JP3557092B2 - Method for manufacturing NiTi alloy pipe - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状記憶特性あるいは超弾性特性を有することで知られるNiTi合金のパイプの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
形状記憶合金として代表的なNiTi合金は、超弾性合金としても知られている。この合金はその用途に応じて様々な形状に加工されるが、一般にNiTi合金は加工が容易ではない材料として知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
NiTi合金は難加工材であるため、例えばパイプ形状に加工する場合も、スチール材やアルミニウム材等の場合に用いられる既存の穴あけ加工法を用いることが難しかった。そこで従来、NiTi合金を対象とした穴あけ加工は、特殊なガンドリル(ドリルヘッドとジャンクが円筒形になっている装置)を用いたBT工法と呼ばれる真直性に優れた穴あけ加工法による場合が多かった。
【0004】
上述したようなBT工法を用いる場合でも、NiTi合金は難加工材であるため、通常の金属材料の場合に比べ、その切削速度を極端に遅くする必要がある。このため加工時間が非常に長くかかり、加工コストも非常に大きなものになってしまっていた。
【0005】
パイプ形状に加工する方法として、スチール等の通常の材料に用いられるようなパイプ押出法もあるが、NiTi合金は難加工材であるため、その適用は容易ではなかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の問題に鑑み、加工時間が短縮された効率的なパイプ押出を実現し、優れたコストでNiTi合金パイプを製造する方法を提供しようとするものである。
即ち、本発明のNiTi合金パイプの製造方法は、NiTi合金ビレットを650〜850℃の温度に加熱し、前方にダイスが配置されたコンテナ内にそのビレットを収容し、そのビレットの先端部を前記ダイスから前方に押出しつつ、当該ビレットをマンドレルを用いた後方押出方式でパイプ部分を押し出すことを特徴とする前後方押出による製造方法である。
【0007】
上述の方法におけるビレットとして中実材を用いても良い。また前記ダイスとして、そのアプローチ角が90〜55°のものを用いると望ましい。またマンドレルとしてハイス(SKH)製であるものを用いると良い。
【0008】
なお、前記NiTi合金は、NiとTiの二元合金の他に、更にCu、V、Fe、Al、Cr、Nb、Coの内から選ばれたる一種以上の元素を合計10重量%以下含むものであっても良い。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1を参照しながら本発明のNiTi合金パイプの製造方法を説明する。先ず加工すべきNiTi合金のビレットを用意し、これを650〜800℃に加熱する。そしてそのビレット(図中の符号1はNiTi合金を示す)を図1(ア)に示すように、押出機のコンテナ22(スリーブ等の図示は省略してある)内にセットする。次いでマンドレル20を下降させて、NiTi合金1にピアシング加工(穴あけ加工)を施す。この際、ダイス23からNiTi合金1を少量前方に押し出しながら行う(図1(イ)参照)。
【0010】
図1(イ)に示すNiTi合金1は先端が貫通していないが、形状がパイプ状になっている。このようなパイプ押出によれば、上述した従来BT工法を用いた場合に比べ、加工時間の短縮と歩留りの向上等が図れ、従って製造コスト低くNiTi合金パイプを製造することができる。
【0011】
製造するパイプ内径は、マンドレル20の径を変えることで変化させることができる。従って種々のサイズのパイプの製造に対し、マンドレル20を交換するだけで容易に対応することができる。
【0012】
ダイス23のアプローチ角や孔径は、マンドレル20の径その他によって選定すれば良いが、アプローチ角は90〜55°程度が好適である。またパイプ押出する際のNiTi合金1の温度は、600〜850℃にすると良い。600℃未満では変形抵抗が大きすぎて、非常に高いプレス圧力が必要になる。このため、マンドレル20に変形等の損傷が生じやすい。一方、850℃を超えて加熱したNiTi合金1である場合も、温度が高すぎてマンドレル20に変形等の問題が生じやすい。このような理由からNiTi合金1の温度は600〜850℃が適当である。特に、700〜750℃程度が望ましい。
【0013】
【実施例】
実施例1
図1を参照しながら本発明例1を説明する。
用意したNiTi合金のビレットは、50mm径で長さ70mmのサイズである。そのNiTi合金ビレット(図1(ア)中の符号1に相当)には、カーボン系の潤滑剤を塗布してから800℃に昇温させた電気炉中に入れて20〜30分加熱した。次いでそのNiTi合金ビレットをコンテナ22内にセットした。この際のNiTi合金ビレットの温度は概ね700〜750℃であった。図中の符号24はコンテナ受け台である。
【0014】
NiTi合金ビレットをコンテナ22内にセットしてから、マンドレル20を下降させて、NiTi合金1をパイプ押出した。マンドレル20は径31mmの円柱状で材質はSKD−61である。この図ではマンドレル20はマンドレルホルダー21に取り付けられたものになっているが、実施例1においては、マンドレルホルダー21とマンドレル20とが一体になっているものを用いた。
【0015】
コンテナ22の前方に配置されたダイス23は、孔径41mmでアプローチ角(図2に示すダイス230でのθに相当)が60°のものである。マンドレル20を下降させてNiTi合金1にパイプ押出を施す際、NiTi合金1は少量ずつダイス23から前方に押し出されていくようにする。こうすることで、このパイプ押出の際のプレス圧力を大幅に小さくでき、マンドレル20の変形等が抑制され、良好なパイプ押出が可能になった。
【0016】
図3を参照しながら比較例1を説明する。上述した本発明例1と異なるのは、NiTi合金1の下方にダイスがない底有りのコンテナ27を用いた点であり、マンドレル25、マンドレルホルダー26は上述した本発明例1と場合と同様である。この比較例においても上述の本発明例1と同様にマンドレル25を下降させてNiTi合金1にパイプ押出を施した。しかし上述の本発明例1の場合に比べ、プレス圧力が大幅に大きくなった。パイプ押出後、NiTi合金1からマンドレル25を抜き取ることができなくなったので、切断して調べてみると、マンドレル25の先端が大きく変形していることが判った。これはプレス圧力が非常に大きくなったためである。このようにマンドレル25の変形が起きると、それを引き抜くことができなくなったり、或いはそれを引き抜くことができたとしても、十分な品質のNiTi合金パイプが製造できなくなる等の問題がある。
【0017】
次に本発明例2を説明する。図4はマンドレルを示す説明図だが、その図4(ア)のマンドレル30は、マンドレルホルダーの部分とマンドレルの部分とが一体になったもので、一方、図4(イ)の例は、マンドレル310はマンドレルホルダー311に取り付けられるようになっているものである。マンドレル310とマンドレルホルダー311との固定は、図示するようなネジ固定の他、焼きばめ法やろう付け等の接合法によって行う。図4(イ)に示すようなネジ固定によれば、マンドレル310の交換が容易なので実用的である。
【0018】
さて図4(イ)に示すマンドレル310の材質が種々異なるものを用いて、上述した実施例1と同様のパイプ押出を行ってみた。図5はマンドレル310の材質がハイス(SKH−51)の場合と、熱間工具鋼(SKD−61)の場合での押出回数とマンドレル310の先端径の変化を示した図である。尚、この2種類のマンドレルの先端部の初期径は少し異なっている。マンドレルホルダー311の材質は熱間工具鋼(SKD−61)とした。
【0019】
図5において、黒塗り菱形で示したポイントは、SKD−61製のマンドレル310を用いた場合の、そのマンドレル先端の部分の直径の変化を示している。黒塗り四角で示したポイントは、SKH−51製のマンドレル310を用いた場合の、そのマンドレルの先端の部分の直径の変化を示している。このグラフを見れば判るように、SKD−61製のマンドレル310を用いた場合は、当初の先端径(押出回数0回のときの径)に対し、1回毎にその先端径が大きく増大している。そして3回の押出数によって、先端径が0.15mm以上増大したので、4回目以降の押出は止めにした。一方、SKH−51製のマンドレル310を用いた場合は、押出回数が6回になっても、マンドレル310の先端径の増大は比較的小さいことが判った。
【0020】
以上の結果より、マンドレル310としては熱間工具鋼(SKD−61等)より、ハイス(SKH−51等)製のものを用いることが望ましいことが判る。マンドレル310の変形の度合いは、その径や、NiTi合金ビレットの温度等によって異なるから、製造するNiTi合金パイプのサイズ等により、適宜マンドレルの材質を選定すれば良い。
【0021】
次に本発明例3について説明する。本発明例3は図1におけるダイス23のアプローチ角(図2のθ)を種々変えて、上述の本発明例1と同様のパイプ押出を行った場合である。アプローチ角θが90°のときは、図1(イ)に示すようにNiTi合金1がダイス23から押し出されることがなく、プレス圧力は200〜250tonと非常に大きなものになった。従って上述した比較例1と同様の結果となってしまった。一方、アプローチ角θを70°とした場合と60°にした場合は、プレス圧力が110〜130tonと低く抑えられ、良好なパイプ押出が可能になった。またアプローチ角θを45°とした場合も同様に行ったが、この場合は、NiTi合金1がパイプ押出されずにダイス23から押し出されてしまった。
【0022】
以上詳述したように本発明のNiTi合金パイプの製造方法は、マンドレルの変形が抑制され、精度に優れたNiTi合金パイプが従来法に比べ安価に得られる。またマンドレルの径を変えることで、製造するNiTi合金パイプの内径を容易に変えることができ実用的である。
【0023】
【発明の効果】
本発明のNiTi合金パイプの製造方法は製造コストや品質の面で優れたNiTi合金パイプの製造方法であり、高品質のNiTi合金パイプの比較的安価な供給を可能にするものである。このためその用途の拡大等を促す等、本発明の産業上の貢献は大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のNiTi合金パイプの製造方法を説明する図である。
【図2】本発明のNiTi合金パイプの製造方法用いるダイスを説明する図である。
【図3】比較例のNiTi合金パイプの製造方法用いるダイスを説明する図である。
【図4】本発明のNiTi合金パイプの製造方法用いるマンドレルを説明する図である。
【図5】実施例におけるマンドレルの先端の変形度合いを示すグラフである。
【符号の説明】
1 NiTi合金
20 マンドレル
21 マンドレルホルダー
22 コンテナ
23 ダイス
24 コンテナ受け台
230 ダイス
25 マンドレル
26 マンドレルホルダー
27 コンテナ
30 マンドレル
310 マンドレル
311 マンドレルホルダー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a pipe made of a NiTi alloy known to have shape memory properties or superelastic properties.
[0002]
[Prior art]
A typical NiTi alloy as a shape memory alloy is also known as a superelastic alloy. This alloy is processed into various shapes according to its use, but NiTi alloy is generally known as a material that is not easy to process.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the NiTi alloy is a difficult-to-process material, it is difficult to use an existing drilling method used for a steel material, an aluminum material, or the like, for example, when processing into a pipe shape. Conventionally, drilling of NiTi alloys has often been performed by a BT method using a special gun drill (a device in which the drill head and junk are cylindrical) and having excellent straightness. .
[0004]
Even in the case of using the BT method as described above, since the NiTi alloy is a difficult-to-process material, it is necessary to extremely reduce the cutting speed as compared with the case of a normal metal material. For this reason, the processing time is very long, and the processing cost is very large.
[0005]
As a method of processing into a pipe shape, there is a pipe extrusion method used for ordinary materials such as steel, but the application of NiTi alloy is not easy because it is a difficult-to-process material.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a method for producing an NiTi alloy pipe at an excellent cost by achieving efficient pipe extrusion with a reduced processing time.
That is, in the method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention, the NiTi alloy billet is heated to a temperature of 650 to 850 ° C., the billet is housed in a container in which a die is arranged in front, and the tip of the billet is placed in the container. This is a manufacturing method by front-to-back extrusion, in which a pipe portion is extruded by a backward extrusion method using a mandrel while extruding a die forward.
[0007]
Solid materials may be used as billets in the above method. It is desirable to use a die having an approach angle of 90 to 55 °. It is preferable to use a mandrel made of high speed steel (SKH).
[0008]
The NiTi alloy contains, in addition to the binary alloy of Ni and Ti, a total of 10% by weight or less of one or more elements selected from Cu, V, Fe, Al, Cr, Nb, and Co. It may be.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention will be described with reference to FIG. First, a billet of a NiTi alloy to be processed is prepared and heated to 650 to 800 ° C. Then, the billet (
[0010]
Although the tip of the
[0011]
The inner diameter of the pipe to be manufactured can be changed by changing the diameter of the
[0012]
The approach angle and hole diameter of the
[0013]
【Example】
Example 1
Example 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
The prepared NiTi alloy billet has a diameter of 50 mm and a length of 70 mm. The NiTi alloy billet (corresponding to the
[0014]
After setting the NiTi alloy billet in the
[0015]
The die 23 arranged in front of the
[0016]
Comparative Example 1 will be described with reference to FIG. The difference from the above-described present invention example 1 is that a
[0017]
Next, Example 2 of the present invention will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing a mandrel. The
[0018]
Now, pipe extrusion similar to that of Example 1 described above was performed using various materials of the
[0019]
In FIG. 5, points indicated by black diamonds indicate changes in the diameter of the tip of the mandrel when the
[0020]
From the above results, it is understood that it is desirable to use a mandrel made of high speed steel (SKH-51 or the like) rather than hot tool steel (SKD-61 or the like). The degree of deformation of the
[0021]
Next, Example 3 of the present invention will be described. Example 3 of the present invention is a case where the same pipe extrusion as that of Example 1 of the present invention described above was performed by changing the approach angle (θ in FIG. 2) of the die 23 in FIG. When the approach angle θ was 90 °, the
[0022]
As described in detail above, in the method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention, deformation of the mandrel is suppressed, and a NiTi alloy pipe having excellent accuracy can be obtained at a lower cost than the conventional method. Also, by changing the diameter of the mandrel, the inner diameter of the manufactured NiTi alloy pipe can be easily changed, which is practical.
[0023]
【The invention's effect】
The method for manufacturing a NiTi alloy pipe according to the present invention is an excellent method for manufacturing a NiTi alloy pipe in terms of manufacturing cost and quality, and enables relatively inexpensive supply of a high-quality NiTi alloy pipe. For this reason, the industrial contribution of the present invention is great, such as encouraging the expansion of its use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a die used in the method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a die used in a method for manufacturing a NiTi alloy pipe of a comparative example.
FIG. 4 is a diagram illustrating a mandrel used in the method for manufacturing a NiTi alloy pipe of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the degree of deformation of the tip of the mandrel in the example.
[Explanation of symbols]
1
Claims (5)
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