JP4768363B2 - アルミニウム合金板の熱間ブロー成形法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミニウム合金板の熱間ブロー成形法、詳しくは、成形加工時に面質劣化を生じることなく成形品の品質向上が得られ、成形加工時の金型と材料との摺動における耐疵付き性を向上させたアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法に関する。
アルミニウム合金板の熱間ブロー成形は、アルミニウム合金板を高温において一般的にはガス圧により大きな塑性変形を与えて成形する方法であり、１回の加工で複雑形状への成形が可能なこと、金型や製造装置が冷間プレス成形より安価なことなどの利点があるため、多品種少量生産に適した成形方式である。
近年では、成形条件や設備の適正化によりサイクルタイムも短くなってきており、大量生産される自動車外板などの成形にも適用されている。熱間ブロー成形は高温加工であるから、一般的には、成形すべきアルミニウム合金板にＢＮ（ボロンナイトライド）やグラファイトに代表される離型剤を塗布し、成形後に金型やビード部へ凝着するのを防止している。
しかしながら、大量生産される部品や表面品質の厳しい成形品の成形においては、離型剤を塗布しても、金型と成形板との摺動に起因する疵の発生が避けられず、離型剤の金型への堆積による面質劣化も生じるとともに、離型剤の塗布作業自体の自動化も難しく、能率低下やコスト上昇を招いていた。
冷間プレス成形性の向上のために、成形すべきアルミニウム材の表面に陽極酸化皮膜と、陽極酸化皮膜上にポリオレフィン系ワックス微粉末粒子などの潤滑剤を分散させたポリウレタン系樹脂などの有機樹脂皮膜を形成することも提案されている（特許文献１参照）が、この手法をアルミニウム合金板の熱間ブロー成形に適用した場合、必ずしも十分な効果を得ることができない。
特開平８−１８７８１８号公報
本発明は、とくに量産品や厳しい表面品質が要求されるアルミニウム合金板の成形品を熱間ブロー成形する場合に生じる上記従来の問題を解消するために、表面処理と、離型性や金型と成形板との摺動に起因する疵の発生などとの関係について試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、金型に離型剤を塗布することなしに成形することができ、離型性に優れ、金型と成形板との摺動に起因する疵の発生も避けることができ、従って、離型剤の金型への堆積による面質劣化も生じることなく、成形品の品質向上、作業能率の向上、製造コストの低減を可能とするアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法を提供することにある。
上記の目的を達成するための請求項１によるアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法は、アルミニウム合金板を金型を用いて熱間ブロー成形する方法であって、アルミニウム合金板の表面に、水酸化アルミニウム皮膜と水和酸化物皮膜の２層の皮膜を該皮膜の片面当たりの厚さが０．７〜３μｍとなるよう形成し、金型に離型剤を塗布することなしに、皮膜を形成した表面が金型に接して成形されることを特徴とする。
請求項２によるアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法は、請求項１において、前記アルミニウム合金板が５０００系アルミニウム合金板または６０００系アルミニウム合金板であることを特徴とする。
本発明によれば、金型に離型剤を塗布することなしに成形することができ、離型性に優れ、金型と成形板との摺動に起因する疵の発生も避けることができ、従って、離型剤の金型への堆積による面質劣化も生じることなく、成形品の品質向上、作業能率の向上、製造コストの低減を可能とするアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法が提供される。
本発明は、熱間ブロー成形が可能な全てのアルミニウム合金に適用することができるが、とくに、５０００系アルミニウム合金あるいは６０００系アルミニウム合金に適用した場合に有効である。
非熱処理型の５０００系アルミニウム合金は、軟化状態で最も高強度を示し、熱間ブロー成形用素材として多く実用化されている。５０００系アルミニウム合金のうちでは、例えば、５０８３合金、５１８２合金、５０５２合金などが本発明の効果を発揮し得るものとして好適に使用できる。
また、６０００系アルミニウム合金は、ベークハード性を有し、５０００系アルミニウム合金に比べてゲージダウンの可能性があるため、自動車外板用として多く使用されるようになっており、熱間ブロー成形が実用化されつつある。
本発明において、熱間ブロー成形用のアルミニウム合金板の表面に形成される水和酸化物皮膜は、べーマイト皮膜またはバイアライト皮膜であり、皮膜生成方法については限定されないが、例えば、アルミニウム合金板を、約５０℃以上の水道水、純水などの中性液、あるいはアンモニアなどを含む弱アルカリ性溶液に浸漬したり、飽和水蒸気中に暴露するなどの方法で形成することができる。
本発明においては、アルミニウム合金板の表面にまず水酸化アルミニウム皮膜を形成し、その上に前記水和酸化物皮膜を形成する。２層の皮膜により水和酸化物皮膜のみを形成した場合に比べさらに安定した効果を得ることができる。水酸化アルミニウム皮膜は、例えば、アルミニウム合金の表面を通常使用されている公知のアルカリ溶液でアルカリエッチングすることにより形成することができる。アルミニウム合金の表面とは、少なくともブロー成形時に金型に接する表面であるが、両面に皮膜を形成してもよい。
前記の皮膜は片面当たり１０μｍ以下の厚さに形成するのが好ましく、皮膜の片面当たりの厚さが１０μｍを越えると、熱間ブロー成形過程において皮膜の割れが顕著となって皮膜剥離が生じ易くなり、皮膜の効果を発揮できなくなる。さらに好ましい皮膜の片面当たりの厚さは０．７〜３μｍである。
熱間ブロー成形すべきアルミニウム合金板の表面に形成された前記の水和酸化物皮膜と水酸化アルミニウム皮膜からなる２層の皮膜は、成形後における金型への凝着を防止する役割を果たすことができるから、従来金型やビード部への凝着防止のために行われていたアルミニウム合金板の表面へのＢＮ、グラファイトなどの離型剤の塗布を省略することができ、従って、離型剤の金型への堆積による面質劣化を防ぐことができる。また、前記の皮膜形成により、金型と成形板との摺動に起因する疵の発生を避けることも可能となる。
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
表１に示すアルミニウム合金の板材（調質：Ｏ材、厚さ：１．５ｍｍ）の表面に水和酸化物皮膜、または水酸化アルミニウム皮膜と水和酸化物皮膜からなる２層の皮膜を形成した。水和酸化物皮膜は、アルミニウム合金板を９５℃の水道水に浸漬することにより形成し、水酸化アルミニウム皮膜は、アルミニウム合金板をアルカリ系洗浄剤でエッチング処理することにより形成した。皮膜厚さは皮膜形成処理時間により調整した。
上記皮膜が形成されたアルミニウム合金板を洗浄し、各試験材Ｎｏ．について１０枚づつの試験材を準備し、これら試験材を熱間ブロー成形機にセットし、５００℃の温度で、窒素ガス圧により９気圧に加圧し６分間のブロー成形を行い、縦２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ、深さ８０ｍｍの角筒パネルに成形した。
成形後、以下の方法により、金型からの離型性、成形されたパネルの表面疵の有無を調査した。各試験材の皮膜とその片面当たりの厚さを表１に、表面疵の有無、離型性の調査結果を表２に示す。表１〜２において、試験材Ｎｏ．１〜７は参考例として示す。
離型性：金型から火箸で成形品を離型する際に、金型への張り付きがなく容易に離型できたものは（◎）、成形品に変形を生じないものは（○）、金型への張り付きが生じ成形品が変形したものは（×）とした。
表面疵：金型と材料との摺動による疵が目視で確認できないもの、または疵の深さが１μｍ以下のものは（◎）、疵の深さが３μｍ未満のものは（○）、疵の深さが３μｍ以上のものは（×）とした。
離型性：金型から火箸で成形品を離型する際に、金型への張り付きがなく容易に離型できたものは（◎）、成形品に変形を生じないものは（○）、金型への張り付きが生じ成形品が変形したものは（×）とした。
表面疵：金型と材料との摺動による疵が目視で確認できないもの、または疵の深さが１μｍ以下のものは（◎）、疵の深さが３μｍ未満のものは（○）、疵の深さが３μｍ以上のものは（×）とした。
表２に示すように、本発明に従う試験材８、９は、各１０枚の試験材のいずれも離型性に優れており、表面疵も目視で確認できないか、確認できたとしてもきわめて軽微であった。試験材１０は皮膜を形成しなかったため、１０枚の試験材のいずれも離型性が劣り表面疵が生じた。試験材１１は皮膜を形成せず従来法に従ってＢＮを塗布したもので、離型性は良好であったが、１０枚の試験材のいずれにも表面疵が認められた。
Claims (2)
- アルミニウム合金板を金型を用いて熱間ブロー成形する方法であって、アルミニウム合金板の表面に、水酸化アルミニウム皮膜と水和酸化物皮膜の２層の皮膜を該皮膜の片面当たりの厚さが０．７〜３μｍとなるよう形成し、金型に離型剤を塗布することなしに、皮膜を形成した表面が金型に接して成形されることを特徴とするアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法。
- 前記アルミニウム合金板が５０００系アルミニウム合金板または６０００系アルミニウム合金板であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金板の熱間ブロー成形法。
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