爆発成形とは、パンチやプレスの代わりに爆薬を用いる金属加工技術です。この技術は、プレス設備が大きすぎる、あるいは不当に高い圧力を必要とする材料にも適用でき、一般的に、十分な大きさと圧力を備えたプレス機を製作するよりもはるかに安価です。しかし、必然的に個別生産となり、一度に1つの製品を生産し、セットアップに長い時間がかかります。爆発成形には様々な方法があります。例えば、金属板を金型の上に置き、その間の空間を真空ポンプで排気し、全体を水中に沈め、金属板から適切な距離で爆薬を爆発させる方法があります。複雑な形状の場合、セグメント化された金型を用いることで、多くの製造工程を必要とする形状を1回の操作で製造したり、部品を分割して製造し、溶接部で強度低下を伴いながら溶接したりすることができます。爆発成形プロセスでは、特に軟鋼において、ある程度の加工硬化が生じることがよくあります。
ツーリング
金型は、短期用途ではグラスファイバー製、中程度の圧力での大型部品用にはコンクリート製、高圧作業用にはダクタイル鋳鉄製など、多種多様な素材から作ることができます。理想的には、金型は成形する材料よりも高い降伏強度を持つべきですが、この技術は通常、加工が非常に難しい素材にのみ考慮されるため、この点が問題となります。
歴史
米国における爆発成形の最初の商業的産業応用は1950年に始まり、ミズーリ州マーセリンのムーア社によって1970年代まで使用されました。その目的は、産業用軸流ファンの中心構造として使用される独自の形状の金属シリンダーを成形することでした。これは、1967年のNASA出版物「高速金属加工 - 概要」の73、82、83ページに詳細が記載されています。この記事では、会社創設者のロバート・デイビッド・ムーア・シニアの名前が「ERムーア」と誤って記載されています。ムーアは最終的に、複雑なプロセスに関するいくつかの特許を取得しました。[1]
爆発成形は1960年代に航空宇宙分野で使用され、SR-71偵察機の胴体プレートやソ連のロケット部品などに利用されました。ロシアではその後も開発が続けられ、EPNMなどのイベントの組織委員会には旧ソ連出身者が多数参加しています。爆発成形は、完成品よりもはるかに大きなインゴットから削り出さなければならなかった高強度の波形部品の製造に特に有効であることが証明されました。例えば、ヨット製造業者は、コンクリート製の「プール」を作り、そこに板金を入れ、水を満たして爆発させることで、船体全体を製造しました。[2]
製造における爆薬の他の用途としては、成形炸薬効果を利用し、爆薬を加工対象の金属に直接接触させるものがあります。これは1890年代初頭から厚い鉄板への彫刻に用いられていました。同様の技術の様々な軍事用途については、 爆発成形弾も参照してください。
真空管陽極（板）材料の爆発成形
1950年代後半、ゼネラル・エレクトリック社は、爆発成形法を用いて製造された5層金属板複合材の用途を開発しました。GEのエンジニアたちは、この革新的な複合材料を用いて、優れた熱伝導特性を持つ多層真空管用陽極（別名「プレート」）を製造しました。この特性により、GEは既存の設計から、高額なエンジニアリング、設計、そして金型の変更なしに、はるかに高出力の真空管を製造することができ、急成長を遂げていたHi-Fiアンプ市場において、GEに大きな競争優位性をもたらしました。
1960年1月、当時のGEの技術文献[3]において、この5層構造の材料が、新型6L6 GCの実現を可能にした設計上の画期的な進歩であったことが報告されました。6L6GCは、6L6の派生型で、その他は同一構造の6L6GBと比較して、26%高い消費電力を実現しました。当時GEのケンタッキー州オーエンズボロ工場のエンジニアリング・マネージャーを務めていたゼネラル・エレクトリック社のエンジニア、R.E.モー氏[4]によると、これらの性能向上は、改良された多層プレート材料の適用によって可能になったとのことです。
GEはこの材料をテキサス州に拠点を置く企業（テキサス・インスツルメンツ[5]）から調達しました。この企業は、GEのエンジニアが指定した爆発鍛造による5層素材の供給元であると報告されています。このメーカーは、以前別の顧客（おそらく米海軍？）向けに開発された爆発鍛造板金プロセスを使用していました。爆発成形された異種材料は、銅の中心層のおかげで熱伝達の均一性が大幅に向上しました。
GEのエンジニアたちは、6L6GB、7189、そして最終的には6550など、既に普及していた五極管およびビーム四極管真空管の設計において、熱伝達特性を改善できる可能性をすぐに見出しました。陽極製造に5層構造（Al-Fe-Cu-Fe-Al）材料を適用することで、高出力の五極管、四極管、三極管の陽極板に高出力時に不規則に熱が蓄積するという問題を解決しました。この不規則に熱が蓄積されると、管の陽極板に物理的な歪みが生じます。この状態が続くと、この部分的な過熱によって最終的に反りが生じ、板、グリッド、そして管内のビームフォーマー間で物理的な接触と短絡が発生します。このような接触短絡は管を破壊します。
ゼネラル・エレクトリック社は、この革新的な複合材料を斬新な方法で応用し、1959年後半に7189A型を開発しました。この型は、6L6GCをはじめとする様々な派生製品とともに発売されました。1969年には、爆発鍛造複合材料の利点を活かした6550A型も開発されました。GE社によるこの応用は、既に普及していた多くの真空管設計において出力レベルの向上を可能にし、この革新は1960年代から1970年代初頭にかけて、はるかに高出力の真空管ステレオアンプや楽器アンプの実現に大きく貢献しました。
参考文献
- ^ マイケル・C・ノーランド、ハワード・M・ガドベリー、ジョン・B・ルーザー、エルドン・C・スニーガス (1967). 「高速金属加工：概説」アメリカ航空宇宙局技術利用部、pp. 73, 82, 83.
- ^ “Explosiveforming of boats - ABC Beyond 2000 - YouTube”. www.youtube.com . 2012年3月18日. 2021年12月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年12月25日閲覧。
- ^ http://n4trb.com/AmateurRadio/GE_HamNews/issues/GE%20Ham%20News%20Vol%2015%20No%201.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ http://n4trb.com/AmateurRadio/GE_HamNews/issues/GE%20Ham%20News%20Vol%2015%20No%201.pdf [ベア URL PDF ]
- ^ 「チューブス・アサイラム」.
GEハムニュース、第15巻、第1号、1960年1月～2月、1ページ、7ページ、PEハットフィールド、REモー
外部リンク
- 爆発成形 - 概要
