(57)【要約】【課題】プレス加工が施されたマグネシウム合金材を生産性よく製造可能なマグネシウム合金材の製造方法を提供する。【解決手段】マグネシウム合金からなる長尺な圧延板が巻き取られた圧延コイル材を素材とし、これを巻き戻して素材板100を矯正機構20Aに導入して、矯正板110を作製し、得られた矯正板110をプレス機構40に導入して、順送プレス加工を施し、マグネシウム合金材10を製造する。この製造方法では、矯正加工に連続して順送プレス加工を行うことで、矯正された素材をプレス機構40に連続供給でき、マグネシウム合金材10を生産性よく製造できる。特に、矯正された素材は平坦性に優れるため、プレス機構40の所定の位置に精度良く搬送でき、寸法精度に優れるマグネシウム合金材10を製造できる。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシウム合金からなる板材にプレス加工を施して、マグネシウム合金材を製造するマグネシウム合金材の製造方法であって、
長尺な圧延板が巻き取られた圧延コイル材を準備する準備工程と、
前記圧延コイル材を巻き戻して前記圧延板に矯正加工を施し、矯正板を作製する矯正工程と、
前記矯正板を巻き取ることなく、前記矯正加工に引き続いて順送プレス加工を施し、マグネシウム合金材を作製する成形工程とを具えることを特徴とするマグネシウム合金材の製造方法。
【請求項２】
前記矯正加工は、冷間で行い、
前記順送プレス加工前に、前記矯正板を加熱する予熱工程を具え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材の製造方法。
【請求項３】
前記矯正加工は、温間で行い、
前記順送プレス加工は、前記矯正板を更に加熱することなく行うことを特徴とする請求項1に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
【請求項４】
前記マグネシウム合金は、Alを8.3質量％以上9.5質量％以下含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のマグネシウム合金材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工が施されてなるマグネシウム合金材の製造方法に関するものである。特に、マグネシウム合金材を生産性よく製造可能な製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軽量で比強度、比剛性に優れるマグネシウム合金が、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータといった携帯用電気・電子機器類の筐体や自動車部品などの各種の製品・部品の構成材料に利用されてきている。
【０００３】
マグネシウム合金材は、ダイカスト法やチクソモールド法による鋳造材(ASTM規格のAZ91合金)が主流である。近年、ASTM規格のAZ31合金に代表される展伸用マグネシウム合金からなる板にプレス加工を施したプレス加工材が使用されつつある。また、特許文献1は、ASTM規格におけるAZ91合金相当のマグネシウム合金からなり、プレス加工性に優れるマグネシウム合金板材を開示している。
【０００４】
特許文献1は、上記マグネシウム合金板材の製造方法として、双ロール連続鋳造法により製造したAZ91合金相当の組成の鋳造板に圧延を施し、得られた圧延板を加熱した状態で、千鳥状に配置したローラ間を通過させることを開示している。上記合金板材は、上記ローラにより矯正されて平坦性に優れることから、プレス装置の所定の位置に精度良く配置させることができ、寸法精度に優れるプレス加工材を製造できる。また、この合金板材は、圧延時に導入された歪みが残存することで、プレス加工時、動的な再結晶化が生じてプレス加工性に優れることからも、高精度なプレス加工材を製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第2009/001516号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
プレス加工といった塑性加工が施されたマグネシウム合金材の生産性の向上が望まれている。
【０００７】
マグネシウム合金材の生産性を向上するためには、プレス加工などの塑性加工やその他の加工を行うにあたり、加工装置に素材を連続的に供給することが望まれる。例えば、長尺な圧延板などの板状材を円筒状に巻き取ったコイル材を素材に利用することで、上記加工装置に素材を連続的に供給することができる。
【０００８】
しかし、コイル材では、巻き癖により平坦性に劣る恐れがある。
コイル材を利用する場合、特に、巻き取り径(内径)を小さくすると、長尺材でも小型にできるため、搬送や上記加工装置への設置などが容易である上に、上記加工装置に対して1回に供給可能な素材量を多くでき、マグネシウム合金材の生産性をより高められると期待される。しかし、巻き取り径が小さいと、マグネシウム合金の組成によらず、板状材に巻き癖が付き易い。
【０００９】
巻き癖が付いた場合、コイル材を巻き戻しただけでは曲がっていて平坦にならない。そして、このような曲がった板状材を上記加工装置に供給すると、当該加工装置の所定の位置に素材を精度良く位置決めできず、寸法精度に劣るプレス加工材が製造され、歩留まりの低下を招く恐れがある。その結果、マグネシウム合金材の生産性の低下を招く。
【００１０】
上述のように千鳥状に配置したローラ間を通過させて平坦性に優れる素材を利用した場合でも、通過後に巻き取ることで上述のように巻き癖がつく場合がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、マグネシウム合金材を生産性よく製造可能なマグネシウム合金材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、長尺な圧延板を素材とし、この圧延板に順次矯正加工を施し、この矯正板を巻き取ることなく、そのまま連続してプレス加工を施すことで、上記目的を達成する。
【００１３】
本発明は、マグネシウム合金からなる板材にプレス加工を施して、マグネシウム合金材を製造する方法に係るものであり、以下の準備工程、矯正工程、成形工程を具える。
準備工程：長尺な圧延板が巻き取られた圧延コイル材を準備する工程
矯正工程：上記圧延コイル材を巻き戻して上記圧延板に矯正加工を施し、矯正板を作製する工程
成形工程：上記矯正板を巻き取ることなく、上記矯正加工に引き続いて順送プレス加工を施し、マグネシウム合金材を作製する工程
【００１４】
上記構成によれば、素材となるコイル材を巻き戻し、適宜巻き取るなどして素材板を走行させることで、素材板に連続して矯正加工及びプレス加工を容易に施すことができる。また、上記構成によれば、矯正加工からプレス加工までの間に巻き取り作業が無く、矯正加工からプレス加工までを一続きとしてプレス加工材を作製する。そのため、矯正された素材(矯正板)は、巻き癖などが付いておらず、平坦性に優れる状態でプレス加工装置に供給されることから、当該装置の所定の位置に精度良く配置され、この状態でプレス加工が施される。従って、上記構成によれば、寸法精度に優れるプレス加工材を成形でき、寸法欠陥品を低減できる。また、矯正された素材(矯正板)は、圧延時に導入された歪み(せん断帯)を十分に残存しているため、プレス加工時、動的な再結晶化を十分に生じることで成形性に優れる。この点からも、上記構成によれば、マグネシウム合金材を生産性よく製造できる。このように上記構成によれば、塑性加工性に優れる素材を連続的に供給可能である、平坦性に優れる素材を精度良く配置できる、寸法欠陥品の低減により歩留まりを向上できる、といった優れた効果を奏し、マグネシウム合金材の生産性の向上に寄与することができる。
【００１５】
更に、本発明製造方法により得られたマグネシウム合金材は、上述のように寸法精度に優れて高品位であることに加えて、圧延板にプレス加工が施された塑性加工材であることから、ダイカスト材やチクソモールド材と比較して、強度や靭性、耐衝撃性といった機械的特性、耐食性にも優れる。
【００１６】
本発明の一形態として、上記矯正加工を冷間で行い、上記順送プレス加工前に上記矯正板を加熱する予熱工程を具える形態が挙げられる。
【００１７】
上記形態によれば、冷間にて矯正加工を施すことで、圧延時に導入された歪み(せん断帯)が熱により解放されることを抑制でき、当該歪みが十分に残存した矯正板を製造できる。また、冷間にて矯正加工を施すことで、矯正により曲げを与え易く、圧延板の平坦性を高め易い。従って、上記形態によれば、塑性加工性に優れる上に平坦性にも優れる素材をプレス加工に供することができるため、高精度なプレス加工材を生産性よく製造できる。かつ、上記形態によれば、プレス加工前に予熱を行うことで、上記矯正板の塑性加工性を高められるため、曲げ半径が小さいなどの比較的強加工でも、プレス加工を良好に行える。
【００１８】
本発明の一形態として、上記矯正加工は温間で行い、上記順送プレス加工は上記矯正板を更に加熱することなく行う形態が挙げられる。
【００１９】
上記形態によれば、温間で矯正加工を施すことで、素材となる圧延板の塑性加工性を高められるため、圧延板に多少の厚さのばらつきがあったり、反りが大きかったり、圧延時の潤滑剤などが付着しているなど表面性状に劣る状態であったりしても、割れなどを生じることなく、矯正加工を良好に施すことができ、平坦性に優れる矯正板を形成できる。このような矯正板をプレス加工に供することができるため、上記形態によれば、高精度なプレス加工材を生産性よく製造できる。かつ、上記形態によれば、プレス加工にあたり、矯正板を更に加熱しないため、予熱手段を別途設ける必要がなく、加熱のためのエネルギーも不要である。
【００２０】
本発明製造方法は、種々の元素を添加元素とするマグネシウム合金(残部Mg及び不純物、Mg:50質量％以上)に適用できると期待される。特に、添加元素の濃度が高い合金、具体的には添加元素の合計含有量が7.3質量％以上であるマグネシウム合金は、添加元素の種類にもよるが、強度や硬度といった機械的特性、耐食性、難燃性、耐熱性といった種々の特性に優れる。従って、本発明製造方法によれば、種々の組成のマグネシウム合金からなり、上記各特性に優れるマグネシウム合金材を製造できる。
【００２１】
具体的な添加元素は、Al,Zn,Mn,Si,Be,Ca,Sr,Y,Cu,Ag,Sn,Li,Zr,Ce,Ni,Au及び希土類元素(Y,Ceを除く)から選択される少なくとも1種の元素が挙げられる。不純物は、例えば、Feなどが挙げられる。
【００２２】
特に、Alを含有するMg-Al系合金は、耐食性に優れる上に、強度、耐塑性変形性といった機械的特性にも優れる。Alの含有量が多いほど上記効果が高い傾向にあり、5.8質量％以上、更に7質量％、特に、7.3質量％以上が好ましい。但し、Alの含有量が12質量％を超えると塑性加工性の低下を招くことから、上限は12質量％、更に11質量％が好ましい。Al以外の各元素の含有量は、例えば、合計で0.01質量％以上10質量％以下、好ましくは0.1質量％以上5質量％以下が挙げられる。
【００２３】
Mg-Al系合金のより具体的な組成は、例えば、ASTM規格におけるAZ系合金(Mg-Al-Zn系合金、Zn:0.2質量％〜1.5質量％)、AM系合金(Mg-Al-Mn系合金、Mn:0.15質量％〜0.5質量％)、AS系合金(Mg-Al-Si系合金、Si:0.01質量％〜20質量％)、Mg-Al-RE(希土類元素)系合金、AX系合金(Mg-Al-Ca系合金、Ca:0.2質量％〜6.0質量％)、AJ系合金(Mg-Al-Sr系合金、Sr:0.2質量％〜7.0質量％)などが挙げられる。Alを5.8質量％以上含有するAZ系合金は、例えば、AZ61合金、AZ80合金、後述するAZ91合金が挙げられる。
【００２４】
本発明の一形態として、上記マグネシウム合金がAlを8.3質量％以上9.5質量％以下含有する形態が挙げられる。
【００２５】
Alを7.3質量％以上12質量％以下含有する形態、特にAlを8.3質量％〜9.5質量％含有する形態は、強度に優れる上に耐食性にも優れる。Alを8.3質量％〜9.5質量％含有する合金として、更にZnを0.5質量％〜1.5質量％含有するMg-Al-Zn系合金、代表的にはAZ91合金が挙げられる。
【００２６】
その他、Y,Ce,Ca,及び希土類元素(Y,Ceを除く)から選択される少なくとも1種の元素を合計0.001質量％以上、好ましくは合計0.1質量％以上5質量％以下含有し、残部がMg及び不純物からなるマグネシウム合金は、耐熱性、難燃性に優れる。希土類元素を含有する場合、その合計含有量は0.1質量％以上が好ましく、特に、Yを含有する場合、その含有量は0.5質量％以上が好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明マグネシウム合金材の製造方法は、マグネシウム合金材を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図1は、実施形態1に係るマグネシウム合金材の製造方法を説明する概略工程図である。
【図２】図2は、実施形態2に係るマグネシウム合金材の製造方法を説明する概略工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
[実施形態1]
以下、図1を参照して、実施形態1に係るマグネシウム合金材の製造方法を説明する。この製造方法は、プレス加工が施されたマグネシウム合金材(プレス加工材)10を製造する方法に係るものである。この製造方法は、マグネシウム合金からなる長尺な圧延板が巻き取られた圧延コイル材を素材として用意し、この圧延コイル材を巻き戻した素材板100(圧延板)を走行させて、矯正加工、順送プレス加工を連続して施す。より具体的には、素材板100を矯正機構20Aに搬送して矯正加工を施し、得られた矯正板110をプレス機構40に搬送して順送プレス加工を施し、マグネシウム合金材10を作製する。そして、この製造方法は、矯正板110を巻き取ることなく、矯正加工に引き続いて順送プレス加工を施すことを最大の特徴とする。また、実施形態1の製造方法では、矯正加工を冷間加工とし、順送プレス加工を施す前に矯正板110を予熱機構30に導入して加熱し、この加熱した矯正板110にプレス加工を施す。以下、素材板100をまず説明し、その後、各工程をより詳しく説明する。
【００３０】
(素材板)
素材板100に利用する圧延コイル材は、例えば、以下のようにして得られる。双ロール連続鋳造法といった連続鋳造法により長尺なマグネシウム合金鋳造板を作製して巻き取り、この巻き取った鋳造コイル材を巻き戻して、鋳造板に少なくとも1パスの圧延(代表的には温間圧延)を施して長尺な圧延板を作製し、この圧延板を巻き取る。
【００３１】
急冷凝固が可能な連続鋳造法を利用することで、酸化物や偏析などを低減できる上に、割れの起点になり得る10μm超といった粗大な晶析出物の生成を抑制できる。また、連続鋳造法では、長尺な鋳造材を製造可能であり、このような長尺材を圧延に供することで、長尺な圧延板を容易に製造できる。連続鋳造法には、双ロール法、ツインベルト法、ベルトアンドホイール法といった種々の方法があるが、板状の鋳造材の製造には、双ロール法やツインベルト法が好適に利用できる。特に、双ロール連続鋳造法は、剛性及び熱伝導性に優れ、かつ偏析が少ない鋳造板を形成し易い。WO/2006/003899に記載の鋳造方法を利用してもよい。
【００３２】
上記鋳造板の厚さ、幅、及び長さは、適宜選択することができる。例えば、厚さが10mm以下、更に7mm以下、特に5mm以下であると、偏析などが存在し難く、強度に優れる。また、長さが30m以上、更に50m以上、とりわけ100m以上といった長尺な鋳造板や、幅が100mm以上、更に200mm以上、とりわけ250mm以上といった広幅な鋳造板を圧延板の素材とすると、長尺な圧延板や広幅な圧延板を作製でき、この圧延板を巻き取った圧延コイル材は、プレス加工材といった塑性加工材の素材に好適に利用できる。なお、鋳造コイル材の内径が小さい場合、鋳造板を巻き取る直前で150℃以上に加熱した状態で巻き取ると、割れが生じることなく巻き取ることができて好ましい。また、圧延前に、鋳造板の両縁部(幅方向の両側部)をトリミングしておくと、鋳造板の両縁部に割れが生じている場合でも、その割れが圧延時に進展することを防止できる。圧延途中や圧延板にも適宜トリミングを施してもよい。
【００３３】
上記圧延は、上記鋳造板を含む素材を150℃以上400℃以下に加熱して行う温間圧延を少なくとも1パス含むことが好ましい。上記温度範囲で素材を加熱することで素材の塑性加工性を高められ、1パスあたりの圧下率を例えば、10％〜50％程度に高めても割れが生じ難い。また、上記温度範囲とすることで、素材表面の焼付きなどによる素材劣化の抑制、圧延ロールの熱劣化の抑制を図ることができる。上記素材の加熱温度は、350℃以下、更に300℃以下、特に150℃以上280℃以下が好ましい。この素材の加熱には、例えば、雰囲気炉(ヒートボックス)などを利用することが挙げられる。素材だけでなく圧延ロールも加熱したり(例えば、加熱温度:100℃〜250℃)、特開2007-098470号公報に開示される制御圧延、その他公知の圧延条件などを利用することができる。上記鋳造板に溶体化処理(例えば、加熱温度:350℃〜420℃、保持時間:0.5時間以上、特に1時間〜40時間)を施してから、圧延を施してもよい。上記鋳造板に溶体化処理を行うことで、組成の均質化や析出物の再固溶などを行って、靭性を高められる。
【００３４】
上記温間圧延を含む圧延は、1パスでも複数パス行ってもよい。複数パスの圧延を行うことで、厚さが薄い圧延板が得られる上に、圧延板を構成する組織の平均結晶粒径を小さくしたり(例えば、10μm以下、好ましくは5μm以下)、プレス加工といった塑性加工性を高められる。所望の厚さの圧延板が得られるように、パス数、各パスの圧下率、及び総圧下率を適宜選択することができる。複数パスの圧延を行う場合、例えば、素材の加熱温度や圧延ロールの温度、圧下率、ライン速度などの条件をパスごとに変更することができる。また、複数パスの圧延を行う場合、パス間に中間熱処理(例えば、加熱温度:150℃〜350℃(好ましくは300℃以下)、保持時間:0.5時間〜3時間)を行ってもよい。中間熱処理を行うことで、当該熱処理以降の圧延にあたり、素材の加工性を高められる。
【００３５】
上記圧延板の厚さ、幅、及び長さは、適宜選択することができる。特に、圧延板の厚さは0.02mm以上3.0mm以下、更に0.1mm以上1mm以下、圧延板の幅は50mm以上2000mm以下、更に100mm以上、とりわけ200mm以上が利用し易いと考えられる。200mm以上といった広幅材とすることで、大型なプレス加工材を連続的に製造可能である。長尺材や広幅材を巻き取った圧延コイル材は、上記プレス加工材の量産に好適に利用することができる。
【００３６】
上記圧延は、潤滑剤を適宜利用すると、圧延時の摩擦抵抗を低減でき、素材の焼き付きなどを防止して圧延を施し易い。
【００３７】
上記圧延後に得られた圧延コイル材にそのまま矯正加工を施してもよいが、矯正前に研削処理を施して、圧延板の表面に存在する疵や付着している加工油(例えば、潤滑剤)、上記表面に形成された酸化層などを除去して、上記表面を清浄かつ平滑にすることができる。このような表面性状に優れる板状材は、矯正加工を均一的に施し易く、特に、冷間にて矯正加工を施す場合にも十分に矯正することができて好ましい。研削処理は、例えば、研削ベルトを用いた湿式処理が挙げられる。ここでは、上記湿式研削処理を施した圧延コイル材を素材板100としている。
【００３８】
上記溶体化処理以降の最終製品(プレス加工が施されたマグネシウム合金材)が得られるまでの製造工程において、素材を150℃〜300℃の温度域に保持する総合計時間が12時間以下となるように、素材の温度管理を行うと、耐食性、耐衝撃性、強度、靭性といった特性に優れるマグネシウム合金材を得易い。
【００３９】
(繰出しドラム/巻取りドラム)
上記圧延コイル材は繰出しドラム50に配置され、繰出しドラム50により素材板100を繰り出す。また、ここでは、この素材板100に矯正加工を施した矯正板110から最終的に得られるマグネシウム合金材10を打ち抜いた残り(マグネシウム合金材10を抜き取ることで、複数の窓部が設けられた状態となった帯状材(スクラップ120))を巻取りドラム(図示せず)で巻き取る構成としている。繰出しドラム50及び巻取りドラムがモータなどの動力源により回転することで、素材板100〜矯正板110〜スクラップ120は、両ドラム間を走行する。スクラップ120を巻き取らない構成とすることもできる。この場合、ラインの適宜な箇所に素材板100などの搬送を促す送り出しローラなどを配置することで、素材板100や矯正板110を走行させることができる。また、スクラップ120は、マグネシウム合金材10を打ち抜いた後、或いは打ち抜きと同時に適宜切断されるように後述するプレス機構の打抜金型を構成してもよい。この形態のようにスクラップ120を巻き取る構成とすると、スクラップ120に形成された窓部によりマグネシウム合金材10を押すことで当該合金材10を搬送できる。
【００４０】
(矯正機構：冷間)
矯正加工は、圧延後、圧延板を巻き取ることで当該圧延板に付いた巻き癖や幅方向の反りの修正などの平坦性の向上、かつせん断帯の維持による良好な塑性加工性の保持を目的として行う。特に、実施形態1の製造方法では、矯正加工時の素材の温度を冷間、代表的には室温とすることで、圧延により導入された歪みが当該矯正により実質的に解放されず、素材にせん断帯が十分に存在して塑性加工性に優れる矯正板110を形成できる。また、矯正に当たり、加熱のための設備や加熱時間、及び加熱のためのエネルギーが不要である。
【００４１】
上記矯正加工は、対角線上に配置された一対の矯正ローラ間を少なくとも一組通過させて曲げを付与することで行うことが挙げられる。例えば、特許文献1に記載される歪み付与手段やローラレベラ装置を利用することができる。
【００４２】
矯正機構20Aは、上下に対向して千鳥状に配置された複数の矯正ローラ21を具える(図1,2の矯正ローラの数は例示である)。走行する素材板100は、矯正ローラ21間を通過することで、当該ローラ21により連続的に曲げ(歪)が付与されて、反りや曲げ癖などが矯正されて平坦になる。矯正ローラ21の大きさ(径)、通過させる矯正ローラ21の数、ギャップ量(素材の進行方向に沿って配置される矯正ローラのうち、素材の一面に接する矯正ローラであって、素材の進行方向に隣り合う二つの矯正ローラの接線をとったとき、この接線と、これら二つの矯正ローラ間に介在されて素材の他面に接する矯正ローラ(以下、介在ローラと呼ぶ)において素材と接する側の点(以下、点xと呼ぶ)との間の最大距離)、素材板100の進行方向に隣り合う矯正ローラ21間の距離、といった矯正に関する各パラメータは、素材板100の組成、表面状態、厚さ、走行速度、といった素材板に関する各パラメータを考慮して適宜選択することができる。例えば、矯正ローラの径:φ10mm〜50mm程度、矯正ローラの合計数:10本〜40本程度、最大ギャップ量(ギャップ量の最大値):＋4.0mm〜0mm程度(介在ローラの点xが上記接線よりも上記二つの矯正ローラ側に位置する場合をプラス、介在ローラの点xが上記接線から、上記二つの矯正ローラから離れる側に位置する場合をマイナスとする。最大ギャップ量が0mmの場合、素材板はその板厚だけ押し込まれる。マイナスの最大ギャップ量は、通常、素材板の板厚とする(この場合、素材板は実質的に押し込まれない)。)が挙げられる。矯正加工後に得られる矯正板の平坦度や矯正板に存在するせん断帯の量の調整は、上記矯正に関する各パラメータや素材板に関する各パラメータを調製することで行える。
【００４３】
(予熱機構)
実施形態1の製造方法では、矯正加工を冷間で行うため、素材である矯正板110は、圧延によって導入された歪み(せん断帯)が十分に残存しており、プレス加工時に動的再結晶化が生じ、塑性加工性に優れる。従って、プレス加工材の形状や素材の組成によっては、矯正板110をそのままプレス機構40に導入して、冷間でプレス加工を行うことができる。これに対して、図1に示すように、プレス機構40の上流側に予熱機構30を具えて矯正板110を加熱可能な構成とすると、プレス加工性を更に高められる。
【００４４】
予熱機構30は、走行する矯正板110を加熱可能な種々の形態の加熱手段を利用できる。例えば、所定の温度の温風が充填される雰囲気炉、矯正板110を直接通電して抵抗加熱により加熱する通電加熱手段、矯正板110を電磁誘導により加熱する高周波加熱手段などが利用できる。
【００４５】
予熱機構30による素材(矯正板110)の加熱温度は、特に、200℃〜300℃とすると、素材の塑性加工性を高められて好ましい。素材が所望の温度となるように、予熱機構30の温度調節や素材の走行速度などを調整するとよい。
【００４６】
プレス加工材の形状や素材の組成などによって、室温超200℃未満の比較的低温でもプレス加工が可能である場合、上記予熱機構30を小型にしたり、加熱能力が小さいものを利用したりすることができる。
【００４７】
矯正板110は、予熱機構30により加熱されることで、歪み(せん断帯)が解放され得るが、予熱機構30の滞在時間が非常に短い場合、予熱機構30による歪みの解放は実質的に無視できる程度であると期待される。上記滞在時間が過度に長くならないように、素材の走行速度や予熱機構30の大きさ、温度などを調整することが好ましい。矯正板110の厚さが1mm以下と薄い場合、所望の温度に短時間で加熱できるため、滞在時間を短くし易い。
【００４８】
予熱機構30を通過後、加熱状態を保持できるように、予熱機構30とプレス機構40との間に、断熱材料からなる保温カバー(図示せず)などを配置してもよい。
【００４９】
(プレス機構)
矯正板110は、巻き取られることなくそのままプレス機構40に移行され、プレス機構40により順送プレス加工が施される。ここで、一般的な順送プレス装置では、複数の金型が素材の走行方向に沿って多段に配置された金型ブロックを具え、走行する素材に各金型により少しずつ成形を行って、最終成形体を形成する。上記金型ブロックは、例えば、素材の進行方向の上流側に、素材の成形領域と成形領域以外の箇所とを、連結箇所を残して切り離す、という打ち抜き加工を行う初期打抜金型、中間に、適宜な形状に成形を行う少なくとも一つの成形金型、下流側に、成形領域に形成されたプレス加工材(マグネシウム合金材)とスクラップとを最終的に切り離す最終打抜金型を具える形態が代表的である。図1に示すプレス機構40は、初期打抜金型41と、成形金型42と、最終打抜金型43とを具える形態を示す。各金型41〜43は、矯正板110を打ち抜いたり、成形したりする上金型41u〜43u及び下金型41d〜43dと、矯正板110における成形領域以外の箇所を支持する支持部(図示せず)と、金型の開閉動作(ここでは上下方向の移動)をガイドする複数のガイドピン(図示せず)とを具える。プレス機構40は、所望の成形が可能な適宜な金型を具えるように構築するとよい。
【００５０】
素材(矯正板110)の加熱に加えて、上記金型ブロックに具える各金型41〜43、特に成形金型42に加熱手段を具えておくと、素材の塑性加工性を高められて、プレス加工をより精度良く行える。
【００５１】
その他、プレス機構40の上流側には、プレス機構40に導入される矯正板110の直進性を高めるために走行ガイドなどを設けることができる。
【００５２】
プレス機構40の下流側には、図示しない巻取りドラムを具え、マグネシウム合金材10が切り離されたスクラップ120を巻き取る。この巻き取りによって走行するスクラップ120の窓部内に存在するマグネシウム合金材10は、上述のようにこの窓部に押されて巻取りドラム側に順次搬送される。従って、巻取りドラムの直前或いは上流側に、プレス加工材の回収箇所を設けておくことで、マグネシウム合金材10を容易に回収することができる。
【００５３】
なお、矯正加工の速度とプレス加工の速度とが異なる場合がある。このような場合、撓みを適宜とって素材の走行速度の調整を行うとよい。例えば、矯正加工の速度よりもプレス加工の速度が遅い場合には、矯正板110をプレス機構40に導入する前に図1に示すように矯正板110を撓ませるとよい。この場合、プレス機構40の上流側(ここでは、予熱機構30とプレス機構40との間)にピンチローラ60といった送りローラを配置することで、撓ませた矯正板110をプレス機構40に適切に送り出すことができる。
【００５４】
〔試験例1〕
上述した実施形態1の本発明マグネシウム合金材の製造方法に基づいて、マグネシウム合金材を作製した。
【００５５】
この試験では、AZ91合金相当の組成(Mg-8.7％Al-0.65％Zn(全て質量％))のマグネシウム合金の溶湯を用意して、双ロール連続鋳造機により、厚さ5mmの鋳造板を連続して作製して、一旦巻き取り、鋳造コイル材を作製した。この鋳造コイル材をバッチ炉に装入して400℃×24時間の溶体化処理を施した。得られた固溶コイル材を巻き戻して、以下の条件で複数パスの圧延を施して巻き取り、厚さ0.61mm、幅250mm、長さ800mの圧延コイル材を作製した。ここでは、更に、得られた圧延コイル材を巻き戻して、研削ベルト(粒度：＃240〜＃320が好適に利用できる)により湿式研削処理を施した後、巻き取った研磨コイル材を用意した(厚さ:0.60mm)。
【００５６】
[圧延条件]
圧下率:5％/パス〜40％/パス
素材の加熱温度:150℃〜280℃
圧延ロール温度:100℃〜250℃
【００５７】
上記研削を施した圧延コイル材(研磨コイル材)を繰出しドラム50に配置して巻き戻し、素材板100(ここでは、湿式研削が施された圧延板)に冷間(室温(20℃〜25℃程度)、大気雰囲気)で矯正加工を施した。ここでは、最大ギャップ量:＋1.0mmとなるようにローラ径が等しい複数の矯正ローラ21を千鳥状に配置して矯正機構を構築し(ローラ径:50mm程度、20本程度)、走行する素材板100にこれら矯正ローラ21間を通過させることで、上記矯正加工を施した。得られた矯正板110に引き続いて順送プレス加工を施し、矩形箱状のマグネシウム合金材10を300個作製した(側面と底面とを繋ぐ角部の曲げ半径:2.0mm、隣接する側面を繋ぐ角部の曲げ半径:0.9mm、絞り深さ:5.0mm)。プレス加工には市販の潤滑剤を用いた。潤滑剤の使用に代えて潤滑性に優れる潤滑シートを利用することができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレンといったフッ素樹脂からなり、厚さ:20μm〜100μm程度のものが挙げられる。この潤滑シートを繰出しボビンに配置して繰り出し、走行する矯正板において少なくとも成形領域を覆うように当該シートを配置し、矯正板の成形領域からプレス加工材が打ち抜かれるときに同時に潤滑シートにおける上記成形領域を覆う箇所が打ち抜かれた残り(スクラップ120と同様に、複数の窓部が設けられた状態となった帯状材)を巻取りボビンにより巻き取る構成とすると、潤滑シートを容易に配置・除去することができる。また、潤滑シートを利用すると、得られたプレス加工材に対して、潤滑剤の除去といった後処理が不要である。
【００５８】
得られたマグネシウム合金材10を目視により確認したところいずれも割れなどが無かった。また、得られたマグネシウム合金材10の寸法を調べたところ、いずれも寸法誤差が±0.1mm以内であり、寸法精度に優れていた。
【００５９】
＜効果＞
本発明製造方法は、長尺材を巻き取った圧延コイル材を素材としながらも、順送プレス加工に導入する直前に矯正加工を行い、そのままプレス加工を施す。即ち、巻き癖や反りなどが矯正されて平坦性に優れる状態の矯正板に連続してプレス加工を施すため、本発明製造方法は、寸法精度に優れるプレス加工材を連続的に製造することができる。従って、本発明製造方法は、プレス加工材といったマグネシウム合金材を生産性良く製造することができる。
【００６０】
特に、実施形態1の製造方法では、冷間で矯正を施すことで、得られた矯正板は、圧延時に導入された歪み(せん断帯)が矯正加工時に解放され難く、当該歪みが十分に残存した状態である。従って、上記矯正板は、プレス時、連続的に再結晶化を生じることができ、塑性加工性に優れる。このことからも本発明製造方法は、高精度にプレス加工材を製造できるため、寸法不良品を低減でき、マグネシウム合金材の生産性に優れる。また、実施形態1の製造方法は、プレス加工前に予熱を行って素材の塑性加工性を高めているため、より精度良くプレス加工材を製造でき、このことからもマグネシウム合金材の生産性に優れる。
【００６１】
なお、本発明製造方法の一形態として、上述のように圧延コイル材を用意し、巻き戻した素材板に上述のように研削処理を順次施し、引き続いて上記冷間矯正加工を施す形態とすることができる。この場合、研削後の巻き取りを省略することができ、作業効率を更に向上できるため、マグネシウム合金材の生産性を更に向上することができる。
【００６２】
[実施形態2]
以下、図2を参照して、実施形態2に係るマグネシウム合金材の製造方法を説明する。図2において図1と同一符号は同一名称物を示す。この製造方法は、基本的構成は実施形態1の製造方法と同様であり、マグネシウム合金からなる圧延コイル材を巻き戻した素材板に、矯正加工、順送プレス加工を連続して施して、プレス加工が施されたマグネシウム合金材を製造する方法に係るものである。実施形態2の製造方法では、矯正加工を温間で行い、プレス加工にあたり矯正板の予備加熱を行わない点が主たる相違点である。以下、この相違点を詳細に説明し、実施形態1と重複する構成及び効果の詳細な説明は省略する。
【００６３】
(矯正機構：温間)
矯正機構20Bは、実施形態1の矯正機構20Aと同様に千鳥状に配置された複数の矯正ローラ21と、これら矯正ローラ21を収納し、走行する素材板100を加熱状態に保持可能な保温容器22とを具える。この形態では、素材板100は、バッチ炉などで所定の温度に予め加熱しておく。そして、予熱した素材板100を矯正機構20Bの矯正ローラ21に導入させる。或いは、上記保温容器22の上流側に、走行する素材板100を所定の温度に予熱する加熱機構(図示せず)を具える形態とすることができる。この加熱機構には、実施形態1で説明した予熱機構30と同様の構成のものを利用することができる。そして、加熱機構を通過した素材板が矯正機構20Bの矯正ローラ21に導入されるように構築する。或いは、保温容器22に代えて、走行する素材板100を加熱可能な加熱容器を具える形態とすることができる。この加熱容器には、実施形態1で説明した予熱機構30と同様の構成のものを利用することができる。そして、加熱容器に素材板を導入させて加熱すると共に、この加熱容器内の矯正ローラ21により加熱された素材板に矯正を施す。
【００６４】
素材板100の加熱温度は100℃以上とすると塑性変形性を高められ、矯正を十分に行えて、平坦性に優れる矯正板が得られる。上記加熱温度が高いほど素材の塑性加工性を高められるが、350℃超では、圧延により導入された歪みが当該加熱により解放されて素材に十分に残存できず、プレス加工性の低下を招く。従って、素材の加熱温度は、100℃以上350℃以下、特に150℃以上300℃以下が好ましい。また、矯正ローラも加熱してもよい。矯正ローラの加熱温度は、150℃〜300℃が挙げられ、矯正時の素材板の最高温度が矯正ローラの温度と同等程度となるように、素材の加熱温度や走行速度、ローラの温度などを調整することが好ましい。
【００６５】
なお、素材板の加熱温度を100℃未満とすることができる。この場合、素材が室温の場合よりも塑性変形性を向上できるため矯正を行い易くすることができる。
【００６６】
実施形態2の製造方法では、予熱された素材板100を矯正機構20Bの保温容器22に導入して、矯正ローラ21間を通過させることで矯正加工を施し、得られた矯正板110を巻き取ることなく、プレス機構40に導入して、矯正加工に連続して順送プレス加工を施ことで、マグネシウム合金材10を製造することができる。
【００６７】
プレス加工材の形状や素材の組成によっては、上述のように矯正板110をそのままプレス機構40に導入してプレス加工を行うことができる。この場合、矯正板110においてプレス機構40に導入される直前の温度は、室温から、矯正機構20Bを通過直後の温度までの任意の温度を取り得る。プレス加工が強加工(例えば、角部の曲げ半径が小さい形状、絞り深さが深い形状など)であったり、素材が塑性加工性に劣る組成からなる場合には、矯正機構20Bを経た矯正板110の温度が低下し難い構成とすることが好ましい。例えば、矯正板の走行速度やプレス機構40までの矯正板の長さ(撓み量など)を調整したり、矯正機構20Bからプレス機構40までの適宜な領域に断熱材料からなる保温カバーなどを配置したりすることが挙げられる。特に、プレス機構40に導入される直前において、矯正板110の温度が200℃〜300℃程度となるようにすることが好ましい。このように矯正工程時の熱をプレス加工時にも利用することでエネルギー効率がよく、プレス加工材の生産性の向上に寄与することができる。
【００６８】
〔試験例2〕
上述した実施形態2の本発明マグネシウム合金材の製造方法に基づいて、マグネシウム合金材を作製した。
【００６９】
この試験では、上述した試験例1で用意した圧延コイル材(Mg-8.7％Al-0.65％Zn(全て質量％))とほぼ同様の仕様の圧延コイル材:厚さ0.6mm、幅250mm、長さ800m、研削処理を施していないものを用意した。また、ここでは、最大ギャップ量:＋1.0mmとなるようにローラ径が等しい複数の矯正ローラ21を千鳥状に配置し(ローラ径:50mm程度、20本程度)、これら矯正ローラを収納した保温容器を具える矯正機構を構築した。そして、用意した圧延コイル材を繰出しドラム50に配置して巻き戻し、走行する素材板100(湿式研削が施されていない圧延板)に上記矯正ローラ間を通過させることで、温間で矯正加工を施した。ここでは、素材板の温度:250℃、矯正ローラの温度:250℃とした。これら得られた矯正板110に引き続いて順送プレス加工を施し、試験例1と同様の仕様の矩形箱状のマグネシウム合金材10を300個作製した。順送プレスの条件は、試験例1と同様にした。
【００７０】
得られたマグネシウム合金材10を目視により確認したところいずれも割れなどが無く、かついずれも寸法誤差が±1.0mm以内であり、寸法精度に優れていた。
【００７１】
＜効果＞
実施形態2の製造方法も、長尺材を巻き取った圧延コイル材を素材としながらも、寸法精度に優れるプレス加工材を生産性よく製造できる。特に、実施形態2の製造方法では、温間で矯正していることで、上述のように研削処理などがなされておらず、表面性状に劣っていたり、反りが大きかったりなどする素材であっても、矯正加工を十分に施すことができ、平坦性に優れる矯正板が得られる。従って、実施形態2の製造方法も、平坦性に優れる素材をプレス機構の所定の位置に精度良く搬送してプレス加工を行え、高精度なマグネシウム合金材を生産性良く製造できる。また、実施形態2の製造方法は、矯正加工に引き続いて順送プレス加工を行うことで、矯正加工時の熱をプレス加工時にも利用でき、ある程度の加熱状態にある素材、即ち、塑性加工性に優れる状態にある素材に対してプレス加工を施すことができる。このことからも、実施形態2の製造方法は、素材にプレス加工を精度良く施せる上に、実施形態1のような予熱機構を省略することができる。
【００７２】
この形態においても素材となる圧延コイル材として、実施形態1で用意した素材板のように研削処理を施したものを利用することができる。
【００７３】
なお、上述した実施の形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であり、上述した構成に限定されるものではない。例えば、マグネシウム合金の組成(添加元素の種類、含有量)、素材となる圧延板の厚さ、幅、長さ、矯正加工の条件(素材・ローラの温度、ローラ径、ローラ数、ギャップ量など)、プレス加工の条件(形状、素材温度など)などを適宜変更することができる。また、例えば、温間矯正加工を行う形態において、上述した予熱機構を具えて、プレス加工前に矯正板を加熱する形態とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明マグネシウム合金材の製造方法は、プレス加工が施されてなるマグネシウム合金材、例えば、携帯用や小型な電気・電子機器類の筐体といった各種の電気・電子機器類の構成部材、自動車や航空機といった輸送機器の構成部材に利用されるマグネシウム合金材の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
10  マグネシウム合金材
20A,20B  矯正機構  21  矯正ローラ  22  保温容器
30  予熱機構
40  プレス機構  41  初期打抜金型  42  成形金型  43  最終打抜金型
41u,42u,43u  上金型  41d,42d,43d  下金型
50  繰出しドラム  60  ピンチローラ
100  素材板  110  矯正板  120  スクラップ
【図１】
2012166232.tif 000003
【図２】
2012166232.tif 000004