JPH02104463A - 繊維強化金属製品の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化複合材製品の成形方法に関する。と
くに本発明は、繊維強化金属製の筒状部材の静水圧成形
方法に関する。

は金属製の筒状の外側カプセルと内側カプセルとからな
るカプセル装置を用いるもので、これら外側カプセルと
内側カプセルの間に、強化繊維にマトリクス金属を含浸
したワイヤプリフォーム等の素材や強化繊維の間にマ）
　ＩＪフックス属粉末を充填した素材を入れた後、カプ
セル装置の両端面を閉鎖し、カプセル装置内部を真空排
気して該カプセル装置を密封し、外部からの加熱および
加圧により成形を行う。この外部からの加熱および加圧
によりカプセルに変形を生じ、内部の素材には成形圧力
が与えられる。成形後は、カプセルを切削その他の機械
加工により除去して、徴維強化金属製品を取り出す。

この従来の静水圧成形方法においては、外側カプセルと
内側カプセルとで構成されるカプセル装置の端部は比較
的剛性が高く、また中間部の平坦な形状の部分は比較的
剛性が低くなり、成形時のカプセルの変形量に差を生じ
る。その結果、所定形状の製品が成形のみでは得られな
くなり、成形後に機械加工により仕上げを行うことが必
要になこのような問題を解決するために、外側カプセル
に厚肉の鋼管を、内側カプセルに薄肉の鋼管を用いてカ
プセル装置を構成し、成形時に主として内側カプセルの
みに変形を生じるようにして、外側カプセルの内面で繊
維強化金属製品の所定形状を得るようにする方法が提案
されている。この提案された方法は、繊維強化金属素材
の成形における体積収縮率が比較的小声いばあいには問
題は少ないが、直径１５μｍ以下の炭素繊維等のマルチ
フィラメントなどのばあいには、成形時の体積収ｗｉ率
が大きく、内側カプセルの変形能が不足し、繊維強化金
属素材に十分な成形圧力が与えられない、という問題が
ある。

カプセルをアルミニウム合金により形成すると十分な変
形量は得られるが、外側カプセルと内側カプセルの変形
量の割合が制御困難で、成形寸法精度が劣るものとなる
。また、繊維強化金属のマトリックス金属としてアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を使用するばあいには、
成形後にカプセルを機械加工によって除去するに際して
、切削により生じる熱により厚さ方向に熱応力が発生し
たり、工具の先端部が繊維強化金属に部分的に食い込ん
だりすることにより、繊維強化金属の表面近傍に層間剥
離を生じ、表面の割れやめくれの原因となる。

このような層間剥離の問題を解決するために、成形に際
して、繊維強化金属の外側にアルミ箔等の積層材を配置
して、この積層材を機械加工時の緩衝材として機能させ
ることも考えられるが、この方法では、成形時にアルミ
箔同志の接合が不十分なばあいが多（、表面近傍の層間
剥離を生じ、繊維強化金属製品の表面に凹凸が見られ、
外観および性能上問題が残る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、静水圧成形方法において、成形時の体積収縮
率が大きい繊維強化金属素材を使用するばあいに成形圧
力が不足する、という従来の方法の問題と繊維強化金属
製品をカプセルから取り出すときに層間剥離が生じる、
という問題を同時に解決するものである。

すなわち、本発明は、繊維強化金属の静水圧成形方法に
おいて、成形時の体積収縮率が大きい繊維強化金属素材
を使用するばあいにも優れた成形品質を得ることができ
、かつ成形品取り出しのための機械加工における層間剥
離を生じる虞れのない方法を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明においては、内側カプ
セルと外側カプセルで形成される成形用カプセル装置の
内部において、外側カプセルと内側カプセルのいずれか
一方に隣接して、成形温度条件で該カプセルの材料より
高い剛性を有する材料の変形防止部材を配置し、外側カ
プセルと内側カプセルのいずれか他方と変形防止部材と
の間に繊維強化金属素材を封入して静水圧成形を行う。

本発明の一態様においては、変形防止部材と繊維強化金
属素材との間に、該繊維強化金属素材のマトリックス金
属と接合性の良い材料からなるライナを配置して前記静
水圧成形を行う。

〔作　用〕

本発明の上記構成によれば、成形時の圧力によっても、
変形防止部材は変形を生じず、該変形防止部材から離れ
た方のカプセルのみが変形する。

したがって、変形防止部材の面により、精度の高い成形
を行うことが可能になる。また、変形防止部材と繊維強
化金属素材との間にライナを設けた加工に際して、加工
熱による熱応力や工具先端の食い込みに対する緩衝材と
して機能することになり、繊維強化金属製品の表面のめ
くれや割れなどの発生を防止して、平滑で良好な表面を
有する繊維強化金属製品を得ることが可能になる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図について説明する。

第１図および第２図は本発明の第一の実施例を示すもの
で、本発明による繊維強化金属製品の成形方法に使用さ
れるカプセル装置６は、外側カプセル１と内側カプセル
２とからなる。外側カプセル１と内側カプセル２は、と
もに円筒形で、互いに同軸に配置されている。外側カプ
セル１の内面に沿って円筒形の変形防止部材４が配置さ
れ、該変形防止部材４と内側カプセル２との間に繊維強
化金属素材３が充填される。外側カプセルｌと内側カプ
セル２は、いずれもアルミニウム系金属により形成され
、変形防止部材４は鋼により形成される。繊維強化金属
素材３は、−例としては、直径約７μｍの炭素繊維にア
ルミニウムまたはアルミ４の内部に挿入する。他の方法
としては、内側カプセル２と変形防止部材４との間に炭
素Ｉａ維にアルミニウムまたはアルミニウム合金の粉末
を配合したプリフォームを充填してもよい。

このようにカプセル装置６内に繊維強化金属素材３を充
填したのち、カプセル装置６の端部に端板７を溶接して
カプセル装置６を封鎖する。端板７もカプセル１．２と
同一の金属材料により構成する。端板７には排気口８が
形成されており、この排気口８からカプセル装置６の内
部の空気を排除して、該カプセル装置６内を真空状態に
する。

次イテ、カプセル装置６を加熱しながら該カプセル装置
６の周囲を高圧状態にする。加熱温度および圧力は繊維
の種類およびマトリックス金属により異なるが、本実施
例のばあいは、温度を５５０ないし５６０℃とし、圧力
を約１０００ｋｇ／ｃイとする。加熱によりカプセル１
．２の剛性が低下し、変形が容易な状態となる。カプセ
ル装置６の周囲に与えられる圧力により、内側カプセル
２が半径方向外向きに膨らむように変形し、内部の繊維
強る。したがって、成形品の外側面は変形防止部材の内
面により精度よく成形される。

成形後に、外側カプセルｌと内側カプセル２、および変
形防止部材４は、切削等の機械加工により除去され、成
形品が取り出される。

第３図は本発明の他の実施例を示す横断面図である。こ
の実施例においては、変形防止部材４と繊維強化金属素
材３との間にライナ５が配置される。ライナ５は、繊維
強化金属素材３のマ）　ＩＪフックス属と同材質または
該マトリックス金属に対して接合性の良い金属材料によ
り構成される。この実施例においても、成形は前例にお
けると同様に行われる。本実施例では、変形防止部材４
と鈎維強化金属素材３との間にライナ５が配置され１い
るので、このライナ５が成形後の機械加工に閂しての緩
衝材として機能する。すなわち、機械カニに際して発生
する熱による熱応力の発生を抑１し、切削工具の食い込
みなどによる表面剥離を俟止することができる。さらに
、ライナ５の厚さイ変えることにより繊維強化金属製品
の厚さを容８以上述べた実施例では、繊維強化金属のマ
ド１ツクス金属としてアルミニウムまたはアルミニとム
合金を使用したが、カプセルの材質を適当ニ幻定するこ
とにより、マグネシウムやチタンを７）リックス金属と
して使用することも可能である。

また、強化繊維としては、炭零繊維以外の繊維、たとえ
ば炭化珪素系の４ａ椎やボロン系の繊維もｅ用可能であ
る。さらに、本発明の方法は、円筒月ｌ　　の成形品の
製造だけでなく、多角形断面形状の筒−形邪品、の製造
にも適用できる。

ゑ　　〔効　果〕 ａ　　　以上述べたように、本発明の方法においては、
Ｉｌｌ　　　カプセル装置を構成する外側カプセルと内
側カブｑ　　セルのいずれか一方に隣接して剛性の高い
変形防゛　　止部材を配置したので、繊維強化金属の成
形寸法Ｊ　　精度を従来の方法に比して爪光的に高める
ことができる。また、変形防止部材と繊維強化金属素材
との間にライナを配置した本発明の態様においては、成
形後の機械加工に際して、このライナを緩衝材として作
用させることが可能になり、製品表１　　面近傍の層間
剥離等の欠陥の発生を防止すること７　　ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すカプセル装置の一部切
り欠き側面図、第２図は第１図のカプセル装置の横断面
図、第３図は他の実施例を示す力Ｉ　　プセル装置の横
断面図である。 ｅ　　　１・・・・外側カプセル、　　、２・・・・内
側カフ’　セＪＬ、、３・・・・繊維強化金属素材、４
・・・・変形防止部ｔイ５・・・・ライナ、　　　　　
　６・・・・カプセル１ｆｆｉ７・・・・端板、　　　
　　　８・・・・排気口。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内側カプセルと外側カプセルで形成される成形用
   カプセル装置の内部に繊維強化金属素材を封入し加熱条
   件下で前記カプセル装置の外部から加圧して成形を行う
   静水圧成形による繊維強化金属製品の成形方法において
   、前記カプセル装置内で、前記外側カプセルと前記内側
   カプセルのいずれか一方に隣接して、成形温度条件で前
   記カプセルの材料より高い剛性を有する材料の変形防止
   部材を配置し、前記外側カプセルと前記内側カプセルの
   いずれか他方と前記変形防止部材との間に前記繊維強化
   金属素材を封入して静水圧成形を行うことを特徴とする
   繊維強化金属製品の成形方法。
2. （２）請求項１に記載した成形方法において、前記変形
   防止部材と前記繊維強化金属素材との間に、前記繊維強
   化金属素材のマトリックス金属と接合性の良い材料から
   なるライナを配置して前記静水圧成形を行うことを特徴
   とする繊維強化金属製品の成形方法。
3. （３）請求項１または２に記載した成形方法において、
   前記内側カプセルと前記外側カプセルがアルミニウム系
   の金属により形成され、前記変形防止部材が鋼により形
   成されたことを特徴とする繊維強化金属製品の成形方法
   。