JP2003154418A - マグネシウム合金材の冷間プレス加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マグネシウム合金材に対する室温下における冷
間プレス加工をプレス金型の型表面に障害を生じさせる
ことなく、量産可能な状態で連続かつ継続的に冷間プレ
ス加工を実行することができるマグネシウム合金材の冷
間プレス加工装置を提供することである。 【解決手段】マグネシウム合金材を冷間プレス加工に使
用するプレス金型の型表面に、コーティング処理による
超硬質膜が形成されてなることを特徴とするマグネシウ
ム合金材の冷間プレス加工装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム合金
材に対する絞り等の塑性加工を伴うプレス加工に使用す
るプレス金型の耐久性を高めることによって、マグネシ
ウム合金材の成形製品を量産することが可能な冷間プレ
ス加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金材は、最も軽量でかつ
強度の大きい構造用金属材料として家電、ＯＡ関連、自
動車、さらには宇宙関連の成形加工品として、現在使用
されている。また、リサイクルが可能な材料であること
から、省エネルギー及び環境対策の重要性の高まりと共
に、近年注目されている。

【０００３】従来、一般的に使用されているマグネシウ
ム合金材としては、ＡＺ９１（Ａl：９重量％、Ｚｎ：
１重量％及びＭｇ：残余）がある。この種のマグネシウ
ム合金材については、マグネシウム自体の結晶構造（最
密六方晶系の構造）におけるすべり性が悪いことが原因
して、室温下での冷間塑性加工が困難である。このた
め、従来の一般的な成形加工方法として、マグネシウム
合金を溶解した溶湯を射出成形するダイカスト法、チク
ソモールド法あるいは温間プレス法等が採用されいる。

【０００４】しかし、上記した従来のダイカスト法及び
チクソモールド法は、いずれもマグネシウム合金材料を
加熱した状態で成形加工する方法である。これら従来の
加工方法によれば、冷却時に湯しわ、湯境、湯廻り不良
等の表面欠陥や、厚肉部におけるガス抜け不良によるブ
ローホールの発生、さらにはバリの発生が避けられない
等の欠点がある。さらには、加熱のための設備等が特別
に必要となり、生産性も低いという欠点もある。また、
温間プレス法は、マグネシウム合金材料を低い温度状態
でプレス加工する方法であり、温度管理は比較的に容易
であるが、成形金型やマグネシウム合金材料を加熱する
特殊なサーボモータプレス装置等、高価な設備が新たに
必要となり、また成形品を得るのに時間がかかり、生産
効率が悪いという欠点がある。

【０００５】これら従来のマグネシウム合金材のプレス
加工方法の諸欠点を解消するため、マグネシウム合金材
に対し冷間プレス加工方法の適用が可能なマグネシウム
合金組成物も開発されている。この従来のマグネシウム
合金組成物としては、特開平６−６５６６８公報に開示
されているものがある。

【０００６】この従来のマグネシウム合金材は、例え
ば、ＬＡ１４１（Ｌｉ：１４重量％、Ａl ：１重量％）
等のマグネシウムにリチウムを含有させたＡＬ系と称さ
れるマグネシウム合金材である。ここで、リチウムの原
子量はマグネシウムの原子量より小さいので、リチウム
を含有するマグネシウム合金材は、より軽量な合金材で
ある。

【０００７】このようなリチウムを含有するマグネシウ
ム合金材を冷間プレス加工するためには、一般に、その
マグネシウム合金材の表面に極圧添加剤を含有するオイ
ルを塗布し、マグネシウム合金材の表面における滑りを
良くした状態で、プレス加工が行われている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のリチウムを含有するマグネシウム合金材を対象
とする冷間プレス加工方法おいては、なおも実用面で問
題がある。すなわち、室温下において、マグネシウム合
金材の組成物質における結晶構造は、鉄材やアルミニウ
ム材の結晶構造とは異なり、その結晶強度が格段に大き
いことから、このマグネシウム合金材を対象として冷間
（室温下）でプレス加工する場合、マグネシウム合金材
の表面に塗布した加工用オイルを介するだけでは、プレ
ス金型の型表面が容易に損傷されてしまうという欠点が
ある。このような欠点があるため、プレス金型自体の寿
命が著しく短くなってしまうので、マグネシウム合金材
のプレスによる成形加工方法は、量産には適していない
のが現状である。

【０００９】そこで、本発明は、マグネシウム合金材に
対する室温下における冷間プレス加工をプレス金型の型
表面に障害を生じさせることなく、量産可能な状態で連
続かつ継続的に冷間プレス加工を実行することができる
マグネシウム合金材の冷間プレス加工装置を提供するこ
とを目的とした。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のマグネシウム合金の冷間プレス加工装置
は、マグネシウム合金材を冷間プレス加工に使用するプ
レス金型の型表面に、コーティング処理による超硬質膜
が形成されてなることを特徴とする。

【００１１】プレス金型の型表面にコーティング処理に
よる超硬質膜が形成されていることにより、プレス金型
の型表面が超硬質膜により覆われ、その型表面を平滑化
させることができる。これによって、プレス加工時にお
けるマグネシウム合金材表面とプレス金型の型表面と間
のすべり性を向上させることができると共に、プレス加
工等によって生じたプレス金型の型表面における微細な
キズが原因して、プレス製品の表面に凹凸状のひずみが
生じるのを解消することができる。

【００１２】さらに、コーティング処理による超硬質膜
によって、プレス金型の型表面における耐久性が高めら
れ、プレス金型の長期間に亘る寿命を確保することがで
きるので、マグネシウム合金材に対するプレス加工を連
続かつ継続的に実施することが可能となる。

【００１３】上記した超硬質膜の超硬質処理剤をとして
は、ＴｉＮ（チタンナイトライト）、ＴｉＣＮ（チタン
カーボンナイトライト）、ＣｒＮ（クロムナイトライ
ト）、ＴｉＡl Ｎ（チタンアルミニウムナイトライ
ト）、Ａl₂Ｏ₃ （アルミナ）及びＤＬＣ（ダイアモンド
ライクカーボン）から選ばれる１種又は２種以上を好ま
しく使用することができる。

【００１４】プレス金型の型表面への超硬質処理剤のコ
ーティング方法は、既知の方法によることができる。例
えば、気相反応法、ＣＶＤ（Chemical Vaper Deposisio
n ）又はＰＶＤ(Phsical Vaper Deposision)蒸着法、イ
オンビーム蒸着法などの方法である。

【００１５】上記した本発明のマグネシウム合金の冷間
プレス加工装置において、プレス金型には、凹金型及び
凸金型の両方の金型を含む。これらの金型に対する超硬
質膜のコーティング処理は少なくともそれらの型表面が
対象となる。

【００１６】コーティング処理による超硬質膜の膜厚
は、金型の大きさによって異なり一定しないが、プレス
金型としての所定の寸法精度を確保するために、１μｍ
以下であることが好ましく、０．１〜０．８μｍの範囲
であることがより好ましい。この超硬質膜の膜厚が、
０．１μｍ未満であると、マグネシウム合金材のプレス
加工を継続して行うための耐久性が不十分となることが
ある。

【００１７】本発明の冷間プレス加工装置によるプレス
加工に適したマグネシウム合金材としては、前記したリ
チウムを含有するマグネシウム合金材を対象とすること
ができる。この場合、リチウムを６〜１１重量％以上含
有する組成のマグネシウム合金材であることが特に好ま
しい。

【００１８】リチウムを１１重量％以上含有する組成の
マグネシウム合金は、そのリチウムを含有する合金組成
により、マグネシウム−リチウムの体心立方構造の単一
の共晶組成となり、マグネシウム合金材の物性が変化し
て、その塑性加工性が低下してくる。

【００１９】上記したリチウムを含有するマグネシウム
合金材には、さらに、希土類物質が含有された組成物を
使用することができる。希土類物質が含有されているマ
グネシウム合金材の組成によって、マグネシウム−リチ
ウムの共晶構造中に希土類物質が入り込んで、マグネシ
ウム合金材の滑り系をひずみ速度の速い領域で発現する
結晶構造に変化させることができる。これによって、マ
グネシウム合金材の絞り等の塑性加工性を一層向上させ
ることができる。

【００２０】このマグネシウム合金材に含有される希土
類物質としては、スカンジウム、イットリウム及びラン
タノイド類のランタン、セリウム、プラセオジム、プロ
メチウム等を挙げられる。とりわけ、得られるプレス加
工の成形製品を構成するマグネシウム合金材の軽量性を
確保することができる点から、スカンジウム、イットリ
ウム及びランタンから選ばれるた少なくとも１種である
ことがより好ましい。

【００２１】このマグネシウム合金材における希土類物
質の必須含有量は、その種類によって多少異なるが、
０．５〜６重量％であり、好ましくは、１〜３重量％で
ある。この希土類元素の必須含有量が、０．５重量％未
満の含有量であれば、前記した塑性加工性の改善効果が
十分に得られず、また、６重量％を超えると、希土類物
質に基づく性状が影響してマグネシウム合金材が脆くな
ってしまうため、冷間プレスによる塑性加工には適さな
い傾向がある。

【００２２】本発明のマグネシウム合金材の冷間プレス
加工装置において、マグネシウム合金材には、さらに、
４重量％以下の亜鉛及びアルミニウム、並びに２重量％
以下の銀、マンガン、ケイ素、カルシウム及びジルコニ
ウムから選ばれる少なくとも１種の物質を含有するもの
であってもよい。

【００２３】上記所定量の亜鉛、アルミニウム、銀等を
含有するマグネシウム合金材の組成は、塑性加工性に影
響することなく、マグネシウム合金材自体の強度をより
高めるように作用し、マグネシウム合金材のプレス加工
製品について、より一層物理的に強化されたものが得ら
れるからである。なお、亜鉛等の含有量が前記した含有
量を超える場合には、マグネシウム合金材が脆くなっ
て、塑性加工には不適となると共に、密度が大きくなり
マグネシウム合金の軽量性が低下する。

【００２４】

【実施例】（実施例１及び２、比較例）マグネシウム合
金材（Ｍｇ９０％、Ｌｉ９．０％、Ｙ１．０％）を厚
さ：０．５ｍｍの圧延材とした。この圧延片を試験片と
して、室温（２５℃）下で、次の条件により、ＬＤＲ
（Limiting Drawing Ratio、限界絞り比）試験を行い、
その結果を表１に示した。 (1) プレス加工装置：３８ｔクランクプレス (2) プレス金型：単発ダイセット型、材質は、ＳＫＤ１
１、焼き入れ有、ロックウェル硬度ＨＲＣ＝６１ (3) パンチ径：２８．８ｍｍ (4) コーナー（Ｒ）：０．５ｍｍ (5) クリアランス：１００％ (6) ダイ（Ｒ）：２．０Ｒ (7) しわ押え力：９０ｋｇｆ (8) 下側バネ荷重：５００ｋｇｆ (9) 回転数：４０ｒｐｍ 上記の条件下で、室温（２５℃）下、前記試験片の面上
に加工用オイルを塗布し、この試験片に対してプレス加
工を実行した。

【００２５】ここで、プレス金型の型表面に超硬質膜と
して、ＰＶＤ蒸着法によりＴｉＣＮを平均０．５μｍの
厚さでコーティング処理を施したものを実施例１とし、
同じく超硬質膜として、ＰＶＤ蒸着法によりＤＬＣを平
均０．５μｍの厚さでコーティング処理を施したものを
実施例１とした。なお、プレス金型の型表面に超硬質膜
を何らコーティングしていないものを比較例とした。こ
のＬＤＲ試験の結果を表１に示した。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１において、絞り比率は、ブランク径／
パンチ径であり、ブランク径は、プレス加工前のマグネ
シウム合金材の試験片の直径である。また、このＬＤＲ
試験において、絞りが可能であり、割れ等の障害が全く
生じなかったときには○とし、割れ等の障害が生じたと
き×、とした。

【００２８】表１の結果から、比較例の結果では、絞り
比が１．１６６以下では、プレス加工時に割れ等の障害
が生じるのに対し、コーティング処理により超硬質膜を
設けたプレス金型にれば、絞り比が広い範囲に亘る場合
であっても、割れ等が生じない状態で支障なくプレス加
工を実行できることが分かる。

【００２９】（実施例３）次に、前記同様の条件で、実
施例１、２及び比較例のＬＤＲ試験を１００回繰り返し
て行った場合に、プレス金型の型表面における傷の発生
の有無を確認し、その結果を次の表２に示した。

【００３０】

【表２】

【００３１】表２中、○はプレス金型の型表面に傷等が
全く生じなかったときであり、また、×はプレス金型の
型表面に傷等が生じたときである。

【００３２】表２に示した結果から、実施例１及び２の
場合には、プレス金型の型表面は、１００回のプレス加
工後においても、一切傷等が生じないことが分かる。こ
れらの結果は、比較例の場合には、試験片のすべり方向
に対して無数の傷がプレス金型の型表面に生じたのとは
異なる。これにより、本発明に係る実施例１及び２によ
るプレス加工装置によれば、マグネシウム合金材に対し
プレス加工を連続かつ継続して行うことが可能であるこ
とが分かる。

【００３３】（実施例４）［ＭＤケースの成形］ 次の加工条件で、録音用ＭＤケースをプレス加工により
成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｌｉ：９重量％、
Ｙ：１重量％、Ｍｇ：残余で、板厚：０．５ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：１．２ｓｅｃ
（５０回転／ｍｉｎ）、クリアランス：片側４％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＮを０．５μｍ厚で、
ＰＶＤ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；２５６ｋｇｆ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、ＭＤケース（７６ｍｍ×６９
ｍｍ×６ｍｍ）を連続して成形することができた。得ら
れたマグネウム合金材のプレス成形品の表面は、いずれ
も平滑な形態で、キズの発生は一切認められなかった。

【００３４】（実施例５）［携帯電話機ボディの成形］ 次の加工条件で、携帯電話機ボディをプレス加工により
成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｌｉ：９重量％、
Ｙ：１重量％、Ｍｇ：残余で、板厚：０．５ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：２ｓｅｃ（３
０回転／ｍｉｎ）、クリアランス：片側１００％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＣＮを０．８μｍ厚
で、ＰＶＤ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；５１２ｋｇｆ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、携帯電話機ボディー（９１ｍ
ｍ×４４ｍｍ×４ｍｍ）を量産することができた。得ら
れたマグネウム合金材のプレス成形品の表面は、いずれ
も平滑な形態で、キズの発生は一切認められなかった。

【００３５】（実施例６）［ヘリコプターの模型ボディ
の成形］ 次の加工条件で、ヘリコプターの模型ボディをプレス加
工により成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｌｉ：９重量％、
Ｙ：１重量％、Ｍｇ：残余で、板厚：０．６ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：２ｓｅｃ（３
０回転／ｍｉｎ）、クリアランス：片側１００％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＮを１μｍ厚で、ＰＶ
Ｄ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；２５ｔｏｎ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、ヘリコプターの模型ボディ
（２６５ｍｍ×４８ｍｍ×３５ｍｍ）を量産することが
できた。得られたマグネウム合金材のプレス成形品の表
面は、いずれも平滑な形態で、キズ等の発生は一切認め
られなかった。

【００３６】

【発明の効果】上述したように本発明は構成されるか
ら、次のような効果が発揮される。本発明のマグネシウ
ム合金材の冷間プレス加工装置によれば、プレス加工に
使用するプレス金型の型表面が超硬質膜でコーティング
されているので、マグネシウム合金材を室温下で継続し
て連続的にプレス加工することができる。

【００３７】従って、数秒単位のオーダーで迅速にマグ
ネシウム合金材を成形加工することができる。この成形
品については、従来のダイカスト法等とは異なって、湯
しわ等の表面欠陥や、ブローホール等の欠陥は生じず、
またバリ取り等の後加工の必要もないから、生産効率が
極めて高くなる。

【００３８】しかも、冷間でのプレス加工であるので、
特別な加熱溶解のための設備を要することなく、またそ
の温度調整及び温度維持のための設備も必要でない。従
って、特別な設備を必要とすることなく、安価な設備で
マグネシウム合金材のプレス加工による成形加工を実行
することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マグネシウム合金材を冷間プレス加工に使
   用するプレス金型の型表面に、コーティング処理による
   超硬質膜が形成されてなることを特徴とするマグネシウ
   ム合金材の冷間プレス加工装置。
2. 【請求項２】コーティング処理による超硬質膜が、Ｔｉ
   Ｎ（チタンナイトライト）、ＴｉＣＮ（チタンカーボン
   ナイトライト）、ＣｒＮ（クロムナイトライト）、Ｔｉ
   Ａl Ｎ（チタンアルミニウムナイトライト）、Ａl₂Ｏ₃
   （アルミナ）及びＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボ
   ン）から選ばれる１種又は２種以上からなる請求項１に
   記載されたマグネシウム合金材の冷間プレス加工装置。