JPH11172304A - アルミニウム粗形材および鍛造品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な材料でアルマイト処理が低価格化でき
るアルミニウム粗形材およびその鍛造品の製造方法を提
供する。 【解決手段】 塊状のアルミニウムインゴット等をラフ
ィングカッター等を用いて切り粉に形成し、該切り粉の
所定量を圧縮成形することによって所定形状の安価なア
ルミニウム粗形材を製造した。該アルミニウム粗形材を
熱間鍛造により塑性加工して、前記切り粉に形成したこ
とによりアルミニウムインゴット中のＳｉ晶出物が小さ
くされて、対アルマイト処理に好適な表面性状のアルミ
ニウム鍛造品を製造したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム鍛造
品およびその鍛造品を形成するためのアルミニウム粗形
材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルマイト処理は、アルミニウム成型品
の強度、耐食性、耐摩耗性等の機能不足を補う手段とし
て必要不可欠な手段となっている。このアルマイト処理
をアルミニウム鋳物材に行う場合、鋳造時の熱の影響で
生成されるＳｉ晶出物が偏析し、表面に現れた該晶出物
によってアルマイト処理時に製品を流れる電流が妨げら
れる。このためアルマイト皮膜が不均一に生成され、面
粗度が悪化する。面粗度の悪化は、その精度の厳しい制
動部材等へのアルミニウム鋳造品の採用を困難としてい
る。

【０００３】このため、従来はアルミニウム鋳物材をア
ルマイト処理する場合、鋳造時にＳｉ晶出物を微細化す
る添加剤を加えたり、特殊な溶液中に鋳造材を浸して電
気伝導率を高めたアルマイト処理を行ったり、後処理を
追加して、高コストなアルマイト処理を行っているのが
現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、鋳造
によってアルミニウム成型品を製造すると、アルマイト
処理が高価となる。その原因はＳｉ晶出物の偏析であ
る。従って、アルマイト処理を低コストに行うために
は、処理前の成形品の晶出物が小さいことが要件であ
る。

【０００５】晶出物の小さいアルミニウム成形品は、微
細化処理されたアルミニウム粉材を所定形状の塑性加工
用材とし、該加工用材を鍛造によって成形品とすること
が考えられるが、微細化処理されたアルミニウム粗材は
材料費の面で実用化されにくい。本発明は、微細化処理
が容易で安価に製造できる塑性加工用材を用いてアルマ
イト処理を簡易で低コストに行い得るアルミニウム粗形
材および鍛造品の製造方法を提供することを解決すべき
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明の発明者等は種々検討を重ね、先ず鋳造より加熱温
度を格段と低くできる鍛造によってアルミニウム成型品
を製造することを前提とした。そのため鍛造前の所定形
状の粗形材を形成する材料として、特開昭７−３００６
０１号公報に記載されているように、一般切削加工程度
の粒サイズの切り粉を用いることを考えた。この切り粉
を用いる理由は、アルミニウム原材が切り粉とされるこ
とによって原材がもつＳｉ晶出物が細かくされると考察
したものである。なお、原材は、微細化処理を低価格で
行う目的であれば、アルミニウムインゴット等でもよい
と考えた。

【０００７】しかし、切り粉は、その表面に酸化膜が生
成され、粗形材に成形した状態で該切り粉間に酸化膜が
残る。そして、熱間鍛造を行う場合は、該酸化膜が更に
大きくなって表面欠陥を招いてしまう。この酸化膜をで
きるだけ小さくする手段として更に検討を重ね、切り粉
を所定形状の粗形材に成形する圧粉工程で酸化膜を分断
することができないかを実験し、可能であることを見い
だして本発明に至った。 すなわち、本発明のアルミニ
ウム粗形材の製造方法は、塊状のアルミニウムをドライ
切削により切り粉を形成する切り粉形成工程と、所定量
の該切り粉を圧縮成形し所定形状のアルミニウム粗形材
とする粗形材形成工程とからなることを特徴とする。

【０００８】また、本発明のアルミニウム鍛造品の製造
方法は、塊状のアルミニウムをドライ切削により切り粉
を形成する切り粉形成工程と、所定量の該切り粉を圧縮
成形し所定形状のアルミニウム粗形材とする粗形材形成
工程と、得られた該アルミニウム粗形材を熱間鍛造して
所定形状の鍛造品とする熱間鍛造工程とからなることを
特徴とする。

【０００９】上記製造方法により得られるアルミニウム
粗形材は、塊状のアルミニウムを切り粉形成工程によっ
て切り粉に粒化し、該切り粉の所定量を圧縮成形して製
作されるので、アルミニウム中のＳｉ晶出物が細かくさ
れた状態で所定形状に成形される。従って、該粗形材表
面におけるＳｉ晶出物を小さくでき、安価な塑性加工用
材を得ることができる。

【００１０】また、圧縮成形時に切り粉が部分的に移動
してこすれ合い、切り粉間の酸化膜が分断され、表面欠
陥の発生を未然に防止された塑性加工用材となる。上記
アルミニウム粗形材から熱間鍛造によって製造される鍛
造品は、該アルミニウム粗形材中に含まれるＳｉ晶出物
が鍛造時の熱で一層小さくされ、表面にＳｉ晶出物があ
っても、電気伝導率を高める等の高価なアルマイト処理
を採らずに皮膜を均一に形成することが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム粗形材およ
び鍛造品の製造方法において、塊状のアルミニウムは、
鋳造により製造されたアルミニウムインゴット、アルミ
ニウム合金等の鋳物材を用いたり、回収アルミニウム材
を用いることができる。アルミニウムインゴットは、晶
出物が小さい塑性加工用材を用いる場合よりコスト的に
有利である。回収アルミニウム材の使用により一層の低
コスト化を図ることができる。

【００１２】切り粉形成工程は、一般的なフライス盤を
用い、刃具として、比較的細かな切り粉が得られるラフ
ィングカッターを用いて切削することが好ましい。な
お、刃具としては、より一般なフライスカッターを用い
てもよい。これらはフライス盤等の一般工作機械に取付
けることができ、粉砕機等の特殊機械を導入しなくても
よい利点がある。

【００１３】切り粉は、塊状のアルミニウム中に含まれ
る不純物質や晶出物の大きさにより決めるが、好ましく
は最長部が１〜１０ｍｍとなるサイズがよい。このサイ
ズとすることで、アルミニウム粗形材中に含まれるＳｉ
晶出物を十分に細かくできると共に酸化膜の分断性が良
好となる。粗形材形成工程で圧縮成形される原料粉は前
記切り粉と粒径２０〜２００μｍのアルミニウム粉末と
の混合粉末とすることが好ましい。これにより後に鍛造
品とされた段階でのアルミニウム組織が緻密となり、強
度を確保することができる。

【００１４】圧縮成形する所定量の切り粉は、組織を分
散させるため、十分に混合することが好ましい。このと
き、気散性潤滑剤を添加することができる。これによ
り、圧縮用金型と圧縮された原料粉との凝着を防止する
ことができる。好ましくは前記気散性潤滑剤はステアリ
ン酸亜鉛等の金属カルボン酸塩を用いることができる。
粗形材の空隙率は５％以下が好ましい。この空隙率以下
とすることにより鍛造品の強度を確保することができ
る。

【００１５】前記粗形材形成工程の前記圧縮成形は少な
くとも７０ｋｇ／ｍｍ²の面圧でなされることが好まし
い。この面圧により前記空隙率となる。また、切り粉が
回収アルミニウム材を切削したものである場合は所定粒
径のアルミニウム粉末を添加することができる。なお、
切り粉は、異物を除去するため、ふるいにかけるとよ
い。

【００１６】粗形材形成工程では、ダイスとポンチある
いはポンチとポンチとを有するダイイングマシンで、切
り粉からなる原料粉を圧縮することができる。圧縮成形
時の加圧力は、粗形材の空隙率が一定値以下となるよう
に所定の面圧に調整する。アルミニウム粗形材の形状
は、後のアルミニウム鍛造品の形状に応じて円柱、円筒
等適宜選定することができる。

【００１７】アルミニウム粗形材は、ポンチとダイスか
らなる金型を所定の温度に加熱する熱間鍛造により鍛造
品に成形する。熱間鍛造の前にアルミニウム粗形材を加
熱することが好ましい。加熱温度は４００℃以上が好ま
しい。金型の温度もこの温度に調温する。この温度とす
ることにより、切り粉を混合するときに添加した潤滑剤
を確実に除去することができる。

【００１８】

【実施例】本発明のアルミニウム粗形材および鍛造品の
製造方法につき、図面を参照してその実施例を説明す
る。 （アルミニウム粗形材の製造方法の実施例）実施例で
は、アルミニウムインゴットを粗材として切り粉を形成
した。用意した該アルミニウムインゴットをドライ切削
した。ドライ切削は、ラフィングカッターを取付けたフ
ライス盤の作業台にアルミニウムインゴットを設置し、
該ラフィングカッターを回転駆動して切削した。切削は
アルミニウムインゴットの表面を削った。形成される切
り粉は、その最長部が１０ｍｍ、幅が５〜１ｍｍ以下、
厚さが、１〜２ｍｍ以下となるように切込量を調整し
た。

【００１９】上記切り粉には潤滑剤としてのステアリン
酸亜鉛を混合した。この割合は、総重量を１００％する
と、ステアリン酸亜鉛を０．３重量％とした。 次に所
定量の切り粉と金属カルボン酸塩との混合粉体を粉末成
形型（ダイイングマシン）のダイスに充填した。ここで
上記粉末成形型は、図１に示すように、上部ポンチ１を
有する昇降ホルダ２と、該昇降ホルダ２を上下動させる
油圧等の図示しない第１駆動部と、下部ポンチ３を有す
る固定ホルダ４と、該固定ホルダ４の下部ポンチ３を上
下動させる電動機等の図示しない第２駆動部と、該固定
ホルダ４に脚立されたガイド柱５と、該ガイド柱５によ
って上下動可能にガイドされ、該固定ホルダ４にバネ６
を介してフローティング状態で保持された設置台７と、
該設置台７に載置された８とから構成されている。ダイ
ス８は、下部ポンチ３を押上げ床とする円柱状のダイス
孔８ａをもち、該設置台７には該ダイス孔８ａと連通
し、該下部ポンチ３が貫通する通孔７ａをもつ。昇降ホ
ルダ２は、該ガイド柱５に嵌合する被嵌合部２ａをも
つ。

【００２０】上記粉末成形型は、ダイス孔８ａの下側開
口に下部ポンチ３の上端を係合した状態に設定され、混
合粉末９は、該下部ポンチ３が押上げ床となった該ダイ
ス孔８ａに図１に示すように給粉される。混合粉末９が
充填されたダイス孔８ａに上部ポンチ１が嵌合するよう
に昇降ホルダ２を下降させ、該ダイス孔８ａ内の混合粉
末９を圧縮する。圧縮は図２に示すように上部ポンチ１
と下部ポンチ３との両方から加圧力を加えた。加圧力
は、５０ｔｏｎで、ダイス孔８ａへの面圧は７０Ｋｇ／
ｍｍ²とした。

【００２１】所定時間の圧粉成形の後、アルミニウム粗
形材としての圧粉体１０をダイス８から取出した。この
圧粉体１０は、ステアリン酸亜鉛を混合しているので、
ダイス孔８ａの壁面への凝着が防止され、容易に取出す
ことができる。上記実施例のアルミニウム粗形材の製造
方法では、アルミニウムインゴッドをドライ切削して切
り粉とすることにより、該切り粉に含まれるアルミニウ
ムインゴッド中のＳｉ晶出物が微細化される。従って、
この切り粉の所定量を成形して得られるアルミニウム粗
形材としての圧粉体１０は、アルミニウム組織が均一に
分散され、その表面側に現れるＳｉ晶出物が細かく、安
価な塑性加工用粗形材として使用することができる。

【００２２】また、圧粉体１０は、圧粉成形時に切れ粉
同士が摩擦し合い、表面の酸化膜が分断される。このた
め、酸化膜が連続することがなく、表面性状の良好な粗
形材とすることができる。 （アルミニウム鍛造品の製造方法の実施例）次に上記圧
粉体１０を鍛造品に成形する製造方法を説明する。圧粉
体１０を鍛造する工程は以下の手順で行う。

【００２３】先ず圧粉体１０はほぼ４００℃に加熱し
た。加熱手段は、加熱炉を用いた。次に、加熱された状
態の圧粉体１０を金型内にセットして、熱間鍛造を行っ
た。鍛造用の金型装置は、図３に示すように、上型１１
を有する昇降ホルダ１２と、該昇降ホルダ１２を上下動
させる油圧等の図示しない第１駆動部と、下型１３を有
する固定ホルダ１４と、該固定ホルダ１４に脚立され下
降する前記昇降ホルダ１２をガイドするガイド柱１５と
を有する。

【００２４】上型１１は所定の温度に加熱できるように
なっていると共に、下型１３の凹部に嵌合する上ポンチ
１６をもつ。下型１３の凹部は、鍛造品の形状を決定
し、実施例では、中抜き異形状品を製作するため、異形
に形成されている。異形部分には上ポンチ１６によって
押された圧粉材が移動する。また、固定ホルダ１４は下
型１３を設置した温調プレート１７をもつと共に、該下
型１３の凹部の床を構成する下ポンチ１８をもつ。該温
調プレート１７は、該下ポンチ１８が貫通する通孔をも
つ。

【００２５】しかして、加熱された状態の圧粉体１０
は、下型１３にセットする。このとき、下ポンチ１６は
下型１３の凹部の底に合致させておく。温調プレート１
７と上型１１を前記４００℃に調整しつつ熱間鍛造を行
う。図４に熱間鍛造の状態を示す。熱間鍛造の後、昇降
ホルダ１２を上昇させて鍛造品１９を取出す。

【００２６】上記アルミニウム鍛造品の製造方法によっ
て製作される鍛造品１９は、ドライ切削により小さくさ
れた圧粉体１０中のＳｉ晶出物が、鍛造時の熱で更に小
さくされる。また、圧粉成形の時に酸化膜が分断されて
いるので、該酸化膜が成長することがなく、表面には後
のアルマイト処理における皮膜生成を阻害するようなＳ
ｉ晶出物や表面欠陥を生じさせるような酸化膜の連続し
た部分をもたない。

【００２７】この様子を実際の観察写真１で示す。添付
した写真１は、本発明により製造された鍛造品を示し、
写真１の黒色で表れている部分が分断されている酸化膜
である。また、Ｓｉ晶出物は、粒状物に晶出しており、
他のアルミニウム組織と比べ小さいことがわかる。な
お、写真１は７５００倍で撮影した。従って、上記表面
性状の鍛造品をアルマイト処理しても、Ｓｉ晶出物や酸
化膜が微細化されているため、皮膜を均一に形成するこ
とができ、また、表面欠陥も生じることがない。

【００２８】本発明の他の実施例としては、アルミニウ
ムインゴットの代りに回収アルミニウム材を用いた。回
収アルミニウム材は、アルミニウム合金等の製品が回収
されたものを用いることができる。この回収アルミニウ
ム材をラフィングカッター等で切り粉に形成し、該切り
粉の所定量を圧粉成形してアルミニウム粗形材を製造し
た。この場合、前記切粉には粒径２０〜２００μｍのア
ルミニウム粉末を混合し、この混合粉末を所定形状のア
ルミニウム粗形材に成形した。このように回収アルミニ
ウム材を用いた場合には、上記粒径のアルミニウム粉末
を添加することにより、鍛造品のアルミニウム組織を緻
密にでき、強度を確保することができる。なお、アルミ
ニウム粉末を混合する措置は、アルミニウムインゴット
を用いる場合でも強度を確保する効果がある。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アル
ミニウムインゴットやアルミニウム鋳物をドライ切削と
いう安価な方法で切り粉に形成し、該切り粉を固めてア
ルミニウム粗形材としているため、塑性加工用材として
安価なアルミニウム粗形材を製作することができる。

【００３０】また、上記アルミニウム粗形材は表面のＳ
ｉや酸化膜が微細化されており、電気伝導率を低下させ
る溶液の浴下でアルマイト処理を行ったり、後処理を行
うことなく、低コストで表面状態の良好なアルミニウム
鍛造品を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 上記アルミニウム粗形材を製造する金型の構
成図である。

【図２】 上記金型によるアルミニウム粗形材の成形時
の状態を示す構成図である。

【図３】 上記アルミニウム鍛造品を製造する金型の構
成図である。

【図４】 上記金型によるアルミニウム鍛造品の鍛造時
の状態を示す構成図である。

【符号の説明】

１…上部ポンチ、２…昇降ホルダ、３…下部ポンチ、４
…固定ホルダ、１１…上型、１２…昇降ホルダ、１３…
下型、１４…固定ホルダ、１６…上ポンチ、１８…下ポ
ンチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩井 昭男 富山県新湊市奈呉の江12番地の３ アイシ ン軽金属株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 塊状のアルミニウムをドライ切削により
   切り粉を形成する切り粉形成工程と、所定量の該切り粉
   を圧縮成形し所定形状のアルミニウム粗形材とする粗形
   材形成工程とからなることを特徴とするアルミニウム粗
   形材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記塊状のアルミニウムはアルミニウム
   インゴットである請求項１記載のアルミニウム粗形材の
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記塊状のアルミニウムは回収アルミニ
   ウム材である請求項１記載のアルミニウム粗形材の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記切り粉は最長部分の長さが１〜１０
   ｍｍである請求項１記載のアルミニウム粗形材の製造方
   法。
5. 【請求項５】 前記ドライ切削はラフィングカッターあ
   るいはフライスカッターで行う請求項１記載のアルミニ
   ウム粗形材の製造方法。
6. 【請求項６】 前記粗形材形成工程で圧縮成形される原
   料粉は前記切り粉と粒径２０〜２００μｍのアルミニウ
   ム粉末との混合粉末である請求項１記載のアルミニウム
   粗形材の製造方法。
7. 【請求項７】 前記粗形材形成工程で圧縮成形される原
   料粉は気散性潤滑剤を含む請求項１記載のアルミニウム
   粗形材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記気散性潤滑剤は金属カルボン酸塩で
   ある請求項７記載のアルミニウム粗形材の製造方法。
9. 【請求項９】 前記粗形材の空隙率は５％以下である請
   求項１記載のアルミニウム粗形材の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記粗形材形成工程の前記圧縮成形は
    少なくとも７０ｋｇ／ｍｍ²の面圧でなされる請求項１
    記載のアルミニウム粗形材の製造方法。
11. 【請求項１１】 塊状のアルミニウムをドライ切削によ
    り切り粉を形成する切り粉形成工程と、所定量の該切り
    粉を圧縮成形し所定形状のアルミニウム粗形材とする粗
    形材形成工程と、得られた該アルミニウム粗形材を熱間
    鍛造して所定形状の鍛造品とする熱間鍛造工程とからな
    ることを特徴とするアルミニウム鍛造品の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記熱間鍛造工程は前記粗形材を４０
    ０℃以上に加熱して行う請求項１１記載のアルミニウム
    鍛造品の製造方法。