JP2005000996A - 材料のねじり据え込み側方押出し法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 貫通した内面溝を有する中空コンテナーのダイスと接する下端の面が該コンテナーの中心軸と直角をなす平面であり、該コンテナーの下端の面と、上部および一つの側方部がそれぞれ上方およびそれと直角をなす方向の空間に解放された溝であり、かつ上面が平面になるように形成されている該ダイスの上面を、お互いに接し、また、お互いの該溝部がつながるように配置し、材料をコンテナ入り口部に配置したプッシャーで該コンテナーの中心軸方向に該ダイス溝部内に押し込むことにより、該中心軸と直角をなす側方に該ダイス溝部から材料を押出す加工を、ダイスを架台に回転しないように固定し、コンテナーを押し込み軸の周りに回転しながら行うねじり側方押出し加工法
【選択図】 図5
Description
熱間加工とは、絶対温度で、再結晶温度以上融点以下での加工である。冷間加工とは再結晶温度以下での加工をさす。室温(20℃±20℃程度)での加工が多い。
また、金属中の析出物などを粉砕し均一微細に分散させることも可能になる。
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内部組織を持つ材料を得ることができる。
なお、相当ひずみとはひずみ比が異なる変形のひずみを相対比較できる量であり、金属学的には転位密度に相当するものである。相当ひずみの定義式はたとえば「金属塑性加工の力学」(コロナ社)など普通の塑性力学の教科書に記載されている。
Valiev, Ret al :Mat. Sci. and Eng., A137(1991),35 金武ほか:43回塑加連講演(1992)、73
Segal,V.M.:Mat.,Sci,and Eng,,A197(1995),157
その方法は、図3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3はダイス2を回転させる場合である。材料部分1−1は材料1のコンテナー3内の部分、材料部分1−2はダイス2内の押出し変形を受けた部分である。
Saito,Y.et.Al.:Acta Mater.,47(1999),579
また、材料の押し込み方向と製品の押出し方向が直角になっているので、生産ラインがコンパクトになるという利点も生じる。
第1の方法を図5の垂直断面図で示す。この図は素材が円形断面の場合である。後で示すようにこの断面は多角形など非軸対称形状でもよい。
一般的に、材料は図5中、点線の矢印で示したK位置のようなコンテナーとダイスの接触位置で噛みだしを生じやすいが、今の場合、プッシャーによる圧力が最も高いのはプッシヤーの直下位置(点線で囲った範囲X)であり、この図のように材料の直径が拡大する場合には、噛みだし発生位置Kがその圧力の高い位置から離れるので、この部分では材料に作用する圧力が低くなり、噛み出しは発生しないか非常に少なくなる。当然、素材直径に比べて製品の幅Bが大きいほど噛み出しに関しては有利になる。
Ratio=ダイス溝部の横断面の寸法(径)/素材の横断面の寸法(径)
が、押し込み軸に直角な面内の全方向で1.5より大きければ噛み出しが生じても、成品の性状が悪くなることはない。また、2.0より大きければ噛み出しが生じることはほとんど無いが、生じても成品の表面状態に影響は与えることはない。
図13(a)は、板材のねじり押出しの場合の材料の押し込み軸bと押し出し軸aを含む断面図である。斜線部がねじりを受ける材料部分である。この部分の厚さ(高さ)をUとする。素材の中心軸上の点Sは図中の太い点線に沿って点Eへ向けて移動する。その途中で、太い実線で示されたせん断変形部Nを通過する。このせん断部分のせん断方向はせん断変形部Nの両側の細い矢印付き実線で示されている。
図13(c)は素材の横断面が正方形の場合の同様の材料断面図である。図13(a)と比較するとコンテナー内部のねじり領域の厚さUが少なくなっているのがわかる。これが正方形断面と円形断面の違いであり、正方形断面素材の場合はひずみが狭い範囲に集中する。
図5や図8では、ダイスの側方部の材料出口の穴2−2が、ダイス2とコンテナー3を接触することによりはじめて形成されていた。すなわち、ダイス単体をみた場合は、ダイス2の上方の空間とそれと直角の方向の空間がダイス2の一部で仕切られていないが、図14および図15では、この材料出口の穴2−2がダイス単独で形成されている。すなわち、ダイス2単体でみてもダイス2の上方の空間とそれと直角の方向の空間がダイス2の一部2−4で仕切られている。このようにすると、図14や図15に示したようにコンテナー3とダイス2が接している面にベアリング12を配置できる点が長所となる。これにより、コンテナーとダイスの間の摩擦発熱あるいはそれに基づく焼き付きを抑えることができる。
Ratio=ダイス溝部の横断面の寸法(径)/素材の横断面の寸法(径)
が、押し込み軸に直角な面内の全方向で1.5より大きければ噛み出しが生じても、成品の性状が悪くなることはない。また、2.0より大きければ噛み出しが生じることはほとんど無いが、生じても成品の表面に影響は与えることはない。
なお、図16,図17では、製品形状を長方形断面としたが、当然5−1の穴の形状を変えれば多角形、L形、H形など各種の断面形状を持った形材を成形することができる。
Ratio=ホルダーの内径/素材の横断面の寸法(径)
が、押し込み軸に直角な面内の全方向で1.5より大きければ噛み出しが生じても、成品の性状が悪くなることはない。また、2.0より大きければ噛み出しが生じることはほとんど無いが、生じても成品の表面に影響は与えることはない。
プッシャー速度は毎分5mm、ダイス回転数は毎分20回である。加工前の材料温度は室温(20℃)である。
プッシャー速度は毎分5mm、ダイス回転数は毎分20回である。加工前の材料温度は室温(20℃)である。
コンテナー部内径はφ20mm、長さは100mmである。
プッシャー速度は毎分5mm、ダイス回転数は毎分20回である。加工前の材料温度は室温(20℃)である。
なお、実施例では示していないが、コンテナー3の内面溝の横断面が非軸対称の場合には当然、プッシャー4はコンテナー3とともに回転するので連結部4aはこの回転を妨げるような構造であってならない。
1−1 材料の1部分(コンテナー内)
1−2 材料の1部分(ダイス内)
1a 材料部分
1b 材料部分
1c 材料部分
1d 材料部分
2 ダイス
2−1 ダイスとコンテナーで形成された溝の内、上方空間に通じるダイス内の部分
2−2 ダイスとコンテナーで形成された溝の内、側方空間に通じるダイス内の部分
2−3 ダイス上端の平面部分
2−4 ダイスの上方穴と側方穴を区分するダイスの一部分
2A ダイスの外形
2B ダイス溝の形状
3 コンテナー
3−1 コンテナー下端の平面部分
3A コンテナーの外形
3B コンテナーの内形
4 プッシャー
4−1 上パンチ
4−2 下パンチ
6 コンテナーとダイスのホルダー
5−1 コンテナーとダイスのホルダーの側方に開けられた材料押し出し用の穴
6 コンテナーホルダー
7 コンテナーホルダー
8 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 架台
12 スラストベアリング
A 材料部分
B 成品の幅
C 成品の押出し軸後方の部分の長さ
D 素材の直径
E 材料移動の終了点
H 加熱装置
I 材料部分
J 材料部分
K 噛み出しが発生する可能性のある位置
M 駆動モーター
N 材料内のせん断変形位置
O 平面図上のコンテナー中心軸
P 入側プッシャー圧力
P1 入側プッシャー圧力
P2 出側プッシャー圧力(背圧)
Q 冷却装置
R コーナーR
S 材料移動の出発点
T 成品の厚さ
Tr トルク
U ねじりを受ける材料部分
V 材料が押し出される速度
X プッシャー直下の大きい圧力を受ける材料部分
a 押し出し軸
b 押し込み軸
c 材料の偏心押し出し中心軸
d 側方押し出し偏心量
φ 角度
Claims (10)
- 貫通した内面溝を有するコンテナーのダイスと接する下端の面が該コンテナーの中心軸と直角をなす平面であり、該コンテナーの下端の面と、上部および一つの側方部がそれぞれ上方およびそれと直角をなす方向の空間に解放された溝であり、かつ上面が平面になるように形成されている該ダイスの上面を、お互いに接し、また、お互いの該溝部がつながるように配置し、材料をコンテナー入り口部に配置したプッシャーで該コンテナーの中心軸方向に該ダイス溝部内に押し込むことにより、該中心軸と直角をなす側方に該ダイス溝部から材料を押出す加工を、該ダイスを架台に回転しないように固定し、該コンテナーをその中心軸の周りに回転しながら行うねじり据え込み側方押出し加工法。
- 請求項1において、ダイスの上方およびそれと直角をなす方向の空間がダイスの一部で仕切られていないことを特徴とするねじり据え込み側方押出し加工法。
- 請求項1において、ダイスの上方およびそれと直角をなす方向の空間がダイスの一部で仕切られていることを特徴とするねじり据え込み側方押出し加工法。
- 貫通した筒状内面溝を有する下部の外面の横断面が円形形状であるコンテナーの下部の外径と、上部の外面の横断面が円形形状である円柱状のダイスの上部の外径を、ともに、貫通した円形断面の内面溝を有するホルダーの内径よりわずかに小さく製作し、該ホルダー内に該コンテナーと該ダイスを該コンテナーが上になるようにして、しかも該コンテナーと該ダイスが接触しないようにTだけ離して挿入することと、該ホルダーの上下方向のほぼ中央部側方に最大高さがT以下で横幅は該ホルダーの直径より小さい穴をあけて、この部分が該コンテナーと該ダイスの高さTの隙間部分と丁度繋がるように配置することにより形成された上方の空中および側方の空中に通じている空洞部を加工のための溝部として、該コンテナーに装填された材料を該コンテナー入り口部に配置したプッシャーで下方に押し込み材料の直径を増大させるとともに側方から材料を押し出す加工を、該ダイスと該ホルダーを架台に回転しないように固定し、該コンテナーをその中心軸の周りに回転しながら行うねじり据え込み側方押出し加工法。
- 貫通した内面溝を有するコンテナーのダイスと接する下端の面が該コンテナーの中心軸と直角をなす平面であり、該コンテナーの下端の面と、上部および一つの側方部がそれぞれ上方およびそれと直角をなす方向の空間に解放された溝であり、かつ上面が平面になるように形成されている該ダイスの上面を、お互いに接し、また、お互いの該溝部がつながるように配置し、該コンテナー内に装填された材料をプッシャーにより該コンテナーから該溝部へ押し込み、該ダイスを回転しないように架台に固定し、該コンテナーを該コンテナーの中心軸の周りに回転させながら、該溝部の側方へ該材料を押し出すことが可能になるように構成された、該コンテナー、該ダイス、該プッシャー、該コンテナーの回転装置および支持装置、該ダイスの支持装置、該プッシャーの駆動装置、およびこれらの部品や装置が機能するように配置するための架台からなる装置。
- 貫通した筒状内面溝を有する下部の外面の横断面が円形形状であるコンテナーの下部の外径と、上部の外面の横断面が円形形状である円柱状のダイスの上部の外径を、ともに、貫通した円形断面の内面溝を有するホルダーの内径よりわずかに小さく製作し、該ホルダー内に該コンテナーと該ダイスを該コンテナーが上になるようにして、しかも該コンテナーと該ダイスが接触しないようにTだけ離して挿入することと、該ホルダーの上下方向のほぼ中央部側方に最大高さがT以下で横幅は該ホルダーの直径より小さい穴をあけて、この部分が該コンテナーと該ダイスの高さTの隙間部分と丁度繋がるように配置することにより形成された上方の空中および側方の空中に通じている空洞部を加工のための溝部として、該ダイスと該ホルダーを架台に回転しないように固定し、該コンテナーをその中心軸の周りに回転しながら、該コンテナーに装填された材料を該コンテナー入り口部に配置したプッシャーで下方に押し込み材料の直径を増大させるとともに側方から材料を押し出す加工が可能になるように構成された、該コンテナー、該ダイス、該ホルダー、該プッシャー、該コンテナーの回転装置および支持装置、該ダイスの支持装置、該プッシャーの駆動装置、およびこれらの部品や装置が機能するように配置するための架台からなる装置。
- 請求項1において、材料を構成する物質の融点が最も低い物質の融点(絶対温度)の90%以下の温度で加工することを特徴とする1種類の物質から構成される材料、あるいは2種類以上の物質が混合された材料、あるいは2種類以上の物質から構成される複合材料のねじり据え込み側方押出し加工法。
- 請求項1において、室温で加工することを特徴とする材料のねじり据え込み側方押出し加工法。
- 請求項4において、材料を構成する物質の融点が最も低い物質の融点(絶対温度)の90%以下の温度で加工することを特徴とする1種類の物質から構成される材料、あるいは2種類以上の物質が混合された材料、あるいは2種類以上の物質から構成される複合材料のねじり据え込み側方押出し加工法。
- 請求項4において、室温で加工することを特徴とする材料のねじり据え込み側方押出し加工法。
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2004
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