JPH0794054B2 - アルミニウム・ボンベの頭部成形加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、アルミニウム・ボンベの頭部成形加工方
法、即ちボンベ形成用素管としてのストレートなアルミ
ニウム製底付き管の先端開口部周壁を内方に湾曲変形し
て先細な肩部から口部にかけてのボンベ頭部を形成する
ための加工方法に関する。

従来の技術 圧力容器としてのボンベは、従来最も一般的には調製の
ものが用いられている。かかる鋼製のボンベの場合、そ
の先端の頭部成形は一般にホットスピニング加工（熱間
へら絞り加工）によって行われている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、ボンベがアルミニウム製のものである場
合、その頭部成形を鋼製の場合に準じてホットスピニン
グ加工法で行うときは、アルミ材に特有の表面の強固な
酸化膜の存在のために内面側に著しい皺が発生し易い。
一方この皺の発生を避けるために軽加工のスピニングで
行いうるものとするときは、外形的には目的形状を得る
ことができるが頭部に所要の十分な肉厚を付与すること
が困難となる。

このようなスピニング加工の適用の不適性に鑑み、アル
ミニウム製ボンベの場合には、その頭部成形法として、
成形後の頭部形状に対応する内面形状を有する金型内
に、有底筒状のボンベ素管の端部を強制的に押し込むこ
とにより、所定の頭部形状を付与する加工方法が簡易か
つ能率的な手段として予測されるところではある。しか
し実際上該押込み成形法を実際に試みると、金型へのボ
ンベ素管の押込みのために、それに所要の荷重を加える
と、金型に完全に押込む前に素管自体に座屈変形を生
じ、加工不能となることが判明した。一方、押込み荷重
を軽減して座屈の発生を防止するべく、ボンベ素管の頭
部成形用端部側を予備加熱し、軟化状態にして押込み加
工することも試みられたが、加工部分のみを局部加熱し
ても、胴部も即座に温度上昇するため、結果的に胴部の
強度も低下し、座屈変形を防止しうるに至らないことが
知見された。

本発明者らは上記のような技術的背景から、更に種々実
験と研究の結果、アルミニウム製のボンベ素管をそれ自
体では加熱せずに、金型側のみを加熱した状態におい
て、押込み加工前に両者を所定時間突き当て接触状態に
保持したのち押込みを開始する場合、胴部の座屈変形を
伴うことなく頭部のみ塑性変形を生じさせて完全な成形
を行いうることを見出し、この発明を完成するに至っ
た。

問題点を解決する為の手段 而して、この発明は、アルミニウム合金からなる底付き
のストレートな管状に形成された底付き管の先端開口部
周壁を内方に湾曲変形してボンベ頭部を形成するに際
し、予め前記底付き管をT6調質状態に焼入れ時効処理し
ておく一方、前記頭部対応形状の内面を有する押込み成
形用金型を前記T6処理済底付き管の軟化温度以上に加熱
し、該金型に前記底付き管の先端面を接触させかつ所定
時間保持して成形予定部分のみを軟化温度に伝熱加熱し
たのち、底付き管の先端部を金型内に強制的に押込むこ
とにより金型内面に沿わせて対応形状に成形することを
特徴とするアルミニウム・ボンベの頭部成形加工方法を
要旨とする。

ボンベ用素管としてのアルミニウム製底付き管（１）
は、A6061、A6151等の主として6000系Al合金からなるも
のであり、その製造は例えば第４図に示すように、上記
Al合金からなるスラグ（Ｓ）を断面略コ字状の有底金型
（３）内に装填し、該金型内にポンチ（４）を押し進め
ることにより、金型内面とポンチ頭部との間の隙間から
前記スラグ（Ｓ）のAl材をポンチ（４）の進行方向と逆
の後方に押出し、この押出し部分をもって管胴部（1a）
を形成する一方、前記金型底面とポンチ（４）の先端面
との間に管底部（1b）を形成せしめることによって好適
に行い得る。

上記の如くして得た底付き管（１）の開口側端部に内方
への曲げ加工を施して、第３図に示すようなボンベ肩部
（1c）及びボンベ肩部（1d）を有するボンベ頭部（1e）
を形成するに際し、その成形用金型（２）として第１図
に示すような上記頭部（ｅ）対応形状の内面（2a）を有
するものを用いる。

そして、予め上記底付き管（１）を最高強度の得られる
T₆調質状態に焼入れ時効処理しておく一方、上記金型
（２）を該底付き管（１）の軟化温度以上に加熱する。
この加熱温度は550℃程度とするのが最も好適である
が、±50℃程度の許容範囲が認められる。そこで、この
加熱された金型（２）の内面に、底付き管（１）の成形
しようとする側の先端面を第１図に示すように押し当
て、所定時間接触状態に保持する。すると、接触伝熱作
用によって底付き管（１）が先端側から順次加熱され、
変形量の大きい先端側に至るほど高温となる所定の温度
勾配をもって成形予定の所定長さ範囲部分（ｌ）が加熱
軟化状態となる。そこでこれが成形に最適の温度分布状
態に至ったのち、底付き管（１）の先端部を金型（２）
内に押込み、第２図に示すような成形状態を得る。

ところで、T₆処理Al材（ビッカース硬度Hv≒105）が硬
度Hv≒60程度に軟化するのに要する保持時間と温度との
関係を調べたところ、第５図に示されるとおりであり、
この軟化曲線に基いて上記接触状態での保持時間が決定
される。而して、金型温度を550℃とする場合、約１分
間の接触保持時間で底付き管の先端部の実体温度を450
℃程度とし、該先端から150mmの距離を隔てた胴部（1
a）の位置の温度を200℃程度のものとなし得る。作業管
理面から所要保持時間は30〜90秒程度の範囲内になるよ
うに金型（２）の予熱温度を設定するものとなすことが
望ましい。

発明の効果 この発明によれば、アルミニウム製底付き管の先端の頭
部成形予定部を金型内へ押込んで頭部成形する押込み成
形法を採用するものでありながら、予め底付き管を最高
強度の得られるT₆熱処理状態に調質したものとし、しか
もその先端を加熱した成形用金型に押し当てゝ接触状態
に所定時間保持して成形予定部分のみを局部的に加熱し
て軟化せしめるものとしたのち、上記押込み加工を行う
ものとしたことにより、押し込み荷重によって管胴部が
座屈したり変形するのを防止しつゝ、頭部の確実な成形
を行うことができ、極めて簡易かつ能率的な押込成形加
工法をもって支障なく欠陥のないボンベ頭部の成形を行
うことができる。

実施例 A6061合金をもって製作された長さ910mm、直径140mmの
底付き管を510℃×１時間の溶体化加熱処理を行い、水
冷後180℃×８時間の人工時効処理を施してT₆調質状態
のものとした。

一方、成形しようとするボンベ頭部対応形状の内面を有
する鋼製金型を550℃に加熱し、この加熱状態において
該金型内面に上記T₆調質状態の底付き管の先端部を押し
当て、１分間保持した。この保持後の底付き管先端部の
実体温度は450℃であり、先端から150mm離れた部位にお
ける管胴部の温度は約200℃であった。そこで、上記保
持時間経過後、すぐさま押込み速度30cm/minで底付き管
の先端部を金型内面に押し込んだところ、金型の内面形
状対応のボンベ頭部を成形せしめることができた。かつ
この際、胴部に有害な座屈や変形を生じることはなかっ
た。また、押込み成形完了後のボンベ頭部の硬度分布に
ついて調べたところ、第３図に示すボンベ口部位置
（Ａ）、ボンベ肩部位置（Ｂ）、ボンベ胴最上部位置
（Ｃ）、および口部先端から130mm離れた胴部位置
（Ｄ）の硬度は、それぞれ、Ａ部:Hv＝52.2、Ｂ部:Hv＝
69.6、Ｃ部:Hv＝82.2、Ｄ部:Hv＝98.0であった。

上記により頭部成形を行ったボンベ成形物は、これを更
に510×１時間の溶体化加熱処理後水冷し、更に180℃×
８時間の人工時効処理を施すことにより、強度に優れ欠
陥のない最終製品としてのボンベに製造することができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は成形金型にボンベ用素管としての底付き管を押
し当てた状態の断面図、第２図は頭部成形加工時の状態
の断面図、第３図は成形されたボンベ頭部の拡大断面
図、第４図は底付き管の製作工程の一例を示す断面図、
第５図はT₆調質Al材（A6061）が硬度Hv≒60に軟化する
のに要する接触保持時間と実体温度との関係を示すグラ
フである。 （１）……底付き管、（２）……金型、（2a）……金型
の内面、（1e）……ボンベ頭部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム合金からなる底付きのストレ
   ートな管状に形成された底付き管の先端開口部周壁を内
   方に湾曲変形してボンベ頭部を形成するに際し、 予め前記底付き管をT6調質状態に焼入れ時効処理してお
   く一方、前記頭部対応形状の内面を有する押込み成形用
   金型を前記T6処理済底付き管の軟化温度以上に加熱し、
   該金型に前記底付き管の先端面を接触させかつ所定時間
   保持して成形予定部分のみを軟化温度に伝熱加熱したの
   ち、底付き管の先端部を金型内に強制的に押込むことに
   より金型内面に沿わせて対応形状に成形することを特徴
   とするアルミニウム・ボンベの頭部成形加工方法。