JP4703525B2

JP4703525B2 - アルミニウム合金押出材の製造装置

Info

Publication number: JP4703525B2
Application number: JP2006248189A
Authority: JP
Inventors: 雅路青野; 利孝宮木; 朋夫吉田
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-09-13
Also published as: JP2008069395A

Description

本発明は、アルミニウム合金の押出材の製造装置に係り、特に、塗装焼付けを行うに好適なアルミニウム合金の押出材の製造装置に関する。

近年、地球環境保護の観点から、自動車用構造用部材の材料としてアルミニウム合金が注目されている。このような自動車用構造用部材の素形材となるアルミニウム合金押出材は、図３に示すような、押出機７１，プラー７２，ランアウトテーブル７３，クーリングテーブル７４，切断テーブル７５を少なくとも備えた製造装置７０を用いて製造される。

具体的には、まず、加熱したアルミニウム合金の鋳塊（図示せず）を押出機７１内に投入し、押出機７１を用いて鋳塊を加圧すると共に、押出機７１から押出材Ｍを押出成形する。この際、プラー７２を用いて押出される押出材Ｍの先端を把持し、ランアウトテーブル７３上方においてプラー７２を押出方向Ｌに移動させ、押出材Ｍを引張りながら押出成形を行う。成形された押出材Ｍは、ランアウトテーブル７３からクーリングテーブル７４まで搬送される。クーリングテーブル７４に搬送された押出材Ｍを、さらにクーリングテーブル７４の搬送テーブル７４ａにより搬送すると共に複数のファン７４ｂにより押出材Ｍを冷却処理する。冷却処理された押出材Ｍは、切断テーブル７５のソーチャージテーブル７５ａまで搬送され、切断機７５ｂにより押出材Ｍを所定の長さに切断処理する（例えば、特許文献１参照）。

このように、製造装置７０を用いることにより、押出成形、冷却処理、切断処理などの処理工程を連続して行うことができるので、押出材の生産性を向上させることができる。そして、さらに切断された押出材に対して、曲げ加工→調質処理→塗装焼付け処理等の一連の処理工程を行うことにより自動車用構造用部材を製造することができる。

ところで、押出材の製造後の前記一連の処理工程において、曲げ加工された部材は調質処理工程において加熱炉に投入されるが、曲げ加工部材の形状によっては、加熱炉内のスペースを広く要するため、効率的に調質処理を行うことができない場合がある。そこで、塗装焼付け時の熱履歴を利用して、調質処理を行うことなくアルミニウム合金を所望の耐力にまで硬化させる、いわゆるベークハードと呼ばれる方法が提案されている。

このような方法の一例として、６０００系アルミニウム合金（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金）の鋳塊を押出成形し、該成形後直ちに、押出材を９０±５０℃で１〜２４時間保持する（予備時効処理を行う）アルミニウム合金押出材の成形方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、押出成形後、直ちに前記加熱条件で押出材が加熱されるので、アルミニウム合金の自然時効は抑制され、塗装焼付け時のＭｇ_２Ｓｉの相の核を生成することができる。その結果、塗装焼付け時において、Ｍｇ_２Ｓｉ相の析出を促進させることができ、部材を所望の耐力にまで硬化させることができる。

特開平５−７９２９号公報特開２００６−９７１０４号公報

ところで、特許文献２の製造方法を上述したような製造装置を用いて行った場合には、生産コストの低減のため、所定の長さに切断処理されたアルミニウム合金押出材が所定量ストックされてから、これら押出材を加熱炉まで搬送し、同時にまとめて加熱炉に投入し、予備時効処理が行われている。

しかし、このような場合には、押出成形してから押出材を加熱炉に投入するまでにかなりの時間が経過するため、その間にアルミニウム合金の自然時効が進んでしまうことがある。その結果、前記塗装焼付けによる所望の硬化特性（具体的には自動車用構造用部材として必要な耐力）を得ることができない場合がある。

また、押出成形された順に、各押出材の自然時効が進むため、これらの押出材を同時にまとめて予備時効処理を行った場合には、該処理後の各押出材の耐力にばらつきが生じてしまう。この耐力のばらつきにより、その後の曲げ加工工程において所望の曲げ加工精度が得られないことがあり、塗装焼付け後の耐力にもさらにばらつきが生じることがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、曲げ加工の精度が向上すると共に、塗装焼付け後にばらつきの少ない所望の耐力を得ることができるアルミニウム合金押出材を製造する装置を提供することにある。

本発明に係るアルミニウム合金押出材の製造装置は、加熱されたアルミニウム合金の鋳塊から押出材に押出成形する押出成形手段と、該押出成形手段から押出された押出材を搬送しながら冷却する冷却処理手段と、を少なくとも備えたアルミニウム合金押出材の製造装置であって、該製造装置は、前記冷却処理手段から搬送された押出材に対して予備時効処理を行う手段をさらに備えることを特徴とする。

本発明のような製造装置を用いて前記押出材を製造する場合には、冷却処理手段により冷却された押出材に対して連続して予備時効処理を行うことが可能となり、アルミニウム合金の自然時効を安定的に抑制することができる。その結果、予備時効処理後の押出材の耐力にばらつきが少なくなり押出材の曲げ加工の精度が向上すると共に、塗装焼付け時の熱履歴により安定して硬化特性が向上する。そのために、ばらつきの少ない所望の耐力を有した例えば自動車用構造用部材に好適な部材を得ることができる。

なお、押出成形手段は、鋳塊から押出材に成形できるものであれば特に限定されるものではなく、シリンダとプランジャとからなる装置が一般的である。また、押出成形手段は、アルミニウム合金の鋳塊を加熱する装置をさらに備えてもよい。また、冷却処理手段は、加熱状態で成形された押出材を冷却するため装置と押出材を搬送する装置を備えるものであれば、特に限定されるものではない。押出材を冷却する装置としては、例えば、押出材にエアを吹付けるファン、コンプレッサにより圧縮されたエアを吹付けるエアノズル、冷却水を噴霧するスプレなどが挙げられる。

なお、本発明にいう予備時効処理とは、その後の塗装焼付け工程における熱履歴によって、アルミニウム合金押出材の時効硬化を促進させるための処理であり、具体的には、自然時効を抑制し、Ｍｇ_２Ｓｉ析出物の核（いわゆるＧＰｚｏｎｅ）を生成することができる範囲の温度条件となるように、押出材に対して行う熱処理である。

また、前記予備時効処理手段は、前記押出材を加熱する手段を備えることが好ましい。このような加熱手段を設けることにより、所定の温度範囲となるように押出材を加熱することができ、安定した品質の押出材を得ることができる。

加熱手段は、アルミニウム合金の予備時効処理条件に合わせた加熱能力を有していればよく、例えば、熱源として電熱線を有した電気加熱炉、熱源としてインダクションヒータを有した誘導加熱炉、熱源として加熱された不活性ガスが送風されるガス加熱炉などが挙げられる。

また、前記予備時効処理手段は、前記押出し材から放熱される熱を断熱するための断熱手段を備えることがより好ましい。前記加熱手段と前記断熱手段を共に備えることに加熱手段の加熱効率を向上させることができる。また、アルミニウム押出材の予備時効処理温度は４０℃〜１４０℃程度の温度範囲であり、焼入れなどの加熱処理等に比べるとその温度条件は低い。よって、予備時効処理手段に前記加熱手段を設けない場合であっても、冷却処理手段により冷却される押出材の温度を調整し、該調整された押出材から放熱される熱を断熱することにより押出材を保温すれば、充分に上記温度範囲を確保することができる。この結果、設備投資も少なく、加熱などによるエネルギーコストを新たに発生させることなく、より安価に予備時効処理を行うことができる。

尚、冷却処理手段によって冷却される押出材の冷却温度を所望の温度に調整することができれば、より正確にエネルギを押出材に保持させることができるので、押出材に対して安定した予備時効処理を行うことができる。

前記予備時効処理手段は、前記アルミニウム合金押出材を搬送する搬送手段を備えることがより好ましい。このような搬送手段を備えることにより、連続して一定時間の間に加熱処理を行うことができ、安定した品質の押出材を製造することができる。搬送手段としては、例えば、押出材が搬送される方向（搬送方向）に沿ってローラを駆動させることにより押出材を搬送する駆動式のガイドローラや、押出材の搬送方向に沿って張られたベルトを駆動させることにより押出材を搬送するコンベアなどが挙げられる。

前記搬送手段は、前記押出材の搬送時に、該押出材が搬送される方向に沿って回転可能に構成されていることがより好ましい。この構成にすることにより、押出材を加熱しながら回転させることができるので、押出材の加熱方向にかかわらず、押出材全体に均一な熱処理を施すことができる。特に、このような搬送手段は、一般的な調質処理などの熱処理に比べて短時間で行うことにより熱処理が不均一になりがちな予備時効処理に対しては有効な手段である。

前記製造装置は、前記冷却処理後の押出材を所定の長さに切断処理する切断処理手段をさらに備え、かつ、前記予備時効処理手段は、前記冷却処理手段と前記切断処理手段との間に配置されていることがより好ましい。そのように予備時効処理手段を配置することにより、押出成形された押出材に対して直ちに予備時効処理を行うことが可能となり、さらに曲げ加工精度を向上させ、塗装焼付け性を向上させることができる。

本発明の製造装置を用いれば、安定して同じ形状に曲げ加工が可能な押出材を得ることができる。さらに、塗装焼付けに相当する熱履歴を与えた場合に、ばらつきの少ない所望の耐力を得ることができる。

以下、本発明に係るアルミニウム合金押出材の製造装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１はアルミニウム合金押出材の製造装置の一例を説明するための斜視図を示しており、図２は、図１のＡ−Ａ方向における矢視断面図である。

図１に示すアルミニウム合金押出材の製造装置１は、前記図３に示した従来の製造装置７０と同様に、押出機（押出成形手段）７１、プラー７２、ランアウトテーブル７３、クーリングテーブル（冷却処理手段）７４、及び切断テーブル（切断処理手段）７５を備えており、これらについては同じ符号を付すことにより説明は省略する。

図１に示すように、アルミニウム合金押出材の製造装置１は、従来の装置７０と比べ、加熱炉（予備時効処理手段）１０をさらに備えた点で相違している。該加熱炉１０は、クーリングテーブル７４から搬送された押出材Ｍに対して予備時効処理を行うための炉であり、クーリングテーブル７４と切断テーブル７５との間に配置されている。また、図２に示すように、加熱炉１０は、押出材Ｍを加熱するためのヒータ（加熱手段）１１と、クーリングテーブル７４から搬送された押出材Ｍを炉内において搬送するための搬送テーブル（搬送手段）１２を備えている。

ヒータ１１は、加熱炉１０内に搬送された押出材Ｍを加熱するための電熱線を熱源として備えており、搬送テーブル１２の上方に配置されている（図２参照）。また、搬送テーブル１２は、押出材Ｍの搬送方向Ｓに沿って並設された複数本の長尺ガイド１２Ａを備えている。長尺ガイド１２Ａは、枠体１２ａと、該枠体１２ａ内に収納された複数本のガイドローラ１２ｂとを備えている。各ガイドローラ１２ｂは、搬送方向Ｓ及び上下方向に対して垂直な方向（図２の紙面垂直方向）を回転軸として、回転可能なようにモータ（図示せず）に接続されている。さらに、図２に示すように、搬送テーブル１２は、押出材Ｍを搬送方向Ｓに移動させながら、押出材Ｍが搬送方向Ｓに沿って回転可能に構成されている。押出材Ｍの回転は、押出材Ｍとガイドローラ１２ｂとの摩擦抵抗、押出材Ｍの大きさに対する各ガイドローラの搬送方向Ｓにおける間隔、ガイドローラ１２ｂの径及び回転数等に依存するものであり、これらの各因子を適宜調整することにより、押出材Ｍを回転させることができる。

このような製造装置１を用いて以下に示すよう押出材を製造する。まず、加熱したアルミニウム合金の鋳塊を押出機７１内に投入し、前記鋳塊を加圧して押出材Ｍに押出成形する。この際、プラー７２により押出材Ｍの先端を把持し、押出機７１で押出材Ｍを押出すと共に、把持状態のプラー７２を押出方向Ｌに沿って移動させ押出材Ｍを押出機７１から引き抜く。引き抜かれた押出材Ｍをクーリングテーブル７４の搬送テーブル７４ａを用いて搬送方向Ｓに沿って搬送しながら、複数のファン７４ｂにより押出材Ｍを冷却する。

クーリングテーブル７４から搬送された押出材Ｍを搬送テーブル１２によりさらに搬送しながら、加熱炉１０内においてヒータ１１を用いて押出材Ｍを加熱して予備時効処理を行う。この際、押出材Ｍは、搬送手段１２により図２に示すように搬送方向Ｓに沿って回転するので、押出材Ｍの均一な熱処理を行うことができる。さらに、予備時効処理を行った押出材Ｍを、切断テーブル７５のソーチャージテーブル７５ａに搬送し、切断機７５ｂを用いて押出材Ｍを所定の長さに切断する。

このようにして、得られた押出材は、冷却処理後直ちに予備時効処理を行いアルミニウム合金の自然時効を抑制するように製造された押出材であり、曲げ加工の精度が向上すると共に、塗装焼付け後にばらつきの少ない所望の耐力を得ることができる。

さらに、本実施形態では、予備時効処理手段として加熱炉を設けたが、予備時効処理手段として、加熱炉が押出材から放熱される熱を断熱するための断熱構造（断熱手段）を備えた熱処理炉であってもよい。このような断熱構造を備えることにより、エネルギ効率の良い予備時効処理を行うことができる。尚、冷却処理時において、押出材の冷却温度を後工程の予備時効処理が可能な温度となるように押出材を冷却すれば、前記断熱構造によりヒータなどの熱源を設けずに、冷却された押出材からの放熱される熱を利用して押出材の予備時効処理を行うことができる。この結果、押出材を冷却処理後に加熱することなく予備時効処理を行うことができるので、押出材の製造コストを低減することができる。

尚、本実施形態では、図１に示すようにクーリングテーブルと切断テーブルとの間に加熱炉を配置したが、自然時効を適切に抑制できるのであれば、その配置は特に制限されるものではなく、例えば、自然時効が遅い材料である場合には、切断テーブルの後段に加熱炉を配置してもよい。

本発明に係るアルミニウム合金押出材の製造装置の一例を説明するための斜視図。図１のＡ−Ａ方向の矢視断面図。従来のアルミニウム合金押出材の製造装置の一例を説明する図。

符号の説明

１…アルミニウム合金押出材の製造装置、１０…加熱炉（予備時効処理手段）、１１…ヒータ（加熱手段）、１２…搬送テーブル（搬送手段）、１２Ａ…長尺ガイド、１２ａ…枠体、１２ｂ…ガイドローラ、７１…押出機（押出成形手段）、７２…プラー、７３…ランアウトテーブル、７４…クーリングテーブル（冷却処理手段）、７５…切断テーブル（切断処理手段）、Ｌ…押出方向、Ｍ…押出材、Ｓ…搬送方向

Claims

加熱されたアルミニウム合金の鋳塊から押出材に押出成形する押出成形手段と、該押出成形手段から押出された押出材を搬送しながら冷却する冷却処理手段と、を少なくとも備えたアルミニウム合金押出材の製造装置であって、
該製造装置は、前記冷却処理手段から搬送された押出材に対して予備時効処理を行う手段をさらに備えることを特徴とするアルミニウム合金押出材の製造装置。
前記予備時効処理手段は、前記押出材を加熱する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のアルミニウム合金押出材の製造装置。
前記予備時効処理手段は、前記押出材から放熱される熱を断熱するための断熱手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミニウム押出材製造装置。
前記予備時効処理手段は、前記押出材を搬送する搬送手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金押出材の製造装置。
前記搬送手段は、前記押出材の搬送時に、該押出材が搬送される方向に沿って回転可能に構成されていることを特徴とする請求項４に記載のアルミニウム合金押出材の製造装置。
前記製造装置は、前記冷却処理後の押出材を所定の長さに切断処理する切断処理手段をさらに備えており、前記予備時効処理手段は、前記冷却処理手段と前記切断処理手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金押出材の製造装置。