この論文では、冷間押出の原理について説明し、コネクタのアルミニウム合金シェルを形成するための特性、プロセス フロー、要件を強調しています。部品の構造を最適化し、原材料の結晶構造の制御要件を確立することにより、冷間押出プロセスの品質を向上させることができます。このアプローチにより、成形品質が向上するだけでなく、加工代や全体的なコストも削減されます。
01 はじめに
冷間押出プロセスは、塑性変形の原理を利用した、非切断で金属を成形する方法です。このプロセスでは、室温で押出ダイのキャビティ内の金属に一定の圧力が加えられ、金属がダイの穴または凸型と凹型の隙間に押し出されます。これにより、所望の部品形状が形成されます。
「冷間押出」という用語には、冷間押出自体、据え込み、スタンピング、ファインパンチング、ネッキング、仕上げ、薄化延伸などのさまざまな成形プロセスが含まれます。ほとんどの用途では、冷間押出が主要な成形プロセスとして機能し、多くの場合、高品質の完成部品を製造するために 1 つ以上の補助プロセスが追加されます。
冷間押出は金属プラスチック加工の先進的な方法であり、鋳造、鍛造、絞り、切断などの従来の技術に取って代わる傾向が強くなっています。現在、このプロセスは、鉛、錫、アルミニウム、銅、亜鉛およびそれらの合金などの金属、ならびに低炭素鋼、中炭素鋼、工具鋼、低合金鋼、ステンレス鋼に適用できます。 1980 年代以来、冷間押出プロセスは丸型コネクタ用のアルミニウム合金シェルの製造に効果的に利用され、確立された技術となっています。
02 冷間押出成形の原理・特徴・工程
2.1 冷間押出の原理
プレスと金型が協働して変形金属に力を加え、一次変形ゾーンに 3 次元の圧縮応力状態を作り出し、これにより変形金属が所定の方法で塑性流動することが可能になります。
3次元圧縮応力の影響は以下の通りです。
1) 3 次元の圧縮応力は結晶間の相対運動を効果的に防止し、金属の塑性変形を大幅に促進します。
2) このタイプの応力は、変形した金属の密度を高め、さまざまな微小亀裂や構造欠陥を効果的に修復するのに役立ちます。
3) 3 次元圧縮応力により応力集中の形成が防止され、金属内の不純物による害が軽減されます。
4) さらに、不均一な変形によって引き起こされる余分な引張応力を大幅に軽減し、この引張応力による損傷を最小限に抑えることができます。
冷間押出プロセス中、変形した金属は指定された方向に流れます。これにより、より大きな粒子が粉砕され、残りの粒子と粒子間物質が変形方向に沿って引き伸ばされます。その結果、個々の粒子や粒界が識別しにくくなり、繊維状の縞模様として現れるものを繊維構造といいます。この繊維構造の形成により、金属の変形抵抗が増加し、冷間押出部品に方向性のある機械的特性が与えられます。
さらに、金属の流れ方向に沿った格子配向が無秩序な状態から規則正しい状態に移行し、部品の強度が向上し、変形した金属に異方性の機械的特性がもたらされます。成形プロセス全体を通じて、コンポーネントのさまざまな部分はさまざまな程度の変形を経験します。この変化は加工硬化の違いをもたらし、それが機械的特性と硬度分布の明確な違いにつながります。
2.2 冷間押出の特徴
冷間押出法には次のような特徴があります。
1) 冷間押出は、原材料の節約に役立つニアネット成形プロセスです。
2) この方法は室温で動作し、単一ピースの処理時間が短く、効率が高く、自動化が容易であるという特徴があります。
3) キー寸法の精度を確保し、重要部品の表面品質を維持します。
4) 変形金属の材料特性は、冷間加工硬化と完全な繊維流線の作成によって強化されます。
2.3 冷間押出加工の流れ
冷間押出成形工程で使用される主な設備には、冷間押出成形機、成形型、熱処理炉が含まれます。主な工程はブランク作りと成形です。
(1) ブランク作成：バーは、鋸引き、据え込み、および切断によって必要なブランクに成形されます。金属シートスタンピングその後、その後の冷間押出成形に備えて焼き鈍しが行われます。
(2) フォーミング：焼きなましたアルミニウム合金ブランクを金型キャビティ内に配置します。成形プレスと金型の組み合わせ動作により、アルミニウム合金ブランクは降伏状態に入り、金型キャビティの指定された空間内でスムーズに流れ、所望の形状をとることができます。ただし、成形部品の強度が最適なレベルに達しない場合があります。より高い強度が必要な場合は、固溶体熱処理や時効処理（特に熱処理で強化できる合金の場合）などの追加処理が必要になります。
成形方法と成形パスの数を決定するときは、部品の複雑さと補助処理の確立されたベンチマークを考慮することが重要です。 J599シリーズのプラグおよびソケットシェルの加工フローは、切削→両面荒旋削→焼鈍→潤滑→押出→焼入れ→旋削・フライス加工→バリ取りとなります。図 1 はフランジ付きシェルのプロセス フローを示し、図 2 はフランジなしのシェルのプロセス フローを示します。
03 冷間押出成形における代表的な現象
(1) 加工硬化は、再結晶温度以下で変形が起こる限り、変形した金属の強度と硬度が増加する一方で、その可塑性は減少するプロセスです。これは、変形レベルが上昇すると、金属はより強く硬くなりますが、展性が低下することを意味します。加工硬化は、防錆アルミニウム合金やオーステナイト系ステンレス鋼など、さまざまな金属を強化するのに有効な方法です。
(2) 熱効果：冷間押出成形工程では、変形作業に使用されるエネルギーのほとんどが熱に変換されます。変形が著しい領域では、特に急速かつ連続生産中に温度が 200 ～ 300°C に達する可能性があり、温度上昇がさらに顕著になります。これらの熱効果は、潤滑剤と変形した金属の両方の流れに大きな影響を与えます。
(3) 冷間押出成形プロセス中に、変形した金属には基本応力と追加応力の 2 つの主なタイプの応力が発生します。
04 冷間押出のプロセス要件
6061 アルミニウム合金コネクタ シェルの冷間押出製造プロセスに存在する問題を考慮して、その構造、原材料などに関して特定の要件が設定されています。旋盤加工プロパティ。
4.1 内穴キー溝のバックカット溝幅の要件
内穴キー溝のバックカット溝幅は2.5mm以上必要です。構造上の制約によりこの幅が制限される場合、許容可能な最小幅は 2 mm より大きくなければなりません。図3にシェルの内穴キー溝のバックカット溝の改良前と改良後の比較を示します。図 4 は、特に構造上の考慮事項によって制限された場合の、改善前後の溝の比較を示しています。
4.2 内穴の単一キーの長さと形状の要件
シェルの内穴にバックカッター溝または面取りを組み込みます。バックカッター溝追加前後のシェル内穴の比較を図5に、面取り追加前後のシェル内穴の比較を図6に示します。
4.3 内穴止まり溝の底要件
内穴の止まり溝に面取りまたはバックカットを追加します。図 7 は、面取りを追加する前と後の長方形シェルの内穴の止まり溝の比較を示しています。
4.4 外部円筒キーの底部の要件
ハウジングの外径円筒キー底部に逃げ溝を設けています。逃げ溝追加前後の比較を図8に示します。
4.5 原材料の要件
原材料の結晶構造は、冷間押出後の表面品質に大きく影響します。表面品質基準が確実に満たされるようにするには、原材料の結晶構造の管理要件を確立することが不可欠です。具体的には、原料の片面の粗結晶リングの最大許容寸法は 1 mm 以下である必要があります。
4.6 穴の深さと直径の比率の要件
穴の深さと直径の比は ≤ 3 である必要があります。
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投稿日時: 2024 年 12 月 3 日