JP2530331B2 - Aluminum profile high speed extrusion die - Google Patents

Aluminum profile high speed extrusion die

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アルミニウム形材押出ダイスに関するもの
であり、さらに詳しく述べるならば、高速押出を可能に
するダイスに関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aluminum profile extrusion die, and more specifically to a die capable of high speed extrusion.

(従来の技術) 従来,工業的に普通に実施されている、ビル、住宅な
どの建材用アルミニウム形材の押出は、素材として6063
合金のビレットを、またダイスにJIS−SKD61相当材をダ
イスに使用し、約40〜50m/分の範囲の押出速度で行なわ
れていた。
(Prior Art) Extrusion of aluminum profiles for building materials such as buildings and homes, which has been conventionally performed industrially, has been made as 6063 as a raw material.
An alloy billet and a JIS-SKD61 equivalent material were used for the die, and the extrusion speed was in the range of about 40 to 50 m / min.

アルミニウム形材の押出速度を向上するためのダイス
の改善としては、ダイスのベアリング面の特殊表面硬化
処理(窒化、硼化等)、ダイスの加工精度の向上、ある
いはダイスの材質全体の超硬材料での構成などが提案さ
れてきた。例えば、特公昭56−21843号公報によると、
アルミニウム製ねじの加工速度を高めることができる方
法として、モールド(特に、押出ダイス)の作業面に窒
化物または硼化物の拡散層を形成し、その上に金属また
は潤滑剤の層を密着させる方法を提案している (発明が解決しようとする問題点) 従来の高速押出のためのダイス改善提案は、アルミニ
ウムと接するダイスを硬化するための硬化方法、材質の
工夫、あるいは形材を通過させるダイス孔の精度向上に
基づくものであったが、前者の提案を実施すると、高速
押出では形材の表面に肌荒れやダイラインなどの表面欠
陥が多発して連続押出が不可能になるという問題が生
じ、ダイスのコストアップになり、一方後者の提案を実
施するとダイスの交換を頻繁に実施して絶えず高精度の
新品ダイスで押出を行なわなければならないという問題
があった。本発明者は、ビレット加熱温度、ダイス交換
回数などの条件は従来法とほぼ同じで、押出速度の50%
以上増を達成できる高速押出ダイスを提案すべく研究を
行なった。
For improving the die for improving the extrusion speed of aluminum profile, special surface hardening treatment (nitriding, boriding, etc.) on the bearing surface of the die, improvement of machining accuracy of the die, or super hard material of the entire die material Have been proposed. For example, according to Japanese Patent Publication No. 56-21843,
As a method capable of increasing the processing speed of aluminum screws, a method of forming a diffusion layer of nitride or boride on the work surface of a mold (in particular, an extrusion die) and then adhering a metal or lubricant layer thereon (Problems to be solved by the invention) Conventional die improvement proposals for high-speed extrusion include a curing method for curing a die in contact with aluminum, devising a material, or a die for passing a shape. Although it was based on the improvement of the accuracy of the holes, when the former proposal was carried out, there was a problem that continuous extrusion was impossible due to frequent occurrence of surface defects such as skin roughness and die lines on the surface of the profile in high-speed extrusion, The cost of the dies increases, and if the latter proposal is implemented, the dies must be replaced frequently and extrusion must always be performed with new dies with high precision. There was a problem. The inventor has found that the conditions such as the billet heating temperature and the number of times of die change are almost the same as those in the conventional method, and the extrusion speed is 50% of
Research was conducted to propose a high-speed extrusion die that can achieve the above increase.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、アルミニウム形材押出用ダイス鋼よりなる
ダイス本体の前面に、炭化物および/または窒化物を主
成分とする焼結材よりなるダイス前面部を高温圧接によ
り密着させてなることを特徴とする高速押出ダイスに関
する。
(Means for Solving Problems) According to the present invention, a front surface of a die body made of die steel for extruding an aluminum profile is provided with a die front surface made of a sintered material containing carbide and / or nitride as a main component at a high temperature. The present invention relates to a high-speed extrusion die, which is closely contacted by pressing.

本発明のダイスは、通常のアルミニウム形材押出用ダ
イス鋼よりなる本体の前面に高硬度の焼結材を密着させ
る構造を有する。即ち、高硬度の焼結材を全体で使用す
るダイスは破損の危険率が高くかつ高価である欠点を有
しているので通常のダイス鋼を使用するダイスの構造を
改善するとの前提の下に、焼結材料によるダイスの部分
を種々検討したところ従来のようにダイス全体を焼結材
とする方法ではやはり破損の問題が避けられないことが
判明し、ダイス前面側を複合化する、上記構造を本発明
のダイスの基本構造とすることとした。したがって、本
発明のダイスは前面部と本体部(後面部)より構成され
る複合ダイスであり、それぞれの部分に形材を通過させ
る孔部が形成される。
The die of the present invention has a structure in which a high-hardness sintered material is brought into close contact with the front surface of a main body made of usual die steel for extruding an aluminum profile. That is, since a die that uses a high-hardness sintered material as a whole has a high risk of damage and is expensive, it is assumed that the structure of the die that uses ordinary die steel is improved. By examining various parts of the die made of sintered material, it was found that the conventional method of using the entire die as a sintered material inevitably suffers from the problem of breakage, and the die front side is compounded. Was adopted as the basic structure of the die of the present invention. Therefore, the die of the present invention is a composite die composed of a front surface portion and a main body portion (rear surface portion), and holes are formed in the respective portions to allow the shape member to pass therethrough.

さらに、本発明のダイスは、焼結材として炭化物およ
び/または窒化物を主成分とするものを用いることを特
徴とする。形材の押出速度を向上させる化合物として
は、硼化物あるいは酸化物なども考えられるが、実用上
の効果は炭化物および窒化物ほどはない。窒化物として
は、炭化チタン、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化ク
ロムなどを使用できる。一方、窒化物としては、窒化チ
タン、窒化ニオブ、窒化クロム、などを使用できる。こ
れらの窒化物および/または窒化物の他に、ダイス鋼、
あるいはこれらを接合するバインダーとして鉄、ニッケ
ルなどが少量焼結体に含まれていても、炭化物等の効果
が損なわれるものではない。本発明においてダイス前面
部に使用する焼結材は別途焼結されて板等の適当な形状
を持っている材料である。すなわち、炭化物および/ま
たは窒化物をダイス鋼表面に表面処理(浸炭、窒化等)
により形成する方法は、押出速度向上手段として問題が
多く、別途焼結された材料が効果を奏する。この理由は
おそらく組織の安定性に起因すると思われる。
Furthermore, the die of the present invention is characterized by using, as a sintered material, one containing carbide and / or nitride as a main component. A boride or an oxide may be considered as a compound for improving the extrusion rate of the profile, but it is not as practically effective as a carbide or a nitride. As the nitride, titanium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, chromium carbide or the like can be used. On the other hand, as the nitride, titanium nitride, niobium nitride, chromium nitride, or the like can be used. In addition to these nitrides and / or nitrides, die steel,
Alternatively, even if a small amount of iron, nickel, or the like is contained in the sintered body as a binder for joining them, the effect of the carbide or the like is not impaired. In the present invention, the sintered material used for the front surface of the die is a material which is separately sintered and has an appropriate shape such as a plate. That is, the surface of the die steel is treated with carbide and / or nitride (carburizing, nitriding, etc.)
The method of forming by means has many problems as a means for improving the extrusion rate, and a separately sintered material is effective. The reason for this is probably due to the stability of the tissue.

さらにまた、本発明のダイスは焼結材とダイス鋼が高
温圧接により形成される接合層を介して密着されている
ことを特徴とする。一般に、炭化物、窒化物などと鋼の
接合において、例えば溶融温度またはそれに近い温度に
これらを加熱すると、鋼中に炭素および/または窒素が
溶け込み、これが冷却中に粗大に析出し、あるいは硬化
が起こるなどの接合を妨げる原因がある。炭化物、窒化
物などとダイス鋼の接合方法としてろう付け法は上記の
ような接合阻害原因をもっていないので、良好な方法と
考えられる。そこで、これらの両者の密着方法として、
超硬工具のチップの接合に使用されているろう付け法を
試行したところ、確かに強固な接合は得られたが、押出
中に接合面でダイスの破損が起こり易く、好ましい結果
は得られなかった。この原因は押出中に接合面がかなり
高温に成り、ろう材が硬化するためと考えられる。そこ
で、さらに研究を進めたところ、高温圧接により、炭化
物および/または窒化物とダイス鋼の強固な接合が可能
になりまた押出中に接合面でのダイス破損も起こらない
との成果を得ることができた。かかる高温圧接により形
成されるダイスは、第2図に示すように焼結材(ダイス
前面部)1とダイス鋼(ダイス本体)2の間に両者の一
部が交じり合った接合層3を介し複合化されているもの
である。この接合層3の組織を詳細に顕微鏡検査する
と、鋼のマトリックス中に、ダイス鋼のクロム炭化物、
焼結材の炭化物または窒化物、焼結材ともダイス鋼とも
由来が特定できない化合物相などが混在した極めて複雑
な組織、さらに接合中の凝固組織が一部認められる。こ
れらの組織には接合中の圧力方向に2次相などが配向す
る方向性が認められる。これらのような特色ある組織か
ら判断して、(イ)焼結材(ダイス前面部)1とダイス
鋼(ダイス本体)2はその一部が交じり合った接合層3
により強固に接合され、(ロ)通常の溶接の場合の接合
阻害原因となる粗大組織の生成、亀裂の発生などは接合
時の圧力により抑制され、(ハ)押出中の温度上昇に対
しても、炭化物、窒化物等の2次相が複雑に入り組んだ
組織は有効に耐え、接合強度を維持するなどの高速押出
に必須な前提となる作用が得られたと判断される。高速
押出の直接の原因となる作用を調査すべく、約80m/min
の押出速度で、通常のダイス鋼のダイスと本発明のダイ
スを使用して押出を行ない、アルミニウムとダイス前面
の界面を顕微鏡で調査したところ、通常のダイスの前面
では界面のほとんど全体でアルミニウムがダイスに焼き
付いており、本発明のダイス前面ではアルミニウムが焼
結材料の硬質粒子の上を塑性流動していることが分かっ
た。よって、焼結材料中の硬質粒子が焼き付きを防止
し、押出の高速化をもたらしているものと判断される。
このような塑性流動に因る作用はアルミニウムが強度に
減面されるダイス孔とその周辺領域で顕著となる。
Furthermore, the die of the present invention is characterized in that the sintered material and the die steel are adhered to each other via a joining layer formed by high temperature pressure welding. Generally, when joining carbides, nitrides, etc. to steel, when these are heated to, for example, a melting temperature or a temperature close to the melting temperature, carbon and / or nitrogen is melted in the steel, which coarsely precipitates during cooling or hardening occurs. There is a cause that hinders the joining. The brazing method, which is a method for joining the carbide and the nitride to the die steel, is considered to be a good method because it does not have the above-mentioned causes of inhibiting the joining. Therefore, as a method of adhering both of these,
When the brazing method used for joining tips of cemented carbide tools was tried, strong joining was certainly obtained, but die damage was likely to occur at the joining surface during extrusion, and favorable results were not obtained. It was It is considered that this is because the joining surface becomes extremely hot during extrusion and the brazing material hardens. Therefore, as a result of further research, it was possible to obtain the result that high-temperature pressure welding enables strong joining of carbide and / or nitride and die steel, and that die damage does not occur at the joining surface during extrusion. did it. As shown in FIG. 2, the die formed by such high-temperature pressure welding has a joining layer 3 in which a portion of the sintered material (die front portion) 1 and a die steel (die body) 2 are mixed together as shown in FIG. It is a composite. A detailed microscopic examination of the structure of this bonding layer 3 reveals that in the steel matrix, the chromium carbide of the die steel,
An extremely complex structure in which carbide or nitride of the sintered material, a compound phase whose origin cannot be specified in both the sintered material and the die steel, and the like, and a part of the solidified structure during joining are observed. A directionality in which a secondary phase or the like is oriented in the pressure direction during joining is recognized in these structures. Judging from the characteristic structures such as these, (a) the sintered material (die front portion) 1 and the die steel (die body) 2 are joined together in a joining layer 3
By virtue of (b) the formation of coarse structure and the occurrence of cracks, which are factors that hinder the joining in the case of normal welding, are suppressed by the pressure during joining, and (c) even against the temperature rise during extrusion. It is considered that the structure, in which secondary phases such as carbides and nitrides are complicatedly intricately endured effectively, and the actions which are essential prerequisites for high-speed extrusion such as maintaining the bonding strength are obtained. Approximately 80 m / min to investigate the effects that directly cause high speed extrusion
Extrusion was performed using a normal die steel die and the die of the present invention at an extrusion speed of, and the interface between the aluminum and the die front surface was examined under a microscope. It was found to be burned into the die and aluminum was plastically flowing over the hard particles of the sintered material on the front side of the die of the present invention. Therefore, it is considered that the hard particles in the sintered material prevent seizure and accelerate the extrusion.
The action due to such plastic flow becomes remarkable in the die hole where aluminum is strongly reduced and its peripheral region.

以下、さらに実施例により本発明の具体的説明を行な
う。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.

(実施例) 第1図において、1は焼結材よりなるダイス前面部、
2はダイス鋼よりなるダイス本体である。4はバッフ
ル、5はダイケース、6はバッカーであり、これらはダ
イス1、2に付属して用いられる通常の押出装置部材で
ある。ダイス本体2には、SKD61が最も入手し易くまた
実績もあるため、これを通常使用するが、これ以外にも
アルミニウム形材の押出に適した鋼材を使用しても同様
の効果を達成することができる。ダイス前面部1とダイ
ス本体2の厚さの比率が何れか一方に片寄り過ぎると、
複合ダイスの効果がなくなり、ダイス鋼単体もしくは焼
結材単体のダイスの性能と同じ性能しか得られなくな
る。この比率は、ダイス本体2の厚さを1としてダイス
前面部の厚さが0.6〜0.7であることが好ましい。この比
率を越えるとダイスのコストが上昇し、一方この比率未
満であると、ダイス破損の危険が伴い、押出速度の高速
化を図ることが困難になる。ダイス前面部1とダイス本
体2を接合するための加熱温度は1100〜1300℃の範囲が
好ましい。この温度未満では接合のために必要な組織の
一体化が活発でなく、一方この温度を越えるとダイスの
変形が起こる、ダイス鋼の組織上の不所望な影響が生じ
るため、上記温度範囲内が好ましい接合加熱温度であ
る。接合はできるだけ短時間で終了することが酸化等の
点から望ましい。以上の如くして複合ダイスを製作した
後は形材が通過する孔部7(第3図)をダイス前面1と
ダイス本体2に加工する。
(Example) In FIG. 1, 1 is a front surface of a die made of a sintered material,
2 is a die body made of die steel. Reference numeral 4 is a baffle, 5 is a die case, and 6 is a backer, and these are normal extrusion device members used by being attached to the dies 1 and 2. For the die body 2, SKD61 is the most readily available and has a proven track record, so this is normally used. However, the same effect can be achieved by using a steel material suitable for extruding aluminum profiles. You can If the thickness ratio of the die front surface portion 1 and the die body 2 deviates too much to one side,
The effect of the composite die disappears, and only the same performance as the die of the die steel alone or the sintered material alone can be obtained. This ratio is preferably such that the thickness of the die body 2 is 1 and the thickness of the front surface of the die is 0.6 to 0.7. If it exceeds this ratio, the cost of the die increases, while if it is less than this ratio, there is a risk of damage to the die, and it becomes difficult to increase the extrusion speed. The heating temperature for joining the die front face 1 and the die body 2 is preferably in the range of 1100 to 1300 ° C. Below this temperature, the integration of the structure necessary for joining is not active, while above this temperature, the deformation of the die occurs, which causes an undesired effect on the structure of the die steel, so It is a preferable bonding heating temperature. It is desirable that the bonding be completed in the shortest possible time from the viewpoint of oxidation. After the composite die is manufactured as described above, the hole portion 7 (FIG. 3) through which the profile passes is formed in the die front surface 1 and the die body 2.

本発明のダイスを使用する押出法は通常の押出速度以
上の高速押出法であり、80m/min程度の押出速度で連続
押出を行なっても形材品質、ダイス寿命の面でまったく
問題を生じない。
The extrusion method using the die of the present invention is a high-speed extrusion method higher than the normal extrusion speed, and even if continuous extrusion is performed at an extrusion speed of about 80 m / min, there is no problem in terms of profile quality and die life. .

6インチビレットを使用し、押出比が約100の押出
を、焼結材料(厚さ16mm、TiC50%、残部SKD61)とSKD6
1(厚さ24mm)よりなる複合ダイスにより行なった操業
実験では10本のビレットを平均速度約70m/minで押出
し、全数製品とした。
Using a 6-inch billet, extrusion with an extrusion ratio of about 100 was performed using sintered material (thickness 16 mm, TiC50%, balance SKD61) and SKD6.
In an operation experiment conducted with a composite die consisting of 1 (thickness: 24 mm), 10 billets were extruded at an average speed of about 70 m / min to obtain all products.

(発明の効果) 本発明によれば、ダイスの複合化によりアルミニウム
形材押出の高速化が可能になる。従って増産のための設
備増設が不要になるなど多大の産業上の利点が生まれ
る。
(Effect of the Invention) According to the present invention, it is possible to increase the speed of extrusion of aluminum profile by compounding the dies. Therefore, there are many industrial advantages such as no need for additional equipment to increase production.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図、第3図は本発明の押出ダイスの実施例を示す図
面、 第2図は焼結材とダイス鋼の接合状態を示す概念図であ
る。 1……焼結材(ダイス前面部)、2……ダイス鋼(ダイ
ス本体)、3……接合層、4……バッフル、5……ダイ
ケース、6……バッカー
1 and 3 are drawings showing an embodiment of an extrusion die of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing a joined state of a sintered material and a die steel. 1 ... Sintered material (die front part), 2 ... Die steel (die body), 3 ... Bonding layer, 4 ... Baffle, 5 ... Die case, 6 ... Backer

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アルミニウム形材押出用ダイス鋼よりなる
ダイス本体の前面に、炭化物および/または窒化物を主
成分とする焼結材よりなるダイス前面部を高温圧接によ
り密着させてなることを特徴とするアルミニウム形材高
速押出ダイス。
1. A front surface of a die body made of die steel for extruding an aluminum profile, and a die front portion made of a sintered material containing carbide and / or nitride as a main component are brought into close contact with each other by high-temperature pressure welding. High-speed extrusion die for aluminum profile.
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