(57)【要約】【課題】1パス当たりの加工度を高くできるマグネシウム合金管の引き抜き加工方法を提供する。【解決手段】本発明方法は、ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くマグネシウム合金管の引抜加工方法である。この方法において、プラグ10は、円筒部12と、この円筒部12の先端側に形成されるテーパー部11とを有する。このプラグの縦断面において、前記円筒部12の輪郭線とテーパー部11の輪郭線とで形成される角部の半径Rを1mm以上の円弧で形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くマグネシウム合金管の引き抜き加工方法であって、
前記プラグは、円筒部と、この円筒部の先端側に形成されるテーパー部とを有し、
このプラグの縦断面において、前記円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部が、半径1mm以上の円弧で形成されることを特徴とするマグネシウム合金管の引抜き加工方法。
【請求項２】
ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くマグネシウム合金管の引き抜き加工方法であって、
前記プラグは、円筒部と、この円筒部の先端側に形成されるテーパー部とを有し、
このプラグの縦断面において、前記円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度が1〜40°であることを特徴とするマグネシウム合金管の引き抜き加工方法。
【請求項３】
このプラグの縦断面において、前記円筒部の延長線とテーパー部とのなす角度が1〜40°であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウム合金管の引き抜き加工方法。
【請求項４】
前記マグネシウム合金は、質量％でAl：0.01〜10.0％、Zn：0.1〜2.0％、Mn:0.1〜2.0％、Ca：0.1〜3.0％を含有し、残部がMg及び不純物からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマグネシウム合金管の引き抜き加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラグを用いたマグネシウム合金管の引き抜き加工方法に関するものである。特に、高い加工度にて効率的にマグネシウム合金管を製造できるマグネシウム合金管の引き抜き加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム合金は、アルミニウムよりも軽く、比強度、比剛性が鋼やアルミニウムよりも優れており、航空機部品、自動車部品などの他、各種電気製品のボディーなどへの利用が期待されている。このマグネシウム合金は、線材、板材、管材など種々の利用形態が考えられるが、そのうち、管材については特許文献1に記載の技術が知られている。この文献は、引き抜きによりマグネシウム合金管を製造する際に、その引き抜き条件などを特定することで、強度や靭性に優れるマグネシウム合金管が得られることを開示している。
【０００３】
ところで、このような管材の引き抜きには、プラグ引きと呼ばれる引き抜き方法が広く利用されている。プラグ引きは、ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜く管材の加工方法である。このプラグには、円筒部と、その円筒部に連続するテーパー部を有した弾丸状ものが利用されている。そして、このプラグは、その縦断面において、円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部が稜線でエッジ状に構成され、円筒部の延長線とテーパー部との角度が45°以上に形成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開2006-16655号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の管材の引き抜き技術では、１パス当たりの減面率が小さく、生産性が低いという問題がある。１パス当たりの減面率が小さいと、引き抜き前の管材から最終径の管材に引き抜くまでのパス数が多くならざるをえない。一方、無理に減面率を上げて加工を行おうとすると、管材が破断したり、焼き付きが生じたりして、歩留まりが低下する。特に、Caを含有するマグネシウム合金管の場合、加工性に劣るため、生産性の向上が困難である。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、1パス当たりの加工度を高くできるマグネシウム合金管の引き抜き加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、プラグを用いてマグネシウム合金管の引抜加工を行うのに際し、そのプラグの形態に種々の検討を行った結果、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明の第一の構成は、ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くマグネシウム合金管の引抜加工方法である。この方法において、前記プラグは、円筒部と、この円筒部の先端側に形成されるテーパー部とを有する。そして、このプラグの縦断面において、前記円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部が、半径1mm以上の円弧で形成されることを特徴とする。
【０００９】
従来、円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部は、一般に稜線でエッジ状に構成されている。これは、この角部が引き抜き時にプラグが管材へ食い付きやすくするためである。一方で、この角部とダイス孔との間で管材は特に大きな塑性変形を受けるため、管材の破断は、角部とダイス孔とに挟まれる箇所で発生しやすい。
【００１０】
これに対し、上記の本発明方法では、この角部に所定の丸みを形成することで、プラグの角部と管材との接触をより円滑にし、管材の破断を抑制して、1パス当たりの加工度を高くすることができる。さらに、高い加工度が可能となったことで、管材を構成するマグネシウム合金の結晶粒径を微細化することができる。
【００１１】
この角部の半径が1mm未満では、角部を稜線で構成した従来のプラグによる引き抜きに対して加工度の向上効果が小さい。より好ましい半径の下限は1.5mmである。また、この半径の上限は、プラグのサイズにもよるが、15mm程度である。
【００１２】
また、この角部の半径の限定により、角部が稜線で形成されていた従来のプラグに比べて管材へのプラグの食い付き性が若干劣ることになるが、プラグを管材の引き抜き方向へ押圧することで、従来のプラグと遜色ない食い付き性を確保することができる。
【００１３】
本発明の第二の構成は、ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くマグネシウム合金管の引き抜き加工方法である。この方法において、前記プラグは、円筒部と、この円筒部の先端側に形成されるテーパー部とを有する。そして、このプラグの縦断面において、前記円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度が1〜40°であることを特徴とする。
【００１４】
従来、円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度は、円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部で管材への食い付き性を確保するため、ある程度角が立つよう45°程度に調整されていた。
【００１５】
これに対し、本発明では、この角度を1〜40°に限定することで、プラグの角部と管材との接触をより円滑にし、管材の破断の発生を抑制し、1パス当たりの加工度を高くすることができる。さらに、高い加工度が可能となったことで、管材を構成するマグネシウム合金の結晶粒径を微細化することができる。
【００１６】
この角度が1°未満では、プラグがほぼ円筒状になってしまい、プラグと管材との軸方向への接触長が長くなって、管材に破断や焼き付きが生じやすくなる。逆に、この角度が40°を超えると、角部で管材が局所的に強く押圧されるため、やはり管材の破断や焼き付きが生じやすくなる。より好ましい角度の範囲は、10〜40°、さらに好ましい角度の範囲は20〜35°である。そして、この第二の構成により引き抜きを行う場合も、プラグは管材の引き抜き方向へ押圧することが好ましい。
【００１７】
なお、円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度を限定する場合、この角度が小さくなると、プラグにおけるテーパー部の軸方向の距離が長くなりがちである。逆に、この角度を大きめにとった場合、テーパー部の軸方向の長さが短くなりがちである。それらの場合、テーパー部の軸方向の長さは2〜10mm程度に決定すれば良い。
【００１８】
また、上記の半径の限定と角度の限定を組み合わせたプラグにて管材の引き抜きを行うことも好ましい。つまり、プラグの縦断面において、円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部が、半径1mm以上の円弧で形成され、かつプラグの縦断面において、円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度が1〜40°であるプラグを用いて管材を引き抜くことが好適である。
【００１９】
上記半径の限定と角度の限定とを組み合わせたプラグで管材を引き抜くことで、両者の相乗効果により、一層高い加工度での管材の引き抜きが可能となり、マグネシウム合金管の生産性を向上させることができる。
【００２０】
本発明方法により引き抜き加工されるマグネシウム合金管の組成は特に限定されない。例えば、ASTM規格におけるAZ系、より具体的には、AZ31やAZ61などが加工対象として好適に利用できる。その他、比較的塑性加工性が劣るAZ91であっても本発明方法の適用が期待できる。さらに、Caを含有したマグネシウム合金も加工対象とできる。Caを含有したマグネシウム合金は、Caを含有しない合金に比べて加工性に劣る。このような難加工性の材質であっても、本発明方法によれば、1パス当たりの加工度を向上させることができる。より具体的なCaを含むマグネシウム合金としては、質量％でAl：0.01〜10.0％、Zn：0.1〜2.0％、Mn:0.1〜2.0％、Ca：0.1〜3.0％を含有し、残部がMg及び不純物からなるものが挙げられる。
【００２１】
その他、上記の半径を限定した構成、角度を限定した構成のいずれの本発明方法においても、引き抜き対象となる管材は、常温でも良いし適宜な温度に加熱しておいてもよい。管材を加熱しておく方がより高い加工度で加工することができる。また、引き抜きに際しては、管材とダイス或いは管材とプラグの間に潤滑剤を適用することが好ましい。
【００２２】
さらに、これら本発明方法のいずれにおいても、多パスで管材の引き抜きを行う場合、各パス間で管材の焼鈍を行うことが好ましい。この焼鈍を行うことで、複数パスに亘る引き抜きを円滑に行なうことができる。この焼鈍は、250〜400℃で15分以上行うことが好適である。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明マグネシウム合金管の引き抜き加工方法によれば、次の効果を奏することができる。
【００２４】
円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部に所定の丸みを形成したり、この角部の角度を所定の範囲に特定することで、プラグの角部と管材との接触をより円滑にし、管材の破断や焼き付きの発生を抑制して、1パス当たりの加工度を高くすることができる。それに伴い、素管と最終製品の径が同じ管材を製造する場合、より少ないパス数で引き抜き加工を行うことができ、マグネシウム合金管の生産性を向上させることができる。
【００２５】
また、高い加工度が可能となったことで、管材を構成するマグネシウム合金の結晶粒径を微細化することができる。それに伴い、管材の強度や伸びなどの機械的特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２７】
(試験例1)
以下の条件でマグネシウム合金管の引き抜き加工を行った。この加工は、ダイス孔にマグネシウム合金からなる管材を通し、その管材の内側にプラグを配置して、管材を引き抜くことにより行う。図1に示すように、ここで用いたプラグ10は、先端側（引き抜き方向前方）のテーパー部11と、そのテーパー部11につながる円筒部12とを有する。このプラグ10の縦断面において、テーパー部11の外周を形成する輪郭線は直線で構成される。また、円筒部12の輪郭線とテーパー部11の輪郭線との間に半径Rの円弧状の角部が形成され、さらに円筒部12の延長線とテーパー部11の輪郭線の間で角度θを構成している。そして、表1に示すように上記半径Rと角度θを変え、各形状のプラグで引き抜きを行って、引き抜きの可否を調べてみた。
【００２８】
＜素管＞
素管の種類：押出材
組成：Al:3.3％、Zn:0.76％、Mn:0.27％、Ca:1.08％  （全て質量％）
残部Mgと不可避的不純物
寸法：外径25mm、厚さ2.00mm
【００２９】
＜プラグ＞
最大径（円筒部外径）：20.6mm
テーパー部の軸方向の長さ：2〜5mm
【００３０】
＜加工条件＞
加工度：上記素管を外径24.1mm、厚さ1.75mmにまで引き抜き加工
パス数：1パス
ダイス入口における素管温度：160℃
ダイス及びプラグの加熱：なし
【００３１】
この試験結果も併せて表1に示す。この表から明らかなように、円筒部の輪郭線とテーパー部の輪郭線とで形成される角部の半径Rが1mm以上のプラグを用いた場合、パイプの破断や焼き付きが生じることなく引き抜きが可能であった。また、円筒部の延長線とテーパー部の輪郭線とのなす角度θが1〜40°のプラグを用いた場合も、パイプの破断や焼き付きが生じることなく引き抜きが可能であった。それに対して、上記の半径Rが0で角度θが0°、つまりテーパー部のない円筒状のプラグ、および上記角度θが50°のプラグでは、パイプの破断が生じて引き抜きができなかった。なお、表１において、角度θが90°のプラグは、プラグの先端部が半球状に形成され、プラグの縦断面におけるテーパー部の輪郭線が曲線で表されるものを示している。
【００３２】
【表１】
2007268556.tif 000003
【００３３】
以上の試験の後、引き抜きのできたパイプについて、同様の加工度、パイプ温度でさらに引き抜きを行った。その際、各パスの間には、パイプに300℃×１時間の焼鈍を行った。その結果、さらに３パスの引き抜きが可能であった。
【００３４】
（試験例２）
試験例１で用いたものと同様のプラグを用いて、加工度を変えてマグネシウム合金管の引き抜きを行い、その可否を調べた。その引き抜き条件と結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】
2007268556.tif 000004
【００３６】
この表２の結果から明らかなように、半径Rと角度θの双方を本発明の規定範囲に限定したプラグではより高い加工度でも引き抜きが可能であったのに対し、半径Rと角度θのいずれか一方のみを本発明の規定範囲に限定したプラグで引き抜きを行った場合は、その多くが引き抜きできなかった。
【００３７】
（試験例３）
次に、試験例１と同様の組成の素管を用いて、以下の条件Ａと条件Ｂにて室温でプラグ引きによる引き抜き加工を行った。いずれの条件でも、素管の寸法、素管の組成はAl:3.2％、Zn:0.78％、Mn:0.29％、Ca:0.98％（全て質量％）、残部Mgと不可避的不純物であり、各パス間では300℃×１時間の焼鈍をパイプに施している。そして、各条件では、パイプに破断や焼き付きが生じないような1パス当たりの加工度を選択して引き抜き加工を行った。なお、ダイス及びプラグの加熱は行っていない。
【００３８】
＜条件Ａ＞
プラグ形状
図１における半径R：0mm
図１における角度θ：45°
【００３９】
＜条件Ｂ＞
プラグ形状
図１における半径R：2mm
図１における角度θ：30°
【００４０】
条件Ａによる引き抜き時の各パスにおけるパイプの寸法と加工度を表３に、条件Ｂによる同様の評価結果を表４に示す。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
【表４】
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【００４３】
これらの表の比較から明らかなように、本発明方法である条件Bによる引き抜きでは、１パス当たりの加工度が15％以上と非常に高く、２パスで25mmから22.3mmにまで加工できていることがわかる。一方、比較方法である条件Aによる引き抜きでは、1パス当たりの加工度が6％前後と低く、同じ25mmから22.3mmまでの加工に６パスを要している。そのため、本発明方法が生産性に優れることがわかる。
【００４４】
さらに、上記の引き抜き加工の後、パイプに250℃×1時間の焼鈍を行って、焼鈍後のパイプにおける合金の平均結晶粒径、引張強度(TS)、伸び(EL)を測定した。引張試験における標点間距離は50mmである。その結果を表５に示す。
【００４５】
【表５】
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【００４６】
この表から明らかなように、本発明方法である条件Bによる引き抜き加工の結果得られたパイプは、比較方法である条件Aによる引き抜き加工の結果得られたパイプに比べて平均結晶粒径が小さく、TS、EL共に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の加工方法は、マグネシウム合金管の製造分野において好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明方法に用いるプラグの形状を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
10  プラグ  11  テーパー部  12  円筒部
【図１】
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