JP2000102816A - Die for hot extrusion of aluminum alloy - Google Patents
Die for hot extrusion of aluminum alloyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
チューブなどを高品質、高寸法精度で押出すことができ
る耐摩耗性に優れ、長寿命で、且つ安価なアルミニウム
合金熱間押出ダイスに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inexpensive aluminum alloy hot extrusion die that extrudes aluminum alloy tubes and the like with high quality and high dimensional accuracy, has excellent wear resistance, has a long service life, and is inexpensive.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アルミニウム合金熱間押出ダイスの寿命
は押出材の加工コストに大きく影響するため、押出ダイ
スは全面に窒化処理を施して耐摩耗性を改善している。
この押出ダイスは、窒化処理層が損耗すると再度窒化処
理して繰り返し使用される。2. Description of the Related Art Since the life of an aluminum alloy hot extrusion die has a great influence on the processing cost of an extruded material, the extrusion die is subjected to nitriding treatment on the entire surface to improve wear resistance.
When the nitriding layer is worn out, this extrusion die is subjected to nitriding again and used repeatedly.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の窒
化処理法には、ダイス全面が窒化処理されるため、押出
時のダイベンディングでの脆性割れ起点が増えることに
なり、また窒化処理により靱性が低下しオス型のマンド
レル部分は破損し易くなり、さらにフライス加工による
ダイス内面の補修が困難になるなどの問題がある。さら
に、近年、アルミ押出材の形状複雑化、押出材の薄肉
化、高速押出化などが進展し、それに伴って窒化処理の
再処理頻度が増え、再処理時間の増大、窒化処理層の剥
離片の混入などが新たな問題として浮上してきている。However, in the conventional nitriding method, since the entire surface of the die is nitrided, the number of brittle crack initiation points due to die bending during extrusion increases, and the toughness due to the nitriding treatment increases. Therefore, there is a problem that the male mandrel portion is easily broken, and it is difficult to repair the inner surface of the die by milling. Furthermore, in recent years, the shape of an extruded aluminum material has become more complicated, the thickness of the extruded material has been reduced, and high-speed extrusion has been progressing. Contamination has emerged as a new problem.
【０００４】このため、押出ダイス全面にＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＣｒＮ、ＷＣなどのセラミックス層をＰＶＤ法や
ＰＣＶＤ法により被覆した押出ダイスが提案されている
が、これらの押出ダイスにも、前述のダイス全面にセラ
ミックス層を被覆することによる問題がある外、次のよ
うな問題があり実用に至っていない。 処理コストが窒化処理コストの数十倍高い。処理前
にダイス全面の酸化膜を徹底的に除去する必要があり工
数が多い。放電加工面やワイヤーカット面などは変質
層となりセラミックス層の密着性が極端に低下する。こ
のようなことから、本発明者等は鋭意研究を行い、前記
従来の押出ダイスに見られる諸問題は、セラミックス層
を放電硬化処理により所要箇所にのみ被覆することによ
り解決し得ることを知見し、更に研究を進めて、本発明
を完成させるに至った。本発明は、アルミニウム合金チ
ューブなどを高品質、高寸法精度で押出すことができる
耐摩耗性に優れ、長寿命で、且つ安価なアルミニウム合
金熱間押出ダイスの提供を目的とする。本発明は、特に
押出圧力が高い薄肉複雑形状の押出形材の製造に適して
いる。For this reason, TiN, Ti
Extrusion dies in which ceramic layers such as CN, CrN, and WC are coated by PVD or PCVD methods have been proposed. However, these extrusion dies also have problems caused by coating the entire surface of the dies with a ceramic layer. However, there is the following problem and it has not been put to practical use. The processing cost is several tens of times higher than the cost of nitriding. It is necessary to thoroughly remove the oxide film on the entire surface of the die before the treatment, which requires many steps. The electric discharge machining surface, the wire cut surface, and the like become a deteriorated layer, and the adhesion of the ceramic layer is extremely reduced. From these facts, the present inventors have conducted intensive research and found that the problems seen in the conventional extrusion dies can be solved by coating the ceramics layer only on required portions by a discharge hardening treatment. Further research has led to the completion of the present invention. An object of the present invention is to provide an inexpensive aluminum alloy hot extrusion die that extrudes aluminum alloy tubes and the like with high quality and high dimensional accuracy, has excellent wear resistance, has a long service life, and is inexpensive. The present invention is particularly suitable for manufacturing a thin-walled and complex-shaped extruded profile having a high extrusion pressure.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
アルミニウム合金熱間押出ダイスのベアリング部にのみ
ＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミックス層が放
電硬化処理により被覆されていることを特徴とするアル
ミニウム合金熱間押出ダイスである。According to the first aspect of the present invention,
An aluminum alloy hot extrusion die characterized in that a ceramic layer of TiC, VC, TaC, WC or the like is coated by a discharge hardening treatment only on a bearing portion of the aluminum alloy hot extrusion die.
【０００６】請求項２記載の発明は、アルミニウム合金
熱間押出ダイスがメス型とオス型からなり、前記メス型
のベアリング部および前記オス型のマンドレル先端部に
のみＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミックス層
が放電硬化処理により被覆されていることを特徴とする
アルミニウム合金熱間押出ダイスである。According to a second aspect of the present invention, the aluminum alloy hot extrusion dies are of a female type and a male type, and TiC, VC, TaC, WC, etc. are provided only at the female type bearing portion and the male type mandrel tip. An aluminum alloy hot extrusion die characterized in that the ceramic layer is coated by a discharge hardening treatment.
【０００７】請求項３記載の発明は、前記放電硬化処理
により被覆されるセラミックス層の厚さが２〜１０μｍ
であることを特徴とする請求項１または２記載のアルミ
ニウム合金熱間押出ダイスである。According to a third aspect of the present invention, the ceramic layer coated by the discharge hardening treatment has a thickness of 2 to 10 μm.
The aluminum alloy hot extrusion die according to claim 1 or 2, wherein:
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】本発明において、前記セラミック
ス層の被覆に用いる放電硬化処理は、例えばＡｒ+ のグ
ロー放電により被処理物表面を清浄にし、一方硬化用金
属（ＴｉまたはＣｒなど）を蒸発させ、ラジカルなＮあ
るいはＣを含むＡｒ+ との衝突で硬化用金属をイオン化
させ、イオン化した硬化用金属を活性化状態で被処理物
に衝突させてＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮ、ＣｒＣなどのセ
ラミックス層を堆積させる処理である。この放電硬化処
理は、堆積するセラミックス層が硬く耐摩耗性に優れ、
しかも微細部の処理に適しているためセラミックス層を
押出ダイスのベアリング部にのみ被覆する場合などに極
めて有利である。また変質層が生じないため密着性に優
れ、さらに前述のようにＡｒ+ のグロー放電により被処
理物表面が清浄化されるので、酸化層を除去する手間が
省ける。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, the discharge hardening treatment used for coating the above-mentioned ceramic layer is to clean the surface of the object to be processed by, for example, glow discharge of Ar + while evaporating a hardening metal (such as Ti or Cr). Then, the hardening metal is ionized by colliding with Ar + containing radical N or C, and the ionized hardening metal is caused to collide with an object to be processed in an activated state to thereby form a ceramic layer of TiN, TiC, CrN, CrC, etc. Is a process for depositing. In this discharge hardening treatment, the deposited ceramic layer is hard and has excellent wear resistance,
Moreover, since it is suitable for treating a fine portion, it is extremely advantageous when the ceramic layer is coated only on the bearing portion of the extrusion die. In addition, since no deteriorated layer is formed, the adhesion is excellent, and the surface of the object to be processed is cleaned by the Ar + glow discharge as described above, so that the work of removing the oxide layer can be omitted.
【０００９】以下に、本発明の押出ダイスを図を参照し
て具体的に説明する。図１は中実材を押出すソリッドタ
イプ押出ダイスの実施形態を示す縦断面図である。この
ソリッドタイプ押出ダイスは、フローガイド１とソリッ
ドダイス２からなり、加圧供給される押出素材（メタ
ル）はフローガイド１のメタル溜まり部１ａ内でメタル
供給量がコントロールされ、メタルはソリッドダイス２
のベアリング部２ａで流速がコントロールされて製品形
状に成形される。前記ベアリング部２ａにはセラミック
ス層が被覆されている。セラミックス層の被覆部分の広
さは摩耗の状況により適宜決められる。Hereinafter, the extrusion die of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a solid type extrusion die for extruding a solid material. This solid type extrusion die is composed of a flow guide 1 and a solid die 2, and an extruded material (metal) supplied under pressure is controlled in a metal supply amount in a metal reservoir 1 a of the flow guide 1.
The flow rate is controlled by the bearing portion 2a, and the product is formed into a product shape. The bearing portion 2a is covered with a ceramic layer. The size of the coating portion of the ceramic layer is appropriately determined depending on the situation of wear.
【００１０】図２は中空材を押出すホロータイプ押出ダ
イスの実施形態を示す縦断面図である。このホロータイ
プ押出ダイスは、中空部を成形するオス型３と、外側形
状を成形するメス型４とからなり、オス型３のポート部
３ａでメス型４へのメタル供給量がコントロールされ、
オス型３のマンドレル先端部３ｂで中空形状が形成され
る。またメス型４のチャンバー部４ａで前記マンドレル
先端部３ｂへのメタル供給量がコントロールされ、メス
型３のベアリング部４ｂで外面が形成される。前記マン
ドレル先端部３ｂとベアリング部４ｂにはセラミックス
層が被覆されている。セラミックス層の被覆部分の広さ
は摩耗の状況により適宜決められる。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a hollow type extrusion die for extruding a hollow material. This hollow type extrusion die is composed of a male mold 3 for molding a hollow portion and a female mold 4 for molding an outer shape. The metal supply amount to the female mold 4 is controlled by a port 3a of the male mold 3,
A hollow shape is formed at the mandrel tip 3b of the male mold 3. The metal supply amount to the mandrel tip 3b is controlled by the chamber portion 4a of the female die 4, and the outer surface is formed by the bearing portion 4b of the female die 3. The mandrel tip 3b and the bearing 4b are covered with a ceramic layer. The size of the coating portion of the ceramic layer is appropriately determined depending on the situation of wear.
【００１１】前記ベアリング部２ａ、４ｂ、およびマン
ドレル先端部３ｂは、押出材の品質に直接影響する部分
であり、同時に押出材を一番厳しく加工する部分で最も
磨耗し易い部分である。従ってこのベアリング部などに
セラミックス層を被覆して硬度を上げ耐摩耗性を高める
ことが押出ダイスの寿命を延ばすポイントである。前記
ベアリング部またはマンドレル先端部以外の部分にセラ
ミックス層を被覆することは無用なばかりか、脆性割れ
の起点が増えることになりダイス寿命を縮める恐れがあ
る。The bearings 2a, 4b and the mandrel tip 3b are parts that directly affect the quality of the extruded material, and at the same time are the parts that process the extruded material most severely and are the parts that are most likely to be worn. Therefore, it is important to extend the life of the extrusion die by increasing the hardness and the abrasion resistance by coating the bearing portion with a ceramic layer. It is not only unnecessary to coat the ceramic layer on the portion other than the bearing portion or the tip of the mandrel, but also the number of starting points of brittle cracks increases and the life of the die may be shortened.
【００１２】本発明において、押出ダイスのベアリング
部などに被覆されるセラミックス層の厚さは、特に２〜
１０μｍが望ましい。前記セラミックス層の厚さが２μ
ｍ未満ではその耐摩耗性向上効果が十分に得られない恐
れがあり、１０μｍを超えるとその効果が飽和するう
え、放電硬化処理に長時間を要し生産性が阻害されるた
め望ましくない。In the present invention, the thickness of the ceramic layer coated on the bearing portion of the extrusion die and the like is preferably 2 to 3.
10 μm is desirable. The thickness of the ceramic layer is 2μ
If it is less than m, the effect of improving the abrasion resistance may not be sufficiently obtained, and if it exceeds 10 μm, the effect is saturated, and furthermore, it takes a long time for the discharge hardening treatment and productivity is impaired, which is not desirable.
【００１３】[0013]
【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）図２に示したホロータイプの押出ダイスを
用いて１４５ｍｍφ×４５０ｍｍのＪＩＳ１０００系ビ
レットを肉厚０．１８ｍｍのミニチューブに熱間押出し
た。前記押出ダイスのベアリング部４ｂおよびマンドレ
ル先端部３ｂにはＴｉＣ層を放電硬化処理により５μｍ
厚さに被覆した。前記ビレットを１０本押出し、得られ
るミニチューブの肉厚をビレット本数毎に調べた。結果
を、従来の全面を窒化処理した押出ダイスと比較して図
３に示した。The present invention will be described below in detail with reference to examples. Example 1 A 145 mmφ × 450 mm JIS1000-based billet was hot-extruded into a 0.18 mm-thick mini tube using a hollow extrusion die shown in FIG. The TiC layer is formed to a thickness of 5 μm on the bearing portion 4b and the mandrel tip 3b of the extrusion die by discharge hardening.
Coated to thickness. Ten billets were extruded, and the thickness of the obtained mini tube was checked for each number of billets. The results are shown in FIG. 3 in comparison with a conventional extrusion die in which the entire surface was subjected to nitriding treatment.
【００１４】図３より明らかなように、本発明の押出ダ
イスにより押出されたミニチューブは肉厚変化が極めて
小さかった。またベアリング部の磨耗による押出ダイス
マーク、肌荒れ、形状不具合などは全く認められなかっ
た。またビレットを１０本押出した後のダイス内面はベ
アリング部も含めて良好な性状を呈していた。これはベ
アリング部およびマンドレル先端部にセラミックス層が
放電硬化処理により被覆されているため、その部分の耐
摩耗性および密着性が優れたためである。また、押出時
のダイベンディングに伴うセラミックス層の剥がれや脆
性割れは起きなかった。これは、前記セラミックス層が
ベアリング部およびマンドレル先端部にのみ被覆されて
いるためである。これに対し、従来の窒化処理ダイスで
は７本目のビレットを押出した時点で肉厚が指定寸法公
差（＋0.03mm以下）を外れ、その後、肉厚は急激に増加
した。ビレットを１０本押出したあとのベアリング部お
よびマンドレル先端部はアルミの流動により削りとら
れ、修正不可能な状態であった。As is apparent from FIG. 3, the change in wall thickness of the minitube extruded by the extrusion die of the present invention was extremely small. Also, no extruded die marks, rough surfaces, and shape defects due to wear of the bearing portion were not recognized at all. The inner surface of the die after extruding 10 billets exhibited good properties including the bearing portion. This is because the bearing portion and the tip of the mandrel are covered with the ceramic layer by the discharge hardening treatment, and the wear resistance and adhesion of the portion are excellent. In addition, peeling of the ceramic layer and brittle cracking due to die bending during extrusion did not occur. This is because the ceramic layer is coated only on the bearing portion and the tip of the mandrel. On the other hand, in the conventional nitriding die, the wall thickness deviated from the specified dimensional tolerance (+0.03 mm or less) when the seventh billet was extruded, and thereafter the wall thickness increased rapidly. After extruding ten billets, the bearing portion and the tip of the mandrel were scraped off by the flow of aluminum, and could not be corrected.
【００１５】（実施例２）図２に示した押出ダイスのベ
アリング部４ｂおよびマンドレル先端部３ｂにＴｉＣ層
を放電硬化処理により１〜１０μｍの種々の厚さに被覆
した。その他は実施例１と同じ方法により肉厚０．１８
ｍｍのミニチューブを熱間押出した。ビレットの本数は
最大１１本とし、押出されるミニチューブの肉厚が指定
寸法公差（＋0.03mm以下）を外れる前の本数（Ａ本）を
以て寿命とした。前記Ａ本目のビレットのミニチューブ
について、表面および内面の性状、寸法安定性を調べ
た。比較のため、従来の全面を窒化処理した押出ダイス
についても同様の調査を行った。結果を表１に示す。Example 2 A TiC layer was coated on the bearing 4b and the mandrel tip 3b of the extrusion die shown in FIG. 2 to various thicknesses of 1 to 10 μm by a discharge hardening treatment. Otherwise, the thickness is 0.18 by the same method as in the first embodiment.
mm mini tubes were hot extruded. The number of billets was 11 at the maximum, and the life was determined by the number (A) before the wall thickness of the extruded mini tube deviated from the specified dimensional tolerance (+0.03 mm or less). The properties and dimensional stability of the surface and the inner surface of the mini-tube of the A-th billet were examined. For comparison, a similar investigation was performed on a conventional extrusion die in which the entire surface was nitrided. Table 1 shows the results.
【００１６】[0016]
【表１】 （注）◎極めて良好、○良好、×劣る。[Table 1] (Note) ◎ Very good, ○ good, × poor.
【００１７】表１より明らかなように、本発明例品(No1
〜4)は、いずれも、押出されるミニチューブの品質（内
外面の性状）、寸法安定性およびダイス寿命が良好また
は極めて良好であり、またコスト的にも問題がなかっ
た。特にＴｉＣ層を５μｍ厚さに被覆したNo.3は全ての
項目が極めて良好であった。No.1は被覆厚さが薄いた
め、他より若干特性が劣った。これに対し、従来品のN
o.5は全面窒化処理したため、処理層の剥離片が押出材
に混入し、ミニチューブの品質（内外面の性状）が低下
した。またダイス寿命が短かった。As is clear from Table 1, the sample of the present invention (No. 1)
In all of 4) to 4), the quality (the properties of the inner and outer surfaces), the dimensional stability, and the die life of the extruded minitube were good or extremely good, and there was no problem in cost. In particular, No. 3 in which the TiC layer was coated to a thickness of 5 μm, all items were extremely good. No. 1 was slightly inferior in characteristics to the others because the coating thickness was thin. On the other hand, N
In the case of o.5, since the entire surface was subjected to nitriding treatment, the strips of the treated layer were mixed into the extruded material, and the quality (properties of the inner and outer surfaces) of the minitube deteriorated. Also, the die life was short.
【００１８】前記実施例１、２では、押出比が２０００
程度で大きかったため、本発明押出ダイスと従来押出ダ
イスとの間に差が明瞭に顕れたが、押出比が１００以下
の押出ダイスにおいても、本発明の効果は十分得られる
ことが別途行った実験により確認された。In Examples 1 and 2, the extrusion ratio was 2000
Although the difference between the extrusion die of the present invention and the conventional extrusion die was clearly evident, the effect of the present invention was sufficiently obtained even with an extrusion die having an extrusion ratio of 100 or less. Confirmed by
【００１９】以上、ホロータイプ押出ダイスを用いてミ
ニチューブを押出す場合について説明したが、本発明に
よれば、ソリッドタイプ押出ダイスを用いて中実材を押
出す場合に適用しても同様の効果が得られる。The case where a mini-tube is extruded using a hollow type extrusion die has been described above. However, according to the present invention, the same applies to the case where a solid material is extruded using a solid type extrusion die. The effect is obtained.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の押出ダイ
スでは、押出材が成形されるベアリング部またはマンド
レル先端部にＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミ
ックス層が放電硬化処理法により被覆されているので、
得られる押出材は寸法安定性に優れる。前記セラミック
ス層は前記ベアリング部またはマンドレル先端部にのみ
被覆され、それ以外には被覆されていないので、押出時
のダイベンディングでの脆性割れ起点が増加するような
ことがなく、またオス型のマンドレル部分が破損し難
く、従って長いダイス寿命が得られ、またセラミックス
層の被覆時間が短くて済みコスト的に有利であり、また
セラミックス層の剥離片が押出材の品質を低下させるこ
ともなく、さらにフライス加工によるダイス内面の補修
も容易に行える。依って、工業上顕著な効果を奏する。As described above, in the extrusion die of the present invention, the ceramic layer of TiC, VC, TaC, WC, etc. is coated by the discharge hardening method on the bearing portion or the mandrel tip where the extruded material is formed. Has been
The extruded material obtained has excellent dimensional stability. The ceramic layer is coated only on the bearing portion or the tip of the mandrel, and is not coated on other portions, so that the number of brittle crack initiation points due to die bending at the time of extrusion does not increase, and a male mandrel is provided. The part is hard to break, so a long die life is obtained, and the coating time of the ceramic layer is short, which is advantageous in terms of cost, and the exfoliated piece of the ceramic layer does not lower the quality of the extruded material, and The inner surface of the die can be easily repaired by milling. Therefore, an industrially remarkable effect is achieved.
【図１】中実材を押出すソリッドタイプ押出ダイスの縦
断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a solid type extrusion die for extruding a solid material.
【図２】中空材を押出すホロータイプ押出ダイスの縦断
面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a hollow type extrusion die for extruding a hollow material.
【図３】本発明の押出ダイスまたは従来の窒化処理ダイ
スで押出されるミニチューブの肉厚変化を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a change in wall thickness of a minitube extruded by an extrusion die of the present invention or a conventional nitriding die.
１ フローガイド １ａ フローガイドのメタル溜まり部 ２ ソリッドダイス ２ａ ベアリング部 ３ 中空部を成形するオス型 ４ 外形部を成形するメス型 ３ａ オス型のポート部 ３ｂ オス型のマンドレル先端部 ４ａ メス型のチャンバー部 ４ｂ メス型のベアリング部 REFERENCE SIGNS LIST 1 flow guide 1a metal pool portion of flow guide 2 solid die 2a bearing portion 3 male type for forming hollow portion 4 female type for forming external portion 3a male port portion 3b male mandrel tip 4a female type chamber Part 4b Female type bearing part
Claims (3)
リング部にのみＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラ
ミックス層が放電硬化処理により被覆されていることを
特徴とするアルミニウム合金熱間押出ダイス。1. An aluminum alloy hot extrusion die, wherein a ceramic layer of TiC, VC, TaC, WC or the like is coated only by a discharge hardening treatment on a bearing portion of the aluminum alloy hot extrusion die.
型とオス型からなり、前記メス型のベアリング部および
前記オス型のマンドレル先端部にのみＴｉＣ、ＶＣ、Ｔ
ａＣ、ＷＣなどのセラミックス層が放電硬化処理により
被覆されていることを特徴とするアルミニウム合金熱間
押出ダイス。2. An aluminum alloy hot extrusion die comprises a female type and a male type, and TiC, VC, T is provided only on the female type bearing portion and the male type mandrel tip.
An aluminum alloy hot extrusion die, wherein a ceramic layer such as aC or WC is coated by a discharge hardening treatment.
ミックス層の厚さが２〜１０μｍであることを特徴とす
る請求項１または２記載のアルミニウム合金熱間押出ダ
イス。3. The aluminum alloy hot extrusion die according to claim 1, wherein the thickness of the ceramic layer coated by the discharge hardening treatment is 2 to 10 μm.
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