JPH01289531A - 超塑性鍛造法 - 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、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合
金など、金属合金の持つ超塑性現象を利用して、恒温下
で圧縮鍛造成形を行い、目的とする製品形状を得る、い
わゆる超塑性鍛造法の改良に関する。

［従来の技術］ 近年、チタン合金等、難加工性材料に対し、たとえば特
開昭６２−２０７５２６にみられるように、その超塑性
現象を利用して恒温下でｍＨな形状に加工する超塑性鍛
造が行われている。この方法は、機械加工による削り出
ししか加工できなかった複雑な形状を歩留良く成形出来
る利点があるが、一方欠点として、次のような問題があ
る。

すなわち超塑性現象は低歪速度で発現するため、成形速
度は通常の鍛造に比べれば、極度に低速で行われ、成形
時間は非常に長くなる。またその上、圧縮に用いる鍛造
機の容量に制限がある場合には、その面からの荷重制限
条件が加わる。このとき基本的には、後述するように、
成形速度を低下することによって、荷重を小さくするこ
とが出来るが、一方、成形時間は一層長くなり、生産能
率の低下を来し、あるいは、結果的には大きな寸法製品
の成形が出来ないことになる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、出来るだけ小さな容量の鍛造機で、大きな寸
法製品形状を、最小の成形時間で鍛造することを目的と
する。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明とすると
ころは、超塑性鍛造において、成形する材料の一部を金
型で拘束し、残る一部を目標とする製品形状に鍛造成形
した後、ついで該成形、部を金型で拘束し、未成形部を
目標とする製品形状に鍛造成形することを特徴とする超
塑性鍛造法にある。

拘束する部分は原則として成形中の部分以外の全面であ
るが、後工程で差し支えない範囲、あるいは予成形とし
て若干成形する部分は開放するようにしてもよい。

以下、本発明の根拠を明らかにする。

超塑性鍛造においての成形荷重Ｐは、概路次の様に示さ
れる。

Ｐ＝σ・Ｓ−Ｑ ここで、σは材料の降伏応力、Ｓはポンチと材料との投
影接触面積、Ｑは成形する製品形状等により決まる係数
で、一般に２〜５程度の値をとる。

この内、降伏応力σは温度、歪ε、歪速度二に影響され
、とくに超塑性材料は歪速度の効果が大きいことが特徴
であり、次のように表わされる。

σ＝Ａ６°　ε１ ここで、Ａ；係数、ｎ；歪硬化指数、 ｍ：歪速度指数 上式によれば、他の係数は一定にして、ｍ＝０．４とす
れば、圧縮速度を１７２にすることによって、荷重は１
７１．３になることが計算される。しかしながら、逆に
鍛造時間は当然２倍になることが理解される。同じく、
荷重を１７２にするには、圧縮速度は、１／６にする必
要があり、圧縮時間は６倍にも達する。すなわち、圧縮
速度を小さくすることによって、基本的には、荷重を小
さくすることは可能であるが、反面、生産性が極度に低
下する欠点を伴う。従って、圧縮速度以外に荷重を低減
する方策、例えば荷重を半分にする工夫があれば、その
効果は非常に大きいと言える。

一方、荷重低減策として、Ｑに着目して、たとえば成形
する形状の肉厚を大きく変更することによって、荷重は
小さくなること等を発明者らは実験的に見いだしたが、
製品形状は予め決まるものであるから、末法を適用する
場合、成形終了後、機械加工により余分な部分を切削切
除することが必要になり、これは製造コストの増大につ
ながり、常に望ましい方法とはいえない。

発明者らは、２項の接触面積Ｓに着目し、荷重を減少さ
せる最も効果的な対策は接触面積を減少させることであ
り、このため鍛造工程を複数回に分離して鍛造すること
を考案した。

しかしながら、超塑性鍛造は、材料、金型共に、恒温下
で行うものであり、単に２分割して鍛造しても、所定の
寸法形状を得ることは出来ない。なぜなら、成形する材
料全体の温度が所定の温度に保たれているので、全体が
超塑性特性を有しているので、成形させるつもりでない
部分も圧力が加わわれば変形してしまうことになる。す
なわち、最初の鍛造で成形しなくとも良い部分が変形さ
れて、最終的に、目的とする製品形状が全体として得ら
れないことになる。

したがフて、成形を欲しない部分は変形しないよう金型
で拘束することが必要となる。このとき、拘束部に加わ
る圧力は、金型内で受は持つようにすれば、特別な圧力
付加装置を必要としない。

第１図に、簡単のため矩形板１を２ステツプで圧縮する
場合の手順を示す。先ず、一定の温度に加熱された材料
１は、その材料の長手方向の半分を、同じ所定の温度に
加熱された金型２，３で拘束して、残り半分を金型２と
ポンチ４で圧縮する。成形が終了すれば、既成形部を金
型２，５で拘束して、残り部１をポンチ６で成形する。

これによって、接触面積はほぼ半分になり、荷重もほぼ
半減する。

なお、２段階の成形でその境界に当る部分が、必ずしも
目的とする製品形状に成形出来ない場合もあるが、後で
若干の機械加工は許せるので、それほど厳密な寸法に成
形する必要はない。むしろ、第１回目の鍛造後、第２回
目の鍛造との境界となる部分の形状がなめらかでないと
、２回目の鍛造によフて、メタルの流れに急激な変化が
生じて、いわゆる折れ込みが生じることもあるので、金
型の寸法を若干変更する必要のある場合もある。すなわ
ち、若ト製品よりも大きく成形して、後で切削する場合
もある。

なお、本発明は、必ずしも２ステツプに限定するもので
はなく、３回以上の複数回で成形する場合も含まれる。

［実施例］ 第２図に示す形状、寸法の製品を、素材寸法；２００ｍ
ｍＬＸ　１６０ｎｏｏＷＸ　ｌＯｕ＋ＩＩＩｔのＴｉ合
合材材料Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３ＡＱ）を用いて、７
６０℃恒温下、アルゴン雰囲気中１工程で、圧縮速度０
．２１１ＩＩｍ／分で底厚６　ｍ＋＋＋ｔまで成形した
ところ、］０ＯＯｔｏｎの荷重を要し、成形時間は約３
０分であった。

つぎに、圧縮速度を１７６に低下させ圧縮したところ、
荷重は約５０θｔｏｎに減少したが、成形時間は約１８
０分要した。

そこで、第３図に示すように、本発明を適用して、成形
を幅方向に２分割して、同じ圧縮速度、２ステツプで成
形した。すなわち、第３図は成形手順を示しており、第
３図（ａ−１）〜（ａ−４）は鍛造機で成形中の状態を
示す縦断面図、第３図（ｂ−１）〜（ｂ−３）は成形材
の斜視図、および第３図（Ｃ）は第３図（ａ−２）のＡ
−Ａ断面図を示している。第３図　（ａ−１）に示すよ
うに、素材１２の周面は金型７の内周面にほぼ接して拘
束されており、金型７の底面と拘束金型８とで素材１２
の右半分は上下から拘束されている。このような状態で
、第３図　（ａ−２）に示すようにポンチ９で素材１２
の左半分を圧縮する。このとき、成形部の材料の一部は
拘束金型８とポンチ９との間に形成された穴１３および
金型７とポンチ９との間に形成された穴１４に流れ込む
。

第３図　（ｂ−２）はこの段階の中間成形材１２’の形
状を示している。つぎに、成形部を拘束金型ｌＯで拘束
し、ポンチ１１で未成形部を圧縮する。第３図（ａ−４
）は成形が終った段階を示しており、第３図（ｂ−３）
は仕上り品１２’を示している。

第３図に示す本発明の方法によれば、荷重は５００ｔｏ
ｎであった。成形時間は２ステツプのため、２倍の６０
分必要となったが、生産性は大幅に向上した。

［発明の効果］ 本発明によりば、鍛造荷重容量が小さい鍛造機であフて
も、短い成形時間で大型の製品をＭ１塑性鍛造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を板の成形例で説明する原理図、第２図
は実施例での製品形状を示す斜視図、ならびに第３図は
第２図に示す製品を成形する手順を説明する図面で、第
３図　（ａ−１）〜（ａ−４）は鍛造機で成形中の状態
を示す縦断面図、第３図（ｂ−１）〜（ｂ−３）は成形
材の斜視図、および第３図（Ｃ）は第３図　（ａ−２）
のＡ−Ａ断面図である。 １　、１２．１２’　、　＋２”・・・材料、２．７・
・・金型、３．５，８．１０・・・拘束金型、４，６．
９．１１・・・ポンチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、超塑性鍛造において、成形する材料の一部を金型で
   拘束し、残る一部を目標とする製品形状に鍛造成形した
   後、ついで該成形部を金型で拘束し、未成形部を目標と
   する製品形状に鍛造成形することを特徴とする超塑性鍛
   造法。