JP5913792B2 - Molding method and molding apparatus - Google Patents

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本発明は、チタン合金材の成形技術に関する。特に、チタン合金材のスピニング成形技術に関する。   The present invention relates to a technique for forming a titanium alloy material. In particular, the present invention relates to a spinning forming technique of a titanium alloy material.

しごきスピニング成形(回転しごき加工をも含む)や絞りスピニング成形は、板材製品の少量生産、かつ、低コスト成形の代表的な加工技術である。この種の加工技術は、これまで、主として、回転対称製品に適用されて来た。ところが、近年、偏心NCスピニング成形技術(装置)が開発(例えば、特開2005−211969号公報参照)され、実用化が進んで来た。これにより、単純な回転対称以外の形状、例えば楕円錐台とか角錐台と言った形状の製品も提供され始めている。   Ironing spinning forming (including rotating ironing processing) and draw spinning forming are representative processing techniques for low-cost forming and low-cost production of plate products. This type of processing technology has heretofore been mainly applied to rotationally symmetric products. However, in recent years, an eccentric NC spinning molding technique (apparatus) has been developed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-211969) and has been put into practical use. As a result, products having shapes other than simple rotational symmetry, such as elliptical truncated cones and truncated pyramids, have begun to be provided.

ところで、純チタン材は、耐力が小さく、かつ、延性に富むことから、上記スピニング成形によって、加工することが行なわれて来た。   By the way, since pure titanium material has small proof stress and is rich in ductility, it has been processed by the above spinning molding.

しかしながら、チタン合金は、耐力が大きく、かつ、延性に乏しいことから、スピニング成形による加工は不可能と言われて来た。   However, titanium alloys have been said to be impossible to process by spinning molding because of their high yield strength and poor ductility.

さて、航空機の構造材として炭素強化繊維(CFRP)が注目を浴びている。しかしながら、CFRPだけで航空機が構成されるものでは無い。例えば、破壊エネルギー吸収特性が要望される翼前縁や、高温強度が要望されるナセル回りの箇所(部材)を、CFRPで構成することは出来ない。斯かる箇所は金属材で構成せざるを得ないのが現状である。ところで、例えばAl合金板で前記部位を構成させ、そしてAl合金板とCFRPとが接合された場合、この接合箇所にあっては、Al合金と炭素繊維との間の電位差が比較的大きな為、腐食が発生し易い。又、Al合金とCFRPとの間では熱膨張差が大きい。これに対して、チタン合金が採用されたならば、上記欠点が大幅に改善される。すなわち、チタン合金と炭素繊維とは電気化学的特性が似ており、又、チタン合金とCFRPとは熱膨張差が小さい特徴を持っている。このようなことから、前記部位などをチタン合金で構成したいと言う要望が強く有った。とは言うものの、前述の通り、チタン合金は、耐力が大きく、かつ、延性に乏しいことから、翼前縁部位やナセル回り部位を、スピニング成形によって、チタン合金で構成することは困難であった。   Carbon reinforcement fibers (CFRP) are attracting attention as structural materials for aircraft. However, CFRP alone does not constitute an aircraft. For example, a blade leading edge that requires a destructive energy absorption characteristic or a location (member) around a nacelle that requires high-temperature strength cannot be configured with CFRP. At present, such a part must be made of a metal material. By the way, for example, when the part is constituted by an Al alloy plate and the Al alloy plate and CFRP are joined, the potential difference between the Al alloy and the carbon fiber is relatively large in the joined part. Corrosion is likely to occur. Moreover, there is a large difference in thermal expansion between the Al alloy and CFRP. On the other hand, if a titanium alloy is employed, the above-described drawbacks are greatly improved. That is, the titanium alloy and the carbon fiber have similar electrochemical characteristics, and the titanium alloy and CFRP have a characteristic that a difference in thermal expansion is small. For these reasons, there has been a strong demand for the above-mentioned parts and the like to be made of a titanium alloy. However, as described above, titanium alloy has a high yield strength and poor ductility, so it was difficult to form the blade leading edge portion and the nacelle surrounding portion with the titanium alloy by spinning molding. .

特開平5−38525号公報JP-A-5-38525 特開平5−104160号公報JP-A-5-104160

特許文献1には、「成形装置、特に成形ステップの前またはその間または後に板金を熱処理するスピニング装置において板金から加工物を成形する方法であって、前記熱処理が加工物の誘導加熱により前記成形装置で実施される方法」「本装置に次のように動作される。すなわち、加工物2を締め付けた後、直ちに熱処理を実施するかまたはスピニングローラー(図略)を用いて通常通りスピニングを実施するかのいずれかを行うことができる。熱処理を実施するときは、誘導加熱コイル5および急冷ノズル6は所定の方法により加工物2に向けて移動される。加工物はそのスピニング工程回転速度を維持するか異なる回転速度で駆動される。誘導加熱コイル5は開閉装置(図略)を介して作動され、さらに急冷ノズル6に対する給水(図略)が開放される。加工物2が誘導加熱コイル5の下方を通過するとき、加工物2は断面方向に要求された温度まで加熱され、次に引き続いて急冷ノズル6を通過させることにより直ちに急冷される。この工程は、加工物2が少なくとも1回転するまで実施される。このようにして、一部成形された加工物は、十分な変形または仕上げスピニングにおける所望の程度の歪硬化を実現するために溶体化処理が可能になる。完成した加工物は溶液熱処理が可能になり、さらに熱処理に起因するゆがみを除去するために他のスピニングステップが行われる。完成した成品は歪解放または球状化処理に課される。」の開示が有る。   Patent Document 1 discloses a method of forming a workpiece from sheet metal in a forming apparatus, particularly a spinning apparatus that heat-treats the sheet metal before, during or after the forming step, wherein the heat treatment is performed by induction heating of the workpiece. "Method implemented in" "The apparatus is operated as follows: after clamping the workpiece 2, heat treatment is performed immediately or spinning is performed as usual using a spinning roller (not shown). When the heat treatment is performed, the induction heating coil 5 and the rapid cooling nozzle 6 are moved toward the workpiece 2 by a predetermined method, and the workpiece maintains its spinning process rotation speed. The induction heating coil 5 is actuated via an opening / closing device (not shown) and further supplies water to the quenching nozzle 6 (not shown). When the workpiece 2 passes under the induction heating coil 5, the workpiece 2 is heated to the required temperature in the cross-sectional direction and then immediately quenched by passing it through the quench nozzle 6. This step is carried out until at least one revolution of the workpiece 2. In this way, the partially molded workpiece is to achieve the desired degree of strain hardening in sufficient deformation or finish spinning. The finished workpiece can be solution heat treated, and another spinning step can be performed to remove the distortion caused by the heat treatment. Is imposed. "

この特許文献1より、チタン合金材のスピニング成形を行う場合に、誘導加熱により加熱されることが読み取れる。しかしながら、誘導加熱によって如何なる加熱が行われるかは不明である。すなわち、引用文献1の記載を参照して、チタン合金板で翼前縁部位やナセル回り部位を構成しようとしても、如何にすれば良いかが不明である。従って、特許文献1を参照しても、チタン合金板で翼前縁部位やナセル回り部位をスピニング成形で構成することは出来なかった。   From this Patent Document 1, it can be seen that when spinning forming a titanium alloy material, it is heated by induction heating. However, it is unclear what kind of heating is performed by induction heating. That is, referring to the description of the cited document 1, it is unclear how to make the blade leading edge portion or the nacelle surrounding portion with the titanium alloy plate. Therefore, even with reference to Patent Document 1, the blade leading edge portion and the nacelle surrounding portion could not be formed by spinning forming with a titanium alloy plate.

特許文献2には、「素材板を二次成形品に、特に容器底部に金属スピニングする方法であって、前記素材板をその周囲で締め付けると共に仕上げ寸法が得られるまでクリアランス中に押し込める方法」「スピニングのための高温動作温度は二段加熱による素材板の再結晶化温度以下であり、全体の素材板は基本的には前記動作温度以下の第一温度に加熱されると共にその温度に保持され、さらに素材板の一部のみがスピニングの前に前記動作温度に加熱される上記素材板を二次成形品に金属スピニングする方法」「素材板は熱風を循環させることにより前記第一温度に加熱される上記の方法」「前記個々の部分は非コヒーレント光またはコヒーレント光(赤外)には動作温度に加熱される上記の方法」の開示が有る。但し、特許文献2に記載の有る金属材はAl合金のみである。チタン合金についての開示は皆無である。   Patent Document 2 states that “a method of spinning a material plate into a secondary molded product, in particular, at the bottom of a container, and tightening the material plate around it and pushing it into the clearance until a finished dimension is obtained”. The high temperature operating temperature for spinning is below the recrystallization temperature of the blank by two-stage heating, and the entire blank is basically heated to the first temperature below the operating temperature and held at that temperature. Further, only a part of the material plate is heated to the operating temperature before spinning. The method of metal spinning the material plate into a secondary molded product. “The material plate is heated to the first temperature by circulating hot air. There is disclosure of "the above method wherein the individual parts are heated to operating temperature for non-coherent light or coherent light (infrared)". However, the metal material described in Patent Document 2 is only an Al alloy. There is no disclosure of titanium alloys.

ところで、この特許文献2に開示の装置を用いて、チタン合金板で翼前縁部位やナセル回り部位を構成することは出来なかった。例えば、チタン合金板に亀裂と言った損傷が起きていた。   By the way, using the apparatus disclosed in Patent Document 2, it was not possible to configure the blade leading edge portion or the nacelle surrounding portion with a titanium alloy plate. For example, damage such as a crack occurred in a titanium alloy plate.

従って、本発明が解決しようとする課題は、耐力が大きく、かつ、延性に乏しいチタン合金板から、例えば航空機の翼前縁部位やナセル回り等の部位を、スピニング成形によって、構成できる技術を提供することである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a technique capable of constructing, for example, a part of an aircraft wing leading edge or a nacelle by spinning forming from a titanium alloy plate having a high yield strength and poor ductility. It is to be.

チタン合金をスピニング成形する場合の困難性についての検討が、本願発明者によって、鋭意、推し進められて行った結果、チタン合金は、耐力が大きく、かつ、延性に乏しいことに起因するからであることが判って来た。そこで、耐力を小さく、かつ、延性に富ませる為に、チタン合金を加熱した状態にてスピニング成形を試みた。ところが、予想に反して、出来た成形品には損傷が大きく認められた。この原因についての検討が更に推し進められて行った結果、チタン合金を全般的に加熱しているからであることが判って来た。すなわち、スピニング成形済みの箇所も加熱していた為、この成形済みの箇所も耐力が小さくなっており、それ故、加工に伴うストレスによって損傷が起きていることが判った。そして、チタン合金材を加熱するにしても、成形済みの箇所は出来るだけ速く加熱状態から開放されることが好ましいことが判った。つまり、加熱部位は、スピニング成形装置の棒状工具が作用する作用点(作用点近傍)の局所的なものであることが大事であることが判った。   This is because, as a result of studies conducted by the inventors of the present application on the difficulty in spinning a titanium alloy, the titanium alloy has high yield strength and poor ductility. Came to understand. Therefore, in order to reduce the yield strength and increase the ductility, an attempt was made to perform spinning forming in a state where the titanium alloy was heated. However, contrary to expectations, the resulting molded product was greatly damaged. As a result of further investigation on the cause, it has been found that the titanium alloy is generally heated. In other words, since the spinning molded part was also heated, the proof strength of the molded part was also small, and therefore it was found that damage was caused by the stress associated with processing. And even if it heated a titanium alloy material, it turned out that the shape | molded location is preferably released | released from a heating state as quickly as possible. In other words, it has been found that it is important that the heating site is a local point of action (near the point of action) on which the rod-shaped tool of the spinning forming apparatus acts.

上記知見に基づいて本発明が達成されたものである。   The present invention has been achieved based on the above findings.

すなわち、前記の課題は、
棒状工具を用いたスピニング成形によってチタン合金材を成形する方法であって、
スピニング成形に際して、高周波誘導加熱によって、前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点を局所的に加熱して成形する加熱成形工程
を具備することを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法によって解決される。
That is, the above problem is
A method of forming a titanium alloy material by spinning forming using a rod-shaped tool,
The present invention is solved by a spinning method of titanium alloy material characterized by comprising a heat forming step of locally heating and forming an action point on the titanium alloy material by the rod-shaped tool by high-frequency induction heating at the time of spinning forming. .

又、棒状工具および成形型を用いたスピニング成形によってチタン合金材を成形する方法であって、
スピニング成形に際して、高周波誘導加熱によって、前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点を局所的に加熱して成形する加熱成形工程と、
前記加熱成形工程による成形済箇所が前記成形型に当接して該成形型からの放熱により該成形済箇所が冷却される冷却工程
とを具備することを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法によって解決される。
Also, a method of forming a titanium alloy material by spinning forming using a rod-shaped tool and a mold,
At the time of spinning molding, a high temperature induction heating, a heating molding step for locally heating and molding the action point on the titanium alloy material by the rod-shaped tool,
The titanium alloy material spinning molding method comprising: a cooling step in which a molded part in the heat forming step abuts on the mold and the molded part is cooled by heat radiation from the mold. Is done.

又、上記チタン合金材スピニング成形方法であって、好ましくは、チタン合金材の未成形箇所と棒状工具との間に高周波誘導加熱用コイルがセットされて局所的な加熱が行われることを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法によって解決される。   The titanium alloy material spinning forming method is preferably characterized in that a high-frequency induction heating coil is set between an unformed portion of the titanium alloy material and a rod-shaped tool to perform local heating. This is solved by the titanium alloy material spinning forming method.

又、上記チタン合金材スピニング成形方法であって、好ましくは、成形済箇所では加熱が行われないようにすることを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法によって解決される。   The titanium alloy material spinning forming method is preferably solved by a titanium alloy material spinning forming method characterized in that heating is not performed in a formed part.

又、上記チタン合金材スピニング成形方法であって、スピニング成形が絞りスピニング成形、又はしごきスピニング成形であることを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法によって解決される。   Further, the titanium alloy material spinning forming method described above is solved by the titanium alloy material spinning forming method, wherein the spinning forming is draw spinning forming or iron spinning forming.

前記の課題は、
スピニング成形によってチタン合金材を成形するチタン合金材スピニング成形装置であって、
前記成形装置は、
棒状工具と、
高周波誘導加熱装置
とを具備してなり、
前記チタン合金材に対して前記棒状工具を作用せしめる際、前記高周波誘導加熱装置によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点が局所的に加熱されるよう構成されてなる
ことを特徴とするチタン合金材スピニング成形装置によって解決される。
又、上記チタン合金材スピニング成形装置であって、好ましくは、前記成形装置は更に所定形状の成形型を具備してなり、前記成形型に配された前記チタン合金材に対して前記棒状工具を作用せしめる際、前記高周波誘導加熱装置によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点が局所的に加熱されるよう構成されてなることを特徴とするチタン合金材スピニング成形装置によって解決される。
The above issues are
A titanium alloy material spinning molding apparatus for molding a titanium alloy material by spinning molding,
The molding device includes:
A rod-shaped tool;
A high frequency induction heating device,
The titanium is configured such that when the rod-shaped tool is allowed to act on the titanium alloy material, the high-frequency induction heating device locally heats the point of action of the rod-shaped tool on the titanium alloy material. It is solved by an alloy material spinning forming apparatus.
Further, the titanium alloy material spinning forming apparatus, preferably, the forming apparatus further includes a forming die having a predetermined shape, and the rod-shaped tool is disposed on the titanium alloy material arranged in the forming die. This is solved by a spinning apparatus for spinning a titanium alloy material, wherein the high-frequency induction heating device is configured to locally heat the point of action of the rod-shaped tool on the titanium alloy material.

又、上記チタン合金材スピニング成形装置であって、好ましくは、高周波誘導加熱装置の誘導加熱用コイルがチタン合金材の未成形箇所と棒状工具との間に配されて局所的な加熱が行われるよう構成されてなることを特徴とするチタン合金材スピニング成形装置によって解決される。   Further, in the titanium alloy material spinning forming apparatus, preferably, the induction heating coil of the high frequency induction heating device is disposed between the unformed portion of the titanium alloy material and the rod-shaped tool to perform local heating. This is solved by a titanium alloy material spinning forming device.

高耐力チタン合金材がスピニング成形により成形加工できるようになった。これまでチタン合金材をスピニング成形することは困難とされて来た訳であるが、コストが嵩まないスピニング成形技術が利用できるようになり、素材そのもののチタン合金コストは高いものの、成形技術にコストが嵩まないことから、相対的に安価なコストでチタン合金製品が得られるようになった。多品種少量生産の分野の製品、例えば航空機部品にあっては、福音が非常に大きい。   High-strength titanium alloy material can be formed by spinning forming. Up to now, it has been considered difficult to spin-form titanium alloy materials, but it is possible to use spinning molding technology that does not cost much, and although the titanium alloy cost of the material itself is high, Since the cost does not increase, titanium alloy products can be obtained at a relatively low cost. For products in the field of high-mix low-volume production, such as aircraft parts, the gospel is very large.

本発明が採用した高周波誘導加熱装置にあっては、チタン合金材に発生する発熱量が誘導コイルとチタン合金材との距離の二乗に反比例するから、誘導コイルとの距離が近い箇所では高い温度に加熱され、誘導コイルとの距離が遠い箇所ではほとんど加熱されなくなる。従って、誘導コイルを、スピニング成形装置の棒状部材とチタン合金材(未加工部位のチタン合金材)との間であって、チタン合金材に近接させて配置させたならば、これからスピニング成形が行われる位置のみが局所的に加熱されるようになる。そして、それ以外の部位での温度は比較的低いものとなる。特に、スピニング成形が終了している箇所では、誘導コイルから遠くなっているから、加熱が弱くなっている。この結果、即ち、温度低下に伴って、チタン合金材の耐力が回復しており、損傷が起き難い。   In the high-frequency induction heating device adopted by the present invention, the amount of heat generated in the titanium alloy material is inversely proportional to the square of the distance between the induction coil and the titanium alloy material, so that the temperature is high at locations where the distance from the induction coil is short. And is hardly heated at locations far from the induction coil. Therefore, if the induction coil is disposed between the rod-shaped member of the spinning forming apparatus and the titanium alloy material (titanium alloy material in an unprocessed portion) and close to the titanium alloy material, spinning forming will be performed. Only the position to be touched is heated locally. And the temperature in other parts becomes comparatively low. In particular, at the location where the spinning molding has been completed, the heating is weak because it is far from the induction coil. As a result, that is, the proof stress of the titanium alloy material is recovered as the temperature decreases, and damage is unlikely to occur.

ところで、加熱手段としては、誘導加熱方式の他にも、熱風吹付技術が考えられる。しかしながら、熱風吹付技術では、熱風吹付箇所が局所的であっても、吹き付けられた熱風は四方に拡がってしまい、局所的な加熱が得られ難い。この為、本願発明が奏する特長「破断と言った不良品の発生率が低い」は得られなかった。   By the way, as a heating means, a hot air spraying technique can be considered besides the induction heating method. However, in the hot air spray technique, even if the hot air spray location is local, the hot air sprayed spreads in all directions, and local heating is difficult to obtain. For this reason, the feature “the rate of occurrence of defective products such as fractures” exhibited by the present invention was not obtained.

加熱手段として、スポット的なレーザービーム照射技術も考えられる。しかしながら、棒状工具に邪魔されること無く、回転するマンドレルと共に回転するチタン合金材にレーザービームをスポット的に照射するのは、大変であり、実用化は程遠い。   As a heating means, a spot laser beam irradiation technique is also conceivable. However, it is difficult to irradiate a titanium alloy material that rotates together with a rotating mandrel in a spot manner without being obstructed by a rod-shaped tool, and it is far from practical use.

本発明は高価な設備を必要としない。簡単な設備によって、簡単、かつ、低廉なコストでチタン合金材の製品が得られる。   The present invention does not require expensive equipment. With simple equipment, titanium alloy products can be obtained easily and at low cost.

本発明になるチタン合金材スピニング成形装置の概略図Schematic of titanium alloy material spinning forming apparatus according to the present invention

第1の発明は成形方法である。棒状工具(例えば、へら:加工ローラ:ローラ部材)を用いたスピニング成形によってチタン合金材を成形する方法である。特に、棒状工具および成形型(マンドレル)を用いたスピニング成形によってチタン合金材を成形する方法である。スピニング成形には、絞りスピニング成形、しごきスピニング成形が有るが、何れの場合でも適用される。但し、局所的加熱が要求されることを鑑みたならば、その容易性から、好ましくは、しごきスピニング成形の場合である。チタン合金材は、特に、高耐力チタン合金材である。例えば、耐力が340MPa以上(特に、900MPa以上。1500MPa以下:前記値は25℃における値)のチタン合金材である。本方法は、スピニング成形に際して、高周波誘導加熱によって、棒状工具によるチタン合金材(板)に対する作用点を局所的に加熱して成形する加熱成形工程を有する。好ましくは、更に、前記加熱成形工程による成形済箇所が前記成形型に当接して該成形型からの放熱により該成形済箇所が冷却される冷却工程を有する。前記高周波誘導加熱による局所的加熱は、例えばチタン合金材(板)の未成形箇所と棒状工具との間に高周波誘導加熱用コイルを配置(セット)することで実行される。前記の如きの局所的加熱の手法が採用されたならば、成形済箇所では加熱が行われないようになる。   The first invention is a molding method. In this method, a titanium alloy material is formed by spinning forming using a rod-shaped tool (for example, a spatula: a processing roller: a roller member). In particular, it is a method of forming a titanium alloy material by spinning forming using a rod-shaped tool and a forming die (mandrel). Spinning molding includes draw spinning molding and ironing spinning molding, which can be applied in any case. However, considering that local heating is required, it is preferably the case of ironing and spinning because of its ease. The titanium alloy material is particularly a high-strength titanium alloy material. For example, it is a titanium alloy material having a proof stress of 340 MPa or more (particularly 900 MPa or more, 1500 MPa or less: the value is a value at 25 ° C.). This method has a thermoforming step of forming by locally heating an action point on a titanium alloy material (plate) by a rod-shaped tool by high-frequency induction heating during spinning forming. Preferably, the method further includes a cooling step in which the molded portion by the heat molding step is brought into contact with the mold and the molded portion is cooled by heat radiation from the mold. The local heating by the high frequency induction heating is executed by, for example, arranging (setting) a high frequency induction heating coil between an unformed portion of a titanium alloy material (plate) and a rod-shaped tool. If the local heating method as described above is employed, heating is not performed at the molded portion.

第2の発明は成形装置である。スピニング成形によってチタン合金材を成形するチタン合金材スピニング成形装置である。特に、上記成形方法が実行されるチタン合金材スピニング成形装置である。本装置は、所定形状の成形型と、棒状工具と、高周波誘導加熱装置とを有する。そして、前記成形型に配された前記チタン合金材に対して前記棒状工具を作用せしめる際、前記高周波誘導加熱装置によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点が局所的に加熱されるよう構成されている。好ましくは、高周波誘導加熱装置の誘導加熱用コイルがチタン合金材の未成形箇所と棒状工具との間に配され、これによって未成形箇所から成形箇所に掛けて局所的な加熱が行われるよう構成されている。   The second invention is a molding apparatus. This is a titanium alloy material spinning molding apparatus for molding a titanium alloy material by spinning molding. In particular, it is a titanium alloy material spinning forming apparatus in which the above forming method is executed. This apparatus has a predetermined-shaped forming die, a rod-shaped tool, and a high-frequency induction heating apparatus. And when making the said rod-shaped tool act with respect to the said titanium alloy material distribute | arranged to the said shaping | molding die, the action point with respect to the said titanium alloy material by the said rod-shaped tool is locally heated by the said high frequency induction heating apparatus. Has been. Preferably, the induction heating coil of the high-frequency induction heating device is arranged between the unformed portion of the titanium alloy material and the rod-shaped tool, and thereby the local heating is performed from the unformed portion to the formed portion. Has been.

以下、本発明について、更に具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

図1は、本発明になるチタン合金材スピニング成形装置の概略図である。   FIG. 1 is a schematic view of a titanium alloy material spinning forming apparatus according to the present invention.

図1中、1は金属製の成形型(マンドレル)である。2は棒状工具(へら)である。以上の構造のスピニング成形装置(しごきスピニング成形装置)は、従来からも良く知られているから、詳細な説明は省略される。   In FIG. 1, 1 is a metal mold (mandrel). Reference numeral 2 denotes a bar-shaped tool (a spatula). Since the spinning molding apparatus having the above structure (the iron spinning molding apparatus) is well known in the art, detailed description thereof is omitted.

3は高耐力チタン合金(例えば、Ti−6Al−4V)板である。   3 is a high strength titanium alloy (for example, Ti-6Al-4V) plate.

4は、スピニング成形に伴って移動するへら2に同期して移動できるように設けられた高周波誘導加熱用コイルである。高周波誘導加熱用コイル4は、その先端部4aが、高耐力チタン合金板3に対するへら2作用点Pに出来るだけ接近可能なように折曲されている。例えば、略「へ」字形、略「く」字型、略「J」字型、或は略「L」字型と言った如くに折曲されている。高周波誘導加熱用コイル4の基端側4bはヘラ2に略平行に配置されている。そして、へら2と高耐力チタン合金板3の未成形側の箇所3aとの間であって、かつ、高耐力チタン合金板3に対するへら2(へら先端部2a)による作用点P近傍の箇所に、高周波誘導加熱用コイル4の先端部4aが位置するように高周波誘導加熱用コイル4が配置されている。   Reference numeral 4 denotes a high-frequency induction heating coil provided so as to be able to move in synchronization with the spatula 2 that moves along with the spinning molding. The high-frequency induction heating coil 4 is bent so that the tip portion 4a is as close as possible to the spatula 2 action point P with respect to the high-strength titanium alloy plate 3. For example, it is bent in such a manner that it is substantially “H” -shaped, substantially “K” -shaped, substantially “J” -shaped, or substantially “L” -shaped. The base end side 4 b of the high frequency induction heating coil 4 is disposed substantially parallel to the spatula 2. And between the spatula 2 and the portion 3a on the unformed side of the high strength titanium alloy plate 3, and in the vicinity of the point of action P by the spatula 2 (the spatula tip 2a) with respect to the high strength titanium alloy plate 3 The high frequency induction heating coil 4 is disposed so that the tip end portion 4a of the high frequency induction heating coil 4 is positioned.

上記の如くに構成させたチタン合金材スピニング成形装置によるスピニング成形(図1は、しごきスピニング加工の例)について説明する。   Spinning molding by the titanium alloy material spinning molding apparatus configured as described above (FIG. 1 shows an example of ironing spinning) will be described.

マンドレル1は軸芯の回りで回転している。このマンドレル1に高耐力チタン合金板3が取り付けられている。従って、高耐力チタン合金板3も、マンドレル1の回転に伴って、回転している。この時、図1中、矢印で示される如く、成形進行に伴って、へら2は移動させられる。勿論、へら2の先端部2aは高耐力チタン合金板3に圧接している。これにより、高耐力チタン合金板3はマンドレル1の形状に沿って成形される。ここまでは、高耐力チタン合金板3を用いた点を除けば、従来からのしごきスピニング加工と略同様であるから、詳細は省略される。   The mandrel 1 is rotating around the axis. A high strength titanium alloy plate 3 is attached to the mandrel 1. Accordingly, the high yield strength titanium alloy plate 3 is also rotated with the rotation of the mandrel 1. At this time, as shown by the arrow in FIG. 1, the spatula 2 is moved as the molding progresses. Of course, the tip 2a of the spatula 2 is in pressure contact with the high strength titanium alloy plate 3. Thereby, the high yield strength titanium alloy plate 3 is formed along the shape of the mandrel 1. Up to this point, except for the use of the high-strength titanium alloy plate 3, the details are omitted because it is substantially the same as the conventional ironing spinning process.

本実施形態では、成形加工に際して、特に、高周波誘導加熱用コイル4に高周波電流が流されており、高耐力チタン合金板3に対して局所的な加熱(誘導加熱)が行われている。すなわち、へら2の先端部2aが圧接している高耐力チタン合金板3が局所的に加熱される。ここで、局所的とは、へら先端部2aによる作用点(圧接点)Pの近傍箇所である。尚、作用点P近傍と言えども、主として、作用点(圧接点)Pから高耐力チタン合金板3における未成形側の箇所3aである。高耐力チタン合金板3における成形済側の箇所3bと未成形側の箇所3aとを対比すると、図1から判る通り、成形済側の箇所3bは高周波誘導加熱用コイル4から相対的に遠くなっており、成形済側の箇所3bが高周波誘導加熱により加熱される程度は相対的に低い。言い換えるならば、作用点(圧接点)P及び未成形側の箇所3aでも作用点Pに近い箇所が、誘導加熱により、加熱されており、それ以外の箇所は加熱されていないと言うことも出来る。   In the present embodiment, particularly during the forming process, a high-frequency current is passed through the high-frequency induction heating coil 4, and the high-strength titanium alloy plate 3 is locally heated (induction heating). That is, the high yield strength titanium alloy plate 3 with which the tip 2a of the spatula 2 is in pressure contact is locally heated. Here, the term “local” refers to a location near the point of action (pressure contact) P by the spatula tip 2a. Although it is in the vicinity of the action point P, it is mainly the portion 3a on the unformed side in the high yield strength titanium alloy plate 3 from the action point (pressure contact) P. Comparing the molded portion 3b and the unmolded portion 3a of the high strength titanium alloy plate 3, the molded portion 3b is relatively far from the high frequency induction heating coil 4 as can be seen from FIG. The degree to which the molded portion 3b is heated by high frequency induction heating is relatively low. In other words, it can also be said that the point of action (pressure contact) P and the part 3a on the unmolded side are heated by induction heating, and the other parts are not heated. .

そして、へら2は、高温加熱によって耐力が低下し、かつ、延性が向上した箇所(作用点:圧接点)P)に圧力(荷重)を与えることから、小さな力でも変形(成形)が引き起こされる。すなわち、小さな荷重で成形が行われる。そして、へら荷重の低減は、高耐力チタン合金板3の表面荒れを押さえる結果となり、表面性が良い高品質な製品が得られた。   The spatula 2 gives a pressure (load) to a portion (working point: pressure contact) P) whose yield strength is reduced by high-temperature heating and whose ductility is improved, so that deformation (molding) is caused even with a small force. . That is, molding is performed with a small load. And reduction of the spatula load resulted in suppressing the surface roughness of the high yield strength titanium alloy plate 3, and a high quality product with good surface properties was obtained.

さて、へら2による荷重が掛かって高耐力チタン合金板3は厚さが半分程度までのしごき加工が行なわれた後では、成形済側の箇所3bは、成形の進行(へら2の移動)に伴って、高周波誘導加熱用コイル3から遠ざかって行く。この結果、成形済側の箇所3bは加熱が行われなくなる。しかも、高耐力チタン合金板3の成形済側の箇所3bは、金属製のマンドレル1に密接(未成形側の箇所3aはマンドレル1から離間)したものとなっていることから、当該箇所は放熱が効果的に行われ、温度は急速に低下する。この結果、成形済側の箇所3bの耐力は回復し、高耐力なものとなっている。そして、少々のストレスが加わっても、亀裂などの損傷は起こらない。   Now, after the load by the spatula 2 is applied and the ironing process of the high-strength titanium alloy plate 3 to about half the thickness is performed, the portion 3b on the molded side is in the progress of molding (movement of the spatula 2). Along with this, it moves away from the high frequency induction heating coil 3. As a result, the portion 3b on the molded side is not heated. Moreover, the portion 3b on the molded side of the high-strength titanium alloy plate 3 is in close contact with the metal mandrel 1 (the portion 3a on the unmolded side is separated from the mandrel 1), so that the portion radiates heat. Is carried out effectively and the temperature drops rapidly. As a result, the proof stress of the portion 3b on the molded side is restored, and the proof stress is high. And even if a little stress is applied, damage such as cracks does not occur.

再現性をチェックする為、上記しごきスピニング加工が何度も繰り返された。その結果、従来の場合に起きていた亀裂と言った損傷が本実施形態で得られたチタン合金製品には全く認められなかった。   In order to check the reproducibility, the ironing spinning process was repeated many times. As a result, damage such as a crack that occurred in the conventional case was not recognized at all in the titanium alloy product obtained in this embodiment.

1 マンドレル(成形型)
2 へら(棒状工具)
2a へら先端部
3 高耐力チタン合金板
3a 高耐力チタン合金板未成形側箇所
3b 高耐力チタン合金板成形済側箇所
4 高周波誘導加熱用コイル
4a 高周波誘導加熱用コイル先端部

1 Mandrel (molding die)
2 Spatula (bar-shaped tool)
2a Spatula tip 3 High strength titanium alloy plate 3a High strength titanium alloy plate unformed side portion 3b High strength titanium alloy plate formed side portion 4 High frequency induction heating coil 4a High frequency induction heating coil tip

Claims (8)

棒状工具および成形型を用いたしごきスピニング成形によって25℃における耐力が340MPa以上のチタン合金材を成形する方法であって、
しごきスピニング成形に際して、高周波誘導コイルによる高周波誘導加熱によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点を予め局所的に加熱してから、成形する加熱成形工程と、
前記加熱成形工程による成形済箇所が前記成形型に当接して該成形型からの放熱により該成形済箇所が冷却される冷却工程
とを具備することを特徴とするチタン合金材スピニング成形方法。
A method of forming a titanium alloy material having a yield strength at 25 ° C. of 340 MPa or more by iron spinning using a rod-shaped tool and a mold,
In ironing spinning molding, from previously locally heating the working point for the titanium alloy material according to the rod-shaped tool by a high-frequency induction heating by the high frequency induction coils, and hot forming step of forming,
A titanium alloy material spinning molding method, comprising: a cooling step in which a molded portion in the heat forming step abuts on the mold and the molded portion is cooled by heat radiation from the mold.
前記成形型が金属製である
ことを特徴とする請求項1のチタン合金材スピニング成形方法。
The titanium alloy material spinning forming method according to claim 1, wherein the forming die is made of metal.
前記チタン合金材の未成形箇所と前記棒状工具との間に高周波誘導コイルがセットされて局所的な加熱が行われる
ことを特徴とする請求項1又は請求項2のチタン合金材スピニング成形方法。
The titanium alloy material spinning forming method according to claim 1 or 2, wherein a high-frequency induction coil is set between an unformed portion of the titanium alloy material and the rod-shaped tool to perform local heating.
成形済箇所では加熱が行われないようにする
ことを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかのチタン合金材スピニング成形方法。
The titanium alloy material spinning forming method according to any one of claims 1 to 3, wherein heating is not performed in the formed portion.
しごきスピニング成形によって25℃における耐力が340MPa以上のチタン合金材を成形するチタン合金材しごきスピニング成形装置であって、
前記成形装置は、
棒状工具と、
高周波誘導加熱装置と、
所定形状の成形型
とを具備してなり、
前記成形型に配された前記チタン合金材に対して前記棒状工具を作用せしめる際、前記高周波誘導加熱装置によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点が予め局所的に加熱されるよう構成されてなると共に、前記高周波誘導加熱装置によって前記棒状工具による前記チタン合金材に対する作用点が予め局所的に加熱されてから成形された成形済箇所が前記成形型からの放熱により該成形済箇所が冷却されるよう構成されてなる
ことを特徴とするチタン合金材スピニング成形装置。
Strength at 25 ° C. by spinning molding ironing is a titanium alloy ironing spinning molding apparatus for molding a more titanium alloy 340 MPa,
The molding device includes:
A rod-shaped tool;
A high-frequency induction heating device;
A mold having a predetermined shape,
When the rod-shaped tool is allowed to act on the titanium alloy material disposed in the mold, the high-frequency induction heating device is configured to locally heat the point of application of the rod-shaped tool to the titanium alloy material in advance. together comprising Te, molding already place by heat radiation from the high-frequency induction heating device the molded portion is the mold that is molded from the action point is pre-heated locally for the titanium alloy material according to the rod-shaped tool by cooling A titanium alloy material spinning forming apparatus, characterized in that it is configured as described above.
前記成形型が金属製である
ことを特徴とする請求項5のチタン合金材スピニング成形装置。
The titanium alloy material spinning forming apparatus according to claim 5, wherein the forming die is made of metal.
前記高周波誘導加熱装置は高周波誘導コイルを具備する
ことを特徴とする請求項5又は請求項6のチタン合金材スピニング成形装置。
The titanium alloy material spinning forming apparatus according to claim 5 or 6, wherein the high-frequency induction heating device includes a high-frequency induction coil.
前記高周波誘導加熱装置の前記高周波誘導コイルが前記チタン合金材の未成形箇所と前記棒状工具との間に配されて局所的な加熱が行われるよう構成されてなる
ことを特徴とする請求項7のチタン合金材スピニング成形装置。
8. The high-frequency induction coil of the high-frequency induction heating device is arranged between an unformed portion of the titanium alloy material and the rod-shaped tool so as to perform local heating. Titanium alloy material spinning forming equipment.
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