JP2004225115A

JP2004225115A - 金属成形品の製造方法

Info

Publication number: JP2004225115A
Application number: JP2003014934A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Ota; 俊介太田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP3969312B2

Abstract

【課題】歪矯正が不要である金属成形品の製造方法を提供する。
【解決手段】溶体化終了直後の金属成形品１０に、拘束治具２０，３０を取付けて拘束し、固溶体を略保った状態の金属成形品１０に、焼入れを施した後、金属成形品１０から拘束治具２０，３０を取外す。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属成形品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属成形品の製造方法においては、機械的性質の調整のため、焼入れ処理等を含んでいる熱処理が施される。金属成形品に焼入れ処理を施すと、急激な冷却により、歪（変形）が発生する。
【０００３】
焼入れ時の歪発生を防止する従来の方法は、矯正型で加圧塑性加工して歪を矯正している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、完成製品の形状に一致するキャビティを有したプレス型により、歪を除去（矯正）しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−４２７２２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４６４３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法は、独立した歪矯正工程を必要とするため、工数の増加および製造工程の複雑化を引き起こす問題を有する。また、歪の矯正のためにプレス装置を使用するため、複雑な形状の金属成形品には適用できない問題も存する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、歪矯正が不要である金属成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、溶体化終了直後の金属成形品に、治具を取付けて拘束し、固溶体を略保った状態の前記金属成形品に、焼入れを施した後、前記金属成形品から前記治具を取外すことを特徴とする金属成形品の製造方法である。
【０００９】
【発明の効果】
上記のように構成した本発明によれば、金属成形品は治具によって拘束され、焼入れ時の急冷による歪（変形）の発生が抑制されるため、歪矯正のための独立した工程を必要としない。したがって、歪矯正が不要である金属成形品の製造方法を提供することができる。
【００１０】
金属成形品を拘束するための治具は、溶体化終了後に取付けられるため、溶体化処理における加熱による変形などの消耗を避けることができる。また、治具は、焼入れ時のみに適用され、サイクルタイムが短いため、治具の必要数が少なく、製造コストが削減される。さらに、歪の矯正のためにプレス装置を使用しないため、複雑な形状の金属成形品にも、容易に適用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。本発明の実施の形態に係る金属成形品の製造方法は、図１に示されるように、成形工程と、溶体化処理と、焼入れ処理と、時効処理とを有する。
【００１２】
成形工程においては、例えば、鋳造による一体成形により、金属成形品が得られる。金属成形品は、パネル、サイドメンバなどの車体部品であり、例えば、高圧延性アルミニウム合金からなる。
【００１３】
溶体化処理においては、溶融点直下の高温度、例えば、アルミニウム合金からなる金属成形品である場合、５００℃前後で、数十分〜数時間の熱処理が施され、時効硬化にあずかる主要成分を十分に固溶させる。
【００１４】
焼入れ処理においては、溶体化終了直後の金属成形品を、拘束治具を取付けることによって拘束する。例えば、金属成形品の温度が、焼入れまでに過度に低下しないように、十〜数十秒程度で自動式に取付ける。つまり、拘束作業は、金属成形品が熱いうちに、極力短時間で実行する。
【００１５】
そして、固溶体を略保った状態の金属成形品は、冷却水が保持された焼入れ槽に投入され、急冷されて、焼入れが施される。なお、焼入れ媒は、水に限定されず、油を使用することも可能である。また、焼入れ方法は、液中焼入れに限定されず、乾式焼入れを適用することもできる。
【００１６】
その後、金属成形品から拘束治具を取外す。金属成形品は、焼入れ時に拘束されているため、急冷による金属成形品の歪（変形）の発生が抑制されている。そのため、拘束治具が取外された金属成形品は、歪矯正のための独立した工程を必要としない。
【００１７】
また、金属成形品を拘束するための拘束治具は、溶体化終了後に取付けられるため、溶体化処理における加熱による変形などの消耗を避けることができる。また、拘束治具は、焼入れ時のみに適用され、サイクルタイムが短いため、拘束治具の必要数が少なく、製造コストが削減される。さらに、歪の矯正のためにプレス装置を使用しないため、複雑な形状の金属成形品にも、容易に適用できる。
【００１８】
時効処理においては、拘束治具が取外された金属成形品を、適当な時間および温度で時効させる。そして、完成部品が得られる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、金属成形品は拘束治具によって拘束され、焼入れ時の急冷による金属成形品の歪（変形）の発生が抑制されるため、歪矯正のための独立した工程を必要としない。したがって、歪矯正が不要である金属成形品の製造方法を提供することができる。
【００２０】
なお、拘束治具は、高温下の溶体化処理に使用されないため、材質の選択の幅が広く、例えば、アルミニウム合金製とすることも可能である。
【００２１】
また、拘束治具の温度が一定でない場合、焼入れ時において、取付けられる金属成形品の温度経過に変動が生じ、焼入れ後の金属成形品の機械的性質にバラツキが生じる虞がある。したがって、拘束治具の温度は、管理することが好ましい。
【００２２】
例えば、待機中の拘束治具を、温度管理されている焼入れ槽の内部に配置することも好ましい。また、金属成形品を拘束する直前に、拘束治具を所定の温度に昇温させることも可能である。
【００２３】
次に、本発明の実施の形態に係る拘束治具を説明する。図２に示される拘束治具は、上部拘束治具２０および下部拘束治具３０を有し、金属成形品１０を部分的に押さえことで、焼入れ時に金属成形品１０を拘束する。
【００２４】
金属成形品１０は、屈曲部１３が形成された溝型部１２を有する。したがって、上部拘束治具２０は、金属成形品１０の溝型部１２の内側に部分的に接触するＴ字状部２２と、Ｔ字状部２２を支持するためのプレート部２１とを有する。Ｔ字状部２２の拡張部２３は、金属成形品１０の屈曲部１３を上方から部分的に接触する。
【００２５】
一方、下部拘束治具３０は、金属成形品１０の溝型部１２の外側に部分的に接触する凹状部３２と、凹状部３２を支持するためのプレート部３１とを有する。凹状部３２の端部３３は、金属成形品１０の屈曲部１３を下方から部分的に接触する。
【００２６】
以上のように、拘束治具２０，３０は、金属成形品を部分的に拘束するため、その構造が簡略化される。また、金属成形品と焼入れ媒とが直接接触する部位が多いため、金属成形品の冷却速度の低下が防がれる。つまり、焼入れ効果に対する影響が低下する。
【００２７】
図３は、拘束治具の変形例１を説明するための分解図である。変形例１は、図２に示される拘束治具２０，３０と同様に、金属成形品１１０を部分的に拘束するために使用される。
【００２８】
なお、金属成形品１１０の形状が金属成形品１０と異なるため、拘束治具１２０，１３０の形状が変更されている。つまり、金属成形品１１０が平板状であるため、上部拘束治具１２０は、金属成形品１１０を上方から部分的に接触するための突出部１２２と、突出部１２２を支持するためのプレート部１２１とを有し、下部拘束治具１３０は、金属成形品１１０を下方から部分的に接触するための突出部１３２と、突出部１２２を支持するためのプレート部１３１とを有する。
【００２９】
図４は、拘束治具の変形例２を説明するための分解図である。変形例２においては、拘束治具２２０，２３０によって金属成形品２１０の外面の略全体が拘束される。
【００３０】
つまり、上部拘束治具２２０は、金属成形品２１０の溝型部２１２の内側の略全体に接触するＴ字状型部２２２を有する。Ｔ字状型部２２２の拡張部２２３は、金属成形品２１０の屈曲部２１３の略全体に、上方から接触する。
【００３１】
一方、下部拘束治具２３０は、金属成形品２１０の溝型部２１２の外側の略全体に接触する凹状型部２３２を有する。凹状型部２３２の端部２３３は、金属成形品２１０の屈曲部２１３の略全体に、下方から接触する。
【００３２】
以上のように、拘束治具２２０，２３０は、金属成形品２１０の略全面を拘束するため、治具による歪防止効果（寸法精度）が向上する。
【００３３】
図５は、拘束治具の変形例３を説明するための分解図である。変形例３は、変形例２と同様に、金属成形品３１０の略全面を拘束するために使用される。なお、金属成形品３１０の形状が金属成形品２１０と異なるため、拘束治具の形状が変更されている。
【００３４】
つまり、金属成形品３１０が平板状であるため、上部拘束治具３２０および下部拘束治具３３０も平板状であり、金属成形品３１０の略全面を上下から拘束している。
【００３５】
図６は、拘束治具の変形例４を説明するための分解図である。変形例４においては、拘束治具４２０，４３０によって金属成形品４１０の外周部のみが拘束される。
【００３６】
つまり、上部拘束治具４２０は、金属成形品４１０の溝型部４１２の端面部の内側の略全体に接触する凹状部４２２と、両端に位置する凹状部４２２との間を連絡する拡張部４２３とを有する。拡張部４２３は、金属成形品４１０の屈曲部４１３の略全体に、上方から接触する。
【００３７】
一方、下部拘束治具４３０は、金属成形品４１０の溝型部４１２の端面部の外側の略全体に接触する凹状部４３２と、両端に位置する凹状部４２３との間を連絡する拡張部４３３とを有する。拡張部４３３は、金属成形品４１０の屈曲部４１３の略全体に、下方から接触する。
【００３８】
以上のように、拘束治具４２０，４３０は、金属成形品４１０の外周部のみを拘束するため、金属成形品と焼入れ媒とが直接接触する部位を確保することができ、冷却速度の低下が抑制される。また、歪が発生しやすい外周部が拘束されているため、治具による良好な歪防止効果（寸法精度）が確保される。つまり、治具による歪防止効果を向上させながらも、治具の形状の複雑化および焼入れ効果に対する影響を抑制することができる。
【００３９】
図７は、拘束治具の変形例５を説明するための分解図である。変形例５は、変形例４と同様に、金属成形品５１０の外周部のみを拘束するために使用される。なお、金属成形品５１０の形状が金属成形品４１０と異なるため、拘束治具の形状が変更されている。
【００４０】
つまり、金属成形品５１０が平板状であるため、上部拘束治具５２０および下部拘束治具５３０は、開口部５２１，５３１が形成された平板状であり、金属成形品５１０の外周部のみを上下から拘束している。
【００４１】
図８は、拘束治具の変形例６を説明するための分解図である。変形例６は、変形例４と同様に、金属成形品６１０の外周部のみを拘束するために使用される。しかし、金属成形品６１０は、外周部に沿った余肉部を有する。つまり、完成部品形状部６１０Ａの外周に余肉部を有し、拘束治具６２０，６３０は、前記余肉部を拘束する。
【００４２】
したがって、拘束治具６２０，６３０によって拘束された部位が、十分な冷却速度が得られず、焼入れ効果が不十分であっても、完成部品の状態では、余肉部は削除される。つまり、焼入れ効果に影響を及ぼすことなく、歪防止効果を確保することができる。
【００４３】
図９は、拘束治具の変形例７を説明するための分解図である。変形例７は、変形例６と同様に、金属成形品７１０の外周の余肉部（完成部品形状部７１０Ａの外周）を拘束する。なお、金属成形品７１０の形状が金属成形品６１０と異なるため、拘束治具の形状が変更されている。なお、金属成形品の余肉部は、略全面に渡って拘束することに限定されず、例えば、図２および図３に示されるように、部分的に拘束することも可能である。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態に係る金属成形品の実施例における歪量の測定結果を説明する。図１０は、焼入れ前の歪量を３次元化して表している略図である。図１１は、拘束治具を使用しない場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図、図１２は、拘束治具の変形例１を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図、図１３は、拘束治具の変形例３を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図、図１４は、拘束治具の変形例５を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図である。
【００４５】
適用された金属成形品は、１５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍのサイズを有する平板形状のアルミニウム鋳造部材である。歪量の測定は、ダイヤルゲージを使用し、５ヶ所×３列の計１５ヶ所を対象とした。
【００４６】
拘束治具を使用しない場合における焼入れ後の歪量の最大幅は、０．６８ｍｍであるのに対し、金属成形品を部分的に拘束する拘束治具（変形例１）を使用した場合における焼入れ後の歪量の最大幅は、０．２４ｍｍであり、拘束治具による歪防止効果が得られている。
【００４７】
金属成形品の形状に一致する拘束治具（変形例３）を使用した場合における焼入れ後の歪量の最大幅は、０．１４ｍｍであり、拘束治具による歪防止効果が向上している。
【００４８】
外周部を拘束する拘束治具（変形例５）を使用した場合における焼入れ後の歪量の最大幅は、０．１５ｍｍであり、拘束治具（変形例３）に近い歪防止効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る金属成形品の製造方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る拘束治具を説明するための分解図である。
【図３】拘束治具の変形例１を説明するための分解図である。
【図４】拘束治具の変形例２を説明するための分解図である。
【図５】拘束治具の変形例３を説明するための分解図である。
【図６】拘束治具の変形例４を説明するための分解図である。
【図７】拘束治具の変形例５を説明するための分解図である。
【図８】拘束治具の変形例６を説明するための分解図である。
【図９】拘束治具の変形例７を説明するための分解図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る金属成形品の実施例における焼入れ前の歪量を３次元化して表している略図である。
【図１１】拘束治具を使用しない場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図である。
【図１２】拘束治具の変形例１を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図である。
【図１３】拘束治具の変形例３を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図である。
【図１４】拘束治具の変形例５を使用した場合における焼入れ後の歪量を３次元化して表している略図である。
【符号の説明】
１０…金属成形品、
１２…溝型部、
１３…屈曲部、
２０…上部拘束治具、
２１…プレート部、
２２…Ｔ字状部、
２３…拡張部、
３０…下部拘束治具、
３１…プレート部、
３２…凹状部、
３３…端部、
１１０…金属成形品、
１２０…上部拘束治具、
１２１…プレート部、
１２２…突出部、
１３０…下部拘束治具、
１３１…プレート部、
１３２…突出部、
２１０…金属成形品、
２１２…溝型部、
２１３…屈曲部、
２２０…上部拘束治具、
２２２…Ｔ字状型部、
２２３…拡張部、
２３０…下部拘束治具、
２３２…凹状型部、
２３３…端部、
３１０…金属成形品、
３２０…上部拘束治具、
３３０…下部拘束治具、
４１０…金属成形品、
４１２…溝型部、
４１３…屈曲部、
４２０…上部拘束治具、
４２２…凹状部、
４２３…拡張部、
４３０…下部拘束治具、
４３２…凹状部、
４３３…拡張部、
５１０…金属成形品、
５２０…上部拘束治具、
５２１…開口部、
５３０…下部拘束治具、
５３１…開口部、
６１０…金属成形品、
６１０Ａ…完成部品形状部、
６１２…溝型部、
６１３…屈曲部、
６２０…上部拘束治具、
６２２…凹状部、
６２３…拡張部、
６３０…下部拘束治具、
６３２…凹状部、
６３３…拡張部、
７１０…金属成形品、
７１０Ａ…完成部品形状部、
７２０…上部拘束治具、
７２１…開口部、
７３０…下部拘束治具、
７３１…開口部。

Claims

溶体化終了直後の金属成形品に、治具を取付けて拘束し、固溶体を略保った状態の前記金属成形品に、焼入れを施した後、前記金属成形品から前記治具を取外すことを特徴とする金属成形品の製造方法。
前記治具は、前記金属成形品を部分的に拘束することを特徴とする請求項１に記載の金属成形品の製造方法。
前記治具は、前記金属成形品の外面の略全体を拘束することを特徴とする請求項１に記載の金属成形品の製造方法。
前記治具は、前記金属成形品の外周部のみを拘束することを特徴とする請求項１に記載の金属成形品の製造方法。
前記治具は、待機中、温度管理されている焼入れ槽の内部に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属成形品の製造方法。
前記治具は、前記金属成形品の余肉部を拘束することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属成形品の製造方法。