形する場合、冷間圧延,爆発圧接,拡散接合等で作製
したクラッド材を用意し、当該クラッド材を深絞り加工
している。そのため、クラッド材の作製及び製品への成
形の二工程が必要とされる。しかも、作製されたクラッ
ド材を深絞り加工することから,クラッド材に良好な深
絞り加工性が要求され、深絞り加工可能なクラッド材の
材質に制約が加わる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、異種金属材料の
接合及び深絞り加工を同時進行させることにより、製品
までの製造工程を簡略化すると共に、深絞り加工可能な
材質に関する制約を緩和し、個々の材質に由来する長所
を活用できる容器形状製品を提供することを目的とす
る。
【0005】本発明の深絞り加工方法は、その目的を達
成するため、異種金属材料を相互に重ね合わせた素材を
プレス機のダイにセットし、ダイにパンチを押し込むこ
とにより素材を目標形状に深絞り加工すると同時に異種
金属材料を相互に接合することを特徴とする。異種金属
材料の重ね合せに際し、少なくとも相互に対向する表面
を脱脂・洗浄しておくことが好ましい。また、深絞り加
工された加工品を熱処理すると、異種金属材料の間で相
互拡散反応が生じ、接合強度が高くなる。更には、純ア
ルミニウム箔,純チタン箔等のインサート材を接合界面
に介在させた条件下で深絞り加工すると、深絞り加工中
の異種金属間に生じる相対辷り作用に起因した凝着(焼
付き現象)が発生しやすくなり、高い接合強度が得られ
る。
【0006】
【作用】深絞り加工はパンチによって素材金属板をダイ
に絞っていく加工であり、加工の進行につれダイに絞ら
れた素材の板厚が増加する。そのため、異種金属材料を
重ね合わせた状態で深絞り加工すると、金属材料は扱き
加工の状態で金型形状に沿って塑性変形し、活性度の高
い新生面を露呈させる。このとき、一方の金属材料の新
生面が他方の金属材料の新生面に密着し、且つ相互に辷
り作用が生じるため、異種金属材料の間で相互拡散反
応,凝着,焼付きが活発に進行し、深絞り加工と同時に
異種金属材料が接合される。深絞り加工時に異種金属材
料を接合する方法自体は特開2001−007549号
公報にも紹介されているところであるが、この方法で作
製される筐体は異種金属材料が機械的に噛み合うことに
よって接合されているに過ぎず、冶金的な相互拡散反応
を伴った本発明の接合形態とは基本的に異なる。因み
に、同公報〔0012〕欄に、「基材と基材との間には
樹脂シートが配置されていることが好ましい」と記載さ
れている。
【0007】深絞り加工では、重ね合わせた異種金属材
料Mをダイ1にセットし、プレス2でパンチ3をダイ1
に押し込む(図1)。このとき、異種金属材料Mの周辺
をストリッパープレート4で押えることによって皺の発
生を防止できる。ダイ1の内部には、深絞り加工されて
いる異種金属材料Mを支持するカウンターパッド5を配
置しても良い。図示の場合、初絞り(a),再絞り
(b)の2工程で目標形状の製品を作製しているが、単
段或いは3工程以上で目標形状に成形できることは勿論
である。深絞り加工時の相互拡散反応で異種金属材料M
を接合するためには、塑性変形可能な金属材料が使用さ
れる。異種金属材料Mの組合せには特段の制約が加わる
ものでないが、一方の金属材料に普通鋼,低合金鋼,ス
テンレス鋼等の鋼板を使用するとき、他方の金属材料に
銅,アルミニウム,ニッケル,チタン,或いはこれらの
合金板を使用できる。また、重ね合わせる異種金属材料
Mの枚数は、2枚は勿論,3枚又はそれ以上の枚数に設
定できる。
【0008】異種金属材料Mの被接合面は、深絞り加工
に先立って脱脂・洗浄しておくことが好ましい。脱脂・洗
浄された被接合面は、深絞り加工により金属材料が塑性
変形したとき清浄な新生面を露呈させ、異種金属材料M
の間で相互拡散反応を活発化させる。なかでも、表面に
酸化皮膜のあるステンレス鋼,アルミニウム,チタン等
を一方の金属材料に使用する場合、電解研磨,化学エッ
チング等で表面酸化皮膜を除去しておくと、相互拡散反
応に及ぼす表面酸化皮膜の悪影響が抑えられる。深絞り
加工時に異種金属材料はダイ1,パンチ3間で扱き加工
を受けながら絞られ、接合界面に辷りが発生する。その
ため、深絞り加工によって生じた新生面の間で相互拡散
反応が進み、異種金属材料Mが強固に接合される。相対
的な辷り作用は、インサート材を接合界面に介在させる
ことにより一層促進される。インサート材には、たとえ
ば厚み0.01〜0.02mmの純アルミニウム箔,純チ
タン箔等が使用される。
【0009】深絞り加工後に熱処理を施すこともでき
る。熱処理は、異種金属材料の接合界面に生じている相
互拡散層を成長させ、接合強度を向上させる。深絞り加
工は、目標とする製品形状にも依るが、一段又は複数段
の加工工程が採用される。各段の加工工程では、相互拡
散反応に必要な新生面を露呈させる上で可能な限り大き
な加工率を設定することが好ましい。また、深絞り加工
時に異種金属材料が相互に位置ズレする虞がある場合、
スポット溶接,ろう付け,接着等によって異種金属材料
を仮止めしておく。
【0010】
【実施例】板厚0.1mmの銅板,板厚0.2mmのアル
ミニウム板,板厚0.2mmの鋼板を直径32mmの円
板状に裁断し、それぞれを脱脂・洗浄した後、鋼板の上
にアルミニウム板,銅板を順次重ね合わせてダイ1の上
にセットした。鋼板,アルミニウム板,銅板を重ね合わ
せた初期厚さは0.5mmであった。ダイ1側の鋼板表
面及びパンチ3側の銅板表面には、二硫化モリブデン系
の潤滑剤を塗布した。ダイ1には孔径20mmでSKD
製の円筒状ダイを使用し、パンチ3には先端径19mm
の円柱状パンチを使用し、ダイ1とパンチ3との間のク
リアランスを0.5mmに設定した。
【0011】ダイ1の上に順次重ね合わせた鋼板,アル
ミニウム板,銅板の周辺をカウンターパッド5で押え
(加圧力:3MPa),速度40mm/秒,ストローク
5mmでパンチ3を押し下げ、絞り比1.6で鋼板,ア
ルミニウム板,銅板を同時に深絞り加工した(初絞
り)。これにより、鋼板,アルミニウム板,銅板は、深
さ9mmの有底円筒形状に加工された。初絞り加工され
た鋼板,アルミニウム板,銅板を再絞り用プレスに移し
変え、孔径16mmのSKD製ダイ1及び先端径15m
mのSKD製パンチ3により、クリアランス0.5m
m,パンチ速度40mm/秒,絞り比1.3で鋼板,ア
ルミニウム板,銅板を再度深絞り加工した。
【0012】得られた加工品は、径16mm,深さ13
mm,平均肉厚0.5mmの有底円筒形状であった。更
に深絞り加工を繰り返す3段加工で、径13mm,深さ
18mm,平均肉厚0.5mmの有底円筒状に加工し
た。鋼板,アルミニウム板,銅板の接合状態を調査する
ため、有底円筒体の側壁及び底辺コーナー部から試験片
を採取し、顕微鏡観察したところ相互拡散反応によるも
のと推察される拡散接合層が鋼板,アルミニウム板,銅
板の間の接合界面に生成していた。また、上下の圧盤に
挟んだリング状試験片を半径方向に圧縮変形したとこ
ろ、圧縮量が初期高さ13mmの半分に達するまで鋼板
/アルミニウム板/銅板の接合界面に剥離が生じなかっ
た。
【0013】更に、有底円筒体を500℃に1時間加熱
した後で同様な剥離試験に供したところ、圧縮量が初期
高さ13mmの半分を超えても鋼板/アルミニウム板/
銅板の接合界面に剥離が生じなかった。顕微鏡観察の結
果では、鋼板,アルミニウム板,銅板間で拡散接合層が
成長していたことが確認された。鋼板,アルミニウム
板,ニッケル板を同様に重ね合わせて深絞り加工した場
合でも、鋼板,アルミニウム板,ニッケル板が強固に結
合された加工製品が得られた。チタン板/鋼板,チタン
板/アルミニウム板,チタン板/銅板の組合せでも、深
絞り加工と同時に異種金属材料が強固に結合された加工
製品が得られた。
【0014】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の深絞り
加工においては、異種金属材料を相互に重ね合わせた状
態で深絞り加工するだけの操作によって深絞り加工と同
時に異種金属材料を相互に接合している。異種金属材料
間の接合強度は実用に十分耐える値であり、深絞り加工
と同時に接合されることから、クラッド材を作製する工
程が省略され、高い生産性で複合材料の深絞り加工製品
が提供される。しかも、塑性変形する材料である限り使
用可能であり、クラッド材の深絞り加工に見られたよう
な材質的な制約もない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 深絞り加工に使用するプレス機の概略図
【図2】 深絞り加工された成形品の斜視図及び部分断
面図
【符号の説明】
1:ダイ 2:プレス 3:パンチ 4:ストリ
ッパープレート 5:カウンターパッド

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 異種金属材料を相互に重ね合わせた素材
    をプレス機のダイにセットし、ダイにパンチを押し込む
    ことにより素材を目標形状に深絞り加工すると同時に異
    種金属材料を相互に接合することを特徴とする異種金属
    材料の深絞り加工方法。
  2. 【請求項2】 少なくとも相互に対向する表面を脱脂・
    洗浄して異種金属材料を重ね合わせる請求項1記載の深
    絞り加工方法。
  3. 【請求項3】 深絞り加工後の加工品を熱処理して異種
    金属材料間に相互拡散反応を起こさせる請求項1記載の
    深絞り加工方法。
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