JP2000094032A - 中空断面金属製品の押出加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブリッジダイスにより中空断面のアルミ等
の金属製品を押出する際、圧着不良を生じることなく、
高強度の押出製品が得られる押出加工方法を提供する。 【解決手段】 ブリッジダイス３により中空断面金属
製品を押出す際に、ブリッジダイスが、押出プレスに装
填されるかまたは押出プレスへの装填待機後、押出が開
始されるまで、当該ブリッジダイス３のブリッジの梁部
１２の温度を、加熱ヒーター３０等により保持すること
により、押出製品の圧着不良を防止する中空断面金属製
品の押出加工方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純アルミニウムま
たはアルミニウム合金（以下、単にアルミと言う）等の
金属の熱間押出加工方法に関し、特にブリッジダイスに
より中空断面金属製品を押出する方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アルミ等の金属の熱間押出加工
では、図１０に示すように、加熱されたビレット２をコ
ンテナ７内に装填し、ビレット２の後方から（矢印Ａの
方向から）ステム６により圧力をかけ、プラテン８やボ
ルスター９等により支持された工具ダイスセット１０
（ダイス３、ダイリング４、バッカー５よりなる）の出
口より、長尺の一定断面形状を有する押出製品１を製造
する。この熱間押出方法は、工具ダイス３の出口の形状
を変化させることにより、種々の断面形状の押出製品１
を得ることができる。

【０００３】このうち、特に中空断面形状の押出製品を
製造する場合には、中実製品の押出に用いられるソリッ
ドダイスに代えて、ポートホールダイス、ブリッジダイ
ス、スパイダーダイスなどの、ホローダイスが一般的に
用いられる。

【０００４】前記ホローダイスのうち、ブリッジダイス
により中空断面の製品を製造する原理を図１１を用いて
説明する。まず、ブリッジダイス３は、梁部１２により
エントリーポート１３が形成されたダイマンドレル１１
と、ベアリング部１４と圧着チャンバ１６（ダイマンド
レル１１と共有）を有するダイキャップ１５とから構成
され、これらが図１０のダイス３として、ダイリング４
内に装着される。

【０００５】図１１において、今、ビレット２が矢印Ａ
の方向から図示しないステムにより圧力をかけられる
と、ビレット２は、エントリーポート１３に進入して幾
つかの部分（図１１ではａ₁ 〜ａ₄ の４つ）に分割され
る。次に分割されたビレットａ ₁ 〜ａ₄ は、ダイキャッ
プ１５の圧着チャンバ１６内で再び合流し、圧着域１７
で、分割されていた金属素材が圧着され一体となる。そ
して、この一体となった状態で、ベアリング部１４の間
隙より、最終形状（中空断面）の製品１となって押し出
される。

【０００６】このように押し出された中空断面製品１に
は、前記分割されていた金属素材が圧着され一体となる
際の圧着部１８（図では４か所）を有しており、この圧
着部１８の接合強度が中空断面製品１の強度を大きく左
右する。この中空断面製品の製造原理は、前記ブリッジ
ダイスだけではなく、他のポートホールダイスやスパイ
ダーダイスなどのホローダイスでも、基本的には同じで
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から、ブ
リッジダイスにより中空断面製品を押出す際、押出条件
によってはこの圧着が不十分となり、圧着部での強度不
足や、切削や曲げ加工など後の二次加工時に割れ等の問
題が生じる場合がある。そして、この圧着不良は、ホロ
ーダイスの中でも特にブリッジダイスにおいて生じやす
い。

【０００８】したがって、本発明は、これら従来技術の
問題を克服し、ブリッジダイスにより中空断面のアルミ
等の金属製品を押出する際、圧着不良を生じることな
く、高強度の押出製品が得られる押出加工方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このための本発明の要旨
は、ブリッジダイスによる中空断面金属製品を押出す際
に、ブリッジダイスが押出機に装填されるかまたは押出
機への装填待機後、押出が開始されるまで、当該ブリッ
ジダイスのブリッジの梁部の温度を保持することによ
り、押出製品の圧着不良を防止することである。

【００１０】以下、本発明の土台となった、中空断面製
品の圧着不良発生の機構の解明について説明する。ま
ず、中空断面製品の圧着とは、ふたつ以上の素材が活性
化しやすい温度で密着させられた場合に、金属原子の拡
散により一つの材料に接合されることをいう。そのた
め、接合を強固なものにするためには、圧着時の温度が
重要な因子となる。したがって、前記圧着不良の大きな
理由の一つとしては、素材の温度が低くなり、素材の活
性が低くなり、金属原子の拡散が不十分となることが挙
げられる。

【００１１】一方、実際の押出工程における圧着不良の
発生は、押出のトラブル等により押出開始が遅れ、ダイ
スが押出機に装填されるかまたは押出機への装填待機
後、長期間放置された後に起きやすいことが分かってい
る。例えば、ダイス交換のために新しいダイスをダイラ
ンド上に長期間待機させた後にこの新しいダイスを用い
た１本目の押出時や、トラブル等により古い押粕を除去
し、新しいビレット装填に時間を要し、この新しいダイ
スが長期間放置された後、押出に使用される時などであ
る。また、押出製品での発生状況は、特に製品の先端部
で圧着不良が発生し易い。

【００１２】これらの点について検討した結果、発明者
らは、長期間の押出待機中に温度が低下したダイスが、
押出開始の際に、ダイスと接触する素材（ビレット）先
端部の温度を低下させ、これが圧着不良の発生に寄与し
ていることを知見した。

【００１３】この点について、図８を用いて、より具体
的に説明する。図８（ａ）に示す通り、通常、ブリッジ
ダイスを含むダイスセット１０ａは、押出プレス２５に
対し、ダイスライド１９によりセットされる。この場
合、押出製品を押出するダイスセット１０ａに対し、次
の押出工程に使用するダイスセット１０ｂは、ダイスラ
イド１９上で待機している。

【００１４】ダイスライド１９上で待機中のダイスセッ
ト１０ｂの、この状態での温度低下の状況を調査した。
この調査は、図８（ａ）のＸ部分（ダイス部分）を拡大
した図８（ｂ）、（ｃ）に示す通り、ダイスセットのＡ
〜Ｄまでの各部位の温度変化を測定することにより行っ
た。その結果を図９に示す。同図において、ダイリング
４のＡ〜Ｃまでの各部位における温度低下は、１０分経
過後も１０℃程度であるのに対し、ブリッジダイス３の
梁部１２の部位Ｄの温度は、１０分経過後に５０℃程度
も低下している。また、他のポートホールダイスやスパ
イダーダイスについても同様の調査を行ったが、温度低
下はダイス全体で一様に低下しており、しかもその温度
低下量は１０分間で１０℃程度であり、ブリッジダイス
のような局部的乃至部分的に大きな温度低下は無かっ
た。

【００１５】即ち、このブリッジダイス３の梁部１２に
おける大きな温度低下現象は、他のホローダイスと比べ
たブリッジダイスの形状の特異性に原因がある。つま
り、このブリッジダイス３のビレット側に突出した梁部
１２の体積が小さく、かつ表面積が大きいため、空気中
への熱の流出が多くなり、この部分の温度の低下が必然
的に大きくなるためである。

【００１６】したがって、この調査結果と前記実際の押
出工程における圧着不良の発生状況とから、ブリッジダ
イスにおけるダイリング４のＡ〜Ｃまでの各部位におけ
る温度低下や他のポートホールダイスの温度低下は、圧
着不良には大きな影響を示さないが、ブリッジダイス３
の梁部１２の部位Ｄの温度低下は、圧着不良に大きな影
響を示すことが分かった。即ち、ブリッジダイス３の梁
部１２の温度が低下すると、押出開始時にこの温度低下
した梁部１２とビレット先端部とが接触することによ
り、ビレット先端部の温度が低下するため、圧着不良が
生じることとなっている。

【００１７】そこで、本発明では、中空断面製品の圧着
不良を防止するために、予め加熱されたブリッジダイス
を押出機にセッティング後かまたは押出機への装填待機
後、、当該ブリッジダイスによる押出が開始されるま
で、当該ブリッジダイスのブリッジの梁部の温度を保持
することとした。なお、本発明でいうブリッジの梁部の
温度を保持するとは、ブリッジの梁部の温度が圧着不良
が生じるまで低下することを防止するために、加熱およ
び／または保温することを意味し、圧着不良が生じない
温度低下（あるいは上昇）や変動は、勿論許容される。

【００１８】また、従来から、ダイスを加熱乃至断熱す
るなどして、ダイスの温度低下を防止し、所定の効果を
発揮させようとすること自体は公知である。例えば、実
開昭58−28722 号、特公平6 −59501 号、特公平2 −42
563 号、特開平2 −11213 号、特開平2 −11214 号、特
開昭61−259832号、特公平5 −20177 号の各公報には、
ダイスおよびダイバッカーを加熱用ヒータ等により包囲
することが、またダイリング、ダイスライド、ダイバッ
カー、ボルスターにヒータ等の加熱手段を設けることが
開示されている。

【００１９】更に、また、特公平4 −74091 号、特公平
7 −83894 号、特公平7 −80012 号、の各公報には、ダ
イスおよびダイバッカー、ボルスターの境界等に、断熱
材乃至断熱層を設け、接触する他の工具への熱流出によ
る温度低下を防止することが開示されている。

【００２０】しかし、これら従来技術のダイスの保温・
加熱は、多数本のビレットの押出を長時間継続する場合
の、押出形状不良、寸法精度不良、押出材の出方不良等
を防止することを目的としている。しかも、その加熱手
段も、ダイス全体乃至ダイスの境界を加熱するものであ
る。即ち、本発明の、加熱されたブリッジダイスを押出
機にセッティング（装填）後かまたは押出機への装填待
機後押出が開始されるまでに、ブリッジダイスのブリッ
ジの梁部の温度低下を防止し、中空断面製品の圧着不良
を防止するために、ブリッジの梁部の温度を保持するも
のではない。

【００２１】

【発明の実施の形態】まず、本発明のブリッジダイスの
ブリッジの梁部の温度を保持する手段の実施態様を、図
面を用いて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、ブリッジ
ダイスの側面図と正面図であり、ブリッジダイス３のブ
リッジの梁部１２に、温度低下を防止するための加熱ヒ
ータ３０ａを、ブリッジの梁部１２の形状（十字）に合
わせて、その先端部に埋め込んだ態様を示している。

【００２２】図２（ａ）、（ｂ）は、同じくブリッジダ
イスの側面図と正面図であり、ブリッジダイス３のブリ
ッジの梁部１２だけではなく、ダイマンドレル１１の前
面の温度低下も合わせて防止するために、ブリッジの梁
部１２とダイマンドレル１１の前面全体に、加熱ヒータ
を配した断熱ないし耐熱部材３０ａを設けた態様を示し
ている。

【００２３】前記した圧着不良発生機構の通り、圧着不
良発生を防止するためには、基本的に、ブリッジダイス
３のブリッジの梁部１２のみを加熱乃至保温すればよ
い。しかし、例えば、押出開始までの時間が極端に長く
なる場合や大気の温度が低い場合には、梁部１２と同じ
く、大気中に露出しているダイマンドレル１１のビレッ
ト側の面１１ａの温度低下も大きくなり、図１（ａ）、
（ｂ）のような、梁部１２のみを加熱する態様では、梁
部１２の温度を保持できない可能性がある。したがっ
て、このような場合に対応しようとすれば、図２
（ａ）、（ｂ）のように、マンドレル１１のビレット側
の面１１ａも合わせて、断熱乃至加熱する方が好まし
い。

【００２４】この主旨に従い、ブリッジダイスの側面図
と正面図である、図３（ａ）、（ｂ）に示す態様は、ブ
リッジダイス３のブリッジの梁部１２だけではなく、ダ
イマンドレル１１のビレット側の面１１ａの温度低下も
合わせて防止するために、ブリッジの梁部１２とダイマ
ンドレル１１のビレット側の面１１ａ全体に、ガラスウ
ール、微粉鉱物、耐熱レンガなどの断熱部材３２ａを設
けたものである。

【００２５】更に、同じくブリッジダイスの側面図と正
面図である、図４（ａ）、（ｂ）に示す態様は、断熱と
加熱の二つの作用を用いて、ブリッジダイス３のブリッ
ジの梁部１２とダイマンドレル１１のビレット側の面１
１ａの温度を保持する態様を示している。このため、同
図では、ブリッジダイス３のブリッジの梁部１２の内側
に、加熱ヒータ３０ｃを埋設するとともに、その外側に
断熱部材３０ｃを設けたものである。

【００２６】次に、これらのヒータを用い、ブリッジダ
イス３のブリッジの梁部１２の温度を、制御装置により
制御する方法について説明する。図５は、前記図８
（ａ）と同じ構成の押出プレスに、温度制御装置を設け
た本発明の態様を示し、２１は図１（ａ）のブリッジの
梁部１２に設けられた熱電対３１に接続されたブリッジ
の梁部温度測定装置、２３は押出プレス２５に接続され
た押出荷重検出器、２２はダイスセット１０ａ、１０ｂ
の位置検出装置、２４はヒータ電源２０のオンオフを判
定、実行するコンピュータである。

【００２７】これらの制御装置を使い、まず、押出プレ
スへのダイス待機時ないしダイスセット時から押出開始
までの時間により、ブリッジダイス３のブリッジの梁部
１２の温度を制御する方法を説明する。図６のフローチ
ャートの通り、位置検出装置２２により、ダイスセット
１０ａまたは１０ｂが押出プレス内にセットされたか否
かを検出し、コンピュータ２４において、ダイスセット
がダイスライド１９上で待機中の場合（ダイスセット１
０ｂの状態）には、ヒータ電源２０をオンにしてブリッ
ジの梁部１２の加熱を開始する。

【００２８】また、ダイスセットが押出プレス内にセッ
トされた場合（ダイスセット１０ａの状態）には、押出
荷重検出器２３により、押出荷重Ｆが０の経過時間ｔ
（押出待ち時間）を算出し、このｔが、ブリッジの梁部
測温値が押出製品に圧着不良を生じさせない限界値まで
下がる許容時間ｔ_a に到達しているか否か（ｔ＜ｔ_a ）
をコンピュータ２４で判断する。もし、押出待ち時間が
この許容時間を越えていれば、ヒータ電源２０をオンに
してブリッジの梁部１２の加熱を開始する。一方、許容
時間内（ｔ＜ｔ_a ）であれば、ヒータ電源２０をオフに
する（オフにしたままにする）ものである。そして、位
置検出装置２２が、ダイスセットがダイスライド１９か
ら撤去されたことを検出するまで、これらの判定工程を
繰り返して続ける。

【００２９】更に、ブリッジの梁部の温度により、ブリ
ッジダイス３のブリッジの梁部１２の温度を制御する方
法を説明する。図７のフローチャートでは、熱電対３１
に接続されたブリッジの梁部温度測定装置２１からの情
報に基づき、コンピュータ２４において、ブリッジの梁
部測温値が押出製品に圧着不良を生じさせない目標値以
上（限界値）か否かを判断する。もし、ブリッジの梁部
測温値が目標値以上であれば、ヒータ電源２０をオフに
し、逆にブリッジの梁部測温値が目標値以下であれば、
ヒータ電源２０をオンにして、ブリッジの梁部１２の温
度を調節し、ブリッジの梁部１２の温度を保持する。

【００３０】

【実施例】本発明の押出加工方法のより具体的な実施例
を以下に説明する。押出は、図５に示す押出プレスおよ
び制御装置、図８（ｂ）に示すブリッジダイス３、図６
に示す押出開始までの時間を測定して制御する方法を用
い、使用アルミ合金：Ａ７０００系合金、ビレットサイ
ズ１６０ｍｍφ×２００ｍｍｌ、押出比４８．４で行っ
た。ブリッジの梁部測温値が押出製品に圧着不良を生じ
させない限界値まで下がる許容時間ｔ_a は、図９の結果
より、温度が５０℃低下するに要する時間が１０分であ
ることを考慮して５分と設定した。

【００３１】ビレットの押出は、連続して２０本行い、
この押出作業中、試験的に (意図的に) 、ダイス交換の
ために新しいダイスをダイスライド上に５分間以上待機
させることを５回生じさせた。また押出時やトラブル等
により古い押粕を除去し、新しいビレット装填に時間を
要することを想定して、ダイスを１０分間以上放置する
ことを１回行った。これらの合計６回のダイス放置状況
に対し、図５に示す制御装置が作動し、ブリッジの梁部
の加熱を行い、該梁部の温度を保持した。この結果、ダ
イスが長時間放置される状況が発生したにも係わらず、
先端部に圧着不良を生じた押出製品は皆無であった。

【００３２】一方、比較のために、本発明のブリッジの
梁部の加熱制御装置を作動させず、先の実施例と同じ押
出条件で押出を行った場合（従来の押出方法）には、ダ
イスが１０分間以上放置された回数に応じて、押出製品
に圧着不良が生じており、本発明の有効性が確認され
た。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の押出加工
方法によれば、圧着不良を生じず、しかも押出効率を低
下ないし阻害することなしに押出加工することができ
る。また、この効果を、従来のアルミ押出製品の製造プ
ロセスを、著しく変更したり、製造コストの増加を招か
ずに達成することができる点で工業的な価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施態様を示し、図１
（ａ）、（ｂ）は、各々ブリッジダイスの梁部のみにヒ
ータを設けた場合を示す説明図である。

【図２】図２は、本発明の別の一実施態様を示し、図２
（ａ）、（ｂ）は、各々ブリッジダイスの大気に露出す
る部分全てにヒータを設けた場合を示す説明図である。

【図３】図３は、本発明の別の一実施態様を示し、図３
（ａ）、（ｂ）は、各々ブリッジダイスの梁部のみに断
熱材を設けた場合を示す説明図である。

【図４】図４は、本発明の別の一実施態様を示し、図３
（ａ）、（ｂ）は、各々ブリッジダイスの大気に露出す
る部分全てにヒータと断熱材を設けた場合を示す説明図
である。

【図５】図５は、本発明の一実施態様を示し、ブリッジ
ダイスの梁部の温度保持のための制御装置の態様を示す
説明図である。

【図６】図６は、本発明の一実施態様を示し、ブリッジ
ダイスの梁部の温度保持のための制御方法を示すフロー
チャート図である。

【図７】図７は、本発明の一実施態様を示し、ブリッジ
ダイスの梁部の温度保持のための別の制御方法を示すフ
ローチャート図である。

【図８】図８（ａ）は、通常のダイスの押出プレスへの
装填の状況を示す説明図であり、図８（ｂ）、（ｃ）
は、各々図８（ａ）のダイス部分の拡大図である。

【図９】図９は、ブリッジダイスの梁部の温度の経時変
化を示す説明図である。

【図１０】図１０は、押出プレスの押出原理を示す説明
図である。

【図１１】図１１は、ブリッジダイスの押出原理を示す
説明図である。

【符号の説明】

１；押出製品、 ２；ビレット、
３；ダイス、 ４；ダイリン
グ、５；ダイバッカー、 ６；ステ
ム、７；コンテナ、 ８；プラテ
ン、９；ボルスター、 １０；ダイス
セット、１１；ダイマンドレル、 １２；
梁部、１３；エントリーポート、 １４；ベ
アリング、１５；ダイキャップ、 １
６；圧着チャンバ、１７；圧着域、度計移動用レール、
１８；圧着部、１９；ダイスライド、
２０；ヒータ電源、２１；温度測定装置、
２２；ダイスセット位置検出装置、２３；押出
荷重検出器、 ２４；コンピュータ、２
５；押出プレス、 ３０；ヒータ、３
１；熱電対、 ３２；断熱材、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブリッジダイスによる中空断面金属製
   品の押出方法であって、ブリッジダイスが押出機に装填
   されるかまたは押出機への装填待機後、押出が開始され
   るまで、当該ブリッジダイスのブリッジの梁部の温度を
   保持することにより、押出製品の圧着不良を防止するこ
   とを特徴とする中空断面金属製品の押出加工方法。
2. 【請求項２】 前記ブリッジダイスが押出機に装填さ
   れるかまたは押出機への装填待機後、押出が開始される
   までの時間および／またはブリッジダイスのブリッジの
   梁部の温度変化に応じて、ブリッジダイスのブリッジの
   梁部の加熱を行う請求項１に記載の中空断面金属製品の
   押出加工方法。
3. 【請求項３】 前記ブリッジダイスが押出機に装填さ
   れるかまたは押出機への装填待機状態になったことを検
   出した後、押出が開始されるまでの時間を検出し、該時
   間の経過に応じて、ブリッジダイスのブリッジの梁部の
   加熱を行う制御手段を設けて、該ブリッジの梁部の温度
   を保持する請求項２に記載の中空断面金属製品の押出加
   工方法。
4. 【請求項４】 前記ブリッジダイスが押出機に装填さ
   れるかまたは押出機への装填待機状態になったことを検
   出した後、押出が開始されるまでのブリッジダイスのブ
   リッジの梁部の温度を検出し、該温度の変化に応じて、
   ブリッジダイスのブリッジの梁部の加熱を行う制御手段
   を設けて、該ブリッジの梁部の温度を保持する請求項２
   に記載の中空断面金属製品の押出加工方法。
5. 【請求項５】 前記ブリッジダイスの少なくともブリ
   ッジの梁部を断熱性部材で被覆して、ブリッジダイスの
   ブリッジの梁部の温度を保持する請求項１乃至４のいず
   れか１項に記載の中空断面金属製品の押出加工方法。
6. 【請求項６】 前記ブリッジダイスの少なくともブリ
   ッジの梁部にヒータを設けて、ブリッジダイスのブリッ
   ジの梁部の温度を保持する請求項１乃至５のいずれか１
   項にに記載の中空断面金属製品の押出加工方法。
7. 【請求項７】 前記金属が純アルミニウムまたはアル
   ミニウム合金である請求項１乃至６のいずれか１項にま
   たは２に記載の中空断面金属製品の押出加工方法。