JP3649673B2 - 押出し加工装置、押出し加工方法及び押出し加工制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の金属素材(以下、単に「素材」という。)を押出し加工して、複合金属材料(以下、単に「複合材料」という。)からなる押出し形材を得るのに用いられる、押出し加工装置、押出し加工方法及び押出し加工制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、押出し加工は、コンテナと称する容器内に入れた素材(ビレット)を加圧し、該素材をダイス孔を通して押し出して所定形状の押出し形材を得る方法であり、一工程で比較的複雑な断面形状の押出し形材製品を得ることができる。特に近年、環境・リサイクルの問題がクローズアップされ、こうした点からも、鉄道車両,自動車,船舶などの軽量化、高強度化及び低コストが要求される輸送機の外装構造部材として、また、同じく軽量化、高強度化及び低コストが要求される家電OA機器や各種機械部品の構造部材として、アルミニウム合金押出し形材の使用が増えてきている。
【0003】
ところで、前記のような構造部材のうち、用途によっては単種の合金ではなく、複数種の合金を一体化した複合部材も要求される。このような複合部材の場合には異種合金間の接合強度が問題となるが、押出し加工成形では高圧の付与(多くの場合、高温も付与される)により強固な接合が得られるので、以下のように多くの提案がなされている。
【0004】
断面積が小さい線材の押出し加工成形に適用した例としては、例えば、特許第2761694号に開示されているように、クラッド線材の断面の形状に略相似させて、複数の異種材料を多重に重ねて円柱形のビレットを形成し、これを熱間押出し、冷間抽伸及び熱処理を繰り返してクラッド線材を得るものがある。
【0005】
一方、複合押出し形材の断面の形状と相似しない素材ビレットを用いた場合としては、例えば、特開平8−257629号や特許第2731605号に開示されているように、2種の異種素材ビレットを押出し方向に前後に配置し、押出し中におけるコンテナ内に生ずる非流動域(デッドメタルゾーン)と流動域との界面近傍における素材の流動挙動を利用して被覆押出し材を形成できるとしたものがある。
【0006】
また、例えば、特許第2721706号に開示されているように、2種の異種素材を一方を主素材とし、他方を表皮形成用補助素材として、それぞれ別個に押出し成形機へ供給し、表皮形成用補助素材を主素材の表面に被覆させて複合一体化できるとしたものがある。
【0007】
しかし、特許第2761694号に開示された方法では、複合素材ビレットの断面形状と略相似形の複合押出し形材の製造に限られてしまうため、押出し成形法の優位性の一つである成形形状の多様性が損なわれる。
【0008】
一方、特開平8−257629号、特許第2731605号、及び特許第2721706号に開示された方法では、押出し中におけるコンテナ内の流動域と非流動域(デッドメタルゾーン)とにおける各素材の存在割合によって押出し材断面の複合割合が決まるので、一般的には安定な複合割合の断面を有する複合押出し形材の形成が難しい。すなわち、一般的には押出しの進行に伴って、表皮形成用補助素材の非流動域と流動域とにおける存在比率が変動するので、複合押出し形材断面における表皮を形成する補助素材の複合割合が変動することになる。ただし、複合押出し形材の表皮の厚さが断面の直径に比較して十分に薄い場合にのみ、すなわち、補助素材がほとんど非流動域を占める場合にのみ、押出しの進行に伴う非流動域に存在する素材と流動域に存在する素材との複合割合が見掛け上ほとんど変化しないので、複合押出し形材断面における補助素材の複合割合を実質的に一定にできる。したがって、これらの方法は、本質的には、薄い皮膜を有する複合押出し形材の製造に限定される。
【0009】
以上のように、特許第2761694号に開示された方法では、複合素材ビレットの断面形状と略相似形状の複合押出し形材の製造に限られる一方、特開平8−257629号、特許第2731605号、及び特許第2721706号に開示された方法ではその制限がないものの、押出し形材の被覆製造に限られる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の複合押出し形材の製造方法は、複合素材ビレットの断面形状と略相似形状の複合押出し形材の製造に限られるか、押出し形材の被覆製造に限られる問題がある。押出し加工成形法の原理からみて、複合押出し形材の断面における各素材由来の各材料(ダイス通過前後の状態を区別するため、ダイス通過前のものを「素材」、ダイス通過後のものを「材料」と呼ぶ。)の占める割合が変動して、複合形材長手方向で強度、曲げ性等の機械的性質が一定しないという欠点を有することは、本質の問題である。
【0011】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたものであって、複合素材ビレットの断面形状と略相似形状に限られず、かつ表皮の被覆に限定されない、任意の断面形状の複合押出し形材を製造することができる押出加工装置、その装置を用いた押出加工方法、及びその押出し加工制御方法の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項1の発明は、複数個の金属素材を素材押出し方向に平行に並置して収納するコンテナと、前記複数個の金属素材を同時に加圧するステムと、前記コンテナ出口部に、前記複数個の金属素材が同時に押出される孔部を有する固定ダイスとを備えた押出し加工装置であって、さらに、この固定ダイスの前記孔部内に、前記素材押出し方向に溝部を備えた可動ダイスを、一個以上で前記複数個の金属素材と同数個以下、前記素材押出し方向と同一方向及び/又は逆方向に摺動自在に設け、かつ前記各可動ダイスの溝部には、前記複数個の金属素材のいずれか一の金属素材が個別に通過するようにしたことを特徴とする複合材料からなる押出し形材を製造する押出し加工装置である。
【0013】
請求項2の発明は、コンテナ内に素材押出し方向に平行に並置して収納した複数個の金属素材を、ステムで同時に加圧して前記コンテナ出口部に設けられた固定ダイスの孔部から押出しつつ、該孔部内に設けられた一個以上で前記複数個の金属素材と同数個以下の可動ダイスのうちの少なくとも一個の可動ダイスを、前記素材押出し方向と同一方向又は逆方向に移動させることにより、前記押出し形材の長手方向に垂直な断面における、複合材料からなる押出し形材において前記複数個の金属素材由来の各材料の占める面積割合を一定に保ちながら押出しを行う押出し加工方法である。
【0014】
請求項3の発明は、請求項1に記載の押出し加工装置を用いて、複数個の金属素材を押出し加工して複合材料からなる押出し形材を得るに際し、(イ)予め、前記ステムの加圧速度と、前記複数個の金属素材の各素材ごとの変形抵抗と、押出し加工すべき押出し形材の長手方向に垂直な断面における、複合材料を形成する前記複数個の金属素材由来の材料の占める面積割合と、任意に与えた前記各可動ダイスの初期位置とから、前記面積割合を一定に保つのに必要な、前記ステムの押出加工開始位置からの移動距離と前記各可動ダイスの移動速度との関係を求めておくこと、(ロ)前記各可動ダイスを前記(イ)のステップで与えた初期位置に設定し、前記ステム加圧速度で前記複数個の金属素材の押出し加工を開始すること、(ハ)押出し加工終了まで、前記ステムの押出加工開始位置からの移動距離に対応させて、前記各可動ダイスの移動速度を前記(イ)のステップで求めておいた移動速度に変更して前記各可動ダイスを移動させること、からなるステップ(イ)〜(ハ)により押出し加工を制御することを特徴とする押出し加工制御方法である。
【0015】
請求項4の発明は、請求項3に記載の押出し加工制御方法において、前記ステムの押出加工開始位置からの移動距離を用いることに替えて、前記各可動ダイスの押出加工開始位置からの移動距離、又は前記押出し形材の押出し長さ若しくは押出し体積、又は押出加工開始からの経過時間を用いる押出し加工制御方法である。
【0016】
本発明による押出し加工装置(請求項1)及び押出し加工方法(請求項2)においては、複数個の素材、例えば2種類の素材を同時に押出して複合押出し形材を製造する場合であって、可動ダイスが素材数と同じ2個よりなる場合(図7,図8参照)、素材の押出し中に2個の可動ダイスそれぞれを素材の押出し方向と同一方向又は逆方向に適宜進退させることによって、複合押出し形材長手方向に垂直な断面(以下、単に「複合押出し形材断面」という。)における各材料の割合を一定に維持することができる。
【0017】
〔作用〕
図1において、2個の可動ダイス11A、11Bを用いずに固定ダイス10のみで、2種類の変形抵抗の異なる素材ビレット1A、1Bを同時に押出して複合押出し形材を製造する場合を想定してみる。この場合、図7(a)に示すように、ステム3による素材1A、1Bの加圧押出しの初期段階においては、変形抵抗の小さい方の素材1Aの方が流動性が高いため固定ダイス10の孔部(押出し成形孔)を通過しやすいので、押出し形材断面における2種類の材料1Aと1Bとの界面13が変形抵抗の大きい方の材料1B側へずれてくる。一方、コンテナ2内には変形抵抗の大きい方の素材1Bが変形抵抗の小さい方の素材1Aより多く残存するので、2種類の素材1Aと1Bとの界面13が変形抵抗の小さい方の素材1A側に張り出してくる。そのため、ステム3による加圧押出しを続けると、図7(b)に示すように、やがてこの張り出し部分が固定ダイス10の孔部(押出し成形孔)を通過するようになるので、押出し形材断面における2種類の材料1Aと1Bとの界面13は、変形抵抗の小さい方の材料1A側へ徐々に移動していき、ステム3による加圧押出しの最終段階には変形抵抗の小さい方の材料1A側へ大きくずれてしまう。以上のように、固定ダイス10のみで押出し加工した場合には、押出し形材断面における2種類の材料の界面13が押出し形材長手方向で蛇行してしまう。
【0018】
一方、図1に示すように、固定ダイス10に、素材ビレット1A、1Bの押出し方向に溝部を備えた2個の可動ダイス11A、11Bを取り付けた状態でステム3による素材1A、1Bの加圧押出しを開始し、変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bのみを、素材押出し方向とは逆に移動させると、変形抵抗の大きい方の素材1Bの押出し体積は増加し、界面13は変形抵抗の小さい方の素材1A側に移動しようとする。そして、この可動ダイス1Bの移動速度を大きくするほど、素材1Bの押出し体積速度は大きくなり、界面13の素材1A側への移動量が大きくなるので、可動ダイス11Bの移動速度を調節することにより、界面13の位置を一定に保つことが可能となる。ステム3による加圧押出しの進行とともにコンテナ2内や固定ダイス10と可動ダイス11A、11Bとで形成される押出し成形孔内における2種類の素材1A、1Bの流動状態がそれぞれ変化して両者の押出し体積速度が変化し、界面13の位置にずれを生じさせようとするが、その都度、可動ダイス11Bの移動速度を調整することによって、その界面13のずれを修正して常に界面13の位置を一定に維持しながら押出しを進めることができる。このようにして、押出し加工全期間を通じて複合押出し形材断面における2種の材料1Aと1Bとの界面13の位置を形材の長手方向で常に一定(2種の材料1A、1Bの面積割合を常に一定)にすることができる。
【0019】
上記において、変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bを移動させる替わりに、この可動ダイス11Bは固定しておき、変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aを、素材押出し方向と同一の方向に移動させて、変形抵抗の小さい方の素材1Aの押出速度を低下させることによって、界面13の位置を一定に維持してもよい。あるいは、これら両者を組み合わせた方法として、変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bは押出し方向と逆方向に移動させ、同時に変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aは押出し方向と同一方向に移動させてもよい。この場合、片方の可動ダイスのみを移動させる場合に比べて、双方の可動ダイス11A、11Bの固定ダイス10に対する移動速度を小さくできるので、押出し加工全期間を通じての各可動ダイス11A、11Bの全移動距離を短くすることが可能となる。その結果、固定ダイス10のベアリング10Aの長さを短くでき、設備のコンパクト化、押出し圧力の低減化等が図れる。
【0020】
さらに本発明では、素材押出し方向と同一方向又は逆方向に可動ダイスを移動させて素材の押出し速度を変化させるようにしたので、可動ダイスの移動に伴うコンテナ内の素材の流れの変動は、間接押出し法の原理と同様で、押出し成形孔の近傍にとどめられることになる。よって、押出し加工中に可動ダイスを移動させても、安定した素材の流れが維持できる。
【0021】
また、本発明による押出加工制御方法(請求項3〜5)によれば、複合押出し形材を得るに際し、押出し中に可動ダイスの移動速度を予め求めておいた所定の移動速度の変化に合わせて変更することにより、各材料間の界面の位置が常に一定となるように押出すことが容易に行える。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1は本発明の一実施形態による押出し加工装置の全体構成を概略的に示す断面斜視図である。また、図2は、図1に示す押出し加工装置による押出し加工の様子を説明する断面斜視図である。
【0023】
図1、2において、1A、1Bは変形抵抗の異なるアルミニウム合金ビレットであって、本例では1Aは変形抵抗の小さいA1050、1Bは、1Aより変形抵抗の大きいA3003とする。2はコンテナ、3はステムをそれぞれ示している。10は固定ダイスで、コンテナ2の端部に固定ダイスホルダー4にて固定されている。11A、11Bは固定ダイス10のダイス孔部内を素材1A、1Bの押出し方向及びその逆方向に摺動自在に移動しうる可動ダイスである。6A、6Bは可動ダイスホルダー5A、5Bを介して可動ダイス11A、11Bを移動させる駆動装置としてのシリンダである。
【0024】
コンテナ2の形状には特に制限はなく角柱状であってもよいが、本例では円柱状とする。ビレット1A、1Bは高さが等しく、水平断面積の比率が、複合押出し形材の水平断面を構成する各材料の面積割合に等しい、円柱を縦割りにした形状のものであり、双方のビレット1A、1Bを縦割り面で合わせた状態でコンテナ2内に挿入される。可動ダイス11Aに素材ビレット1A、1Bの押出し方向に設けられた溝部121Aには素材1Aのみが流入し、可動ダイス11Bに素材ビレット1A、1Bの押出し方向に設けられた溝部121Bには素材1Bのみが流入するように、可動ダイス11A、11Bが固定ダイス10の孔部内に配置されている。
【0025】
図3は、図1における固定ダイス10及び可動ダイス11A、11Bの部分を示す図であって、その(a)は平面図、その(b)は(a)のAA線断面図である。
【0026】
図3において、固定ダイス10と可動ダイス11A、11Bは、本例では複合材料からなるH型形材を製作するものである。固定ダイス10には、垂直孔部102A、102Bと、この両者102A、102Bを連通するウエブ形成用孔部103とが設けられている。可動ダイス11A、11Bは、図2(a)に示すように、水平断面が「倒T字形」をなして素材押出し方向に延びるフランジ・ウエブ形成用切欠孔部122A、122Bを有しており、固定ダイス10の垂直孔部102A、102B内にこれと摺動自在に挿入され、素材押出し方向に延びる該垂直孔部102A、102B内を進退移動されるようになっている。
【0027】
このように、固定ダイス10と可動ダイス11A、11Bとによるその開口の重なり部分としてH字形の押出し成形孔(121A、122A、103、122B、及び121Bの連なり)が形成され、可動ダイス11A、11Bが固定ダイス10の孔部内を進退移動できるように構成されている。
【0028】
次に、このように構成された図1に示す押出し加工装置を用いて複合押出し形材を押出し加工する方法について可動ダイスの移動を中心に説明する。図4は本発明が適用された複合押出し形材の一例であって、2種類の変形抵抗の異なるアルミニウム合金素材(本例ではA1050とA3003)を複合化したH型形材を示す図である。
【0029】
前記の図1には、押出し時における可動ダイス11A、11Bの初期設定位置を示し、シリンダ6Aにより可動ダイス11Aを固定ダイス10の垂直孔部102の孔部入口端に位置決めし、シリンダ6Bにより可動ダイス11Bを固定ダイス10の垂直孔部102の孔部出口端に位置決めする。この可動ダイス位置にて押出しが開始される。すなわち、ステム3を一定速度で押し下げて素材1A、1Bを同時に加圧するとともに、6Bのピストンロッドを伸長して、垂直孔部101B内の可動ダイス11Bを垂直孔部101B入口の側に向かって所定速度で押し込む(前進移動させる)。一方、本例では、6Aのピストンロッドの伸長・収縮は行わず、可動ダイス11Aは移動させずに初期設定位置に固定しておく。これにより、ステム3による加圧押出しで生じる変形抵抗の大きい方の素材1B側への素材1Aと1Bとの界面13の移動分を可動ダイス11Bの押し込み(前進移動)により補うことができ、界面13の位置を一定に保つことができる。このようにして、押出し終了までステム3による加圧押出しと可動ダイス11Bの押し込み(前進移動)を継続することによって、変形抵抗の異なる素材1Aと1Bとの界面13の位置を常に一定に維持でき、界面13が真っ直ぐな(断面における各材料(素材)の面積比率が一定の)複合押出し形材が成形できる。
【0030】
なお、本発明の実施形態は上記例に限られるものではなく、本発明の作用効果を奏するように構成されたものであれば本発明の技術範囲に属する。
【0031】
例えば、変形抵抗の異なる素材は、上記例のようなアルミニウム合金同士の組合せに限るものではなく、アルミニウムや、マグネシウムとその合金、亜鉛とその合金、銅とその合金などを組合せたものであってもよい。
【0032】
また、素材ビレット数は上記例のように2本に限られるものではなく、3本以上であってもよい。その場合、各素材ビレットごとに材料の種類(変形抵抗)がすべて異なっていてもよいし、同じ材料(同じ変形抵抗)の素材ビレットが複数含まれていてもよい。例えば2種類の素材ビレットを用いて、そのうちの1種類の素材ビレット1本を他の1種類の素材ビレット2本で両側から挟んで押出加工してサンドイッチ状の押出し形材を形成する場合にも適用できる。
【0033】
コンテナの形状は、前述したように上記例の円柱状に限られるものではなく、角柱状などであってもよく、また、複合押出し形材の断面形状もH字形に限らずI字形、方形、円形、楕円形等種々の形状のものに適用できる。
【0034】
上記例では、変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aは固定し、変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bのみを前進移動(押し込み方向)させたが、これとは逆に、変形抵抗の大きい方の素材側1Bの可動ダイス11Bを固定し、変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aのみを後退移動(抜出し方向)させてもよい。あるいは、変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aを後退移動させつつ、同時に変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bを前進移動させてもよい。あるいは、一方の可動ダイスを移動させ終わった後、他方の可動ダイスの移動を開始する方法を用いてもよい。
【0035】
可動ダイスの数は、上記例のように素材ビレット数と同じに限る必要はなく、素材ビレット数より少なくできる。すなわち、例えば、変形抵抗の異なる2本の素材ビレットを用いる上記例の場合において変形抵抗の小さい方の素材1A側の可動ダイス11Aをなくし、変形抵抗の大きい方の素材1B側のみの1個の可動ダイス1Bを用いても同様の作用効果が得られる。また、前述したように2種類の素材ビレットを用いてサンドイッチ状の押出し形材を成形する場合には、素材ビレット数は3本であるが、その素材数より2少ない1個の可動ダイスを真中の素材ビレットが押出される位置に設ければ同様の作用効果が得られる。なお、、固定ダイス数を最低限必要な数より多く設けた場合には、前述したように個々の固定ダイスの前進移動と後退移動とを適正に組み合わせることにより、全押出し期間における各可動ダイスの移動距離を小さくでき、その結果、固定ダイスのベアリング長さを短くすることが可能となり設備のコンパクト化や押出し圧力の低減化などのメリットが加わる。
【0036】
次に、図1に示す押出し加工装置を用いて複数個の素材を押出し加工して複合押出し形材を得るに際し、可動ダイスに関しどのような制御を行うかについて説明する。図5は本発明による押出し加工制御方法を説明するためのフローチャートである。ここでは説明を簡単にするため、図1の、2種の素材1A、1Bを用いて変形抵抗の大きい方の素材1B側の可動ダイス11Bのみを移動させる場合について説明を行う。
【0037】
まず、押出し加工開始時における2個の可動ダイス1A、1Bの初期位置を与える(ステップS1)。
【0038】
次に、押出し加工すべき成形対象の複合押出し形材を形成する2種の素材1A、1Bの変形抵抗、押出し比および押出し形材断面における各材料の面積割合に基づいて、予め、押出し形材の断面における2種の各材料の占める面積割合を一定に保つためのステム3の移動距離と可動ダイス11Bの移動速度との関係式を求めておく(ステップS2)。この関係式は、例えば以下(1) 〜(5) の手順で計算により求める(図6参照)。
【0039】
(1) 押出し開始後、ステム3が押出し開始位置Sからxの距離の位置Pに達した状態を想定する。このとき素材1Aと素材1Bとの界面13は真っ直ぐ(図6の一点鎖線)であるとする。
【0040】
(2) ここで、可動ダイス11Bを移動させないで固定したと仮定して、ステム3をさらに所定の微小距離Δxだけ移動させたときの、固定ダイス10孔部入口(コンテナ出口)における素材1Aと素材1Bとの界面13の水平方向への移動量Δyを通常用いられる塑性変形方程式を用いて計算する。すなわち、塑性変形方程式に、各素材の変形抵抗(通常、降伏応力が用いられる)、押出し比、コンテナ3と各素材1A、1Bとの摩擦係数、固定ダイス10や可動ダイス11A、11Bと各素材1A、1Bとの摩擦係数、コンテナ3や固定ダイス10、可動ダイス11A、11Bの形状・寸法などを代入することによって各素材11A、11Bのメタルフローが計算でき、これから2つの素材11Aと11Bとの界面13の移動量Δyが計算できるものである。なお、必要により実際にステム3の位置を適宜変化させて可動ダイス11Bを固定した状態で押出し実験を行ってΔyを実測し、塑性変形方程式の係数等を補正して用いると計算精度がさらに向上するので好ましい。
【0041】
(3) このようにして計算で求めた界面の移動量Δyに固定ダイス入口を通過する素材の平均線速度u(=uS・SC/SFD;ここに、uS:ステム移動速度SC:コンテナ断面積、SFD:固定ダイス入口面積)を掛けた値ΔV(=u・Δy)は、押出し形材断面において変形抵抗の大きい方の素材1B側に張り出す変形抵抗の小さい方の素材1Aの体積速度の変化分に相当する。
【0042】
(4) したがって、このΔVに相当する分だけ可動ダイス11Bの押し込み速度(移動速度)uBをΔuB(=ΔV/SMD;ここに、SMD:可動ダイス1Bの孔部面積)だけ上昇させてやると、素材1Bの押出し体積速度が丁度ΔVだけ上昇して前記界面の移動量Δyが打ち消されてΔy=0となるので、界面の移動がなく押出しできることになる。
【0043】
(5) このようにして、押出加工開始から終了までステム移動距離が所定の微小距離Δx増加するごとに同様の計算を繰り返し、ステム移動距離xと可動ダイス11Bの移動速度uBとの関係式を求めることができる。なお、所定の微小距離Δxは、可動ダイス11Bの移動速度の変更が過度に頻繁とならず、かつ可動ダイス11Bの移動速度uBの計算精度を維持できる範囲で、適切に選択すればよい。
【0044】
しかる後、可動ダイス11BをステップS1で与えた初期位置に位置決めし(ステップS3)、押出し加工を開始する(ステップS4)。
【0045】
そして、押出し加工中にステム3の移動距離xを常時測定しておき、xがΔx増加するごとに(ステップS5)、可動ダイス11Bの移動速度uBをステップS2で求めた関係式より計算した値に変更する(ステップS6)。次にステップS7で押出し加工終了か否かが判定されて、ここで押出し加工終了でない場合(ステップS7でNO)にはステップS5に戻ることになる。なお、ステップS7の押出し加工終了については、ステム3の移動距離を検出すること、押出し加工している押出し形材の長手方向長さを検出すること、あるいはダイス出側において素材が押し出された量(形材成形量)を検出すること、などにより判断することができる。
【0046】
このようにしてステップS5〜ステップS7が繰り返される。このようにして、押出し加工終了までの間、常に素材の界面の位置が一定に維持されるように押出加工が制御される。
【0047】
このような可動ダイスの移動制御を行う装置は、可動ダイスを駆動するシリンダを制御するための制御弁などを持つシリンダ制御部と、このシリンダ制御部にシリンダによる可動ダイスの駆動とその移動速度を指令する信号を与えるコンピュータとにより構成されている。このコンピュータは、押出し加工すべき押出し形材を形成する素材1A、1Bの変形抵抗、押出し形材断面における各材料(素材)1A、1Bの占める面積割合、押出し形材の寸法形状情報が入力されると、その入力値に基づいて塑性変形方程式を用いて押出し形材断面における材料(素材)界面位置が一定となる可動ダイス1Bの移動速度を算出し、これらをメモリに格納するようになっている。
【0048】
また、可動ダイス1Bの移動速度を変更するタイミングについては、例えば、ステム3の移動距離を検出する手段を設置し、一方、可動ダイス1Bの移動速度を変更するタイミングとしてステム3の移動距離xの変化量の設定値Δxをメモリに格納しておく。そして、コンピュータは、押出し加工開始後、前記検出手段から入力されるステム3の移動距離からステムの移動距離xの変化量がその設定値Δxに達したこと、つまり可動ダイス11Bの移動速度を変更するタイミングになったことを認識することができる。あるいは、可動ダイス11Bの押出し開始位置からの移動距離、又は押出し形材の押出し長さ若しくは押出し体積、又は押出し加工開始からの経過時間により、可動ダイス11Bの移動速度を変更するタイミングを知るように構成してもよい。
【0049】
【実施例】
図1に示した押出し加工装置を用いて、2種類のアルミニウム合金ビレット(A1050、A3003)を同時に押出し加工してH型形材を製作する場合について、上記の制御方法の適用を行った。図8は、図6のステップS2の手順にしたがって求めた、押出し加工中におけるステム3の移動距離と可動ダイス11Bの移動速度との関係式を図示したものである。そして、この関係式に基づいて可動ダイス11Bの移動速度を制御して押出加工を行った結果、素材押出し方向に垂直な断面における2種類の材料の界面の位置が長手方向で常に一定の押出し形材が得られた。
【0050】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による押出し加工装置、押出し加工方法及び押出し加工制御方法によると、複数個のアルミニウム合金などの素材を押出し加工して複合押出し形材を得るに際し、可動ダイスの移動速度を変更することにより押出し形材断面における各材料の占める面積割合が一定した複合押出し形材が容易に成形できるようになった。これによって従来困難であった任意の断面形状の複合押し形材を簡易に製造でき、複合押出し形材の適用範囲の拡大が図れるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による押出し加工装置の全体構成を概略的に示す断面斜視図である。
【図2】図1に示す押出し加工装置による押出加工の様子を説明する断面斜視図である。
【図3】図1における可動ダイス及び固定ダイスの部分を示す図であって、その(a)は平面図、その(b)は(a)のBB線断面図である。
【図4】本発明が適用された複合押出し形材の一例であって、複合アルミニウム合金製H型形材を示す図である。
【図5】本発明による押出し加工制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図6】ステム移動距離と可動ダイス移動速度との関係式を求める手順を説明するための押出し加工装置の断面図である。
【図7】固定ダイスのみで複合押出し形材を製造した場合の様子を示す押出加工装置の断面図であり、(a)は押出し加工初期の様子を示す図、(b)は押出し加工終期の様子を示す図である。
【図8】押出し加工中におけるステム移動距離と可動ダイス移動速度との関係を例示する図である。
【符号の説明】
1A、1B…素材(または材料) 2…コンテナ 3…ステム 4…固定ダイスホルダー 5A、5B…可動ダイスホルダー 6A、6B…シリンダ 10…固定ダイス 102A、102B…垂直孔部 103…ウエブ形成用孔部 11A、11B…可動ダイス 121A、121B…溝部 122A、122B…フランジ・ウエブ形成用切欠孔部 13…界面
Claims (4)
- 複数個の金属素材を素材押出し方向に平行に並置して収納するコンテナと、前記複数個の金属素材を同時に加圧するステムと、前記コンテナ出口部に、前記複数個の金属素材が同時に押出される孔部を有する固定ダイスとを備えた押出し加工装置であって、
さらに、この固定ダイスの前記孔部内に、前記素材押出し方向に溝部を備えた可動ダイスを、一個以上で前記複数個の金属素材と同数個以下、前記素材押出し方向と同一方向及び/又は逆方向に摺動自在に設け、かつ前記各可動ダイスの溝部には、前記複数個の金属素材のいずれか一の金属素材が個別に通過するようにしたことを特徴とする複合材料からなる押出し形材を製造する押出し加工装置。 - コンテナ内に素材押出し方向に平行に並置して収納した複数個の金属素材を、ステムで同時に加圧して前記コンテナ出口部に設けられた固定ダイスの孔部から押出しつつ、該孔部内に設けられた一個以上で前記複数個の金属素材と同数個以下の可動ダイスのうちの少なくとも一個の可動ダイスを、前記素材押出し方向と同一方向又は逆方向に移動させることにより、前記押出し形材の長手方向に垂直な断面における、複合材料からなる押出し形材において前記複数個の金属素材由来の各材料の占める面積割合を一定に保ちながら押出しを行う押出し加工方法。
- 請求項1に記載の押出し加工装置を用いて、複数個の金属素材を押出し加工して複合材料からなる押出し形材を得るに際し、以下の(イ)〜(ハ)のステップにより押出し加工を制御することを特徴とする押出し加工制御方法。
(イ) 予め、前記ステムの加圧速度と、前記複数個の金属素材の各素材ごとの変形抵抗と、押出し加工すべき押出し形材の長手方向に垂直な断面における、複合材料を形成する前記複数個の金属素材由来の各材料の占める面積割合と、任意に与えた前記各可動ダイスの初期位置とから、前記面積割合を一定に保つのに必要な、前記ステムの押出加工開始位置からの移動距離と前記各可動ダイスの移動速度との関係を求めておく。
(ロ) 前記各可動ダイスを前記(イ)のステップで与えた初期位置に設定し、前記ステム加圧速度で前記複数個の金属素材の押出し加工を開始する。
(ハ) 押出し加工終了まで、前記ステムの押出加工開始位置からの移動距離に対応させて、前記各可動ダイスの移動速度を前記(イ)のステップで求めておいた移動速度に変更して前記各可動ダイスを移動させる。 - 請求項3に記載の押出し加工制御方法において、前記ステムの押出し加工開始位置からの移動距離を用いることに替えて、前記各可動ダイスの押出し加工開始位置からの移動距離、又は前記押出し形材の押出し長さ若しくは押出し体積、又は押出加工開始からの経過時間を用いる押出し加工制御方法。
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