JP5294384B2 - マグネシウム合金管の曲げ加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、三角、四角、五角、六角、多角、丸、半円、楕円及びそれらの組み合わせによる各種断面形状を有するマグネシウム合金製の管材を巻き付け曲げ加工により曲げ加工する方法に関する。

従来、各種断面形状を有する一般的な金属や合金製の管材の曲げ加工に関しては、ベンダーを用い、当該管材の外形に対応する窪み外周を有する曲げ内型に、管を押し付けながら毎秒５°〜９０°の速さで連続的に巻き付ける回転引き曲げ加工法によっている。
一方、マグネシウム合金からなる板材を、２００℃以上の加工温度に加熱した状態において、順次小さな曲げ半径に設定した曲げ加工をプレスにより少なくとも２回繰り返して、所定の曲げ半径に曲げ加工する工法が特許文献１に記載されている。
特開２００１−７１０３７

しかし、マグネシウム合金は、最密六方構造からなり常温では底面すべりを主な塑性変形機構とし、難加工性を持つ。すなわち、マグネシウム合金製の管材を上記従来の曲げ加工法で加工すると、曲げ部分に曲げ変形量の増大に追随した十分な塑性変形が起こりにくく、弾塑性的な不均一歪みが生じるため、座屈や破断が発生しやすい。それを防止するためには、曲げ半径を大きくしたり曲げ角度を低くしたりしなければならないという大きな問題があった。

このように、延性の乏しいマグネシウム合金製管材において、曲げ角度を高く、あるいは曲げ半径を小さくするために、管材の全体又は部分を加熱し垂面すべりや柱面すべりを活性化させることにより軟化させる方法を用いた場合、マグネシウム合金が、大気中で酸化しやすく、また合金組成によっては加熱軟化が発生するし、加工硬化による管材の強化も望めないという問題がある。

実用金属中で最軽量であるマグネシウム合金製の管材は、軽量性やその機械的性質から自動車用のパイプフレームやパイプ椅子等の多くの分野で利用が期待されているため、曲げ角度を高く、曲げ半径を小さく加工する方法の開発が強く求められている。

したがって、この本発明は、マグネシウム合金製の管材を、加熱することなく、高角度、小半径で曲げ加工する新しい方法を提供することを目的とする。

この発明においては、上記課題を解決するため、マグネシウム合金管の巻き付け曲げ加工において、曲げ角度１０°以下の小角度曲げ加工工程と、その後の３〜１２０秒の休止工程とを交互に組み合わせ、間歇的に曲げ加工を進行させる方法を採用した。

この発明によれば、マグネシウム合金製管材を、加熱等による酸化、脆弱化を生じさせることなく、従来より２０％以上の高角度で小半径に曲げ加工することができる。

本発明の間歇的曲げ加工法は、断面形状が丸、三角、四角、五角、六角、多角、半円、楕円形のマグネシウムを主成分とする合金製の管材に適用できる。

以下の実施形態において加工するマグネシウム合金管は、一般的に用いられている押出装置による押出し加工により製造されるものである。以下、工業的利用の多い押出加工丸管と四角管を例に説明するが、他の形状や他の製法による異形断面形状の管材の加工にも本発明を適用できる。

図１は、マグネシウム合金製の丸管材を、一般にベンダー（曲げ機）と称される装置を用いて、回転引き曲げ加工する工程を模式的に示した図である。ベンダーの曲げ内型１に管材Ｐをセット後、掴み型（クランプ）２と押え型（プレッシャー）３を押し付ける（図１（Ａ））。次に、管材Ｐを固定したまま、掴み型２が内型１の回転と供に回転し、管材Ｐの曲げ加工を行う（図１（Ｂ））。内型１は、丸型管材Ｐの外面形状に沿った凹みを持つ形状となっている。これで曲げ加工時に管材Ｐの断面形状が変形するのを防止している。

本発明の間歇的曲げ加工法では、上記の曲げ加工装置によってマグネシウム合金製の丸管材の加工限界（合金組成により異なる）の５％〜５０％の曲げ加工（曲げ角度１０°以下）を付加し、その時点で曲げ加工装置を停止させる。その後、その状態を保持しつつ３秒から１２０秒（合金組成により異なる）の休止時間を置く。この間に不均一歪みが緩和される。休止時間経過後、さらに丸管材の加工限界の5％から50％の曲げ加工を付加し、また同様の休止時間を置く。この操作を所望の曲げ角度まで繰り返し、加工が完了する。これにより、高角度及び小半径の曲げ加工が可能となる。

すなわち、曲げ加工進行時に曲げ加工部に発生し増大する弾塑性的な不均一歪みについて、小角度曲げ加工後に曲げ加工を進行させずに曲げ応力を加えたまま休止時間を設けることにより、休止時間中にクリープ現象による塑性変形を進行させ、不均一歪みの応力緩和を行い、さらに応力緩和後に、次段階の小角度曲げ加工と所定時間の休止を順次行う。

次に、実施例と比較例について説明する。
（実施例１）

押出し加工により製造されたAZ31マグネシウム合金製の直径２５mm、厚さ２mm、長さ１mの丸管をベンダーにセット後、室温２５℃において曲率半径６０mmの曲げ内型１で、１回当りの曲げ角度５°、休止時間１０秒の工程を繰り返して曲げ加工を行ったところ、曲げ角度５０°においても曲げ内側面に座屈は発生しなかった。さらに加工を続けた結果、曲げ角度６０°において小さい座屈の発生が見られた。
（比較例１）

これに対し、比較例として、同様の丸管を曲げ速度毎秒２０度で連続的に曲げ加工を行ったところ、曲げ角度４４°で曲げ内側面に座屈を生じた。さらに連続して曲げ加工を続けたところ、曲げ角度６０度において管が完全に破断した。

（実施例２）

押出し加工により製造されたAZ61マグネシウム合金製の直径２５mm、厚さ２mm、長さ１mの丸管をベンダーにセット後、室温２５℃において曲率半径６０mmの曲げ内型１で、１回当りの曲げ角度５°、休止時間２０秒の工程を繰り返して曲げ加工を行ったところ、曲げ角度９０°においても曲げ内側面に座屈は発生しなかった。さらに加工を続けた結果、曲げ角度１２０°においても座屈の発生が見られなかった。
（比較例２）

これに対し、比較例として、同様の丸管を曲げ速度毎秒２０度で連続的に曲げ加工を行ったところ、曲げ角度６３°で曲げ内側面に座屈を生じた。さらに連続して曲げ加工を続けたところ、曲げ角度９０度において管が完全に破断した。

（実施例３）

押出し加工により製造されたZK60マグネシウム合金製の直径２５mm、厚さ２mm、長さ１mの丸管をベンダーにセット後、室温２５℃において曲率半径６０mmの曲げ内型１で、１回当りの曲げ角度３°、休止時間６０秒の工程を繰り返して曲げ加工を行ったところ、曲げ角度３０°においても曲げ外側面に亀裂は発生しなかった。
（比較例３）

これに対し、比較例として、同様の丸管を曲げ速度毎秒２０度で連続的に曲げ加工を行ったところ、曲げ角度１７°で曲げ外側面に亀裂を生じた。さらに連続して曲げ加工を続けたところ、曲げ角度３０°において管が完全に破断した。

（実施例４）

押出し加工により製造されたM1マグネシウム合金製の直径２５mm、厚さ２mm、長さ１mの丸管をベンダーにセット後、室温２５℃において曲率半径６０mmの曲げ内型１で、１回当りの曲げ角度３°、休止時間１２０秒の工程を繰り返して曲げ加工を行ったところ、曲げ角度３０°においても曲げ外側面に亀裂は発生しなかった。
（比較例４）

これに対し、比較例として、同様の丸管を曲げ速度毎秒２０度で連続的に曲げ加工を行ったところ、曲げ角度１８°で曲げ外側面に亀裂を生じた。さらに連続して曲げ加工を続けたところ、曲げ角度３０°において管が完全に破断した。

（実施例５）

押出し加工により製造されたAMCa60マグネシウム合金製の一辺２５mm、厚さ２mm、長さ１mの四角管について、加熱温度１００℃において、管の曲げ内面が接する曲げ内型１（曲率半径６０mm）の面に１．５mmの連続的な凸部を設けたベンダーにセット後、１回当りの曲げ角度３°、休止時間１２０秒の工程を繰り返して曲げ加工を行ったところ、曲げ角度９０°においても曲げ外側面に亀裂は発生しなかった。さらに加工を続けた結果、曲げ角度１８０°においても亀裂の発生が見られなかった。
（比較例５）

これに対し、比較例として、同様の四角管を曲げ速度毎秒２０度で連続的に曲げ加工を行ったところ、曲げ角度５５°で曲げ外側面に亀裂を生じた。

マグネシウム合金製の丸管材を回転引き曲げ加工する工程を模式的に示した図である。

符号の説明

１ 内型
２ 掴み型（クランプ）
３ 押え型（プレッシャー）
Ｐ 管材

Claims (2)

1. 直径２５mm、厚さ２mmのマグネシウム合金製の丸管材を常温にて曲率半径６０mmの曲げ内型で巻き付け曲げ加工する方法であって、曲げ角度１０°以下の小角度曲げ加工工程と、その後の曲げ応力負荷をかけたままの３〜１２０秒の休止工程とを交互に組み合わせ、間歇的に曲げ加工を進行させることを特徴とするマグネシウム合金管の曲げ加工方法。
2. 一辺２５mm、厚さ２mmのマグネシウム合金製の四角管材を加熱温度１００℃にて曲率半径６０mmの曲げ内型で巻き付け曲げ加工する方法であって、曲げ角度１０°以下の小角度曲げ加工工程と、その後の曲げ応力負荷をかけたままの３〜１２０秒の休止工程とを交互に組み合わせ、間歇的に曲げ加工を進行させることを特徴とするマグネシウム合金管の曲げ加工方法。

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