JP2014151365A - INDIRECT EXTRUDING METHOD OF Al ALLOY MATERIAL - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Al合金を主成分とする筒状のAl合金素材を間接押出により中空体に成形するAl合金素材の間接押出方法に関するものである。特に、高硬度なAl合金素材でも、押出開始時のAl合金の必要押出圧力を効果的に低減して容易に押出することができるAl合金素材の間接押出方法に関する。 The present invention relates to an indirect extrusion method for an Al alloy material in which a cylindrical Al alloy material mainly composed of an Al alloy is formed into a hollow body by indirect extrusion. In particular, the present invention relates to an indirect extrusion method for an Al alloy material that can effectively extrude even a high hardness Al alloy material by effectively reducing the required extrusion pressure of the Al alloy at the start of extrusion.
アルミニウム(以下Al)やその合金からなる筒や管などの中空体は、一般に引抜や押出により製造される。押出に使用する装置としては、例えば、特許文献1に示すものがある。
A hollow body such as a cylinder or tube made of aluminum (hereinafter referred to as Al) or an alloy thereof is generally manufactured by drawing or extrusion. As an apparatus used for extrusion, for example, there is one shown in
特許文献1の押出機は、両端が開口するコンテナと、コンテナの一端側に配置されて中空体の外径を規定するダイスと、コンテナの他端側に配置される環状のルーズダミーと、ダイスとルーズダミーとの間に配置されるマンドレルとを備える。マンドレルは、中空体の内径を規定するベアリングと、ベアリングからルーズダミー側に向かって径が広がるテーパー面と、テーパー面に連続して形成される一様な外径を有する太径部とで構成される。この押出機では、マンドレルのベアリングとテーパー面との境界近傍にダイスを配置するようにベアリングの一部がダイスに挿入配置され、ルーズダミーの中空箇所にマンドレルの太径部が摺動自在に挿通配置される。そして、マンドレルをビレット(被加工材)に挿入させた状態で、ダイスとマンドレルとを一体にルーズダミー側方向へ移動させて、押出開始から押出途中、ダイスとベアリングとの間隔が両者の相対的移動に関係なく一定であるため、ビレットをダイスから押し出す間接押出により、一様な厚さの押出形材(中空体)を成形している。
The extruder disclosed in
近年、より高硬度な中空体が望まれており、Al合金において、高硬度化に寄与する添加元素の含有量を増加することが考えられる。しかし、上記添加元素の含有量が多く高硬度なAl合金は、合金自体の変形(押出)抵抗が高い(塑性変形性に劣る)、即ち、塑性変形させるために必要な押出圧力が高い傾向にある。例えば、押出圧力の大きい押出機を用いれば、このようなAl合金からなる被加工材でも押出し易くなるが、設備が大がかりになり易い。一方、押出圧力の小さい押出機を用いれば、上記被加工材は一様な厚さの成形体を成形できない場合や、そもそも上記被加工材を押し出せない場合がある。従来の押出機では、上述のようにダイスとベアリングとの間隔が一定の状態で被加工材をダイスから押し出しているため、押出開始時の押出比とそれ以降の押出比とが同じであり、変形抵抗の高い被加工材の場合、上記被加工材を押し出せない虞がある。 In recent years, hollow bodies with higher hardness have been desired, and it is conceivable to increase the content of additive elements that contribute to higher hardness in Al alloys. However, Al alloys with a high content of the above additive elements and high hardness have a high deformation (extrusion) resistance of the alloy itself (inferior in plastic deformability), that is, tend to have a high extrusion pressure required for plastic deformation. is there. For example, if an extruder with a high extrusion pressure is used, it is easy to extrude even a workpiece made of such an Al alloy, but the equipment tends to be large. On the other hand, if an extruder with a low extrusion pressure is used, the workpiece may not be able to form a molded body having a uniform thickness, or the workpiece may not be extruded in the first place. In the conventional extruder, as described above, since the workpiece is extruded from the die with a constant distance between the die and the bearing, the extrusion ratio at the start of extrusion and the extrusion ratio thereafter are the same, In the case of a workpiece having a high deformation resistance, there is a possibility that the workpiece cannot be extruded.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、押出開始時の必要押出圧力を低減して、高硬度なAl合金素材を容易に押出できるAl合金素材の間接押出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of its purposes is indirect extrusion of an Al alloy material that can easily extrude a high hardness Al alloy material by reducing the required extrusion pressure at the start of extrusion. It is to provide a method.
本発明者らは、高硬度なAl合金素材において、押出開始時の必要押出圧力を低減することを検討した。その結果、軸方向において外径が小の部分と大の部分とを有するマンドレルを用い、押出初期(開始時)はマンドレルの径が小の部分で、それ以降はマンドレルの径が大の部分で押出することで、押出開始時に高硬度なAl合金素材をダイスから押し出し易くできて、かつ所望の内径の成形品を得ることができる、との知見を得た。この知見に基づいて、本発明を以下に規定する。 The inventors of the present invention studied reducing the required extrusion pressure at the start of extrusion in a high hardness Al alloy material. As a result, a mandrel having a small outer diameter and a large outer diameter in the axial direction is used, and at the beginning of extrusion (at the start), the mandrel has a small diameter, and after that, the mandrel has a large diameter. It was found that by extruding, a high hardness Al alloy material can be easily extruded from a die at the start of extrusion, and a molded product having a desired inner diameter can be obtained. Based on this finding, the present invention is defined below.
本発明のAl合金素材の間接押出方法は、環状のダイスと、棒状のマンドレルとを備える間接押出機を用い、Al合金素材をダイスの内周とマンドレルの外周との間から押出して中空体を成形する方法である。マンドレルは、本体部と、本体部の一端側に設けられ、本体部よりも外径の小さい小径部とを有する。そして、押出は、ダイスと小径部との間から開始し、その後、ダイスと本体部との間で中空体を成形するように行う。 The indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention uses an indirect extruder including an annular die and a rod-shaped mandrel, and extrudes the Al alloy material from between the inner periphery of the die and the outer periphery of the mandrel to form a hollow body. This is a molding method. The mandrel includes a main body portion and a small diameter portion that is provided on one end side of the main body portion and has an outer diameter smaller than that of the main body portion. Then, the extrusion is started from between the die and the small diameter portion, and thereafter, the hollow body is formed between the die and the main body portion.
上記の方法によれば、Al合金素材を容易に押出できる。小径部で押出を開始することで、本体部で押出を開始する場合に比べて押出比を小さくできる。そのため、押出途中に比べて比較的大きな押出圧力が必要である押出開始時の必要押出圧力を、本体部で押出を開始する場合の必要押出圧力よりも小さくできるからである。 According to the above method, the Al alloy material can be easily extruded. By starting extrusion at the small diameter portion, the extrusion ratio can be made smaller than when extrusion is started at the main body portion. For this reason, the necessary extrusion pressure at the start of extrusion, which requires a relatively large extrusion pressure as compared with the middle of extrusion, can be made smaller than the necessary extrusion pressure when starting extrusion at the main body portion.
本発明のAl合金素材の間接押出方法の一形態として、小径部での押出比が18以下であることが挙げられる。 As one form of the indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention, the extrusion ratio at the small diameter portion is 18 or less.
上記構成によれば、押出開始時の押出比が小さいため、押出開始時の必要押出圧力を低くできる。 According to the said structure, since the extrusion ratio at the time of an extrusion start is small, the required extrusion pressure at the time of an extrusion start can be made low.
本発明のAl合金素材の間接押出方法の一形態として、マンドレルは、本体部と小径部とを連結し、本体部から小径部にかけて径の狭まる傾斜面からなる傾斜部を有することが挙げられる。この場合、マンドレルの傾斜面の延長面と前記本体部の外周面とのなす角を前記傾斜面の傾斜角とするとき、前記傾斜角が、10°以上30°以下であることが好ましい。 As one form of the indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention, the mandrel includes a sloped portion formed by connecting a main body portion and a small diameter portion and having an inclined surface whose diameter decreases from the main body portion to the small diameter portion. In this case, when the angle formed by the extended surface of the inclined surface of the mandrel and the outer peripheral surface of the main body portion is the inclined angle of the inclined surface, the inclined angle is preferably 10 ° or more and 30 ° or less.
上記構成によれば、上記傾斜角を10°以上とすることで、小径部での押出比を所望の押出比とする際、傾斜部における軸方向の長さが長くならない。上記傾斜角を30°以下とすることで、小径部から本体部にかけて押出比の急激な上昇を抑制でき、押出開始からそれ以降にかけて円滑に押出ができる。
According to the said structure, when making the said inclination-
本発明のAl合金素材の間接押出方法は、高硬度なAl合金素材を容易に押出できる。 The indirect extrusion method of an Al alloy material of the present invention can easily extrude a high hardness Al alloy material.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
《Al合金素材の間接押出方法》
本発明のAl合金素材の間接押出方法は、ダイスとマンドレルとを備える間接押出機を用いて、Al合金素材を押し出して中空体を成形する方法である。本発明のAl合金素材の間接押出方法の主たる特徴は、軸方向において外径が小の部分と大の部分とを有するマンドレルを用い、押出初期(開始時)はマンドレルの径が小の部分で、それ以降はマンドレルの径が大の部分で押出する点にある。まず、図1、2を参照して、間接押出に使用する間接押出機の一例を説明し、続いて間接押出機を用いてAl合金素材を押し出す押出方法を説明する。
《Indirect extrusion method of Al alloy material》
The indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention is a method of forming a hollow body by extruding an Al alloy material using an indirect extruder equipped with a die and a mandrel. The main feature of the indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention is that a mandrel having a portion with a small outer diameter and a large portion in the axial direction is used. After that, the mandrel has a large diameter to be extruded. First, an example of an indirect extruder used for indirect extrusion will be described with reference to FIGS. 1 and 2, and then an extrusion method for extruding an Al alloy material using the indirect extruder will be described.
〔間接押出機〕
間接押出機100は、コンテナ110と、ダイス121及びステム122を有するダイステム120と、ラム130と、ダミーブロック140と、マンドレル150とを備える。
(Indirect extruder)
The
コンテナ110は、被加工材(後述)を内部に収納して被加工材を加圧するための部材であり、両端が開口する筒状に構成されている。コンテナ110の一端側(図1左側)には、コンテナ110の内周面に接する環状のダイステム120が配置されている。ダイステム120は、押出により成形される成形品の外径を規定する環状のダイス121と、ダイス121を支持するステム122とを有する。一方、コンテナ110の他端側には、コンテナ110の端面に当接される中空状のラム130が設けられている。ラム130におけるダイス121との対向面には、コンテナ110の内周面に接する環状のダミーブロック140を当接させている。ラム130及びダミーブロック140の中心には、棒状(円柱状)のマンドレル150を挿通させて一体に固定している。それにより、マンドレル150はコンテナ110に対して位置決めされている。
The
この間接押出機100は、コンテナ110が図示しない本体装置に固定され、ダイステム120がコンテナ110の一端側から他端側に移動する。このダイステム120のコンテナ110他端側への移動に伴い、コンテナ110内の被加工材に圧力を付加して被加工材をダイス121の内周とマンドレル150の外周との間から押出す。なお、ダイステムを固定して、ラムによりコンテナをダイステム側へ移動させてもよい。その場合、ラム及びコンテナの移動に伴いダミーブロック及びマンドレルもダイステム側へコンテナと一体に移動する。
In the
[マンドレル]
マンドレル150は、被加工材に挿入され、ダイステム120のコンテナ110他端側への移動により被加工材をダイス121から押出して成形される成形品の内径を規定する棒状体である。マンドレル150は、ダイス121の内径diよりも径の小さい本体部151と、本体部151におけるダイス121側(コンテナ110一端側)の先端に本体部151の外径dbよりも径の小さい小径部152とを備える。
[Mandrel]
The
本体部151は、成形品の内径を規定する。本体部151の外径dbは、成形品の所望の内径となるように適宜選択すればよい。一方、小径部152は、被加工材の押出を小径部152で行う際、押出開始時の押出比を小さくする。小径部152の外径dsの本体部151の外径dbに対する大きさは、成形品の押出比よりも十分に押出比を小さくして、押出開始時の必要押出圧力を低減できる程度とする。具体的には、小径部での押出比が18以下であることが好ましい。そうすることで、押出開始時の必要押出圧力を十分小さくできる。押出比は、コンテナ110の内径の断面積を、ダイス121の内径diと小径部152の外径dsとで決まる成形品の断面積で除した値を言う。この押出比は、特に12以上とすることが好ましい。一方、小径部152での押出比と本体部151での押出比の差の上限は15程度とする。そうすれば、押出開始時と押出途中とで押出比の急激な変化を抑制して円滑に押出できる。
The
マンドレル150は、本体部151と小径部152とを繋ぐ傾斜部153を有することが好ましい。この傾斜部153は、本体部151から小径部152側に外径の狭まる傾斜面で構成されている。この傾斜部153により、押出の際、ダイス121(ダイステム120)が小径部152から本体部151側へ移動する際、被加工材を押し出し易い。特に、傾斜部153の傾斜角度αを10°以上30°以下とすることが好ましい(図2)。この傾斜角度αは、本体部151の外周面と傾斜部153の傾斜面の延長面とのなす角を言う。傾斜部153の傾斜角度αを10°以上とすることで、小径部152での押出比を所望の押出比とする際、傾斜部153における軸方向の長さが長くならない。傾斜部153の傾斜角度αを30°以下とすることで、小径部152から本体部151にかけて押出比の急激な上昇を抑制でき、押出開始からそれ以降にかけて円滑に押出ができる。
The
〔製造工程〕
このような間接押出機100を用いて本発明のAl合金素材の間接押出方法を説明する。具体的には、筒状のAl合金素材を準備する準備工程と、Al合金素材を間接押出機100に装填する装填工程と、Al合金素材を押出して中空体を成形する押出工程とを備える。
〔Manufacturing process〕
The indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention using such an
[準備工程]
準備工程で準備するAl合金素材1は、Al合金を主成分とする。ここでは、Al合金を主成分とするとは、添加元素を含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金のみの場合と、硬質粒子を含有し、残部が上記Al合金からなる場合とを含む。添加元素としては、例えば、Si,Fe,Mn,Mg,及びCuの少なくとも一種が挙げられる。硬質粒子としては、例えば、Al2O3が挙げられる。その他、固体潤滑剤として、グラファイト、MoS2、及びボロンナイトライド等を含むこともできる。
[Preparation process]
The
Al合金素材1の成形は、例えば、CIP(冷間静水圧プレス)を利用することが挙げられる。この成形によりAl合金素材1の形状を最終成形品形状(円筒状)とする。
For example, the
[装填工程]
充填工程では、コンテナ110内にAl合金素材1を装填する。具体的には、コンテナ110内でAl合金素材1にマンドレル150を挿入した状態にする。そして、Al合金素材1の一端面には、ダミーブロック140に当接させ、他端面には、ダイス121に当接させた状態とする(図1(A))。このとき、Al合金素材1とダイス121との当接面の位置は、マンドレルの小径部152と傾斜部153との境界よりも小径部152側に位置させる。そうすれば、ダイス121内周とマンドレル150の外周との間隔を広く確保できるため、押出を開始し易くなる。特に、上記当接面の位置は、上記境界に近いほど、Al合金素材1を押し出した際、先端部に形成される肉厚部(図1(B))を少なくすることができる。ここでは、上記当接面の位置を上記境界よりも少し小径部152側に配置している。
[Loading process]
In the filling process, the
[押出工程]
押出工程では、ダイステム120をコンテナ110他端側へ移動させてAl合金素材1をダイス121の内周とマンドレル150の外周との間から押し出してAl合金中空体10を成形する。具体的には、上述のようにAl合金素材1とダイス121との当接面の位置を小径部152と傾斜部153との境界近傍に配置した状態(図1(A))で押出を開始する。押出開始時は、図1(B)に示すように、まず、小径部152の外径dsに相当する内径と、ダイス121の内径diに相当する外径とを有する厚肉部1tが成形される。そのまま続けて押し出すことで、図1(C)に示すように、本体部151の外径dbに相当する内径と、ダイス121の内径diに相当する外径とを有するAl合金中空体10が成形される。
[Extrusion process]
In the extrusion process, the
この押出工程におけるAl合金素材1の押出圧力は、340MPa以下、好ましくは300MPa以下とすることが挙げられる。マンドレル150を上記構成として、マンドレル150の小径部152で押出を開始することで、押出圧力が340MPa以下と小さくても、高硬度なAl合金素材1を容易に押出できる。
The extrusion pressure of the
押出速度は2mm/s〜5mm/sとすることが挙げられ、押出温度は480〜540℃、押出開始時の押出比(Al合金素材1の断面積A0に対する厚肉部1tの断面積A1の比A0/A1)は12〜18とすることが好ましい。この押出速度範囲であれば、割れや表面欠陥の発生を低減しつつ、生産性を向上できる。ここで言う押出速度は押出機のダイステム120の速度のことであり、成形品の押出速度は、ダイステム120の速度と押出比との積で表わされる。具体的な成形品の押出速度は、24mm/s〜90mm/sとすることが好ましい。
The extrusion speed is 2 mm / s to 5 mm / s, the extrusion temperature is 480 to 540 ° C., the extrusion ratio at the start of extrusion (the cross-sectional area A of the thick part 1t relative to the cross-sectional area A 0 of the Al alloy material 1) 1 ratio A 0 / A 1 ) is preferably 12-18. Within this extrusion speed range, productivity can be improved while reducing the occurrence of cracks and surface defects. The extrusion speed here refers to the speed of the
[その他の工程]
押出開始時により成形される厚肉部1tは、押出工程終了時にAl合金中空体10の先端に残存した状態となる。この厚肉部1tは、本来不要部分であり切断する。その他、Al合金中空体10に対して、適宜、切断加工、機械加工、仕上げ加工などを施すことが挙げられる。それにより、所望の寸法精度のAl合金中空体10を得ることができる。
[Other processes]
The thick part 1t formed at the start of extrusion remains in the tip of the Al alloy
《作用効果》
上述したAl合金素材の間接押出方法によれば、小径部で押出を開始することで、本体部で押出を開始する場合に比べて押出比を小さくできる。そのため、押出途中に比べて比較的大きな押出圧力が必要である押出開始時の必要押出圧力を、本体部で押出を開始する場合の必要押出圧力よりも小さくできる。従って、高硬度なAl合金素材を容易に押出できてAl合金中空体を成形できる。即ち、間接押出機として大がかりな設備を擁さなくてもよい。
<Effect>
According to the indirect extrusion method of the Al alloy material described above, the extrusion ratio can be reduced by starting extrusion at the small diameter portion as compared with the case of starting extrusion at the main body portion. Therefore, the required extrusion pressure at the start of extrusion, which requires a relatively large extrusion pressure as compared to the middle of extrusion, can be made smaller than the necessary extrusion pressure when starting extrusion at the main body. Therefore, it is possible to easily extrude a high hardness Al alloy material and form an Al alloy hollow body. That is, it is not necessary to have a large facility as an indirect extruder.
《試験例》
図1を参照して説明した間接押出機100を用いて、Al合金素材1を押出した。本例では、本体部151の外径が62mm、小径部152の外径が49mmのマンドレル150を用いた。傾斜部153の傾斜角度αは20°とした。ダイス121の内径diは、72mmとした。
《Test example》
The
まず、エアアトマイズ法によって、Siを17質量%、Feを5質量%、Cuを3.5質量%、Mgを1質量%、Mnを0.5質量%含有し、残部がAl及び不可避的不純物からなるAl合金粉末を作製した。次に、CIP(冷間静水圧プレス)によりAl合金粉末を円筒状に成形してAl合金素材1を用意した。
First, by air atomization method, Si is contained by 17% by mass, Fe by 5% by mass, Cu by 3.5% by mass, Mg by 1% by mass, and Mn by 0.5% by mass with the balance being Al and inevitable impurities. An Al alloy powder comprising: Next, Al alloy powder was formed into a cylindrical shape by CIP (cold isostatic pressing) to prepare an
Al合金素材1を雰囲気炉で加熱した後、間接押出機100のコンテナ110内に装填する。コンテナ110内の円筒状のAl合金素材1の中心孔にマンドレル150を挿入した状態で、ダイステム120によりAl合金素材1の端面を押圧してダイス121の内周とマンドレル150の外周から押出す。その際、ダイス121の押出圧力を330MPa、押出温度を480℃、押出速度を3mm/s、押出開始時の押出比を12として押し出した。
After the
その結果、厚さ10mm(外径:72mm、内径:62mm)、長さ6000mmのAl合金中空体10を成形した。これは、小径部152で押出開始したことで、押出比を小さくして押出開始時の必要押出圧力を小さくできたからである。
As a result, an Al alloy
一方、小径部を有さず、軸方向に一様な外径からなるマンドレルを用意して、上述したAl合金素材1を上述と同様の条件で押出したところ、押出できなった。押出比が、押出開始からそれ以降一定であるため、押出開始時の必要押出圧力を低減できなかったからだと考えられる。
On the other hand, when a mandrel having an outer diameter uniform in the axial direction without a small diameter portion was prepared and the above-described
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
本発明のAl合金素材の間接押出方法は、自動車や自動二輪などの内燃機関用部品の成形に好適に利用できる。本発明のAl合金素材の間接押出方法により成形されたAl合金中空体は、自動車や自動二輪などの内燃機関用部品に好適に利用できる。 The indirect extrusion method of an Al alloy material of the present invention can be suitably used for molding parts for internal combustion engines such as automobiles and motorcycles. The Al alloy hollow body formed by the indirect extrusion method of the Al alloy material of the present invention can be suitably used for components for internal combustion engines such as automobiles and motorcycles.
100 間接押出機
110 コンテナ
120 ダイステム 121 ダイス 122 ステム
130 ラム
140 ダミーブロック
150 マンドレル 151 本体部 152 小径部 153 傾斜部
1 Al合金素材
10 Al合金中空体 1t 厚肉部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記マンドレルは、本体部と、前記本体部の一端側に設けられ、前記本体部よりも外径の小さい小径部とを有し、
前記押出は、前記ダイスと前記小径部との間から開始し、その後、前記ダイスと前記本体部との間で前記中空体を成形するように行うAl合金素材の間接押出方法。 An indirect extrusion method in which a hollow body is formed by extruding an Al alloy material from between the inner periphery of the die and the outer periphery of the mandrel using an indirect extruder including an annular die and a rod-shaped mandrel,
The mandrel has a main body portion and a small diameter portion that is provided on one end side of the main body portion and has a smaller outer diameter than the main body portion,
The indirect extrusion method of an Al alloy material, in which the extrusion is started between the die and the small diameter portion, and then the hollow body is formed between the die and the main body portion.
前記マンドレルの傾斜面の延長面と前記本体部の外周面とのなす角を前記傾斜面の傾斜角とするとき、前記傾斜角が、10°以上30°以下である請求項1または2に記載のAl合金素材の間接押出方法。 The mandrel connects the main body part and the small diameter part, and has an inclined part composed of an inclined surface whose diameter decreases from the main body part to the small diameter part,
The inclination angle is 10 ° or more and 30 ° or less when an angle formed by an extended surface of the inclined surface of the mandrel and an outer peripheral surface of the main body portion is an inclination angle of the inclined surface. Indirect extrusion method of Al alloy material.
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