JP3552126B2 - 押出し法によるクラッド材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は押出し法によるクラッド材の製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クラッド材は、性質の異なる材料の積層体であり、表面に接合材、耐食性材、耐振性材などを積層することにより部材の機能特性を向上させることを目的として製造される。その製造方法には各種実用化されており、その中の一方法が押出し法である。
【０００３】
クラッド材を押出し法で製造する技術には、例えば、特開平３−１３８０１７号公報「中実クラッド材の製造方法」が公表されている。この技術は、前端面中央に突出状の嵌合用突部が一体形成された円柱状の芯部形成用ビレットと、この嵌合用突部に嵌合されるリング状の表皮形成用ビレットとを用いて、後端面が凹状の錐面に形成されたソリッドダイスにより押出しを行なうものであり、構成部材金属ををダイス後端の錐面の傾斜を利用して、成形孔へ定量的に移動させることにより、表皮の厚さを長手方向に一様にできると言う技術である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記技術はダイス錐角の傾斜を利用しているため、表皮を巻き込みやすく、表皮に疵等の欠陥がある場合クラッドされた部分即ち表皮にストリーク（筋疵）を生じてしまう。また、それを防止するためには表皮を表面から一定量切削等により除去加工する必要がある。従って、クラッド材の品質の低下、あるいはコストアップの原因となっている。
更に、上記技術ではビレットの形状が複雑であり、形状の自由度が制限される。
【０００５】
また、上記技術は表皮の厚さを一様にする技術であり、表皮の厚さを変化させる技術には言及していない。しかし、近年、表皮の厚さ割合を示すクラッド比を必要に応じて変化させる必要があり、この研究も進める必要がある。
そこで本発明の目的は、ビレットの形状の単純化を図り、且つクラッド比の変更が可能な技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、コンテナ内に配した２種類のビレットにステムを介して圧縮力を作用させ、ベアリングより押出すクラッド材の製造方法において、コンテナ内のダイス側にクラッド材の表皮となる第１ビレットを配し、この第１のビレットに連接して芯部となる第２ビレットを配し、前記圧縮力を変化させることにより、クラッド比を変化させることを特徴とする。
【０００７】
前記圧縮力は、ダイ孔に相当するベアリングの長さ、ベアリングが先細り形状である場合の傾斜角に相当するチョーク角、ビレット断面積／製品断面積で算出される押出し比、押出し速度から選ばれた少なくとも１つにより設定されることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る押出し法によるクラッド材の製造方法の原理図であり、本発明方法を実施するための押出し装置１は、コンテナ２と、ベアリング３を設けたダイ４と、プランジャ若しくはステム５とからなる。
（ａ）にて、コンテナ２に、表皮用第１ビレット７と芯部用第２ビレット８とをこの順に装填する。
（ｂ）にて、装填したビレット７，８をステム５で押圧する。
【０００９】
図２（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るクラッド材の製造工程図である。
（ａ）にて、ステム５で押されたことにより、第１ビレット７の一部はベアリング３から食み出し、その分だけ第２ビレット８の前面中央が徐々に前方へ膨出する。
（ｂ）にて、第１ビレット７の中心に第２ビレット８の一部が大きく進入する。図中、矢印はメタルの流れを概念的に示したものである。
（ｃ）は定常状態を示し、ベアリング３からは第２ビレット８による芯部に第１ビレット７による表皮が被ったところのクラッド材９が押出される。
（ｄ）は更に作業が進み、第１ビレット７及び第２ビレット８の残量が減った状態を示す。即ち、ビレット７，８の一方が尽きるまでは作業は継続できることを示す。
【００１０】
本発明者等は後述するように従来方法と本発明方法に格別の差異があることを実験で確認した。この差異を次のような仮説を立てて理論的に説明することにした。
図３（ａ），（ｂ）は本発明方法を理論的に説明するための図であり、前記図２（ｃ）の定常状態では第１ビレット４は三角形断面となる。この断面はデッドメタルと称し、その形状は材料の性質によって決まる。
そこで図３（ａ）において、第１ビレット４の斜面４ａの傾斜角をθ、この斜面４ａに沿った押上げ力をＮ、ステムの押出し力をＰとした場合に、次の関係式が成立する。傾斜角θは材料によって決まる滑りやすい角度である。
Ｎ＝Ｐ・ｃｏｓθ ・・・▲１▼
【００１１】
図３（ｂ）において、第２ビレット８の剪断力で第１ビレット７の一部が引き剥がされるとし、そのときの臨界剪断応力をτ、力Ｎによって斜面４ａに沿って引き剥がされる部分の断面積をＡとすると、次の式が成立する。なお、臨界剪断応力τは材料の組成、温度等によって決まる値である。
Ｎ＝τ・Ａ ・・・▲２▼
上記▲１▼式及び▲２▼式において、ｃｏｓθとτはその条件下で一定となる。また、▲１▼式及び▲２▼式から次の式が成立する。
Ｐ・ｃｏｓθ＝τ・Ａ ・・・▲３▼
Ａ＝（ｃｏｓθ／τ）・Ｐ ・・・▲４▼
式▲４▼において、（ｃｏｓθ／τ）が一定であるから、Ｐを変更することによりＡを変更することができ、Ａを変えることにより、表皮の厚さを変更することができる。
なお、以上の説明は仮説であり、あくまでも後述の実験値を正とする。
【００１２】
上記仮説に基づいて、Ｐを変更する具体的方法を検討した。
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明方法具体例と比較例とを示す図であり、（ａ）は比較例を示し、このときのベアリング３Ａはストレートベアリングであり、それの径はｄ、長さはｌである。
（ｂ）は第１実施例を示し、ベアリング３Ｂの長さを比較例のそれよりも十分に大きいＬとしたものである。抵抗が増すので押出し速度を変えないとすると、押出し力Ｐは増加し、その結果、表皮の厚さは増加する。
（ｃ）は第２実施例を示し、ベアリング３Ｃの径を比較例のそれよりも小さなＤとしたものである。抵抗が増すので押出し速度を変えないとすると、押出し力Ｐは増加し、その結果、表皮の厚さは増加する。コンテナの径を一定としてベアリング３Ｃの径を変更するので、この場合には、押出し比を変更したことになる。
【００１３】
（ｄ）は第３実施例を示し、ベアリング３Ｄを先細り形状のテーパベアリングとし、その傾斜角をチョーク角というが、チョーク角αを適宜もたせるというものである。比較例のチョーク角は０であるが、図のようにチョーク角αをもたせると、ベアリング３Ｄが先細り形状となるため、抵抗が増すので押出し速度を変えないとすると、押出し力Ｐは増加し、その結果、表皮の厚さは増加する。
その他、第４実施例として（ａ）の構造において、ステムの移動速度を上げれば抵抗が増すので、押出し力Ｐは増加し、その結果、表皮の厚さは増加する。この場合は、押出し速度を変更したことになる。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。なお、ベアリングはダイに設けられた孔のなかで、材料を実際に成形する部分を指す。また、先に述べた通り、押出し比はビレット断面積を製品断面積で除した値である。
図５は本発明の第１実施例に係るグラフであり、横軸はベアリング長さ、縦軸はクラッド比（％）である。クラッド比（％）は、（表皮厚さ（ｍｍ）÷クラッド材半径（ｍｍ））×１００で規定される。
第１実施例：前記図４（ｂ）で説明した通り、ベアリング長さを段階的に変更して、そのときのクラッド比（％）を調べた。
試験の条件は図の下半部分に表で示した通り、
表皮用第１ビレット アルミニウム材 ６０６３
芯部用第２ビレット アルミニウム材 ４０３２
ビレット温度 ４５０℃
チョーク角 ０゜
押出し比 ２４
押出し速度 ３０ｍ／ｍｉｎ（ステム速度）
グラフから明らかなように、ベアリング長さを変更することで表皮厚さを変更することができる。
ただし、ベアリング長さは材料の成形に直接影響し、表皮厚さを直線的に増加させる。しかし、ベアリング長さが長くなり過ぎると、接触摩擦が過大となり、この摩擦力で表皮が破断するおそれがある。そこで、ベアリング長さは１５ｍｍ程度を上限とする。
【００１５】
図６は本発明の第２実施例に係るグラフであり、横軸は押出し比、縦軸はクラッド比（％）である。
第２実施例：前記図４（ｃ）で説明した通り、押出し比を段階的に変更して、そのときのクラッド比（％）を調べた。
試験の条件は図の下半部分に表で示した通り、
表皮用第１ビレット アルミニウム材 ６０６３
芯部用第２ビレット アルミニウム材 ４０３２
ビレット温度 ４５０℃
ベアリング長さ ５ｍｍ
チョーク角 ０゜
押出し速度 ４００ｍｍ／ｍｉｎ（クラッド材速度）
グラフから明らかなように、押出し比を変更することで表皮厚さを変更することができる。
ただし、押出し比を大きくすると金型、特にダイの撓みが大きくなり、製品の寸法精度に影響する。そこで、押出し比は、大型ビレットにあっては５０、小型ビレットにあっては１００を上限とする。
【００１６】
図７は本発明の第３実施例に係るグラフであり、横軸はチョーク角、縦軸はクラッド比（％）である。
第３実施例：前記図４（ｄ）で説明した通り、チョーク角を段階的に変更して、そのときのクラッド比（％）を調べた。
試験の条件は図の下半部分に表で示した通り、
表皮用第１ビレット アルミニウム材 ６０６３
芯部用第２ビレット アルミニウム材 ４０３２
ビレット温度 ４５０℃
ベアリング長さ ３ｍｍ
押出し比 ２４
押出し速度 ３０ｍ／ｍｉｎ（ステム速度）
グラフから明らかなように、チョーク角を変更することで表皮厚さを変更することができる。
ただし、チョーク角は０．５゜を越えると表皮厚さはあまり厚くならない。逆に、０．５゜以下では加工精度を出しにくいので、むしろ１０〜１５゜でベアリング長さを２〜３ｍｍとすることが好ましい。
【００１７】
図８は本発明の第４実施例に係るグラフであり、横軸は押出し速度、縦軸はクラッド比（％）である。
第４実施例：押出し速度を段階的に変更して、そのときのクラッド比（％）を調べた。押出し速度の変更はステムの移動速度を変更するだけでよい。
試験の条件は図の下半部分に表で示した通り、
表皮用第１ビレット アルミニウム材 ６０６３
芯部用第２ビレット アルミニウム材 ４０３２
チョーク角 ０゜
ビレット温度 ４５０℃
ベアリング長さ ５ｍｍ
押出し比 ２４
グラフから明らかなように、押出し速度を変更することで表皮厚さを変更することができる。
ただし、押出し速度を高くしても表皮厚さの増加はそれ程でもない。逆に、ベアリングでの摩擦による発熱が著しくなり、表皮の形状が悪くなる恐れがある。そこで、アルミニウム材６０６３で６０ｍ／ｍｉｎを上限とする。
【００１８】
上記実施例の１種又は複数を組合わせて表皮厚さを変更すればよい。中でも、実施例１のベアリング長さを変更する方法が生産性、仕上り精度の双方を独立して制御できることから、より有効であり、実施例１単独又は実施例１に他の実施例を組合わせることが望ましい。
また、ビレット温度を変えると、ベアリングにおける抵抗力が変化し、それに応じて圧縮力は変化する。そこで、ビレット温度単独又は上記所因子と組合わせることでビレット比を変更することも可能である。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、コンテナ内に配した２種類のビレットにステムを介して圧縮力を作用させ、ベアリングより押出すクラッド材の製造方法において、コンテナ内のダイス側にクラッド材の表皮となる第１ビレットを配し、この第１のビレットに連接して芯部となる第２ビレットを配し、前記圧縮力を変化させることにより、クラッド比を変化させることを特徴とするものであるから、ビレットに格別の加工を施す必要が無く、生産コストを下げることができる。加えて、第２ビレットに作用する圧縮力を変化させることにより、表皮の厚さを変化させるので、多様な表皮厚さ要求に簡単に応じられる。
【００２０】
請求項２は、圧縮力を、ダイ孔に相当するベアリングの長さ、ベアリングが先細り形状である場合の傾斜角に相当するチョーク角、ビレット断面積／製品断面積で算出される押出し比、押出し速度から選ばれた少なくとも１つにより設定するようにしたので、容易に表皮の厚さを変更でき、製造が極めて効率的に実施できるので、製造作業が簡単になり、作業者の負担が軽くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押出し法によるクラッド材の製造方法の原理図
【図２】本発明に係るクラッド材の製造工程図
【図３】本発明方法を理論的に説明するための図
【図４】本発明方法具体例と比較例とを示す図
【図５】本発明の第１実施例に係るグラフ
【図６】本発明の第２実施例に係るグラフ
【図７】本発明の第３実施例に係るグラフ
【図８】本発明の第４実施例に係るグラフ
【符号の説明】
１…クラッド材の押出し装置、２…コンテナ、３…ベアリング、４…ダイ、５…ステム、７…表皮用第１ビレット、８…芯部用第２ビレット、９…クラッド材、Ｐ…圧縮力。

Claims (2)

1. コンテナ内に配した２種類のビレットにステムを介して圧縮力を作用させ、ベアリングより押出すクラッド材の製造方法において、コンテナ内のダイス側にクラッド材の表皮となる第１ビレットを配し、この第１のビレットに連接して芯部となる第２ビレットを配し、前記圧縮力を変化させることにより、クラッド比を変化させることを特徴とする押出し法によるクラッド材の製造方法。
2. 前記圧縮力は、ダイ孔に相当するベアリングの長さ、ベアリングが先細り形状である場合の傾斜角に相当するチョーク角、ビレット断面積／製品断面積で算出される押出し比、押出し速度から選ばれた少なくとも１つにより設定されることを特徴とする請求項１記載の押出し法によるクラッド材の製造方法。

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