(57)【要約】      （修正有）【課題】低温でチタン合金を良好に絞り加工できるチタン合金の絞り加工方法を提供する。【解決手段】ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、前記チタン合金を前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、絞った前記チタン合金を、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、を有し、前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程とをそれぞれ複数回行った後に行うチタン合金の絞り加工方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、
加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、
加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、
前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、
を有し、
前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行うチタン合金の絞り加工方法。
【請求項２】
前記チタン合金の形状が円形の平板形状であり、押圧部材の形状が円柱形状であり、かつ、前記チタン合金の厚みを０．４１ｍｍとした場合に、前記押圧部材の直径に対するチタン合金板の直径の比が２．０以上である請求項１に記載のチタン合金の絞り加工方法。
【請求項３】
前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖである請求項１又は請求項２に記載のチタン合金の絞り加工方法。
【請求項４】
前記加熱の温度が２５０℃以上３００℃以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のチタン合金の絞り加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、チタン合金の絞り加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の加工方法には、従来より種々の加工方法が提案されている。
例えば、プレス加工が挙げられる。プレス加工とは、金型を含む一対の工具の間に金属等の材料を入れて圧力を加えることで、材料を金型の形状に加工する加工方法である。
プレス加工の一種として、絞り加工が知られている。絞り加工とは、金属板成形法の一種で一枚の金属板から円筒、角筒、円錐等様々な形状の底付き容器を成形する加工法である。絞り加工を用いることで、つなぎ目の無い容器形状の金属を成形することができる。
【０００３】
絞り加工法に用いられる金属としては、例えば、チタン、チタン合金、アルミニウム、鉄、ステンレス、銅、マグネシウム等が挙げられる。中でも、チタン及びチタン合金については、高耐食性、高強度、低比重等の性質から、幅広い分野での適用が期待されており、チタン及びチタン合金の加工について、種々の検討がされている。
【０００４】
例えば特許文献１には、工具を用いた絞りスピニング成形によってチタン合金材が成形される絞りスピニング成形加工方法であって、高周波誘導加熱によって、工具によるチタン合金材に対する作用点が、局所的に、加熱される加熱工程と、チタン合金材の外周側から内周側に向けての工具の移動により該チタン合金材の絞り変形が行われる変形工程とを具備することを特徴とするチタン合金材絞りスピニング成形加工方法が記載されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、付与されたひずみの合計量が、微細構造微細化を開始するのに十分になるまで、加工物を自由プレス鍛造することを繰り返すことと、所望の回転度に加工物を回転させることと、を繰り返すことを含む、金属材料加工物を鍛造する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１９２４１４号公報
【特許文献２】特表２０１６−５１２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
チタン合金について、高温（例えば、７００℃〜８７０℃）の範囲で延性を付与してから塑性加工する方法は存在するものの、チタン合金は低温（例えば、４００℃以下）の範囲では延性が低いため、低温での塑性加工は非常に困難であった。
チタン合金を高温の範囲で延性を付与させてから塑性加工する方法としては、例えば、バーナー等の加熱手段でチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を８００℃程度にまで加熱し、成形を行う方法がある。しかし、この方法では金型全体を高温まで加熱するために大がかりな加熱装置を用いていると考えられ、コストが高くなり、さらに作業性が悪化しやすい。また、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のみならず、装置までもが高温に曝される結果、装置の寿命を縮めやすい。
上記特許文献１は、材料を変形する個所のみ簡易に加熱する手法であり、特許文献２は、結晶粒微細化のために、６００℃〜βトランザス変態点の温度範囲で、少しずつ材料の表面を鍛造する方法である。
以上の従来技術はいずれも高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法であり、高温の範囲でチタン合金を加熱する加工方法では、特殊な金型、特殊な加熱装置等を用いる必要があると考えられ、製造コスト、作業の簡便性等の点は期待できない。
以上より、チタン合金を低温（例えば、４００℃未満）で塑性加工することは未だ困難である。
【０００８】
本開示の実施形態が解決しようとする課題は、低温でチタン合金を良好に絞り加工できるチタン合金の絞り加工方法（本明細書中、単に絞り加工方法ともいう。）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する手段には、以下の態様が含まれる。
＜１＞  ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、を有し、前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行うチタン合金の絞り加工方法である。
【００１０】
チタン合金は延性が低く、特許文献１及び特許文献２に示される通り、成形するためにチタン合金を高温に加熱する必要があり、低温での成形が困難であった。
しかし、特許文献１又は特許文献２に記載の方法のように、高温（例えば、５００℃以上）を付与するためには、別途チタン合金、金型等を加熱するための装置及び工程が必要となり、製造コストが増大する点が懸念される。
【００１１】
本開示の絞り成形方法では、まず、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧するため（第２工程）、チタン合金に発生するしわを未然に抑制でき、また、チタン合金に存在する微細なしわを延ばす効果も有する。そして、（１）ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、（２）金型を用いて押圧部材によってチタン合金を絞る（第３工程）。これにより、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しながら、押圧部材によりチタン合金を金型内部に絞った場合に発生しやすいチタン合金の壁厚減少が抑制され、厚みの均一性を高めることができる。
次いで、第２工程及び第３工程を、しわが発生しないように、また、壁厚が減少しないように複数回に分けて緩やかに進行させるので、得られる成形体のしわの発生を抑制しつつ、低温でも壁厚の均一性の高い絞り加工が可能になる。
そして、本開示の絞り加工方法は、第２工程及び第３工程を行った後に第４工程に移行する。
第２工程及び第３工程を施した後に第４工程を行うことで、チタン合金の端部からチタン合金の中心へ向かう方向の割れ（縦割れ）が発生することを抑制することができる。
縦割れは、チタン合金が金型の孔に絞られていく過程で、チタン合金（例えばチタン合金の外周付近）が金型の孔方向に寄ることで圧縮応力が増大することに起因すると考えられる。縦割れは、第４工程を行わず、第２工程及び第３工程を用いて成形を継続させた場合のように、押圧部材による絞り成形を行う際に、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しない場合に、特に問題となり得る。
本開示における第４工程は、ブランク支持材を用いてチタン合金の少なくとも一部を金型に押圧しながら押圧部材による絞り成形を行うため、チタン合金が金型の孔方向に寄ることで圧縮応力が増大することを回避でき、縦割れを抑制することが可能となる。
【００１２】
本開示のチタン合金の絞り加工方法は、低温（例えば、４００℃未満）でチタン合金を成形することが可能であることから、チタン合金を高温に加熱する必要はないため、一般的に用いられる簡易な装置を用いて、チタン合金を絞り成形することが可能となる。これによって、製造コストの低減、作業の簡便性を向上させることができる。
また、本開示のチタン合金の絞り加工方法は、得られる成形体の壁厚が部分的に減少することを抑制できるため、壁厚の均一性に優れた成形体を製造することができる。
【００１３】
＜２＞  ＜１＞に記載のチタン合金の絞り加工方法において、前記チタン合金の形状が円形の平板形状であり、押圧部材の形状が円柱形状であり、かつ、前記チタン合金の厚みを０．４１ｍｍとした場合に、前記押圧部材の直径に対するチタン合金板の直径の比が２．０以上とすることができる。
＜３＞  ＜１＞又は＜２＞に記載のチタン合金の絞り加工方法において、チタン合金の絞り加工方法において、前記チタン合金が、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖであることが好ましい。
＜４＞  ＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載のチタン合金の絞り加工方法において、前記加熱の温度が２５０℃以上３００℃以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の実施形態によれば、低温でチタン合金を良好に絞り加工できるチタン合金の絞り加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示における第２工程を説明するための金型の断面図である。
【図２】本開示における第３工程を説明するための金型の断面図である。
【図３】本開示における第４工程を説明するための金型の断面図である。
【図４】本開示における金型の一例を示す断面図である。
【図５】本開示におけるブランク支持材の一例を示す断面図である。
【図６】本開示における押圧部材の一例を示す断面図である。
【図７】本開示における成形体の一例を示す断面図である。
【図８】本開示の絞り加工方法を用いてチタン合金を加工した場合のパンチロード、ＢＨＦ及びパンチストロークの関係を示すグラフである。
【図９】本開示の絞り加工方法を用いてチタン合金を加工した場合に製造できる成形体の壁厚を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜図９を参照して、本開示の絞り加工方法の実施形態について具体的に説明する。但し、本開示においては、以下に示す実施形態に制限されるものではない。
【００１７】
本開示のチタン合金の絞り加工方法は、ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する第１工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する第２工程と、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第３工程と、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る第４工程と、を有し、前記第４工程は、前記第２工程と、前記第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に行う。
【００１８】
（第１工程）
本開示における第１工程は、ブランク材であるチタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱する工程である。これによって、チタン合金に延性を付与し、本開示の絞り加工方法を適用することができる。
チタン合金の加熱温度が２５０℃以上であることで、本開示の絞り加工方法によって成形可能な延性をチタン合金に付与することができる。
チタン合金の加熱温度が４００℃未満であることで、ブランク材と金型との焼付きによる摺動性低下を抑制できる。
上記の観点から、チタン合金の加熱温度は２５０℃以上３５０℃以下がより好ましく、２５０℃以上３００℃以下がさらに好ましい。
【００１９】
加熱方法としては、２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱することができる方法であれば特に制限はなく、例えば、ヒーター、炉内加熱等を用いた方法が挙げられる。
【００２０】
本開示におけるブランク材はチタン合金である。チタン合金は、本開示の第２工程から第４工程が行われる間は、２５０℃以上４００℃未満の温度に保持される。
チタン合金に含まれる、チタン以外の金属又は非金属としては、Ａｌ、Ｖ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｎｉ等が挙げられる。
本開示におけるチタン合金としては、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ等が挙げられ、本開示の効果がより奏される観点から、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖがより好ましい。
【００２１】
本開示におけるチタン合金の形状としては、特に制限はなく、例えば、円形の平板形状のものを用いることができる。
チタン合金の形状が円形の平板形状である場合、特に制限はなく、例えば、０．３０ｍｍ〜１．５ｍｍを用いることができる。
成形性の点から、厚みは０．３５ｍｍ〜１．２ｍｍが好ましく、０．４０ｍｍ〜１．０ｍｍがより好ましい。
【００２２】
チタン合金は、表面に酸化被膜を施したものであってもよい。これによって、チタン合金を保護することができ、金型へのチタン合金の凝着を抑制することができる。
チタン合金に酸化被膜を施す方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、大気酸化、陽極酸化等の方法が挙げられる。
大気酸化とは、空気中の酸素により、金属表面にアナターゼ型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
陽極酸化とは、金属を陽極として通電し、金属表面にルチル型の酸化被膜を形成する酸化被膜形成方法である。
【００２３】
（第２工程）
本開示における第２工程は、前記加熱したチタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記金型を用いて押圧部材によって前記チタン合金を絞らず、かつ、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧する工程である。
これによって、得られる成形体にしわが発生することを抑制することができる。
【００２４】
本開示における第２工程の一実施形態について、図１を参照して説明する。
本開示における第２工程の一実施形態としては、図１に示すように、ブランク材である加熱したチタン合金１１をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、ブランク支持材７を用いて前記チタン合金１１の例えばスクラップ部１３をブランク支持材７から金型５へ向かう方向に押圧する。この際、押圧部材９によってチタン合金１１を金型５の孔内に押し上げて孔５Ｃの形状に絞ることは行わない。
【００２５】
本工程において、ブランク支持材７がブランク材１１に与える圧力（ＢＨＦ：Ｂｌａｎｋ  Ｈｏｌｄｉｎｇ  Ｆｏｒｃｅ）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。
本工程におけるＢＨＦとしては、例えば１００ｋＮ〜４００ｋＮとすることができる。
【００２６】
ブランク支持材７は、図５に示すように、孔７Ａを有し、図１に示すように、金型５との間にブランク材１１を配置する際に、ブランク材１１を支持する。また、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の少なくとも一部分に対し、圧力を加える。これによって、成形体のしわの発生を抑制することができる。
ブランク支持材７は、押圧部材９が通過するための孔７Ａを有するため、後述の第３工程及び第４工程に移行した際、上記孔７Ａを押圧部材９が通過し、ブランク材１１を押圧することで絞り加工を行うことができる。
【００２７】
ブランク支持材７は、図５に示すように、内部に孔７Ａを有する円柱形とすることができる。
ブランク支持材７の外径７Ｒは、ブランク支持材７の外径と同じ外径とすることが好ましい。
ブランク支持材７の内径７ｒは、内径７ｒを通過する押圧部材９の通過を阻害しない内径が好ましい。
ブランク支持材７の厚み７ｈは、特に制限はないが、例えば、１ｃｍ〜２ｃｍとすることができる。
ブランク支持材７の材質は、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。
【００２８】
（第３工程）
本開示における第３工程は、加熱された前記チタン合金をブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せず、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る工程である。
本工程によって、破断の原因である引張張力に起因するせん断変形を抑制し、かつ、チタン合金を所望の形状へと変形させることができる。
【００２９】
ブランク支持材を用いてチタン合金を押圧する方法としては、例えば、ブランク支持材を可動させるサーボモーターを設け、サーボモーターによって、ブランク支持材を金型に向かう方向へ可動させていき、ブランク支持材と金型との間に配置したチタン合金を押圧することが考えられる。
【００３０】
本工程は、チタン合金を、ブランク支持材を用いて２ｋＮ以下で押圧し又は押圧せずに行う。これによって、得られる成形体の壁厚を均一にすることができる。特に、一般的に、絞り加工中、押圧部材の押圧面の端部が接触する部分（図７の肩部１１３）において壁厚の減少が顕著であるところ、本開示の絞り加工方法であれば、壁厚（特に肩部）の減少を良好に抑制することができる。
壁厚減少を良好に抑制する観点から、チタン合金を２ｋＮ以下で押圧し又は押圧しないことが好ましく、押圧しないことがより好ましい。
【００３１】
本開示の絞り加工方法の一実施形態を用いた場合の壁厚の均一性を図９を参照して説明する。
最も壁厚が減少しやすい肩部（中心からの距離が１４ｍｍ付近）において、従来方法１（図９中、■で表記）は、チタン合金の壁厚のひずみが−２．５％〜−２．８％であるのに対し、本開示の絞り加工方法の一実施形態（図９中、●で表記）では、壁厚ひずみが−１％〜０％となる。また、側壁部（中心からの距離が３３ｍｍ付近）において、従来方法２（図９中、▲で表記）の壁厚ひずみが１０％〜１５％であるのに対し、本開示の絞り加工方法では０．５％〜２％の間となる。
なお、図９中の従来方法１は、本開示における第４工程のみで絞り加工を行った場合である。図９中の従来方法２は、本開示における第２工程及び第３工程のみで絞り加工を行った場合である。
図９中の従来方法１、従来方法２及び本開示の絞り加工方法は、ブランク材としてＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ（厚み０．４１ｍｍ）を用いている。従来方法２及び本開示の絞り加工方法は絞り比２．０であり、従来方法１は、絞り比１．５５以上での成形ができないため、絞り比は１．５４である。また、本開示の絞り加工方法の第２工程におけるＢＨＦは２００ｋＮ、従来方法２の第２工程におけるＢＨＦは５０ｋＮ、である。
また、壁厚のひずみは、加工前のチタン合金の厚みから、マイクロスコープで測定した加工後の壁厚を引いた値の絶対値を、加工前のチタン合金の厚みで除した百分率とする。
【００３２】
本開示における第３工程の一実施形態について、図２を参照して説明する。
本開示における第３工程の一実施形態としては、図２に示すように、加熱されたチタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、押圧部材９を動作させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａを通過し、例えばブランク材１１の内底面１１Ｄ（図７参照）を押圧し、チタン合金を金型５の孔５Ｃ内に押し上げて孔５Ｃの形状に絞ることができる。この際、ブランク支持材７を用いてチタン合金１１を２ｋＮ以下で押圧するか、又は押圧はしない。
【００３３】
金型５は、図４に示すように、内部に孔５Ｃ及び側壁５Ｅを有し、孔５Ｃの金型５と接するようにしてブランク材１１が配置される側（下面５Ｂ側）の開口端に、屈曲部５Ｄを有することができる。金型５と接するように配置されたブランク材１１を、押圧部材９を用いて、下面５Ｂから上面５Ａに向かう方向に、上記孔５Ｃに沿って絞ることで、所望の形状の成形体に加工することができる。
金型５の孔５Ｃの形状によって、成形体の形状を種々選択することができる。本開示における金型５の孔５Ｃの形状として、例えば、円錐形状、角錐形状、円筒形状、角筒形状等が挙げられる。
金型５の材質としては、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。
【００３４】
押圧部材９は、図６に示すように、例えば略円筒形状とすることができ、胴体部９Ｂを有し、胴体部９Ｂにブランク材１１を押圧するための押圧面９Ａを備えることができる。押圧部材９は、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の一部分を押圧してブランク材１１を金型５の孔５Ｃの形状に絞るためのものである。
【００３５】
押圧部材９の材質は、特に制限はないが、例えば、ＳＫＤ６１、ＳＫＤ１１等が挙げられる。
【００３６】
押圧部材９の形状としては、所望の成形体の形状に合わせて適宜選択することができる。例えば、円筒形状、角筒形状等が挙げられる。
【００３７】
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の荷重（パンチロード）は、例えば図８に示すように、押圧部材９のストローク（パンチストローク）の長さによって適宜調整することができる。チタン合金１１の成形が進行しパンチストロークが長くなるにしたがって、パンチロードを増加させることができる。これによって、所望の形状にチタン合金１１を成形することができる。
【００３８】
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の荷重の最大値（最大パンチロード）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。例えば、最大パンチロードは３ｋＮ〜５ｋＮとすることができる。
【００３９】
押圧部材９がブランク材１１を押圧する際の速度（パンチスピード）は、ブランク材１１の種類によって適宜調整できる。例えば、パンチスピードは５ｍｍ／分〜５００ｍｍ／分とすることができる。
なお、本開示においてパンチスピードとは、押圧部材により、ブランク材が金型の孔に押し込まれる速度を指す。
【００４０】
（第４工程）
本開示の絞り加工方法は、第２工程と、第３工程と、をそれぞれ複数回行った後に、第４工程を行う。
例えば、第２工程と第３工程とを交互にそれぞれ複数回繰り返した後に第４工程へと移行することができる。
本開示の絞り加工方法において、第２工程及び第３工程を行った後に、第４工程へ移行するタイミングは、本開示の絞り加工における第２工程及び第３工程を進行させた結果、最大パンチロードが得られた時点とすることができる。
【００４１】
第２工程及び第３工程を行った後に、第４工程へ移行するタイミングについて、図８を参照して説明する。
パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）において、最大パンチロード付近（パンチロード３５ｋＮ付近、パンチストローク１１ｍｍ付近）まで第２工程及び第３工程を行った後、第４工程へ移行することができる。
具体的には、ｎ回目の第３工程のパンチストローク（ＰＳｎ）及びパンチロード（ＰＬｎ）、並びに、ｎ−１回目の第３工程のパンチストローク（ＰＳｎ−１）及びパンチロード（ＰＬｎ−１）が、下記式１を初めて満たすｎ回目の第３工程を終えた後に、第４工程へ移行することができる。
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．８（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１）    （式１）
式１中ｎは自然数を表す。
なお、パンチストロークとは、押圧部材によってブランク材を押圧する際の、押圧部材がブランク材に接触し、かつ、ＢＨＦが付加されていない状態から材料が破断に至る、又は、絞り加工が終了する位置までの押圧部材の移動距離をいう。
この点について図８を参照して説明すると、第２工程（ＢＨＦ−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）を参照）及び第３工程（パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）を参照）を交互に繰り返していくことで、最大パンチロード付近（３５ｋＮ付近）に到達するまでに、第３工程を２７回行い、更に第２工程を２７回行っている。２７回目の第３工程を行った後に２７回目の第２工程を行い、パンチロード−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）及びＢＨＦ−パンチストローク線（本開示の絞り加工方法）は、急激な上下を繰り返さず、連続的になめらかな曲線を描く第４工程へ移行している。
なお、図８中の従来方法２は、本開示における第２工程及び第３工程のみで絞り加工を行った場合である。
第２工程及び第３工程を上記タイミングまで行った後に第４工程を行うことで、得られる成形体の壁厚を均一にすることができ、破断の発生を抑制することができる。
上記の観点から、上記式１は下記式２であることがより好ましく、下記式３であることがさらに好ましい。
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．４（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１）    （式２）
ＰＬｎ−ＰＬｎ−１＜０．２（ＰＳｎ−ＰＳｎ−１）    （式３）
式２及び式３中、ｎは自然数を表す。
【００４２】
ブランク材１１が円形の平板形状であり、かつ、押圧部材９が円筒形状である場合に、押圧部材９の直径（ｄ）に対するブランク材１１の直径（Ｄ）の比（絞り比：Ｄ／ｄ）は１．５以上であることが好ましい。絞り比が１．５以上であることで、一般産業上の実用性を得られやすい。Ｄの値が大きい程、即ち、絞り比が大きい程、１回の絞りで成形体に破断を起こしやすく、絞り比は素材の絞り性の指標となり得る。
上記同様の観点から、上記絞り比が１．７以上であることがより好ましく、２．０以上であることが更に好ましい。
本開示の一実施形態としては、例えば、チタン合金の形状が円形の平板形状であり、押圧部材の形状が円柱形状であり、かつ、前記チタン合金の厚みを０．４１ｍｍとし、前記押圧部材の直径に対するチタン合金板の直径の比を２．０以上とすることができる。
【００４３】
本開示における第４工程は、第２工程及び第３工程をそれぞれ複数回行った後に、前記金型を用いて押圧部材によって絞った前記チタン合金を、ブランク支持材と金型との間に配置した状態で、前記ブランク支持材を用いて前記チタン合金の少なくとも一部を金型に押圧し、かつ、前記金型を用いて前記押圧部材によって前記チタン合金を絞る工程である。
本工程によって、チタン合金に張力を付与した状態で金型に絞ることができるため、金型の周方向にチタン合金が圧縮されることによる縦方向の割れを抑制することができる。
【００４４】
具体的には、図３に示す通り前記ブランク支持材７を用いて、前記ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の例えばフランジ部１１Ｇ（図７参照）に対し、圧力を加える。
そして、上記の状態で、押圧部材９を上下に可動させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａをブランク材１１に向けて通過し、ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面の例えば、図７の内底面１１Ｄを押圧することができる。これによって、ブランク材１１は、内底面１１Ｄが金型５の孔５Ｃ内を進行することによって折り曲げられていき、内底面１１Ｄは、金型５内に押し込められていく。
内底面１１Ｄを所望の位置まで押し込んだ段階で、ブランク材１１の加工が終了する。
【００４５】
なお、本開示の絞り加工方法は、上述以外の加工を加えてブランク材１１を種々の形状に構成することができる。
【００４６】
本工程におけるパンチロードは、パンチストロークの長さによって適宜調整できる。例えば、パンチロードは５００ｋＮ〜１０００ｋＮとすることができる。
【００４７】
本工程におけるＢＨＦは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば１０ｋＮ〜５０ｋＮとすることができる。
【００４８】
本工程におけるパンチスピードは、チタン合金の種類によって適宜調整することができるが、例えば１００ｍｍ／分〜９００ｍｍ／分とすることができる。
成形性の観点から、３００ｍｍ／分〜７００ｍｍ／分であることが好ましく、４００ｍｍ／分〜６００ｍｍ／分であることがより好ましい。
【００４９】
本開示の絞り加工方法を用いて製造される成形体の一実施形態は、図７に示すように、例えば、外底面１１Ａ、外側面１１Ｂ、内側面１１Ｅ及び内端面１１Ｆを有する一方が閉塞された略円筒形状の成形体であって、他方の解放された開口部の周縁から筒外壁より外側に延びるフランジ部１１Ｇを備えることができる。
【実施例】
【００５０】
以下、本開示を実施例により更に具体的に説明するが、本開示はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
【００５１】
（実施例１）
以下に記載の絞り加工方法により、ブランク材であるチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ）に対して絞り加工を行った。この際、得られた成形体のフランジ部１１Ｇが水平な面と接触するように配置した場合の、水平面から外底面１１Ａまでの長さ（図７の１１ｈ）が１７ｍｍとなる位置まで内底面１１Ｄを押し込んだ段階で、ブランク材１１の加工を終了し、成形体を製造した。
【００５２】
−第１工程−
まず、チタン合金を、加熱装置（温間用金型、エリクセン株式会社製）を用いて２５０℃に加熱した。
次に、図１に示すように、加熱したチタン合金をブランク支持材７上に配置し、ブランク支持材７をサーボモーターにより駆動させることで金型５に向けて接近移動させ、ブランク材１１を金型５とブランク支持材との間で挟持されるように配置した。
【００５３】
使用した金型５の外形は、図４のように水平な面に金型５を配置した場合、外径５Ｒ１４０ｍｍ×高さ５ｈ１８ｍｍの円筒形状であり、孔５Ｃの内径５ｒは、３６．４ｍｍであった。
使用したブランク支持材７の外形は、外径１４０ｍｍ×高さ１８ｍｍの円筒形状であり、孔７Ａの内径は、３６ｍｍであった。
【００５４】
使用した押圧部材９の外形は、円形の押圧面９Ａの直径（ｄ）が３２．５ｍｍであり、胴体部の長さ１３０ｍｍの円柱形状であった。
【００５５】
使用したブランク材１１は、円形状の平板形状のチタン合金（Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、厚み０．４１ｍｍ）である。上記円筒形状の円形の面における直径（Ｄ）は６５ｍｍであった。
また、押圧部材の直径（ｄ）に対するブランク材１１の直径（Ｄ）の比（絞り比：Ｄ／ｄ）は２．０であった。
【００５６】
−第２工程−
図１に示すように、第１工程後のチタン合金を、ブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、ブランク支持材７を用いて、前記チタン合金のスクラップ部１３をブランク支持材７から金型５へ向かう方向に、ＢＨＦとして２００ｋＮの力で押圧した。この際、押圧部材９によってチタン合金を金型５の孔５Ｃに絞ることは行わなかった。
【００５７】
−第３工程−
図２に示すように、第２工程後のチタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、押圧部材９を動作させることで、押圧部材９がブランク支持材７の孔７Ａを通過してブランク材１１の内底面１１Ｄを押圧し、チタン合金を金型５の孔５Ｃ内に押し上げて孔の形状に絞った。この際、ブランク支持材７を用いてチタン合金の例えばフランジ部１１Ｇを押圧しなかった。なお、第３工程におけるパンチスピードは６ｍｍ／分とした。
【００５８】
−第４工程−
上記第２工程及び第３工程を交互にそれぞれ複数回行い、２７回目の第３工程を行った後に２７回目の第２工程を行い、第４工程に移行した。第４工程において、図３に示すように、チタン合金をブランク支持材７と金型５との間に配置した状態で、前記ブランク支持材７を用いて前記ブランク材１１の金型５と接する面とは反対の面のフランジ部１１Ｇに対し、ＢＨＦとして３０ｋＮの圧力を加え、かつ、前記ブランク材１１の内底面１１Ｄを、押圧部材９で押圧してブランク材１１を金型５の孔５Ｃの形状に絞るように変形させた。なお、第４工程におけるパンチスピードは６００ｍｍ／分とした。
【００５９】
得られた成形体は、外底面の直径が３６．４ｍｍであり、図７のように成形体を水平な面に配置した場合の、水平な面から外底面までの垂直方向の高さ１１ｈが１７．５ｍｍであった。
【００６０】
（実施例２及び実施例３並びに比較例１、比較例２及び比較例５）
実施例２及び実施例３並びに比較例１及び比較例２について、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、並びに第２工程、第３工程及び第４工程におけるＢＨＦ、及び、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
【００６１】
（比較例３及び比較例４）
比較例３及び比較例４については第４工程を行わなかった。また、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、第２工程及び第３工程におけるＢＨＦ、並びに、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
【００６２】
（比較例６）
比較例６について、第２工程及び第３工程を行わなかった。また、表１に示す通りにブランク材１１の直径及び加熱温度、第４工程におけるＢＨＦ、及び、絞り比を変更した以外は実施例１と同様にして成形体を製造した。
【００６３】
（成形性の評価）
実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例６で製造された成形体におけるしわ発生の有無やその状態を目視で調べて、下記評価基準に基づいて評価し、評価結果を表１に記載した。
−評価基準−
Ａ：しわ、割れ等の不良の発生が認められなかった。
Ｂ：パンチ肩部での割れといった不良の発生が認められなかったが、パンチ頭部とは反対の位置となるカップ端部で割れといった不良が発生した。
Ｃ：パンチ肩部もしくはカップ壁部での割れまたは、しわといった不良の発生が認められた。
【００６４】
（成形体の壁厚の均一性の評価）
実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例６で得られた成形体を、外底面の面積が１／２となるように直線的に切断した。そして、切断した成形体の断面について、肩部及び側壁部の壁の厚み（壁厚ともいう。）をマイクロスコープ（ＤＭＩ５０００、ライカ  マイクロシステムズ株式会社製）を用いて測定し、下記の評価基準に従って評価した。また、評価結果を表１に記載した。
なお、下記評価基準における壁厚のひずみとは、加工前のチタン合金の厚みを基準として、減少又は増加した壁厚の割合を指す。
壁厚のひずみは、加工前のチタン合金の厚みから、マイクロスコープで測定した加工後の壁厚を引いた値の絶対値を、加工前のチタン合金の厚みで除した百分率とする。
−評価基準−
Ａ：肩部の壁厚のひずみが５％未満であり、側壁の壁厚のひずみが１２％未満であった。
Ｂ：肩部の壁厚のひずみが５％以上１５％未満であり、側壁の壁厚のひずみが１２％以上であった。
Ｃ：肩部の壁厚のひずみが１５％以上であった。又は、得られた成形体に破断が起こった。
【００６５】
【表１】
2020059045.tif 000003
【００６６】
チタン合金を２５０℃以上４００℃未満の温度に加熱して、第２工程と第３工程とをそれぞれ複数回行った後に第４工程を行った実施例１〜実施例３は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に優れていた。
中でも、２５０℃以上３００℃以下でチタン合金を加熱した実施例１及び実施例２については成形性及び壁厚の均一性がより優れていた。
一方、本開示の第２工程及び第３工程のみによりチタン合金を成形した比較例３及び比較例４、並びに、本開示の第４工程のみによりチタン合金を成形した比較例６は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に劣っていた。
また、チタン合金を２００℃に加熱した比較例１、及び、チタン合金を４００℃に加熱した比較例２は、得られた成形体の成形性及び壁厚の均一性に劣っていた。
【符号の説明】
【００６７】
５・・・金型
５Ａ・・・上面
５Ｂ・・・下面
５Ｃ・・・孔
５Ｄ・・・屈曲部
５Ｅ・・・側壁
５ｈ・・・高さ
５Ｒ・・・外径
５ｒ・・・内径
７・・・ブランク支持材
７Ａ・・・孔
７Ｒ・・・外径
７ｒ・・・内径
７ｈ・・・高さ
９・・・押圧部材
９Ａ・・・押圧面
９Ｂ・・・胴体部
１１・・・ブランク材（チタン合金）
１１Ａ・・・外底面
１１Ｂ・・・外側面
１１Ｃ・・・外端面
１１Ｄ・・・内底面１１Ｄ
１１Ｅ・・・内側面
１１Ｆ・・・内端面
１１Ｇ・・・フランジ部
１１ｈ・・・高さ
１１Ｒ・・・直径
１１１・・・底部
１１２・・・側壁部
１１３・・・肩部
１３・・・スクラップ部
【図１】
2020059045.tif 000004
【図２】
2020059045.tif 000005
【図３】
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【図４】
2020059045.tif 000007
【図５】
2020059045.tif 000008
【図６】
2020059045.tif 000009
【図７】
2020059045.tif 000010
【図８】
2020059045.tif 000011
【図９】
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