JP2003226929A - マグネシウム合金材の冷間プレス成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リチウムを含有するマグネシウム合金材におけ
る欠点を解消し、マグネシウム合金材の塑性加工性を改
善することにより、室温下における冷間プレス加工を弊
害なく、量産可能に実行することができるマグネシウム
合金材の冷間プレス成形方法を提供することである。 【解決手段】６〜１６重量％のリチウムと、０．５〜６
重量％の希土類物質とを含有するマグネシウム合金を圧
延し、このマグネシウム合金圧延材を冷間でプレス加工
して成形することを特徴とするマグネシウム合金の冷間
プレス成形方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウム合金
材の冷間プレス成形方法、より詳しくはマグネシウム合
金材に対する絞り等の塑性加工を伴うプレス加工によ
り、マグネシウム合金材の成形製品を量産することを可
能とする冷間プレス成形方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネシウム合金材によれば、構造用金
属材料として最も軽量で、かつ強度の大きいものが得ら
れることから、家電、ＯＡ関連、自動車、さらには宇宙
関連の成形製品の成形材料として使用されている。ま
た、リサイクルが可能な材料であることから、省エネル
ギー及び環境対策の重要性の高まりと共に、近年注目さ
れている。

【０００３】現在、一般的に使用されているマグネシウ
ム合金組成としては、ＡＺ９１（Ａl ：９重量％、Ｚ
ｎ：１．０重量％及びＭｇ：残余）のタイプのものであ
るが、この種のマグネシウム合金については、マグネシ
ウム自体の結晶構造（最密六方晶系の構造）におけるす
べり性が悪いことが原因して、室温下での冷間塑性加工
が困難であるため、マグネシウム合金を加熱溶解した溶
湯を射出成形するダイカスト法、チクソモールド法が一
般的な成形加工方法として採用されている。

【０００４】ダイカスト法は、マグネシウム合金を約５
００℃で加熱溶融させた溶湯とし、この溶湯を鋳型の金
型内に流し込んで成形する方法である。しかし、マグネ
シウム合金の溶湯は急冷すると、急冷による湯しわ、湯
境、湯廻り不良等の表面欠陥が発生することが多く、ま
た厚肉部はガスが抜け難いことが原因して、ブローホー
ルが発生することがある。特に、肉厚が薄い製品の場合
には、急冷時に内部応力の発生により、ひずみや反り等
が発生して製品の作成が困難である。また、この方法で
は、バリの発生が避けられない。このバリ取り作業には
多大の労力が必要であるのに加えて、バリ取りのための
研削時に発火する危険性もある。また、成形加工は１シ
ョット当たり４０〜６０秒を要し、生産性は低い。さら
に、成形製品については、成形時に離型剤が浸透してし
まい、後処理の表面処理や塗装不良等の原因となる。こ
のように歩留まりが低く、さらに加熱やバリ取り等の工
程が必要であることを考慮すると、このダイカスト法に
よるマグネシウム合金製品のコストは著しく高くなる。

【０００５】チクソモールド法は、上記のダイカスト法
と同様に、マグネシウム合金の溶湯のチクトロピー現象
を利用して、その溶湯を低粘性状態で射出成形する方法
である。しかし、マグネシウム合金は、プラスチックや
アルミニウム等に比べて格段に凝固速度が速いので、極
く短時間に成形金型に充填することが必要となる。この
充填の際に、成形金型の温度状態を予め１８０〜２６０
℃の高温状態に維持することが必要であるので、特殊な
成形金型が必要となる上、その温度状態及び充填のため
の時間についての制御が非常に困難である。また、成形
直後における成形品の温度状態は１００℃以上の高温で
あり、その成形品の取り出しをロボット化するにして
も、過酷な条件に耐え得る特殊なロボットが必要となる
ため、高価な設備が必要となる。前記した湯しわ等によ
る表面欠陥の発生や、離型剤による表面処理不良及びバ
リの発生による欠点についても、前記したダイカスト法
による場合と同様である。また、生産速度については、
ダイカスト法による場合と比べて、１ショット当たり２
０〜３０秒程度とやや改善されるものの、なおも生産性
は低い。

【０００６】マグネシウム合金の成形方法として、温間
プレス法による方法も従来採用されている。この温間プ
レス法は、マグネシウム合金を低い温度状態でプレス加
工する方法であり、プレス加工時の温度管理については
比較的に容易であるが、プレス加工用の成形金型を予め
加熱しておくことが必要であり、また特殊なサーボモー
タプレス装置など、多額の設備が新たに必要となる。ま
た、マグネシウム合金及び金型を加熱することが必要と
なるため、成形品を得るのに時間がかかる、という欠点
がある。

【０００７】上記した従来の各成形加工方法に対して、
冷間でのプレス加工を目的として、マグネシウム合金の
圧延材を冷間でプレス加工するのに適した塑性加工性を
有するマグネシウム合金材が開発されている。例えば、
特開平６−６５６６８公報に開示されているマグネシウ
ム合金のリチウム含有組成物である。このマグネシウム
合金のリチウム含有組成物は、ＬＡ１４１（Ｌｉ：１４
重量％、Ａl ：１重量％）のタイプの組成物が該当す
る。ここで、リチウムの原子量はマグネシウムの原子量
より小さいので、このマグネシウム合金のリチウム含有
組成物によれば、より軽量なマグネシウム合金材として
得ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のマグネシウム合金のリチウム含有組成物について
は、なおも実用面で問題がある。すなわち、このマグネ
シウム合金材の塑性加工性は、一般にひずみ速度の遅い
領域で発現するものであり、冷間加工時の量産性に欠け
るという欠点がある。このため、リチウムを含有するマ
グネシウム合金材の塑性加工性の欠如を実用面で解決し
たものではなかった。

【０００９】すなわち、室温下のマグネシウム合金の結
晶構造は、鉄やアルミニウムの場合の結晶構造とは異な
り、結晶強度が大きいから、このマグネシウム合金材を
冷間でプレス加工する場合、プレス金型の型表面を損傷
させ易い。このため、プレス金型自体の寿命が短くなっ
てしまい、マグネシウム合金材に対するプレス加工によ
る成形法は、実用面で量産には適していない。

【００１０】そこで、本発明は、マグネシウム合金のリ
チウム含有組成物における欠点を解消し、リチウムを含
有するマグネシウム合金材の塑性加工性を改善すること
により、冷間でのプレス加工を弊害なく、量産可能に実
行することができるマグネシウム合金材の冷間プレス成
形方法を提供することを目的とした。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明のマグネシウム合金の冷間プレス成形方法
は、６〜１６重量％のリチウムと、０．５〜６重量％の
希土類物質の少なくとも１つとを含有するマグネシウム
合金を圧延し、このマグネシウム合金圧延材を冷間でプ
レス加工して成形することを特徴とする。

【００１２】マグネシウム合金については、リチウムを
含有する合金組成において、よりすべり系の多い体心立
方晶系のマグネシウム−リチウムの共晶構造が得られる
ことにより、その物性に変化が生じて、その塑性加工性
が改善される。

【００１３】本発明の冷間プレス加工装置によるプレス
加工に適したマグネシウム合金材としては、前記したリ
チウムを含有するマグネシウム合金材を対象とすること
ができる。この場合、リチウムを６〜１６重量％以上含
有する組成のマグネシウム合金材であることが好まし
い。より好ましくは、リチウムの含有量が１１重量％未
満であることである。

【００１４】リチウムを６〜１１重量％含有する組成の
マグネシウム合金は、そのリチウムを含有する合金組成
により、マグネシウム−リチウムのすべり系の多い体心
立方構造とマグネシウムの最密六方晶の共晶組成が得ら
れる。これにより、マグネシウム合金材の物性が変化し
て、その塑性加工性が改善される。また、リチウムの含
有量が１１重量％を超えると、マグネシウム合金が体心
立方構造のみの単一組織となってしまうので、その塑性
加工性が幾分低下する傾向となる。

【００１５】本発明の冷間プレス成形方法におけるマグ
ネシウム合金材について、希土類物質がリチウムと共に
含有されることによって、マグネシウム−リチウムの共
晶構造中に希土類物質が入り込んだ状態となり、マグネ
シウム合金のすべり系をひずみ速度の速い領域で発現す
る結晶構造に物性を変化させることができる。これによ
って、マグネシウム合金材に対する絞り等の塑性加工性
を向上させることができる。

【００１６】このマグネシウム合金材に含有される希土
類物質としては、スカンジウム、イットリウム及びラン
タノイド類のランタン、セリウム、プラセオジム、プロ
メチウム等を挙げることができる。特に好ましくは、得
られるプレス成形製品を構成するマグネシウム合金の軽
量性を確保することができる点から、スカンジウム、イ
ットリウム及びランタンから選ばれるた少なくとも１種
であることである。

【００１７】このマグネシウム合金材における希土類物
質の必須含有量は、その種類によって異なるが、好まし
くは０．５〜６重量％であり、より好ましくは０．６〜
３重量％である。この希土類元素の必須含有量が、０．
５重量％未満であれば、前記した塑性加工性の改善効果
が十分に得られず、また、６重量％を超えると、希土類
物質に基づく性状が強く影響して、マグネシウム合金材
が脆くなってしまうため、冷間プレスによる塑性加工に
は適さない。

【００１８】本発明の冷間プレス加工方法におけるマグ
ネシウム合金が、さらに、４重量％以下の亜鉛及びアル
ミニウム、並びに２重量％以下の銀、マンガン、ケイ
素、カルシウム及びジルコニウムから選ばれる少なくと
も１種の物質を含有するものであってもよい。

【００１９】本発明の方法で使用するマグネシウム合金
材において、上記した所定量の亜鉛等を含有する組成に
よれば、そのマグネシウム合金材の塑性加工性に影響す
ることなく、マグネシウム合金材自体の強度をより高め
るように作用する物性をマグネシウム合金材に保持させ
ることができる。従って、マグネシウム合金材のプレス
加工製品について、一層物理的の強化されたものが得ら
れる。また、マグネシウム合金組成において亜鉛、アル
ミニウム、銀等が前記した含有量を超える場合には、マ
グネシウム合金材が脆くなって塑性加工には不適となる
と共に、密度が大きくなりマグネシウム合金材の軽量性
が低下してしまう。

【００２０】

【実施例】（実施例１〜３０、比較例１〜１１）表１に
示す組成成分のマグネシウム合金を圧延し、その圧延材
（厚さ：０．５ｍｍ）をそれぞれ試験片とした。これら
の試験片について、室温（２５℃）下で、次の条件によ
り、ＬＤＲ（Limiting Drawing Ratio、限界絞り比）試
験を行い、その結果を表１に示した。 (1) プレス加工装置：３８ｔクランクプレス (2) プレス金型：単発ダイセット型、材質は、ＳＫＤ１
１、焼き入れ有、ロックウェル硬度ＨＲＣ＝６１ (3) パンチ径：２８．８ｍｍ (4) コーナー（Ｒ）：０．５ｍｍ (5) クリアランス：１００％ (6) ダイ（Ｒ）：２．０Ｒ (7) しわ押え力：９０ｋｇｆ (8) 下側バネ荷重：５００ｋｇｆ (9) 回転数：４０ｒｐｍ 上記の条件下で、室温（２５℃）下、各試験片の面上
に、極圧添加剤を含有する加工用オイル（日本工作油株
式会社製、Ｇ３０８０）を塗布し、この試験片に対して
プレス加工を実行した。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表３には、比較例を示し、上記同様の試験
を行った。

【００２４】

【表３】

【００２５】表１〜３中、ＬＤＲの数値は、試験片に割
れを生じずプレス加工を行うことができた限界値を示す
ものである。

【００２６】マグネシウム合金について、比較例１〜５
は、Ｌｉ含有量が６重量％未満のとき、比較例６〜１１
は、Ｌｉ含有量が１６重量％を超えるときである。ま
た、比較例６、９は、希土類物質を含有しないときであ
る。

【００２７】表１及び表２に示した実施例１〜３０にお
けるＬＤＲ値の結果から、本発明のマグネシウム合金材
の冷間プレス加工方法によれば、いずれも室温下でのプ
レス加工時に、良好な塑性加工性が発揮されることが分
かる。

【００２８】（実施例３１）［ＭＤケースの成形］ 次の加工条件で、録音用ＭＤケースをプレス加工により
成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｍｇ：９０重量％、
Ｌｉ：９重量％、Ｓｃ：１重量％で、板厚：０．５ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：１．２ｓｅｃ
（５０回転／分）、クリアランス：片側４％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＮを０．５μｍ厚で、
ＰＶＤ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；２５６ｋｇｆ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、先ず、マグネシウム合金材の
表面に加工油をプレスオイルとして塗布し（塗布工
程）、このマグネシウム合金材を展開図面から形抜き
（形抜き工程）を行った後に、プレスによる絞り加工を
行う（第一プレス工程）。次いで、プレスによるサイド
カットを行い（第二プレス工程）、さらに各部の孔開け
（第三プレス工程）により、成形製品を得た。

【００２９】上記した各工程に従いＭＤケース（７６ｍ
ｍ×６９ｍｍ×６ｍｍ）を連続して量産することができ
た。得られたマグネウム合金材の成形製品の表面には、
プレス加工時の割れ等の障害は認められなかった。

【００３０】（実施例３２）［携帯電話機ボディの成
形］ 次の加工条件で、実施例２７と同様の工程に従い、携帯
電話機ボディをプレス加工により成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｍｇ：９０重量％、
Ｌｉ：９重量％、Ｙ：１重量％で、板厚：０．５ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：２ｓｅｃ（３
０回転／分）、クリアランス：片側１００％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＣＮを０．８μｍ厚
で、ＰＶＤ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；５１２ｋｇｆ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、携帯電話機ボディ（９１ｍｍ
×４４ｍｍ×４ｍｍ）を連続して量産することができ
た。得られたマグネウム合金材のプレス成形品の表面に
は、プレス加工時の割れ等の障害は認められなかった。

【００３１】（実施例３３）［ヘリコプターの模型ボデ
ィの成形］ 次の加工条件で、実施例２７と同様の工程に従い、ヘリ
コプターの模型ボディをプレス加工により成形した。 (1) マグネシウム合金材；組成は、Ｍｇ：９０重量％、
Ｌｉ：９重量％、Ｙ：１重量％で、板厚：０．６ｍｍ (2) プレス装置；( 株) 岩井鉄工所製、Ｃ形クランクプ
レス、プレス圧：３５ｔｏｎ、成形時間：２ｓｅｃ（３
０回転／分）、クリアランス：片側１００％ (3) プレス金型；材質：ＳＫＤ−１１、型式：単発金型 (4) プレス金型の表面処理；ＴｉＮを１μｍ厚で、ＰＶ
Ｄ蒸着法によりコーティング (5) バネ荷重；２５ｔｏｎ (6) マグネウム合金材の加工油；日本工作油( 株) 製、
Ｇ３０８０ 上記のプレス加工条件で、ヘリコプターの模型ボディ
（２６５ｍｍ×４８ｍｍ×３５ｍｍ）を連続して量産す
ることができた。得られたマグネウム合金材のプレス成
形品の表面には、プレス加工時の割れ等の障害は認めら
れなかった。

【００３２】

【発明の効果】上述したように本発明は構成されるか
ら、次のような効果が発揮される。本発明のマグネシウ
ム合金材の冷間プレス加工方法によれば、マグネシウム
合金材を室温下でプレス加工することができるから、数
秒単位のオーダーで迅速にマグネシウム合金材を成形加
工することができる。また、得られる成形品について
は、従来のダイカスト法等とは異なって、湯しわ等の表
面欠陥や、ブローホール等の欠陥は生じず、またバリ取
り等の後加工の必要もないから、生産効率が極めて高く
なる。

【００３３】しかも、特別な加熱溶解のための設備を要
することなく、またその温度調整及び温度維持のための
設備も必要でない。従って、特別な設備を必要とするこ
となく、安価な設備でマグネシウム合金材のプレス加工
による成形加工を実行することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】６〜１６重量％のリチウムと、０．５〜６
   重量％の希土類物質とを含有するマグネシウム合金を圧
   延材とし、このマグネシウム合金の圧延材を冷間でプレ
   ス加工により成形することを特徴とするマグネシウム合
   金の冷間プレス成形方法。
2. 【請求項２】マグネシウム合金に含有される希土類物質
   が、スカンジウム、イットリウム及びランタノイド類か
   ら選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載された
   マグネシウム合金材の冷間プレス成形方法。
3. 【請求項３】マグネシウム合金が、さらに、４重量％以
   下の亜鉛及びアルミニウム、並びに２重量％以下の銀、
   マンガン、ケイ素、カルシウム及びジルコニウムから選
   ばれる少なくとも１種の物質を含有するものである請求
   項１又は２に記載されたマグネシウム合金材の冷間プレ
   ス成形方法。