JP3611803B2

JP3611803B2 - Method for isobaric extrusion of metal material and extrusion apparatus

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Publication number: JP3611803B2
Application number: JP2001173061A
Authority: JP
Inventors: 昌也高橋; 米山　　猛; 博之香川
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2021-06-07
Also published as: JP2002361321A

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、金属材料（金属ビレット）の等圧押出方法並びに押出装置に係り、特に、ラムの金属ビレットに対する押圧時に、ビレットからダイスに対して直接に加えられるダイス荷重を一定に為すことにより、ダイスを通じて押し出される押出製品の品質を有利に高め得るようにした金属材料の等圧押出方法と、かかる方法の実施に際して好適に用いられる押出装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
よく知られているように、コンテナの収容孔内に収容した金属ビレット（金属材料）をラムにて押圧することにより、ダイスを通じて押し出して、所望の断面形状を呈する押出製品を得る方法の一種として、コンテナとビレットとを共に所定の温度に加熱した状態下で、ラムのビレットに対する押圧方向と同一方向において、ビレットを押し出すようにした、所謂熱間前方（直接）押出加工があり、例えば、アルミニウム合金等の押出製品（押出形材）の多くが、この方法にて製造されている。
【０００３】
ところで、このような熱間前方押出加工により、アルミニウム合金等からなるビレットの押出を行なう場合、押出が進むにつれて、押出製品の寸法、例えば、板状の押出製品の板幅や板厚等が押出方向たる長手方向において変化するという現象が生じており、それが、押出製品の品質に対して多大な悪影響を及ぼしている。
【０００４】
このため、従来から、かかる熱間前方押出加工にて得られる押出製品の品質の向上を目的として、押出製品の長手方向における寸法変化の発生原因が種々考察され、そして、その考察された発生原因に応じた、様々な対策が提案されてきているのである。
【０００５】
すなわち、例えば、特開平５−１３８２３３号公報においては、熱間前方押出加工の実施時における押出製品の長手方向の寸法変化（ここでは、主に、板状押出製品の板厚変化）が、ダイスの撓み量の変化によって生ずるものと考えられており、また、このダイスの撓み量の変化が起きる原因の一つとして、ラムのビレットに対する押圧時に、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナから、ダイスのコンテナとの接触部分に対して、ラムの押圧方向に加わる押出荷重（コンテナシール力）の変化が、挙げられている。つまり、従来の熱間前方押出加工では、一般に、ダイスの外周部が、コンテナに対して、ラムの押圧方向に接触せしめられているところから、押出加工が進んでビレットの残量が少なくなるに従って、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗が減少し、それに伴って、ダイスの外周部に対するコンテナからの押出荷重も次第に小さくなり、そのために、ダイスの撓み量が変化せしめられるとされているのである。
【０００６】
そして、かかる特開平５−１３８２３３号公報では、押出製品の長手方向における寸法変化を生ぜしめるダイスの撓み量の変化を解消乃至は抑制するために、コンテナを押圧する補助シリンダを設け、かかる補助シリンダにてコンテナを押圧することにより、押出加工中において、ダイスの外周部に対するコンテナからの押出荷重を終始一定に為すことが、提案されている。しかしながら、このような対策を講じようとすると、使用する押出装置の構造が、複雑で、且つ大がかりなものなって、押出加工に要される経済負担が増大してしまうことが避けられなかったのである。しかも、かかる公報に開示される押出装置では、ビレットからダイスに対して直接に加えられる押出荷重を制御することが出来なかったのである。
【０００７】
また、特開２００１−１２１２０８号公報においては、押出製品の長手方向の寸法変化（ここでも、主に、板状押出製品の板厚変化）が、ダイスに対するコンテナからの押出荷重の変化に加えて、ダイスの温度が変化することによって、押出製品が押し出されるダイスの押出孔（賦形空間）における間隙の大きさが、押出加工中に変動するために生ずるものと考えられており、そして、そのようなダイスの押出孔における間隙の大きさの変動を解消せしめるために、ダイスの外周面を加圧する加圧力調整ロッドを設けて、押出製品の寸法の変化量に応じて、かかる加圧調整ロッドの加圧量を調整することにより、ダイスの押出孔における間隙の大きさを一定に為すことが、提案されている。
【０００８】
しかしながら、このような特開２００１−１２１２０８号公報において提案される対策にあっても、使用されるダイス毎に、それに適した加圧調整ロッドを設けなければならないため、ダイスの構造、ひいては押出装置の構造が複雑なものとなってしまい、それ故、特に、多種類の押出製品を生産する際に、より大きな経済負担が強いられることとなるといった、極めて大きな問題が内在していたのである。
【０００９】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その第一の解決課題とするところは、金属材料の押出加工に際して、得られる押出製品の長手方向における寸法変化を低コストに且つ確実に解消することが出来、以て、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが出来る方法を提供することにある。また、本発明にあっては、そのような金属材料の押出加工を実施するに際して、有利に用いられ得て、長手方向における寸法精度が安定した高品質な押出製品が低コストに製造され得る押出装置を提供することを、その第二の課題とするものである。
【００１０】
【解決手段】
そして、本発明者は、加熱されたコンテナの収容孔内に、金属ビレットが収容され、該ビレットをラムにて押圧することにより、ダイスの押出口を通じて、ビレットが、ラムの押圧方向と同じ方向に押し出されるように構成されると共に、かかるダイスが、押出口の形成部分たる中心部分において、コンテナの収容孔内に収容されたビレットと接触する一方、外周部分において、コンテナに接触せしめられるように配置されてなる従来の押出装置を用いて、熱間前方押出加工を行なう場合、ラムのビレットに対する押圧時に、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、ダイスのコンテナとの接触部分に対して、コンテナから、ラムの押圧方向に、押出荷重が加わる一方で、ダイスのビレットとの接触部分に対して、ビレットから直接に押出荷重が加わり、また、これらダイスのコンテナとの接触部分とビレットとの接触部分のそれぞれに加わる押出荷重の合計が、ラムのビレットに対する押圧力に応じて、ラムからビレットに加わるラム荷重となる点に着目して、上述の如き第一及び第二の二つの技術的課題を解決するために、鋭意研究を重ねたのである。
【００１１】
そして、その結果、ラムのビレットに対する押圧時に、ダイスのコンテナとの接触部分に該コンテナから加わる押出荷重だけでなく、ダイスのビレットとの接触部分に対して、ビレットから直接に加わる押出荷重も、押出加工中に変化してしまうのであって、実は、このビレットからダイスに直接に加わる押出荷重の変化こそが、主に、板状押出製品の板幅を長手方向に変化させる原因となる、押出加工中のダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼすことが、明らかとなったのであり、また、そのようなビレットからダイスに直接に加わる押出荷重の変化量は、ビレットの温度やビレットを収容するコンテナの温度の変化に大きく左右されることも、判明したのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、上述せる如き知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、加熱されたコンテナの収容孔内に、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱された金属ビレットを収容した後、かかるビレットをラムにて押圧することにより、ダイスを通じて、該ラムの押圧方向と同じ方向に押し出すに際して、前記ラムの前記ビレットに対する押圧時に、該ビレットから前記ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出する一方、該検出されるダイス荷重に基づいて、該ビレットの温度と前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御することを特徴とする金属材料の等圧押出方法にある。
【００１３】
要するに、この本発明に従う金属材料の等圧押出方法にあっては、押出加工の進行時におけるダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼす、ビレットからダイスに直接に加わる押出荷重たるダイス荷重を、押出加工中において終始一定の値となるように制御するようにしたものであるところから、そのようなダイス荷重の変化に起因するダイスの撓み量の変化を、解消乃至は可及的に抑制することが出来るのである。
【００１４】
しかも、かかる本発明手法においては、単に、ビレット温度とコンテナ温度の少なくとも何れか一方を調節するだけで、上述の如く、ダイスの撓み変形を解消乃至は抑制し得るダイス荷重制御を行なうようにしたものであるところから、ダイスの撓み量の変化やダイスの押出孔における間隙の大きさの変動を阻止するために、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた、複雑な構造の押出装置を用いる従来手法とは異なって、ビレットやコンテナの温度調節機能を有する比較的に簡略な構造の押出装置を用いることによって、ダイスの撓み量の変化を有利に阻止乃至は抑制することが出来るのである。
【００１５】
従って、このような本発明に従う金属材料の等圧押出方法によれば、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化を、比較的に低コストに且つ確実に解消乃至は抑制することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化も、低コストに且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが可能となったのである。
【００１６】
なお、このような本発明に従う金属材料の等圧押出方法の好ましい態様の一つによれば、前記ダイスが、前記コンテナの収容孔内に配置された部分において前記ビレットに接触せしめられて、前記ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重のみが、該ダイスに作用せしめられるように構成された押出装置を用いて、該ラムのビレットに対する押圧時に、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出するように構成される。
【００１７】
これによって、ダイス荷重が、より正確に検出され得、以て、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化、ひいてはそれに起因する押出製品の長手方向における寸法変化が、より有利に防止乃至は抑制され得ることとなるのである。また、上述の如き構成を採用すれば、ラムのビレットに対する押圧時に、ダイスに対して、コンテナから、ラムの押圧方向に、押出荷重が何等加えられることがないため、そのようなコンテナによる押出荷重の変動によって、ダイスの撓み量が変化して、例えば板状押出製品の板厚等が変化してしまうようなことが、有利に防止され得るのである。
【００１８】
また、本発明に従う金属材料の等圧押出方法の別の有利な態様の一つによれば、前記ラムのビレットに対する押圧に伴って該ビレットと前記コンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、該コンテナに対して、前記ラムの押圧方向に加えられるコンテナ荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときの該ラムのビレットに対する押圧力に応じて、該ラムから該ビレットに加えられるラム荷重とを更に検出し、該検出されるコンテナ荷重と該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ダイス荷重との合計荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ラム荷重との差を求め、かくして求められた差の大きさに基づいて、該ダイス荷重の誤差が求められることとなる。
【００１９】
このような構成を採用すれば、求められる誤差を無くすように、検出されるダイス荷重や、それに基づくコンテナ温度やビレット温度の調節量を修正することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化を、より確実に解消することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に従う金属材料の等圧押出方法の望ましい他の態様の一つによれば、前記押出装置として、前記ダイスの全体が前記加熱されたコンテナの収容内に挿入位置せしめられてなる装置を用いることにより、該ダイスの全体の温度を一定の範囲内に保持する構成が採用される。これによって、ダイスの温度変化によって惹起される、得られる押出製品の厚さ変化を効果的に解消することが出来、その結果として、押出製品の品質を、更に一層高度に且つ安定して維持することが可能となるのである。
【００２１】
そして、本発明にあっては、前記第二の課題の解決のために、（ａ）金属ビレットを収容孔内に収容するコンテナと、（ｂ）該コンテナを加熱する第一の加熱手段と、（ｃ）前記ビレットを、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱する第二の加熱手段と、（ｄ）前記コンテナの収容孔内に収容されたビレットを押圧するラムと、（ｅ）該ラムの前記ビレットに対する押圧に伴って、該ビレットを該ラムの押圧方向と同一の方向に押し出すための押出口を有するダイスであって、前記コンテナの収容孔内に挿入位置せしめられることにより、該ラムの押圧方向において該ビレットのみに接触せしめられて、該ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから直接に加わる押出荷重のみが、作用せしめられるように構成されたダイスと、（ｆ）該ダイスに加えられる前記荷重をダイス荷重として検出する検出手段と、（ｇ）該検出手段にて検出される前記ダイス荷重に基づいて、前記第一の加熱手段により加熱される前記ビレットの温度と、前記第二の加熱手段により加熱される前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御する制御手段とを含んで構成したことを特徴とする押出装置をも、また、その要旨とするものである。
【００２２】
このような本発明に従う押出装置にあっては、ラムのビレットに対する押圧により、ダイスに対して、ビレットから直接に加わる押出荷重のみが作用せしめられるように構成されているところから、押出加工の進行時におけるダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼす、ビレットからダイスに直接に加わる押出荷重が、検出手段にて、ダイス荷重として、確実且つ正確に検出され得るようになっているのであり、また、そのようなダイス荷重に基づいて、単に、ビレットの温度とコンテナの温度の少なくとも何れか一方が、制御手段にて調節されるだけで、ダイス荷重が、押出加工中において終始一定の値となるように制御されるようになっているため、押出加工中におけるダイス荷重の変化が、比較的に簡略な構造により、自動的に解消乃至は小さくされ得るのである。
【００２３】
従って、この本発明に従う押出装置にあっては、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた従来装置よりも簡略な構造をもって、ダイス荷重の変化により惹起されるダイスの撓み量の変化、ひいては、そのようなダイスの撓み量の変化によって惹起される押出製品の長手方向における寸法変化が、確実に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、優れた経済的メリットをもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２５】
先ず、図１には、本発明に従う構造を有する押出装置を用いて、金属材料を、本発明手法に従って等圧押出する際の一工程例が、ブロック図を一部含んで概略的に示されている。かかる図１において、金属押出装置は、コンテナ１０の収容孔１２内に収容されたアルミニウム等の金属ビレット１４を、その背後から、油圧シリンダ１６によって駆動されるラム１８の前進作動にて、ダミーブロック２０を介して押圧することにより、ダイス２２の押出口２４を通じて、該押出口２４の形状に対応した断面形状を有する押出製品（形材）２６が、ラム１８の前進方向、換言すれば、ラム１８のビレット１４に対する押圧方向と同一の方向に向かって、連続的に押し出され得るように構成されている。
【００２６】
また、かかる押出装置にあっては、コンテナ１０の内部に、コンテナ１０を加熱する第一の加熱手段としてのコンテナヒータ２３が設けられている一方、ビレット１２を加熱する第二の加熱手段としてのビレットヒータ２５が、コンテナ１０とは別に設けられており、更に、それらコンテナヒータ２３とビレットヒータ２５のそれぞれの加熱温度を調節する制御装置２７が設けられている。そして、この制御装置２７の加熱温度調節によって、コンテナ１０が、所定の設定温度となるように、コンテナヒータ２３にて加熱されるようになっている一方、ビレット１４が、コンテナ１０の収容孔１２内に収容される前に、軸方向及び径方向における温度が均一となるように、ビレットヒータ２５にて均熱加熱されるようになっている。かくして、ここでは、コンテナ１０とビレット１４とが適当な温度に加熱された状態で、ビレット１４に対する押出加工が実施され得るようになっているのである。
【００２７】
ところで、このような本実施形態では、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられ、また、このダイス２２及びそれを収容するコンテナ１０と、複数のタイロッド２８を介して前記油圧シリンダ１６を支持するプラテン３０との間に、検出手段としての荷重検出器３２が、配置されていることによって、ラム１８にてビレット１４を押圧した際に、ダイス２２とコンテナ１０とに対してビレット１４から加わる押出荷重が、それぞれ検出されるようになっている。
【００２８】
より具体的には、ここでは、ダイス２２が、コンテナ１０の収容孔１２の内径よりも僅かに小さな外径を有して構成されており、該収容孔１２におけるラム１８の前進側の端部内で、該ラム１８の前進方向、つまり該ラム１８のビレット１４に対する押圧方向において、該収容孔１２に収容されたビレット１４のみに接触し、且つ該押圧方向と直角な方向において、コンテナ１０の収容孔１２の内面に接触した状態で、該押圧方向に摺動可能に位置せしめられている。
【００２９】
これによって、ラム１８が、油圧シリンダ１６による前進作動にて、ダミーブロック２０を介してビレット１４を、その背後から押圧した際に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わる押出荷重のみが作用せしめられるようになっているのであって、ラム１８のビレット１４に対する押圧に伴って、ビレット１４とコンテナ１０との間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナ１０に対して、ラム１８の押圧方向に加えられる押出荷重が、ダイス２２に対して、何等作用せしめられることがないのである。そして、そのため、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に加えられる押出荷重によって生ぜしめられるダイス２２の撓み変形が、押出口２４の形成部位のみにおいて、ビレット１４からダイスに直接に加わる押出荷重だけにより、比較的に小さな変形量で惹起されるようになっているのである
【００３０】
また、ここでは、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２の内面に接触して、該収容孔１２内に挿入されているところから、ビレット１４の押出加工により生ずる加工発熱にてダイス２２が加熱されても、その熱量が、コンテナ１０の収容孔１２の内面に流出せしめられることにより、ダイス２２の温度が過剰に高くなるようなことが防止されると共に、押出加工の終了後における過度の放熱によって、ダイス２２の温度が、コンテナ１０の温度よりも低下してしまうようなことも回避され、以て、コンテナ１０が所定の温度に保持されている限り、コンテナ１０の収容孔１２内のダイス２２全体が、該コンテナ１０の温度と略同一の温度に保持され得るのである。
【００３１】
一方、このようなダイス２２及びコンテナ１０と前記プラテン３０との間に配置された荷重検出器３２は、図２に示されるように、略厚肉円筒状のホルダリング３４と、該ホルダリング３４の内径よりも僅かに小さな外径と、ホルダリング３４よりも軸方向長さの長い略薄肉円筒状のコンテナロードセル３６と、該コンテナロードセル３６の内径よりも更に小さな外径と、該コンテナロードセル３６よりも軸方向長さの長い略薄肉円筒状のダイスロードセル３８とを有し、それらが、径方向において互いに重ね合わされつつ、同軸的に位置するように組み付けられて、構成されている。また、コンテナロードセル３６とダイスロードセル３８には、それぞれの外表面の一部を切り欠いてなる切欠部が設けられ、それらの切欠部に、軸方向に加えられる荷重の大きさを検出する歪みゲージ４０，４２が、それぞれ貼り付けられている。
【００３２】
そして、かかる荷重検出器３２が、図１に示されるように、ホルダリング３４とコンテナロードセル３６とダイスロードセル３８のそれぞれの軸方向一方側の端面を、プラテン３０のコンテナ１０との対向面上に位置固定に配設されたボルスタ４４のコンテナ１０との対向面に当接させる一方、ホルダリング３４の軸方向他方側の端面を、コンテナ１０に対して所定間隔をあけて位置させ、また、コンテナロードセル３６の軸方向他方側の端面を、コンテナ１０の端面に当接させ、更に、ダイスロードセル３８の軸方向他方側の端部をコンテナ１０の収容孔１２内に突入させて、その端面を、該収容孔１２内に挿入位置せしめられたダイス２２の端面に当接させた状態下で、該ボルスタ４４とコンテナ１０との間において挟持されている。
【００３３】
これにより、上述の如くして、ラム１８にてビレット１４を押圧した際に、ラム１８からビレット１４に対して加えられるラム荷重のうち、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わる押出荷重のみが、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて、ダイス荷重として検出され、また、ラム１８のビレット１４に対する押圧に伴って、ビレット１４とコンテナ１０との間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナ１４に対して、ラム１８の押圧方向に加えられる押出荷重が、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６にて、コンテナ荷重として検出されるようになっているのである。更に、ここでは、ラム１８にも、公知の構造を有するラム荷重検出器４６が設けられて、ラム１８からビレット１４に加えられるラム荷重が、検出されるようになっている。
【００３４】
而して、本実施形態においては、特に、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６とダイスロードセル３８とにて検出されたコンテナ荷重とダイス荷重と、ラム荷重検出器４６にて検出されたラム荷重とが、前記コンテナヒータ２３とビレットヒータ２５の加熱温度の調節を行なう制御装置２７に入力せしめられて、それらコンテナヒータ２３とビレットヒータ２５とにて加熱されるコンテナ１０とビレット１４のうちの何れか一方の温度、若しくは両方の温度が、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重に基づいて、制御装置２７にて、更に調節され、それによって、ダイス荷重の大きさが制御されるようになっているのである。
【００３５】
すなわち、ここでは、制御装置２７が、演算部４８とコンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２とを有して、構成されている。そして、この制御装置２７の演算部４８は、ビレット１４の押出加工中において、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重が、逐次入力されるようになっている。また、この演算部４８では、押出加工の初期と終期とにおいてそれぞれ入力されるダイス荷重の大きさに変化が認められた場合に、そのダイス荷重の変化量が求められると共に、求められたダイス荷重の変化量が、予め定められた演算式乃至はそれに類する式に代入されて、該ダイス荷重を押出加工中において終始一定の値と為すように制御する制御量として、コンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量が求められるようになっている。そして、かかる演算部４８においては、コンテナ１０の設定温度の変更量とビレット１４の設定温度の変更量が求められると、それらのうちの何れか一方、若しくは両方の変更量が、コンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２の何れか一方、若しくは両方に出力されるようになっている。
【００３６】
なお、コンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量を求めるために、予め定められる演算式乃至はそれに類する式としては、例えば、以下に示される式が、採用されることとなる。
※コンテナ１０の設定温度の変更量を求める式
−Ａ（ｋＮ）＜ΔＰ＜Ａ（ｋＮ）の場合、α＝０
ΔＰ＞Ａ（ｋＮ）の場合、α＝−Ｂ（℃）
ΔＰ＜−Ａ（ｋＮ）の場合、α＝＋Ｂ（℃）
但し、〔ΔＰ：ダイス荷重の変更量＝押出加工初期のダイス荷重−押出加工後期のダイス荷重
α：コンテナの設定温度の変更量
Ａ，Ｂ：使用される押出装置固有の定数で、例えば、コンテナの直径が９４ｍｍで、５００トンプレスの押出装置では、Ａ＝５０（ｋＮ），Ｂ＝２（℃）となる〕
※ビレット１４の設定温度の変更量を求める式
−Ａ（ｋＮ）＜ΔＰ＜Ａ（ｋＮ）の場合、β＝０
ΔＰ＞Ａ（ｋＮ）の場合、β＝＋Ｃ（℃）
ΔＰ＜−Ａ（ｋＮ）の場合、β＝−Ｃ（℃）
但し、〔ΔＰ：ダイス荷重の変更量＝押出加工初期のダイス荷重−押出加工後期のダイス荷重
β：ビレットの設定温度の変更量
Ａ，Ｃ：使用される押出装置固有の定数で、例えば、コンテナの直径が９４ｍｍで、５００トンプレスの押出装置では、Ａ＝５０（ｋＮ），Ｃ＝５（℃）となる〕
【００３７】
また、このようなコンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量を求めるための演算式乃至はそれに類する式は、上述の如き式の他、例えば、熱容量が互いに異なるコンテナ１０をそれぞれ有する多数の押出装置を用いて行なった試験の結果や、ラム荷重が互いに異なる多数の押出装置を用いて行なった試験の結果等に基づいて、或いは理論モデル等から導かれる、押出加工時に生ずる加工発熱量と、コンテナ１０及びダイス２２とビレット１４との熱移動量を考慮した熱量計算式や従来の経験等に基づいて、適宜に得られるものである。
【００３８】
一方、コンテナ温度設定部５０は、前記演算部４８から、設定温度の変更量が入力されない限りにおいて、コンテナ１０が、ビレット１４に対する押出加工に際して、ダイス荷重が一定であると仮定した上で設定される最適な設定温度となるように、該コンテナ１０を加熱するコンテナヒータ２３の加熱温度を調節し得るように構成されている。そして、演算部４８から、設定温度の変更量が入力されると、コンテナ１０が、前記最適な設定温度から、該変更量に応じて変更せしめられた温度となるように、コンテナヒータ２３の加熱温度を調節し得るようになっている。
【００３９】
また、ビレット温度設定部５２も、前記演算部４８から、設定温度の変更量が入力されない限りにおいて、ビレット１４が、コンテナ１０の収容孔１２内に収容された状態下で、ダイス荷重が一定であると仮定した上で設定される最適な設定温度となるように、該ビレット１４を均熱加熱するビレットヒータ２５の加熱温度を調節し得るように構成されている。そして、演算部４８から、設定温度の変更量が入力されると、ビレット１４が、前記最適な設定温度から、該変更量に応じて変更せしめられた温度に均熱加熱されるように、ビレットヒータ２５の加熱温度を調節し得るようになっているのである。
【００４０】
要するに、ここでは、ビレット１４の押出加工中においてダイス荷重が変化せしめられた際に、かかるダイス荷重の変化をゼロと為して、ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御する制御量が、制御装置２７の演算部４８において、コンテナ１０とビレット１４の何れか一方、若しくは両方の温度を調節する調節量として求められる。その後、ダイス荷重の変化が発生した押出加工、換言すれば、ダイス荷重を制御するために、コンテナ１０とビレット１４の少なくとも一方の温度を調節する調節量が求められた押出加工に供されるビレット１４とは別のビレット１４に対する押出加工を行なうのに先立って、演算部４８で選択された、コンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２の少なくとも何れか一方により、コンテナ１０と、該別のビレット１４の少なくとも何れか一方の温度が、演算部４８にて求められた調節量に基づいて調節され、それによって、かかる別のビレット１４に対する押出加工中において、ダイス荷重が終始一定の値となるように制御される。そして、その結果、ダイス荷重の変化、つまり、該別のビレット１４に対するラム１８の押圧に伴って、該別のビレット１４からダイス２２に直接に加わる押出荷重の変化によるダイス２２の撓み量の変化が、押出加工中において、有利に解消乃至は抑制され得ることとなるのである。
【００４１】
また、かかる制御装置２７においては、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６とラム荷重検出器４６にてそれぞれ検出されるコンテナ荷重とラム荷重が、演算部４８に入力されるようになっている。更に、演算部４８では、コンテナロードセル３６にて検出されるコンテナ荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときに、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重との合計荷重が求められ、また、その求められた合計荷重と、それらコンテナ荷重とダイス荷重が検出されたときに、ラム荷重検出器４６にて検出されるラム荷重との差が求められるようになっている。そして、その差が、制御装置２７に内蔵された判断部５４に入力され、この判断部５４において、かかる差が、検出誤差等を含んで設定された許容範囲内の値であるか否かが判断されて、それが許容範囲を超えていると判断された場合に、荷重検出器３２におけるダイスロードセル３８において検出異常が発生している恐れがあるため、図示されていない警告ランプを点灯させたり、警告音を鳴らしたりするための警告信号が出力されるようになっている。これによって、作業者に対して、ダイス荷重の検出異常の発生の危険を知らせる警告が発せられるのである。
【００４２】
このように、本実施形態では、ダイス２２がコンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられて、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わるダイス荷重のみが作用せしめられるようにした押出装置を用いることにより、押出加工中におけるダイス２２の撓み変形を比較的に小さな変形量に抑えつつ、そのようなダイス２２の撓み量の変化を、制御装置２７によるコンテナ１０の温度やビレット１４の温度の自動調節によって、解消乃至は抑制し得るようにしたものであるところから、得られる押出製品２６の長手方向における寸法変化を、極めて容易に且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、高品質の押出製品２６を、確実に且つ安定して得ることが出来ることとなったのである。
【００４３】
また、本実施形態においては、使用される押出装置に対して、ラム１８を加圧する加圧機構以外に特別な加圧機構が何等設けられておらず、単に、ダイス荷重とコンテナ荷重を検出する、公知のロードセル機構を応用した荷重検出器３２と、従来装置にも設けられる制御装置２７に対して、該荷重検出器３２にて検出されるダイス荷重に基づいて、ビレットヒータ２５やコンテナヒータ２３の加熱温度を調節する機構の比較的に簡略な構造を付加しただけで、上述の如く、ダイス２２の撓み量の変化が、解消乃至は抑制され得るようになっているため、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、極めて経済的に製造され得ることとなったのである。
【００４４】
さらに、本実施形態では、ダイス荷重だけでなく、コンテナ荷重やラム荷重を検出して、ダイス荷重とコンテナ荷重の合計荷重とラム荷重との差を求め、この求められた差に基づいて、ダイス荷重の検出異常の恐れを判断し得るようになっているところから、ダイス荷重の検出異常や、それによって惹起されるコンテナ１０やビレット１４の温度調節量の誤差、ひいては押出製品２６の長手方向における寸法制御量の誤差を、迅速に且つ容易に修正することが出来るのである。
【００４５】
また、本実施形態にあっては、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられることにより、該コンテナ１０の温度と略同一の温度に保持された状態下で、ビレット１４に対する押出加工を実施するようにしたものであるところから、ダイス２２の温度変化によって惹起される、得られる押出製品２６の厚さ変化も効果的に解消することが出来、それによって、より一層品質の優れた押出製品２６を、安定的に得ることが可能となるのである。
【００４６】
さらに、本実施形態においては、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わるダイス荷重のみが作用せしめられるようなっているところから、ラム１８のビレット１４に対する押圧時に、ダイス２２に対して、コンテナ１０からの押出荷重が何等加えられることがないため、そのようなコンテナ１０からの押出荷重の変動によるダイス２２の撓み量の変化に起因した、押出製品２６の板厚変化が惹起されるようなことも、有利に防止され得るのである。
【００４７】
ここにおいて、本発明者が、前記実施形態に示される構造の押出装置を用いて、金属ビレットの押出加工を本発明手法に従って実際に行なった試験について、以下に示す。
【００４８】
すなわち、先ず、図１に示される構造を有する押出装置とアルミニウム合金ビレットとを用い、予め実施された予備試験にて求められた、押出加工中においてダイス荷重が終始一定の値となるように制御するためのビレットの温度調節量に応じて、ビレット温度を調節しつつ、アルミニウム合金ビレットに対する押出加工を実施して、目的とする板状の押出製品を得た。また、この押出加工中において、ダイス荷重を、所定時間毎に実測すると共に、得られる押出製品の板幅を、所定の押出長さ毎に実測した。かくして実測されたダイス荷重を図３に示し、また押出製品の板幅を図５に示した。
【００４９】
一方、比較のために、上記の試験に用いられた押出装置及びビレットと同様な押出装置とアルミニウム合金ビレットとを用いて、押出加工中においてダイス荷重が終始一定の値となるように制御するためのビレット温度の調節を何等行なわない、従来手法に従って、アルミニウム合金ビレットの押出加工を行なって、押出製品を得た。また、ここでも、ダイス荷重を、所定時間毎に実測すると共に、得られる押出製品の板幅を、所定の押出長さ毎に実測した。かくして実測されたダイス荷重を図４に示し、また押出製品の板幅を図６に示した。
【００５０】
図３と図４の対比から明らかなように、従来手法に従って行なわれた押出加工では、押出加工中にダイス荷重が、４００ｋＮ程度の幅で変化しているのに対して、本発明手法に従って、ビレット温度を調節して実施された押出加工では、押出加工中におけるダイス荷重の変化が殆どなく、ダイス荷重が、押出加工中において終始一定の値となるように制御されていることが、認められる。
【００５１】
また、図５と図６の対比から明らかなように、従来手法に従って行なわれた押出加工により得られた押出製品は、板幅が、ダイス荷重の変動と同じ傾向で、長手方向において、約０．０５５ｍｍ変化している。それに対して、本発明手法に従って実施された押出加工により得られた押出製品は、長手方向における板幅の変化量が、０．０１２ｍｍで、従来手法によって得られた押出製品の長手方向における板幅の変化量に比べて、１／４以下となっている。このことから、本発明手法を採用すれば、押出製品の長手方向における板幅の変化量を確実に減少させ得ることが、明確に認識され得るのである。
【００５２】
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではない。
【００５３】
例えば、前記実施形態では、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられていたが、ダイス２２は、少なくとも、該収容孔１２内に収容されるビレット１４に対して、ラム１８の押圧方向において接触する部分の全体が、該収容孔１２内に挿入されておれば良いのである。
【００５４】
また、前記実施形態では、ダイス荷重を検出する検出手段が、ダイスロードセル３８とコンテナロードセル３６とを有する荷重検出器３２にて構成されていたが、かかる検出手段の構造は、少なくともダイス荷重を検出可能に構成されておれば、何等これに限定されるものでないことは、言うまでもないところである。
【００５５】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従う金属材料の等圧押出方法によれば、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化を、比較的に低コストに且つ確実に解消乃至は抑制することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化も、低コストに且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが可能となったのである。
【００５７】
また、本発明に従う押出装置にあっては、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた従来装置よりも簡略な構造をもって、ダイス荷重の変化により惹起されるダイスの撓み量の変化、ひいては、そのようなダイスの撓み量の変化によって惹起される押出製品の長手方向における寸法変化が、確実に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、優れた経済的メリットをもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う構造を有する押出装置を用いて、金属材料を本発明手法に従って等圧押出する際の一工程例を示す、一部ブロック図を含む概略説明図である。
【図２】図１に示された押出装置に設けられる荷重検出器の拡大断面説明図である。
【図３】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを本発明手法に従って実際に押出加工した際のダイス荷重の実測値を示すグラフである。
【図４】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを従来手法に従って実際に押出加工した際のダイス荷重の実測値を示すグラフである。
【図５】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを本発明手法に従って実際に押出加工して得られた押出製品における板幅の実測値を示すグラフである。
【図６】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを従来手法に従って実際に押出加工して得られた押出製品における板幅の実測値を示すグラフである。
【符号の説明】
１０コンテナ１２収容孔
１４ビレット１８ラム
２２ダイス２３コンテナヒータ
２５ダイスヒータ２６押出製品
２７制御装置３２荷重検出器
３６コンテナロードセル３８ダイスロードセル[0001]
【Technical field】
The present invention relates to an isobaric extrusion method and an extrusion apparatus for a metal material (metal billet), and in particular, by making the die load applied directly from the billet to the die constant when pressing the ram against the metal billet, The present invention relates to an isobaric extrusion method of a metal material capable of advantageously improving the quality of an extruded product extruded through a die, and an extrusion apparatus suitably used in carrying out such a method.
[0002]
[Background]
As well known, as a kind of method to obtain an extruded product exhibiting a desired cross-sectional shape by pressing a metal billet (metal material) accommodated in the accommodation hole of the container with a ram and extruding it through a die. There is a so-called hot forward (direct) extrusion process in which the billet is extruded in the same direction as the ram against the billet under the condition that both the container and the billet are heated to a predetermined temperature. Many extruded products (extruded profiles) such as alloys are produced by this method.
[0003]
By the way, when a billet made of an aluminum alloy or the like is extruded by such a hot forward extrusion process, as the extrusion proceeds, the dimensions of the extruded product, for example, the plate width and thickness of the plate-like extruded product are extruded. The phenomenon of changing in the longitudinal direction, which is the direction, has occurred, which has a great adverse effect on the quality of the extruded product.
[0004]
For this reason, various causes of the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product have been conventionally studied for the purpose of improving the quality of the extruded product obtained by such hot forward extrusion, and the cause of the considered occurrence Various measures have been proposed according to the situation.
[0005]
That is, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-138233, the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product during the hot forward extrusion process (here, mainly the plate thickness change of the plate-like extruded product) It is thought that this is caused by a change in the amount of bending of the die, and as one of the causes of the change in the amount of bending of the die, due to the frictional resistance generated between the billet and the container when the ram is pressed against the billet, A change in the extrusion load (container sealing force) applied in the pressing direction of the ram from the container to the contact portion of the die with the container is mentioned. In other words, in the conventional hot forward extrusion process, generally, as the outer peripheral portion of the die is brought into contact with the container in the ram pressing direction, the extrusion process proceeds and the billet remaining amount decreases. Because the frictional resistance generated between the billet and the container is reduced, the extrusion load from the container to the outer periphery of the die is gradually reduced, and therefore the amount of deflection of the die is changed. is there.
[0006]
And in this Unexamined-Japanese-Patent No. 5-138233, in order to eliminate or suppress the change of the bending amount of the die | dye which causes the dimensional change in the longitudinal direction of an extrusion product, the auxiliary cylinder which presses a container is provided, and this auxiliary cylinder It has been proposed that the extrusion load from the container on the outer peripheral portion of the die is made constant throughout the extrusion process by pressing the container at. However, if such measures are taken, it is inevitable that the structure of the extrusion device to be used becomes complicated and large, and the economic burden required for extrusion processing increases. is there. In addition, the extrusion device disclosed in this publication cannot control the extrusion load applied directly from the billet to the die.
[0007]
In addition, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-121208, in addition to the change in the extrusion load from the container against the die, the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product (again, mainly the change in the plate thickness of the plate-like extruded product) It is considered that the size of the gap in the extrusion hole (shaped space) of the die through which the extruded product is extruded changes due to the variation in the temperature of the die, and the variation occurs during the extrusion process. In order to eliminate the variation in the size of the gap in the extrusion hole of such a die, a pressure adjusting rod that pressurizes the outer peripheral surface of the die is provided, and the pressure adjusting rod according to the amount of change in the size of the extruded product It has been proposed to make the size of the gap in the extrusion hole of the die constant by adjusting the amount of pressurization.
[0008]
However, even in the countermeasure proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-121208, since a pressure adjusting rod suitable for each die to be used must be provided, the die structure and thus the extrusion device Thus, the structure is complicated, and therefore, there is an extremely large problem inherent in producing a large variety of extruded products, which imposes a greater economic burden.
[0009]
[Solution]
Here, the present invention has been made in the background as described above, and the first problem to be solved is the dimension in the longitudinal direction of the extruded product obtained when the metal material is extruded. An object of the present invention is to provide a method capable of reliably eliminating changes at a low cost, and thus maintaining the quality of an extruded product at a high level and stably with as little economic burden as possible. Further, in the present invention, when performing extrusion processing of such a metal material, extrusion that can be advantageously used and a high-quality extruded product with stable dimensional accuracy in the longitudinal direction can be produced at low cost. Providing a device is a second problem.
[0010]
[Solution]
And this inventor is the same direction as the press direction of a ram through the extrusion opening of a die | dye, when a metal billet is accommodated in the accommodation hole of a heated container, and this billet is pressed with a ram. The die is configured to be extruded to the outer periphery, and the die is in contact with the billet accommodated in the container accommodation hole in the central portion which is the forming portion of the extrusion port, while being in contact with the container in the outer peripheral portion. When a hot forward extrusion process is performed using a conventional extrusion apparatus that is arranged, a frictional resistance generated between the billet and the container when the ram is pressed against the billet causes a contact portion of the die with the container. While the extrusion load is applied from the container in the ram pressing direction, it is directly from the billet to the contact portion of the die with the billet. Extrusion load is applied to the die, and the total extrusion load applied to each of the contact portion of the die with the container and the contact portion of the billet is the ram load applied to the billet from the ram according to the pressing force against the billet of the ram. Focusing on this point, we have conducted extensive research to solve the first and second technical problems described above.
[0011]
As a result, when the ram is pressed against the billet, not only the extrusion load applied from the container to the contact portion of the die but also the extrusion load applied directly from the billet to the contact portion of the die billet, Actually, the change in the extrusion load applied directly from the billet to the die is mainly caused by changing the plate width of the plate-like extruded product in the longitudinal direction. It became clear that the change in the amount of deflection of the die during processing was greatly affected, and the amount of change in the extrusion load directly applied to the die from such a billet depends on the temperature of the billet and the billet. It has also been found that it is greatly influenced by changes in the temperature of the container to be accommodated.
[0012]
That is, the present invention has been completed based on the knowledge as described above, and the gist of the present invention is that the temperature in the axial direction and the radial direction is uniform in the accommodation hole of the heated container. After the heated metal billet is accommodated in the ram, the billet is pressed by the ram so that when the ram is pressed against the billet in the same direction as the pressing direction of the ram, While detecting the extrusion load directly applied to the die as the die load, the die load is adjusted by adjusting at least one of the billet temperature and the container temperature based on the detected die load. The die load is controlled such that the die load is constant throughout the extrusion process. There is the law.
[0013]
In short, in the isobaric extrusion method of the metal material according to the present invention, the die load, which is an extrusion load directly applied from the billet to the die, has a great influence on the change in the amount of bending of the die during the extrusion process. Since it is controlled so as to be constant throughout the extrusion process, the change in the amount of bending of the die due to the change in the die load is eliminated or suppressed as much as possible. It can be done.
[0014]
Moreover, in the method of the present invention, as described above, the die load control capable of eliminating or suppressing the bending deformation of the die is performed simply by adjusting at least one of the billet temperature and the container temperature. Therefore, in order to prevent changes in the amount of deflection of the die and fluctuations in the size of the gap in the extrusion hole of the die, a load (pressing force) different from the ram load is applied to the container or die. Unlike a conventional method using a complicated structure extrusion device provided with a special pressure device that loads the die, a relatively simple structure extrusion device having a billet or container temperature control function is used. As a result, the change in the amount of bending of the die can be advantageously prevented or suppressed.
[0015]
Therefore, according to the isobaric extrusion method of the metal material according to the present invention, the change in the bending amount of the die during the extrusion process can be reliably eliminated or suppressed at a relatively low cost. As a result, the dimensional change in the longitudinal direction of the obtained extruded product can be reliably eliminated at low cost, and as a result, the quality of the extruded product is highly stable and stable with as little economic burden as possible. It became possible to maintain it.
[0016]
In addition, according to one of the preferred embodiments of the method for isobaric extrusion of the metal material according to the present invention, the die is brought into contact with the billet at a portion disposed in the accommodation hole of the container, When the ram is pressed against the billet, only the extrusion load applied directly from the billet to the die is applied to the die, and the billet is pressed when the ram is pressed against the billet. The extrusion load directly applied to the die is detected as the die load.
[0017]
As a result, the die load can be detected more accurately, so that the change in the amount of bending of the die during the extrusion process, and the resulting change in the longitudinal direction of the extruded product, can be more advantageously prevented or suppressed. You will get. Further, when the above-described configuration is adopted, no pushing load is applied from the container to the ram in the pushing direction of the ram when the ram is pushed against the billet. It can be advantageously prevented that the amount of bending of the die changes due to the variation of the die, for example, the thickness of the plate-like extruded product changes.
[0018]
According to another advantageous aspect of the method of isobars extrusion of a metal material according to the present invention, the container is formed by friction resistance generated between the billet and the container as the ram is pressed against the billet. In addition, the container load applied in the pressing direction of the ram and the ram load applied from the ram to the billet according to the pressing force against the billet of the ram when the container load is detected are further detected. The difference between the total load of the detected container load and the die load detected when the container load is detected and the ram load detected when the container load is detected is obtained. Thus, the error of the die load is obtained based on the magnitude of the difference thus obtained.
[0019]
By adopting such a configuration, it is possible to modify the detected die load and the adjustment amount of the container temperature and billet temperature based on the detected die load so as to eliminate the required error. It becomes possible to more reliably eliminate the dimensional change in the direction.
[0020]
Furthermore, according to one of the other desirable modes of the isobaric extrusion method of the metal material according to the present invention, as the extrusion device, an apparatus in which the whole of the die is inserted into the storage of the heated container. By using this, a configuration is adopted in which the entire temperature of the die is kept within a certain range. This effectively eliminates thickness changes in the resulting extruded product caused by temperature changes in the die, and as a result maintains the quality of the extruded product even more highly and stably. It becomes possible.
[0021]
And in the present invention, in order to solve the second problem, (a) a container that accommodates the metal billet in the accommodation hole, and (b) first heating means for heating the container, (C) a second heating means for heating the billet so that the temperatures in the axial direction and the radial direction are uniform; (d) a ram for pressing the billet accommodated in the accommodation hole of the container; e) A die having an extrusion port for extruding the billet in the same direction as the pressing direction of the ram in accordance with the pressing of the ram against the billet, and being inserted into the container receiving hole. Thus, only the billet is brought into contact with the billet in the pressing direction of the ram, and only the extrusion load directly applied from the billet is applied by the pressing of the ram against the billet. A die, (f) detecting means for detecting the load applied to the die as a die load, and (g) heating by the first heating means based on the die load detected by the detecting means. By adjusting at least one of the temperature of the billet and the temperature of the container heated by the second heating means, the die load is kept constant throughout the extrusion process. An extrusion apparatus characterized by including a control means for controlling a die load is also the gist of the extrusion apparatus.
[0022]
In such an extrusion apparatus according to the present invention, only the extrusion load applied directly from the billet is applied to the die by the pressing of the ram against the billet, so that the extrusion process proceeds. The extrusion load applied directly from the billet to the die, which has a great influence on the change in the amount of deflection of the die at the time, can be reliably and accurately detected as the die load by the detection means. Further, based on such a die load, simply by adjusting at least one of the billet temperature and the container temperature by the control means, the die load becomes a constant value throughout the extrusion process. The change of the die load during the extrusion process is automatically eliminated by the relatively simple structure. Optimum is to be reduced.
[0023]
Therefore, in the extrusion apparatus according to the present invention, compared to the conventional apparatus provided with a special pressurizing apparatus or the like for applying a load (pressing force) different from the ram load to the container or die to the container or die. However, with a simple structure, the change in the amount of bending of the die caused by the change in the die load, and thus the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product caused by the change in the amount of bending of the die can be surely eliminated. As a result, a high-quality extruded product with stable dimensional accuracy in the longitudinal direction can be produced very advantageously with excellent economic merit.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
First, FIG. 1 schematically shows an example of a process when a metal material is isobarically extruded according to the technique of the present invention using an extrusion apparatus having a structure according to the present invention, including a part of a block diagram. ing. In FIG. 1, the metal extruding device moves a metal billet 14 such as aluminum accommodated in the accommodation hole 12 of the container 10 from behind by a forward movement of a ram 18 driven by a hydraulic cylinder 16. The extruded product (section material) 26 having a cross-sectional shape corresponding to the shape of the extrusion port 24 passes through the extrusion port 24 of the die 22 by being pressed through the dies 20. It is comprised so that it can extrude continuously toward the same direction as the press direction with respect to 18 billets 14. FIG.
[0026]
Moreover, in this extrusion apparatus, while the container heater 23 as a 1st heating means which heats the container 10 is provided in the inside of the container 10, as a 2nd heating means which heats the billet 12 A billet heater 25 is provided separately from the container 10, and a control device 27 for adjusting the heating temperatures of the container heater 23 and the billet heater 25 is provided. By adjusting the heating temperature of the control device 27, the container 10 is heated by the container heater 23 so that the container 10 reaches a predetermined set temperature. On the other hand, the billet 14 is accommodated in the accommodation hole 12 of the container 10. Before being housed inside, the billet heater 25 is soaked so that the temperature in the axial direction and the radial direction is uniform. Thus, here, the extrusion of the billet 14 can be performed in a state where the container 10 and the billet 14 are heated to an appropriate temperature.
[0027]
By the way, in this embodiment, the entire die 22 is inserted into the accommodation hole 12 of the container 10, and the die 22 and the container 10 that accommodates the die 22 and a plurality of tie rods 28 are used. Since a load detector 32 as a detecting means is arranged between the platen 30 that supports the hydraulic cylinder 16, when the billet 14 is pressed by the ram 18, the die 22 and the container 10 are moved. On the other hand, the extrusion load applied from the billet 14 is detected.
[0028]
More specifically, here, the die 22 is configured to have an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the accommodation hole 12 of the container 10, and the inside of the end portion on the forward side of the ram 18 in the accommodation hole 12. Then, in the forward direction of the ram 18, that is, in the pressing direction of the ram 18 against the billet 14, only the billet 14 received in the receiving hole 12 contacts and the container 10 is received in a direction perpendicular to the pressing direction. It is positioned so as to be slidable in the pressing direction while being in contact with the inner surface of the hole 12.
[0029]
As a result, when the ram 18 pushes the billet 14 from behind it through the dummy block 20 in the forward operation by the hydraulic cylinder 16, only the extrusion load applied directly from the billet 14 to the die 22 is applied. The frictional resistance generated between the billet 14 and the container 10 when the ram 18 is pressed against the billet 14 is added to the container 10 in the pressing direction of the ram 18. The applied extrusion load is not applied to the die 22 at all. Therefore, during the extrusion process for the billet 14, the bending deformation of the die 22 caused by the extrusion load applied to the die 22 is only the extrusion load applied directly from the billet 14 to the die only at the forming portion of the extrusion port 24. Is caused by a relatively small amount of deformation.
[0030]
Here, the entire die 22 is in contact with the inner surface of the receiving hole 12 of the container 10 and inserted into the receiving hole 12, so that the die 22 is generated by processing heat generated by the extrusion of the billet 14. Is heated, the amount of heat is allowed to flow out to the inner surface of the receiving hole 12 of the container 10, thereby preventing the temperature of the die 22 from becoming excessively high and excessive after the end of the extrusion process. As a result, it is possible to prevent the temperature of the die 22 from lowering than the temperature of the container 10 due to the heat radiation, and as long as the container 10 is maintained at a predetermined temperature, the inside of the accommodation hole 12 of the container 10 The entire die 22 can be maintained at substantially the same temperature as the temperature of the container 10.
[0031]
On the other hand, the load detector 32 disposed between the die 22 and the container 10 and the platen 30 includes a substantially thick cylindrical holder ring 34 and a holder ring 34 as shown in FIG. An outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the container load cell 36, a substantially thin cylindrical container load cell 36 having an axial length longer than the holder ring 34, an outer diameter smaller than the inner diameter of the container load cell 36, and the container load cell 36 And a die load cell 38 having a substantially thin cylindrical shape with a longer axial length, and they are assembled so as to be positioned coaxially while being overlapped with each other in the radial direction. In addition, the container load cell 36 and the die load cell 38 are provided with cutout portions formed by cutting out part of the outer surfaces of the respective load gauges 36 and strain gauges for detecting the magnitude of the load applied in the axial direction. 40 and 42 are attached to each other.
[0032]
Then, as shown in FIG. 1, the load detector 32 has end faces on one side in the axial direction of the holder ring 34, the container load cell 36, and the die load cell 38 on the surface facing the container 10 of the platen 30. The end face on the other side in the axial direction of the holder ring 34 is positioned at a predetermined interval with respect to the container 10 while the bolster 44 disposed in a fixed position is brought into contact with the surface facing the container 10. The end surface on the other side in the axial direction of the load cell 36 is brought into contact with the end surface of the container 10, and the end portion on the other side in the axial direction of the die load cell 38 is inserted into the receiving hole 12 of the container 10. It is sandwiched between the bolster 44 and the container 10 in a state where it abuts against the end face of the die 22 positioned in the receiving hole 12.
[0033]
Thus, as described above, of the ram loads applied from the ram 18 to the billet 14 when the billet 14 is pressed by the ram 18, the extrusion load applied directly from the billet 14 to the die 22. Is detected as a die load by the die load cell 38 of the load detector 32, and the friction resistance generated between the billet 14 and the container 10 due to the pressing of the ram 18 against the billet 14 causes the container 14 to On the other hand, the pushing load applied in the pressing direction of the ram 18 is detected as a container load by the container load cell 36 of the load detector 32. Further, here, the ram 18 is also provided with a ram load detector 46 having a known structure so that the ram load applied from the ram 18 to the billet 14 is detected.
[0034]
Thus, in the present embodiment, in particular, the container load and die load detected by the container load cell 36 and the die load cell 38 of the load detector 32, and the ram load detected by the ram load detector 46. Is input to the control device 27 that adjusts the heating temperature of the container heater 23 and the billet heater 25, and is either one of the container 10 and the billet 14 heated by the container heater 23 and the billet heater 25. One or both temperatures are further adjusted by the controller 27 based on the die load detected by the die load cell 38 of the load detector 32, thereby controlling the magnitude of the die load. It has come to be.
[0035]
That is, here, the control device 27 is configured to include a calculation unit 48, a container temperature setting unit 50, and a billet temperature setting unit 52. The calculation unit 48 of the control device 27 is configured to sequentially input the die load detected by the die load cell 38 of the load detector 32 during the extrusion of the billet 14. In addition, in the calculation unit 48, when a change is recognized in the magnitude of the die load inputted at the initial stage and the final stage of the extrusion process, the change amount of the die load is obtained, and the obtained die load is obtained. As a control amount for controlling the die load to be a constant value during the extrusion process, each of the container 10 and the billet 14 is controlled. The amount of change in the set temperature is required. And in this calculating part 48, when the change amount of the setting temperature of the container 10 and the change amount of the setting temperature of the billet 14 are calculated | required, the change amount of any one or both will be the container temperature setting part. 50, billet temperature setting section 52, or both.
[0036]
In addition, in order to obtain the amount of change in the set temperature of each of the container 10 and the billet 14, for example, an expression shown below is adopted as a predetermined arithmetic expression or a similar expression.
* Formula for determining the amount of change in the set temperature of the container 10
When −A (kN) <ΔP <A (kN), α = 0
When ΔP> A (kN), α = −B (° C.)
When ΔP <−A (kN), α = + B (° C.)
However, [ΔP: Die load change amount = Die load at the beginning of extrusion process−Die load at the latter stage of extrusion process
α: Change amount of set temperature of container
A and B are constants specific to the extrusion apparatus used. For example, in an extrusion apparatus having a container diameter of 94 mm and a 500-ton press, A = 50 (kN) and B = 2 (° C.).
* Formula for calculating the change in billet 14 set temperature
When −A (kN) <ΔP <A (kN), β = 0
When ΔP> A (kN), β = + C (° C.)
When ΔP <−A (kN), β = −C (° C.)
However, [ΔP: Die load change amount = Die load at the beginning of extrusion process−Die load at the latter stage of extrusion process
β: Change amount of billet set temperature
A and C are constants specific to the extrusion apparatus used. For example, in an extrusion apparatus having a container diameter of 94 mm and a 500-ton press, A = 50 (kN) and C = 5 (° C.).
[0037]
In addition to the above-described equations, for example, there are a large number of containers 10 having different heat capacities, for example, for calculating the amount of change in the set temperature of each of the container 10 and the billet 14. The calorific value generated during extrusion processing based on the results of tests conducted using this extrusion device, the results of tests conducted using many extrusion devices with different ram loads, or derived from theoretical models And a heat quantity calculation formula that takes into account the amount of heat transfer between the container 10 and the die 22 and the billet 14, a conventional experience, and the like.
[0038]
On the other hand, the container temperature setting unit 50 is set on the assumption that the die load is constant when the container 10 is extruded to the billet 14 unless the change amount of the set temperature is input from the calculation unit 48. The heating temperature of the container heater 23 that heats the container 10 can be adjusted so that the optimal set temperature is obtained. Then, when the change amount of the set temperature is input from the calculation unit 48, the heating of the container heater 23 is performed so that the container 10 becomes a temperature changed according to the change amount from the optimum set temperature. The temperature can be adjusted.
[0039]
Further, the billet temperature setting unit 52 also has a constant die load under the condition that the billet 14 is accommodated in the accommodation hole 12 of the container 10 unless the change amount of the set temperature is input from the calculation unit 48. It is configured to be able to adjust the heating temperature of the billet heater 25 that heats the billet 14 so as to obtain an optimum set temperature that is set on the assumption that it is present. When the change amount of the set temperature is input from the calculation unit 48, the billet 14 is soaked so that the billet 14 is soaked from the optimum set temperature to a temperature changed according to the change amount. The heating temperature of the heater 25 can be adjusted.
[0040]
In short, here, when the die load is changed during the extrusion of the billet 14, the change of the die load is set to zero so that the die load becomes a constant value throughout the extrusion. A control amount for controlling the die load is obtained as an adjustment amount for adjusting the temperature of one or both of the container 10 and the billet 14 in the calculation unit 48 of the control device 27. Thereafter, an extrusion process in which a change in the die load occurs, in other words, a billet that is subjected to an extrusion process in which an adjustment amount for adjusting the temperature of at least one of the container 10 and the billet 14 is required to control the die load. Prior to performing the extrusion process on the billet 14 different from 14, the container 10 and the other billet setting unit 52 selected by the calculation unit 48 are selected by at least one of the container temperature setting unit 50 and the billet temperature setting unit 52. The temperature of at least one of the billets 14 is adjusted based on the adjustment amount obtained by the calculation unit 48, whereby the die load becomes a constant value throughout the extrusion process for the other billet 14. To be controlled. As a result, a change in the die load, that is, a change in the deflection amount of the die 22 due to a change in the extrusion load directly applied to the die 22 from the other billet 14 with the pressing of the ram 18 against the other billet 14. However, it can be advantageously eliminated or suppressed during the extrusion process.
[0041]
In the control device 27, the container load and the ram load detected by the container load cell 36 and the ram load detector 46 of the load detector 32 are input to the calculation unit 48. Further, the calculation unit 48 obtains the total load of the container load detected by the container load cell 36 and the die load detected by the die load cell 38 of the load detector 32 when the container load is detected. In addition, a difference between the obtained total load and the ram load detected by the ram load detector 46 when the container load and the die load are detected is obtained. Then, the difference is input to a determination unit 54 built in the control device 27. In the determination unit 54, it is determined whether or not the difference is a value within an allowable range set including a detection error. If it is determined that it exceeds the allowable range, a detection abnormality may occur in the die load cell 38 in the load detector 32, so a warning lamp (not shown) is turned on. A warning signal for outputting a warning sound is output. As a result, a warning is issued to inform the operator of the risk of occurrence of abnormal die load detection.
[0042]
As described above, in this embodiment, the die 22 is inserted into the accommodation hole 12 of the container 10, and only the die load applied directly from the billet 14 to the die 22 during the extrusion process with respect to the billet 14. By using the extruding device that is allowed to act, the deformation deformation of the die 22 during the extrusion process is suppressed to a relatively small deformation amount, and the change in the bending amount of the die 22 is controlled by the controller 27. Since it can be eliminated or suppressed by automatic adjustment of the temperature of 10 or the temperature of the billet 14, the dimensional change in the longitudinal direction of the obtained extruded product 26 is extremely easily and reliably eliminated. As a result, a high-quality extruded product 26 can be obtained reliably and stably. A.
[0043]
Further, in the present embodiment, no special pressurizing mechanism is provided other than the pressurizing mechanism for pressurizing the ram 18 to the extrusion apparatus used, and the die load and the container load are simply detected. The billet heater 25 and the container heater 23 are applied to the load detector 32 using a known load cell mechanism and the control device 27 provided in the conventional device based on the die load detected by the load detector 32. As described above, the change in the bending amount of the die 22 can be eliminated or suppressed by adding a relatively simple structure of the mechanism for adjusting the heating temperature of the die. High quality extruded products with stable accuracy could be produced very economically.
[0044]
Further, in the present embodiment, not only the die load but also the container load and the ram load are detected, and the difference between the die load and the total load of the container load and the ram load is obtained. Based on the obtained difference, the die load is determined. Since the possibility of abnormal load detection can be determined, abnormal detection of the die load, an error in the amount of temperature adjustment of the container 10 or billet 14 caused by the abnormal load, and consequently in the longitudinal direction of the extruded product 26. The error of the dimensional control amount can be corrected quickly and easily.
[0045]
In the present embodiment, the entire die 22 is inserted into the receiving hole 12 of the container 10 so that the billet is maintained at a temperature substantially the same as the temperature of the container 10. 14, the thickness change of the resulting extruded product 26 caused by the temperature change of the die 22 can be effectively eliminated, thereby further increasing the thickness of the extruded product 26. This makes it possible to stably obtain an extruded product 26 with excellent quality.
[0046]
Further, in the present embodiment, only the die load applied directly from the billet 14 is applied to the die 22 during the extrusion process on the billet 14, so that when the ram 18 is pressed against the billet 14. Since the extrusion load from the container 10 is not applied to the die 22 at all, the plate of the extrusion product 26 caused by the change in the deflection amount of the die 22 due to the fluctuation of the extrusion load from the container 10. Such a change in thickness can be advantageously prevented.
[0047]
Here, a test in which the inventor actually performed the extrusion processing of the metal billet according to the method of the present invention using the extrusion apparatus having the structure shown in the above embodiment will be described below.
[0048]
That is, first, using an extrusion apparatus having the structure shown in FIG. 1 and an aluminum alloy billet, control is performed so that the die load is constant throughout the extrusion process, which is obtained in a preliminary test performed in advance. In accordance with the temperature adjustment amount of the billet for the purpose, the aluminum alloy billet was extruded while adjusting the billet temperature to obtain the target plate-like extruded product. Further, during the extrusion process, the die load was measured at every predetermined time, and the plate width of the obtained extruded product was measured at every predetermined extrusion length. The die load thus measured is shown in FIG. 3, and the plate width of the extruded product is shown in FIG.
[0049]
On the other hand, for comparison, to control the die load to be a constant value throughout the extrusion process using an extrusion device similar to the extrusion device and billet used in the above test and an aluminum alloy billet. The aluminum alloy billet was extruded in accordance with a conventional method without any adjustment of the billet temperature, to obtain an extruded product. Also here, the die load was measured at every predetermined time, and the width of the obtained extruded product was measured at every predetermined extrusion length. The die load thus measured is shown in FIG. 4, and the plate width of the extruded product is shown in FIG.
[0050]
As is clear from the comparison between FIG. 3 and FIG. 4, in the extrusion process performed according to the conventional method, the die load changes in the width of about 400 kN during the extrusion process, whereas according to the method of the present invention, It is recognized that in the extrusion process performed by adjusting the billet temperature, there is almost no change in the die load during the extrusion process, and the die load is controlled to be a constant value throughout the extrusion process. .
[0051]
Further, as is apparent from the comparison between FIG. 5 and FIG. 6, the extruded product obtained by the extrusion process performed according to the conventional method has a plate width of the same tendency as the fluctuation of the die load, and about 0 in the longitudinal direction. .055mm change. On the other hand, the extruded product obtained by the extrusion process performed according to the method of the present invention has a plate width variation in the longitudinal direction of 0.012 mm, and the extruded product obtained in the longitudinal direction by the conventional method. The amount of change is 1/4 or less. From this, it can be clearly recognized that if the method of the present invention is employed, the amount of change in the plate width in the longitudinal direction of the extruded product can be reliably reduced.
[0052]
The specific configuration of the present invention has been described in detail above. However, this is merely an example, and the present invention is not limited by the above description.
[0053]
For example, in the embodiment, the entire die 22 is inserted into the accommodation hole 12 of the container 10, but the die 22 is at least relative to the billet 14 accommodated in the accommodation hole 12. The entire portion of the ram 18 that contacts in the pressing direction may be inserted into the receiving hole 12.
[0054]
In the embodiment, the detecting means for detecting the die load is constituted by the load detector 32 having the die load cell 38 and the container load cell 36. However, the structure of the detecting means detects at least the die load. Needless to say, the configuration is not limited to this as long as it is possible.
[0055]
In addition, although not enumerated one by one, the present invention can be carried out in a mode to which various changes, modifications, improvements and the like are added based on the knowledge of those skilled in the art. It goes without saying that all are included in the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
[0056]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the isobaric extrusion method of the metal material according to the present invention, the change in the amount of bending of the die during the extrusion process can be reliably eliminated or suppressed at a relatively low cost. It is possible to eliminate the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product obtained at low cost and as a result, and as a result, the quality of the extruded product can be reduced with as little economic burden as possible. It became possible to maintain a high level and stability.
[0057]
Moreover, in the extrusion apparatus according to the present invention, compared to a conventional apparatus provided with a special pressurizing apparatus or the like for applying a load (pressing force) different from the ram load to the container or die to the container or die. With a simple structure, the change in the amount of bending of the die caused by the change in the die load, and thus the dimensional change in the longitudinal direction of the extruded product caused by the change in the amount of bending of the die can be surely eliminated or As a result, a high-quality extruded product with stable dimensional accuracy in the longitudinal direction can be produced very advantageously with excellent economic merit.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic explanatory view including a partial block diagram showing an example of a process when a metal material is subjected to isobaric extrusion according to the technique of the present invention using an extrusion apparatus having a structure according to the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional explanatory view of a load detector provided in the extrusion apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a graph showing measured values of the die load when an aluminum alloy billet is actually extruded according to the method of the present invention using the extrusion apparatus shown in FIG. 1;
4 is a graph showing measured values of die load when an aluminum alloy billet is actually extruded according to a conventional method using the extrusion apparatus shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a graph showing the measured value of the plate width in an extruded product obtained by actually extruding an aluminum alloy billet according to the method of the present invention using the extrusion apparatus shown in FIG. 1;
6 is a graph showing the measured value of the plate width in an extruded product obtained by actually extruding an aluminum alloy billet according to a conventional method using the extrusion apparatus shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
10 container 12 accommodation hole
14 Billets 18 Lamb
22 Dice 23 Container heater
25 Die heater 26 Extruded product
27 Control device 32 Load detector
36 Container load cell 38 Dice load cell

Claims

After the metal billet heated so that the temperature in the axial direction and the radial direction is uniform is accommodated in the accommodation hole of the heated container, by pressing the billet with the ram, When extruding in the same direction as the pressing direction,
When the ram is pressed against the billet, an extrusion load applied directly from the billet to the die is detected as a die load. On the basis of the detected die load, the temperature of the billet and the temperature of the container are detected. An isobaric extrusion method for a metal material, characterized in that the die load is controlled by adjusting at least one of the die load so that the die load is constant throughout the extrusion process.

The die is brought into contact with the billet at a portion disposed in the receiving hole of the container, and only the extrusion load directly applied to the die from the billet by the pressing of the ram against the billet is applied to the die. 2. An extrusion load applied directly to the die from the billet is detected as a die load when the ram is pressed against the billet using an extrusion device configured to act on the die. Method for isobaric extrusion of metallic materials.

The container load applied to the container in the pressing direction of the ram and the container load when the container load is detected due to the frictional resistance generated between the billet and the container due to the pressing of the ram against the billet. The ram load applied to the billet from the ram is further detected according to the pressing force of the ram against the billet, and the detected container load and the die load detected when the container load is detected, A difference between the total load and the ram load detected when the container load is detected, and an error of the die load is obtained based on the magnitude of the difference thus obtained. A method for isopressing a metal material according to claim 1 or 2.

An apparatus in which the entire temperature of the die is maintained within a certain range by using an apparatus in which the entire die is inserted into the storage of the heated container as the extrusion device. The method for isobaric extrusion of a metal material according to any one of claims 1 to 3.

A container for storing the metal billet in the receiving hole;
First heating means for heating the container;
A second heating means for heating the billet so that the temperature in the axial direction and the radial direction is uniform;
A ram for pressing the billet accommodated in the accommodation hole of the container;
A die having an extrusion port for extruding the billet in the same direction as the pressing direction of the ram in accordance with the pressing of the ram against the billet, and being inserted into the accommodation hole of the container, A die configured to be brought into contact with only the billet in the pressing direction of the ram so that only an extrusion load directly applied from the billet is applied by pressing the ram against the billet;
Detecting means for detecting the load applied to the die as a die load;
Based on the die load detected by the detection means, at least one of the temperature of the billet heated by the first heating means and the temperature of the container heated by the second heating means Control means for controlling the die load so that the die load becomes a constant value throughout the extrusion process by adjusting
An extrusion apparatus characterized by comprising.