JP2005000992A

JP2005000992A - 材料の偏熱ねじり押出し法

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Inventors: Susumu Mizunuma; 晋水沼
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Abstract

【課題】金属や高分子などの固体状の材料および粉末材料に非常に大きい加工ひずみを加え材料の内部組織を微細にすることができるねじり押出し法において、材料軸心部における低ひずみ領域を消滅させる方法を提供する。
【解決手段】回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスを押出し軸の周りに回転させながら変形させる加工法において、コンテナー内の材料の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内温度分布を不均一にして加工することを特徴とするねじり押出し加工法である。この方法によれば材料の変形が軸対称にならないので、軸心部においても大きいひずみを生じさせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細なミクロ組織を有する材料（金属、高分子など）を製造するために、固体状の材料、粉末材料あるいは異種金属の混合体に熱間あるいは冷間で非常に大きな加工ひずみを加える方法に関する。

通常、金属材料は原料を溶解精錬しこれを鋳造し、さらに加工成形することにより最終製品形状にする。これには、大別して２種類あり、熱間加工後冷却して製品とする熱間加工製品と、これをさらに冷間で加工成形した冷間加工製品である。

これらのいずれの方法においても、金属材料に加えられる加工量は製品の材質に大きく影響することが知られている。圧延、鍛造などの加工は、特に、結晶粒などのミクロ組織を微細にする上で有効であり、鉄鋼材料、アルミニウム材料など多くの金属材料でこの方法が使用されている。これは、金属材料の結晶粒が微細であるほど優れた機械的性質が得られるからである。

熱間加工製品においては、高温で加工した場合、加工ひずみ速度を大きくし大きなひずみを加えることにより金属材料は動的再結晶状態になり、ひずみ速度が大きいほど結晶粒が小さくなる。低温で加工した場合は、セル状に転位が堆積し、転位の再配列により微細な結晶粒になる。また、冷間加工製品では冷間における加工量が大きいほどその後に続く焼鈍を行った場合の再結晶粒の大きさを小さくできる。

一方、粉末材料には物理的、化学的に高機能を持っているものが多いが、これらを工業的に利用するためには、固体状、望ましくは相対密度が１００％に近いことが要請されている。そのために、高温で圧密加工を行うことができるＨＩＰ（ＨｏｔＩｓｏｓｔａｔｉｃＰｒｅｓｓｉｎｇ）やホットプレスが多用されている。

しかし、より高密度化するためにはより高温が必要であるという事情から、機能性を損なわないで、１００％に近い相対密度が達成されている例は少ないようである。特に、ＭＡ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｌｌｏｙｉｎｇ）粉のように粒内の結晶粒サイズがミクロン以下のレベルにまで微細化された粉末はきわめて固化しにくく、低温での固化技術が開発されることが強く望まれている。このためにもせん断ひずみなどの大ひずみを加えることが有効であると予想されている。

さらに、ＭＡの一種であるが、２種以上の任意組成の金属あるいは金属粒子の混合体に対して非常に大きい変形を加えるとこれらが混合され、異種金属同士がナノメータのオーダーにまで近づくことが可能になる。この変形による混合と同時に空隙部体積が０に近づくとバルク状の固体材料となり、新規な合金の製造につながる。
また、高分子材料においても高圧で大きいねじりをくわえることにより微細な組織材料を得ることができる。

以上のように、大ひずみを加える手段は結晶粒の微細化、粉末材料の固化、異種金属の混合あるいはその他の物質の微細組織化に対して有効であるが、従来の加工手段、例えば圧延や鍛造あるいはＨＩＰやホットプレスのみではその加え得る変形量に限界があった。

筆者は、従来のひずみを大幅に超える大ひずみを達成する方法として、押出し加工とねじり加工を組み合わせたねじり押出し法をすでに開発している（特願２００３−１７４０９１）。その方法の１例を以下で説明する。

その方法は、図２に示したように、コンテナー３内に装填された材料１をプッシャー４で押し込み、ダイス２で変形させる前方押し出し法において、コンテナー３あるいはダイス２の一方を固定し、他方を押し出し軸ａの周りに回転させながらプッシャーにより押出し加工を行うねじり前方押出し加工法である。図２はコンテナーを回転させる場合である。材料１−１はコンテナー内の材料１の内のプッシャー側、１−２は押出し変形を受けたダイス内の材料部分である。１−１の材料と１−２の材料が相対的に回転することによって、その境界の波線Ａで囲まれた材料部分がねじり変形を受けるのである。

上記ねじり押出し加工法は、材料の熱間加工や冷間加工に容易に適用でき、相当ひずみで１０以上の大ひずみが達成できる。そのため、固体状の材料はその内部組織が非常に微細になる。粉末材料の場合には、密度が著しく向上し、真密度に近いものが得られる。また、異種金属の混合体の均一混合が可能になる。

この方法ではひずみの大部分をねじりによって得ているので、原理的には材料軸線上にひずみの小さい領域が存在する。この部分を図３の破線で示したＢ領域内に実線の長方形で示した。この実線部分は実際には軸線ａの一部を含む細い円柱状の領域である（直径をｄとする）。材料の単位長さあたりのねじり回数を多くすればするほど材料に加えるひずみがどんどん大きくなり、相対的に材料軸線上のひずみの小さい領域（ｄ）がせまくなり、実用上はほとんど無視できるほどになる。しかしながら、工業的な生産性を考慮すればより少ない回数でこのひずみの小さい領域を消滅させることが望ましい。すなわち、解決すべき課題とは材料軸線上のひずみをできるだけ大きくする方法を見いだすことである。

上記課題を解決するために種々検討した結果、以下のような新しい加工法を開発することができた。

その第１の方法は、回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスを押出し軸の周りに回転させながら変形させるとともに、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり前方押出し加工法である。

第２の方法は、底部を有するコンテナー内に装填された材料を、先端が中空の溝を有するダイス、となっている中空のプッシャーで押し込み、ダイス溝から材料を押し込み方向と逆方向へ押し出すとともに、コンテナーを押出し軸方向および回転方向に固定し、中空プッシャーを押出し軸の周りに回転させる加工において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり後方押出し法である。

第３の方法は、コンテナー内に装填された材料をプッシャー圧力Ｐ１で押し込み、コンテナー内面と同形状で同横断面積の溝を有するダイスを通過させる加工において、ダイスの出側からもプッシャーで材料の進行を妨げない程度の背圧Ｐ２をかけるとともに、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり両押し押出し加工法である。

第４の方法は、回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料に押し込み力を及ぼし、コンテナー出口において材料を把持して回転させながら、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり前方押出し加工法である。

第５の方法は、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスによる減面加工を行うとともに、ダイスの出側に配置した把持回転装置により出側材料を出側材料の軸心の回りに回転させる加工法において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で押出し加工を行うことを特徴とするねじり前方押し出し加工法である。

第６の方法は、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とするねじり前方押出し加工法である。

第７の方法は、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスの出口側に出側材料の把持回転装置を配置し、コンテナー内の材料の軸心が、ダイスおよび把持回転装置の軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、この把持回転装置を回転させながら、ダイスによる減面押出し加工を行う方法において、コンテナー内の材料の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法である。

第８の方法は、材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを配置し、コンテナー内の材料の軸心が、第１のダイスおよび第２のダイスの軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で押出し加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法である。

これらの方法によれば、材料のねじり変形が非軸対称となり、出口側材料の軸心部のひずみが大きくなり、断面積全体にわたって非常に大きいひずみを達成することができる。したがって、通常の圧延、鍛造、押出しなどの加工方法で得られる加工ひずみを大きく上まわる加工ひずみを固体状材料や粉末材料に加えることができ、熱間や冷間で材料内部組織を微細ににしたり、高密度にする生産プロセスに有効に適用できる。

上記の方法について、図面に基づいて詳細に説明する。
第１の方法では、図１に示したように、回転しないように固定されたコンテナー３内に装填された高温の材料１をプッシャー４で押し込み、ダイス２を押出し軸ａの周りに回転させながら変形させる際に、コンテナー３内の材料の横断面の一部Ｃを冷却装置Ｒで冷却し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押し出し加工を行う。図中Ｐは押し込み力である。

このようにすると、コンテナー３とダイス２の接触部近傍の破線で囲まれたＤ部分におけるねじり変形が非軸対称となり、材料軸上のひずみの小さい領域が消滅する。なお、ダイス入り口部分を図示していない冷却装置により強制的に冷却すればこの部分はねじり変形しにくくなりねじり変形の大部分がより左側に移動し、コンテナー３とダイス２の接触部における材料の噛み出しを減少させることができる。

室温の材料を加工する場合には、図４に示したように、回転しないように固定されたコンテナー３内に装填された材料をプッシャー４で押し込み、ダイス２を押出し軸ａの周りに回転させながら変形させる際に、コンテナー３内の材料の横断面の一部Ｖを加熱装置Ｈにより加熱し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工を行う。

この場合にも、図示していない冷却装置により、ダイス入り口部を強制的に冷却すれば噛みだしを減少させる上で有利である。

また、図１のダイス溝は直線形状になっているが、図２のようにダイス溝入り口部にＲ加工を施してもよい。

第２の方法を図５に示す。底部３−２と中空部分３−１を有するコンテナー３内に装填された高温の材料１を、先端が中空の溝を有するダイス２、となっている中空のプッシャー４で押し込み、ダイス溝から材料を押し込み方向と逆方向へ押し出すとともに、コンテナー４を押込み軸方向および回転方向に固定し、中空プッシャーを押込み軸ａの周りに回転させる加工において、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｅを冷却装置Ｒにより冷却し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工を行う。

室温の材料の場合には、図６のように、底部３−２と中空部分３−１を有するコンテナー３内に装填された材料１を、先端が中空の溝を有するダイス２、となっている中空のプッシャー４で押し込み、ダイス溝から材料を押し込み方向と逆方向へ押し出すとともに、コンテナーを押込み軸方向および回転方向に固定し、中空プッシャー４を押込み軸ａの周りに回転させる加工において、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｆを加熱装置Ｈにより加熱し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工を行う。

第３の方法を図７に示す。コンテナー３内に装填された高温の材料１をプッシャー圧力Ｐ１で押し込み、コンテナー内面と同形状で同横断面積の溝を有するダイス２を通過させる前方押出し法において、ダイス２の出側からもプッシャーで材料の進行を妨げない程度の背圧Ｐ２をかけるとともに、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｇを冷却装置Ｒにより冷却し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押し出し加工を行う両押し押し出し加工法である。

室温の材料の場合には、図８に示したように、コンテナー３内に装填された材料１の横断面の一部分１を加熱装置Ｈにより加熱し横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工を行う。

この場合も、第１の方法と同様、ダイス入り口部の材料を冷却すれば噛み出しを減少させることができる。

第４の方法は、図９に示したように、回転しないように固定されたコンテナー３内に装填された高温の材料１に押し込み力Ｐ１を及ぼし、コンテナー出口において把持回転装置Ｋにより材料を回転させながら、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｊを冷却装置Ｒにより冷却し、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工する方法である。

図９の場合、把持回転装置は無駆動のローラーｒにより材料を把持し図示していないローラーハウジングを押出し軸ａの周りに回転させている。無駆動ローラーｒは材料を若干圧下し材料が進行するのを妨げプッシャー４とこの把持回転装置Ｋにより材料に軸方向の圧縮力Ｐ２を及ぼしている。

材料に軸方向圧縮力Ｐ２を作用させるのは、材料に作用する静水圧を大きくし、材料の延性を高めるためである。このようにすると材料にクラックが発生するのを抑制でき、大きいねじり変形を加えることができる。

ただし、本方法のようにローラー式の回転装置を使用する場合には、圧縮力があまりに大きくなりすぎると、コンテナーから出た材料がローラーに押し込まれるとき、材料の直径が大きくなりローラーに噛み込みにくくなったり、加工後の材料形状が円形断面から著しくずれた形状になる。

図１０と図１１は図９の把持回転装置ＫのＡ−Ａ断面図である。図１０は２ローラー式、図１１は３ローラー式である。これらのローラーはローラーの軸Ｃの周りに材料移動方向に従動して回転すると同時に全体が材料中心軸（押出し軸）ａの周りに強制的に回転させられる。

材料が室温の場合には図１３中に示したように、材料の一部Ｌを加熱装置Ｈにより加熱するとともに材料の一部Ｊを冷却装置Ｒにより冷却しながら、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり押出し加工を行う。

図１３は第４の方法における把持回転装置Ｋの別の機構を示したものである。この回転装置Ｋはクランプ部ｄ、バネ部ｓおよびハウジングｈから成り、バネの力により材料を把持したままハウジング全体を強制的に回転させることにより材料１−２を回転させることができる。

この方法においては、バネｓにより材料を締め込む力を大きくすることにより、Ｐ２をある程度大きくすることができる。また、コンテナー出口と把持回転装置の間の材料部分Ｘを水冷などの手段で冷却することによりこのことが容易に達成できるようになる。

しかし、それでもこの方法の場合、材料の減面が小さいので、押し込み力Ｐ１およびＰ２はあまり大きくはならない。そのため、コンテナー内の材料全体が把持回転装置とともに回転し、材料にねじれが生じなくなり、所期の目的を達成できなくなる場合がある。

これを防止するためには、図９中の領域Ｙのプッシャーの先端部に図１２のような凹凸をつけておくとともに、プッシャー４が回転しないようにプッシャー４を回転方向に固定しておくのがよい。さらに、次に示す第５の方法によればこの材料全体の回転をより効果的に防止することができる。

第５の方法では、図１４に示したように、高温の材料１をプッシャー４でコンテナー３に押し込み、コンテナー３とダイス２の両者を回転しないように図示していない架台に固定し、ダイス２の出口側に把持回転装置Ｋを付加し、この把持回転装置Ｋを回転しながら、ダイス２で減面加工を行う際に、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｎを冷却装置Ｒで冷却し、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり前方押し出し加工を行う。

室温の材料の場合には、コンテナー３内の材料の一部Ｕを加熱装置Ｈにより加熱するとともに一部Ｎを冷却装置Ｒで冷却し、断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり前方押し出し加工を行う。この第５の方法によれば、ダイス２により減面を行うため押し込み力Ｐ１が大きくなり、コンテナー内の材料の全体的な回転を押さえることができる。

この第５の方法の場合にも、ダイス出口と把持回転装置の間の材料部分Ｘを強制的に冷却すると回転力が増すとともに、ねじれが生じる材料部分Ｔが左方へ移動する。

第６の方法は、第５の方法で用いた把持回転装置Ｋの代わりに第２のダイスを用いることにより、より確実に材料を回転させる方法である。

すなわち、図１５に示したように、高温の材料１をプッシャー４でコンテナー３に押し込み、コンテナー３と第１のダイス２−１の両者を回転しないように図示していない架台に固定し、第１のダイス２−１の出口側に第２のダイス２−２を付加し、この第２のダイス２−２を回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う際に、コンテナー内の材料の横断面の一部Ｎを冷却し、あるいは一部Ｕを加熱するとともに一部Ｎを冷却しながら、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり前方押し出し加工を行う。

室温の材料の場合には、一部Ｕを加熱するとともに一部Ｎを冷却しながら、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり前方押し出し加工を行う。

この第６の方法においても、第２のダイス内の材料を冷却装置Ｑにより冷却しておくと、第２のダイス２−２内の材料１−３を回転する力が増し、材料のねじれが生じる位置Ｔが左方へ移動するので、第１のダイスと第２のダイスの接触位置における噛み出しを抑制することができる。

第７の方法は、第５の方法における非軸対称変形をより助長させる方法に関するものである。

すなわち、図１６に示したように、高温の材料１をプッシャー４でコンテナー３に押し込み、コンテナー３とダイス２の両者を回転しないように図示していない架台に固定し、ダイス２の出口側に把持回転装置を配置し、コンテナー３内の材料の軸心ｂが、ダイス２および把持回転装置Ｋの軸心ａと平行であるが一致しないように構成しておき、把持回転装置Ｋを回転させながら、ダイス２で減面加工を行う際に、ダイス２内の材料の一部Ｎを冷却することを特徴とする非軸対称ねじり前方押し出し加工法である。

室温の材料の場合には、材料の一部Ｕを加熱するとともに一部Ｎを冷却しながら、横断面内の温度の分布が不均一である状態でねじり前方押し出し加工を行う。

すなわち、第７の方法は、コンテナー内の押し込み軸ｂと材料出側の押出し軸ａが一致していないということ以外は第５の方法と同じである。

第８の方法は、第６の方法における非軸対称変形をより助長させる方法に関するものである。

すなわち、図１７に示したように、高温の材料１をプッシャー４でコンテナー３に押し込み、コンテナー３と第１のダイス２−１の両者を回転しないように図示していない架台に固定し、第１のダイス２−１の出口側に第２のダイス２−２を配置し、コンテナー３内の材料の軸心ｂが、第１のダイス２−１および第２のダイス２−２の軸心ａと平行であるが一致しないように構成しておき、第２のダイス２−２を回転しながら、第１のダイス２−１と第２のダイス２−２でともに減面加工を行う際に、第１のダイス内の材料の一部Ｎを冷却することを特徴とする非軸対称ねじり前方押し出し加工法である。

すなわち、第８の方法は、コンテナー内の押し込み軸ｂと材料出側の押出し軸ａが一致していないということ以外は第６の方法と同じである。

ところで、上記で説明した第１〜第８の方法は材料軸心部のひずみを大きくする方法であるが、軸心部の低ひずみ領域はその範囲が狭いので、用途によっては問題ない場合もある。たとえば、線材として用いる場合などである。また、材料のねじり回数を十分大きくすれば軸心部の低ひずみ領域をほとんど消滅させることもできる。このような場合、上記のように材料温度をあえて非軸対称にコントロールする必要はない。特に、第４〜第８の方法において以下のようにする第９〜第１３の方法は、噛み出しが少なくなるという効果もあり、産業上有効である。

すなわち、第４の方法に対応する第９の方法においては、図９を用いて説明すると、コンテナー３内の温度を高温でなおかつほぼ均一にしておいて、コンテナー３の出口側と把持回転装置Ｋの間の材料部分Ｘを冷却しながら、第４の方法と同じ押出し作業を行うのである。

第５の方法に対応する第１０の方法においては、図１４を用いて説明すると、コンテナー３内の温度を高温でなおかつほぼ均一にしておいて、ダイス２の出口側と把持回転装置Ｋの間の材料部分Ｘを冷却しながら、第５の方法と同じ押出し作業を行うのである。

第６の方法に対応する第１１の方法においては、図１５を用いて説明すると、コンテナー３内の温度を高温でなおかつほぼ均一にしておいて、第１のダイス２−１内の出口側を冷却装置Ｑで冷却しながら、第６の方法と同じ押出し作業を行うのである。

第７の方法に対応する第１２の方法においては、図１６を用いて説明すると、コンテナー３内の温度を高温でなおかつほぼ均一にしておいて、ダイス２の出口側と把持回転装置Ｋの間の材料部分Ｘを冷却しながら、第７の方法と同じ押出し作業を行うのである。もっとも、この方法はもともと非軸対称変形するので、効果は第７の方法と大差はない。

第８の方法に対応する第１３の方法においては、図１７を用いて説明すると、コンテナー３内の温度を高温でなおかつほぼ均一にしておいて、第１のダイス２−１内の出口側を冷却装置Ｑで冷却しながら、第８の方法と同じ押出し作業を行うのである。もっとも、この方法ももともと非軸対称変形するので、効果は第８の方法と大差はない。

〔実施例１〕成分がＡｌ：９９．９２％、Ｏ：０．０３％の純アルミニウムの棒材（直径２０ｍｍ、長さ６０ｍｍ）を使用し、図１８の装置を用いて、第１の方法でダイスを回転する方式のねじり前方押出し法を実施した。

図１８のコンテナー３は固定されたホルダー５により回転しないように支持され、ダイス２はホルダー６および７によりラジアルベアリング９およびスラストベアリング８−２により回転自在に支持されている。なお、８−１のスラストベアリングはコンテナー先端部とダイス２の間に生じる回転による摩擦力を軽減するために設けられている。また、ダイス２は駆動ベルト１０を介して駆動モーターＭに連結されている。

高温の材料１はコンテナー３に装填された後、プッシャー４により押し込まれ、ダイス２により減面押出し加工を受けるが、コンテナー３の後端部に設けられた冷却装置Ｒにより冷却される。冷却水はＷ１より導入されＷ２より排出される。

装置Ｒの○印および波線は水路を模式的に表したものである。ダイス２は駆動モーターＭにより回転させられる。

コンテナー部内径はφ２０ｍｍ、長さは１００ｍｍである。ダイスの内面形状は図１９に示したようにφ２０ｍｍ−φ１６ｍｍの直線状テーパーになっている。

プッシャー速度は毎分５ｍｍ、ダイス回転数は毎分４０回である。材料は別に設置されている加熱炉で無酸化雰囲気中で３００℃に加熱され、加熱炉から抽出後素早くコンテナーに装入された。

図示されていない熱電対でコンテナーの温度分布を測定し、その分布から推定した材料温度は、１ｃのあたりの偏熱度が最大で、高温部で２８０℃、低温部で８０℃であった。１ｄ部では、ダイスからの抜熱があるので低温であり、なおかつ偏熱度は小さいと予想している。

途中止め材を組織観察から、ねじり変形は１ｂ付近で最も大きくなっていた。プッシャー先端部に近い１ａ部はコンテナー内面にほぼ固着している状態であり、ねじりは受けていない。また、ダイス内の１ｄ部はねじり変形は受けていなかった。１ｃ部のねじりもあまり大きくなかった。

途中止め材の内部組織調査結果によれば、コンテナー内の未変形部１ａの結晶粒直径は平均で１２０μｍであったが、ダイス内の変形部１ｄの結晶粒の直径は、横断面内で一様であり、通常の光学顕微鏡では明確に観察できないほど微細になっていた。非常に大きいひずみが材料軸心部にも導入された結果であると思われる。

ビッカース硬度は１ａ部では平均３０であったが、１ｄ部では平均で８０に達していた。また、その分布も横断面内で一様であった。

〔実施例２〕成分がＡｌ：９９．９２％、Ｏ：０．０３％の純アルミニウムの棒材（直径２０ｍｍ、長さ８０ｍｍ）を使用し、図２０の装置を用いて、第８の方法で非軸対称ねじり前方押出し法を実施した。

図２０のコンテナー３および第１のダイス２−１は固定されたホルダー５により回転しないように支持され、ダイス２−２はホルダー６および７によりラジアルベアリング９およびスラストベアリング８−２により回転自在に支持されている。また、ダイス２−２は駆動ベルト１０を介して駆動モーターＭに連結されている。

室温の材料１はコンテナー３に装填された後、プッシャー４により押し込まれ、ダイス２−１により減面押出し加工を受けた後ダイス２−２によっても減面押出し加工を受ける。室温の材料１は１ａ部が高周波加熱装置Ｈにより最高温度が約３００℃に加熱される。図で下面のみ加熱しているので上面の温度が低く、約１８０℃であった。ダイス２−２には冷却装置が設置されている。

コンテナー部内径はφ２０ｍｍ、長さは１００ｍｍである。第１のダイスの内面形状を図２１に示した。第２のダイスの内面形状を図２２に示した。押し込み軸ｂと押出し軸ａは平行であるが、４ｍｍ偏心（オフセット）している。

プッシャー速度は毎分５ｍｍ、ダイス回転数は毎分４０回である。

途中止め材の組織観察から、ねじり変形は高温部１ａと低温部１ｃの間の１ｂ部で最も大きくなっていた。

途中止め材の内部組織調査結果によれば、コンテナー内の未変形部１ａの結晶粒直径は平均で１００μｍであったが、ダイス内の変形部１ｄの結晶粒の直径は、横断面内で一様であり、通常の光学顕微鏡では明確に観察できないほど微細になっていた。この場合も非常に大きいひずみが材料軸心部にも導入されたものと思われる。

ビッカース硬度は１ａ部では平均３５であったが、１ｄ部では平均で８５に達していた。また、その分布も横断面内で一様であった。

高温材料の偏熱ねじり前方押し出し法（ダイス回転方式）の水平断面図ねじり押出し法の水平断面図材料軸心部の低ひずみ領域の説明図

室温材料の偏熱ねじり前方押し出し法（ダイス回転方式）の水平断面図高温材料の偏熱ねじり後方押出し法（プッシャー回転方式）の水平断面図室温材料の偏熱ねじり後方押出し法（プッシャー回転方式）の水平断面図高温材料の減面しない偏熱ねじり前方押し出し法（ダイス回転方式）の水平断面図

室温材料の減面しない偏熱ねじり前方押し出し法（ダイス回転方式）の水平断面図コンテナーとローラー式把持回転装置による偏熱ねじり押出し法の水平断面図２ローラー式把持回転装置３ローラー式把持回転装置

プッシャー先端部形状コンテナーとクランプ式把持回転装置による偏熱ねじり押出し法の水平断面図コンテナー、ダイスとローラー式把持回転装置による偏熱ねじり押出し法の水平断面図コンテナー、第１のダイスと第２のダイスによる偏熱ねじり押出し法の水平断面図

偏心コンテナー、ダイスとローラー式把持回転装置による偏熱ねじり押出し法の水平断面図偏心コンテナー、第１のダイスと第２のダイスによる偏熱ねじり押出し法の水平断面図実施例１のねじり押出し装置実施例１のダイス溝形状

実施例２のねじり押出し装置実施例２の第１のダイスの溝形状実施例２の第２のダイスの溝形状

符号の説明

１材料
１−１コンテナ側材料
１−２ダイス側材料
２ダイス

３コンテナー
４プッシャー
５コンテナーホルダー
６ダイスホルダー

７ダイスホルダー
８−１スラストベアリング
８−２スラストベアリング
９ラジアルベアリング

１０駆動ベルト
１１出側プッシャー
Ｐ入側プッシャー圧力
Ｐ１入側プッシャー圧力

Ｐ２出側から材料を押す力
ａ押出し軸
ｂ押し込み軸
ｃローラーの軸

ｄクランプ部
ｈハウジング
ｒローラー
ｓスプリング

Ａ材料部分
Ｂ材料部分
Ｃ材料部分
Ｄ材料部分

Ｅ材料部分
Ｇ材料部分
Ｑ冷却装置
Ｉ材料部分

Ｊ材料部分
Ｌ材料部分
Ｎ材料部分

Ｕ材料部分
Ｖ材料部分
Ｘ材料部分

Ｙプッシャー先端を含む部分
１ａ材料部分
１ｂ材料部分
１ｃ材料部分

１ｄ材料部分
Ｒ冷却装置
Ｈ加熱装置

Ｋ材料の把持回転装置
Ｗ１冷却装置に導入される冷却水
Ｗ２冷却装置から排出される冷却水
Ｍ駆動モーター

Claims

回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料をプッシャーで押し込み、ダイスを押出し軸の周りに回転させながら変形させるとともに、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり前方押出し加工法。
底部を有するコンテナー内に装填された材料を、先端が中空の溝を有するダイス、となっている中空のプッシャーで押し込み、ダイス溝から材料を押し込み方向と逆方向へ押し出すとともに、コンテナーを押出し軸方向および回転方向に固定し、中空プッシャーを押出し軸の周りに回転させる加工において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり後方押出し法。
コンテナー内に装填された材料をプッシャー圧力Ｐ１で押し込み、コンテナー内面と同形状で同横断面積の溝を有するダイスを通過させる加工において、ダイスの出側からもプッシャーで材料の進行を妨げない程度の背圧Ｐ２をかけるとともに、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で押出し加工することを特徴とするねじり両押し押出し加工法。
回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料に押し込み力を及ぼし、コンテナー出口において材料を把持して回転させながら、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工することを特徴とするねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスによる減面加工を行うとともに、ダイスの出側に配置した把持回転装置により出側材料を出側材料の軸心の回りに回転させる加工法において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とするねじり前方押し出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の横断面の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とするねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスの出口側に出側材料の把持回転装置を配置し、コンテナー内の材料の軸心が、ダイスおよび把持回転装置の軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、この把持回転装置を回転させながら、ダイスによる減面押出し加工を行う方法において、コンテナー内の材料の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを配置し、コンテナー内の材料の軸心が、第１のダイスおよび第２のダイスの軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の一部を高温にし、一部を低温にして材料の横断面内の温度の分布が不均一である状態で加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法。
回転しないように固定されたコンテナー内に装填された材料に押し込み力を及ぼし、コンテナー出口において材料を把持して回転させながら、コンテナー内の材料の横断面内の温度の分布がほぼ均一である状態で加工することを特徴とするねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスによる減面加工を行うとともに、ダイスの出側に配置した把持回転装置により出側材料を出側材料の軸心の回りに回転させる加工法において、コンテナー内の材料の横断面内の温度の分布がほぼ均一である状態で加工を行うことを特徴とするねじり前方押し出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを付加し、この第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の横断面内の温度の分布がほぼ均一である状態で加工を行うことを特徴とするねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーとダイスの両者を回転しないように架台に固定し、ダイスの出口側に出側材料の把持回転装置を配置し、コンテナー内の材料の軸心が、ダイスおよび把持回転装置の軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、この把持回転装置を回転させながら、ダイスによる減面押出し加工を行う方法において、コンテナー内の材料の横断面内の温度の分布がほぼ均一である状態で加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法。
材料をプッシャーでコンテナーに押し込み、コンテナーと第１のダイスの両者を回転しないように架台に固定し、第１のダイスの出口側に第２のダイスを配置し、コンテナー内の材料の軸心が、第１のダイスおよび第２のダイスの軸心と平行であるが一致しないように構成しておき、第２のダイスを回転しながら、第１のダイスと第２のダイスでともに減面加工を行う加工法において、コンテナー内の材料の横断面内の温度の分布がほぼ均一である状態で加工を行うことを特徴とする非軸対称ねじり前方押出し加工法。