JP3662765B2

JP3662765B2 - アルミニウム基複合材の管の製造方法

Info

Publication number: JP3662765B2
Application number: JP08480499A
Authority: JP
Inventors: 靖宏中尾; 広人庄子; 有利菅谷; 崇加藤; 隆治越後
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000271635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム基複合材の管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム基複合材を引抜いて成形で形状を造る製造方法には、例えば、特開昭５９−２０６１５４号公報「シリンダーの製造法」に示されたものがある。このシリンダーの製造法は、同公報の第２頁左下欄第８行〜第１７行に示される通りである。これらを要約したものを次に示す。
（ａ）アルミニウムの溶湯中にＳｉＣのチップを攪拌分散させ、凝固させる。
（ｂ）凝固したものを約２５０℃に加熱した状態で引抜き加工してパイプを作成する。
（ｃ）パイプを切断してスリーブ状にしたものをダイキャスト用の金型に嵌合した後、アルミニウム合金（ＪＩＳ−ＡＤＣ１２）で鋳ぐるんでシリンダーを製造する。
また、パイプの作成は、引抜き加工だけではなく、同公報の第２頁右上欄第８行〜第１０行に示される通り、押出し加工で行ってもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパイプ（管）は、アルミニウムの溶湯中にＳｉＣのチップを複合した複合材であり、塑性変形の抵抗が大きい。また、複合材は、アルミニウムとＳｉＣの界面が機械的な結合状態にあるだけであり、そのため、伸びが小さく、一般的な複合材と同様、成形の加工性が悪い。その結果、引抜きや押出しなどの成形で形状を造る製造方法では、成形し難く、生産の効率化は難しい。
特に、引抜きでは、つかみ部を成形する必要があり、管の一端をダイスに通る直径まで細くしなければならない。複合材は加工性が悪いため、管の一端を細く成形（縮径）すると、割れが発生しやすく、つかみ部の成形が難しい。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、引抜きの縮径が容易なアルミニウム基複合材の管の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、窒化マグネシウムの存在下、還元作用で酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体にアルミニウム合金溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材ビレットを製造する工程と、アルミニウム基複合材ビレットを押出しプレスで複合材管に成形する押出し工程と、複合材管に、この複合材管の内径より僅かに小さい外径のアルミニウム管を挿入し、プレスマシンのダイスでアルミニウム管とともに、複合材管の所定の範囲を縮径させてつかみ部を造る縮管工程と、つかみ部を引抜き装置のダイスに通した後、つかみ部につかみ具を取付け、このつかみ具を引いて複合材管の内外径に精度を付与する引抜き工程と、からなることを特徴とする。
【０００６】
酸化物系セラミックスを還元することにより、多孔質の表面を金属化して酸化物系セラミックスとアルミニウム合金溶湯との濡れ性をよくする。こうして得られたアルミニウム基複合材はアルミニウムと強化材の界面がケミカルコンタクトによって強固に結合され、成形性に優れたアルミニウム基複合材であり、後工程での、押出しが容易となり、押出比を高めることができ、高押出比による変形を加えることができる。この結果、内部欠陥の除去、緻密化を図ることができ、品質を高めることができる。
【０００７】
縮管工程では、複合材管にアルミニウム管を挿入し、複合材管を縮径する。縮径した複合材管の内周面にアルミニウム管が密着して複合材管を支えるから、複合材管にかかる応力が緩和され、縮径する際の複合材管の割れを防止することができる。
【０００８】
請求項２は、縮管工程の所定の範囲が複合材管の一端部もしくは中間部であることを特徴とする。
一端部であれば複合材管にアルミニウム管を挿入するのが容易である。また、複合材管の長さを一般的な長さと同様にすることで、複合材管の運搬や段取りなど取り扱いが容易になる。
中間部であれば長尺の複合材管を２等分に切断し、２本の複合材管を得る。アルミニウム管の挿入を１回にすることで、挿入作業の時間を低減する。また、複合材管のダイスへのセットを１回にすることで、セットする時間を低減する。
さらに、所定の範囲を切断するので、つかみ部が短くなり、材料の歩留りが向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る管の製造方法のフローチャートであり、ＳＴはステップを示す。
ＳＴ０１：酸化物系セラミックス成形体にアルミニウム合金を浸透させてアルミニウム基複合材ビレットを製造する。
ＳＴ０２：アルミニウム基複合材ビレットを押出し、複合材管を造る。
ＳＴ０３：複合材管にアルミニウム管を挿入する。
ＳＴ０４：アルミニウム管とともに、複合材管を縮径し、つかみ部を造る。
ＳＴ０５：つかみ部につかみ具を取付ける。
ＳＴ０６：つかみ具を引き、複合材管に精度を付与する。
次に、ＳＴ０１〜ＳＴ０６を具体的に説明する。
【００１０】
図２は本発明に係るアルミニウム基複合材の製造装置の概要構造図であり、アルミニウム基複合材製造装置１０は、雰囲気炉１１と、この雰囲気炉１１に付属した加熱装置１２と、雰囲気炉１１に不活性ガスを供給するガス供給装置１３と、雰囲気炉１１内を減圧する真空ポンプ１４とからなる。１５及び１６は坩堝（るつぼ）である。
詳しくは、加熱装置１２は、例えば、制御装置２１と、温度センサ２２と、加熱コイル２３とからなり、ガス供給装置１３は、アルゴンガス（Ａｒ）２４のボンベ２５と、窒素ガス（Ｎ₂）２６のボンベ２７と、これらのボンベ２５，２７のガスを雰囲気炉１１へ供給する管２８と、この管２８に設けた圧力ゲージ２９とからなる。
【００１１】
坩堝１５は酸化物系セラミックスであるところの多孔質アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）３１及びアルミニウム合金４１を入れる容器であり、坩堝１６はマグネシウム（Ｍｇ）４２を入れる容器である。アルミニウム合金４１は、例えばＡ６０６１である。マグネシウム（Ｍｇ）４２はマグネシウム合金でもよい。
【００１２】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るアルミニウム基複合材ビレットの製造要領図であり、（ａ）〜（ｃ）は浸透までの過程を模式的に示す。
（ａ）：まず、酸化物系セラミックスであるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）３１とともに、アルミニウム合金４１及びマグネシウム（Ｍｇ）４２を炉内に納める。具体的には、坩堝１５にアルミナ３１を入れ、アルミナ３１にアルミニウム合金４１を載せ、坩堝１６にマグネシウム４２を入れる。
【００１３】
次に、雰囲気炉１１内の酸素を除去するために雰囲気炉１１内を真空引きし、一定の真空度に達したら、真空ポンプ１４を止め、雰囲気炉１１にアルゴンガス（Ａｒ）２４を矢印▲１▼の如く供給し、加熱コイル２３で矢印▲２▼の如く多孔質アルミナ３１、アルミニウム合金４１及びマグネシウム４２の加熱を開始する。
【００１４】
雰囲気炉１１内の温度を温度センサ２２で検出しつつ昇温（自動）する。所定温度（例えば、約７５０℃〜約９００℃）に達する過程で、アルミニウム合金４１は溶解する。同時に、マグネシウム（Ｍｇ）４２は矢印▲３▼の如く蒸発する。その際、雰囲気炉１１内はアルゴンガス（Ａｒ）２４の雰囲気下にあるので、アルミニウム合金４１及びマグネシウム（Ｍｇ）４２が酸化することはない。
【００１５】
（ｂ）：次に、雰囲気炉１１内を加圧し、窒化マグネシウム４４の作用でアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）３１を還元し、アルミナ３１の多孔質にアルミニウム合金４１の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材ビレット４５を製造する。具体的には、雰囲気炉１１に窒素ガス（Ｎ₂）２６を矢印▲４▼の如く供給しつつ加圧（例えば、大気圧＋約０．５ｋｇ／ｃｍ²）し、雰囲気炉１１内の雰囲気を窒素ガス（Ｎ₂）２６に置換する。
【００１６】
雰囲気炉１１内が窒素ガス（Ｎ₂）２６の雰囲気になると、窒素ガス２６は、マグネシウム（Ｍｇ）４２と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）４４を生成する。この窒化マグネシウム４４はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）３１を還元するので、アルミナ３１は濡れ性がよくなる。その結果、アルミナ３１の多孔質にアルミニウム合金４１の溶湯が浸透する。アルミニウム合金４１が凝固してアルミニウム基複合材ビレット４５が完成する。浸透過程において、雰囲気炉１１内を加圧雰囲気下にすると、浸透が速くなり、短時間でアルミニウム基複合材ビレット４５を製造することができる。なお、雰囲気炉１１内を真空ポンプ１４で減圧し、減圧窒素雰囲気下でも短時間で浸透させることができる。
【００１７】
（ｃ）：アルミニウム基複合材ビレット４５（以下「ビレット４５」と略記する。）は、酸化物系セラミックスであるアルミナ３１にアルミニウム合金４１が浸透したもので、成形性に優れ、塑性変形がしやすい複合材料である。
（ｄ）：最後に、ビレット４５をＮＣ（数値制御）旋盤４６で所定寸法に切削加工する。寸法は次工程の押出しプレスに合せる。
【００１８】
図４は本発明に係る押出し工程の説明図であり、アルミニウム基複合材ビレット４５を押出しプレス５０のコンテナ５１に挿入し、ラム５２で押出すことにより、ダイス５３とマンドレル５４の間を通して、複合材管５５に成形する。
ビレット４５は、アルミニウムと強化材の界面がケミカルコンタクトによって強固に結合された複合材なので、成形性がよく、その結果、複合材管５５の押出しは容易になる。
【００１９】
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る縮管工程（第１実施例）の第１説明図である。
（ａ）：まず、複合材管５５にアルミニウム管５６を矢印の如く挿入する。
複合材管５５は、所定長さ（例えば、５．５ｍ）に切断した管であり、長さを一般的な管と同様にしたものである。Ｄ１は内径、Ｄ２は外径を示す。
アルミニウム管５６は、複合材管５５の内径Ｄ１より僅かに小さい外径ｄ１のアルミニウム管である。
（ｂ）：複合材管５５の端面５７にアルミニウム管５６の端面５８が合う位置まで挿入する。
【００２０】
図６（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る縮管工程（第１実施例）の第２説明図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図であり、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線断面図である。
（ａ）：プレスマシン６０に複合材管５５をセットし、端面５７から所定の範囲Ｌ１（例えば、端面から２００〜３００ｍｍ）を縮径する。所定の範囲Ｌ１は複合材管５５の一端部である。
（ｂ）：ダイス６１を矢印の如く作動（回転鍛造：ロータリースエージング）させ、アルミニウム管５６とともに、複合材管５５の所定の範囲をダイス６１で押付け、細いつかみ部を造る。
【００２１】
（ｃ）：つかみ部６２は、外径Ｄ２から外径Ｄ３に縮径（先付け）することで、引抜きダイスの孔に通せるようにした部位である。
複合材管５５並びにアルミニウム管５６には、ダイスの押付け力により大きな応力がかかり、塑性変形する。アルミニウム管５６は成形性がよいので、複合材管５５の変形に追従しながら、なおかつ、弾性によりダイスの押付け力に抗しつつ、複合材管５５の内周面を矢印のごとく押付ける。
【００２２】
（ｄ）：つかみ部６２では、複合材管５５の内周面にアルミニウム管５６が密着して複合材管５５を矢印の如く押付けるから、複合材管５５の内面の表層部には圧縮応力が発生し、塑性変形する際の複合材管５５の割れを防止することができる。
従って、縮径の成形が容易である。
【００２３】
複合材管５５の一端部を縮径するので、複合材管５５の端部にアルミニウム管５６を配置するだけでよく、アルミニウム管５６の挿入が容易である。
また、複合材管５５の長さを一般的な長さと同様にすることで、複合材管５５の運搬や段取りなど取り扱いが容易になる。
【００２４】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る引抜き工程の説明図である。
（ａ）：つかみ部６２を引抜き装置７０のダイス７１に通した後（白抜き矢印の方向）、つかみ部６２につかみ具７２を取付ける。続けて、複合材管５５内にプラグ７３を矢印の如く入れる。
（ｂ）：つかみ具７２を白抜き矢印の如く引くことで、ダイス７１とプラグ７３の間を通じて、複合材管５５の内外径に精度を付与する。
つかみ部６２はアルミニウム管５６によって厚くなるので、引張り応力が小さくなり、引きにおいてもより割れが発生し難くなる。
つまり、引抜きをするためには造らなければならない、つかみ部６２の造りが容易になるから、複合材管５５の引抜きが容易になる。
【００２５】
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る縮管工程（第２実施例）の説明図である。上記図５に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
（ａ）：まず、複合材管５５Ｂにアルミニウム管５６Ｂを矢印の如く挿入する。複合材管５５Ｂは所定の長さＬ２（例えば、１０ｍ）に切断した管であり、アルミニウム管５６Ｂは所定の長さＬ３に切断した管である。
（ｂ）：複合材管５５Ｂの中央（Ｌ２／２）にアルミニウム管５６Ｂの中央（Ｌ３／２）を合せる。
【００２６】
（ｃ）：次に、プレスマシン８１のダイス８２で所定の範囲Ｌ１を縮径する。
所定の範囲Ｌ１は、複合材管５５Ｂの中間部であるところの長手方向を２分する位置である。詳細には、所定の範囲Ｌ１は、複合材管５５Ｂの中央（Ｌ２／２）に所定の範囲Ｌ１の中央（Ｌ１／２）を合せた範囲である。
（ｄ）：最後に、複合材管５５Ｂの中央（Ｌ２／２）をカッタ８５で切断し、つかみ部６２を成形した複合材管５５Ｂ，５５Ｂを得る。
【００２７】
複合材管５５Ｂの長手方向を２分する位置で縮径すると、アルミニウム管５６Ｂの挿入が１回で済むから、挿入の時間を低減できる。ダイスにセットするのも１回で済むから、セットする時間を低減できる。
また、所定の範囲Ｌ１（例えば、２００〜３００ｍｍ）を切断するので、つかみ部６２が短くなり、材料の歩留りを向上させることができる。
【００２８】
尚、本発明の実施の形態に示した図６のダイスはこれに限定するものではなくダイスの分割数は任意である。また、装置（プレス及びハンマ）も任意である。
また、アルミニウム管をアルミニウム以外の管（例えば、鋼管、銅管）に替えることも可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、窒化マグネシウムの作用で酸化物系セラミックスを還元する。酸化物系セラミックスであるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を還元して金属化すると、濡れがよくなり、アルミニウム合金と結合することができる。
酸化物系セラミックスの多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させる。アルミニウム合金は還元された酸化物系セラミックスの多孔質に容易に浸透するとともに、酸化物系セラミックスと化学的に強固に結合する。その結果、塑性変形がしやすく、成形性に優れたアルミニウム基複合材を得ることができ、後工程での、押出しや引抜きが容易となる。
【００３０】
アルミニウム基複合材ビレットを押出しプレスで複合材管に成形する。アルミニウム基複合材ビレットは成形性がよいから、押出しが容易である。また、高押出比による変形を加えることで、内部欠陥の除去、緻密化を図ることができ、品質を高めることができる。
複合材管にアルミニウム管を挿入し、アルミニウム管とともに、複合材管を縮径する。複合材管の内周面にアルミニウム管が密着し、アルミニウム管の弾性で複合材管を外方に押付けるので、複合材管の内面の表層部には圧縮応力が発生し、複合材管は割れ難くなる。その結果、割れの心配がなく、縮径の成形が容易である。
引抜きでは、つかみ部をダイスに通し、つかみ部につかみ具を取付ける。引抜きに必要なつかみ部の成形が容易なったので、引抜きを容易に実施することができる。
【００３１】
請求項２では、複合材管の一端部もしくは中間部を縮径する。
一端部であれば複合材管の端部にアルミニウム管を配置するだけでよく、アルミニウム管の挿入が容易である。
また、複合材管の長さを一般的な長さと同様にすることで、複合材管の運搬や段取りなど取り扱いが容易になる。
中間部であれば縮径後、複合材管の長手方向をほぼ２等分に切断し、２本の複合材管を得る。アルミニウム管の挿入を１回にすることで、挿入作業の時間を低減することができる。また、複合材管のダイスへのセットを１回にすることで、セットする時間を低減することができる。
さらに、所定の範囲を切断するので、つかみ部が短くなり、材料の歩留り向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る管の製造方法のフローチャート
【図２】本発明に係るアルミニウム基複合材の製造装置の概要構造図
【図３】本発明に係るアルミニウム基複合材ビレットの製造要領図
【図４】本発明に係る押出し工程の説明図
【図５】本発明に係る縮管工程（第１実施例）の第１説明図
【図６】本発明に係る縮管工程（第１実施例）の第２説明図
【図７】本発明に係る引抜き工程の説明図
【図８】本発明に係る縮管工程（第２実施例）の説明図
【符号の説明】
１０…アルミニウム基複合材製造装置、３１…酸化物系セラミックス（アルミナ）、４１…アルミニウム合金、４２…マグネシウム、４４…窒化マグネシウム、４５…アルミニウム基複合材ビレット、５０…押出しプレス、５５，５５Ｂ…複合材管、５６，５６Ｂ…アルミニウム管、６０…プレスマシン、６１，７１…ダイス、６２…つかみ部、７０…引抜き装置、７２…つかみ具、Ｌ１…所定の範囲。

Claims

窒化マグネシウムの存在下、還元作用で酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体にアルミニウム合金溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材ビレットを製造する工程と、
前記アルミニウム基複合材ビレットを押出しプレスで複合材管に成形する押出し工程と、
前記複合材管に、この複合材管の内径より僅かに小さい外径のアルミニウム管を挿入し、プレスマシンのダイスでアルミニウム管とともに、複合材管の所定の範囲を縮径させてつかみ部を造る縮管工程と、
前記つかみ部を引抜き装置のダイスに通した後、つかみ部につかみ具を取付け、このつかみ具を引いて複合材管の内外径に精度を付与する引抜き工程と、からなることを特徴とするアルミニウム基複合材の管の製造方法。
前記縮管工程の所定の範囲は複合材管の一端部もしくは中間部であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基複合材の管の製造方法。