JP4290850B2

JP4290850B2 - アルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形方法

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Publication number: JP4290850B2
Application number: JP2000137678A
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: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001321871A

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製円盤状部品のプレス成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム基複合材を用いて塑性加工で所望の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（ＡＤＣ１２）で鋳ぐるんでシリンダーを製造する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のスリーブ状にしたものは、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く、且つ、アルミニウムとＳｉＣの界面は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、加工性が悪い。その結果、引抜き加工などの塑性加工がし難く、成形品の高品質化及び生産コストの削減は難しい。
例えば、プレス成形で複合材製の円盤状部品を造ることもできるが、塑性変形の抵抗が大きく、生産コストが嵩み、且つ品質の向上を図り難い。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、生産コストを削減することができ、高品質なアルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形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、円柱状のインナパンチ部及びこのインナパンチ部を囲う円筒状のアウタパンチ部からなる二重構造のパンチを準備するとともに、ダイを準備するプレス型の準備工程と、準備したダイにアルミニウム基複合材のブランク材を載せるセット工程と、このブランク材の中央にインナパンチ部を圧下し、圧下状態を保持するとともに、中央の形状を完成させる第１成形工程と、中央を保持したブランク材の残部にアウタパンチ部を圧下し、残部の形状を完成させる第２成形工程と、からなる。
【０００６】
アルミニウム基複合材のブランク材を二重構造のパンチで円盤状部品に成形する。
第１成形工程では、ブランク材の中央にインナパンチ部を圧下し、押し込むことで、ブランク材の中央の形状のみを成形するとともに、ブランク材の中心から均等にアルミニウム基複合材を延す。その結果、ブランク材の中央の成形精度を高めることができる。
同時に、圧下状態を保持することで、ブランク材の中央を押えながら型の閉塞を実施し、次工程での品質向上を図る。
【０００７】
第２成形工程では、アウタパンチ部を圧下し、押し込むことで、ブランク材の残部を閉塞した型内に延し（流動させ）、アルミニウム基複合材をニアネットシェイプに成形する。その結果、成形後に必要な機械加工の工程数が減少し、生産コストを低減させることができる。
また、閉塞した型内にアウタパンチ部を押し込むことで、閉塞した型内でアルミニウム基複合材を圧縮し、アルミニウム基複合材の外面に大きさが等しく、面に対して直角方向の圧縮力を作用させ、成形中の表面引張り応力を緩和させ、表面の割れ防止を図る。
さらに、閉塞した型内にアウタパンチ部を押し込むことで、閉塞した型内でアルミニウム基複合材を圧縮し、内部欠陥の除去、緻密化を図ることができ、アルミニウム基複合材の品質を向上させることができる。
【０００８】
請求項２は、アルミニウム基複合材は、炉内の窒化マグネシウム雰囲気下で金属酸化物からなる多孔質な強化材を還元し、強化材の少なくとも一部に金属を露出させ、多孔質な強化材にアルミニウム合金の溶湯を浸透させて製造したものであることを特徴とする。
【０００９】
金属酸化物を還元することにより、多孔質の表面を金属化して金属酸化物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る。その結果、塑性加工がより容易となり、生産コストの削減が図れる。
【００１０】
請求項３では、円盤状部品は、第１成形工程のインナパンチ部の圧下でクランクダンパープーリのハブを筒状に成形したもであることを特徴とする。
インナパンチ部の型面としてクランクダンパープーリのハブを成形する型面を用いる。アルミニウム基複合材を採用したクランクダンパープーリのハブをプレス型で容易に成形することができ、アルミニウム基複合材製のハブの生産性を向上させることができる。
【００１１】
【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は本発明に係るアルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形方法のフローチャートであり、ＳＴはステップを示す。
ＳＴ０１：ダイ及び二重構造のパンチ（インナパンチ部、アウタパンチ部）、ストリッパを準備する。
ＳＴ０２：ダイにアルミニウム基複合材のブランク材をセットする。
ＳＴ０３：ストリッパで縁側を保持したブランク材の中央の形状をインナパンチ部で完成させる。
ＳＴ０４：ブランク材の残部の形状をアウタパンチ部で残部を型の隅にまで流動させることで完成させる。
次に、ＳＴ０１〜ＳＴ０４を具体的に説明する。
【００１２】
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１は、雰囲気炉２と、この雰囲気炉２に付属した加熱装置３と、雰囲気炉２に不活性ガスを供給するガス供給装置６と、雰囲気炉２内を減圧する真空ポンプ７とからなる。８及び９は坩堝（るつぼ）である。
詳しくは、加熱装置３は、例えば、制御装置１１と、温度センサ１２と、加熱コイル１３とからなり、ガス供給装置６は、アルゴンガス（Ａｒ）１４のボンベ１５と、窒素ガス（Ｎ₂）１６のボンベ１７と、これらのボンベ１５，１７のガスを雰囲気炉２へ供給する管１８と、この管１８に設けた圧力ゲージ１９，１９とからなる。
【００１３】
坩堝８は金属酸化物からなる多孔質な強化材であるところの多孔質アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）２１及びアルミニウム合金３１を入れる容器であり、坩堝９はマグネシウム（Ｍｇ）３２を入れる容器である。アルミニウム合金３１は、例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の一種であるＪＩＳ−Ａ６０６１（以下、Ａ６０６１と略記する。）である。マグネシウム（Ｍｇ）３２はマグネシウム合金でもよい。
【００１４】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るアルミニウム基複合材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、金属酸化物であるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）２１とともに、アルミニウム合金３１及びマグネシウム（Ｍｇ）３２を炉内に納める。具体的には、坩堝８にアルミナ２１を入れ、アルミナ２１にアルミニウム合金３１を載せ、坩堝９にマグネシウム３２を入れる。
【００１５】
次に、雰囲気炉２内の酸素を除去するために雰囲気炉２内を真空ポンプ７で真空引きし、一定の真空度に達したら、真空ポンプ７を止め、ボンベ１５から雰囲気炉２にアルゴンガス（Ａｒ）１４を矢印▲１▼の如く供給し、加熱コイル１３で矢印▲２▼の如く多孔質アルミナ２１、アルミニウム合金３１及びマグネシウム３２の加熱を開始する。
【００１６】
雰囲気炉２内の温度を温度センサ１２で検出しつつ昇温（自動）させる。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３１は溶解する。同時に、マグネシウム（Ｍｇ）３２は矢印▲３▼の如く蒸発する。その際、雰囲気炉２内はアルゴンガス（Ａｒ）１４の雰囲気下にあるので、アルミニウム合金３１及びマグネシウム（Ｍｇ）３２が酸化することはない。
【００１７】
（ｂ）：次に、雰囲気炉２内を窒素ガス１６で加圧し、窒化マグネシウム３４の作用でアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）２１を還元し、アルミナ２１の多孔質にアルミニウム合金３１の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材３５を製造する。具体的には、真空ポンプ７でアルゴンガス１４を抜きながら窒素ガス１６を流し込み、雰囲気炉２に窒素ガス（Ｎ₂）１６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２内の雰囲気を窒素ガス（Ｎ₂）１６に置換する。
【００１８】
雰囲気炉２内が窒素ガス（Ｎ₂）１６の雰囲気になると、窒素ガス１６は、マグネシウム（Ｍｇ）３２と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）３４を生成する。この窒化マグネシウム３４はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）２１を還元するので、アルミナ２１は濡れ性がよくなる。その結果、アルミナ２１の多孔質にアルミニウム合金３１の溶湯が浸透する。アルミニウム合金３１が凝固してアルミニウム基複合材３５が完成する。浸透過程において、雰囲気炉２内を加圧雰囲気下にすると、浸透が早くなり、短時間でアルミニウム基複合材３５を製造することができる。なお、雰囲気炉２内を真空ポンプ７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。
【００１９】
（ｃ）：アルミニウム基複合材３５は、金属酸化物であるアルミナ２１にアルミニウム合金３１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、アルミニウム基複合材３５をＮＣ（数値制御）旋盤３６で所定の外径寸法に切削加工する。
【００２０】
図４は本発明に係るアルミニウム基複合材のブランク材の製造要領図である。
外径を仕上げたアルミニウム基複合材３５をカッタ４１で所定の厚さｔに切断し、アルミニウム基複合材３５のブランク材４２を形成する。
【００２１】
図５は本発明に係るプレス型の準備工程、及びセット工程の説明図である。
予めプレス型５０を準備する。プレス型５０は、上方のパンチ５１と、このパンチ５１を囲う円筒状のストリッパ５２と、パンチ５１に対向させたダイ５３と、からなる金型である。
【００２２】
パンチ５１は、中央に設けた円柱状のインナパンチ部５４と、このインナパンチ部５４を囲う円筒状のアウタパンチ部５５と、からなる二重構造のパンチである。
また、インナパンチ部５４の先端に型面５６を形成し、アウタパンチ部５５の先端に型面５７を形成した。
【００２３】
ストリッパ５２は型面５８を有し、ダイ５３は型面５９と突出しロッド６１とを有する。
このようなプレス型５０を準備し、ダイ５３の型面５９の中心に位置決め治具を介してブランク材４２をセットする。
【００２４】
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第１成形工程、及び第２成形工程の説明図であり、（ａ）、（ｂ）は第１成形工程、（ｃ）は第２成形工程を示す。
（ａ）：まず、ストリッパ５２のみを下降させる。ストリッパ５２の型面５８でブランク材４２の縁側を保持することで、ブランク材４２の移動を防止するとともに、型の閉塞を開始することができる。
【００２５】
（ｂ）：その次に、中央のインナパンチ部５４の圧下を開始する。インナパンチ部５４を所定の成形条件（ストローク量、速度、圧力等）で制御し、ブランク材４２の中央を型面５６で押し込んで成形する。成形後、インナパンチ部５４を静止させて、ブランク材４２を押える。
【００２６】
第１成形工程では、インナパンチ部５４の圧下でブランク材４２の中央を押し込むので、ブランク材４２の中心から均等にブランク材４２の体積を配分することができ、成形精度の向上を図ることができる。
また、インナパンチ部５４でブランク材４２の中央のみを圧縮するので、アルミニウム基複合材３５が延びやすく（流動しやすく）、成形が容易である。
さらに、インナパンチ部５４の型面５６で狭い範囲を圧縮するので、面圧が大きくなり、図３のアルミニウム基複合材３５からなるブランク材４２の塑性加工はより容易になる。
【００２７】
（ｃ）：続けて、アウタパンチ部５５の圧下を開始する。アウタパンチ部５５を所定の成形条件（ストローク量、速度、圧力等）で制御し、ブランク材４２の残部を成形して円盤状部品６２を得る。
【００２８】
第２成形工程では、ダイ５３の型面５９、ストリッパ５２の型面５８、インナパンチ部５４の型面５６で閉塞した型内にアウタパンチ部５５を圧下し、型面５７を押し込むので、図３のアルミニウム基複合材３５からなるブランク材４２は型の隅にまで延びる（流動する）とともに、アルミニウム基複合材３５の外面に大きさが等しく、面に対して直角方向の圧縮力が作用し、成形中の表面引張り応力を緩和させることができ、表面の割れ防止を図ることができる。従って、品質を高めることができる。
【００２９】
また、ストリッパ５２、ダイ５３、インナパンチ部５４で閉塞した型内にアウタパンチ部５５を圧下し、型面５７を押し込むので、図３のアルミニウム基複合材３５からなるブランク材４２は型の隅にまで延び（流動し）、完成形状に近い形状（ニアネットシェイプ）に成形することができる。その結果、切削や研削などの機械加工の工程数を減らすことができ、生産コストを削減することができる。同時に、ニアネットシェイプによって、材料の歩留りを向上させることができ、機械加工の際の取り代を大幅に少なくすることができ、生産コストを削減することができる。
【００３０】
さらに、ストリッパ５２、ダイ５３、インナパンチ部５４で閉塞した型内にアウタパンチ部５５を圧下し、型面５７を押し込むので、図３のアルミニウム基複合材３５からなるブランク材４２は型の隅にまで延び（流動し）、アルミニウム基複合材３５の内部欠陥の除去、緻密化を図ることができ、品質を高めることができるとともに、検査工程を省き、生産コストを削減することができる。
【００３１】
成形完了後、まず、パンチ５１を上昇させ、その次にストリッパ５２を上昇させ、最後に突出しロッド６１を突出して型面５９から円盤状部品６２を離型する。円盤状部品６２をプレス型５０から取り出してアルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形が完了する。
【００３２】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材製円盤状部品の加工説明図であり、断面を示す。
（ａ）において、円盤状部品６２は、プーリの部品であり、プーリを軸に取付けるためのハブ６３と、このハブ６３に取付けたディスク６４とからなり、ハブ６３は完成形状に仕上がっていないものである。
【００３３】
（ｂ）において、ハブ６３に軸穴６５を開け、この軸穴６５にキー溝６６を形成し、プーリ部品６７が完成する。完成したプーリ部品６７をまとめて次工程のプーリ組立に搬送する。なお、軸穴６５をプレス成形で打ち抜かずに、後工程で加工すると、軸穴の直径（呼び径）をある範囲内で変更することができ、同一の型で数種類の軸穴の直径に対応することができ、プレス型の生産コストを低減することができる。
【００３４】
図８は本発明に係る円盤状部品を用いたクランクダンパープーリの斜視図であり、クランクダンパープーリ７０は、プーリ部品６７（円盤状部品）に緩衝部材７１を取付け、この緩衝部材７１に溝部材７２を嵌合したプーリである。すなわち、上記図６の第１成形工程で使用するインナパンチ部の型面の一例として、クランクダンパープーリ７０のハブ６３を成形する型面を用いた。
【００３５】
アルミニウム基複合材を採用したクランクダンパープーリ７０のハブ６３をプレス型で容易に成形することができ、ハブ６３の生産コストを削減することができる。
【００３６】
尚、本発明の実施の形態に示した図５のパンチ５１は二重構造に限定するものではなく、三重構造又はそれ以上の多重構造であってもよい。
また、パンチ５１、ストリッパ５２及びダイ５３の型面の形状は一例であって、型の形状は任意である。
図３（ｂ）の窒化マグネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）３４の生成方法では、マグネシウム（Ｍｇ）を坩堝９に入れたが、これに限定するものではない。例えば、予め多孔質成形体にマグネシウムを含有させておいて、窒化マグネシウムを生成させるようにしてもよい。
【００３７】
【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、ダイにアルミニウム基複合材のブランク材を載せるセット工程後、ブランク材にストリッパを下降させて、ストリッパの型面でブランク材の縁側を保持することで、ブランク材の移動を防止するとともに、型を閉塞し、保持したブランク材の中央にインナパンチ部を圧下し、圧下状態を保持するとともに、中央の形状を完成させる第１成形工程では、ストリッパの型面でブランク材の縁側を保持することで、ブランク材の移動を防止するとともに、型の閉塞を開始することができる。
第１成形工程では、その次に、ブランク材の中央にインナパンチ部を圧下することで、中央の形状を成形するとともに、ブランク材の中心から均等にブランク材の体積を延す（流動させる）ことができる。従って、成形精度の向上を図ることができる。
また、中央の成形完了と同時に、インナパンチ部を静止させ、ブランク材の中央を保持するとともに、型の閉塞を実施することで、アルミニウム基複合材製円盤状部品の成形精度の向上を図ることができる。
【００３８】
第２成形工程では、ブランク材の残部にアウタパンチ部を圧下することで、第１成形工程のストリッパによって閉塞した型内にアウタパンチ部を押し込み、閉塞した型内にアルミニウム基複合材の残部を延し（流動させ）、圧縮し、ニアネットシェイプに成形することができる。その結果、機械加工の工程数が減少し、生産コストを削減することができる。同時に、ニアネットシェイプによって、機械加工の取り代が小さくなり、機械加工の加工時間を短縮することができ、生産コストを削減することができる。
【００３９】
また、アウタパンチ部を圧下することで、閉塞した型内にアルミニウム基複合材を延し（流動させ）、圧縮し、アルミニウム基複合材の外面に大きさが等しく、面に対して直角方向の圧縮力を作用させて、成形中の表面引張り応力を緩和ることができ、表面の割れ防止を図ることができる。従って、品質を高めることができる。
【００４０】
さらに、アウタパンチ部を圧下することで、閉塞した型内にアルミニウム基複合材を延し（流動させ）、圧縮し、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。
【００４１】
請求項２では、炉内の窒化マグネシウム雰囲気下で金属酸化物を還元し、多孔質の一部に金属を露出させ、濡れ性をよくし、多孔質にアルミニウム合金の溶湯を浸透させてアルミニウム基複合材を製造したので、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る。その結果、塑性加工が容易となり、生産コストを削減することができる。
【００４２】
請求項３では、第１成形工程のインナパンチ部の圧下でクランクダンパープーリのハブを筒状に成形したので、アルミニウム基複合材を用いたクランクダンパープーリのハブをプレス型で連続して造ることができ、ハブの生産性を向上させることができる。従って、アルミニウム基複合材製のハブの生産コストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形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の製造要領図
【図４】本発明に係るアルミニウム基複合材のブランク材の製造要領図
【図５】本発明に係るプレス型の準備工程、及びセット工程の説明図
【図６】本発明に係る第１成形工程、及び第２成形工程の説明図
【図７】本発明に係るアルミニウム基複合材製円盤状部品の加工説明図
【図８】本発明に係る円盤状部品を用いたクランクダンパープーリの斜視図
【符号の説明】
１…アルミニウム基複合材製造装置、２…炉（雰囲気炉）、２１…強化材（アルミナ）、３１…アルミニウム合金、３２…マグネシウム、３４…窒化マグネシウム、３５…アルミニウム基複合材、４２…ブランク材、５０…プレス型、５１…パンチ、５３…ダイ、５４…インナパンチ部、５５…アウタパンチ部、６２…円盤状部品、６３…ハブ、７０…クランクダンパープーリ。

Claims

円柱状のインナパンチ部及びこのインナパンチ部を囲う円筒状のアウタパンチ部からなる二重構造のパンチと、該パンチを囲う円筒状のストリッパとを準備するとともに、ダイを準備するプレス型の準備工程と、
準備したダイにアルミニウム基複合材のブランク材を載せるセット工程と、
前記ブランク材に前記ストリッパを下降させて、ストリッパの型面でブランク材の縁側を保持することで、ブランク材の移動を防止するとともに、型を閉塞し、保持したブランク材の中央に前記インナパンチ部を圧下し、圧下状態を保持するとともに、中央の形状を完成させる第１成形工程と、
前記中央及び縁側を保持したブランク材の残部に前記アウタパンチ部を圧下し、ブランク材の残部を閉塞した型の隅にまで流動させることで残部の形状を完成させる第２成形工程と、
からなることを特徴とするアルミニウム基複合材製円盤状部品のプレス成形方法。
前記アルミニウム基複合材は、炉内の窒化マグネシウム雰囲気下で金属酸化物からなる多孔質な強化材を還元し、強化材の少なくとも一部に金属を露出させ、多孔質な強化材にアルミニウム合金の溶湯を浸透させて製造したもの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製円盤状部品のプレス成形方法。
前記円盤状部品は、前記第１成形工程のインナパンチ部の圧下でクランクダンパープーリのハブを筒状に成形したも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製円盤状部品のプレス成形方法。