JP2018176174A - 押出加工装置及び押出加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、押出加工中の押出材料の温度を直接測定できる装置と方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、押出材料の収容部を備えたコンテナと、収容部の出口側に設けられ流路を備えたフローガイドと、フローガイドの出口側に設けられたダイス本体部と、ラムを具備した押出加工装置であり、フローガイドの流路がブリッジ部を介し複数の流路に分割され、フローガイドにその外周部からブリッジ部の収容部側の面の中央部側まで達する第１の収納部と外周部からブリッジ部のダイス本体側の面の中央部側まで達する第２の収納部と前記外周部から前記ブリッジ部の側面まで達する第３の収納部のうち、少なくとも１つが形成され、設けられた収納部に温度センサが配置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、押出加工中の金型内部においてアルミニウム合金などの押出材料の温度を直接測定することができる押出加工装置及び押出加工方法に関する。

アルミニウム合金からなる押出成形品の製造現場においては、少品種大量生産から多品種少量生産への切り替えが進められており、ダイスのみを交換して１本のビレット毎に製品形状を変えることによる対応がなされている。
また、アルミニウム押出加工分野においては、市場の要求による生産性の向上や製造コストの低減、開発期間の短縮化がこれまで以上に要求されるようになってきている。
これらの課題を解決するために、押出成形シミュレーションにおいて摩擦や塑性仕事による発熱及び工具からの抜熱といった伝熱現象は考慮されることが多いが、伝熱を考慮する解析では界面における熱伝導係数を実験的に決定して与える必要があり、押出加工装置の内部においてアルミニウム合金の温度を正確に把握することが重要と考えられる。

例えば、以下の特許文献１では、金属素材を鍛造する装置において、金属ブロック内部に設けた金型を介しラムの圧下力により金属素材を押出成形する場合、金属ブロックの内部に複数設けた温度センサにより各部の温度を検出しながら押出速度を制御する技術が記載されている。
また、以下の特許文献２では、半溶融押出成形装置においてコンテナの側壁部に設けた温度センサによってコンテナ内のビレットの温度を測定し、ビレットの温度に応じてヒータ出力を制御してビレットの温度を半溶融状態に制御する技術が記載されている。

特許第４８７１２０９号公報 特許第５２９０３２６号公報

従来から、アルミニウム押出製品の品質管理の厳格化などの目的で押出加工中の押出金型内部のアルミニウム合金の温度を測定したいニーズがある。例えば、品質管理においては、強度、延性、靭性、圧壊時のエネルギー吸収特性、外観を含めた表面品質、耐食性等が問われる。
ところが、これまでの押出加工方法においては、押出加工途中の押出金型内部のアルミニウム合金の温度を直接測定するのではなく、ダイスやコンテナの温度を測定するか、押出し以前の、もしくは金型から押し出された後のアルミニウム合金の表面温度を測定することに留まっていた。
また、コンテナやダイスに部分的に温度検知用の穴を形成し、アルミニウム合金直近のコンテナ温度やダイス温度を測定する温度測定方法もなされているが、これらの方法ではアルミニウム合金近傍の温度情報しか得られず、押出加工中のアルミニウム合金そのものの温度情報を得る手段が提供されていないのが実情であった。
なお、アルミニウム合金以外の材料の押出加工においても、押出加工装置内部の押出材料の温度を正確に把握したいという要求がある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、押出加工装置の内部で押出加工されている最中の押出材料の温度を直に測定しながら押出材を製造できる押出加工装置と押出加工方法の提供を目的とする。

本発明は、かかる知見に基づきなされたものであって、以下の構成を有する。
本発明の押出加工装置は、押出材料を収容する収容部を備えたコンテナと、該コンテナにおいて前記収容部の出口側に設けられ前記押出材料の流路を備えたフローガイド部と、該フローガイド部の出口側に設けられたダイス本体部と、該ダイス本体部の出口側に設けられたバックガイドと、前記収容部に挿入されて前記押出材料を前記フローガイド部の流路側に押圧するラムを具備した押出加工装置であって、
前記フローガイド部の流路が該流路に配置されたブリッジ部を介し複数の流路に分割され、前記フローガイド部に、その外周部から前記ブリッジ部における前記コンテナ側の面の中央側まで達する第１の収納部と、前記外周部から前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面の中央側まで達する第２の収納部と、前記外周部から前記ブリッジ部の側面まで達する第３の収納部のうち、少なくとも１つが形成され、前記第１の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部における前記収容部側の面に先端を望ませる第１の温度センサが配置され、前記第２の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面に先端を望ませる第２の温度センサが配置され、前記第３の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部の側面に先端を望ませる第３の温度センサが配置されたことを特徴とする。

本発明の押出加工装置において、前記第１の収納部と前記第２の収納部の少なくとも一方が前記フローガイド部における前記コンテナ側の面と前記フローガイドにおける前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に設けられ、前記第１の収納部あるいは前記第２の収納部が前記フローガイドの外周部から中央側にかけて形成された収納溝部または収納孔からなることが好ましい。
本発明の押出加工装置において、前記フローガイド部の前記コンテナ側の面と前記フローガイド部の前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に、それらの外周部近くからその中央部近くにかけて延在する凹部が形成され、前記凹部に駒部材が挿入されるとともに、前記第１の収納部が前記フローガイド部の外周部から前記駒部材の外面を経由して前記ブリッジ部の中央部側に達するように形成された収納溝部からなることが好ましい。

本発明の押出加工装置において、前記フローガイド部の前記コンテナ側の面と前記フローガイド部の前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に、それらの外周部近くからその中央部近くにかけて延在する凹部が形成され、この凹部に駒部材が挿入されるとともに、前記第２の収納部が、前記フローガイド部の外周部から前記凹部の一端側底部に達する第１の接続孔と、前記凹部の底部に沿って該凹部の一端側から他端側に形成された接続溝と、前記凹部の他端に位置する前記接続溝の端部から前記フローガイド部をその厚さ方向に貫通して前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面の中央側あるいは前記ブリッジ部における前記コンテナ側の面の中央側に達する貫通孔を備えたことが好ましい。
本発明の熱間押出加工装置において、前記ダイス本体部の中央に前記押出材料を通過させるダイス孔が形成され、前記ダイス本体部の外周部から前記ダイス孔近くまで延在する収納孔が形成され、該収納孔の先端側に該収納孔の内径より小さく前記ダイス孔の内側面に開口する検知孔が形成され、前記収納孔に温度センサが収容され、該温度センサの先端部が前記検知孔を介し前記ダイス孔の内側面に露出されたことが好ましい。

本発明の押出加工方法は、押出材料を収容する収容部を備えたコンテナと、該コンテナにおいて前記収容部の出口側に、前記押出材料の流路を備えたフローガイド部と、該フローガイド部の出口側に設けられたダイス本体部と、該ダイス本体部の出口側に設けられたバックガイドと、前記収容部に挿入されて前記押出材料を前記フローガイドの流路側に押圧するラムを具備した押出加工装置を用いる押出加工方法であって、
前記流路を該流路を分割するように配置されたブリッジ部を介し複数の流路孔に分割したフローガイド部を用い、前記ブリッジ部において前記コンテナ側の面に設けた温度センサによって前記流路孔に入る直前の押出材料の温度を計測する方法か、前記ブリッジ部において前記ダイス本体部側に設けた温度センサによって前記ダイス本体部に入る直前の押出材料の温度を計測する方法か、前記ブリッジ部においてその側面側に設けた温度センサによって前記ブリッジ部の側面に沿って流れる押出材料の温度を計測する方法のうち、少なくとも１つを行いながら押出を行うことを特徴とする。

本発明の押出加工方法において、前記フローガイド部における前記コンテナ側の面と前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に前記第１の収納部あるいは前記第２の収納部を設け、前記第１の収納部と前記第２の収納部の少なくとも一方を収納溝部か貫通孔として形成し、前記第１の収納部を設けた場合に第１の温度センサを設置し、前記第２の収納部を設けた場合に第２の温度センサを設置し、前記温度センサによって前記フローガイド部の流路孔に入る直前の押出材料の温度を計測するか、前前記ダイス本体部に入る直前の押出材料の温度を計測することが好ましい。
本発明の押出加工方法において、前記フローガイド部に前記フローガイド部の外周から前記ブリッジ部の側面に達する第３の収納部を設け、この第３の収納部に温度センサを配置して前記ブリッジ部側面近傍を流れる押出材料の温度を計測することが好ましい。

本発明に係る熱間押出加工装置と熱間押出加工方法によれば、フローガイド部からダイス本体部に至る流路の入側と出側と側面側の少なくとも一つで押出材料の温度を直接測定できる。このため、押出加工中の押出材料の温度を直に測定して正確に把握することができる。
フローガイド部に設けたブリッジ部に収納溝部か収納孔を設け、それらに熱電対を収納するならば、押出加工中の押出材料の圧力、熱を受けても熱電対を損傷させることが無く、高温高圧で押出加工を行っている最中の押出材料温度を正確かつ確実に測定することができる。

本発明に係る第１実施形態の押出加工装置において押出加工を開始する直前のラムの位置を示す側面図。 本発明に係る第１実施形態の押出加工装置において押出加工を終了する直前のラムの位置を示す側面図。 同押出加工装置の要部を断面とした斜視図を示すもので、（Ａ）はフローガイド部とダイス本体部の要部を示す斜視図、（Ｂ）は押出加工中のフローガイド部前後の温度計測位置を示すための斜視図、（Ｃ）は押出加工中のダイス孔周りの温度計測位置を示すための斜視図。 同押出加工装置に設けられているダイス本体部のダイス孔とフローガイドの凹部の相互位置関係を示す平面図。 同押出加工装置に設けられているフローガイド部においてコンテナ側に設けられている凹部とそれに嵌合された駒部材を示す平面図。 同押出加工装置に設けられているフローガイド部においてコンテナ側に設けられている凹部とそれに嵌合された駒部材を示す側面略図。 同押出加工装置に設けられているフローガイド部においてコンテナ側に設けられている凹部を示す平面図。 同押出加工装置に設けられているフローガイド部においてコンテナ側に設けられている凹部を示す略図。 同押出加工装置に設けられている凹部に嵌合される駒部材を示すもので、（Ａ）は駒部材の平面図、（Ｂ）は駒部材の側面図。 同押出加工装置に設けられているダイス本体部における熱電対収容孔と検知孔を示す平面図。 同押出加工装置に設けられているダイス本体部における熱電対収容孔と検知孔を示す側面図。 本発明に係る押出加工装置を用い、ラム速度１．０ｍｍ／ｓで押出加工を行った場合に計測された装置内部側のアルミニウム合金の温度履歴結果を示すグラフ。 本発明に係る押出加工装置を用い、ラム速度３．０ｍｍ／ｓで押出加工を行った場合に計測された装置内部側のアルミニウム合金の温度履歴結果を示すグラフ。 本発明に係る押出加工装置を用いてアルミニウム合金の押出加工を行った場合、押出加工終了間際の平衡状態で得られた各部の温度を示すグラフ。

次に、本発明の具体的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図３は本発明の第１実施形態に係る押出加工装置の全体構成を示すもので、この第１実施形態の押出加工装置Ａは、縦筒型のコンテナ１の下方に金属盤からなるフローガイド部２とプレート型のダイス本体部３と筒型のバックガイド５が順に設置され、コンテナ１の上方にラム６が設置されている。
コンテナ１は内側の収容部１ａにアルミニウムまたはアルミニウム合金などの押出材料からなるビレット７を収容可能な縦筒型であり、コンテナ１に挿入されたラム６の下端側にダミーブロック８が設置されている。ラム６の上方に図示略の油圧圧下装置が設けられていて、この油圧装置からの押圧力を利用してラム６を下降できるようになっている。
ラム６を下降させてダミーブロック８によってビレット７を下方に押圧することにより、ビレット７を構成する押出材料をフローガイド部２の後述する流路とダイス本体部３の後述するダイス孔を介し押し出すことができる。

図３〜図７に示すようにフローガイド部２は工具鋼などからなる金属製の円盤からなり、その中心部に設けられているブリッジ部１０の両側を挟むように貫通孔型の流路孔１１、１１が形成されている。流路孔１１はブリッジ部１０側に短辺部１１ａをその反対側に長辺部１１ｂを配置した略等脚台形状に形成され、内周側のコーナー部分は角取りされて大きなＲ部が形成されている。流路孔１１、１１からフローガイド部２の流路が構成され、熱間押出時にビレット７はこれら流路孔１１、１１に圧入される。
フローガイド部２のコンテナ側の一面にはフローガイド部２の外周縁部から若干離れた位置からブリッジ部１０の手前側位置までフローガイド部２の半径方向に延在する平面視長方形状の凹部１２が形成されている。この凹部１２はフローガイド部２の厚さの１／３〜１／２程度の深さを有し、凹部１２の底部側には丸孔型の貫通孔１３が２つ相互に離間するように形成され、凹部１２の底面中央側には凹部１２の長さ方向一端側から他端側にまで達する直線状の接続溝１５が図６、図７に示すように形成されている。

図５に示すように凹部１２の内側にはこの凹部１２をほぼ埋めることができる大きさの角柱状の駒部材１６（図９参照）が嵌合されている。前記フローガイド部２の外周側において、コンテナ側の一面の外周縁部から凹部１２の一端上部側（凹部１２においてフローガイド部２の外周縁よりの一端上部側）に達する第１の収納溝部１７が形成されている。また、駒部材１６の表面幅方向中央部に駒部材１６の長さ方向一端側から他端側まで延在する第２の収納溝部１８が形成されている。更に、前記フローガイド部２のコンテナ側の一面の中央側には平面視第２の収納溝部１８を延長するようにブリッジ部１０の中央側まで延在する第３の収納溝部１９が形成されている。

図５に示す如く第１の収納溝部１７と第２の収納溝部１８と第３の収納溝部１９が直線状に配置され、これらから第１の収納部２０が構成されている。第１の収納部２０は、フローガイド部２のコンテナ側の一面を平面視した場合、フローガイド部２の外周縁部からフローガイド部２の径方向に沿ってフローガイド部２の中央（ブリッジ部１０の中央）まで達するように直線状に形成されている。

次に、フローガイド部２の外周縁側に、前記凹部１２の一端底部側（フローガイド２の外周縁側に位置する凹部１２の一端底部側）に接続する直線状の外側接続孔２１が形成され、フローガイド部２の中央部側に、前記接続溝１５の他端に斜めに連通する貫通孔２２が形成されている。この貫通孔２２は、フローガイド部２の厚さ方向を斜めに貫通してフローガイド部２におけるダイス本体部側のブリッジ部中央に開口部２２ａを位置するように延在されている。
図６に示す如く外側接続孔２１と接続溝１５と貫通孔２２から第２の収納部２３が構成され、この第２の収納部２３がフローガイド部２の外周縁部からフローガイド部２の内部を貫通し、フローガイド部２のダイス本体部側の面におけるブリッジ部中央に達するように形成されている。

第１の収納部２０と第２の収納部２３には図示略の熱電対などの温度センサが収納されている。
前述の如く第１の収納部２０は第１の収納溝部１７と第２の収納溝部１８と第３の収納溝部１９から構成されている。従って、円盤状のフローガイド部２の外周面に開口している第１の収納溝部１７の開口部１７ａから熱電対を挿入し、熱電対の先端部をブリッジ部１０のコンテナ側中央に開口している第３の収納溝部１９の先端に位置させることができる。熱電対などの温度センサの先端部を第３の収納溝部１９の先端に位置させることでコンテナ１の収容部１ａから流路孔１１、１１へ向けて流動されるビレット７の温度を直接計測することが可能となっている。

第１の収納部２０はフローガイド部２においてコンテナ側の一面に形成されているので、第１の収納部２０に配置されている熱電対にはラム６がビレット７を押圧する際の圧力が直に作用する。しかし、熱電対は複数枚の金属板を積層した単純な構成であり、第１の収納部２０に収納された状態で押出材料から圧力を受けたとしても簡単に損傷はしない。
後に説明する実施例で明らかにするように、５００℃のアルミニウム合金ビレットを用いた４００ｔ油圧プレスによるラム速度１〜３ｍｍ／ｓ程度の熱間押出加工に適用した場合であっても熱電対を損傷させることなく温度計測ができる。
収納溝部１７、１８、１９に熱電対を配置する構造であると、熱電対が収納溝１７、１８、１９に保持されることで、熱電対の変形が生じない。
なお、第２の収納溝部１８と第３の収納溝部１９の溝幅はそれらに収納する熱電対の幅と同程度であることがビレット７からの圧力によって熱電対が移動することを抑制し、熱電対を保持する上で好ましい。また、各溝の深さは、熱電対の外径よりも大きいことが、熱電対を保持する目的の上で好ましい。

前述の如く第２の収納部２３は外側接続孔２１と接続溝１５と貫通孔２２とから構成されている。従って、円盤状のフローガイド部２の外周面に開口している外側接続孔２１の開口部２１ａから熱電対を挿入し、熱電対の先端部をブリッジ部１０のダイス本体部側中央に開口している貫通孔２２の開口部２２ａに位置させることができる。熱電対の先端部を貫通孔２２の先端部に位置させることで流路孔１１、１１からダイス本体部側に向けて流動されるアルミニウムまたはアルミニウム合金などの押出材料の温度を直接計測することが可能となっている。

熱間押出加工の際、ラム６がビレット７をフローガイド部２側に押圧するので、ビレット７からの圧力をフローガイド部２が受けることとなる。しかし、接続溝１５に収納されている熱電対は駒部材１６によって保護され、外側接続孔２１と貫通孔２２に挿通されている熱電対にも押出時の圧力が作用しないので、第２の収納部２３に収納された熱電対が押出時の圧力等によって悪影響を受けることがない。
このため、熱間押出加工装置Ａの内部側の温度を測定する２つの熱電対に対し押出加工時の圧力が悪影響を及ぼすことはない。
熱電対が貫通孔２２に収容されていることでアルミニウムからの圧力を受けても熱電対が移動しない。このため、定点で温度観測ができる。特に、ダイス本体部３側ではアルミニウムの流動によって熱電対が押出方向に動いてしまう場合があり、この移動を抑制するために貫通孔２２の内部に収容することが好ましい。

図１０、図１１に示すようにダイス本体部３は工具鋼などからなる金属製の円盤からなり、その上面側中央部（フローガイド部側中央部）に先の流路孔１１、１１に連通可能な大きさの導入部３Ａが形成され、該導入部３Ａの奥側にダイス孔２５が形成されている。図１〜図３に示すようにダイス本体部３の下方側にはダイス孔２５によって押出成形された押出成形品を通過させる抜き孔２６を備えたバックガイド５が設置されている。
ダイス本体部３の内部側にはダイス本体部３の外周縁側からダイス本体部３の中心に向かって直線状に延在し、先端部をダイス孔２５の近傍に位置させた収納孔２７が形成されている。この収納孔２７の先端側に収納孔２７よりも小さな内径の検知孔２８が形成され、この検知孔２８の先端がダイス孔２５の内側壁中央に開口されている。また、ダイス本体部３の外周面には収納孔２７の開口部２７ａが形成されている。
収納孔２７と検知孔２８は図示略の熱電対などの温度センサを設置するために設けられている。収納孔２７の開口部２７ａから熱電対を挿入し、先端部が検知孔２８を介しダイス孔２５の内側面側に露出するように熱電対を設置することにより、ダイス孔２５を介し押出加工されている最中の押出材料の温度を直接計測することができる。

また、図１、図２に示すようにコンテナ１の収容部１ａにおいてその高さ方向上部側と中部側と底部側に、それぞれ収容部１ａの近くまで水平方向に延在する直線状の収納穴３０、３１、３２が形成され、各収納穴３０、３１、３２の先端部３０ａ、３１ａ、３２ａが収容部１ａの直近に配置されている。各収納穴３０、３１、３２にはそれぞれ熱電対などの温度センサが挿入され、各熱電対の先端部が各収納穴の先端部３０ａ、３１ａ、３２ａに配置されている。
この構成により収納穴３０、３１、３２に収容された温度センサによってコンテナ１の周壁のごく薄い部分を介し収容部内のビレット７の温度を計測することができるようになっている。

以上説明のように構成された押出加工装置Ａを用いて押出加工を行うには、必要に応じて押出加工に好適な温度になるように加熱したビレット７をコンテナ１の収容部１ａに収容し、ラム６を油圧装置により下降させてダミーブロック８によりビレット７を流路孔１１、１１側に圧入する。ビレット７を構成する押出材料を流路孔１１、１１に沿って分流させた後、ダイス本体部３の導入部３Ａで合流させてダイス孔２５に押し込み、ダイス孔２５を通過させて目的の形状の成形品として押し出し、バックガイド５の抜き孔２６に押し出して押出成形品を回収することができる。

以上説明の熱間押出成形を行う場合、コンテナ１の収納穴３０、３１、３２に設置した熱電対によりコンテナ１の薄い側壁部分を介しビレット外周部の上部側の温度、中部側の温度、底部側の温度をそれぞれ計測して把握することができる。
第１の収納部２０に設けた熱電対の先端部をブリッジ部１０のコンテナ側の面に設置しているので、この熱電対により、コンテナ１の収容部１ａから流路孔１１、１１に移動する直前の押出材料（アルミニウムまたはアルミニウム合金等の押出材料）の温度を直接計測することができる。図３（Ｂ）においてはフローガイド部２におけるコンテナ側の面においてＫ_１で示す位置の押出材料の温度を直接計測できる。

第２の収納部２３に設けた熱電対の先端部をブリッジ部１０のダイス本体部側に設置しているので、この熱電対により流路孔１１、１１を通過してダイス本体部３の導入部３Ａに移動する直前の押出材料（アルミニウムまたはアルミニウム合金等の押出材料）の温度を直接計測することができる。図３（Ｂ）においてはフローガイド部２におけるダイス本体側の面においてＫ_２で示す位置の押出材料の温度を直接計測できる。
また、ダイス本体部３の収納孔２７に収納した熱電対の先端部を検知孔２８を介しダイス孔２５の内側面に設置しているので、ダイス孔２５を通過しながら押出加工されている押出材料（アルミニウムまたはアルミニウム合金等の押出材料）の温度を直接計測することができる。図３（Ｃ）においてはダイス本体部３においてダイス孔２５内のＫ_３で示す位置の押出材料の温度を直接計測できる。このＫ_３位置での押出材料の温度を直接計測できることにより、ダイス本体部３を通過途中の押出材料の経時的な温度変化を直接測定することができる。

本実施形態の押出加工装置Ａを用いて押出材料の押出成形を行う場合、上述のようにコンテナ１の収容部１ａにおいてその上部と中部と下部におけるビレット７の温度を把握できると同時に、ブリッジ部１０のコンテナ側の押出材料温度と、ブリッジ部１０のダイス本体部側の押出材料温度と、ダイス孔内の押出材料温度を個々に直接計測し把握することができる。
このため、押出加工中の押出材料温度を正確に把握しながら押出加工ができる。

なお、先の実施形態では、フローガイド部２とダイス本体部３を別々な構成としたが、押出加工装置においてフローガイド部をダイス本体部に組み込んで一体化した構成を採用することがあるため、その場合はダイス本体部に設けたブリッジ部に第１の収納部と第２の収納部を設け、それらに熱電対などの温度センサを設けることができる。
本実施形態の押出加工装置Ａにおいては、スリット状のダイス孔２５を備えたダイス本体部３を設けたが、ダイス孔２５の形状は製造しようとする押出成形品の形状に合わせて種々の形状を採用可能であるので、ダイス孔２５の形状は問わない。
本実施形態の押出加工装置Ａはアルミニウム合金の他に、マグネシウム合金、鉄合金、銅合金、チタン合金、ニッケル合金など、他の合金や金属の押出加工、あるいは、樹脂、粉末焼結材料などの多種多様な押出材料に適用しても良い。

ところで、図１〜図３に示す押出加工装置Ａは、縦型の装置として描かれているが、コンテナ１、フローガイド部２、ダイス本体部３、バックガイド５、ラム６を横並びに配置した横型の押出加工装置に適用することができるのは勿論である。
横型の押出加工装置とした場合、押出材料の対流や重力の影響で生じる押出材料の温度分布なども含めて測定することができる。
また、先の実施形態の押出加工装置Ａにおいては、フローガイド部２のコンテナ側とダイス本体部側の両方に温度センサを設置した構造を採用したが、フローガイド部２のコンテナ側とダイス本体部側の何れか一方にのみ、第１の収納部２１あるいは第２の収納部２３を設ける構成としてもよい。また、フローガイド部２に温度センサを設置する場合、収納部の開口をブリッジ部１０においてコンテナ側の面とダイス本体部側の面に加え、ブリッジ部１０の側面側に設けることもでき、これらのうち、少なくとも１つに温度センサの先端部を配置することでブリッジ部まわりの各部を通過する押出材料の直接温度計測ができる。例えば、図４に２点鎖線で示すようにフローガイド部２の外周面とブリッジ部１０の側面に開口する収納孔型の第３の収納部３５を形成し、この第３の収納部３５に第３の温度センサを配置することで、ブリッジ部１０の側面近傍を流れる押出材料の温度を直接計測することができる。

第１の収納部２１、第２の収納部２３の構造として、凹部１２や駒部材１６を設けることなくブリッジ部１０の中央に開口するように貫通孔や溝部を形成しても良い。第１の収納部２１と第２の収納部２３の構造を単純化した場合、フローガイド部２の外周部からブリッジ部１０の中央部まで達する貫通孔や溝となるので、この貫通孔や溝を利用して温度センサを配置すればよい。この場合の貫通孔や溝の形成位置は、貫通孔の入口側をフローガイド部２の外周部とし、貫通孔の出口側をブリッジ部１０の表面に形成されていると見立てると、それらの間の部分は直線状であっても、カーブや折曲部を有するその他の形状であっても問わない。要は、熱電対などの温度センサを収容できる形状の貫通孔や溝であればよい。本実施形態の如く縦型の押出装置としてフローガイド部２の上面側に温度センサを設置する場合は温度センサを設ける第１の収納部２０を溝から構成することができる。

以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図１〜図３に示す全体構成であり、図４に示すダイス本体部と図５〜図８に示すフローガイド部を備えた構成の熱間押出加工装置と、寸法φ６０×７０ｍｍ、ＪＩＳ規定Ａ６０６３合金のビレットを用い、ビレット温度５００℃、ラム押出速度１.０ｍｍ／ｓあるいは３.０ｍｍ／ｓのいずれかに設定し、押出比３１.４の条件にて４００ｔ縦型油圧プレス装置を用いてラムを操作し、熱間押出加工を行った。

熱間押出加工装置は、コンテナ、フローガイド部、ダイス本体部の各外径１５０ｍｍ、バックガイドを含めた装置全体の高さ２４０ｍｍの熱間押出加工装置である。
図４、図１０に示すダイス孔は幅約３ｍｍ、長さ約３０ｍｍのスリット状であり、対になる流路孔間の間隔８ｍｍ、流路孔の短辺側の幅約１０ｍｍ、長辺側の幅約２０ｍｍ、図１０に示す導入部開口側の中央部最少幅１０ｍｍ、導入部端部側の最大幅約２０ｍｍ、長さ約４０ｍｍの工具鋼製プレートダイス（ダイス本体部）を用いた。
フローガイド部は厚さ２０ｍｍであり、フローガイド部に形成した凹部の形状は長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍ、深さ６ｍｍ、第２の収納溝部と第２の収納溝部と接続溝の幅１ｍｍ、深さ１.５ｍｍ、外側接続孔と貫通孔の内径１ｍｍとした。熱電対は外径０．５ｍｍのものを用いた。
熱間押出加工装置のコンテナにおいて、ビレット収容部の上部と中部と下部にそれぞれ設けた収納穴に熱電対を収容し、ビレット収容部の上部と中部と下部の温度を計測できるようにした。

次に、ラム速度１ｍｍ／ｓの場合におけるコンテナ温度を計測したが、収納穴３０、３２に設けた熱電対により、ラムのストローク０ｍｍの段階でいずれも４６０℃であり、そこからストロークが増加するにつれて徐々に直線的に低下し、ラムのストローク５５ｍｍの最大下降位置でいずれも４４０℃を示した。この押出試験の際にビレットの温度とコンテナの温度を５００℃に設定していたが、ビレットを加熱炉から取り出して押出を開始するまでの間に若干温度低下を生じた。
また、熱間押出加工は大気中で行ったため、ラムのストロークの進行により温度が徐々に低下したと思われる。

図１２は、ラム速度１ｍｍ／ｓの場合、ブリッジ部中央のコンテナ側に設けた熱電対によるアルミニウム合金温度計測結果（フローガイド入側）と、ブリッジ部中央のダイス本体部側に露出させた熱電対によるアルミニウム合金温度計測結果（フローガイド出側）と、ダイス孔の内側面（ベアリング部）に露出させた熱電対によるアルミニウム合金温度計測結果を対比して示すグラフである。
押出開始時点における三か所の温度を比較すると、フローガイド入側が最も高く、次いでフローガイド出側、ベアリング部の順で、出側に行くほど温度が低い傾向となっていることが分かった。このような押出開始時点での温度差は、熱間押出加工装置を設置した台座側への熱の移動の影響と考えられる。

押出開始に伴い、それぞれの場所で温度の上昇が認められるが、その温度上昇が開始するストロークは、フローガイド入側では押出開始直後、フローガイド出側ではストローク７ｍｍ程度、ベアリング部ではストローク８ｍｍ程度となっている。ベアリング部での温度上昇開始のストロークと、前述の荷重ストローク線図での最大荷重発生ストロークがいずれも約８ｍｍで一致していることからも、温度上昇開始のタイミングは、各場所にアルミニウム合金が到達したタイミングと一致するものと考えられる。

次に、温度の上昇量を比較すると、フローガイド入側が最も小さく、次いでフローガイド出側、ベアリング部の順で、出側に行くほど温度上昇が大きい傾向となっている。
これは、金型出側に向けての金型内のアルミニウムの進行において、アルミニウムの塑性ひずみ量が金型出側に向けて増加すること、および、アルミニウムは自身の変形による塑性発熱とともに移動すること、によるものと考えられる。
このような形で、本実施例の熱間押出加工装置を用いることによって、押出加工中の金型内部におけるアルミニウム合金の温度を直接測定することができた。

図１３はラム速度３ｍｍ／ｓにおけるフローガイド入り側、出側、およびベアリング部における各熱電対でのアルミニウム合金温度の測定結果を対比して示すグラフである。
温度上昇のタイミング等の傾向はラム速度１ｍｍ／ｓの場合と類似しているが、ラム速度３ｍｍ／ｓの場合の方が大きく温度が上昇している。これは、ラム速度の増加により、塑性発熱の発生のスピードが増加、すなわち仕事率が上昇し、発生した熱が周囲と平衡するために拡散していくスピードとのバランスが変化し、変形部の温度上昇が大きくなったことによるものと考えられる。

いずれの温度においても、押出終了間際では温度変化が小さくなっていることから、押
出終了間際をほぼ平衡状態と見なして、平衡状態における各部の温度の比較を行った結果を図１４に示す。
図１４に示すように、いずれのラム速度においても、コンテナからベアリング部（ダイス孔）に向けたアルミニウム合金の進行に伴い、温度が単調に上昇している傾向が見られた。また、温度の上昇量はラム速度３ｍｍ／ｓの方が大きくなっており、コンテナとベアリング部の温度差は、ラム速度１ｍｍ／ｓでは３０℃程度、ラム速度３ｍｍ／ｓでは８０℃程度となっていることが分かった。

Ａ…熱間押出加工装置、１…コンテナ、１ａ…収容部、２…フローガイド部、３…ダイス本体部、３Ａ…導入部、５…バックガイド、６…ラム、７…ビレット、８…ダミーブロック、１０…ブリッジ部、１１…流路孔、１２…凹部、１５…接続溝、１６…駒部材、１７…第１の収納溝部、１８…第２の収納溝部、１９…第３の収納溝部、２０…第１の収納部、２１…外側接続孔、２２…貫通孔、２３…第２の収納部、２５…ダイス孔、２７…収納孔、２８…検知孔、３０、３１、３２…収納穴、３５…第３の収納部。

Claims (8)

1. 押出材料を収容する収容部を備えたコンテナと、該コンテナにおいて前記収容部の出口側に設けられ前記押出材料の流路を備えたフローガイド部と、該フローガイド部の出口側に設けられたダイス本体部と、該ダイス本体部の出口側に設けられたバックガイドと、前記収容部に挿入されて前記押出材料を前記フローガイド部の流路側に押圧するラムを具備した押出加工装置であって、
   前記フローガイド部の流路が該流路を分割するように配置されたブリッジ部を介し複数の流路に分割され、前記フローガイド部に、その外周部から前記ブリッジ部における前記コンテナ側の面の中央側まで達する第１の収納部と、前記外周部から前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面の中央側まで達する第２の収納部と、前記外周部から前記ブリッジ部の側面まで達する第３の収納部のうち、少なくとも１つが形成され、前記第１の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部における前記収容部側の面に先端を望ませる第１の温度センサが配置され、前記第２の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面に先端を望ませる第２の温度センサが配置され、前記第３の収納部が設けられている場合には前記ブリッジ部の側面に先端を望ませる第３の温度センサが配置されたことを特徴とする押出加工装置。
2. 前記第１の収納部と前記第２の収納部の少なくとも一方が前記フローガイド部における前記コンテナ側の面と前記フローガイドにおける前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に設けられ、前記第１の収納部あるいは前記第２の収納部が前記フローガイドの外周部から中央側にかけて形成された収納溝部または収納孔からなることを特徴とする請求項１に記載の押出加工装置。
3. 前記フローガイド部の前記コンテナ側の面と前記フローガイド部の前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に、それらの外周部近くからその中央部近くにかけて延在する凹部が形成され、前記凹部に駒部材が挿入されるとともに、前記第１の収納部が前記フローガイド部の外周部から前記駒部材の外面を経由して前記ブリッジ部の中央部側に達するように形成された収納溝部からなることを特徴とする請求項１に記載の押出加工装置。
4. 前記フローガイド部の前記コンテナ側の面と前記フローガイド部の前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に、それらの外周部近くからその中央部近くにかけて延在する凹部が形成され、この凹部に駒部材が挿入されるとともに、前記第２の収納部が、前記フローガイド部の外周部から前記凹部の一端側底部に達する第１の接続孔と、前記凹部の底部に沿って該凹部の一端側から他端側に形成された接続溝と、前記凹部の他端に位置する前記接続溝の端部から前記フローガイド部をその厚さ方向に貫通して前記ブリッジ部における前記ダイス本体部側の面、あるいは前記ブリッジ部における前記コンテナ側の面に達する貫通孔を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の押出加工装置。
5. 前記ダイス本体部の中央に前記押出材料を通過させるダイス孔が形成され、前記ダイス本体部の外周部から前記ダイス孔近くまで延在する収納孔が形成され、該収納孔の先端側に該収納孔の内径より小さく前記ダイス孔の内側面に開口する検知孔が形成され、前記収納孔に温度センサが収容され、該温度センサの先端部が前記検知孔を介し前記ダイス孔の内側面に露出されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の押出加工装置。
6. 押出材料を収容する収容部を備えたコンテナと、該コンテナにおいて前記収容部の出口側に一体化され前記押出材料の流路を備えたフローガイド部と、該フローガイド部の出口側に設けられたダイス本体部と、該ダイス本体部の出口側に設けられたバックガイドと、前記収容部に挿入されて前記押出材料を前記フローガイドの流路側に押圧するラムを具備した押出加工装置を用いる押出加工方法であって、
   前記流路を該流路を分割するように配置されたブリッジ部を介し複数の流路孔に分割したフローガイド部を用い、前記ブリッジ部において前記コンテナ側の面に設けた温度センサによって前記流路孔に入る直前の押出材料の温度を計測する方法か、前記ブリッジ部において前記ダイス本体部側に設けた温度センサによって前記ダイス本体部に入る直前の押出材料の温度を計測する方法か、前記ブリッジ部においてその側面側に設けた温度センサによって前記ブリッジ部の側面に沿って流れる押出材料の温度を計測する方法のうち、少なくとも１つを行いながら押出を行うことを特徴とする押出加工方法。
7. 前記フローガイド部における前記コンテナ側の面と前記ダイス本体部側の面の少なくとも一方に前記第１の収納部あるいは前記第２の収納部を設け、前記第１の収納部と前記第２の収納部の少なくとも一方を収納溝部か貫通孔として形成し、
   前記第１の収納部を設けた場合に第１の温度センサを設置し、前記第２の収納部を設けた場合に第２の温度センサを設置し、前記温度センサによって前記フローガイド部の流路孔に入る直前の押出材料の温度を計測するか、前前記ダイス本体部に入る直前の押出材料の温度を計測することを特徴とする請求項６に記載の押出加工方法。
8. 前記フローガイド部に前記フローガイド部の外周から前記ブリッジ部の側面に達する第３の収納部を設け、この第３の収納部に温度センサを配置して前記ブリッジ部側面近傍を流れる押出材料の温度を計測することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の押出加工方法。

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