アルミパイプの膨張について。

質問

技術の森をご覧の皆様いつもお世話になっております。
皆様の意見をお聞かせ下さい。

アルミ丸パイプの膨張について質問です。
外径φ50.0mm 内径φ40.0mmのアルミ丸パイプがあります。
このアルミパイプの内径をφ40.1mmに膨張させたい場合、何度くらいの熱を加えればいいのか教えて下さい。

皆様のご意見お待ちしております。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

アルミの熱膨張係数は、23ppm/℃程度です。
40.0 mmを40.1 mmに膨張させたいということは、
（40.1 mm － 40 mm）÷40 mm＝2500 ppmの膨張ということです。

2500 ppm÷23 ppm/℃ ≒ 109 ℃　という答えです。

常温（25℃）の状態が基準であれば、25℃＋109℃＝134℃まで温度上昇させ
れば、目標を達成できると考えられます。

＞内径がφ39.9mmのパイプを内径φ40.1mmに膨張させたい場合は200℃以上の＞温度が必要ですがアルミを200℃以上に加熱して問題はないでしょうか？

200℃以上に加熱・徐冷された履歴の材料であれば問題ないと思います。
134℃までの昇温については、特に問題無さそうに思いますが。200℃超の
温度まで拡張できるか自信がありません。

申し訳ありませんが、ご自身で検証実験なさることをお勧めしたいと思いま
す。

他の回答者さんのご指摘どおり、ワークピースの内径が真円から歪んでいる
ことを心配します。それ以上に、芯金に焼きばめした後、加熱することで
芯金から外す工程に不安を感じます。

芯金に装着する段階では、ワークピースだけを加熱するだけで、芯金と
ワークピースの温度差を確保することは容易です。

しかし、芯金に焼きばめしたワークピースを、温度を上げて外そうとする際
には、ワークピースだけでなく、芯金も熱膨張するので、より一層温度を
高くしないと外せないという事態が想定できます。

ある程度の数量の加工を予定なさっているならば、お問い合わせで想定して
いる焼きばめ方式の固定方法はリスクが多いように思います。

＞ちなみに熱湯に入れてもちゃんと膨張はするのでしょうか？
回答が後先になって済みませんが、
常圧の水では100℃以上に昇温することはできませんので、100℃を超える加熱
には使えないと思います。
逆に、100℃までの加熱であれば、熱媒体として水を使う選択肢は、可能性が
大きいと思います。

参考URL：

http://sekkei.if.land.to/item_netsu.html

お礼

いろいろとご丁寧に教えて下さり本当にありがとうございます。
教えていただいた事を踏まえて自分でもいろいろと試してみます。

また何かありましたらその時はよろしくお願いします。
今回は本当にありがとうございました。

追記でいろいろと回答を下さって本当にありがとうございます。
焼きばめでやる場合、抜く時がやはりネックですよね。

今回はお忙しい中いろいろと教えて下さり本当に助かりました。
また何かありましたら是非ともご教授お願いいたします。

補足

ご回答本当にありがとうございます。

追記で質問させて下さい。
内径がφ39.9mmのパイプを内径φ40.1mmに膨張させたい場合は200℃以上の温度が必要ですがアルミを200℃以上に加熱して問題はないでしょうか？
加熱するのは常に加熱するのではなく数回加熱するだけなのですがアルミの強度は落ちてしまいますか？

ちなみに熱湯に入れてもちゃんと膨張はするのでしょうか？
お忙しいとは思いますがご返答お願いいたします。

回答No.4

noname#230359

再出です。

≫ 追記で質問させていただきたいのですが。
≫ 円周が3.14倍変化するとはどのような事ですか？

さすがに、200℃の環境での作業はできないと思い、常温での作業では外径と内径が
一番に冷えます。

すると、アルミパイプに応力がはたらき、直径が小さくなったり、歪な円になるので、
それを見越して、より冷えに対してのマージンを取ってくださいとの意味です。

それが、直径に対して円周が3.14倍変化するので、特に気を付けての意味です。

補足

お返事ありがとうございます。
わかりやすい内容で非常に勉強になりました。

また何かあったらその時はご教授お願いいたします。

回答No.3

noname#230359

↓　3.14は関係ありません。

熱膨張とはあらゆる２点間距離が　距離×線膨張率×温度　だけ変化するもので直径も半径も同じ。
円周は２点間距離ではないが　直径×3.14　であり直径に定数を掛けるだけなので、同じです。

＞200℃加熱

長時間行うと材質によってはアニール、つまり硬さが落ちる変化がある。
アルミ丸パイプなので材質は A6063 などと思われ、強さ硬さを追求しない材質で変化も僅か。その温度を数１０分とかキープしないなら大丈夫。
水沸騰100℃で足りない時は油で天ぷらを揚げる要領でいけます。
水や油に漬けると温度上昇が早く作業時間も短くて済むが、オーブンを使うなら長時間放置しない。

次の質問　　No.42017 金属の加熱について。

＞250℃位

これは慎重さを要する温度です。変化があるものとして、それで使えるものなのか検討必要。焼きバメなら効果を薄れさせる変形になる可能性があります。

焼きバメなら、逆に相手を冷却し収縮させる方法もあります。併用できる。
にしても作業でマゴマゴしてると両者の温度が平均化してきて難しくなるので、特に長尺ものでは工夫が必要。そうすると温度を上げすぎなくともいけます。

アニールになってもさほど急激な変化でもないし、アルミは熱伝導に優れ温度が偏りにくいから、いきなり投入しても大丈夫です。

＞内径の精度が+0－0.1mm

一発挽いてですね？　引抜き材のままでは真円度わるく問題でるでしょう。

厚い肉で圧入するから冷めにくくて易しいが、薄くなったものを圧入するなら難しくなります。

補足

いろいろと教えて下さり本当にありがとうございます。

パイプを引き抜き材で作るのですが、内径の精度が+0－0.1mmの精度で仕上がってくるんです。
なので、ss400の材料でφ40.07mm位の丸棒を作り、その丸棒に温めて膨張させたパイプを嵌め、ss400の丸棒を旋盤でチャッキングして加工したいんです。
加工が終わったらまた温めてアルミパイプだけを引き抜きたいのですが…。
旋盤加工も疎いし、肉厚が片側0.3と非常にうすいので困ってます。

追記で質問なのですが。
200℃位に予熱したオーブンの中にアルミパイプをいきなり入れても大丈夫だ思いますか…？

お忙しいとは思いますがご教授願います。

回答No.2

noname#230359

内径なら、もう少し温度をかける必要があるのではないでしょうか？

円周は、3.14倍変化しますからね。

補足

アドバイス本当にありがとうございます。

追記で質問させていただきたいのですが。
円周が3.14倍変化するとはどのような事ですか？

お忙しいとは思いますがご返答お願いします。