JPS61140328A - 粉粒体を圧力媒体とした超塑性材の成形方法 - 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】 ａ０発明の技術分野 本発明１よ超塑性金属板材の成形方法に関する。

ｂ、従来技術と問題点 超塑性とは材料がある条件下で異常に呻び、変形抵抗が
格段に低下する現象のことであり、一般的な°゛めやす
″として引張試験における伸びが、３００％以上得られ
る場合を指している。この材料を成形加工に応用すると
、成形能が擾れているので従来からの成形法では成形が
困難であった複雑な形状のものを少ない工程で製造でき
る。

超塑性金属が板状のものである場合には、塊状のものの
場合に比べて加工力は一般に小さくなる。

この板状の超塑性金属板においては、プラスチックの成
形で用いられている真空成形やガス圧によるブ四−成形
を用いることさえ可能であり、金属の板材があたかもプ
ラスチックの板材のように成形できるのである。

このように超塑性金属板材の成形をプラスチックの成形
手法により行うことができ極めて便利なのであるが、問
題点が無い訳ではない。すなわち、真空成形やブロー成
形を行うためには、所定の圧力に到達させるための密封
装置が必要である。つまり、真空成形においては加工力
は真空に引くことによって生じるものであるので、成形
に必要な真空度が達成されなければ成形（よ不可能であ
り、これに耐え得る密封装置を準′備しなければならな
い。一方、ブロー成形Ω場合においては、成形に必要な
空気圧力もしくはガス圧力に到達させるために、やはり
密封装置が必要である。

大量生産する場合においては、このような密封装置を使
用する超塑性金属板材の成形方法も経済←−１□ 的に可能であろうが、現在は多品種少量生産が要求され
ることが多いので、なるべく簡便に成形できる方法が要
望されている。

なお、前記の真空成形やブロー成形以外に、超塑性金属
板材の成形手段として１夜圧成形やゴム圧成形も考えら
れる。しかし、液圧成形の場合においては、圧力媒体で
ある液体の漏れを防止するために真空成形やブロー成形
と同様の問題点があり、簡便な方法とは考えられない。

また、ゴムを圧力媒体としたゴム圧成形の場合には、冷
間加工であれば比較的問題が少ないが、超塑性材は超塑
性を発現する高温の下で加工するものであるので、ゴム
がその加工温度に耐えられないという欠点がある。

以上のようなことより、超塑性板材の簡便な成形方法の
開発が期待されている。

Ｃ０発明の目的 本発明は上記の点に鑑み、超塑性金属板材を簡便に成形
する方法を提供することを目的とする。

ｄ９発明の構成 第１図（イ）のように形状を転写させるための金型１の
上に超塑性金属板材２を置き、その外周に任意の寸法を
有する円筒３を設置する。その円筒の中に粉粒体４を入
れ、超塑性を発現するＩ度とひずみ速度の下で加圧する
と粉粒体が圧力の伝達媒体となり、第１図（ロ）のよう
に超塑性金属板材２に金型１の形状を転写するものであ
る。この場合、粉粒体４が転写されるべき金型の形状に
柔軟性を有して変形するので、加圧用の工具５は金型１
の形状に加工しておく必要がなく、そのため金型加工に
おける簡易化を図ることができる。

この場合、圧力の伝達媒体として用いる粉粒体に期待さ
れる性質は、次のようなものである。

条件（１）：圧力状態が静水圧に近いこと。

条件（２）：加圧力が小さいこと。

条件（３）二見掛は密度が大きく、圧縮成形時のストロ
ークが短いこと。

条件（４）：耐熱性があること。

条件（５）：加圧することにより固まらないこと。

条件（１）〜（５）を順に説明する。条件（１）：圧力
状態が静水圧に近い程、圧力の伝達効率がよく、超塑性
金属板材の成形性が向上する。また、粉粒体と円筒との
間の摩擦が小さいければ、超塑性金属板に伝達される圧
力が増大し、加圧軸に垂直な方向の圧力分布が均一にな
る。粉粒体と円筒との間の摩擦を軽減させるためには、
いわゆる“片押し成形法“でなく、°゛両押し成形法“
を用いると効果的である。成形された超塑性金属板の表
面性状の点から判断すると、粉粒体の粒径は一般に細か
い方がよい。粒径が大きすぎると、超塑性金属板に粉粒
体が押し込まれ、板材に作用する圧力分布が不均一とな
り、表面性状が劣る。この傾向を緩和するために、粉粒
体と超塑性金属板材との間に金属製の箔もしくは薄板を
敷（と効果的である。条件（２）：加圧装置の容量を軽
減させるためには、加圧力が小さくて済む粉粒体が望ま
しい。条件（３）：粉粒体の見掛は密度の大きいものの
方が、圧縮時のストロークが短くて済み、また粉粒体の
使用量が少なくてよい。条件（４）：超塑性発現温度に
粉粒体を加熱するので、その温度に耐え得るものでなけ
ればならない。条件（５）：成形後に金型から取り出し
た時、粉粒体が固まっているとその粉粒体を再利用する
ことが困難であるので、粉粒体は固ま　　・らない方が
望ましい。

以上のような条件を極力満足するものを鋭意検討を重ね
て調査した結果、粒径が数μｍから数百μｍ程度の黒鉛
粉末、金属粉末、セラミックス粉末などが有効であり、
これらの粉粒体を用いることにより擬静水圧の状態を簡
便に作り出すことができ、気体や液体を用いる従来から
の成形法に比べてはるかにフレキシビリティ−に富む簡
便な成形手段を提供するものであることが明らかとなっ
た。

ｆ、実施例 実施例１ 超塑性金属板としてＺｎ　’、　２２Ａ１超塑性材を用
いｔコ。

更に詳しく説明すると、アルゴン噴霧法により製造した
粒径が２５μｍ以下の粉末を、３８０℃で３０分加熱し
た後、氷水の中で急冷処理を施し、最後に真空乾燥した
。このようにして得られたＺｎ　−２２ＡＪ！超塑性粉
末を１２．５ｇｆ使用し、４６ｍｍゝの金型を用いて５
５ｋｇｆ　／　ｍｍ”の成形圧力で圧縮成形し、直径と
厚さが４６＋ｍ＋＋”　Ｘ　１．５ｎｎａの円板状の板
材を製造し、これを実施例用の材料とした。

圧力媒体としては、粒度分布が＋８０メツシュ２０％［
Ｆ、−８０メツシュａＯ％以上（ａｏメツシュは１７５
μｍに対応）である黒鉛粉末（日本黒鉛工業（株）ＰＡ
Ｇ−８０）を約８０ｇｆ使用した。この黒鉛粉末を第２
図のように充てんした。充てんした際の粉末の体積は約
１００ｃｉである。第２図に示したものを電気炉に入れ
てＺｎ　−２２ｋｔ超塑性材の超塑性発現温度である２
５０℃に加熱した後に取り出し、油圧式万能試験機を用
いて１０ｔｏｎｆの加圧力（圧力に換算して６　ｋｇｆ
　／　ｗａ’　）を作用させた。負荷時の一所要時間は
約１分３０秒である。加圧後にＺｎ−２２Ａｆ超塑性材
を取り出すと、金型の形状を転写して第２図の破線で示
したように成形されており、また、黒鉛粉末は固まって
いなかった。

実施例２ 第３図のようにＺｎ　−２２Ａｊ！超塑性金属板の上に
実施例１よりも粒径の細かい黒鉛粉末（＋１５Ｇメツシ
ュ１％以下、−２５０メツシュア５〜９０％；日本黒鉛
工業（株・）ＣＢ−１５０）を４〜５　ｇｆ　（体積に
して約１０ｃｉ）充てんし、その上層部に実施例１の黒
鉛粉末ＰＡＧ−８０を約７０ｇ　ｆ充てんした。ここで
、圧力媒体の全体を粒径の細かい黒鉛粉末にしなかった
のは、粒径の細かい方が成形品の表面性状が層れている
ものの粒径が小さいと一般に充てん時の見掛は密度が小
さく、その分だけ円筒の長さが余分に必要であゆ、また
圧縮時のストロークが長くなるので、これらの弊害を除
くためである。

加圧力ば４　ｔｏｎｆ　（圧力に換算して２．４ｋｇｆ
　／　ｆｆ１ｍ”　）である。金型の形状は第３図のよ
うであり、使用した超塑性金属板、加熱温度および加圧
速度など３は実施例１と同様である。成形の結果、超塑
性板と接している黒鉛粉末ＣＢ　−１５０はやや固まっ
たものの、上層部の黒鉛粉末ＰＡＧ−８０は固まること
なく、第３図の破線で示したように成形することができ
た。

実施例３ 実施例２の場合と同様に粒径の異なる２種類の黒鉛粉末
を層状に充てんした。すなわち、Ｚｎ−２２Ａ１超！！
Ｉ性板の上に粒径が更に小さい黒鉛粉末（平均粒径１０
μｍ；日本黒鉛工業（株）ＡＣＰ）を約４ｇ（体積にし
て約１０ｄ）充てんし、その上層部に実施例１と実施例
２で使用した黒鉛粉末（ＰＡＧ　−８０）を充てんした
。加圧力は１０ｔｏｎｆ　（圧力６ｋｇｆ／ｍｍ”であ
る。金型の形状は第４図のようである。１吏用した超塑
性金属板、加熱温度および加圧速度などの条件は、実施
例１、実施例２に同じである。その結果、第４図の破線
で示したように金型の形状を転写して精度よく成形する
ことができた。

実施例４ ′　第５図のようにＺｎ−２２Ａｆ超塑性金属板の上に
粉砕鉄粉（粒度分布１７７〜１４９μｍ５％以下、１４
９〜７４μｆｆ１５０〜６０％、７４〜４４μｍ２０〜
３０％、−４４μｍ　１５％以上；日本磁力選鉱（株）
　Ｅ’Ｓ　−５０）と黒鉛粉末（ＡＣＰ）の混合粉末を
約３００ｇｆ充てんした。

この場合、黒鉛粉末は粉末潤滑剤として用いたものであ
り、配合比は鉄粉２９０ｇｆに対して黒鉛粉末は約１０
ｇｆである。これは体積割合では、おおよそ８０ａｒｌ
ｓ　３Ｇｃｏ（に相当する。加圧力は２Ｑｔｏｎｆ　（
１２ｋｇｆ／ＩＩＩ＋１２）である。金型の形状は第５
図のようである。使用した超塑性金属板、加熱温度およ
び加圧速度などは、実施例１〜３と同様である。成形の
結果、第５図の破線で示しｔコように超塑性金属を成形
することができた。

実施例５ 実施例４の場合において、金型の形状と加圧力だけを変
化させ、他の条件は実施例４とまったく同一とした。こ
の場合、金型は第３図のものを使用し、加圧力は１０ｔ
ｏｎｆ　（６ｋｇｆ　／　ｍａ’　）とした。成形の結
果、第３図の破線のように成形することができた。

実施例６ 圧力媒体として直径が０．５Ｍの鉛粒を７７０ｇｆ使用
した。金型の形状は第５図のものである。これ以外の条
件、すなわち使用した超塑性金属板、加熱温度および加
圧速度などは、・実施例１と同一である。成形の結果、
鉛粒が一部分やや固まる傾向にあるものの、第５図の破
線のように成形することが可能であった。

実施例７ 圧力媒体として平均粒径が８５μｍ程度のＡ　１２０゜
粉末を約９５ｇｆ使用した。この場合、第２図の金型を
使用し、加圧力は１０ｔｏｎｆ　（６ｋｇｆ　／　ｌｌ
ｌｍ２）とした。

これ以外の成形条件（超塑性金属板、加熱温度、加圧速
度など）は、実施例１で詳述したものと同一である。成
形の結果、超塑性金属板を第２図の破線で示すように成
形することかで°きた。

実施例８ 圧力媒体として高温用潤滑剤として使用されている窒化
硼素の粉末（−３２５メツシュ９８％）を約２０ｇｆ使
用した。充てん時の粉末の体積は約１００ｃｊである。

金型の形状は第６図のようであり、加圧力は１０ｔｏｎ
ｆ　（６ｋｇｆ　／　ｍｍ２）である。これ以外の成形
条件は、これまでとまった（同一である。成形加工の後
において超塑性金属板を取り出すと、窒化硼素の粉末が
固まっていたにもかかわらず第６図の破線のように成形
することができ、成形体の表面性状は極めで優れていた
。

【図面の簡単な説明】

第１図の（イ）と（ロ）は本発明による成形方法の説明
図であり、（イ）は成形を行う前の状態、（ロ）は成形
後の状態の断面を示す。第２図は実施例１と実施例７に
おいて使用された装置と成形された板材の断面図、第３
図は実施例２と実施例５において使用された装置と成形
された板材の断面図、第４図は実施例３において使用さ
れた装置と成形された板材の断面図、第５図は実施例４
と実施例６において使用された装置と成形された板材の
断面図、第６図は実施例８において使用された装置と成
形された゛板材の断面図である。 １゛形状を転写させるための金型、２・超塑性金属板材
、３　円筒、４・粉粒体、５・加圧用工具。 第１図（イ）　　　第１図（ロ） 第２図　　　第３図 第４図 第６図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超塑性金属板材を超塑性を発現する温度とひずみ速
   度の下で成形するに際し、製品の形状を転写させるべき
   ダイスのみを準備し、パンチに相当する圧力伝達媒体と
   して粉粒体を用いて超塑性金属板材を加圧成形すること
   を特徴とする超塑性材の成形方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の成形方法において、粉
   粒体と超塑性金属板材との間に金属性の箔もしくは薄板
   を介在させることを特徴とする超塑性材の成形方法。