JP3575600B2 - 薄肉金属製品の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄肉金属製品の製造方法および装置に関する。より詳しくは、軽合金の半溶融成形を用いた薄肉金属製品の製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品の軽量化のため部品を軽合金で作る場合が多い。しかし更なる軽量化要求で軽合金の部品といえども更なる薄肉化を要求される場合が多くなってきている。パソコンや家電品のケース類に代表されるアルミニウム合金やマグネシウム合金の薄肉形状の部品はプレス加工、ダイカスト、チクソモールド法などで製作されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法には下記のように一長一短があり、どれも顧客要求性能を完全には満足できていない。
【０００４】
すなわち、プレス加工では薄肉形状の成形は可能だが、使う材料が圧延板であるため、厚さが５ｍｍ以下の薄板を一工程で製造することは困難で、圧延を繰り返して板厚を５ｍｍ以下にする必要があるため材料コストが高い。また、一度に成型できる形状に限界があり、複雑形状にするためにはプレスを複数回する必要がある、部品取り付けねじ用ボス形状が成形できず別途ボス用部品を取り付ける必要があるなどコストが高くなる。
【０００５】
また、ダイカストでは比較的形状の自由度はあるが、さらなる薄肉品を成形しようとすると、湯廻りに限界があったり内部欠陥品質若しくは外観品質が不十分で不良も多い。
【０００６】
さらに、一般に半溶融成形に使う材料は機械的あるいは電磁攪拌によって溶湯を攪拌しながら凝固させたものを再加熱して半溶融状態にしたり、チップ形状の材料をスクリュー内で加熱しながら射出成形して使うことが知られている。しかしながら前者の方法によって作られた材料は円柱断面を持つビレット形状であるため、半溶融状態でダイカストやプレス等で薄肉製品に成形するためには材料を大きく変形させねばならず成形できる形状に限界があった。また、後者の場合でも射出速度があまり大きくできず成形できる製品の大きさに限界があったり、温度を上げると半溶融状態での成形の際に液相と固相が分離して金属組織が不均一になって品質がばらつくという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するのための手段】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ロール上に溶湯を供給しながら凝固させた板材を作り、その板材を加熱して半溶融状態でプレス成形することにより、上記した課題を解決することができることを見いだした。
【０００８】
本発明によれば、ロールを使って急冷凝固させると従来一工程では作れなかった厚さが５ｍｍ以下の薄板の製造が可能となり、圧延により板厚を５ｍｍ以下にする工程を省略することができる。
【０００９】
また、本発明の方法で作った薄板は冷却速度が高いので、半溶融状態まで再加熱した際に初晶の球状化が促進されて流動性がよくなり半溶融成形に適する。また、冷却速度が高いと初晶が小さくなり、半溶融状態において液相の分離や形崩れもし難くい。また、アルミニウム合金の薄板の共晶Ｓｉも冷却速度が高い方が均一・微細になる。半溶融成形後も共晶Ｓｉは、均一・微細に存在させるためにも急冷凝固は有効である。そのため薄肉金属製品を作製するための半溶融成形用の素材として直接使用することができる。
【００１０】
さらに、従来のアルミニウム合金用双ロールキャスターでは、表裏両面が平坦な蒲板のみ作製されていたが、本発明によれば、ロールの形状を工夫してロール面に全周に及ぶ溝を付けることで簿板に連続的な突起を、またロール面の所定の位置に窪みを付けることで所定の位置に突起を有する薄板を製作することが可能である。突起の成形は、半溶融加工時のボス等の成形に有効である。
【００１１】
また、従来のアルミニウム合金用双ロ一ルキャスターでは、板幅が−定な薄板のみの作製が可能であったが、本発明によれば、ロール面に断熱リングを装着することで、その部分のロール表面と溶湯問の熟伝達を低下させて溶湯が凝固しない部分をつくり．さまざまな平面形状の薄板を作製することが可能である。半溶融加工時の製品の形状に合わせた薄板を作製することが可能になり、歩留の向上が期待できる。
【００１２】
さらに、従来のアルミニウム合金用双ロールキャスターでは、一枚の薄板の作製のみが可能であったが、本発明による双ロ一ル法では２種類の合金からなるクラッド材の作製が可能である。このようなクラッド材を使用することで、強度と軽量性、耐摩耗性、耐食性、表面美化性および電磁シールド性等の２種類以上の特性を兼ね備えた製品を作製することができる。
【００１３】
したがって、上述したような方法を使って急冷凝固させながら薄板材料を作り、薄板から連続加熱炉で半溶融状態まで加熱してプレス手段に材料を供給して成型することにより、従来鋳造やチクソモールドでは成形が困難だった大型の薄肉形状であっても材料の変形度合いがあまり大きくないので、成形が可能となることを発見し、本発明に至ったものである。
以下に発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の薄肉金属製品の製造方法のフロ−チャ−トである。図２は一つ若しくは二つのロールに溶湯を供給して急冷凝固させて板材を製造する板材製造手段の概略図である。図３は、切断手段の概略図である。図４は、加熱手段の概略図である。図５は、プレス手段の概略図である。図６は、半溶融状態まで加熱したときの金属組織の顕微鏡写真である。図７から図１０は、ロール形状とそのロール等で得られる板材の概略図である。
【００１５】
図２は、一つ若しくは二つのロールに溶湯を供給して急冷凝固させて板材を製造する板材製造手段の概略図である。板材製造手段は、周速３０ｍ／ｍｉｎにて回転させた銅製ロール１（φ２５０ｍｍ）に幅２０ｍｍの耐火物でできたノズル２からアルミ合金の溶湯３を溶融状態で供給して、２ｍｍの肉厚の急冷凝固させた薄板材料（板材）４を作成するようになっている。ロールは１つ（Ａ）または２つ（Ｂ）及び（Ｃ）であってもよく、溶湯の供給は水平または垂直、斜め方向いずれの場合でも薄板材料を作ることは可能である。
【００１６】
通常のアルミニウム合金用双ロールキャスターでは鋼製ロールを使い、ロールと薄板の固着を防止するため黒鉛系の離型剤をロ一ル面に噴霧しるが、離型剤はロール面から剥灘し、薄板の表面に付着しやすい。薄板表面に付着した離型剤は、半溶融状態での成形時に製品内部に入り込み欠陥となる可能性がある。しかし、銅製ロールを使用すると急冷凝固が促進されるため、薄板のロールヘの固着は起こらない。したがって離型剤を使用する必要がなくなり、離型剤が原因の欠陥の発生する確率がほとんどなくなる。
【００１７】
図３は、切断手段の概略図である。切断手段では板材４をバンドソー５にて成型品の大きさに応じて切断できる。切断方法は金属組織を大きく損なわない制御ができる方法であれば、マル鋸切断、レ−ザ−切断、ウォ−タ−ジェット切断などの他の方法でも良い。
【００１８】
図４は、加熱手段の概略図である。加熱手段は、この切断した材料４Ａをトレイ７に載せ、連続式に半溶融状態まで加熱する。連続式加熱炉内６は、製品表面の酸化を嫌う場合には不活性ガス雰囲気にすることができる。また、材料４Ａの肉厚が薄いので半溶融状態にまで再加熱する際には、材料が変形しやすいので、トレイ７または網状のものの上で形状を保持しながら加熱・移動させた方がよい。
【００１９】
図６に薄板材料を半溶融状態に加熱した際の金属組織の写真を示す。本発明の方法で得られた薄板材料は半溶融状態になると初晶αが球状化している。
【００２０】
図５は、プレス手段の概略図である。プレス手段Ｐでは、６００℃まで加熱した材料４Ａを金型８内に投入し、プレス加工にて成形しできる。例えば、肉厚１．５ｍｍの薄肉形状品９が成形できる。尚、プレス手段Ｐの金型温度の制御を行うことも適宜の手段を用いることにより可能である。
【００２１】
以下、製造方法を説明する。図２において、周速３０ｍ／ｍｉｎにて回転させた銅製ロール１に幅２０ｍｍの耐火物でできたノズル２からアルミ合金（ＪＩＳ：ＡＣ−４Ｃ）の溶湯３を６６０℃にて供給して、２ｍｍの肉厚の急冷凝固させた薄板材料４を作成した。
【００２２】
次いで、図３に示すように、この板材４をバンドソー５にて成型品６の大きさに応じて切断した。
【００２３】
そして、図４に示すように、この切断した材料４をトレイ７に載せ、連続式加熱炉６にて６００℃まで加熱した。加熱炉６内は、製品表面の酸化を嫌う場合には不活性ガス雰囲気にするとよい。特にＭｇ合金は酸化しやすいので不活性ガス雰囲気にしたほうがよい。また、材料の肉厚が薄いので半溶融状態にまで再加熱する際には、材料４が変形しやすいので、トレイの上で形状を保持しながら加熱・移動させている。尚、炉内及び材料の温度の制御は、温度センサ−及び適宜の制御手段を用いた。
【００２４】
その後、図５に示すように、溶融状態まで加熱した材料を金型内に投入し、プレス加工にて成形したところ、肉厚１．５ｍｍの薄肉形状品が成形できた。内部の金属組織を調査したところ、比較的均一に粒状化した初晶の組織が観察され、大きな欠陥もないことが確認された。
【００２５】
以下、様々なロール形状とそのロールで得られる板材について、その概略図を用いて説明する。
【００２６】
図７は、一部肉厚の板材を製作する場合を説明する概略図である。図７において、上ロ−ルの形状を工夫してロール面に全周に及ぶ溝を付けることで、簿板に連続的な突起を構成し一部肉厚の板材を成形することが出来る。
図８は、上ロ−ルの形状を工夫して、ロール面の所定の位置に窪みを付けることで所定の位置に突起を有する薄板を製作することが可能である。
このように、従来のアルミニウム合金用双ロールキャスターでは、表裏両面が平坦な蒲板のみ作製されていたが、本発明によれば、突起の成形は、半溶融加工時のボス等の成形に有効である。
【００２７】
図９は、異形薄板の製造する場合の説明する概略図である。図９において、ロール面に断熱リングを装着することで、その部分のロール表面と溶湯問の熟伝達を低下させて溶湯が凝固しない部分をつくり、さまざまな平面形状の薄板を作製することが可能である。
本発明によれば、従来のアルミニウム合金用双ロ一ルキャスターでは、板幅が−定な薄板のみの作製が可能であったが、半溶融加工時の製品の形状に合わせた薄板を作製することが可能になり、歩留の向上が期待できる。
【００２８】
図１０は、クラッド材の板材を製造を説明する概略図である。図１０において、従来のアルミニウム合金用双ロールキャスターでは、一枚の薄板の作製のみが可能であったが、本発明による双ロ一ル法では２種類の合金からなるクラッド材の作製が可能ある。このようなクラッド材を使用することで、強度と軽量性、耐摩耗性、耐食性、表面美化性および電磁シールド性等の２種類以上の特性を兼ね備えた製品を作製することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、溶湯をロールに供給して急冷凝固させて板材を製造したのち、その板材を所定の大きさに切断し、切断した板材を連続加熱炉で半溶融状態まで加熱し、プレス手段に材料を供給して成型することから、肉厚の薄い製品であっても偏析の少ない比較的均一な金属組織を持つ欠陥の少ない製品が得られる。また、半溶融状態での成形するため成形荷重も小さくてすむので、成形用金型や設備が安価ですむという副次的効果がある。さらに、ロール表面を所望する薄板形状が得られるような形状にすることにより、最終製品に近い板材を得ることができるなど、その効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄肉金属製品の製造方法のフロ−チャ−トを示す図である。
【図２】一つ若しくは二つのロールに溶湯を供給して急冷凝固させて板材を製造する板材製造手段の概略図である。Ａは単ロール式、Ｂ及びＣは双ロール式を示す。
【図３】切断手段の概略図である。
【図４】切断した板材を連続加熱炉で半溶融状態まで加熱する加熱手段の概略図である。
【図５】材料を供給して成型するプレス手段の概略図である。
【図６】半溶融状態まで加熱したときの金属組織の顕微鏡写真である。
【図７】ロール形状とそのロールで得られる板材の概略図の一例である。
【図８】ロール形状とそのロールで得られる板材の概略図の一例である。
【図９】ロール形状とそのロールで得られる板材の概略図の一例である。
【図１０】ロール形状とそのロール等で得られる板材の概略図の一例である。
【符号の説明】
１ ロール
２ ノズル
３ 溶湯
４ 板材
５ バンドソー
６ トレイ
７ 連続式加熱炉
８ 金型
９ 成型品

Claims (4)

1. Ａｌ合金またはＭｇ合金の溶湯を一つ若しくは二つの銅製ロールに供給して急冷凝固させて板材を製造したのち、その板材を所定の大きさに切断し、切断した板材をトレイまたは網状物の上に載せて連続加熱炉で半溶融状態まで加熱し、プレス手段に加熱した材料を供給して成形することを特徴とする薄肉金属製品の製造方法。
2. 前記連続加熱炉の内部を不活性ガス雰囲気とした請求項１に記載の薄肉金属製品の製造方法。
3. 一つ若しくは二つの銅製ロールにＡｌ合金またはＭｇ合金の溶湯を供給して急冷凝固させて板材を製造する板材製造手段と、その板材を所定の大きさに切断する切断手段と、切断した板材をトレイまたは網状物の上に載せて半溶融状態まで加熱する連続加熱炉と、加熱された材料を供給して成形するプレス手段と、を有することを特徴とする薄肉金属製品の製造装置。
4. 前記連続加熱炉の内部を不活性ガス雰囲気とした請求項３に記載の薄肉金属製品の製造装置。

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