JP3698927B2 - 中空形材押出ダイスおよび薄肉中空形材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶着材料、特にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる材料をダイス穴から押し出して中空形材を成形する中空形材押出ダイスおよびその薄肉中空形材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
押出成形加工は、金属や非金属等の押出材料からなるビレットをコンテナに収容した後、コンテナに設けられた押出ダイス方向に押圧し、押出ダイスのエントリーポート部でビレットを分流させながら押出材料を押出ダイス内に圧入する。そして、これらの押出材料を押出ダイス内のチャンバー部で再び合流させた後、ベアリング部のダイス穴から押し出すことによって、各種の断面形状の中空形材を一体的且つ連続的に成形するものである。
【０００３】
この際、押出ダイスのエントリーポート部やチャンバー部、ベアリング部の関係が不適切であると、ベアリング部のダイス穴の形状が所望の断面形状に対応して形成されている場合でも、中空形材の断面形状に歪みが生じたり、押出方向に反りが生じたりする。そこで、従来においては、中空形材の断面形状を基にして各部が最適な関係となるように経験的に押出ダイスを設計して製作した後、この押出ダイスを用いて中空形材を成形する。そして、中空形材の状態を基にしてベアリング部を修正し、修正した押出ダイスにより再び中空形材を成形してベアリング部を修正するという作業を繰り返すことによって、押出ダイスを完成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のように、押出ダイスの各部を経験的に設計して製作した後、中空形材の成形およびベアリング部の修正を繰り返すという試行錯誤により押出ダイスを完成する方法では、溶着部材を押し出し、薄肉の中空形材を成形するには、最終的な押出ダイスを得るまでに多くの試行錯誤が必要になる。さらに、押出ダイスの設計内容によっては試行錯誤の開始点が大きく外れる場合があり、この場合には、修正を繰り返しても溶着部材の所望の薄肉中空形材を得ることができないため、新たに押出ダイスを設計し直すことが必要になることもある。特に、押出における変形性の高い難押出材の場合では、このような不具合が頻繁に生じる。
【０００５】
このように、従来の方法では、押出ダイスを完成するまでに多くの試行錯誤や再設計が必要になって生産コストや生産のリードタイムが増加するという問題がある。また、従来の方法で完成された押出ダイスでは、押出ダイス内の押出材料を強制的に補正することにより所望の断面形状の中空形材としているため、薄肉中空形材を高品質および高精度に成形することが困難であるという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、少ない回数のベアリング部の修正でもって難押出材からなる溶着部材に対しても薄肉中空形材を高品質および高精度に成形することができる中空形材押出ダイスおよびその薄肉中空形材を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、溶着材料を複数のエントリーポートで分流し、これらエントリーポートを通過させて合流および溶着させた後にダイス穴から押し出して薄肉中空形材を成形する中空形材押出ダイスであって、前記薄肉中空形材の溶着部間の体積配分比と下記式に示す前記エントリーポートの通過流量比とが一致するように、前記エントリーポートがそれぞれ設定されていることを特徴とする中空形材押出ダイスである。
Ｘｉ＝ｆ（ｒｉ）・ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）・ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）
ここで、各エントリーポートの、開口面積をＳｉ、周長をＬｉ、深さをＨｉ、ダイス中心に対する中心位置をｒｉ、位置流速比関数をｆ（ｒｉ）、形状流速比関数をｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）、寸法流速比関数をｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）、通過流量比をＸｉとする。尚、ｉは各エントリーポートを特定するための変数であって、ｉ＝１〜ｎ（ｎは自然数）である。
上記の構成によれば、溶着部間の体積配分に対応するように各エントリーポートの通過流量が設定されているため、エントリーポートで分流された後に合流および溶着した押出材料は、無理なねじれを伴うことなく流動して均等にダイス穴から順次押し出される。従って、たとえ難押出材からなる溶着材料でもって薄肉中空形材を成形する場合であっても、高い寸法精度および押出直線性を有した薄肉中空形材を得ることができる。
【０００８】
請求項２の発明は、溶着部間の体積配分比と下記式に示す複数のエントリーポートそれぞれの通過流量比とが一致するように設定された前記複数のエントリーポートで溶着材料を分流し、これらエントリーポートを通過させて合流および溶着させた後にダイス穴から薄肉中空状に押し出されて成形されていることを特徴とする薄肉中空形材である。
Ｘｉ＝ｆ（ｒｉ）・ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）・ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）
ここで、各エントリーポートの、開口面積をＳｉ、周長をＬｉ、深さをＨｉ、ダイス中心に対する中心位置をｒｉ、位置流速比関数をｆ（ｒｉ）、形状流速比関数をｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）、寸法流速比関数をｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）、通過流量比をＸｉとする。尚、ｉは各エントリーポートを特定するための変数であって、ｉ＝１〜ｎ（ｎは自然数）である。
溶着部間の体積配分に対応するように各エントリーポートの通過流量が設定され、エントリーポートで分流された後に合流および溶着されるため、難押出材であっても、薄肉中空形材とした場合でも、溶着部にねじれが生じずに、均一な肉厚の薄肉中空形材となっている。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２記載の薄肉中空形材であって、前記薄型中空形材の肉厚が、３．０ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする薄肉中空形材である。 薄肉中空形材の肉厚は、３．０ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲、特に１．５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。０．３ｍｍより薄いと、小型形材の押出方法を除いてもはや材料は押し出されず、また、３．０ｍｍよりも厚いと、通常の肉厚と認識される。
【００１０】
請求項４の発明は、前記薄肉中空形材の溶着材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる難押出材であることを特徴とする請求項２または３記載の薄肉中空形材である。
請求項５の発明は、前記アルミニウム合金が、Ａ６Ｎ０１、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１、Ａ７０７５のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載の薄肉中空形材である。
【００１１】
請求項６の発明は、前記薄型中空形材の断面形状が、少なくとも１辺が他の辺とは異なる寸法の非正多角形であることを特徴とする請求項２ないし５の何れか１項に記載の薄肉中空形材である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図４に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る中空形材押出ダイスは、押出成形機に着脱可能に設けられている。押出成形機は、図４に示すように、ビレット６を収容する収容部１ａを備えた円筒形状のコンテナ１と、コンテナ１の収容部１ａに対して進退移動可能に設けられた棒状の押出具２と、押出具２を進退移動させると共にコンテナ１内のビレット６を矢符方向に所定の押圧力で押圧する加圧装置３とを有している。尚、ビレット６は、アルミニウム合金、例えば、Ａ６Ｎ０１、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１、Ａ７０７５等の難押出材料を円柱形状に形成したものである。
【００１３】
上述のコンテナ１の先端面には、収容部１ａの開口を囲むようにしてダイホルダ４が設けられている。ダイホルダ４には、両端面にかけて連通された保持部４ａが形成されており、保持部４ａには、ポートホールダイス方式の中空形材押出ダイス５が嵌合されている。中空形材押出ダイス５は、雄型７と雌型８とをビレット６側からこの順に有している。雄型７は、図１に示すように、複数のエントリーポート７ａ・７ｂを外周部に有している。これらのエントリーポート７ａは、ビレット６側の一方面から雌型８側の他方面にかけて連通されており、ビレット６を開口面積に応じた通過量で分流させることにより押出材料を雌型８に導入する。さらに、雄型７は、雌型８方向に突設された雄側ベアリング７ｃを有している。雄側ベアリング７ｃは、雄型７の他方面における中央部に配置されており、端面が長方形状に形成されている。
【００１４】
上記のエントリーポート７ａ・７ｂは、中空形材９の溶着部９ａ・９ａ間の体積配分に対応するようにポート仕様（重心位置や開口面積等）がそれぞれ決定されている。具体的には、各エントリーポート７ａ・７ｂにおける押出材料の通過流量比が中空形材９の溶着部９ａ・９ａ間の体積配分比に対して一致するように、エントリーポート７ａ・７ｂのポート仕様（重心位置や開口面積等）が決定されている。尚、体積配分とは、溶着部９ａ・９ａ間の個別体積のことである。また、体積配分比とは、中空形材９の単位長さ当たりの全体積に対する溶着部９ａ・９ａ間の個別体積の比のことである。また、通過流量比とは、全エントリーポート７ａを通過する全流量に対する各エントリーポート７ａを通過する個別流量の比のことである。
【００１５】
上記の雄型７は、雌型８の一方面に着脱可能に密嵌されている。雌型８は、雄型７の各エントリーポート７ａ・７ｂに連通され、エントリーポート７ａ・７ｂにより分流されたビレット６の押出材料を合流させるチャンバ８ａと、上述の雄側ベアリング７ｃを内周側に位置させるように、他方面の中央部に形成された雌側ベアリング８ｂとを有している。雌側ベアリング８ｂは、雄側ベアリング７ｃの端面形状よりも僅かに大きな開口形状となるように形成されており、これらのベアリング７ｃ・８ｂは、両者間の隙間により中空形材９の断面形状に一致した長方形状のダイス穴１０を形成している。そして、ダイス穴１０は、エントリーポート７ａ・７ｂで分流された押出材料が合流および溶着した部分を溶着部９ａとして有した断面長方形状の中空形材９を成形する。
【００１６】
上記の構成において、中空形材押出ダイスの溶着部間の体積配分に対応した通過流量となるなるようなエントリーポート７ａ・７ｂの設定方法およびその動作について説明する。
【００１７】
先ず、図３に示すように、中空形材９の断面形状に基づいて溶着部９ａの位置を決定する。即ち、断面長方形状の中空形材９を成形する場合には、中空形材９に各種の表面処理を施したときに溶着部９ａが他の部分とは異なった光沢や色等の表面状態になるため、この表面状態が最も目立ち難い部分に位置するように、コーナー部を溶着部９ａの位置として決定する。この後、中空形材９の単位長さ当たりの全体積を算出すると共に、溶着部９ａ・９ａ間の個別体積をそれぞれ算出し、全体積に対する各個別体積の比を算出することによって、各溶着部９ａ・９ａ間における体積配分比Ｖｉを求める。
【００１８】
次に、図２に示すように、エントリーポート７ａ・７ｂのポート仕様を、開口面積、周長、深さおよび中心位置の設計特徴値とする。そして、開口面積をＳｉ、周長をＬｉ、深さをＨｉ、ダイス中心Ｏに対する中心位置をｒｉとする。尚、“ｉ”は、各エントリーポート７ａ・７ｂを特定するための変数であり、４ポートのエントリーポート７ａ・７ｂが存在すれば、変数ｉ＝１〜４となる。そして、これらの設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉを用いて位置流速比関数ｆ（ｒｉ）と、形状流速比関数ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）と、寸法流速比関数ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）とを導き出して組み合わせることによって、各エントリーポート７ａ・７ｂの通過流量比Ｘｉを示す関係式（１）とする。
【００１９】
Ｘｉ＝ｆ（ｒｉ）・ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）・ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ） …（１）
【００２０】
この後、上式（１）に任意の設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉを代入して通過流量比Ｘｉを求め、この通過流量比Ｘｉと上述の体積配分比Ｖｉとを比較する。両比Ｘｉ・Ｖｉが一致していなければ、特定或いは全ての設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉを変更し、新たな通過流量比Ｘｉを求めて体積配分比Ｖｉと再比較する。そして、このような設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉの変更処理および比較処理をプログラム化し、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置に実行させて繰り返すことによって、体積配分比Ｖｉに一致した通過流量比Ｘｉとなる設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉを求める。
【００２１】
上記のようにして設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉを求めると、図１に示すように、この設計特徴値Ｓｉ・Ｌｉ・Ｈｉ・ｒｉからなるポート仕様のエントリーポート７ａ・７ｂを備えた雄型７を製作する。また、中空形材９の断面形状に対応したダイス穴１０となるように、雄型７の雄側ベアリング７ｂおよび雌型８の雌側ベアリング８ｂを形成する。そして、雄型７を雌型８に密嵌することによって、中空形材押出ダイス５を組み立てる。
【００２２】
次に、図４に示すように、中空形材押出ダイス５をダイホルダ４の保持部４ａに装着する。この後、加圧装置３を後退させることによりコンテナ１の収容部１ａを開口し、収容部１ａに押出材料からなるビレット６を挿入して押出温度まで加熱する。この後、加圧装置３を矢符方向に一定速度で進出させることによって、押出具２を介してビレット６を加圧する。ビレット６は、図１に示すように、端面が雄型７の一方面に押しつけられることによって、ビレット６を構成する押出材料を雄型７の各エントリーポート７ａ・７ｂに分流させながら雌型８方向に流動させる。各エントリーポート７ａ・７ｂの押出材料は、エントリーポート７ａを通過した後に雌型８のチャンバ８ａで合流して溶着する。
【００２３】
合流した押出材料は、雄側ベアリング７ｂと雌側ベアリング８ｂとの隙間により形成されたダイス穴１０を介して外部に押し出される。この際、各エントリーポート７ａ・７ｂの通過流量比が溶着部９ａ・９ａ間の体積配分比（通過流量比）に一致するように設定されているため、チャンバ８ａで合流および溶着した押出材料は、無理なねじれを伴うことなくダイス穴１０に流動し、ダイス穴１０から順次押し出される。従って、ダイス穴１０を押し出されて成形された中空形材９は、予め溶着部位置として決定されたコーナー部に溶着部９ａを有することになると共に、高い寸法精度および押出直線性を有することになる。これによって、難押出材であるＡ６Ｎ０１、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１、Ａ７０７５等のアルミニウム合金であっても、肉厚が１．５ｍｍ〜０．５ｍｍ、更には３．０ｍｍ〜０．３ｍｍの薄肉中空形材９とすることができる。３．０ｍｍ〜１．５ｍｍの肉厚は、従来法では、何とかできる場合もあるが、捩じれ等が発生することが多い。しかしながら、本発明における方法では、そのような問題も発生すること無く、前記の肉厚の範囲で、薄肉中空形材９を製作することが可能となる。そして、このように良好な品質の薄肉中空形材９を基にして雄側ベアリング７ｂおよび雌側ベアリング８ｂを修正することになるため、僅かな回数の修正（試行錯誤）でもって極めて高品質の薄肉中空形材９を成形可能な中空形材押出ダイス５を得ることができる。
【００２４】
尚、本実施形態においては、ポートホールダイス式の中空形材押出ダイス５およびそれによる難押出材からなる薄肉中空形材について説明しているが、本実施形態の中空形材押出ダイス５およびそれによる難押出材からなる薄肉中空形材は、ブリッジダイス方式やスパイダーダイス方式に適用することもできる。
【００２５】
また、本実施形態の中空形材押出ダイス５およびそれによる難押出材からなる薄肉中空形材は、薄肉中空形材９の断面が長方形状である場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、正方形状や台形状等の矩形状や、三角形状や五角形状等の多角形状、円形状や楕円形状等を含む少なくとも１辺が他の辺と異なる寸法の非正多角形の断面を有した薄肉中空形材９に適用することができる。さらに、二重や三重等の多重構造の薄肉中空形材９に適用することもできる。また、各種断面形状の中空形材９を並列して成形する場合においても適用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。
押出材料にＡ６Ｎ０１を使用し、５０ｍｍ×４０ｍｍの長方形状で、肉厚が０．３ｍｍの薄肉中空形材となるように各溶着部間の体積配分比を算出した。次に、パーソナルコンピューター等の情報処理装置によって、各エントリーポートを通過する押出材料の通過流量比と前述の体積配分比とが等しくなるまで、任意の設計特徴値を入力し、繰り返し計算を行った。これによって、薄肉中空形材の各溶着部間の体積配分比と等しい通過流量比のエントリーポートを有するダイスを製作した。このようにして得られたダイスを使用して押出形材を成形したところ、従来の試行錯誤を繰り返して押出材を成形していたダイスでは困難であった難押出材であるＡ６Ｎ０１で、優れた直線性を有する肉厚０．３ｍｍの薄肉中空形材を得ることが可能となった。さらに、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１やＡ７０７５を押出材料として使用した場合も肉厚０．３ｍｍの薄肉中空形材を得ることが可能となった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、本発明によると、溶着部間の体積配分に対応するように各エントリーポートの通過流量が設定されているため、エントリーポートで分流された後に合流および溶着した押出材料は、無理なねじれを伴うことなく均等にダイス穴から順次押し出される。従って、Ａ６Ｎ０１、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１、Ａ７０７５等のアルミニウム合金等の難押出材であっても、ダイス穴を押し出されて成形された中空形材は、肉厚が３．０ｍｍ〜０．３ｍｍという薄肉で、高い寸法精度および押出直線性を有することになる。そして、このように良好な品質の薄肉中空形材を基にしてダイス穴を修正することになるため、僅かな回数の修正（試行錯誤）でもって難押出材であっても、極めて高品質の薄肉中空形材を高精度に成形することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空形材押出ダイスにより中空形材を成形する状態を示す説明図である。
【図２】エントリーポートの状態を示す説明図である。
【図３】中空形材の要部斜視図である。
【図４】押出成形機の動作状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ コンテナ
２ 押出具
３ 加圧装置
４ ダイホルダ
５ 中空形材押出ダイス
６ ビレット
７ 雄型
７ａ エントリーポート
７ｂ エントリーポート
７ｃ 雄側ベアリング
８ 雌型
８ａ チャンバ
８ｂ 雌側ベアリング
９ 中空形材
９ａ 溶着部
１０ ダイス穴

Claims (6)

1. 溶着材料を複数のエントリーポートで分流し、これらエントリーポートを通過させて合流および溶着させた後にダイス穴から押し出して薄肉中空形材を成形する中空形材押出ダイスであって、
   前記薄肉中空形材の溶着部間の体積配分比と下記式に示す前記エントリーポートの通過流量比とが一致するように、前記エントリーポートがそれぞれ設定されていることを特徴とする中空形材押出ダイス。
   Ｘｉ＝ｆ（ｒｉ）・ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）・ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）
   ここで、各エントリーポートの、開口面積をＳｉ、周長をＬｉ、深さをＨｉ、ダイス中心に対する中心位置をｒｉ、位置流速比関数をｆ（ｒｉ）、形状流速比関数をｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）、寸法流速比関数をｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）、通過流量比をＸｉとする。尚、ｉは各エントリーポートを特定するための変数であって、ｉ＝１〜ｎ（ｎは自然数）である。
2. 溶着部間の体積配分比と下記式に示す複数のエントリーポートそれぞれの通過流量比とが一致するように設定された前記複数のエントリーポートで溶着材料を分流し、これらエントリーポートを通過させて合流および溶着させた後にダイス穴から薄肉中空状に押し出されて成形されていることを特徴とする薄肉中空形材。
   Ｘｉ＝ｆ（ｒｉ）・ｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）・ｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）
   ここで、各エントリーポートの、開口面積をＳｉ、周長をＬｉ、深さをＨｉ、ダイス中心に対する中心位置をｒｉ、位置流速比関数をｆ（ｒｉ）、形状流速比関数をｇ（Ｓｉ、Ｌｉ、Ｈｉ）、寸法流速比関数をｈ（Ｓｉ、Ｈｉ）、通過流量比をＸｉとする。尚、ｉは各エントリーポートを特定するための変数であって、ｉ＝１〜ｎ（ｎは自然数）である。
3. 前記薄肉中空形材の肉厚が、３．０ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２記載の薄肉中空形材。
4. 前記薄肉中空形材の溶着材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる難押出材であることを特徴とする請求項２または３記載の薄肉中空形材。
5. 前記アルミニウム合金が、Ａ６Ｎ０１、Ａ６０６１、Ａ７Ｎ０１、Ａ７０７５のうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載の薄肉中空形材。
6. 前記薄型中空形材の断面形状が、少なくとも１辺が他の辺とは異なる寸法の多角形であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の薄肉中空形材。

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