JP4227419B2 - アルミニウム基複合材の押出し用金型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミニウム基複合材製の長尺な管を押出し成形する場合に用いるアルミニウム基複合材の押出し用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の押出し用金型は、金型に金型の出口に向かってテーパ状に縮径するテーパ部を設けることで、ダイスの変形を少なくしている（例えば、特許文献１参照。）。
また、逆に金型の出口に向かってテーパ状に拡径しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭５２−１３５４３２号公報 （第３−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平４−３１９０１８号公報 （第２頁、図２）
【０００４】
以上の特許文献１、２を図面を参照の上、詳しく説明する。
図８は従来の組合せダイスの説明図である（特許文献１の第１図を写したもの。）。
従来の組合せダイスは、ダイス基体１の外周面にテーパ部１ｂを形成し、補助ダイス体２の外周面にテーパ部２ｅを形成するとともに中央にメタル分流用突出部２ｄを形成し、ダイスリング４にテーパ穴４ｂを開け、このテーパ穴４ｂにダイス基体１および補助ダイス体２を嵌め込むことで、押出し時の応力を低減し、ダイスの変形を少なくすることができる。
【０００５】
図９は従来のポートホールダイスの説明図である（特許文献２の図２（イ）を写したもの。）。
従来のポートホールダイス１は、雄型２を有し、雄型２は、ブリッジ部３およびポート孔６を備え、このポート孔６の内面部Ｃを傾斜部に加工したものである。ポート孔６の内面部Ｃを傾斜部とするとともに、ダイス内の他の部位を傾斜部とすることで、押出材料の流動抵抗を小さくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図８の組合せダイスでは、押出しの素材にアルミニウム基複合材を用いた場合、アルミニウム基複合材を補助ダイス体２のメタル分流用突出部２ｄで分流させる際の変形抵抗は大きく、補助ダイス体２とダイス基体１との隙間にアルミニウム基複合材が入り込んで、ダイスが変形する心配がある。
【０００７】
上記図９のポートホールダイス１では、雄型２のブリッジ部３およびポート孔６で押出材料を分流するが、押出材料としてアルミニウム基複合材を採用した場合、ここでは４個のポート孔６に対して押出材料が均一に流入しないことがある。そこで、ブリッジ部３（４個）の入り口側の端を凹ませて雄型２の入り口に凹部を設けることで、４個のポート孔６に流入する量の均一化を向上させることが可能となる。ただ、雄型２の入り口に凹部を設けると、ブリッジ部３の強度が小さくなり、ポートホールダイス１の寿命が短くなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、寿命の延びを図り、管形状を押出しする際の押出し荷重を低減するアルミニウム基複合材の押出し用金型を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、アルミニウム基複合材のビレットを入り口から押し込みながら複数のブリッジおよびポートで一旦分断し、再び出口で結合することで管状に成形する押出し用金型において、入り口からブリッジ並びにポートに連なるとともに、入り口からブリッジ並びにポートに向かって拡径するビレット導入部を設けた金型であって、ビレット導入部とブリッジのビレットを分断する分断端部との間にリブを設けたことを特徴とする。
【００１０】
リブでブリッジの分断端部の付け根部からの所定範囲とビレット導入部とを一体にする。その結果、ブリッジの張り出しの長さは短くなるとともに、ブリッジの分断端部の高さは高くなり、ブリッジの強度を高めることができる。従って、押出し用金型の寿命の延びを図れる。
【００１１】
また、ビレット導入部とブリッジのビレットを分断する分断端部との間にリブを設けたので、ビレット導入部の機能を確保しながら、ポートホールの面積を確保することができる。従って、管形状を押出しする際の押出し荷重の低減を図れる。
【００１２】
請求項２は、入り口の直径およびビレット導入部の入り口の直径をＤ１、ビレット導入部の出口の直径およびブリッジの径をＤ２、直径Ｄ２の周面から内方に延びるブリッジの長さをＢ、分断端部に一体となるリブの長さをＲ、としたときに、０．３×Ｂ≦Ｒ≦（Ｄ２−Ｄ１）／２を満足するようにリブの長さＲを設定することを特徴とする。
【００１３】
０．３×Ｂ未満では、リブが小さく、ブリッジの強度はあまり向上せず、金型の寿命の延びは小さい。
（Ｄ２−Ｄ１）／２を超えると、ビレット導入部に形成したリブによってビレット導入部の流路を小さく且つ、狭めることになり、ビレットの押出し荷重は大きくなる。
その結果、ブリッジの強度向上を図るために下限を０．３×Ｂとし、ビレット導入部の機能を確保するために上限を（Ｄ２−Ｄ１）／２とする。
従って、押出し用金型の寿命の延びを図れるとともに、管形状を押出しする際の押出し荷重の低減を図れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の斜視図である。
アルミニウム基複合材の押出し用金型１０は、コンテナ１１に取り付けて管１２を成形するダイで、オスダイ１３と、オスダイ１３に取り付けたメスダイ１４と、からなる。
管１２は、アルミニウム基複合材製の円形管で、厚さをｔに成形したものである。
【００１５】
アルミニウム基複合材は、母材としてのアルミニウムと強化材としてのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を複合したもので、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を還元剤としての窒化マグネシウム（Ｍｇ_３Ｎ_２）により還元することで、アルミナにアルミニウムの面（濡れ性がよい）を形成し、アルミナ（強化材）とアルミニウム（母材）をケミカルコンタク（化学的に結合）状態にして、強固に結合した複合材である。
【００１６】
図２は本発明に係る押出し用金型の断面図であり、コンテナ１１と、金型１０のオスダイ１３と、メスダイ１４を示す。
オスダイ１３は、中央にビレット１６を分流（分断）する３個のポートとしてのポートホール２２，２２，２２（図３参照）および中子部２３を形成し、中子部２３を３個のブリッジ２４，２４，２４（図３参照）で支持し、入り口２５にビレット導入部２６を設け、ビレット導入部２６とブリッジ２４，２４，２４（図３参照）との間にリブ２７，２７，２７（図３参照）を設けたものである。２８は出口を示す。
【００１７】
ビレット１６は、既に説明した、還元剤としての窒化マグネシウムにより、強化材と母材金属がケミカルコンタクト状態になり、強固に結合している材料を用いた。
【００１８】
リブ２７は、入り口２５側に位置する分断端部２９と、付け根部３１と、を有する。
中子部２３には、出口２８側に管１２の厚さｔを形成する内周成形口３２を形成した。３３は出口端部、３４は中心軸線を示す。
【００１９】
メスダイ１４は、ポートホール２２，２２，２２（図３参照）に一体的に連なるように形成したチャンバ３６と、このチャンバ３６に連なるように形成した管１２の外径を形成する外周成形口３７と、を有する。
【００２０】
ビレット導入部２６は、入り口２５からブリッジ２４並びにポートホール２２に連なるとともに、入り口２５からブリッジ２４並びにポートホール２２に向かって拡径するテーパ部であり、押出しの際の抵抗を低減すると同時に、３個のポートホール２２，２２，２２（図３参照）に対してアルミニウム基複合材のビレット１６が均一に流入するように導く。４１はビレット導入部２６の入り口で、押出し用金型１０の入り口２５と同じ部位、４２はビレット導入部２６の出口を示す。
【００２１】
ここで、押出し用金型１０の入り口２５の直径およびビレット導入部２６の入り口４１の直径をＤ１、ビレット導入部２６の出口４２の直径およびブリッジ２４の径をＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）、直径Ｄ２の周面４３から内方に延びるブリッジ２２の長さをＢ、リブ２７の分断端部２９に一体となるリブ２７の長さをＲとする。
直径Ｄ２の周面４３は、ポートホール２２の外方の周面（直径Ｄ２）と同じ部位である。
【００２２】
ビレット導入部２６の入り口４１の直径Ｄ１は、コンテナ１１の内径に対して９０％〜９５％の範囲に設定した。ビレット導入部２６の入り口４１の直径Ｄ１をコンテナ１１の内径より小さく設定することで、ビレット１６の外皮がポートホール２２に巻き込まれるのを防止することができる。
９０％未満では、アルミニウム基複合材のビレット１６を押出す際の抵抗が大きく、押出し荷重が大きくなる。
９５％を超えると、ビレット１６の外皮がポートホール２２に巻き込まれる。
【００２３】
ビレット導入部２６の入り口４１の直径Ｄ１をＤ２＞Ｄ１とすることで、コンテナ１１の内径（ビレット１６の外径にほぼイコール）を小さくすることができ、押出し比（コンテナ断面積／製品断面積）が小さくなる。そのため、押出し性が良好（押出し荷重が下がる。）になる。
【００２４】
このような押出し用金型１０はまた、コンテナ１１によってアルミニウム基複合材のビレット１６を入り口２５から押し込みながら３個のブリッジ２４，２４，２４（図３参照）およびポートホール２２，２２，２２（図３参照）で一旦分断し、再び出口２８で結合することで管１２に成形する。
【００２５】
図３は図２の３矢視図であり、オスダイ１３の中子部２３と、ブリッジ２４，２４，２４と、リブ２７，２７，２７を示す。Ｗｂはブリッジ２４の幅、Ｗｒはブリッジ２４の幅Ｗｂと同じ値に設定したリブ２７の幅を示す。
【００２６】
図４は本発明に係るリブの正面図であり、リブ２７は、既に説明したようにビレット導入部２６とブリッジ２４の分断端部２９との間に設けたものである。
リブの長さＲは、０．３×Ｂ≦Ｒ≦（Ｄ２−Ｄ１）／２を満足するように設定した。なお、ここでは、（Ｄ２−Ｄ１）／２を「拡径の長さ」と呼称する
リブ２７の長さＲが０．３×Ｂ未満では、リブ２７が小さく、ブリッジ２４の強度はあまり向上せず、金型１０の寿命の延びは小さい。
リブの長さＲが（Ｄ２−Ｄ１）／２を超えると、ビレット導入部２６に形成したリブ２７，２７，２７によってビレット導入部２６の流路を小さく且つ、狭めることになり、ビレット１６（図２参照）の押出し荷重は大きくなる。
その結果、ブリッジ２４の強度向上を図るために下限を０．３×Ｂとし、ビレット導入部２６の機能を確保するために上限を（Ｄ２−Ｄ１）／２とする。
【００２７】
次にビレット導入部２６をより具体的に説明する。
ビレット導入部２６の入り口４１の直径Ｄ１に対してビレット導入部２６の出口４２の直径Ｄ２は、押出し用金型１０の入り口２５（入り口４１でもある。）からブリッジ２４，２４，２４（図３参照）並びにポートホール２２，２２，２２（図３参照）に向かって拡径した値である。
【００２８】
ここで、ビレット導入部２６の入り口４１の面積をＡ1（Ａ1＝Ｄ１^２・π／４）、出口４２の面積をＡ２（Ａ２＝Ｄ２^２・π／４）、拡径率をＡｄ、としたときに、拡径率Ａｄ（％）は、Ａｄ＝（Ａ２／Ａ１）×１００であり、拡径率Ａｄを１４０％〜２１０％の範囲内に設定するのが望ましい。
１４０％未満では、押出し荷重の減少値は小さく、押出し荷重を所望の値まで小さくすることができない。
２１０％を超えると、オスダイ１３の肉厚Ｔが薄くなり、オスダイ１３の強度が不足する。また、押出し用金型１０が大型になる。
【００２９】
以上に述べたアルミニウム基複合材の押出し用金型の作用を次に説明する。
図３および図４に示すように、ビレット導入部２６とブリッジ２４，２４，２４のビレットを分断する分断端部２９，２９，２９との間にリブ２７，２７，２７を設けたので、リブ２７，２７，２７によってブリッジ２４，２４，２４の分断端部２９，２９，２９側の付け根部３１，３１，３１からリブの長さＲの間はビレット導入部２６と一体になる。その結果、ブリッジ２４の長さＢは短くなるとともに、ブリッジ２４の高さＨは高くなり、ブリッジ２４の強度を高めることができる。従って、押出し用金型１０の寿命の延びを図ることができる。
【００３０】
また、ビレット導入部２６とブリッジ２４，２４，２４の分断端部２９，２９、２９との間にリブ２７，２７，２７を設けたので、ビレット導入部２６の機能を確保しながら、ブリッジ２４の幅Ｗｂを拡幅することなく、ポートホール２２，２２，２２の断面積を確保することができる。従って、管１２を押出しする際の押出し荷重を低減することができる。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）はアルミニウム基複合材の押出し用金型の比較図である。
（ａ）は、比較例で、リブの無い押出し用金型１０１を示す。押出し荷重Ｆで管１０２を押出し成形すると、ブリッジ１０３，１０３に生じる応力σ１は大きい。その結果、ブリッジ１０３は変形し、中子部１０４は距離δだけ前方（矢印▲１▼の方向）に変位すると同時に、中子部１０４の中心軸線１０５は偏心し、管１０２の最大肉厚はｔｍ、最小肉厚はｔｎとなる。
【００３２】
（ｂ）は、図２を写したもので、本発明の押出し用金型１０では、押出し荷重Ｆに対してブリッジ２４，２４に生じる応力σ２は小さい。
従って、アルミニウム基複合材の押出し用金型１０の寿命の延びを図ることができる。
【００３３】
次に、本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型を線図で補足説明する。
図６は、押出し本数とオスダイスの変形量の関係を示したグラフであり、横軸を押出し成形管の本数Ｎとし、縦軸をオスダイスの前方への変形量δ（図５（ａ）参照）としたものである。なお、変形量δの上限を１．３ｍｍとした。
二点鎖線は、比較例で、リブが無いオスダイスの変形量を示す。
破線は、実施の形態（その１）で、リブが有るオスダイスの変形量を示し、Ｒ（リブの長さ）＝０．３×Ｂ（ブリッジの長さ）である。
実線は、実施の形態（その２）で、リブが有るオスダイスの変形量を示し、Ｒ（リブの長さ）＝（Ｄ２−Ｄ１）／２である。
【００３４】
比較例では、押出し本数が約４０本でオスダイスの変形量はほぼ限界に達するため、押出し用金型の寿命は短い。
実施の形態（その１）では、押出し本数が１８０本で変形量はほぼ限界に達する。つまり、リブの長さＲを０．３×Ｂ以上に設定すると、押出し用金型の寿命を所望の回数（本数）まで延ばすことができる。
実施の形態（その２）では、押出し本数が１８０本でも変形量は限界に至らない。つまり、リブの長さＲを（Ｄ２−Ｄ１）／２に設定すると、押出し用金型の寿命をさらに延ばすことができる。
【００３５】
図７は、押出し本数と成形管の偏肉の関係を示したグラフであり、横軸を押出し成形管の本数Ｎとし、縦軸を押出し成形管の偏肉ｔｓとしたものである。偏肉ｔｓは、ｔｓ＝ｔｍ（図５（ａ）参照）−ｔｎとする。
二点鎖線は、比較例で、リブが無い押出し用金型（図５（ａ）参照）で成形した管の偏肉の値を示す。
破線は、実施の形態で、リブが有る押出し用金型で成形した管の偏肉の値を示す。Ｒ（リブの長さ）＝０．３×Ｂ（ブリッジの長さ）である。
【００３６】
比較例は、押出し本数が４０本を超えると偏肉が大きくなる。これは、オスダイスの前方への変形量δ（図６参照）が大きいためである。
実施の形態は、押出し本数が１８０本に至るまで偏肉は起きない。
従って、アルミニウム基複合材の押出し用金型の寿命の延びを図れる。
【００３７】
尚、本発明の実施の形態に示したポートホール２２、ブリッジ２４の形状は一例である。
ビレット導入部２６の形状は、一例である。
リブ２７の幅Ｗｒは、ブリッジ２４の幅Ｗｂと同じ値に設定したが、任意である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、押出し用金型の入り口からブリッジ並びにポートに連なるとともに、入り口からブリッジ並びにポートに向かって拡径するビレット導入部を設けた金型であって、ビレット導入部とブリッジのビレットを分断する分断端部との間にリブを設けたので、リブによってブリッジの分断端部の付け根部からの所定範囲はビレット導入部と一体になる。その結果、ブリッジの長さは短くなるとともに、ブリッジの高さは高くなり、ブリッジの強度を高めることができる。従って、押出し用金型の寿命の延びを図ることができる。
【００３９】
また、ビレット導入部とブリッジの分断端部との間にリブを設けたので、ビレット導入部の機能を確保しながら、ポートホールの面積を確保することができる。従って、管形状を押出しする際の押出し荷重を低減することができる。
【００４０】
請求項２では、入り口の直径およびビレット導入部の入り口の直径をＤ１、ビレット導入部の出口の直径およびブリッジの径をＤ２、直径Ｄ２の周面から内方に延びるブリッジの長さをＢ、分断端部に一体となるリブの長さをＲ、としたときに、０．３×Ｂ≦Ｒ≦（Ｄ２−Ｄ１）／２を満足するようにリブの長さＲを設定する。
０．３×Ｂ未満では、リブが小さく、ブリッジの強度はあまり向上せず、金型の寿命の延びは小さい。
（Ｄ２−Ｄ１）／２を超えると、ビレット導入部に形成したリブによってビレット導入部の流路を小さく且つ、狭めることになり、ビレットの押出し荷重は大きくなる。
その結果、ブリッジの強度向上を図るために下限を０．３×Ｂとし、ビレット導入部の機能を確保するために上限を（Ｄ２−Ｄ１）／２とする。
従って、押出し用金型の寿命の延びを図ることができるとともに、管形状を押出しする際の押出し荷重を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の斜視図
【図２】本発明に係る押出し用金型の断面図
【図３】図２の３矢視図
【図４】本発明に係るリブの正面図
【図５】アルミニウム基複合材の押出し用金型の比較図
【図６】押出し本数とオスダイスの変形量の関係を示したグラフ
【図７】押出し本数と成形管の偏肉の関係を示したグラフ
【図８】従来の組合せダイスの説明図
【図９】従来のポートホールダイスの説明図
【符号の説明】
１０…押出し用金型、１２…管、１６…ビレット、２２…ポート（ポートホール）、２４…ブリッジ、２５…入り口（押出し用金型の入り口）、２６…ビレット導入部、２８…出口、２７…リブ、２９…分断端部、４１…ビレット導入部の入り口、４２…ビレット導入部の出口、４３…直径Ｄ２の周面。

Claims (2)

1. アルミニウム基複合材のビレットを入り口から押し込みながら複数のブリッジおよびポートで一旦分断し、再び出口で結合することで管状に成形する押出し用金型において、
   前記入り口からブリッジ並びにポートに連なるとともに、入り口からブリッジ並びにポートに向かって拡径するビレット導入部を設けた金型であって、
   前記ビレット導入部と前記ブリッジのビレットを分断する分断端部との間にリブを設けたことを特徴とするアルミニウム基複合材の押出し用金型。
2. 前記入り口の直径およびビレット導入部の入り口の直径をＤ１、ビレット導入部の出口の直径およびブリッジの径をＤ２、前記直径Ｄ２の周面から内方に延びるブリッジの長さをＢ、前記分断端部に一体となるリブの長さをＲ、としたときに、０．３×Ｂ≦Ｒ≦（Ｄ２−Ｄ１）／２を満足するようにリブの長さＲを設定することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基複合材の押出し用金型。

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