JP2020059045A - Titanium alloy drawing method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、チタン合金の絞り加工方法に関する。 The present disclosure relates to a titanium alloy drawing method.
金属の加工方法には、従来より種々の加工方法が提案されている。
例えば、プレス加工が挙げられる。プレス加工とは、金型を含む一対の工具の間に金属等の材料を入れて圧力を加えることで、材料を金型の形状に加工する加工方法である。
プレス加工の一種として、絞り加工が知られている。絞り加工とは、金属板成形法の一種で一枚の金属板から円筒、角筒、円錐等様々な形状の底付き容器を成形する加工法である。絞り加工を用いることで、つなぎ目の無い容器形状の金属を成形することができる。
Various metal processing methods have been conventionally proposed.
For example, press working can be mentioned. Pressing is a processing method in which a material such as a metal is put between a pair of tools including a die and pressure is applied to the material to form the shape of the die.
As a kind of press working, drawing is known. The drawing process is a kind of metal plate forming process and is a process for forming a bottomed container having various shapes such as a cylinder, a square tube, and a cone from a single metal plate. By using the drawing process, it is possible to form a container-shaped metal having no joint.
絞り加工法に用いられる金属としては、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅、マグネシウム等が挙げられる。中でも、チタン及びチタン合金については、高耐食性、高強度、低比重等の性質から、幅広い分野での適用が期待されており、チタン及びチタン合金の加工について、種々の検討がされている。 Examples of the metal used in the drawing method include titanium, titanium alloy, aluminum, iron, stainless steel, copper, magnesium and the like. Among them, titanium and titanium alloys are expected to be applied in a wide range of fields because of their properties such as high corrosion resistance, high strength, and low specific gravity, and various studies have been made on the processing of titanium and titanium alloys.
例えば特許文献１には、工具を用いた絞りスピニング成形によってチタン合金材が成形される絞りスピニング成形加工方法であって、高周波誘導加熱によって、工具によるチタン合金材に対する作用点が、局所的に、加熱される加熱工程と、チタン合金材の外周側から内周側に向けての工具の移動により該チタン合金材の絞り変形が行われる変形工程とを具備することを特徴とするチタン合金材絞りスピニング成形加工方法が記載されている。 For example, Patent Document 1 is a drawing spinning forming method in which a titanium alloy material is formed by drawing spinning forming using a tool, and the action point on the titanium alloy material by the tool is locally generated by high frequency induction heating. A titanium alloy material diaphragm comprising: a heating step of heating; and a deforming step of deforming the titanium alloy material by moving the tool from the outer peripheral side toward the inner peripheral side of the titanium alloy material. A spinning forming method is described.
また、例えば特許文献２には、付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、所望の回転度に加工物を回転させることと、を繰り返すことを含む、金属材料加工物を鍛造する方法が記載されている。 Further, for example, in Patent Document 2, the free press forging of the workpiece is repeated until the total amount of the applied strain is sufficient to start the refinement of the microstructure, and the desired degree of rotation is obtained. A method of forging a metal material workpiece is described that includes rotating the workpiece and repeating.
チタン合金について、高温（例えば、７００℃〜８７０℃）の範囲で延性を付与してから塑性加工する方法は存在するものの、チタン合金は低温（例えば、４００℃以下）の範囲では延性が低いため、低温での塑性加工は非常に困難であった。
チタン合金を高温の範囲で延性を付与させてから塑性加工する方法としては、例えば、バーナー等の加熱手段でチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を８００℃程度にまで加熱し、成形を行う方法がある。しかし、この方法では金型全体を高温まで加熱するために大がかりな加熱装置を用いていると考えられ、コストが高くなり、さらに作業性が悪化しやすい。また、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のみならず、装置までもが高温に曝される結果、装置の寿命を縮めやすい。
上記特許文献１は、材料を変形する個所のみ簡易に加熱する手法であり、特許文献２は、結晶粒微細化のために、６００℃〜βトランザス変態点の温度範囲で、少しずつ材料の表面を鍛造する方法である。
以上の従来技術はいずれも高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法であり、高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法では、特殊な金型、特殊な加熱装置等を用いる必要があると考えられ、製造コスト、作業の簡便性等の点は期待できない。
以上より、チタン合金を低温（例えば、４００℃未満）で塑性加工することは未だ困難である。
Although there is a method of imparting ductility to a titanium alloy in a high temperature range (for example, 700 ° C. to 870 ° C.) and then performing plastic working, the titanium alloy has a low ductility in a low temperature range (for example, 400 ° C. or lower) However, plastic working at low temperature was very difficult.
As a method of imparting ductility to a titanium alloy in a high temperature range and then performing plastic working, for example, a Ti-6Al-4V alloy, which is a titanium alloy, is heated to about 800 ° C. by a heating means such as a burner to perform molding. There is a way. However, in this method, it is considered that a large-scale heating device is used to heat the entire die to a high temperature, which increases the cost and further deteriorates the workability. In addition, not only the Ti-6Al-4V alloy but also the device is exposed to high temperatures, and as a result, the life of the device is likely to be shortened.
The above-mentioned Patent Document 1 is a method of simply heating only the portion where the material is deformed, and Patent Document 2 is for gradually refining the crystal surface in the temperature range of 600 ° C. to β transus transformation point for the purpose of refining the crystal grains. Is a method of forging.
The above conventional techniques are all processing methods for heating a titanium alloy in a high temperature range, and it is necessary to use a special mold, a special heating device, etc. in the processing method for heating a titanium alloy in a high temperature range. It is conceivable that the manufacturing cost and the workability cannot be expected.
From the above, it is still difficult to plastically work a titanium alloy at a low temperature (for example, less than 400 ° C).
本開示の実施形態が解決しようとする課題は、低温でチタン合金を良好に絞り加工できるチタン合金の絞り加工方法（本明細書中、単に絞り加工方法ともいう。）を提供することである。 The problem to be solved by the embodiments of the present disclosure is to provide a titanium alloy drawing method (which may be simply referred to as a drawing method in the present specification) capable of excellently drawing a titanium alloy at a low temperature.
上記課題を解決する手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞ ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、を有し、前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行うチタン合金の絞り加工方法である。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1> A first step of heating a titanium alloy that is a blank material to a temperature of 250 ° C. or more and less than 400 ° C., and the heated titanium alloy placed between a blank support material and a mold, A second step of pressing the titanium alloy by a pressing member using a mold and pressing at least a part of the titanium alloy against the mold using the blank support material, and a blank support of the heated titanium alloy. The blank support material, at least a part of the titanium alloy is pressed or not pressed into the mold by 2 kN or less in a state of being arranged between the material and the mold, and the mold is used to A third step of squeezing the titanium alloy by a pressing member, and the titanium alloy squeezed by the pressing member using the mold are arranged between a blank support material and a mold, and the blank support material is used. Pressing at least a part of the titanium alloy into a mold and squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold, the fourth step including the second step. This is a method for drawing a titanium alloy, which is performed after performing each of the steps and the third step a plurality of times.
チタン合金は延性が低く、特許文献１及び特許文献２に示される通り、成形するためにチタン合金を高温に加熱する必要があり、低温での成形が困難であった。
しかし、特許文献１又は特許文献２に記載の方法のように、高温（例えば、５００℃以上）を付与するためには、別途チタン合金、金型等を加熱するための装置及び工程が必要となり、製造コストが増大する点が懸念される。
Titanium alloy has low ductility, and as shown in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is necessary to heat the titanium alloy to a high temperature for molding, and it is difficult to mold at a low temperature.
However, as in the method described in Patent Document 1 or Patent Document 2, in order to apply a high temperature (for example, 500 ° C. or higher), a separate apparatus and process for heating a titanium alloy, a mold, etc. are required. However, there is concern that the manufacturing cost will increase.
本開示の絞り成形方法では、まず、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧するため（第２工程）、チタン合金に発生するしわを未然に抑制でき、また、チタン合金に存在する微細なしわを延ばす効果も有する。そして、（１）ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、（２）金型を用いて押圧部材によってチタン合金を絞る（第３工程）。これにより、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しながら、押圧部材によりチタン合金を金型内部に絞った場合に発生しやすいチタン合金の壁厚減少が抑制され、厚みの均一性を高めることができる。
次いで、第２工程及び第３工程を、しわが発生しないように、また、壁厚が減少しないように複数回に分けて緩やかに進行させるので、得られる成形体のしわの発生を抑制しつつ、低温でも壁厚の均一性の高い絞り加工が可能になる。
そして、本開示の絞り加工方法は、第２工程及び第３工程を行った後に第４工程に移行する。
第２工程及び第３工程を施した後に第４工程を行うことで、チタン合金の端部からチタン合金の中心へ向かう方向の割れ（縦割れ）が発生することを抑制することができる。
縦割れは、チタン合金が金型の孔に絞られていく過程で、チタン合金（例えばチタン合金の外周付近）が金型の孔方向に寄ることで圧縮応力が増大することに起因すると考えられる。縦割れは、第４工程を行わず、第２工程及び第３工程を用いて成形を継続させた場合のように、押圧部材による絞り成形を行う際に、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しない場合に、特に問題となり得る。
本開示における第４工程は、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しながら押圧部材による絞り成形を行うため、チタン合金が金型の孔方向に寄ることで圧縮応力が増大することを回避でき、縦割れを抑制することが可能となる。
In the draw forming method of the present disclosure, first, since at least a part of the titanium alloy is pressed against the mold by using the blank support material (second step), wrinkles occurring in the titanium alloy can be suppressed in advance. It also has the effect of extending the fine wrinkles present in the alloy. Then, (1) at least a part of the titanium alloy is pressed or not pressed into the mold with the blank support material at 2 kN or less, and (2) the titanium alloy is squeezed with the pressing member using the mold ( 3 steps). Thereby, while pressing at least a part of the titanium alloy into the mold using the blank support material, the wall thickness reduction of the titanium alloy that is likely to occur when the titanium alloy is squeezed into the mold by the pressing member is suppressed, The thickness uniformity can be improved.
Then, the second step and the third step are gradually advanced in a plurality of times so that wrinkles do not occur and the wall thickness does not decrease, so that the formation of wrinkles in the obtained molded body is suppressed. Even at low temperatures, it is possible to perform drawing with high wall thickness uniformity.
Then, the drawing method of the present disclosure moves to the fourth step after performing the second step and the third step.
By performing the fourth step after performing the second step and the third step, it is possible to suppress the occurrence of cracks (vertical cracks) in the direction from the end of the titanium alloy to the center of the titanium alloy.
Vertical cracks are considered to be caused by an increase in compressive stress due to the titanium alloy (for example, near the outer periphery of the titanium alloy) being closer to the hole direction of the mold while the titanium alloy is being drawn into the mold hole. . The vertical cracks are formed of titanium alloy by using a blank support material when performing the draw forming with the pressing member, as in the case where the forming is continued using the second step and the third step without performing the fourth step. This can be a particular problem if at least a portion of the mold is not pressed.
In the fourth step of the present disclosure, the blank support material is used to draw at least a part of the titanium alloy against the mold while performing the draw forming with the pressing member. Can be avoided and vertical cracking can be suppressed.
本開示のチタン合金の絞り加工方法は、低温（例えば、４００℃未満）でチタン合金を成形することが可能であることから、チタン合金を高温に加熱する必要はないため、一般的に用いられる簡易な装置を用いて、チタン合金を絞り成形することが可能となる。これによって、製造コストの低減、作業の簡便性を向上させることができる。
また、本開示のチタン合金の絞り加工方法は、得られる成形体の壁厚が部分的に減少することを抑制できるため、壁厚の均一性に優れた成形体を製造することができる。
The titanium alloy drawing method of the present disclosure is generally used because it is not necessary to heat the titanium alloy to a high temperature because the titanium alloy can be formed at a low temperature (for example, less than 400 ° C.). It becomes possible to draw-form a titanium alloy using a simple device. As a result, the manufacturing cost can be reduced and the workability can be improved.
Further, since the titanium alloy drawing method of the present disclosure can suppress the wall thickness of the obtained molded body from partially decreasing, a molded body having excellent wall thickness uniformity can be manufactured.
＜２＞ ＜１＞に記載のチタン合金の絞り加工方法において、前記チタン合金の形状が円形の平板形状であり、押圧部材の形状が円柱形状であり、かつ、前記チタン合金の厚みを０．４１ｍｍとした場合に、前記押圧部材の直径に対するチタン合金板の直径の比が２．０以上とすることができる。
＜３＞ ＜１＞又は＜２＞に記載のチタン合金の絞り加工方法において、チタン合金の絞り加工方法において、前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖであることが好ましい。
＜４＞ ＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のチタン合金の絞り加工方法において、前記加熱の温度が２５０℃以上３００℃以下であることが好ましい。
<2> In the method for drawing a titanium alloy according to <1>, the titanium alloy has a circular flat plate shape, the pressing member has a cylindrical shape, and the titanium alloy has a thickness of 0. When it is 41 mm, the ratio of the diameter of the titanium alloy plate to the diameter of the pressing member can be 2.0 or more.
<3> In the titanium alloy drawing method according to <1> or <2>, in the titanium alloy drawing method, the titanium alloy is preferably Ti-6Al-4V.
<4> In the method for drawing a titanium alloy according to any one of <1> to <3>, the heating temperature is preferably 250 ° C or higher and 300 ° C or lower.
本開示の実施形態によれば、低温でチタン合金を良好に絞り加工できるチタン合金の絞り加工方法を提供することができる。 According to the embodiments of the present disclosure, it is possible to provide a method for drawing a titanium alloy, which is capable of excellently drawing a titanium alloy at a low temperature.
以下、図１〜図９を参照して、本開示の絞り加工方法の実施形態について具体的に説明する。但し、本開示においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。 Hereinafter, an embodiment of a drawing method of the present disclosure will be specifically described with reference to FIGS. 1 to 9. However, the present disclosure is not limited to the embodiments described below.
本開示のチタン合金の絞り加工方法は、ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、を有し、前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行う。 A method for drawing a titanium alloy according to the present disclosure includes a first step of heating a blank titanium material to a temperature of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C. The second step of pressing at least a part of the titanium alloy against the mold using the blank support material without squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold, and heating. In a state in which the titanium alloy is placed between a blank support material and a mold, at least a part of the titanium alloy is pressed against the mold by the blank support material at 2 kN or less, and A third step of squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold, and a titanium alloy squeezed with the pressing member using the mold between the blank support and the mold. A fourth step of pressing at least a part of the titanium alloy into a mold using the blank support material, and squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold, The fourth step is performed after performing the second step and the third step a plurality of times.
（第１工程）
本開示における第１工程は、ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する工程である。これによって、チタン合金に延性を付与し、本開示の絞り加工方法を適用することができる。
チタン合金の加熱温度が２５０℃以上であることで、本開示の絞り加工方法によって成形可能な延性をチタン合金に付与することができる。
チタン合金の加熱温度が４００℃未満であることで、ブランク材と金型との焼付きによる摺動性低下を抑制できる。
上記の観点から、チタン合金の加熱温度は２５０℃以上３５０℃以下がより好ましく、２５０℃以上３００℃以下がさらに好ましい。
(First step)
The first step in the present disclosure is a step of heating a titanium alloy that is a blank material to a temperature of 250 ° C or higher and lower than 400 ° C. Thereby, ductility is imparted to the titanium alloy, and the drawing method of the present disclosure can be applied.
When the heating temperature of the titanium alloy is 250 ° C. or higher, ductility that can be formed by the drawing method of the present disclosure can be imparted to the titanium alloy.
When the heating temperature of the titanium alloy is less than 400 ° C., it is possible to suppress deterioration of slidability due to seizure between the blank material and the die.
From the above viewpoint, the heating temperature of the titanium alloy is more preferably 250 ° C or higher and 350 ° C or lower, and further preferably 250 ° C or higher and 300 ° C or lower.
加熱方法としては、２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱することができる方法であれば特に制限はなく、例えば、ヒーター、炉内加熱等を用いた方法が挙げられる。 The heating method is not particularly limited as long as it can be heated to a temperature of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C., and examples thereof include a method using a heater and heating in a furnace.
本開示におけるブランク材はチタン合金である。チタン合金は、本開示の第２工程から第４工程が行われる間は、２５０℃以上４００℃未満の温度に保持される。
チタン合金に含まれる、チタン以外の金属又は非金属としては、Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｎｉ等が挙げられる。
本開示におけるチタン合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ等が挙げられ、本開示の効果がより奏される観点から、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖがより好ましい。
The blank material in the present disclosure is a titanium alloy. The titanium alloy is maintained at a temperature of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C. during the second to fourth steps of the present disclosure.
Examples of the metal or nonmetal other than titanium contained in the titanium alloy include Al, V, Mo, Fe, Pd, Ru, Pt, and Ni.
Examples of the titanium alloy in the present disclosure include Ti-6Al-4V, Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, and the like, and Ti-6Al-4V is more preferable from the viewpoint of achieving the effect of the present disclosure.
本開示におけるチタン合金の形状としては、特に制限はなく、例えば、円形の平板形状のものを用いることができる。
チタン合金の形状が円形の平板形状である場合、特に制限はなく、例えば、０．３０ｍｍ〜１．５ｍｍを用いることができる。
成形性の点から、厚みは０．３５ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、０．４０ｍｍ〜１．０ｍｍがより好ましい。
The shape of the titanium alloy in the present disclosure is not particularly limited, and for example, a circular flat plate shape can be used.
When the shape of the titanium alloy is a circular flat plate shape, there is no particular limitation and, for example, 0.30 mm to 1.5 mm can be used.
From the viewpoint of moldability, the thickness is preferably 0.35 mm to 1.2 mm, more preferably 0.40 mm to 1.0 mm.
チタン合金は、表面に酸化被膜を施したものであってもよい。これによって、チタン合金を保護することができ、金型へのチタン合金の凝着を抑制することができる。
チタン合金に酸化被膜を施す方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、大気酸化、陽極酸化等の方法が挙げられる。
大気酸化とは、空気中の酸素により、金属表面にアナターゼ型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
陽極酸化とは、金属を陽極として通電し、金属表面にルチル型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
The titanium alloy may have an oxide film on its surface. Thereby, the titanium alloy can be protected and the adhesion of the titanium alloy to the mold can be suppressed.
As a method of applying an oxide film to the titanium alloy, a known method can be used. For example, methods such as atmospheric oxidation and anodic oxidation can be mentioned.
Atmospheric oxidation is a method of forming an anatase type oxide film on a metal surface by oxygen in the air.
Anodization is an oxide film formation method in which a metal is used as an anode and electricity is applied to form a rutile oxide film on the metal surface.
（第２工程）
本開示における第２工程は、前記加熱したチタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する工程である。
これによって、得られる成形体にしわが発生することを抑制することができる。
(Second step)
In the second step of the present disclosure, in a state where the heated titanium alloy is arranged between a blank support material and a mold, the titanium alloy is not squeezed by a pressing member using the mold, and the blank support is used. This is a step of pressing at least a part of the titanium alloy into a mold using a material.
As a result, it is possible to suppress the formation of wrinkles in the obtained molded body.
本開示における第２工程の一実施形態について、図１を参照して説明する。
本開示における第２工程の一実施形態としては、図１に示すように、ブランク材である加熱したチタン合金１１をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、ブランク支持材７を用いて前記チタン合金１１の例えばスクラップ部１３をブランク支持材７から金型５へ向かう方向に押圧する。この際、押圧部材９によってチタン合金１１を金型５の孔内に押し上げて孔５Ｃの形状に絞ることは行わない。
One embodiment of the second step in the present disclosure will be described with reference to FIG.
As one embodiment of the second step in the present disclosure, as shown in FIG. 1, in a state where a heated titanium alloy 11 as a blank material is arranged between the blank support material 7 and the mold 5, the blank support material is 7, the scrap portion 13 of the titanium alloy 11 is pressed in the direction from the blank support 7 to the die 5. At this time, the pressing member 9 does not push up the titanium alloy 11 into the hole of the die 5 and squeeze it into the shape of the hole 5C.
本工程において、ブランク支持材７がブランク材１１に与える圧力（ＢＨＦ：Ｂｌａｎｋ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。
本工程におけるＢＨＦとしては、例えば１００ｋＮ〜４００ｋＮとすることができる。
In this step, the pressure (BHF: Blank Holding Force) applied to the blank material 11 by the blank support material 7 can be appropriately adjusted depending on the type of the blank material 11.
The BHF in this step may be, for example, 100 kN to 400 kN.
ブランク支持材７は、図５に示すように、孔７Ａを有し、図１に示すように、金型５との間にブランク材１１を配置する際に、ブランク材１１を支持する。また、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の少なくとも一部分に対し、圧力を加える。これによって、成形体のしわの発生を抑制することができる。
ブランク支持材７は、押圧部材９が通過するための孔７Ａを有するため、後述の第３工程及び第４工程に移行した際、上記孔７Ａを押圧部材９が通過し、ブランク材１１を押圧することで絞り加工を行うことができる。
The blank support member 7 has holes 7A as shown in FIG. 5, and supports the blank member 11 when the blank member 11 is arranged between the blank support member 7 and the mold 5 as shown in FIG. Further, pressure is applied to at least a part of the surface of the blank material 11 opposite to the surface in contact with the mold 5. As a result, it is possible to suppress the generation of wrinkles in the molded body.
Since the blank support member 7 has the hole 7A through which the pressing member 9 passes, the pressing member 9 passes through the hole 7A and presses the blank member 11 when the process shifts to the third step and the fourth step described later. By doing so, drawing processing can be performed.
ブランク支持材７は、図５に示すように、内部に孔７Ａを有する円柱形とすることができる。
ブランク支持材７の外径７Ｒは、ブランク支持材７の外径と同じ外径とすることが好ましい。
ブランク支持材７の内径７ｒは、内径７ｒを通過する押圧部材９の通過を阻害しない内径が好ましい。
ブランク支持材７の厚み７ｈは、特に制限はないが、例えば、１ｃｍ〜２ｃｍとすることができる。
ブランク支持材７の材質は、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。
As shown in FIG. 5, the blank support member 7 can be formed into a cylindrical shape having a hole 7A inside.
The outer diameter 7R of the blank support member 7 is preferably the same as the outer diameter of the blank support member 7.
The inner diameter 7r of the blank support member 7 is preferably an inner diameter that does not hinder the passage of the pressing member 9 that passes through the inner diameter 7r.
The thickness 7h of the blank support material 7 is not particularly limited, but can be, for example, 1 cm to 2 cm.
The material of the blank support material 7 is not particularly limited, but examples thereof include SKD61 and SKD11.
（第３工程）
本開示における第３工程は、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る工程である。
本工程によって、破断の原因である引張張力に起因するせん断変形を抑制し、かつ、チタン合金を所望の形状へと変形させることができる。
(3rd step)
In the third step of the present disclosure, the heated titanium alloy is placed between the blank support material and the mold, and at least a part of the titanium alloy is applied to the mold using the blank support material at 2 kN or less. Is a step of pressing with or without pressing, and squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold.
By this step, it is possible to suppress the shear deformation due to the tensile tension, which is the cause of the fracture, and to deform the titanium alloy into a desired shape.
ブランク支持材を用いてチタン合金を押圧する方法としては、例えば、ブランク支持材を可動させるサーボモーターを設け、サーボモーターによって、ブランク支持材を金型に向かう方向へ可動させていき、ブランク支持材と金型との間に配置したチタン合金を押圧することが考えられる。 As a method of pressing the titanium alloy using the blank support material, for example, a servo motor for moving the blank support material is provided, and the blank support material is moved in the direction toward the mold by the servo motor. It is conceivable to press the titanium alloy arranged between the mold and the mold.
本工程は、チタン合金を、ブランク支持材を用いて２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せずに行う。これによって、得られる成形体の壁厚を均一にすることができる。特に、一般的に、絞り加工中、押圧部材の押圧面の端部が接触する部分（図７の肩部１１３）において壁厚の減少が顕著であるところ、本開示の絞り加工方法であれば、壁厚（特に肩部）の減少を良好に抑制することができる。
壁厚減少を良好に抑制する観点から、チタン合金を２ｋＮ以下で押圧し又は押圧しないことが好ましく、押圧しないことがより好ましい。
This step is performed with or without pressing the titanium alloy with a blank support at 2 kN or less. Thereby, the wall thickness of the obtained molded body can be made uniform. In particular, generally, during drawing, where the wall thickness is significantly reduced at the portion (shoulder 113 in FIG. 7) where the end of the pressing surface of the pressing member contacts, the drawing method of the present disclosure It is possible to favorably suppress the reduction of the wall thickness (particularly the shoulder portion).
From the viewpoint of satisfactorily suppressing the decrease in wall thickness, it is preferable to press or not press the titanium alloy at 2 kN or less, and more preferably not press.
本開示の絞り加工方法の一実施形態を用いた場合の壁厚の均一性を図９を参照して説明する。
最も壁厚が減少しやすい肩部（中心からの距離が１４ｍｍ付近）において、従来方法１（図９中、■で表記）は、チタン合金の壁厚のひずみが−２．５％〜−２．８％であるのに対し、本開示の絞り加工方法の一実施形態（図９中、●で表記）では、壁厚ひずみが−１％〜０％となる。また、側壁部（中心からの距離が３３ｍｍ付近）において、従来方法２（図９中、▲で表記）の壁厚ひずみが１０％〜１５％であるのに対し、本開示の絞り加工方法では０．５％〜２％の間となる。
なお、図９中の従来方法１は、本開示における第４工程のみで絞り加工を行った場合である。図９中の従来方法２は、本開示における第２工程及び第３工程のみで絞り加工を行った場合である。
図９中の従来方法１、従来方法２及び本開示の絞り加工方法は、ブランク材としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（厚み０．４１ｍｍ）を用いている。従来方法２及び本開示の絞り加工方法は絞り比２．０であり、従来方法１は、絞り比１．５５以上での成形ができないため、絞り比は１．５４である。また、本開示の絞り加工方法の第２工程におけるＢＨＦは２００ｋＮ、従来方法２の第２工程におけるＢＨＦは５０ｋＮ、である。
また、壁厚のひずみは、加工前のチタン合金の厚みから、マイクロスコープで測定した加工後の壁厚を引いた値の絶対値を、加工前のチタン合金の厚みで除した百分率とする。
The uniformity of wall thickness when an embodiment of the drawing method of the present disclosure is used will be described with reference to FIG. 9.
In the shoulder portion where the wall thickness is most likely to decrease (distance from the center is about 14 mm), the conventional method 1 (indicated by ▪ in FIG. 9) has a wall thickness strain of titanium alloy of −2.5% to −2. While it is 0.8%, in one embodiment of the drawing method of the present disclosure (denoted by ● in FIG. 9), the wall thickness strain is −1% to 0%. Further, in the side wall portion (the distance from the center is about 33 mm), the wall thickness strain of the conventional method 2 (indicated by ▲ in FIG. 9) is 10% to 15%, whereas in the drawing method of the present disclosure. It is between 0.5% and 2%.
In addition, the conventional method 1 in FIG. 9 is a case where the drawing is performed only in the fourth step in the present disclosure. Conventional method 2 in FIG. 9 is a case where drawing is performed only in the second step and the third step in the present disclosure.
Conventional method 1, conventional method 2 and the drawing method of the present disclosure in FIG. 9 use Ti-6Al-4V (thickness 0.41 mm) as a blank material. Conventional method 2 and the drawing method of the present disclosure have a drawing ratio of 2.0, and conventional method 1 has a drawing ratio of 1.54 because molding cannot be performed at a drawing ratio of 1.55 or more. The BHF in the second step of the drawing method of the present disclosure is 200 kN, and the BHF in the second step of the conventional method 2 is 50 kN.
In addition, the strain of the wall thickness is a percentage obtained by dividing the absolute value of the value obtained by subtracting the wall thickness after processing measured with a microscope from the thickness of the titanium alloy before processing by the thickness of the titanium alloy before processing.
本開示における第３工程の一実施形態について、図２を参照して説明する。
本開示における第３工程の一実施形態としては、図２に示すように、加熱されたチタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、押圧部材９を動作させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａを通過し、例えばブランク材１１の内底面１１Ｄ（図７参照）を押圧し、チタン合金を金型５の孔５Ｃ内に押し上げて孔５Ｃの形状に絞ることができる。この際、ブランク支持材７を用いてチタン合金１１を２ｋＮ以下で押圧するか、又は押圧はしない。
One embodiment of the third step in the present disclosure will be described with reference to FIG.
As one embodiment of the third step in the present disclosure, as shown in FIG. 2, the pressing member 9 is operated in a state in which a heated titanium alloy is arranged between the blank support material 7 and the mold 5. Then, the pressing member 9 passes through the hole 7A of the blank support member 7, presses the inner bottom surface 11D (see FIG. 7) of the blank member 11, and pushes the titanium alloy into the hole 5C of the mold 5 to form the hole 5C. It can be narrowed down to the shape. At this time, the blank support material 7 is used to press the titanium alloy 11 at 2 kN or less, or not.
金型５は、図４に示すように、内部に孔５Ｃ及び側壁５Ｅを有し、孔５Ｃの金型５と接するようにしてブランク材１１が配置される側（下面５Ｂ側）の開口端に、屈曲部５Ｄを有することができる。金型５と接するように配置されたブランク材１１を、押圧部材９を用いて、下面５Ｂから上面５Ａに向かう方向に、上記孔５Ｃに沿って絞ることで、所望の形状の成形体に加工することができる。
金型５の孔５Ｃの形状によって、成形体の形状を種々選択することができる。本開示における金型５の孔５Ｃの形状として、例えば、円錐形状、角錐形状、円筒形状、角筒形状等が挙げられる。
金型５の材質としては、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。
As shown in FIG. 4, the die 5 has a hole 5C and a side wall 5E inside, and the open end of the hole 5C on the side (lower surface 5B side) on which the blank material 11 is arranged so as to be in contact with the die 5. In addition, the bent portion 5D can be provided. The blank material 11 arranged so as to be in contact with the mold 5 is processed along the hole 5C in the direction from the lower surface 5B to the upper surface 5A using the pressing member 9 to form a molded product having a desired shape. can do.
Various shapes of the molded body can be selected depending on the shape of the holes 5C of the mold 5. Examples of the shape of the hole 5C of the mold 5 according to the present disclosure include a conical shape, a pyramid shape, a cylindrical shape, and a rectangular tube shape.
The material of the mold 5 is not particularly limited, but examples thereof include SKD61 and SKD11.
押圧部材９は、図６に示すように、例えば略円筒形状とすることができ、胴体部９Ｂを有し、胴体部９Ｂにブランク材１１を押圧するための押圧面９Ａを備えることができる。押圧部材９は、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の一部分を押圧してブランク材１１を金型５の孔５Ｃの形状に絞るためのものである。 As shown in FIG. 6, the pressing member 9 may have, for example, a substantially cylindrical shape, have a body portion 9B, and have a pressing surface 9A for pressing the blank material 11 on the body portion 9B. The pressing member 9 is for pressing a part of the surface of the blank material 11 opposite to the surface in contact with the mold 5 to squeeze the blank material 11 into the shape of the hole 5C of the mold 5.
押圧部材９の材質は、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。 The material of the pressing member 9 is not particularly limited, but examples thereof include SKD61 and SKD11.
押圧部材９の形状としては、所望の成形体の形状に合わせて適宜選択することができる。例えば、円筒形状、角筒形状等が挙げられる。 The shape of the pressing member 9 can be appropriately selected according to the desired shape of the molded body. For example, a cylindrical shape, a rectangular tube shape, etc. may be mentioned.
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の荷重（パンチロード）は、例えば図８に示すように、押圧部材９のストローク（パンチストローク）の長さによって適宜調整することができる。チタン合金１１の成形が進行しパンチストロークが長くなるにしたがって、パンチロードを増加させることができる。これによって、所望の形状にチタン合金１１を成形することができる。 The load (punch load) when the pressing member 9 presses the blank material 11 can be appropriately adjusted by the length of the stroke (punch stroke) of the pressing member 9 as shown in FIG. 8, for example. As the forming of the titanium alloy 11 progresses and the punch stroke becomes longer, the punch load can be increased. As a result, the titanium alloy 11 can be formed into a desired shape.
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の荷重の最大値（最大パンチロード）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。例えば、最大パンチロードは３ｋＮ〜５ｋＮとすることができる。 The maximum value of the load (maximum punch load) when the pressing member 9 presses the blank material 11 can be appropriately adjusted depending on the type of the blank material 11. For example, the maximum punch load can be 3 kN to 5 kN.
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の速度（パンチスピード）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。例えば、パンチスピードは５ｍｍ／分〜５００ｍｍ／分とすることができる。
なお、本開示においてパンチスピードとは、押圧部材により、ブランク材が金型の孔に押し込まれる速度を指す。
The speed at which the pressing member 9 presses the blank material 11 (punch speed) can be appropriately adjusted depending on the type of the blank material 11. For example, the punch speed can be 5 mm / min to 500 mm / min.
In the present disclosure, the punch speed refers to the speed at which the blank material is pushed into the hole of the mold by the pressing member.
（第４工程）
本開示の絞り加工方法は、第２工程と、第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に、第４工程を行う。
例えば、第２工程と第３工程とを交互にそれぞれ複数回繰り返した後に第４工程へと移行することができる。
本開示の絞り加工方法において、第２工程及び第３工程を行った後に、第４工程へ移行するタイミングは、本開示の絞り加工における第２工程及び第３工程を進行させた結果、最大パンチロードが得られた時点とすることができる。
(4th process)
The drawing method of the present disclosure performs the fourth step after performing the second step and the third step a plurality of times.
For example, the second step and the third step can be alternately repeated a plurality of times, and then the process can proceed to the fourth step.
In the drawing method of the present disclosure, the timing of shifting to the fourth step after performing the second step and the third step is the maximum punch as a result of advancing the second step and the third step in the drawing process of the present disclosure. It can be the time when the load was obtained.
第２工程及び第３工程を行った後に、第４工程へ移行するタイミングについて、図８を参照して説明する。
パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）において、最大パンチロード付近（パンチロード３５ｋＮ付近、パンチストローク１１ｍｍ付近）まで第２工程及び第３工程を行った後、第４工程へ移行することができる。
具体的には、ｎ回目の第３工程のパンチストローク（ＰＳｎ）及びパンチロード（ＰＬｎ）、並びに、ｎ−１回目の第３工程のパンチストローク（ＰＳｎ−１）及びパンチロード（ＰＬｎ−１）が、下記式１を初めて満たすｎ回目の第３工程を終えた後に、第４工程へ移行することができる。
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．８（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１） （式１）
式１中ｎは自然数を表す。
なお、パンチストロークとは、押圧部材によってブランク材を押圧する際の、押圧部材がブランク材に接触し、かつ、ＢＨＦが付加されていない状態から材料が破断に至る、又は、絞り加工が終了する位置までの押圧部材の移動距離をいう。
この点について図８を参照して説明すると、第２工程（ＢＨＦ−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）を参照）及び第３工程（パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）を参照）を交互に繰り返していくことで、最大パンチロード付近（３５ｋＮ付近）に到達するまでに、第３工程を２７回行い、更に第２工程を２７回行っている。２７回目の第３工程を行った後に２７回目の第２工程を行い、パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）及びＢＨＦ−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）は、急激な上下を繰り返さず、連続的になめらかな曲線を描く第４工程へ移行している。
なお、図８中の従来方法２は、本開示における第２工程及び第３工程のみで絞り加工を行った場合である。
第２工程及び第３工程を上記タイミングまで行った後に第４工程を行うことで、得られる成形体の壁厚を均一にすることができ、破断の発生を抑制することができる。
上記の観点から、上記式１は下記式２であることがより好ましく、下記式３であることがさらに好ましい。
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．４（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１） （式２）
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．２（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１） （式３）
式２及び式３中、ｎは自然数を表す。
The timing of shifting to the fourth step after performing the second step and the third step will be described with reference to FIG. 8.
In the punch load-punch stroke line (drawing method of the present disclosure), after performing the second step and the third step up to near the maximum punch load (near punch load 35 kN, around punch stroke 11 mm), the process proceeds to the fourth step. be able to.
Specifically, the punch stroke of the n-th third step (PS n) and the punch load (PL n), as well as the punch stroke of n-1 th third step (PS n-1) and the punch load (PL n−1 ) can satisfy the following formula 1 for the first time, and then after the n-th third process, the process can proceed to the fourth process.
PL n -PL n-1 <0.8 (PS n -PS n-1) ( Equation 1)
In Formula 1, n represents a natural number.
The punch stroke means that when the pressing member presses the blank material, the pressing member comes into contact with the blank material and the material breaks from the state where BHF is not added, or the drawing process ends. The moving distance of the pressing member to the position.
This point will be described with reference to FIG. 8. The second step (see BHF-punch stroke line (drawing method of the present disclosure)) and the third step (punch load-punch stroke line (drawing method of the present disclosure). By alternately repeating ()), the third step is performed 27 times and the second step is further performed 27 times until the vicinity of the maximum punch load (around 35 kN) is reached. The 27th second step is performed after the 27th third step, and the punch load-punch stroke line (drawing method of the present disclosure) and the BHF-punch stroke line (drawing method of the present disclosure) are rapidly changed. The process moves to the fourth step, which continuously draws a smooth curve without repeating the above and below.
In addition, the conventional method 2 in FIG. 8 is a case where drawing is performed only in the second step and the third step in the present disclosure.
By performing the fourth step after performing the second step and the third step until the above timing, the wall thickness of the obtained molded body can be made uniform, and the occurrence of breakage can be suppressed.
From the above viewpoint, the above formula 1 is more preferably the following formula 2, and even more preferably the following formula 3.
PL n -PL n-1 <0.4 (PS n -PS n-1) ( Equation 2)
PL n -PL n-1 <0.2 (PS n -PS n-1) ( Equation 3)
In Formula 2 and Formula 3, n represents a natural number.
ブランク材１１が円形の平板形状であり、かつ、押圧部材９が円筒形状である場合に、押圧部材９の直径（ｄ）に対するブランク材１１の直径（Ｄ）の比（絞り比：Ｄ／ｄ）は１．５以上であることが好ましい。絞り比が１．５以上であることで、一般産業上の実用性を得られやすい。Ｄの値が大きい程、即ち、絞り比が大きい程、１回の絞りで成形体に破断を起こしやすく、絞り比は素材の絞り性の指標となり得る。
上記同様の観点から、上記絞り比が１．７以上であることがより好ましく、２．０以上であることが更に好ましい。
本開示の一実施形態としては、例えば、チタン合金の形状が円形の平板形状であり、押圧部材の形状が円柱形状であり、かつ、前記チタン合金の厚みを０．４１ｍｍとし、前記押圧部材の直径に対するチタン合金板の直径の比を２．０以上とすることができる。
When the blank material 11 has a circular flat plate shape and the pressing member 9 has a cylindrical shape, the ratio of the diameter (D) of the blank material 11 to the diameter (d) of the pressing member 9 (drawing ratio: D / d). ) Is preferably 1.5 or more. When the drawing ratio is 1.5 or more, it is easy to obtain practical utility in general industry. The larger the value of D, that is, the larger the drawing ratio, the more easily the molded body is fractured by one drawing, and the drawing ratio can be an index of the drawability of the material.
From the same viewpoint as above, the aperture ratio is more preferably 1.7 or more, further preferably 2.0 or more.
As an embodiment of the present disclosure, for example, the shape of the titanium alloy is a circular flat plate shape, the shape of the pressing member is a cylindrical shape, and the thickness of the titanium alloy is 0.41 mm, The ratio of the diameter of the titanium alloy plate to the diameter can be 2.0 or more.
本開示における第４工程は、第２工程及び第３工程をそれぞれ複数回行った後に、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る工程である。
本工程によって、チタン合金に張力を付与した状態で金型に絞ることができるため、金型の周方向にチタン合金が圧縮されることによる縦方向の割れを抑制することができる。
In the fourth step of the present disclosure, after performing the second step and the third step a plurality of times, the titanium alloy squeezed by the pressing member using the mold is arranged between the blank support material and the mold. In this state, at least a part of the titanium alloy is pressed into the mold by using the blank support material, and the titanium alloy is squeezed by the pressing member using the mold.
By this step, the titanium alloy can be squeezed in a state where tension is applied to the titanium alloy, and therefore cracks in the vertical direction due to compression of the titanium alloy in the circumferential direction of the mold can be suppressed.
具体的には、図３に示す通り前記ブランク支持材７を用いて、前記ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の例えばフランジ部１１Ｇ（図７参照）に対し、圧力を加える。
そして、上記の状態で、押圧部材９を上下に可動させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａをブランク材１１に向けて通過し、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の例えば、図７の内底面１１Ｄを押圧することができる。これによって、ブランク材１１は、内底面１１Ｄが金型５の孔５Ｃ内を進行することによって折り曲げられていき、内底面１１Ｄは、金型５内に押し込められていく。
内底面１１Ｄを所望の位置まで押し込んだ段階で、ブランク材１１の加工が終了する。
Specifically, as shown in FIG. 3, using the blank support material 7, pressure is applied to, for example, the flange portion 11G (see FIG. 7) on the surface of the blank material 11 opposite to the surface in contact with the mold 5. Add.
Then, in the above state, by moving the pressing member 9 up and down, the pressing member 9 passes through the hole 7A of the blank support member 7 toward the blank member 11 and a surface of the blank member 11 that contacts the mold 5. Can press the opposite surface, for example, the inner bottom surface 11D in FIG. As a result, the blank material 11 is bent as the inner bottom surface 11D advances in the hole 5C of the mold 5, and the inner bottom surface 11D is pushed into the mold 5.
When the inner bottom surface 11D is pushed to a desired position, the processing of the blank material 11 is completed.
なお、本開示の絞り加工方法は、上述以外の加工を加えてブランク材１１を種々の形状に構成することができる。 In the drawing method of the present disclosure, the blank material 11 can be formed into various shapes by applying processing other than the above.
本工程におけるパンチロードは、パンチストロークの長さによって適宜調整できる。例えば、パンチロードは５００ｋＮ〜１０００ｋＮとすることができる。 The punch load in this step can be appropriately adjusted depending on the length of the punch stroke. For example, the punch load can be 500 kN to 1000 kN.
本工程におけるＢＨＦは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば１０ｋＮ〜５０ｋＮとすることができる。 The BHF in this step can be appropriately adjusted depending on the type of titanium alloy, and can be set to, for example, 10 kN to 50 kN.
本工程におけるパンチスピードは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば１００ｍｍ／分〜９００ｍｍ／分とすることができる。
成形性の観点から、３００ｍｍ／分〜７００ｍｍ／分であることが好ましく、４００ｍｍ／分〜６００ｍｍ／分であることがより好ましい。
The punch speed in this step can be appropriately adjusted depending on the type of titanium alloy, and can be set to, for example, 100 mm / min to 900 mm / min.
From the viewpoint of moldability, it is preferably 300 mm / min to 700 mm / min, and more preferably 400 mm / min to 600 mm / min.
本開示の絞り加工方法を用いて製造される成形体の一実施形態は、図７に示すように、例えば、外底面１１Ａ、外側面１１Ｂ、内側面１１Ｅ及び内端面１１Ｆを有する一方が閉塞された略円筒形状の成形体であって、他方の解放された開口部の周縁から筒外壁より外側に延びるフランジ部１１Ｇを備えることができる。 As shown in FIG. 7, one embodiment of a molded body manufactured using the drawing method of the present disclosure has, for example, one having an outer bottom surface 11A, an outer surface 11B, an inner surface 11E, and an inner end surface 11F closed. In addition, it can be provided with a flange portion 11G which is a substantially cylindrical shaped body and extends outward from the outer wall of the cylinder from the peripheral edge of the other open opening.
以下、本開示を実施例により更に具体的に説明するが、本開示はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。 Hereinafter, the present disclosure will be described more specifically by way of examples, but the present disclosure is not limited to the following examples as long as the gist thereof is not exceeded. In addition, "part" is based on mass unless otherwise specified.
（実施例１）
以下に記載の絞り加工方法により、ブランク材であるチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）に対して絞り加工を行った。この際、得られた成形体のフランジ部１１Ｇが水平な面と接触するように配置した場合の、水平面から外底面１１Ａまでの長さ（図７の１１ｈ）が１７ｍｍとなる位置まで内底面１１Ｄを押し込んだ段階で、ブランク材１１の加工を終了し、成形体を製造した。
(Example 1)
The titanium alloy (Ti-6Al-4V), which is a blank material, was drawn by the drawing method described below. At this time, when the flange portion 11G of the obtained molded body is arranged so as to come into contact with a horizontal surface, the inner bottom surface 11D reaches a position where the length (11h in FIG. 7) from the horizontal surface to the outer bottom surface 11A is 17 mm. At the stage of pushing in, the processing of the blank material 11 was completed and a molded body was manufactured.
−第１工程−
まず、チタン合金を、加熱装置（温間用金型、エリクセン株式会社製）を用いて２５０℃に加熱した。
次に、図１に示すように、加熱したチタン合金をブランク支持材７上に配置し、ブランク支持材７をサーボモーターにより駆動させることで金型５に向けて接近移動させ、ブランク材１１を金型５とブランク支持材との間で挟持されるように配置した。
-First step-
First, the titanium alloy was heated to 250 ° C. using a heating device (warm mold, manufactured by Erichsen Co., Ltd.).
Next, as shown in FIG. 1, the heated titanium alloy is placed on the blank support member 7, and the blank support member 7 is moved toward the mold 5 by driving the blank support member 7 by a servomotor to move the blank member 11 into contact with the blank member 11. It was arranged so as to be sandwiched between the mold 5 and the blank support material.
使用した金型５の外形は、図４のように水平な面に金型５を配置した場合、外径５Ｒ１４０ｍｍ×高さ５ｈ１８ｍｍの円筒形状であり、孔５Ｃの内径５ｒは、３６．４ｍｍであった。
使用したブランク支持材７の外形は、外径１４０ｍｍ×高さ１８ｍｍの円筒形状であり、孔７Ａの内径は、３６ｍｍであった。
The outer shape of the die 5 used is a cylindrical shape having an outer diameter 5R140 mm × height 5h18 mm and the inner diameter 5r of the hole 5C is 36.4 mm when the die 5 is arranged on a horizontal surface as shown in FIG. there were.
The blank support member 7 used had a cylindrical shape with an outer diameter of 140 mm and a height of 18 mm, and the hole 7A had an inner diameter of 36 mm.
使用した押圧部材９の外形は、円形の押圧面９Ａの直径（ｄ）が３２．５ｍｍであり、胴体部の長さ１３０ｍｍの円柱形状であった。 The outer shape of the pressing member 9 used was a columnar shape having a circular pressing surface 9A having a diameter (d) of 32.5 mm and a body portion having a length of 130 mm.
使用したブランク材１１は、円形状の平板形状のチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、厚み０．４１ｍｍ）である。上記円筒形状の円形の面における直径（Ｄ）は６５ｍｍであった。
また、押圧部材の直径（ｄ）に対するブランク材１１の直径（Ｄ）の比（絞り比：Ｄ／ｄ）は２．０であった。
The blank material 11 used is a circular flat plate-shaped titanium alloy (Ti-6Al-4V, thickness 0.41 mm). The diameter (D) of the cylindrical circular surface was 65 mm.
The ratio of the diameter (D) of the blank material 11 to the diameter (d) of the pressing member (drawing ratio: D / d) was 2.0.
−第２工程−
図１に示すように、第１工程後のチタン合金を、ブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、ブランク支持材７を用いて、前記チタン合金のスクラップ部１３をブランク支持材７から金型５へ向かう方向に、ＢＨＦとして２００ｋＮの力で押圧した。この際、押圧部材９によってチタン合金を金型５の孔５Ｃに絞ることは行わなかった。
-Second step-
As shown in FIG. 1, the titanium alloy after the first step is placed between the blank supporting member 7 and the mold 5, and the blank supporting member 7 is used to blank the scrap portion 13 of the titanium alloy. BHF was pressed with a force of 200 kN in the direction from the support material 7 to the mold 5. At this time, the pressing member 9 did not squeeze the titanium alloy into the holes 5C of the mold 5.
−第３工程−
図２に示すように、第２工程後のチタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、押圧部材９を動作させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａを通過してブランク材１１の内底面１１Ｄを押圧し、チタン合金を金型５の孔５Ｃ内に押し上げて孔の形状に絞った。この際、ブランク支持材７を用いてチタン合金の例えばフランジ部１１Ｇを押圧しなかった。なお、第３工程におけるパンチスピードは６ｍｍ／分とした。
-Third step-
As shown in FIG. 2, the pressing member 9 is operated by operating the pressing member 9 in a state where the titanium alloy after the second step is arranged between the blank supporting member 7 and the mold 5. The inner bottom surface 11D of the blank material 11 was pressed through the holes 7A, and the titanium alloy was pushed up into the holes 5C of the mold 5 and narrowed to the shape of the holes. At this time, the blank support member 7 was not used to press the titanium alloy, for example, the flange portion 11G. The punch speed in the third step was 6 mm / min.
−第４工程−
上記第２工程及び第３工程を交互にそれぞれ複数回行い、２７回目の第３工程を行った後に２７回目の第２工程を行い、第４工程に移行した。第４工程において、図３に示すように、チタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、前記ブランク支持材７を用いて前記ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面のフランジ部１１Ｇに対し、ＢＨＦとして３０ｋＮの圧力を加え、かつ、前記ブランク材１１の内底面１１Ｄを、押圧部材９で押圧してブランク材１１を金型５の孔５Ｃの形状に絞るように変形させた。なお、第４工程におけるパンチスピードは６００ｍｍ／分とした。
-Fourth step-
The second step and the third step were alternately performed a plurality of times, the 27th third step was performed, then the 27th second step was performed, and the fourth step was performed. In the fourth step, as shown in FIG. 3, a titanium alloy is placed between the blank supporting member 7 and the mold 5, and the blank supporting member 7 is used to contact the mold 5 of the blank member 11. A pressure of 30 kN as BHF is applied to the flange portion 11G on the surface opposite to the surface, and the inner bottom surface 11D of the blank material 11 is pressed by the pressing member 9 to press the blank material 11 into the hole 5C of the die 5. It was deformed so as to squeeze into the shape of. The punch speed in the fourth step was 600 mm / min.
得られた成形体は、外底面の直径が３６．４ｍｍであり、図７のように成形体を水平な面に配置した場合の、水平な面から外底面までの垂直方向の高さ１１ｈが１７．５ｍｍであった。 The obtained molded body has an outer bottom surface having a diameter of 36.4 mm, and when the molded body is arranged on a horizontal surface as shown in FIG. 7, the vertical height 11h from the horizontal surface to the outer bottom surface is 11 h. It was 17.5 mm.
（実施例２及び実施例３並びに比較例１、比較例２及び比較例５）
実施例２及び実施例３並びに比較例１及び比較例２について、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、並びに第２工程、第３工程及び第４工程におけるＢＨＦ、及び、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
(Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1, 2 and 5)
About Example 2 and Example 3, and Comparative Example 1 and Comparative Example 2, as shown in Table 1, the diameter and heating temperature of the blank material 11, and the BHF and the drawing in the second step, the third step and the fourth step. A molded body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the ratio was changed.
（比較例３及び比較例４）
比較例３及び比較例４については第４工程を行わなかった。また、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、第２工程及び第３工程におけるＢＨＦ、並びに、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
(Comparative Example 3 and Comparative Example 4)
The fourth step was not performed for Comparative Example 3 and Comparative Example 4. Further, as shown in Table 1, a molded body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the diameter and heating temperature of the blank material 11, BHF in the second step and the third step, and the drawing ratio were changed.
（比較例６）
比較例６について、第２工程及び第３工程を行わなかった。また、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、第４工程におけるＢＨＦ、及び、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
(Comparative example 6)
Regarding Comparative Example 6, the second step and the third step were not performed. Further, as shown in Table 1, a molded body was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the diameter and heating temperature of the blank material 11, BHF in the fourth step, and the drawing ratio were changed.
（成形性の評価）
実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例６で製造された成形体におけるしわ発生の有無やその状態を目視で調べて、下記評価基準に基づいて評価し、評価結果を表１に記載した。
−評価基準−
Ａ：しわ、割れ等の不良の発生が認められなかった。
Ｂ：パンチ肩部での割れといった不良の発生が認められなかったが、パンチ頭部とは反対の位置となるカップ端部で割れといった不良が発生した。
Ｃ：パンチ肩部もしくはカップ壁部での割れまたは、しわといった不良の発生が認められた。
(Evaluation of moldability)
The presence or absence of wrinkles and their states in the molded articles manufactured in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were visually inspected and evaluated based on the following evaluation criteria, and the evaluation results are shown in Table 1. Described.
-Evaluation criteria-
A: No occurrence of defects such as wrinkles and cracks was observed.
B: No defect such as cracking at the punch shoulder was observed, but a defect such as cracking occurred at the cup end opposite to the punch head.
C: Defects such as cracks or wrinkles were observed in the punch shoulder portion or the cup wall portion.
（成形体の壁厚の均一性の評価）
実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例６で得られた成形体を、外底面の面積が１／２となるように直線的に切断した。そして、切断した成形体の断面について、肩部及び側壁部の壁の厚み（壁厚ともいう。）をマイクロスコープ（ＤＭＩ５０００、ライカ マイクロシステムズ株式会社製）を用いて測定し、下記の評価基準に従って評価した。また、評価結果を表１に記載した。
なお、下記評価基準における壁厚のひずみとは、加工前のチタン合金の厚みを基準として、減少又は増加した壁厚の割合を指す。
壁厚のひずみは、加工前のチタン合金の厚みから、マイクロスコープで測定した加工後の壁厚を引いた値の絶対値を、加工前のチタン合金の厚みで除した百分率とする。
−評価基準−
Ａ：肩部の壁厚のひずみが５％未満であり、側壁の壁厚のひずみが１２％未満であった。
Ｂ：肩部の壁厚のひずみが５％以上１５％未満であり、側壁の壁厚のひずみが１２％以上であった。
Ｃ：肩部の壁厚のひずみが１５％以上であった。又は、得られた成形体に破断が起こった。
(Evaluation of uniformity of wall thickness of molded body)
The molded bodies obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 6 were linearly cut so that the area of the outer bottom surface became 1/2. And about the cross section of the cut | disconnected molded body, the thickness (also called wall thickness) of the wall of a shoulder part and a side wall part was measured using the microscope (DMI5000, Leica Microsystems Co., Ltd.), and according to the following evaluation criteria. evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.
In addition, the distortion of the wall thickness in the following evaluation criteria refers to the ratio of the reduced or increased wall thickness based on the thickness of the titanium alloy before processing.
The strain of the wall thickness is defined as a percentage obtained by dividing the absolute value of the value obtained by subtracting the wall thickness after processing measured with a microscope from the thickness of the titanium alloy before processing by the thickness of the titanium alloy before processing.
-Evaluation criteria-
A: The wall thickness strain of the shoulder portion was less than 5%, and the wall thickness strain of the side wall was less than 12%.
B: The strain of the wall thickness of the shoulder portion was 5% or more and less than 15%, and the strain of the wall thickness of the side wall was 12% or more.
C: The strain of the wall thickness of the shoulder was 15% or more. Alternatively, breakage occurred in the obtained molded body.
チタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱して、第２工程と第３工程とをそれぞれ複数回行った後に第４工程を行った実施例１〜実施例３は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に優れていた。
中でも、２５０℃以上３００℃以下でチタン合金を加熱した実施例１及び実施例２については成形性及び壁厚の均一性がより優れていた。
一方、本開示の第２工程及び第３工程のみによりチタン合金を成形した比較例３及び比較例４、並びに、本開示の第４工程のみによりチタン合金を成形した比較例６は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に劣っていた。
また、チタン合金を２００℃に加熱した比較例１、及び、チタン合金を４００℃に加熱した比較例２は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に劣っていた。
Example 1 to Example 3 in which the titanium alloy was heated to a temperature of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C., and the fourth step was performed after the second step and the third step were performed multiple times The moldability of the body and the uniformity of the wall thickness were excellent.
Among them, in Examples 1 and 2 in which the titanium alloy was heated at 250 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, the formability and the wall thickness uniformity were more excellent.
On the other hand, Comparative Examples 3 and 4 in which the titanium alloy was formed only by the second step and the third step of the present disclosure, and Comparative Example 6 in which the titanium alloy was formed only by the fourth step of the present disclosure were obtained. The moldability and wall thickness uniformity of the molded product were poor.
Further, Comparative Example 1 in which the titanium alloy was heated to 200 ° C. and Comparative Example 2 in which the titanium alloy was heated to 400 ° C. were inferior in formability and wall thickness uniformity of the obtained molded body.
５・・・金型
５Ａ・・・上面
５Ｂ・・・下面
５Ｃ・・・孔
５Ｄ・・・屈曲部
５Ｅ・・・側壁
５ｈ・・・高さ
５Ｒ・・・外径
５ｒ・・・内径
７・・・ブランク支持材
７Ａ・・・孔
７Ｒ・・・外径
７ｒ・・・内径
７ｈ・・・高さ
９・・・押圧部材
９Ａ・・・押圧面
９Ｂ・・・胴体部
１１・・・ブランク材（チタン合金）
１１Ａ・・・外底面
１１Ｂ・・・外側面
１１Ｃ・・・外端面
１１Ｄ・・・内底面１１Ｄ
１１Ｅ・・・内側面
１１Ｆ・・・内端面
１１Ｇ・・・フランジ部
１１ｈ・・・高さ
１１Ｒ・・・直径
１１１・・・底部
１１２・・・側壁部
１１３・・・肩部
１３・・・スクラップ部
5 ... Mold 5A ... Top surface 5B ... Bottom surface 5C ... Hole 5D ... Bent portion 5E ... Side wall 5h ... Height 5R ... Outer diameter 5r ... Inner diameter 7 ... Blank support 7A ... Hole 7R ... Outer diameter 7r ... Inner diameter 7h ... Height 9 ... Pressing member 9A ... Pressing surface 9B ... Body part 11 ... Blank material (titanium alloy)
11A ... Outer bottom surface 11B ... Outer surface 11C ... Outer end surface 11D ... Inner bottom surface 11D
11E ... Inner side surface 11F ... Inner end surface 11G ... Flange portion 11h ... Height 11R ... Diameter 111 ... Bottom portion 112 ... Side wall portion 113 ... Shoulder portion 13 ... Scrap department
Claims (4)
加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、
加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、
前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、
を有し、
前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行うチタン合金の絞り加工方法。 A first step of heating the blank titanium alloy to a temperature of 250 ° C. or higher and lower than 400 ° C .;
In a state where the heated titanium alloy is arranged between a blank support material and a mold, the titanium alloy is not squeezed by a pressing member using the mold, and the titanium alloy is used using the blank support material. A second step of pressing at least a part of the
In a state in which the heated titanium alloy is arranged between the blank support material and the mold, at least a part of the titanium alloy is pressed or not pressed into the mold by the blank support material at 2 kN or less, And a third step of squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold,
The titanium alloy squeezed by a pressing member using the mold is placed between the blank support material and the mold, and at least a part of the titanium alloy is pressed against the mold using the blank support material. And a fourth step of squeezing the titanium alloy with the pressing member using the mold,
Have
The fourth step is a method for drawing a titanium alloy, which is performed after performing the second step and the third step a plurality of times.
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