JP3364073B2 - プレス成形品の製造方法 - Google Patents

プレス成形品の製造方法

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    • B21K1/02Making machine elements balls, rolls, or rollers, e.g. for bearings
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    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可塑材料や超塑性
金属材料からプレス成形品例えばゴルフヘッド、自動車
部品などの複雑な形状の成形品、具体的には基部と、こ
れとは異なる方向に突出部を有する形状の成形品を製造
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属材料を用いた複雑な形状の成
形方法としては、鍛造が知られている。鍛造は素材を圧
縮加工することにより鋳造組織を破壊し、有害な欠陥部
を圧着して機械的性質を改善すると共に、目的の形状の
製品を作製する方法であり、種々の用途に着用されてい
る。
【0003】しかしながら、鍛造で成形品を作製する場
合、予じめ成形品の形状に合せたプリフォーム材が必要
であり、製品が複雑な形状であればあるだけ、徐々に形
を整えていかなければならず、作製工程が多段階とな
る。特に成形品の材料として急冷凝固合金材を用いた場
合には、急冷凝固合金材が持つ優れた特性が、上述のよ
うなプリフォームの成形および多段階の成形により熱的
影響を受け易く、熱による結晶の粗大化を招き、急冷凝
固合金材のもつ優れた特徴が低下するという問題が生じ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題に鑑み、プリフォームの成形および多段階で行う成
形が不要で、複雑な形状の成形品でも容易に作製できる
プレス成形品の製造方法および急冷凝固金属材を用いた
場合、その特性の低下を招きにくいプレス成形品の製造
方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、いわば従来の
押出法と圧縮成形法を複合した形式の成形方法である。
すなわち、基部成形部と、該基部成形部に連続し、か
つ、基部成形部とは異なる方向に突出する成形部とを有
する製品の製造方法において、合金材料として超塑性を
示す急冷凝固Al基合金を用い、分割成形型内に基部成
形部を成形するための第一成形部と、この第一成形部に
連続し、かつ該第一成形部とは異なる方向に突出する第
二成形部を設け、第一成形部には、該第一成形部より小
さい面積の前記合金材料投入口を有する一収納孔を連設
し、収納孔に配された材料を結晶化温度(Tx)以上の
温度に30℃/s〜300℃/sの範囲で急速加熱し、
成形部へ押圧入し、押圧手段により塑性流動させ、収納
孔から第一成形部へ、さらに第一成形部から第二成形部
へと逐次異なる方向へ塑性流動させ、合金材料に歪を加
えながら押圧入して成形することを特徴とするプレス成
形品の製造方法である。
【0006】本発明方法により供給される合金材料はコ
ンテナ部から合金材料装入口を経て、基部成形部を成形
するための第一成形部に押圧入されるが、合金材料装入
口は第一成形部より小さい面積であるので、コンテナ部
から押出される材料は金属材料入口から方向を変えて、
すなわち、基部成形部が直角方向に展延している場合に
は、金属材料入口から第一成形部に向って、合金材料は
ほぼ直角方向に塑性流動させ、さらに、第一成形部と第
二成形部とは異なる方向となっているため、合金材料が
第一成形部から第二成形部へはいるときも異なる方向に
塑性流動させられる。これら、それぞれの異なる方向へ
の塑性流動のときに合金材料には歪が与えられる。塑性
流動の方向が大きく変れば変るほど大きな歪が与えられ
る。合金材料は歪を与えることにより加工硬化するた
め、特性の向上が期待できる。すなわち、材料が成形部
内に圧入されるときにすぐにその進行方向をほぼ直角方
向に変えることにより歪が与えられ、材料内の微細な結
晶構造が円滑な粒界移動又はすべりを起こし、材料の持
つ異方性解消などの効果と共に、材料の持つ強度、伸び
等の機械的特性を一層大きくする。
【0007】本発明に適用される合金材料は、上記のよ
うな塑性流動を与えるため超塑性を示す材料であること
が好ましい。特に超塑性の急冷凝固合金材を用い、その
優れた特性を維持した成形品を作製する場合には、その
加工は熱的影響を考慮しながら短時間で行なわなければ
ならない。本発明に適用される具体的な超塑性合金材料
としては下記の一般式(I)〜(IV)で示される組成を
有するものがある。
【0008】 (I) Ala16e (II) Ala1(b-c)2ce (III) Ala1(b-d)3de (IV) Ala1(b-c-d)2c3de (ただし、M1:Mn,Fe,Co,Ni,Moから選
ばれる少なくとも1種の元素、M2:V,Cr,Wから
選ばれる少なくとも1種の元素、M3:Li,Ca,M
g,Si,Cu,Znから選ばれる少なくとも1種の元
素、X:Nb,H,Ta,Y,Zr,T,Ag,希
土類元素および希土類元素の集合体であるMm(ミッシ
ュメタル)から選ばれる少なくとも1種の元素、a,
b,c,d,eは原子パーセントで、75≦a≦97、
0.5≦b≦15、0.1≦c≦5、0.5≦d≦5、
0.5≦e≦10)又、かかる超塑性合金材料は平均A
l結晶粒径および金属間化合物の平均粒子径が1μm以
下であることが好ましく、より好ましくは、平均Al結
晶粒径が0.005〜1μm、金属間化合物の平均粒子
径が0.001〜0.1μmである。
【0009】コンテナ内に配する材料は粉末のまま供給
してもよいし、予じめ固形状に成形して供給してもよ
い。成形に当っては、結晶化温度(Tx)以上の温度に
加熱して、成形を300秒以内で行い、成形後50℃/
s以上の冷却速度で冷却する。又、加熱速度は30℃/
s〜300℃/sで行う。加熱温度および加熱速度を上
記のように決めたのは、結晶の粗大化を防ぎ、材料のも
つ優れた特性を保持するためである。又、本発明の方法
により成形を行う場合、歪速度は10-3-1以上好まし
くは10-1-1以上が適当であり、又、その際の流動応
力は約10〜50MPaである。10-3-1未満では材
料の超塑性が充分発揮されず、成形品に割れ等が発生し
易く、材料の充填性を考慮すると流動応力は約10〜5
0MPaであることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は本発明を実施するに適した
装置の一例で、図2(イ)に示す合金材料のビレットB
より、同図(ロ)に示す基部1と突出部2よりなる成形
品Aを得るものである。図2(ハ)は成形品Aの断面図
である。この装置は上型3と下型4よりなる分割型の間
に前記成形品Aの基部1を成形する第一成形部5と、前
記突出部2を成形する第二成形部6とからなる成形部を
設け、第一成形部5の直上の上型3には、材料が配され
る収納孔7が形成され、収納孔7内には成形部冷却材料
を押圧入するステム8が設けられている。又、上型3と
下型4のそれぞれには材料並びに成形品を加熱する加熱
手段9が設けられ、その加熱温度は熱電対10を基に調
節する。
【0011】さらに上型3の直上にはクランプ装置11
が配され、クランプ装置11には上型3の収納孔7と連
通する挿通孔12が形成され、材料は挿通孔12を経て
収納孔7に配される。かかる装置を用いて図2(ロ)に
示す成形品Aを作製するには、まず供給材料(押出材)
13を上型3の収納孔7に配し、クランプ装置11によ
り上型3を押える。供給材料13はビレットBの形でも
粉末のままでもよい。
【0012】供給材13を上型3および下型4に設けた
加熱手段9により、所定温度となるまで加熱する。その
際の温度調節は熱電対10に基づいて行う。加熱後、ク
ランプ装置11の挿通孔12よりステム8を上型3の収
納孔7内へ移動させ、供給材料13を収納孔7より成形
部へ押圧入する。押圧入された供給材料13は、第一成
形部5のほぼ直角方向の歪を与えられて塑性流動し、さ
らに、第一成形部5から第二成形部6へも同様にほぼ直
角方向の歪を与えられて塑性流動する。成形は上型3に
設けられた上型規制部14にステム8に設けられたステ
ム規制部15が当接することにより終了する。
【0013】以上のように製造することにより、図2
(ロ)(ハ)に示すような基部1と該基部1とは異なる
方向に突出部2を有するカップ状の成形品Aが成形され
る。又、図3は図4に示すような基部1からの突出部2
の端部にカール部16を有する成形品を製造するための
装置の例を示す。この装置の上型17は図1の上型3と
同形であり、又ステム18も図1のステム8と同形であ
る。下型19の第二成形部の端部には湾曲状の切欠きが
あり、上方が開放されたカール成形部20が設けられて
いる。供給材料13は、ステム18により第一成形部か
ら第二成形部へ押圧入され、カール成形部20の湾曲部
分に沿って曲げられ、突出部2の端部にカール部16が
成形される。
【0014】
【実施例】ガスアトマイズ装置によりAl93Ni6Mm
0.9Ag0.1(at%)からなる急冷凝固Al基合金粉末
を作製し、作製されたAl基合金粉末を金属カプセルに
充填後、脱ガスを行い、押出機にて押出しを行い、金属
カプセルの組成部分を除去し、得られたビレットを供給
材料とした。図1に示す装置に、上記供給材料を配し、
図1について説明した手順により図2(ロ)に示す成形
品を作製した。具体的な条件は、加熱手段による昇温速
度は75℃/Sで500℃まで加熱し、加熱された供給
材料はステムをもって10mm/Sの押出速度で成形部
へ押出した。又、加熱から成形品の取出しまでは60秒
間で行い、取出し後、成形品を冷却速度100℃/Sで
冷却した。供給材料のビレットの強度は75kgf/m
2であるのに対し、成形品の強度は70kgf/mm2
であり、優れた強度を有する成形品が得られていると共
に本発明の方法で製造することにより強度低下を少なく
することがわかる。前記材料を用い、図3に示す装置に
よって図4に示す成形品を作製した場合も上記と同様の
結果が得られた。
【0015】
【発明の効果】本発明の方法によれば、プリフォームの
成形および多段階での成形が不要となり、かつ、比較的
複雑な形状の成形品でも容易に作製することができると
共に、成形材料として急冷凝固合金材を用いた場合、そ
の特性低下を招きにくく、優れた機械的性質を有する成
形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するに適した装置の断面図であ
る。
【図2】成形品の説明図である。
【図3】本発明を実施するに適した他の装置の断面図で
ある。
【図4】図3の装置で得られた成形品の斜視図である。
【符号の説明】
A 成形品 B ビレット 1 基部 2 突出部 3 上型 4 下型 5 第一成形部 6 第二成形部 7 収納孔 8 ステム 9 加熱手段 10 熱電対 11 クランプ装置 12 挿通孔 13 供給材料 14 上型規制部 15 ステム規制部 16 カール部 17 上型 18 ステム 19 下型 20 カール成形部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B21K 17/00 B21K 17/00 B30B 11/00 B30B 11/00 R C22C 21/00 C22C 21/00 G (56)参考文献 特開 平4−300043(JP,A) 特開 平5−200474(JP,A) 特開 平6−145921(JP,A) 特開 平6−65660(JP,A) 特開 平5−9506(JP,A) 特開 平3−271305(JP,A) 特開 平1−279701(JP,A) 特開 平1−210144(JP,A) 特開 平2−9536(JP,A) 特開 昭63−60265(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21J 1/00 - 13/14 B21J 17/00 - 19/04 B21K 1/00 - 31/00 B30B 11/00 B21D 53/86

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基部成形部と、該基部成形部に連続し、
    かつ、基部成形部とは異なる方向に突出する成形部とを
    有する製品の製造方法において、合金材料として超塑性
    を示す急冷凝固Al基合金を用い、分割成形型内に基部
    成形部を成形するための第一成形部と、この第一成形部
    に連続し、かつ該第一成形部とは異なる方向に突出する
    第二成形部を設け、第一成形部には、該第一成形部より
    小さい面積の前記合金材料投入口を有する一収納孔を連
    設し、収納孔に配された材料を結晶化温度(Tx)以上
    の温度に30℃/s〜300℃/sの範囲で急速加熱
    し、成形部へ押圧入し、押圧手段により塑性流動させ、
    収納孔から第一成形部へ、さらに第一成形部から第二成
    形部へと逐次異なる方向へ塑性流動させ、合金材料に歪
    を加えながら押圧入して成形することを特徴とするプレ
    ス成形品の製造方法。
  2. 【請求項2】 合金材料を350℃〜600℃の温度範
    囲で塑性加工を施すことを特徴とする請求項1記載のプ
    レス成形品の製造方法。
  3. 【請求項3】 押圧入成形を300秒以内で行った後、
    50℃/s以上の冷却速度で成形部で冷却を行なうこと
    を特徴とする請求項1または請求項に記載のプレス成
    形品の製造方法。
  4. 【請求項4】 塑性加工の際の歪速度10-3-1以上、
    押圧による材料の流動応力が10〜50MPaであるこ
    とを特徴とする請求項1ないし請求項のいずれかに記
    載のプレス成形品の製造方法。
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