JP4006307B2

JP4006307B2 - クラッド材の間接押出方法

Info

Publication number: JP4006307B2
Application number: JP2002277402A
Authority: JP
Inventors: 秀幸近藤; 秀男佐野; 敏明土井
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2003181524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッド材を間接押出により製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図７に示す如く、従来より、間接押出による加工は、製品の外面形状を規定するダイス３と、製品の内面形状を規定するマンドレル４とからなる押出用工具をコンテナ１内に装着すると共に、ビレット２をルーズダミー６に押し当てた状態でコンテナ１内に配置した上で行われていた（特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、ルーズダミー６を固定型とし、コンテナ１内に配置されたビレット２に向かって（詳しくは、ルーズダミー６に向かって）、ダイス３とマンドレル４とを相対的に移動させることで、ダイス孔１１から製品形状に押出された押出材１０を得ていた。
【０００４】
このような間接押出による加工方法は、コンテナ１に対してビレット２が移動されず、コンテナ１内壁とビレット２間に摩擦が起きないため、デッドメタルの形成が少なく、従来より高精度押出製品を中心に脚光を浴びて来た。
なお、上記は管の間接押出についてのものであり、棒（中実材）を間接押出する場合は、マンドレル４がないだけである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２０１６１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にて、芯材と皮材からなるクラッド用のビレットを間接押出すると、少ないとはいえ芯材からなるデッドメタルの形成により押出初期にそのデッドメタル近傍部分から芯材が製品表皮として押出され、芯材、皮材、芯材からなる３層クラッドという不良クラッドとなることが知られていた。
【０００７】
つまり、まず、この場合は、図８（ａ）に示すように、コンテナ１内に配置された、芯材５２と該芯材５２の外周を覆う皮材５４とからなるビレット５０に向かってダイス３が相対的に移動されることになる。すると、図８（ｂ）に示すように、ダイス孔１１に流れていかない芯材５２からなるデッドメタル５２ａ領域が少ない領域とはいえダイス３近傍の箇所に形成される。次に、ダイス３を更に移動させると、図８（ｃ）に示すように、デッドメタル５２ａ近傍部分から芯材５２が製品表皮６２としてダイス孔１１から押出される。そして、押出材６０としては、芯材５２からなる第１層（製品表皮６２）、皮材５４からなる第２層６４、芯材５２からなる第３層６６とを有する不良クラッド（３層クラッド）となっていた（図８（ｃ）、図８（ｃ）のＸ−Ｘ断面図である図８（ｄ）参照）。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、不良クラッドの切捨量を大幅に減少し、製品歩留りを向上できる間接押出方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明は、コンテナ内に配置された、円柱状若しくは円筒状の芯材と該芯材の外周を覆う皮材とを備えるビレットに向かってダイスを相対的に移動させる間接押出によってクラッド材を製造するクラッド材の間接押出方法において、ダイスのビレット押圧面をダイス軸線に対し５５〜８５°のテーパー状にし、前記ビレットの先端部に、前記皮材と同じ材質の円形若しくは環状の前板を付けて該ビレットと同時に押し出すことを特徴とするクラッド材の間接押出方法をその要旨とする。
【００１０】
係るクラッド材の間接押出方法（以下、単に間接押出方法とも言う）によれば、押出加工を行なうと、ビレットの先頭部に設けられた前板がまず流出する。従って、芯材の代わりに前板によりデッドメタルが形成されることとなり、しかもこの前板が皮材と同じ材質にされているため、３層クラッドとはならない。また、ビレット押圧面の角度がダイス軸線に対し５５〜８５°のテーパー状にされているため、デッドメタル体積自体が減少し、不良クラッドが発生しても押出初期に流出させることができる。ビレット押圧面のダイス軸線に対する角度（以下、テーパー角度ともいう）が８５°より大きい場合にはデッドメタル体積の減少効果が得られない。テーパー角度が５５°より小さいと、押し残り切断時にダイスのビレット押圧面にビレットの一部が凝着し、押出終了時に凝着部の除去作業が必要となり、作業性を著しく低下させる。
【００１１】
なお、本発明の間接押出方法により製造される押出材において芯材と皮材との間に隙間が生ずる現象（フクレ）の発生を好適に防止し、製品歩留りを向上するため、本発明の間接押出方法は、更に次のように構成されている。
すなわち、請求項１に記載の本発明は、更に、前記前板の直径を、前記ビレットの直径に対して９０〜１００％としたことを特徴とする。
【００１２】
このような間接押出方法によれば、前板外周角部とコンテナとの間の隙間が小さくなると共に、皮材の変形が前板によって防止されるため、押出時に空気を巻き込むことが少なく、フクレの発生を防止することができる。なお、前板の直径を、ビレットの直径に対して９０％未満とすると、前板外周角部とコンテナ間の空隙が大きく、空気を巻き込み易いため、フクレの原因となる。また１００％を超えると、コンテナより径が大きくなり、コンテナへの挿入時に引っ掛かり、トラブルを発生させる。
【００１３】
請求項１に記載の本発明は、更に、前記前板の厚さを、前記ビレットの直径に対して５〜２０％としたことを特徴とする。
このような間接押出方法によれば、押出初期における不良クラッド（製品から除去する必要がある）の発生を更に好適に防止することができる。仮に、前板の厚さをビレットの直径に対して５％未満とすると、芯材によるデッドメタルを減少する効果が少なくなり、押出初期に４層クラッド（前板・芯材・皮材・芯材からなる不良クラッド部）が発生し易くなる。一方、２０％を超えると、押出初期のクラッド率（押出材における皮材厚さ／押出材の半径）が高くなり過ぎ、長尺のクラッド率上限外れ部が発生し、切り捨て量が多くなってしまう。
【００１４】
なお、押出初期に４層クラッドが発生する機構について説明すると、次の通りとなる。但し、以下の説明において使用する図９（ａ）〜（ｃ）においては、ダイス３のビレット押圧面３ａがダイス３の軸線Ｐに対して５５〜８５°ではなく、９０°とされている（図９（ａ）参照）。よって、当該図で説明する手法は本発明（請求項１）の技術的範囲に属するものではないが、上記のように前板の厚さをビレットの直径に対して５％未満とした場合において、押出初期に４層クラッドが発生する機構も略同様である。
【００１５】
まず、図９（ａ）に示すように、クラッドビレット７０を、芯材７２と、該芯材７２の外周を覆う皮材７４と、該芯材７２の先頭部に設けられた皮材７４と同じ材質の前板７６と、からなるものとして構成する。このクラッドビレット７０では、前板７６の厚さがビレット７０の直径に対して小さく（例えば、５％未満）とされている。
【００１６】
このように構成されたクラッドビレット７０に向かってダイス３を相対的に移動させていくと、図９（ｂ）に示すように、まず、前板７６が製品表皮８２となり、その内側に芯材７２からなる層８４が配置されたものが押出材８０としてダイス孔１１から押出される。また、このとき、ダイス３近傍の箇所には、前板７６の厚さが小さいため、前板７６だけでなく、芯材７２をも含んだデッドメタル７８領域が形成される。そして、ダイス３を更に移動させると、押出初期においては、図９（ｃ）に示すように、デッドメタル７８近傍部分から芯材７２と皮材７４とが、前板７６からなる製品表皮８２の内側に、夫々、層をなして押出される。具体的には、前板７６からなる第１層（製品表皮８２）、芯材７２からなる第２層８６、皮材７４からなる第３層８８、芯材７２からなる第４層９０を有する不良クラッド（４層クラッド）となる（図９（ｃ）のＹ−Ｙ断面図である図９（ｄ）も参照）。
【００１７】
また、上記の長尺のクラッド率上限外れ部が発生する機構について図１０（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。但し、図１０（ａ）、（ｂ）においても、ダイス３のビレット押圧面３ａがダイス３の軸線Ｐに対して５５〜８５°ではなく、９０°とされている（図１０（ａ）参照）。よって、当該図で説明する手法は本発明（請求項１）の技術的範囲に属するものではないが、上記のように前板の厚さをビレットの直径に対して２０％を超えるものとした場合において、押出初期に長尺のクラッド率上限外れ部が発生する機構も略同様である。
【００１８】
図１０（ａ）では、図９（ａ）に示したものと同様の構成のクラッドビレットが示されている（図９（ａ）に示したものと同様の構成要素については同じ符号を付し、説明を省略）。このビレット７０においては、前板７６の厚さがビレット７０の直径に対して大きく（例えば、２０％を超える大きさに）されている。
【００１９】
このように構成されたクラッドビレット７０に向かってダイス３を相対的に移動させていくと、前板７６の厚さが十分に大きいため、図１０（ｂ）に示すように、ダイス３近傍の箇所には、主として前板７６だけからなるデッドメタル７９領域が形成される。そして、押出材８１としては、前板７６或いは皮材７４からなる製品表皮８３と、その内側に配置された芯材７２からなる層８５とからなるものとして押出される。しかし、前板７６の厚さがビレット７０の直径に対して大きすぎると、押出初期においては、押出材８１のクラッド率が所望の値より高くなり、切り捨て対象となる長尺のクラッド率上限外れ部８１ａが発生してしまう。
【００２０】
一方、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のクラッド材の間接押出方法において、前記前板の外周部を、前記ダイスのテーパーに沿って円錐状に形成したことを特徴とする。
このような間接押出方法によれば、前板とダイスの間の空隙が減少するため、フクレ防止に効果的である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を図面と共に説明する。まず、図１は本発明を適用した間接押出方法に用いられる間接押出機構１００の概略構成を示した説明図である。
【００２２】
この機構１００では、押出材の外面形状を規定するダイス１０２が、ダイステム１０４を介したプラテン１０６に押圧される状態で、コンテナ１０８内に嵌挿されている。また、コンテナ１０８において、ダイス１０２と対向した端部には、クロージングプレート１１０が装着されている。そして、コンテナ１０８内におけるダイス１０２とクロージングプレート１１０との間の箇所に、クラッドビレット１２０が配置され、間接押出加工に供される。
【００２３】
具体的には、コンテナ１０８内に配置されたクラッドビレット１２０に向かって、ダイス１０２を相対的に移動させて、コンテナ１０８内のビレット１２０をビレット押圧面１０２ａで加圧し、ダイス孔１０２ｂから押出材として押出すことで製品の製作を行う。
【００２４】
但し、本実施例では、コンテナ１０８、クロージングプレート１１０、及びクラッドビレット１２０を一体の状態でダイス１０２側（図１中の矢印α側）に移動させることで、間接押出加工が行われる。
次に、クラッドビレット１２０につき、図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）は、クラッドビレット１２０の説明図であり、図２（ａ）がその断面図、図２（ｂ）が側面図である。本図に示すように、クラッドビレット１２０では、円柱状の芯材１２２の外周が円筒状の皮材１２４にて被覆されている。そしてその先頭部（押出の際に最初にビレット押圧面１０２ａに接触する部分）には円形の前板１２６が設けられている。前板１２６は、皮材１２４と同じ材質にされている。
【００２５】
図３（ａ）にこの間接押出方法に用いるダイス１０２の一例を示す。本図に示すようにこのダイス１０２は、ビレット押圧面１０２ａがダイス１０２の軸線Ａに対し７０°のテーパーにされている。
以上のようなクラッドビレット１２０およびダイス１０２を用いて押出加工を行なった結果を以下に示す。なお、押圧面１０２ａの角度を替えたダイス、前板１２６の厚さを替えたもの、前板１２６の直径を替えたものについても押出加工を行ない、比較した。図３（ｂ）、図３（ｃ）はこの比較例において用いたダイスの例であり、それぞれテーパー角度を９０°にしたダイス、テーパー角度を１１０°にしたダイスとなっている。また、芯材１２２は、材質がＪＩＳＡ３００３、直径が９２ｍｍ、長さが３００ｍｍの円柱状のものを用いた。皮材１２４は、材質がＪＩＳＡ１０７０、外径が１００ｍｍ、内径が９２ｍｍ、長さが２９５ｍｍのものを用いた。また、図２（ａ）には、前板１２６の直径がビレット１２０の直径に対して１００％とされたものが示されているが、１００％未満とされた場合の例を図４に示す。図２（ａ）、図４いずれの場合も、位置決めの便宜のため、コンテナ内にビレット１２０を配置する前に、前板外周角部１２６ａと皮材１２４の前端部１２４ａとが溶接等により固定される。
【００２６】
評価としては、押出後のフクレを全長に亘って目視観察し、不良クラッド部（前板のみのもの、前板の影響でクラッド率が大きすぎるもの、前板・芯材・皮材・芯材の４層クラッドになったもの）の長さを測定した。この評価結果を、用意した実施例および比較例のパラメータと共に示したのが［表１］である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
この表に示すように、テーパー角度を５５°とした実施例１、６０°とした実施例２、比較例２、７０°とした比較例３、実施例３〜５、８０°とした実施例６、７、比較例４、８５°とした実施例８においては、いずれの場合も不良クラッド部の長さが５ｍ以下となり、不良クラッド部の長さが好適に低減された。
【００２９】
一方、テーパー角度を５０°とした比較例１では、不良クラッド部の長さこそ０．８ｍと短かったが、手直しが効かないほどの顕著（程度：強）なフクレが発生した上、押し残り切断時にダイス１０２のビレット押圧面１０２ａにビレット１２０の一部が凝着したため、押出終了時に凝着部の除去作業に手間取り、作業性が悪かった。
【００３０】
また、テーパー角度を９０°とした比較例５、６、１１０°とした比較例７では、いずれの場合も不良クラッド部の長さが５ｍを超えてしまい、不良クラッド部の長さ低減には好ましくない結果が得られた。
一方、実施例１〜８、比較例２〜４のうち、前板１２６の直径をクラッドビレット１２０の直径と同じとした実施例１、２、５〜８、前板１２６の直径をクラッドビレット１２０の直径に対し９０％とした比較例３、実施例３、９５％とした実施例４では、いずれの場合もフクレが発生しなかった。また、前板１２６の直径をクラッドビレット１２０の直径と同じとした比較例４では、フクレが発生したものの、その程度は手直しが可能な程度の軽いものであった。
【００３１】
しかし、前板１２６の直径をクラッドビレット１２０の直径に対し８０％とした比較例２では、手直しが効かないほどの顕著なフクレが発生した。これは、比較例２では、コンテナ１０８と前板１２６との空隙が大きかったためと考えられる。つまり、該空隙の大きさゆえに押出時に皮材１２４と芯材１２２との間に空気を巻き込み、その結果、顕著なフクレが発生したと考えられる。
【００３２】
一方、実施例１〜８、比較例２〜４のうち、前板１２６の厚さを１０ｍｍ（クラッドビレット１２０の直径１００ｍｍに対し１０％）とした実施例１、２、比較例２、実施例４、８、５ｍｍとした実施例３、１５ｍｍとした実施例５、１８ｍｍとした実施例６、２０ｍｍとした実施例７においては、いずれの場合も不良クラッド部の長さが１ｍ以下にまでなり、不良クラッド部の長さが一層好適に低減された。
【００３３】
しかし、前板１２６の厚さを４ｍｍとした比較例３では、不良クラッド部の長さが１ｍを越え、３．０ｍにまで及んでしまった。これは、前板１２６の厚さが薄すぎたために、芯材１２２によるデッドメタルの体積を減少させる効果が不十分となり、押出初期に４層クラッドが発生した結果である。
【００３４】
また、前板１２６の厚さを２３ｍｍに増やした比較例４では、押出初期のクラッド率が高くなり過ぎ、４．２ｍものクラッド率上限外れ部（不良クラッド部）が発生した。
以上の結果から、クラッド材を製造するに当って、不良クラッド部の長さを好適に低減するためには、テーパー角度を５５〜８５°にすることが好ましいことが判った。そして、このようにテーパー角度を５５〜８５°にした際に、更に、フクレの発生を好適に防止するためには、前板１２６の直径をビレット１２０の直径に対して９０〜１００％にすることが好ましいことが判った。また、このようにテーパー角度を５５〜８５°にした際に、更に一層好適に不良クラッド部の長さを低減するには、前板１２６の厚さをビレット１２０の直径に対して５〜２０％にすればよいことが判った。
【００３５】
以上、本発明を適用した一実施形態について説明してきたが、本発明はこの実施形態に何等限定されるものではなく様々な態様で実施しうる。
例えば、前板１２６の外周部を、ダイス１０２の押圧面１０２ａのテーパーに沿って円錐状に形成してもよい。こうすると、前板１２６とダイス１０２の間の空隙が減少するため、フクレ防止に効果的である。
【００３６】
なお、図５は、前板１２６の外周部１２６ｂを円錐状に形成した例を示す。図５では、ダイス１０２の軸線Ａに対しダイス１０２の押圧面１０２ａが７０°のテーパーにされた場合等に適合するよう、外周部１２６ｂの軸線Ａに対する角度を７０°とした場合が示されている。
【００３７】
また、図６に示すように、クラッドビレット１２０を中空のものとして構成し、コンテナ１０８内にビレット１２０を貫通するマンドレル１１２を配置して、間接押出の際には、ダイス１０２とマンドレル１１２とをビレット１２０に対して相対的に移動させることで、ダイス孔１０２ｂから管材として形成されたクラッド材（押出材）を得るよう構成しても良い。
【００３８】
この場合、芯材１２２は、軸方向に延びる貫通孔１２２ａを有する円筒状の部材として構成される。また、前板１２６も、軸方向に延びる貫通孔１２６ｃを有する環状の部材として構成される。図６に示すように、貫通孔１２２ａ，１２６ｃの孔径は、マンドレルの軸径に対応したものとされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した間接押出方法に用いられる間接押出機構の概略構成を示した説明図である。
【図２】本発明を適用した間接押出方法に用いるクラッドビレットの説明図である。
【図３】本発明の間接押出方法を評価するために用いたダイスの説明図である。
【図４】クラッドビレットにおいて前板の直径が該クラッドビレットの直径に対して１００％未満とされた場合の例を示す説明図である。
【図５】クラッドビレットにおいて前板の外周部を円錐状に形成した場合の例を示す説明図である。
【図６】コンテナ内にマンドレルを配置してなる間接押出機構の概略構成を示した説明図である。
【図７】従来の間接押出機構の概略構成を示した説明図である。
【図８】３層クラッドという不良クラッドが発生する機構を示した説明図である。
【図９】４層クラッドという不良クラッドが発生する機構を示した説明図である。
【図１０】クラッド率上限外れ部という不良クラッドが発生する機構を示した説明図である。
【符号の説明】
１２０…クラッドビレット１２２…芯材
１２２ａ…貫通孔１２４…皮材
１２６…前板１２６ｂ…外周部
１２６ｃ…貫通孔１０２…ダイス
１０２ａ…ビレット押圧面

Claims

コンテナ内に配置された、円柱状若しくは円筒状の芯材と該芯材の外周を覆う皮材とを備えるビレットに向かってダイスを相対的に移動させる間接押出によってクラッド材を製造するクラッド材の間接押出方法において、
ダイスのビレット押圧面をダイス軸線に対し５５〜８５°のテーパー状にし、
前記ビレットの先端部に、前記皮材と同じ材質の円形若しくは環状の前板を付けて該ビレットと同時に押し出し、
前記前板の直径を、前記ビレットの直径に対して９０〜１００％とし、
前記前板の厚さを、前記ビレットの直径に対して５〜２０％としたことを特徴とするクラッド材の間接押出方法。
前記前板の外周部を、前記ダイスのテーパーに沿って円錐状に形成したことを特徴とする請求項１に記載のクラッド材の間接押出方法。