JP2003048026A

JP2003048026A - マグネシウム合金の塑性加工方法及びその装置

Info

Publication number: JP2003048026A
Application number: JP2001235784A
Authority: JP
Inventors: Itaru Takano; 高野　　格; Hiroshi Tanabe; 田辺　　寛; Hiroyuki Sukai; 裕之須貝; Makoto Hiraishi; 平石　　誠; Hitoshi Origasa; 仁志折笠; Masato Shirakawa; 正登白川; Shuhei Aida; 収平相田
Original assignee: Niigata Prefecture
Current assignee: Niigata Prefecture
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2003-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネシウム合金の薄肉製品の塑性加工によ
る製造の実用化を実現する。【解決手段】マグネシウム合金薄板（ワーク）Ｃの予
熱機構Ａと、プレス型連続加工機構Ｂとを備え、ダイス
側ベース３ａに装着する連続加工用金型２を、ベースと
の間に断熱部５を介在させると共に、適宜な熱源を備え
たヒートプレート部４と接触させて、所望の温度に制御
可能状態として組み込んでなる装置で、ワークを予め所
定温度に暖めておき、連続加工金型の各ダイス側を所定
温度に昇温させた状態として、予熱したワークを連続的
に順次所定の塑性加工を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マグネシウム合金製薄
肉製品の製造のための塑性加工方法およびその装置に関
するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】マグネシ
ウムは実用金属中最も軽量であり、その合金の薄肉品
は、比強度、電磁シールド性、熱放散性、振動減衰性等
が優れている他、リサイクルのための再生産エネルギー
が少なくて済む等の利点を備えており、近年電気・通信
機器に多用されるようになってきた。

【０００３】そして現在採用されている薄肉品の成形加
工法としては、溶融マグネシウム合金を高速高圧で金型
に注入し、瞬時に成型するダイキャスト法や、マグネシ
ウム合金を切削して作ったチップをシリンダー内で加熱
し、そのまま金型内に射出して成形するチクソモールド
法が知られている。尚薄肉品の原料としてはＡＺ９１合
金（アルミ９％，亜鉛１％）の採用が一般的である。

【０００４】しかし前記ダイキャスト法やチクソモール
ド法を採用して薄肉製品（１ｍｍ以下）を製造しようと
すると、厚み不足やピンホール、バリ等が生じ二次加工
並びに補修再加工が必要であり、而も特に補修作業は、
パテ塗りや、表面研削を行った後に塗装仕上げを行うも
ので、非常に繁雑である。更に研削粉に対する防災も必
要であり、製品全体の歩留まりが非常に悪い。

【０００５】また肉厚も現在のところ０．８ｍｍ厚が限
界であり、リサイクルの面でも、製造型に塗布する離剥
剤が高温状態で合金と接触して合金内に混入してしま
い、この微小混入物をリサイクル時に除去する必要があ
る等の問題もある。

【０００６】このように従来におけるやグネシウム合金
による薄肉製品の製造には種々の問題点がある。そこで
マグネシウム合金をプレス加工（塑性加工）によって製
品成形が可能であるならば、前記の従来の製造方法が抱
えていた問題点を一挙に解消できるものである。

【０００７】マグネシウム合金の塑性加工については、
先に社団法人軽金属協会が昭和３５年度通産省応用研究
補助金の交付を受け、前記協会内に組織したマグネシウ
ム委員会で検討され、「マグネシウム合金展伸材の標準
性質測定に関する研究」として、昭和３７年１０月に報
告されている。

【０００８】その内容は、材料としてＡＺ３１他のマグ
ネシウム合金を使用し、試験装置として、発熱体にニク
ロム線の電気抵抗を利用し、ダイスおよびしわ押さえ板
の内縁部、ならびにパンチには冷却水が通せるようにし
た構成を採用し、（イ）パンチ、ダイスとも同一の温度
とした場合（ロ）パンチは水冷し（９２０〜６０℃）、
ダイスは一様な温度に加熱した場合（ハ）パンチは水冷
し、ダイスは内縁を水冷しつつ周辺を加熱して温度勾配
をつけた場合を行い、（イ）に対して（ロ）の場合が、
破断の危険が大きい容器の底付近の強度を常温強度程度
に保持できるため全般的に絞り特性が向上すること、更
に（ハ）では、ダイスに温度勾配をつけることでフラン
ジ部分おいても内側強度が増し破断し難くなることが報
告されている。

【０００９】また本件発明者らは、マグネシウム合金の
プレス加工の実用化の適否を探るべく試験を行った。試
験結果は、社団法人軽金属学会発行の軽金属第５０巻第
９号に「ＡＺ３１マグネシウム合金の深絞り成形性」と
して報告した。

【００１０】その内容は、円形に曲げた棒状ヒータをヒ
ータホルダに組み込み、伝熱板を介してダイスとしわ押
さえの両方を加熱すると共に、温度制御はダイスとしわ
押さえの表面近傍に熱電対を取り付け、ＰＩＤ方式によ
るフィードバック制御を行い、パンチは内部に水を流す
ことで温度調節ができる構造とし、ダイス、しわ押さえ
とも室温〜２５０℃の温度範囲で行うと共に、パンチ温
度を０、３０，１００℃の各温度に設定して実験を行っ
て、マグネシウム合金（ＡＺ３１）加工可能性を確認し
た。

【００１１】また、加熱−冷却深絞り法（マグネシウム
の温間深絞り法に対して高温深絞り法という）として知
られているプレス加工方法は、フランジ部のみを加熱昇
温して変形抵抗を下げ、加工完了した部分を冷却して、
破断抵抗を上げ、更に急冷却による熱応力を利用する方
法で、この方法に採用されているプレス装置も、前記の
各試験装置と基本的には同様な構造を備えている。

【００１２】このようにプレス加工（金属塑性加工）に
おいて、ダイスやパンチを所定の温度にして実施するこ
とは知られているが、従前の装置は、全て実験室的構成
であり、その手法も加工対象物の単純単一加工であり、
現実の製造工程自体に関しては全く考慮されていない。
即ち被加工対象物（ワーク）は、室温と相違する所定の
温度状態での加工が必要であり、而も製品形状毎の絞り
加工、曲げ加工、打ち抜き加工等、各種の加工を施すこ
とによって製品が製出される。

【００１３】そこで本発明は、発明者らの前記試験結果
を踏まえ、マグネシウム合金の実用的な塑性加工方法並
びにその加工装置（プレス装置）を提案したものであ
る。

【００１４】

【課題を解決する手段】本発明に係るマグネシウム合金
の塑性加工方法は、加工対象のマグネシウム合金を予め
所定温度に暖めておき、少なくとも複数の連続加工型の
各ダイス側を所定温度に昇温させた状態として、予熱し
たマグネシウム合金を連続的に順次所定の塑性加工を施
してなることを特徴とするものである。

【００１５】また本発明に係るマグネシウム合金の塑性
加工装置は、加工対象物のマグネシウム合金薄板（ワー
ク）の予熱機構と、プレス型連続加工機構とを備え、前
記プレス型連続加工機構において、ダイス側金型の加熱
手段を組み込んでなることを特徴とするものである。

【００１６】従って、ダイス側金型は、所望の温度に維
持されるので、これによって予め所定温度に暖めている
ワークを、所定の温度を維持した状態で連続塑性加工す
ることが可能となり、所望の形状の製品（部品）を製出
できるものである。

【００１７】更に本発明方法は、必要に応じてパンチ側
の各パンチ及びしわ押さえを冷却或いは加熱して各々所
定温度に制御して塑性加工を施してなることを特徴とす
るものであり、また前記方法を実現する本発明装置は、
前記装置に更にパンチ側のしわ押さえの一部又は全部に
対して、所定の熱制御機能を備えた加熱手段を組み込ん
だり、パンチの一部又は全部に、パンチを加熱又は冷却
する温度制御手段を備えたものである。

【００１８】従って製品形状によって決定される各種の
加工工程において、しわ押さえによるワークの加熱（ワ
ークの放熱による温度低下を補償する）、並びにパンチ
の冷却又は加熱（加工応力が強く加わり破断の危険が大
きい箇所におけるワーク強度の保持）を選択的に制御す
ることで、最適な加工を実現することができる。

【００１９】また本発明装置の加熱手段として、ダイス
側となるベースに装着する連続加工用金型を、ベース部
との間に断熱部を介在させると共に、適宜な熱源を備え
たヒートプレート部と接触させて、所望の温度に制御可
能状態として組み込んだり、しわ押さえの加熱手段とし
て、ベースとの間に断熱部を介在させると共に、適宜な
熱源を備えたヒートプレート部と接触させて所望の温度
に制御可能状態として組み込む構成を採用したものであ
る。

【００２０】従ってダイス並びにしわ押さえは、ヒート
プレート部による間接加熱となるために、形状が相違す
る製品の製出に対して、ダイスやしわ押さえを変更する
のみで当該装置を使用することができ、マグネシウム合
金製品の汎用加工機として利用できることになる。

【００２１】

【実施の形態】次に本発明方法を実施する装置（本発明
実施装置）の実施形態について説明する。実施形態に示
した装置は、予熱機構Ａと、プレス型連続加工機構Ｂ
と、予熱機構Ａのワークをプレス型連続加工機構Ｂに供
給する供給機構（図示せず）とで構成される。

【００２２】最初にワークＣについて説明すると、ワー
クＣは、現在のところＡＺ３１のマグネシウム合金の薄
板０．８〜０．５ｍｍが最適であるが、必ずしもこれに
限定されない。また塑性加工時に金型との接触抵抗を軽
減する潤滑剤が必要であり、テフロン（登録商標）シー
トによる被覆や、潤滑剤の塗布を適宜選択的に採用す
る。

【００２３】予熱機構Ａは、ワークＣを、所望の温度
（１００〜３５０℃）に加熱するもので、加熱方法は、
ワークＣを所定の間隔で所定の温度まで上昇させ、次の
加工機構Ｂの加工間隔に同期して供給できれば良いもの
で、具体的には、ヒータ内蔵のヒートプレートにワーク
Ｃを所定時間載置した後に供給機構で搬出したり、ヒー
トコンベアで一定時間搬送することでワークの所定昇温
を実現したり、搬送コンベアの途中に誘導加熱装置を組
み込んで昇温させる等の種々の加熱手段が採用できる。
尚この予熱は、塗布した潤滑剤の乾燥としても利用でき
る場合がある。

【００２４】プレス型連続加工機構Ｂは、基本的に従前
の連続加工機と同様で、ワークを加圧力で加工する一対
の工具（金型／パンチ側：パンチ及びしわ押さえ等、ダ
イス側：ダイス他）１，２を、必要とするプレス工程に
対応して順次並設すると共に、各工具（金型）を作動さ
せる動作機構や、ワークＣを各工具（金型）間に順次送
り込む順送り機構（トランスファフィーダ：図示せず）
等を付設しているものである。

【００２５】本発明方法に使用する装置は、例えばフレ
ームの上方に配置され、上下作動するベース３ａに、断
熱部５を介在させてヒートプレート部４を設け、このヒ
ートプレート部４に接触するようにして金型（ダイス）
２を組み込んでなる。

【００２６】またパンチ側の金型１においても、加工形
態に応じて選択的に、ベース３ｂにパンチ１１及びしわ
押さえ１２を組み込む際に、断熱部５で熱遮断を行うと
共に、しわ押さえ１２には、ヒートプレート部４を付設
し、パンチ１１には、加熱又は冷却用の温度調整部４ａ
を付設する。

【００２７】前記のヒートプレート部４は、側面に多数
の横穴（装着孔）を穿設し、各横穴に棒状ヒータ（電熱
線を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している
市販品）４１を、隙間に耐熱セメントを充填するなどし
て密挿着してなる。またダイス２やしわ押さえ１２の適
宜位置に温度センサを設置し、各ヒータ４１を独立して
制御可能な構成としておく。

【００２８】而してワークＣを予熱機構Ａで所望の温度
まで暖めて、加工機構Ｂに送り込み、加工機構Ｂで順次
ワークＣを所望の形状に加工するものである。特に各ダ
イス側金型２やしわ押さえ１２は、ヒートプレート部４
によって所定の温度に維持され、ワークＣはその加工毎
に金型２と当接することで、冷えることなく適正な温度
を維持し、熱膨張率を同一の状態のままで連続加工が施
されるものである。

【００２９】即ち温度センサーによる温度感知と、予め
算出している加工すべき形状に対応する最適温度とをも
って、各独立したヒータ４１の出力制御並びに必要に応
じて行うパンチの温度制御（冷却の場合も加熱の場合も
ある）を行うことで、ワークＣの最適な連続加工が実現
できる。尚潤滑部材は成形加工後に剥離や洗浄によって
除去する。

【００３０】而も本発明では、加工前に予熱機構で予熱
を施すものであるから、加工間隔が短く適正な連続加工
が可能となるものである。即ち図２に例示したような、
曲げ加工では、ワークＣが単にパンチ１に載置されるの
みで、常温のワークＣを供給したとしても、パンチ１１
の加熱によるワークＣの昇温は望めないし、またワーク
Ｃをダイス側に位置させる装置ではダイス２との接触面
積が少ないので、常温のワークＣを供給したとしても、
ワークＣが加工可能な適性温度まで上昇するのに時間を
要することになる。このため必然的に連続加工の時間間
隔が大きくなり、製造能率が悪化する。勿論加工途中で
の曲げ加工等においても、加工間隔が長くなると、放熱
状態となりワークＣの温度低下を招く結果となる。この
対策としてしわ押さえ１２や金型２の温度を高めに設定
すると、ワークＣの昇温が速やかになるが、ワークＣの
温度分布が不均衡となり、加工精度に問題が生ずる。

【００３１】しかし本発明は、加工前に予熱を施し、ワ
ークＣを所定温度に上昇させた状態で、連続加工を行う
ものであるから、最初の工程から直ちに連続加工作業に
入ることができ、加工間隔を特に長くする必要が無く、
機械能力に応じての加工間隔とすることができ、しわ押
さえ１２や金型２との接触面積が小さい曲げ加工や打ち
抜き加工が最初や途中に介在していたとしても、何ら支
障無く連続加工を実施することができるものである。

【００３２】尚本発明装置は、前記の実施形態に示した
ように、ラム側（上方の作動側）に全てのダイスを組み
込むものではなく、ダイスの一部や全部が下側に組み込
まれるである場合もあることはいうまでもない。本発明
のダイス側は、金型としてのダイスを組み込んでいる方
を意味する。従って図示したダイス側のヒートプレート
部が、全て上部ベースに設けられるのではなく、一部の
ダイスが下部ベースに組み込まれた場合には、当該下部
ベースにダイス側の加熱手段（ヒートプレート部）が設
けられる。

【００３３】またヒートプレート部４の構成も前記の実
施形態に限定されず、例えば実施形態のように積層的に
金型２（しわ押さえ１２でも同様）を組み込まずに、金
型２の側面にヒートープレート部４を接触する構成でも
良い。その場合には、ヒートプレートの対向面に装着穴
（縦穴）を穿設して、縦棒状ヒートパイプを組み込むよ
うにしても良い。

【００３４】更に金型加熱手段として、ヒートプレート
部を採用する間接加熱の採用に限定されるものではな
く、金型にヒーターを組み込む等の直接加熱手段を採用
しても良い。

【００３５】勿論連続加工機構は当然に必要とする公知
の周辺機構を付設しているものである。

【００３６】

【発明の効果】以上の通り本発明方法は、ワークを予め
所定温度に暖めておき、少なくとも複数の連続加工型の
各ダイス側を所定温度に昇温させた状態として、予熱し
たワークを連続的に供給し、順次所定の塑性加工を施し
てなるマグネシウム合金の塑性加工方法であり、また本
発明装置は、ワーク予熱機構と、プレス型連続加工機構
とを備え、前記プレス型連続加工機構において、ダイス
側金型の加熱手段を組み込んでなるマグネシウム合金の
塑性加工装置で、マグネシウム合金薄肉製品の塑性加工
製造の実用化を実現したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施形態の簡易な説明図。

【図２】同金型の一例の説明図。

【符号の説明】

Ａ予熱機構Ｂプレス型連続加工機構Ｃワーク１金型（パンチ側）１１パンチ１２しわ押さえ２金型（ダイス側）３ａ，３ｂベース４ヒートプレート部４１棒状ヒータ４ａ温度調整部５断熱部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年８月１６日（２００１．８．１
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】その内容は、材料としてＡＺ３１他のマグ
ネシウム合金を使用し、試験装置として、発熱体にニク
ロム線の電気抵抗を利用し、ダイスおよびしわ押さえ板
の内縁部、ならびにパンチには冷却水が通せるようにし
た構成を採用し、（イ）パンチ、ダイスとも同一の温度
とした場合（ロ）パンチは水冷し（２０〜６０℃）、ダ
イスは一様な温度に加熱した場合（ハ）パンチは水冷
し、ダイスは内縁を水冷しつつ周辺を加熱して温度勾配
をつけた場合を行い、（イ）に対して（ロ）の場合が、
破断の危険が大きい容器の底付近の強度を常温強度程度
に保持できるため全般的に絞り特性が向上すること、更
に（ハ）では、ダイスに温度勾配をつけることでフラン
ジ部分おいても内側強度が増し破断し難くなることが報
告されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須貝裕之新潟市鐙西１丁目11番１号新潟県工業技術総合研究所内 (72)発明者平石誠新潟市鐙西１丁目11番１号新潟県工業技術総合研究所内 (72)発明者折笠仁志新潟市鐙西１丁目11番１号新潟県工業技術総合研究所内 (72)発明者白川正登新潟市鐙西１丁目11番１号新潟県工業技術総合研究所内 (72)発明者相田収平新潟県長岡市新産４丁目１番14号新潟県工業技術総合研究所中越技術支援センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加工対象のマグネシウム合金薄板を予め
所定温度に暖めておき、少なくとも複数の連続加工金型
の各ダイス側を所定温度に昇温させた状態として、予熱
したマグネシウム合金を連続的に順次所定の塑性加工を
施してなることを特徴とするマグネシウム合金の塑性加
工方法。
【請求項２】パンチ側の各パンチ及びしわ押さえを、
選択的に所定温度に制御して塑性加工を施してなる請求
項１記載のマグネシウム合金の塑性加工方法。
【請求項３】加工対象物のマグネシウム合金薄板（ワ
ーク）の予熱機構と、プレス型連続加工機構とを備え、
前記プレス型連続加工機構において、ダイス側金型の加
熱手段を組み込んでなることを特徴とするマグネシウム
合金の塑性加工装置。
【請求項４】ダイス側の加熱手段として、ダイス側と
なるベースに装着する連続加工用金型を、ベース部との
間に断熱部を介在させると共に、適宜な熱源を備えたヒ
ートプレート部と接触させて、所望の温度に制御可能状
態として組み込んでなる請求項３記載のマグネシウム合
金の塑性加工装置。
【請求項５】プレス型連続加工機構において、パンチ
側のしわ押さえの一部又は全部に対して、所定の熱制御
機能を備えた加熱手段を組み込んでなる請求項３又は４
記載のマグネシウム合金の塑性加工装置。
【請求項６】しわ押さえの加熱手段として、ベースと
の間に断熱部を介在させると共に、適宜な熱源を備えた
ヒートプレート部と接触させて所望の温度に制御可能状
態として組み込んでなる請求項５記載のマグネシウム合
金の塑性加工装置。
【請求項７】ヒートプレート部の側面や上面に多数の
装着穴を穿設すると共に、各装着穴に棒状ヒーターを密
挿着し、ダイス側金型又はしわ押さえの一方又は双方の
適宜位置に温度センサを設置し、所望の温度に制御可能
にしてなる請求項４又は６記載のマグネシウム合金の塑
性加工装置。
【請求項８】プレス型連続加工機構において、パンチ
の一部又は全部に、パンチを加熱又は冷却する温度制御
手段を備えてなる請求項５乃至７記載の何れかのマグネ
シウム合金の塑性加工装置。