JP4933788B2 - Bulge molding method and hollow molded body - Google Patents
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Description
本発明は、中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法及びそれによって得られる中空成形体に関する。 The present invention relates to a bulge forming method in which a pressure fluid is circulated through a hollow workpiece to perform a forming process, and a hollow formed body obtained by the method.
長尺であり、且つ長手方向に直交する方向の断面形状ないし寸法が部位によって相違する中空成形体を作製する手法として、中空ワークに圧力流体(一般的には高圧水)を流通しながら成形を施すバルジ成形加工が採用されている。 As a method for producing a hollow molded body that is long and has a different cross-sectional shape or dimension in a direction orthogonal to the longitudinal direction, the molding is performed while circulating a pressure fluid (generally high-pressure water) through the hollow workpiece. The applied bulge forming process is adopted.
直管を原材料とする場合を例示して説明すると、先ず、直管を予備成形金型に収容し、この状態で、圧力流体を直管の内部に供給する。これにより直管の内周壁が圧力流体に押圧され、その結果、該直管に、直径方向外方に膨張した部位が形成される。なお、直管が金型に収容されているので、膨張した部位は最終的に金型で堰止される。この工程は、拡管工程とも呼称される。 The case where the straight pipe is used as a raw material will be described as an example. First, the straight pipe is accommodated in a preforming mold, and in this state, the pressure fluid is supplied into the straight pipe. As a result, the inner peripheral wall of the straight pipe is pressed by the pressure fluid, and as a result, a portion that expands radially outward is formed in the straight pipe. In addition, since the straight pipe is accommodated in the mold, the expanded portion is finally blocked by the mold. This process is also called a pipe expansion process.
次に、膨張部位を有する直管が別の金型に移され、圧縮機構の作用下に前記膨張部位が主に押圧されて所定の形状に押圧成形される。さらに、別の金型で本成形加工が施され、これにより中空成形体が得られるに至る。 Next, the straight pipe having the expansion portion is transferred to another mold, and the expansion portion is mainly pressed under the action of the compression mechanism to be pressed into a predetermined shape. Further, the main forming process is performed with another mold, and thereby a hollow molded body is obtained.
この種のバルジ成形加工において、前記断面形状ないし寸法を精度よく得るための様々な試みがなされつつある。例えば、特許文献1には、予備成形金型の温度を中空ワークの再結晶温度以上に設定するとともに、本成形金型の温度を該中空ワークの再結晶温度以下に設定することが提案されている。 In this type of bulge forming process, various attempts are being made to obtain the cross-sectional shape or dimensions with high accuracy. For example, Patent Document 1 proposes setting the temperature of the preforming die to be equal to or higher than the recrystallization temperature of the hollow workpiece and setting the temperature of the main molding die to be equal to or lower than the recrystallization temperature of the hollow workpiece. Yes.
また、特許文献2には、中空成形体の肉厚分布の制御を容易にするべく、中空ワークの長手方向に沿って温度分布を設けることが提案されている。この場合、高温に加熱された部位の伸び量が大きくなるので肉厚が小さくなる一方、比較的低温となるように加熱された部位の伸び量が小さくなるので肉厚が大きくなる。 Patent Document 2 proposes providing a temperature distribution along the longitudinal direction of the hollow workpiece in order to facilitate the control of the thickness distribution of the hollow molded body. In this case, the thickness of the portion heated to a high temperature increases, so that the thickness decreases. On the other hand, the extension of the portion heated to a relatively low temperature decreases, so the thickness increases.
特許文献1記載の従来技術では、中空ワークの材質である金属の転位の低減に着目し、再結晶温度以上に加熱して予備成形加工を行うようにしているが、中空ワークとしてAl合金からなるものを用いてこのような温度域まで加熱すると、Alと他の金属原子との均一固溶体化が起こることがある。この場合、冷却速度によっては、中空ワークの金属組織中に前記金属原子を含む粗大粒子が析出し、その結果、中空成形体に低強度な部位が形成されるという不具合を招く。 In the prior art described in Patent Document 1, attention is paid to the reduction of dislocations in the metal that is the material of the hollow work, and the preforming process is performed by heating above the recrystallization temperature, but the hollow work is made of an Al alloy. When a material is used and heated to such a temperature range, uniform solid solution of Al and other metal atoms may occur. In this case, depending on the cooling rate, coarse particles containing the metal atoms are precipitated in the metal structure of the hollow workpiece, and as a result, there is a problem that a low-strength portion is formed in the hollow molded body.
また、中空成形体として、部位によって強度が相違するものが希求されることがある。例えば、自動車車体のフレームを構成するフレーム部材として中空成形体を用いる場合等である。この場合、フレーム部材に強度、ひいては衝撃吸収を担う部位と担わない部位とが存在すると、衝撃吸収を担うレーム部材と担わないフレーム部材とを別個に作製する必要がなくなり、フレーム部材の点数が少なくなる。従って、該フレーム部材同士を溶接してフレームを構成する際の工程数が低減する等の利点がある。 In addition, there is a demand for hollow molded bodies having different strengths depending on the part. For example, it is a case where a hollow molded body is used as a frame member constituting a frame of an automobile body. In this case, if the frame member has a strength, and hence a portion that does not bear the shock absorption, and a portion that does not bear the shock, it is not necessary to separately prepare the frame member that bears the shock absorption and the frame member that does not bear the shock, and the number of the frame members is reduced. Become. Therefore, there are advantages such as a reduction in the number of processes when the frame members are welded to form a frame.
この点、特許文献2記載の従来技術では、肉厚を異ならせることで強度を相違させることは可能であるが、肉厚が略同等でありながら強度を相違させることは困難である。 In this regard, in the prior art described in Patent Document 2, it is possible to vary the strength by varying the thickness, but it is difficult to vary the strength while the thickness is substantially equal.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、所定の部位以外に低強度部位が形成されることを回避可能である一方、中空成形体を得ることが容易なバルジ成形方法と、部位によって強度が相違する中空成形体とを提供することを目的とする。 The present invention was made in order to solve the above-mentioned problem, and while avoiding the formation of a low-strength portion other than a predetermined portion, a bulge forming method that makes it easy to obtain a hollow molded body, It aims at providing the hollow molded object from which intensity | strength changes with parts.
前記の目的を達成するために、本発明は、合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない金属相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記金属相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型によって冷却しながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する金属相を金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とする。なお、以下においては、金属相を単に「相」と表記することもある。
In order to achieve the above object, the present invention is a bulge forming method in which a pressure fluid is circulated through a hollow work made of an alloy to perform a forming process,
Heating the hollow workpiece;
A preforming step in which preforming is performed while circulating a pressure fluid through the hollow workpiece in a preforming mold set at a temperature equal to or higher than a precipitation temperature at which a metal phase that does not contribute to improving the strength of the hollow workpiece is precipitated in the metal structure of the alloy. When,
The hollow work that has been preformed is housed in a main mold set at a temperature at which quenching can be performed, and the hollow work is cooled by the main mold at a cooling rate at which the metal phase does not precipitate. However, a main molding process for subjecting the hollow workpiece to a main molding process,
An aging treatment step of performing an aging treatment on the hollow workpiece subjected to the main forming process and precipitating a metal phase contributing to an improvement in the strength of the hollow workpiece in a metal structure,
It is characterized by having. In the following, the metal phase may be simply referred to as “phase”.
すなわち、本発明においては、予備成形加工終了後の中空ワークを、本成形加工を行う金型で急冷する際、強度向上に寄与しない相が析出しない冷却速度にして過飽和固溶体を形成し、次に、この過飽和固溶体に対して時効処理を施すことで強度向上に寄与する相を析出させるようにしている。これにより、強度に優れた成形体が得られる。このように、中空ワークの温度及び冷却速度を制御することで、強度向上に寄与しない相が析出して低強度な部位が中空成形体に生じることを回避することができる。勿論、強度向上に寄与しない相、強度向上に寄与する相のいずれにも、合金を形成する溶質原子が含まれる。 That is, in the present invention, when the hollow work after completion of the preforming process is quenched with a mold for performing the forming process, a supersaturated solid solution is formed at a cooling rate at which a phase that does not contribute to strength improvement does not precipitate, By applying an aging treatment to the supersaturated solid solution, a phase contributing to strength improvement is precipitated. Thereby, the molded object excellent in intensity | strength is obtained. Thus, by controlling the temperature and cooling rate of the hollow workpiece, it is possible to avoid the occurrence of a low strength portion in the hollow molded body due to precipitation of a phase that does not contribute to strength improvement. Of course, both of the phase that does not contribute to the improvement of strength and the phase that contributes to the improvement of strength include solute atoms forming the alloy.
ここで、析出相が強度向上に寄与するか否かは、例えば、原材料である合金からなるテストピースと、該テストピースに対して熱処理を施した後に様々な冷却速度で冷却することで互いに別種の相を析出させた熱処理テストピースとで強度を比較することで判断することが可能である。中空ワークがAl−Mg−Si系合金である場合、β相(Mg2Si)が強度向上に寄与しない相に該当する。 Here, whether or not the precipitated phase contributes to improving the strength is determined by, for example, testing a test piece made of an alloy as a raw material, and by cooling the test piece at various cooling rates after heat treatment. It can be judged by comparing the strength with a heat-treated test piece in which the above phase is precipitated. When the hollow workpiece is an Al—Mg—Si alloy, the β phase (Mg 2 Si) corresponds to a phase that does not contribute to strength improvement.
なお、強度向上に寄与する相と寄与しない相とを別部位に析出させ、これにより強度が互いに相違する部位を同一部材内に設けることもできる。すなわち、本発明は、合金製の中空ワークに圧力流体を流通させて成形加工を施すバルジ成形方法であって、
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない金属相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された第1部位と、前記析出温度未満の温度に設定された第2部位とが設けられた予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記第1部位に前記金属相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型で冷却することで、前記第1部位の金属組織に前記金属相を析出させず且つ前記第2部位の金属組織に前記金属相を析出させながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する金属相を前記第1部位の金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とする。
In addition, the phase which contributes to strength improvement, and the phase which does not contribute can be deposited in another site | part, and the site | part from which intensity | strength differs mutually can also be provided in the same member. That is, the present invention is a bulge forming method for performing a forming process by circulating a pressure fluid through a hollow work made of an alloy,
Heating the hollow workpiece;
There are provided a first part set to be equal to or higher than a precipitation temperature at which a metal phase that does not contribute to improving the strength of the hollow workpiece is precipitated in the metal structure of the alloy, and a second part set to a temperature lower than the precipitation temperature. In a preforming mold, a preforming step for preforming while circulating a pressure fluid through the hollow work,
The hollow workpiece that has been preformed is accommodated in a main mold set at a temperature at which quenching can be performed, and the hollow workpiece is formed at a cooling rate at which the metal phase does not precipitate in the first part. by cooling the mold, subjected to the molding against the hollow workpiece while precipitating the metal phase and the second portion of the metal structure without precipitation of the metal phase in the first portion of the metal structure The main molding process,
An aging treatment is performed on the hollow work subjected to the main forming process, and a metal phase contributing to the strength improvement of the hollow work is precipitated in the metal structure of the first part;
It is characterized by having.
この場合、予備成型工程が営まれると、中空ワークには、強度向上に寄与しない相が析出する析出温度以上に上昇した高温部位(第1部位)と、該析出温度未満である低温部位(第2部位)とが生じる。この中空ワークを本成形加工時に急冷すると、高温部位からは前記相が析出しないものの、低温部位からは前記相が析出する。上記したように、前記相が析出しない部位では時効処理を施すと別相が析出して強度が比較的大きくなるのに対し、前記相が析出した部位では、時効処理が施されても強度はさほど向上しない。従って、低温部位は前記高温部位に比して低強度となる。 In this case, when the preforming process is performed, the hollow workpiece has a high-temperature portion (first portion) that rises above the precipitation temperature at which a phase that does not contribute to strength improvement is precipitated, and a low-temperature portion (first portion) that is lower than the precipitation temperature. 2 sites). When the hollow workpiece is rapidly cooled during the main forming process, the phase does not precipitate from the high temperature part, but the phase precipitates from the low temperature part. As described above, when an aging treatment is performed at a portion where the phase does not precipitate, another phase is precipitated and the strength becomes relatively large. On the other hand, at a portion where the phase is precipitated, the strength is increased even when the aging treatment is performed. Not much improvement. Accordingly, the low temperature portion has a lower strength than the high temperature portion.
このように、予備成形金型に高温部位と低温部位を設けることで、部位に応じて強度が異なる中空成形体を容易に作製することができる。しかも、この場合、強度を変更するために肉厚を変更する必要もない。 Thus, by providing a high temperature part and a low temperature part in a preforming mold, it is possible to easily produce a hollow molded body having different strengths depending on the part. Moreover, in this case, it is not necessary to change the wall thickness in order to change the strength.
さらに、この場合、強度が異なる中空成形体を個別に設ける必要がないので、原材料コストを低減することができるとともに、成形工程数を減少することもできる。その上、接合工程数も低減する。 Further, in this case, since it is not necessary to separately provide hollow molded bodies having different strengths, raw material costs can be reduced and the number of molding steps can be reduced. In addition, the number of bonding steps is reduced.
前記予備成形工程に、中空ワークを膨張させる拡管工程を含めるようにしてもよい。この場合、拡管工程で得られる膨張後の中空ワークの膨張部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法を、前記本成形加工工程で本成形加工が施された後の中空ワークの成形部位を前記と同一方向に切断して露呈する断面の外周寸法と略同一にすることが好ましい。 The preforming step may include a tube expansion step for expanding the hollow workpiece. In this case, the outer peripheral dimension of the cross section exposed by cutting the expanded portion of the expanded hollow work obtained in the tube expansion process in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the hollow work is subjected to the main forming process in the main forming process. It is preferable that the molded part of the hollow work after being made is substantially the same as the outer peripheral dimension of the cross section exposed by cutting in the same direction as described above.
このような寸法設定を行うと、本成形加工の際、中空ワークを内圧によって延伸させる必要がなく、従って、成形部位の外周寸法(周囲長)の寸法変化がほとんどない。このため、本成形加工において、温度を上昇させない場合であっても、中空成形体の寸法精度、ひいては形状の精度を確保することが容易となる。 When such dimension setting is performed, it is not necessary to stretch the hollow workpiece with the internal pressure during the main forming process, and therefore there is almost no change in the outer peripheral dimension (peripheral length) of the molding part. For this reason, even if it is a case where temperature is not raised in this shaping | molding process, it becomes easy to ensure the dimensional accuracy of a hollow molded object and by extension, the precision of a shape.
ここで、本成形金型の設定温度は、溶質原子を含む相が析出しない冷却速度が得られる温度であれば特に限定されるものではなく、人工時効処理温度以下、例えば、概ね200℃程度以下であればよいが、室温であると冷却速度が大きくなるので好適である。 Here, the set temperature of the present molding die is not particularly limited as long as it is a temperature at which a cooling rate at which a phase containing solute atoms does not precipitate is obtained, and it is not more than an artificial aging temperature, for example, about 200 ° C. or less. However, it is preferable that the temperature is room temperature because the cooling rate increases.
さらに、本発明は、合金からなり、且つ長手方向に直交する方向の断面形状又は寸法が部位によって相違する長尺な中空成形体であって、
強度向上に寄与しない第1金属相を金属組織中に含む第1部位と、強度向上に寄与する第2金属相を金属組織中に含み且つ前記第1部位に比して高強度な第2部位とを有する単一部材であることを特徴とする。
Furthermore, the present invention is a long hollow molded body made of an alloy and having a different cross-sectional shape or dimension in a direction orthogonal to the longitudinal direction, depending on the site,
A first part containing in the metal structure a first metal phase that does not contribute to improving the strength, and a second part containing a second metal phase contributing to improving the strength in the metal structure and having a higher strength than the first part. It is the single member which has these.
この中空成形体は、強度が相違する部分を一体的に有する。従って、部位に応じて強度が異なる構造体を設ける際、強度が互いに相違する複数個の中空成形体を個別に設け、これらを接合する必要がない。このため、原材料コストを低減することができる上、成形工程数を減少することもできる。 This hollow molded body integrally has portions with different strengths. Therefore, when providing structures having different strengths according to the portions, it is not necessary to individually provide a plurality of hollow molded bodies having different strengths and to join them. For this reason, raw material costs can be reduced, and the number of molding steps can be reduced.
このような中空成形体の材質の好適な例としては、Mg及びSiを含有するAl合金が挙げられる。この場合、第1相としてはMg2Si(β相)が形成され、一方、第2相としては、β’相が形成される。 A suitable example of the material of such a hollow molded body is an Al alloy containing Mg and Si. In this case, Mg 2 Si (β phase) is formed as the first phase, while β ′ phase is formed as the second phase.
本発明においては、予備成型金型の所定部位を所定温度に保持することで中空ワークにおける対応部位を所定温度に設定し、強度向上に寄与しない相の析出・不析出を制御するようにしている。この析出・不析出に応じ、中空成形体(中空ワーク)の各部位の強度が設定される。 In the present invention, the predetermined part of the preforming mold is held at a predetermined temperature so that the corresponding part in the hollow workpiece is set to the predetermined temperature to control the precipitation / non-precipitation of the phase that does not contribute to the strength improvement. . The strength of each part of the hollow molded body (hollow workpiece) is set according to this precipitation / non-deposition.
すなわち、本発明によれば、中空成形体(中空ワーク)の所定の部位を所定の強度に設定することができる。換言すれば、所定の部位以外に低強度部位が形成されることを回避することができるのみならず、部位によって強度が相違する中空成形体を容易に作製することもできる。 That is, according to the present invention, a predetermined portion of the hollow molded body (hollow workpiece) can be set to a predetermined strength. In other words, it is possible not only to avoid the formation of a low-strength part other than the predetermined part, but also to easily produce a hollow molded body having a different strength depending on the part.
以下、本発明に係るバルジ成形方法及び中空成形体につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the bulge forming method and the hollow molded body according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1実施形態に係るバルジ成形方法のフローチャートを、直管(中空ワーク)から中空成形体を得る場合を例示して図1A〜図1Eに示す。このバルジ成形方法では、直管10を加熱する加熱工程S1と、予備成形工程としての拡管工程S2及び押圧成形工程S3と、本成形加工工程S4と、時効処理工程S5とが実施され、拡管工程S2、押圧成形工程S3、本成形加工工程S4のそれぞれでは、第1半製品12、第2半製品14、中空成形体16が作製される。
Flowcharts of the bulge forming method according to the first embodiment are shown in FIGS. 1A to 1E exemplifying a case where a hollow molded body is obtained from a straight pipe (hollow workpiece). In this bulge forming method, a heating step S1 for heating the
この場合、バルジ成形加工を行うバルジ成形装置は、加熱ステーション、拡管ステーション、押圧成形ステーション、本成形加工ステーションを有し、各ステーションにて加熱工程S1〜本成形加工工程S4の各工程が行われる。なお、時効処理工程S5は、熱処理炉にて実施される。 In this case, the bulge forming apparatus that performs the bulge forming process includes a heating station, a tube expansion station, a press forming station, and a main forming process station, and each step of the heating process S1 to the main forming process S4 is performed in each station. . The aging treatment step S5 is performed in a heat treatment furnace.
第1実施形態において、直管10は、JISに規格されるいわゆる6000系のAl合金、換言すれば、Al−Mg−Si系合金からなる。この種のAl合金の具体例としては、A6063合金が挙げられる。
In the first embodiment, the
この直管10は、挟持機構によって両端から挟持され、この状態で前記加熱ステーションに搬送される。その後、直管10は、図1Aに示すように、加熱ステーションに設けられた加熱手段、例えば、電極20、22で加熱されて500℃以上に昇温される。これにより、加熱工程S1が実施される。
The
加熱された直管10は、拡管工程S2を行う拡管ステーションに移送され、該拡管ステーションに配設されて所定距離で離間した拡管下型30と拡管上型32の間に位置する(図2参照)。
The heated
ここで、拡管下型30及び拡管上型32の双方には、該拡管下型30及び該拡管上型32の長手方向に沿って延在する長尺円柱体形状のヒータ34a〜34e、36a〜36eがそれぞれ埋設されている。拡管下型30及び拡管上型32の温度は、これらヒータ34a〜34e、36a〜36eが予め付勢されることで、直管10の材質であるAl−Mg−Si系合金(例えば、A6063合金)のβ相の析出温度以上に保持されている。β相であるMg2Siの析出温度が約480℃であることから、拡管下型30及び拡管上型32の保持温度は、例えば、約500℃以上に設定すればよい。
Here, in both of the lower pipe expansion mold 30 and the upper
その後、拡管下型30が直管10に指向して上昇することにより型締めがなされ、図2に示すように、拡管下型30と拡管上型32で形成されるキャビティ38に直管10が収容される。キャビティ38において、長手方向に直交する周囲方向の一部は、直管10の直径に比して大寸法に設定されている。このため、当該部位では、直管10の外周壁は、拡管下型30及び拡管上型32の双方から離間した状態となっている。
Thereafter, the lower mold 30 is raised toward the
次に、前記挟持機構を介して圧縮エアが直管10の内部に供給され、これに伴って直管10の内部の圧力が上昇する。すなわち、直管10が圧縮エアによって内部から押圧され、拡管下型30と拡管上型32から離間した前記部位では、これら拡管下型30と拡管上型32に指向して直管10が膨張し始める。
Next, compressed air is supplied into the
膨張した部位は、最終的に、拡管下型30及び拡管上型32に堰止される。これにより膨張が停止され、キャビティ38に対応する形状の第1半製品12(図1B参照)が形成される。
The expanded portion is finally dammed by the expanded lower die 30 and the expanded
この拡管工程S2が行われている間、直管10には、拡管下型30及び拡管上型32から熱が伝達される。熱を受けた直管10は、拡管下型30及び拡管上型32の温度が直管10の材質であるAl−Mg−Si系合金のβ相の析出温度以上に保持されているため、Mg、SiがAlに溶質原子として固溶する固溶体化が促進される。
While this pipe expansion step S <b> 2 is performed, heat is transmitted to the
型締めがされて所定時間が経過した後、第1半製品12内の圧縮エアが排気され、さらに、拡管下型30が下降して型開きがなされる。露呈した第1半製品12は、次に、押圧成形ステーションに移送され、所定距離で互いに離間した押圧成形下型40と押圧成形上型42の間に配置される(図3参照)。 After a predetermined time has passed after the mold is clamped, the compressed air in the first semi-finished product 12 is exhausted, and the expanded pipe lower mold 30 is lowered to open the mold. The exposed first semi-finished product 12 is then transferred to a press molding station and placed between a press molding lower die 40 and a press molding upper die 42 that are separated from each other by a predetermined distance (see FIG. 3).
前記拡管下型30及び前記拡管上型32と同様に、これら押圧成形下型40及び押圧成形上型42にも、押圧成形下型40及び押圧成形上型42の長手方向に沿って延在する長尺円柱体形状のヒータ44a〜44e、46a〜46eがそれぞれ埋設されている。そして、これらヒータ44a〜44e、46a〜46eが予め付勢されることにより、押圧成形下型40及び押圧成形上型42も、その温度がAl−Mg−Si系合金のβ相の析出温度以上、例えば、約500℃に保持されている。
Similarly to the pipe expansion lower mold 30 and the pipe expansion
押圧成形工程S3の開始に伴って押圧成形下型40が上昇すると、第1半製品12が押圧成形上型42に指向して押圧される。押圧成形下型40が第1半製品12に当接する直前に、前記挟持機構を介して圧縮エアが供給される。この際の供給圧力は、第1半製品12が拡管されない程度に設定すればよい。
When the press-molding
押圧成形下型40が所定の位置まで上昇変位すると、図3に示すキャビティ48が形成される。この場合、押圧成形下型40及び押圧成形上型42の一部で第1半製品12における前記膨張部位等が押圧成形され、最終的に、第2半製品14(図1C参照)が作製される。このようにして押圧成形工程S3が行われている間も、拡管工程S2時と同様に、押圧成形下型40及び押圧成形上型42の熱が第1半製品12に伝達される。従って、第1半製品12ないし第2半製品14に対し、溶体化処理が施される。
When the press-molding
押圧成形工程S3が終了すると第2半製品14内の圧縮エアが排気され、その後、押圧成形下型40が下降して型開きがなされる。露呈した第2半製品14は、直管10の円周方向に沿って約90°回転され、その後、所定距離で互いに離間した本成形加工ステーションの本成形下型50と本成形上型52の間に配置される(図4参照)。
When the press molding step S3 is completed, the compressed air in the second
これら本成形下型50及び本成形上型52には、冷却媒体を流通させるための冷媒通路54a〜54e、56a〜56eがそれぞれ設けられている。各冷媒通路54a〜54e、56a〜56eには、水や油、圧縮空気等の冷却媒体が流通され、これにより、本成形下型50及び本成形上型52の双方が室温に保持されている。
The main molding
従って、本成形加工工程S4が開始され、本成形下型50が上昇して型締めがなされると、第2半製品14は、β相析出温度以上の温度から室温に急冷される。このような急冷が施された第2半製品14では、その材質であるAl−Mg−Si系合金の金属組織中に、β相であるMg2Siが析出することが回避される。
Accordingly, when the main forming step S4 is started and the main
以上のように、第1実施形態においては、予備成形工程、すなわち、拡管工程S2及び押圧成形工程S3で直管10、第1半製品12及び第2半製品14をβ相析出温度以上に加熱する一方、本成形加工工程S4では、第2半製品14を室温まで急冷しながら中空成形体16を作製するようにしている。これにより、β相(Mg2Si)が析出することが回避され、過飽和固溶体からなる中空成形体16(図1D参照)が形成される。
As described above, in the first embodiment, the
なお、第2半製品14において、押圧成形工程S3で成形される部位を長手方向に対して直交する方向に沿って切断し、露呈する断面の外周寸法(周囲長)は、中空成形体16における対応部位の周囲長に略同一となるように設定される。この周囲長の制御は、押圧成形下型40及び押圧成形上型42によって形成されるキャビティ48の対応部位の周囲方向寸法と、本成形下型50及び本成形上型52によって形成されるキャビティ58の対応部位の周囲方向寸法とを略合致させることによって行うことができる。
In addition, in the second
このように、第2半製品14から中空成形体16に変形させる際に周囲長をほとんど変化させることなく本成形加工工程S4を行うことにより、中空成形体16の寸法精度、ひいては形状の精度を確保することが容易となる。この場合、第2半製品14を内圧によって延伸させる必要がほとんどなく、従って、第2半製品14から中空成形体16に変形する過程で寸法変化がほとんどないからである。
As described above, when the second
また、この本成形加工工程S4が実施される間も、第2半製品14の内部に圧縮エアが供給される。
Further, compressed air is supplied to the inside of the second
その後、時効処理工程S5が実施される。すなわち、中空成形体16を前記熱処理炉内に収容し、人工時効処理を施す。時効処理条件は、例えば、180℃、6時間とすればよい。又は、自然時効を行うようにしてもよい。
Thereafter, an aging treatment step S5 is performed. That is, the hollow molded
この時効処理により、中空成形体16の材質であるAl−Mg−Si系合金(過飽和固溶体)の金属組織中に、溶質原子であるMg、Siがβ’相として析出する。β’相はAl−Mg−Si系合金の強度向上に寄与する相であり、従って、中空成形体16の強度は、直管10に比して高くなる。なお、β’相の典型的な形態は微細粒子であるが、特にこれに限定されるものではない。
By this aging treatment, Mg and Si as solute atoms are precipitated as β ′ phase in the metal structure of the Al—Mg—Si based alloy (supersaturated solid solution) that is the material of the hollow molded
すなわち、第1実施形態では、中空成形体16の材質であるAl−Mg−Si系合金の金属組織中にβ相(Mg2Si)が析出しない冷却速度で第2半製品14を急冷して過飽和固溶体とし、次に、時効処理によってβ’相を前記過飽和固溶体から析出させるようにしている。このような金属組織が形成された中空成形体16は、拡管工程S2、押圧成形工程S3及び本成形加工工程S4を約500℃で行った後、溶体化処理、焼入処理(急冷)、時効処理を行って得られた材質、形状及び寸法等がすべて同一の中空成形体16に比して、抗張力で1.5倍以上、耐力で2.5倍以上の優れた物性を示す。
That is, in the first embodiment, the second
以上のように、本成形加工工程S4時にβ相が析出しない冷却条件を設定することにより、低強度な部位が形成されることを回避することができる。 As described above, it is possible to avoid the formation of a low-strength portion by setting the cooling condition in which the β phase does not precipitate during the main forming step S4.
複数個の中空成形体16を連続して作製するべく、加熱工程S1〜本成形加工工程S4が連続して実施されると、前回に作製された中空成形体16の熱が本成形下型50及び本成形上型52に伝達される。この場合、伝達された熱は、冷媒通路54a〜54e、56a〜56eに流通する冷却媒体に速やかに吸収され、本成形下型50及び本成形上型52から除去される。従って、本成形下型50及び本成形上型52の温度上昇が回避されるので、本成形加工工程S4の実施回数とともに第2半製品14の熱膨張量が異なることに起因して中空成形体16の精度が低減することが回避される。
When the heating step S1 to the main forming step S4 are continuously performed in order to continuously produce a plurality of hollow molded
次に、第2実施形態につき説明する。 Next, a second embodiment will be described.
第2実施形態では、拡管工程S2及び押圧成形工程S3において、拡管下型30、拡管上型32、押圧成形下型40及び押圧成形上型42に高温部位と低温部位が設けられる。高温部位と低温部位、すなわち、温度が互いに相違する部位を設けるには、例えば、ヒータ34a〜34e、36a〜36e、44a〜44e、46a〜46e中、特定のヒータへの通電を停止したり、ヒータとして発熱容量が異なるものを使用したりすればよい。又は、ヒータ34a〜34e、36a〜36e、44a〜44e、46a〜46eの各々で通電量を相違させるようにしてもよい。勿論、低温部位にヒータが疎に設けられ、高温部位にヒータが密に設けられた拡管下型、拡管上型、押圧成形下型及び押圧成形上型を使用するようにしてもよい。
In the second embodiment, in the tube expansion step S2 and the press molding step S3, a high temperature region and a low temperature region are provided in the tube expansion lower die 30, the tube expansion
拡管下型30及び拡管上型32において、中空成形体16の低強度部位に対応する低温部位は、β相の析出温度未満に設定される。一方、中空成形体16の高強度部位に対応する高温部位は、β相の析出温度以上の温度に設定される。勿論、押圧成形下型40及び押圧成形上型42も同様にして高温部位と低温部位が設けられている。
In the lower pipe expansion die 30 and the upper pipe expansion die 32, the low temperature portion corresponding to the low strength portion of the hollow molded
直管10は、上記第1実施形態と同様に、加熱工程S1を経て拡管ステーションに移送され、拡管下型30及び拡管上型32による拡管工程S2が営まれて第1半製品12となる。この拡管工程S2においては、上記したように、拡管下型30及び拡管上型32に高温部位及び低温部位が設けられているので、第1半製品12において、前記高温部位に当接した部位はβ相析出温度以上の温度に上昇する一方、前記低温部位に当接した部位はβ相析出温度を下回る温度までしか上昇しない。
Similarly to the first embodiment, the
次に、第1半製品12に対して押圧成形工程S3が営まれ、第2半製品14が作製される。この過程で、第1半製品12が成形される際にβ相析出温度以上の温度に上昇した高温部位は、押圧成形下型40及び押圧成形上型42の高温部位に当接する。また、β相析出温度を下回る温度の低温部位は、押圧成形下型40及び押圧成形上型42の低温部位に当接する。このため、第2半製品14においても、第1半製品12での高温部位及び低温部位の各温度が保たれる。
Next, the press molding step S3 is performed on the first semi-finished product 12, and the second
その後、第2半製品14が本成形加工ステーションに移送され、本成形加工S3が実施される。この際、室温に保持された本成形下型50及び本成形上型52に挟まれることに伴って第2半製品14が冷却される。従って、第2半製品14の温度が急降下する。
Thereafter, the second
上記したように、第2実施形態では、第2半製品14にβ相析出温度以上の高温部位と、β相析出温度未満の低温部位とを設けている。これら高温部位と低温部位とが急冷されると、高温部位では過飽和固溶体が形成され、低温部位では金属組織中にβ相が析出する。
As described above, in the second embodiment, the second
この中空成形体16に対して時効処理を施すと、過飽和固溶体からなる部位では、第1実施形態と同様にβ’相が析出する。すなわち、第2実施形態では、β相が析出した部位と、β’相が析出した部位とが混在した中空成形体16が作製される。
When the hollow molded
この中空成形体16では、β相が析出した部位に比してβ’相が析出した部位の方が高強度となる。すなわち、単一部材でありながら、強度が高い部位(高強度部位)と、強度が低い部位(低強度部位)とを有する中空成形体16が得られる。このような中空成形体16は、例えば、自動車車体のフレームを構成するフレーム部材として好適である。このフレーム部材では、強度の相違に基づいて衝撃吸収を担う部位と担わない部位とが存在する。従って、衝撃吸収を担うフレーム部材と担わないフレーム部材とを別個に作製する必要がなくなり、このためにフレーム部材の点数を低減することができるからである。
In the hollow molded
以上から諒解されるように、第2実施形態では、強度を相違させるべく、拡管工程S2及び押圧成形工程S3での第1半製品12及び第2半製品14の到達温度を部位によって相違させるようにしている。従って、強度を相違させるべく肉厚を相違させる必要は特にない。すなわち、第2実施形態によれば、肉厚を相違させることなく強度を相違させることが可能となる。
As can be understood from the above, in the second embodiment, the ultimate temperatures of the first semi-finished product 12 and the second
この第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様の理由から、押圧成形工程S3で成形される第2半製品14の押圧成形部位の周囲長を、本成形加工工程S4で成形される中空成形体16の対応部位の周囲長と略同一に設定することが好ましい。
Also in the second embodiment, for the same reason as in the first embodiment, the peripheral length of the press forming portion of the second
なお、上記した各実施形態では、圧縮エアを使用して成形加工を行うようにしているが、液体を使用するようにしてもよいことはいうまでもない。 In each of the above-described embodiments, the molding process is performed using compressed air, but it goes without saying that a liquid may be used.
また、本成形下型50及び本成形上型52に冷却媒体を流通することに代替し、熱伝導性の高い材質、例えば、Cu等からなる放熱板を本成形下型50及び本成形上型52に装着するようにしてもよい。勿論、冷却媒体の流通と放熱板の装着とを併用するようにしてもよい。
Further, instead of circulating a cooling medium through the main molding
さらに、拡管下型30、拡管上型32、押圧成形下型40及び押圧成形上型42を所定の温度に保持するための加熱手段はヒータ34a〜34e、36a〜36e、44a〜44e、46a〜46eに限定されるものではなく、高周波誘導加熱手段等のその他の加熱手段であってもよい。
Further, the heating means for maintaining the expanded pipe lower mold 30, expanded pipe
さらにまた、上記の各実施形態では直管10を用いるようにしているが、ワークは特にこれに限定されるものではなく、圧力流体を流通可能な中空体であればよい。
Furthermore, in each of the above-described embodiments, the
そして、中空ワークの材質もAl−Mg−Si系合金に特に限定されるものではなく、例えば、強度向上に寄与する相と強度向上に寄与しない相とを析出するような合金であればよい。 The material of the hollow workpiece is not particularly limited to the Al—Mg—Si alloy, and may be any alloy that precipitates a phase contributing to strength improvement and a phase not contributing to strength improvement.
10…直管 12、14…半製品
16…中空成形体 20、22…電極
30…拡管下型 32…拡管上型
34a〜34e、36a〜36e、44a〜44e、46a〜46e…ヒータ
40…押圧成形下型 42…押圧成形上型
50…本成形下型 52…本成形上型
54a〜54e、56a〜56e…冷媒通路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない金属相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記金属相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型によって冷却しながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する金属相を金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とするバルジ成形方法。 A bulge forming method in which a pressure fluid is passed through a hollow workpiece made of an alloy to perform a forming process,
Heating the hollow workpiece;
A preforming step in which preforming is performed while circulating a pressure fluid through the hollow workpiece in a preforming mold set at a temperature equal to or higher than a precipitation temperature at which a metal phase that does not contribute to improving the strength of the hollow workpiece is precipitated in the metal structure of the alloy. When,
The hollow work that has been preformed is housed in a main mold set at a temperature at which quenching can be performed, and the hollow work is cooled by the main mold at a cooling rate at which the metal phase does not precipitate. However, a main molding process for subjecting the hollow workpiece to a main molding process,
An aging treatment step of performing an aging treatment on the hollow workpiece subjected to the main forming process and precipitating a metal phase contributing to an improvement in the strength of the hollow workpiece in a metal structure,
A bulge forming method characterized by comprising:
前記中空ワークを加熱する工程と、
前記中空ワークの強度向上に寄与しない金属相が前記合金の金属組織に析出する析出温度以上に設定された第1部位と、前記析出温度未満の温度に設定された第2部位とが設けられた予備成形金型内で、前記中空ワークに圧力流体を流通しながら予備成形する予備成形工程と、
予備成形が施された前記中空ワークを、焼入れ処理が可能な温度に設定された本成形金型に収容し、前記第1部位に前記金属相が析出しない冷却速度で前記中空ワークを前記本成形金型で冷却することで、前記第1部位の金属組織に前記金属相を析出させず且つ前記第2部位の金属組織に前記金属相を析出させながら該中空ワークに対して本成形加工を施す本成形加工工程と、
本成形加工が施された前記中空ワークに対して時効処理を施し、前記中空ワークの強度向上に寄与する金属相を前記第1部位の金属組織に析出させる時効処理工程と、
を有することを特徴とするバルジ成形方法。 A bulge forming method in which a pressure fluid is passed through a hollow workpiece made of an alloy to perform a forming process,
Heating the hollow workpiece;
There are provided a first part set to be equal to or higher than a precipitation temperature at which a metal phase that does not contribute to improving the strength of the hollow workpiece is precipitated in the metal structure of the alloy, and a second part set to a temperature lower than the precipitation temperature. In a preforming mold, a preforming step for preforming while circulating a pressure fluid through the hollow work,
The hollow workpiece that has been preformed is accommodated in a main mold set at a temperature at which quenching can be performed, and the hollow workpiece is formed at a cooling rate at which the metal phase does not precipitate in the first part. by cooling the mold, subjected to the molding against the hollow workpiece while precipitating the metal phase and the second portion of the metal structure without precipitation of the metal phase in the first portion of the metal structure The main molding process,
An aging treatment is performed on the hollow work subjected to the main forming process, and a metal phase contributing to the strength improvement of the hollow work is precipitated in the metal structure of the first part;
A bulge forming method characterized by comprising:
前記拡管工程で得られる膨張後の前記中空ワークの膨張部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法を、前記本成形加工工程で本成形加工が施された後の前記中空ワークの成形部位を該中空ワークの長手方向に直交する方向に切断して露呈する断面の外周寸法と略同一にすることを特徴とするバルジ成形方法。 In the shaping | molding method of Claim 1 or 2, the said preforming process includes the pipe expansion process which expands the said hollow workpiece,
The outer peripheral dimension of the cross section that is exposed by cutting the expanded portion of the hollow workpiece after expansion obtained in the tube expansion step in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the hollow workpiece is subjected to main molding processing in the main molding step. A bulge forming method characterized in that the formed part of the hollow workpiece after the cutting is cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the hollow workpiece so as to be substantially the same as the outer peripheral dimension of the exposed cross section.
強度向上に寄与しない第1金属相を金属組織中に含む第1部位と、強度向上に寄与する第2金属相を金属組織中に含み且つ前記第1部位に比して高強度な第2部位とを有する単一部材であることを特徴とする中空成形体。 A long hollow molded body made of an alloy and having a different cross-sectional shape or dimension in a direction orthogonal to the longitudinal direction, depending on the site,
A first part containing in the metal structure a first metal phase that does not contribute to improving the strength, and a second part containing a second metal phase contributing to improving the strength in the metal structure and having a higher strength than the first part. A hollow molded body characterized by being a single member.
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