JP3649673B2

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

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Publication number: JP3649673B2
Application number: JP2001088091A
Authority: JP
Inventors: 輝栄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2005-05-18
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: JP2002282931A

Description

【０００１】
【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（＝ｕ_S・Ｓ_C／Ｓ_FD；ここに、ｕ_S：ステム移動速度Ｓ_C：コンテナ断面積、Ｓ_FD：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）ｕ_BをΔｕ_B（＝ΔＶ／Ｓ_MD；ここに、Ｓ_MD：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ｕ_B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ｕ_B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ｕ_B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

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。