JP2017006988A - 押出ダイ予熱装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】押出ダイを予熱する新規の装置および方法を提供する。【解決手段】押出ダイ予熱装置は、第1の発熱体群を支持する互いに向かい合う第1の複数の壁、および第2の発熱体群を支持する互いに向かい合う第2の複数の壁を含む少なくとも1つのダイオーブンと、第1の発熱体群と第2の発熱体群とを互いに独立に動作させて少なくとも1つのダイオーブンに配置された押出ダイを予熱するように構成されたコントローラとを有する。【選択図】図1
Description
本発明は、概して押出成形に関し、特に押出ダイ予熱装置および方法に関する。
押出成形では、押出プレスを使用してワークピースを押出ダイから押し出すことによってワークピースを成形する。このプロセスの間、押し出されるワークピースの断面形状は一般に、押出ダイ開口の形状に従う。押出成形が行われる温度に応じて、熱間押出または冷間押出のいずれかを使用して、金属および金属合金を押し出すことができる。熱間押出時には、ワークピースと押出ダイがどちらも高温に維持される。たとえば、アルミニウムおよびアルミニウム合金は通常、約350℃から約500℃の範囲の温度で熱間押出される。
熱間押出プロセスの間、押出ダイは通常、押出プレスに設置される前に別個のオーブン内で押出温度に予熱される。この予熱によって、押出プレスを動作条件にするのに必要な時間が短縮され、それによって押出プレスのスループットが増大する。
押出ダイを予熱する機器は以前から検討されている。たとえば、シュワルツの米国特許第7393205号明細書は、押出ダイを押出成形機に設置する前に加熱し、それによって、押出ダイが規定の温度まで加熱され、この温度に維持される装置を開示している。この装置は、オーブンカバーを含む少なくとも1つの充填・排出開口部を有する断熱された気密性のオーブンハウジングを有し、オーブンハウジング内部に、押出ダイを配置することのできるインパクトノズルフィールドがある。この装置は、インパクトノズルフィールドの開口部を通って流れる流体を加熱する加熱手段を備える。
ブラッシュらの米国特許第6884969号明細書は、ダイを保持するダイクレードルを有する赤外線ダイオーブンを開示している。ダイクレードルとダイとの直接的な接触を維持するために熱電対がダイクレードル内に位置している。熱電対に接続されたコントローラがダイの温度を連続的に読み取る。ダイがしきい値温度に達すると、オーブン内の赤外線発熱体の強度が低下する。ダイが所望の温度に達すると、コントローラはヒータ強度を連続的に調整してダイを所望の温度に維持する。
ペデルソリの欧州特許出願第0529198号明細書は、アルミニウムおよびその合金を押し出すためにダイを予熱する調節雰囲気炉を開示している。この炉は、側壁の一部において、外部環境に対して密に密閉することのできる少なくとも1つのチャンバを区画する支持フレームと、外側に開放することができ予熱すべき部分の支持フレームを有するチャンバドアと、チャンバを加熱する抵抗器とを含む。
押出ダイを予熱する既知の装置および方法は適切であるかもしれないが、一般に改良することが望まれている。したがって、目的は、少なくとも押出ダイを予熱する新規の装置および方法を提供することである。
したがって、一態様では、押出ダイを予熱する方法であって、第1の発熱体群および第2の発熱体群を使用して押出ダイを加熱することと、次いで第1の発熱体群のみを使用して押出ダイを加熱して押出ダイを所望の予熱温度にするか、または第1の発熱体群および第2の発熱体群を使用して押出ダイを加熱し、第2の発熱体群を低下させた電力で動作させて押出ダイを所望の予熱温度にすることとを含む方法が提供される。
第1の発熱体群は押出ダイの概ね平坦な端面と向かい合い、第2の発熱体群は押出ダイの湾曲した外面と向かい合う。
第1の発熱体群および第2の発熱体群を使用した加熱の間、押出ダイは、所望の予熱温度よりも高い周囲温度に達するまで加熱されてもよい。
所望の予熱温度は、約750°Fから約900°Fの範囲であってもよい。所望の予熱温度は約875°Fであってもよい。
別の態様では、押出ダイ予熱装置であって、第1の発熱体群を支持する互いに向かい合う第1の複数の壁、および第2の発熱体群を支持する互いに向かい合う第2の複数の壁を含む少なくとも1つのダイオーブンと、第1の発熱体群と第2の発熱体群とを互いに独立に動作させて少なくとも1つのダイオーブンに配置された押出ダイを予熱するように構成されたコントローラとを有する押出ダイ予熱装置が提供される。
第1の発熱体群は、押出ダイの概ね平坦な端面と向かい合うように位置してよく、第2の発熱体群は押出ダイの湾曲した外面と向かい合うように位置する。
コントローラは、周囲温度が第1の温度に達するまで第1の発熱体群および第2の発熱体群を動作させ、次いで第1の発熱体群のみを動作させて押出ダイを第2の温度にするか、または第1の発熱体群および第2の発熱体群を動作させ、第2の発熱体群を低下させた電力で動作させて押出ダイを第2の温度にするように構成されてもよい。
第1の温度は第2の温度より高くてもよい。第1の温度は約900°Fから約1100°Fの範囲であってもよい。第2の温度は押出ダイの所望の予熱温度であってもよい。所望の予熱温度は約750°Fから約900°Fの範囲であってよい。所望の予熱温度は約875°Fであってもよい。
さらに別の態様では、押出ダイを予熱する方法であって、押出ダイを概ね囲む位置に配置された複数の発熱体を使用して押出ダイを加熱することと、次いで発熱体の第1の発熱体群のみを使用して押出ダイを加熱するか、または複数の発熱体の第2の発熱体群が低下させた電力で動作する状態で複数の発熱体を使用して押出ダイを加熱することを含む方法が提供される。
複数の発熱体を使用して押出ダイを加熱する間、押出ダイの互いに反対側を向いた側部に隣接する発熱体および押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体が動作させられてもよく、発熱体の第1の発熱体群を使用して押出ダイを加熱する間、押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体のみが動作させられる。
複数の発熱体を使用して押出ダイを加熱する間、押出ダイの互いに反対側を向いた側部に隣接する発熱体および押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体が動作させられてもよく、第2の発熱体群が低下させた電力で動作する複数の発熱体を使用して押出ダイを加熱する間、押出ダイの湾曲した外面に隣接する発熱体は低下させた電力で動作させられる。
さらに別の態様では、押出ダイ予熱装置であって、チャンバと、チャンバに収容される押出ダイを概ね囲む位置に配置された複数の発熱体とを有する少なくとも1つのダイオーブンと、チャンバが第1の温度に達するまで複数の発熱体を動作させ、次いで複数の発熱体の第1の発熱体群を動作させて押出ダイを所望の予熱温度にするか、または複数の発熱体の第2の発熱体群を低下させた電力で動作させることによって複数の発熱体を動作させて押出ダイを所望の予熱温度にするように構成されたコントローラとを有する装置が提供される。
少なくとも1つのダイオーブンは、押出ダイの互いに反対側を向いた側部に隣接する発熱体および押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体を有してもよく、コントローラは、チャンバが第1の温度に達するまですべての発熱体を動作させるように構成され、押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体のみを動作させて押出ダイを所望の予熱温度にするように構成される。
少なくとも1つのダイオーブンは、押出ダイの互いに反対側を向いた側部に隣接する発熱体および押出ダイの互いに反対側を向いた端部に隣接する発熱体を有してもよく、コントローラは、チャンバが第1の温度に達するまですべての発熱体を動作させるように構成され、押出ダイの湾曲した外面に隣接する発熱体を動作させて押出ダイを所望の予熱温度にするように構成される。
第1の温度は約900°Fから約1100°Fの範囲であってもよい。所望の予熱温度は約750°Fから約900°Fの範囲であってよい。所望の予熱温度は約875°Fであってもよい。
実施形態は、添付の図面を参照してより十分に説明されるだろう。
図1〜図4を参照すると、押出成形機に設置される前の押出ダイを加熱する押出ダイ予熱装置が示されており、全体的に参照番号20によって識別されている。この実施形態では、押出ダイ予熱装置20は、一対のダイオーブン22を有している。各ダイオーブン22は、その内部に配置された押出ダイ24を収容し加熱するように構成されている。押出ダイ予熱装置20はまた、コントローラ26のメモリに記憶された関連する温度プログラムに従って各ダイオーブン22を動作させて、ダイオーブン22内に配置された押出ダイ24を所望の予熱温度に加熱するように構成されたコントローラ26も有している。
各ダイオーブン22は、4枚の直立壁によって囲まれたチャンバ28と、床と、上蓋30とを有している。上蓋30は、各押出ダイをチャンバ28に出し入れする際に油圧アクチュエータ32の動作によって開閉される。各ダイオーブン22は、4つの発熱体40、42、44、および46も有している。各発熱体は、チャンバ28を囲む直立壁のそれぞれに支持されている。発熱体40および44は、互いに向かい合う一対の直立壁に支持され、第1の発熱体群50を形成し、発熱体42および46は、互いに向かい合う他の一対の直立壁に支持され、第2の発熱体群52を形成している。
コントローラ26は、各ダイオーブン22に関連する温度プログラムに従って各ダイオーブン22の第1の発熱体群50および第2の発熱体群52を動作させるように構成されている。各温度プログラムは、温度設定値データ、設定値時間データ、および発熱体群データを有している。設定値時間データは、それぞれの温度設定値に達すべき時間を指定し、一方、発熱体群データは、温度設定値データによって指定されたそれぞれの温度設定値に達するのに発熱体群50および52のうちのどちらを使用すべきかを指定する。
図5a〜図5cは例示的な押出ダイ24を示している。図示の実施形態では、押出ダイ24は、ダイプレート60を貫通して延びるダイ開口62を有する概ね円筒形の内側ダイプレート60を有している。ダイプレート60は、概ね円筒形の外側ダイリング64内に収容されている。ダイプレート60は、押出ダイ24の概ね平坦な2つの端面66aおよび66bを画定し、一方、ダイリング64は、押出ダイ24の湾曲した外面68を画定している。
押出ダイ予熱装置20を使用して1つまたは複数の押出ダイ24を予熱することが望ましいときは、予熱すべき押出ダイ24を収容すべき各ダイオーブン22の上蓋30は、ダイオーブン22の油圧アクチュエータ32を作動させることによって開けられる。次いで、ホイスト(図示せず)を使用して開けられた各ダイオーブン22のチャンバ28に押出ダイ24を装填し、装填された各ダイオーブンチャンバ28の上蓋30は閉じられる。図6〜図8は、押出ダイ24が各ダイオーブン22のチャンバ28に装填された後の押出ダイ予熱装置20を示している。図を見ると分かるように、装填後、平坦な端面66aおよび66bが発熱体40および44に近接しかつ発熱体40および44と向かい合い、湾曲うした外面68が発熱体42および46に近接しかつ発熱体42および46と向かい合うように、各押出ダイ24はダイオーブン22内で向きを定める。このようにして、押出ダイ24の各端面66aおよび66bは、第1の発熱体群50から直接放射熱を受け取り、一方、押出ダイ24の湾曲した外面68は第2の発熱体群52から直接放射熱を受け取る。
加熱すべき押出ダイ24を収容すべき各ダイオーブン22に押出ダイが装填されると、コントローラ26は、各ダイオーブン22に関連する温度プログラムを実行するようにオペレータ入力を介して条件付けられる(図9のステップ82を参照されたい)。まず、第1段階の間、ダイオーブン22ごとに、温度プログラムはコントローラ26に、両方の発熱体群50および52、すなわち、すべての4つの発熱体40〜46を動作させ、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって、ダイオーブンチャンバ28内の温度が第1の温度設定値Taに達するまで押出ダイ24を加熱させる(ステップ84)。第1の温度設定値Taは、押出ダイ24の所望の予熱温度Tdよりも高い。第1段階の終了時に、ダイプレート60の平均内部温度T1は、押出ダイ24の所望の予熱温度Tdよりも低い。
これに続いて第2段階の間、ダイオーブン22ごとに、温度プログラムはコントローラ26に、発熱体群52の動作を停止させ、発熱体群50、すなわち、発熱体40および44の動作を継続させる。その結果、発熱体40および44に近接し発熱体40および44と向かい合う押出ダイ24の端面66aおよび66bがさらに放射加熱を受ける(ステップ86)。発熱体群50のみの動作が、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって、ダイオーブンチャンバ28内の温度が所望の予熱温度Tdに等しい第2の温度設定値に達するまで継続する。第2段階の終了時に、押出ダイ24のダイプレート60の平均内部温度T1もほぼ所望の予熱温度Tdになる。押出ダイ24のダイプレート60がほぼ所望の予熱温度Tdになると、温度プログラムが終了する(ステップ88)。この実施形態では、温度プログラムは、オペレータ入力に応答してコントローラ26によって終了させられる。
ステップ88に続いて、所望の予熱温度Tdに予熱された各押出ダイ24は、ホイストを使用して内部に配置されたダイオーブンチャンバ28から取り出され、次いで、たとえば、製造が可能なように押出成形機に装填されてもよい。
まず、すべての4つの発熱体を使用して予熱すべき各押出ダイ24を加熱することで、押出ダイ24の概ねすべての表面を加熱し、それによって、各押出ダイ24、より具体的には各押出ダイ24のダイプレート60を高速に所望の予熱温度Tdに近いが予熱温度Tdよりも低い温度にすることができる。理解されるように、第1段階の終了時に、ダイリング64の温度はダイプレート60の平均内部温度よりも高くなる。この温度差は、押出ダイ24の形状、および湾曲した外面68から発熱体42および46までの距離を端面66aおよび66bから発熱体40および44までの距離よりも短くするダイオーブンチャンバ28内の押出ダイ24の位置の結果として生じる。この温度差は、ダイリング64とダイプレート60との間の熱伝導率が一般に低いことに起因しても生じる。
温度プログラムの第2段階の間に端面66aおよび66bと向かい合う2つの発熱体のみを使用することによって、ダイプレート60のみが直接放射熱を受け取り、ダイリング64とダイプレート60との間のあらゆる温度差を低減させるかまたはなくすことが可能になる。
理解されるように、この手法は有利なことに、押出ダイ24の温度が所望の予熱温度Tdに近づくにつれてダイリング64の過熱を低減させる。さらに、ダイリング64とダイプレート60との間の温度差を低減させるかまたはなくすことによって、ダイプレート60内の温度の一様性が向上し、それによって、押出ダイ24をより高速に一様に所望の予熱温度Tdにすることができる。その結果、各押出ダイ24を所望の予熱温度Tdにするのに必要な総時間および総エネルギー量が有利なことに低減し、それによって、従来のプロセスと比較してより効率的な押出ダイ予熱プロセスが実現される。
上述の実施形態では、温度プログラムはコントローラに、第2段階の間第2の発熱体群の動作を停止させるが、他の実施形態では、代わりに、温度プログラムはコントローラに、押出ダイの湾曲した外面が第1段階の間より少ない放射熱を受け取るように、第2段階の間第2の発熱体群を動作させてもよい。たとえば、そのような一実施形態では、温度プログラムはコントローラに、第2段階の間第2の発熱体群を低下させた電力で動作させてもよい。低下させた電力が、低下させた電源強度(power intensity)および低下させた電源サイクリングのうちの1つまたは複数を含んでよいことが理解されよう。そのような実施形態では、温度プログラムは電源強度データおよび電源サイクリングデータの少なくとも一方を含んでもよい。
上述の実施形態では、押出ダイ予熱プロセスは、第1段階と第2段階とを含む各ダイオーブンに関連する温度プログラムを使用するが、他の実施形態では、押出ダイ予熱プロセスは代替として、3つ以上の段階を有する温度プログラムを使用する。たとえば、別の実施形態では、押出ダイ予熱プロセスは代替として、第1段階、第2段階、および第3段階を有する各ダイオーブンに関連する温度プログラムを使用してもよい。この実施形態では、第1段階の間、第1の発熱体群および第2の発熱体群が、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって、各ダイオーブン22内の温度が、所望の予熱温度Tdよりも高い第1の温度設定値Taに達するまで、コントローラ26によって動作させられる。第2段階の間、第1の発熱体群のみが、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって、各ダイオーブン22内の温度が、第1の温度設定値Taよりも低いが所望の予熱温度Tdよりも高い第2の温度設定値Tbに達するまで、コントローラ26によって動作させられる。第3段階の間、この場合も第1の発熱体群のみが、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって、各ダイオーブン22内の温度が所望の予熱温度Tdに達するまで、コントローラ26によって動作させられる。
押出ダイ予熱装置は一対のダイオーブンを有するように示されているが、当業者には、押出ダイ予熱装置が代替として、単一のダイオーブンまたは3つ以上のダイオーブンを有してもよいことが理解されよう。また、各ダイオーブンについて関連する温度プログラムを有するものとして説明したが、当業者には、コントローラによって単一の温度プログラムを使用して押出ダイ予熱装置のダイオーブンのうちの2つ以上またはすべてを制御してよいことが理解されよう。
ダイオーブンチャンバは4枚の直立壁によって囲まれるように示されているが、当業者には、ダイオーブンチャンバが代替として、これよりも少ないかまたは多い壁によって囲まれてもよいことが理解されよう。たとえば、そのような一実施形態では、ダイオーブンチャンバは代替として、チャンバの周囲を延びる湾曲した単一の壁によって囲まれてもよい。
上述の実施形態では、温度プログラムは、温度設定値データ、設定値時間データ、および発熱体群データを有するが、他の実施形態では、温度プログラムは代替として、温度設定値データおよび発熱体群データを有し、設定値時間データを有さなくてもよい。そのような一実施形態では、温度プログラムはコントローラに、ダイオーブンチャンバ内の温度が温度設定値に達するまで1つまたは複数の発熱体群を動作させる。他の実施形態では、温度プログラムは代替として、設定値時間データおよび発熱体群データを有し、温度設定値データを有さなくてもよい。そのような一実施形態では、温度プログラムはコントローラに、設定値時間データによって指定された持続時間にわたって1つまたは複数の発熱体群を動作させる。設定値時間データによって指定された持続時間にわたって1つまたは複数の発熱体を動作させるとチャンバおよび押出ダイのいずれかが、たとえばダイオーブンを較正することによって概ね予測可能であり得る温度に達することが理解されよう。
所望の予熱温度が一般に、予熱された押出ダイを、製造が可能なように押出成形機に装填するのに適した任意の温度であってもよいことが理解されよう。
以下の例は上述の装置および方法の様々な用途を示す。
実施例
図10a〜図10cは、上述のダイ予熱プロセスを受けた押出ダイの一部を形成するダイプレート160を示している。ダイプレート160は、ダイプレート160を貫通して延びるダイ開口162を有している。ダイプレート160は外側ダイリング(図示せず)内に収容されている。ダイプレート160は、押出ダイの概ね平坦な2枚の端面166aおよび166bを画定する平坦な表面を有している。ダイリングは、押出ダイの湾曲した表面を画定する湾曲した外面(図示せず)を有している。
ダイ予熱プロセスの間、押出ダイに近接して1組の5つの熱電対、すなわち、熱電対A、B、C、D、およびEを位置させた。熱電対Aをダイ開口162の表面に隣接して位置させた。熱電対Bをダイプレート160の内部のボア内に位置させた。熱電対Cをダイプレート160の内部の他のボアにおいて、熱電対Bよりもダイリングの近くに位置させた。熱電対Dを押出ダイの端面166aに固定した。熱電対Eをダイオーブン(図示せず)のチャンバ内に位置させた。
ダイ予熱プロセスでは、3つの段階、すなわち、第1段階、第2段階、および第3段階を含む温度プログラムを使用した。所望の予熱温度はTd=860°Fであった。
温度プログラムの第1段階の間、両方の発熱体群、すなわち、すべての4つの発熱体を使用して押出ダイを加熱した。第1段階は第1の温度設定値Ta=1085°Fを有し、時間t=0分からt=52分まで実行された。
温度プログラムの第2段階および第3段階の間、端面166aおよび166bと向かい合う発熱体のみを使用して押出ダイを加熱した。第2段階は第2の温度設定値Tb=1000°Fを有し、t=52分からt=75分まで実行された。
第3段階は所望の予熱温度Td=860°Fに等しい第3の温度設定値を有し、t=75分から実行された。
図11は、温度プログラムを実行する間に、熱電対A、B、C、D、およびEによって測定された温度を示している。理解されるように、ダイプレート160は概して高速にかつ効率的な方法で一様に所望の予熱温度になった。
上記に添付の図面を参照して実施形態について説明したが、当業者には、添付の特許請求の範囲によって定義されるような範囲から逸脱せずに変形および修正を施せることが理解されよう。
Claims (9)
- 押出ダイ予熱装置であって、
第1の発熱体群を支持する互いに向かい合う第1の複数の壁、および第2の発熱体群を支持する互いに向かい合う第2の複数の壁を含む少なくとも1つのダイオーブンと、
前記第1の発熱体群と前記第2の発熱体群とを互いに独立に動作させて前記少なくとも1つのダイオーブンに配置された押出ダイを予熱するように構成されたコントローラとを有する押出ダイ予熱装置。 - 前記第1の発熱体群の前記発熱体は、前記押出ダイの概ね平坦な端面と向かい合うように位置し、前記第2の発熱体群の前記発熱体は、前記押出ダイの湾曲した外面と向かい合うように位置する、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラは、
周囲温度が第1の温度に達するまで前記第1の発熱体群および前記第2の発熱体群を動作させ、次いで
前記第1の発熱体群のみを動作させて前記押出ダイを第2の温度にするか、または
前記第1の発熱体群、および、低下させた電力で動作させる前記第2の発熱体群を動作させ、前記押出ダイを第2の温度にするように構成される、請求項1または2に記載の装置。 - 前記第1の温度は前記第2の温度より高い、請求項3に記載の装置。
- 前記第1の温度は約900°Fから約1100°Fの範囲である、請求項3または4に記載の装置。
- 前記第2の温度は前記押出ダイの所望の予熱温度である、請求項3ないし5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記所望の予熱温度は約750°Fから約900°Fの範囲である、請求項3ないし6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記所望の予熱温度は約875°Fである、請求項3ないし6のいずれか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つのダイオーブンは、2つまたは3つ以上のダイオーブンを含む、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の装置。
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