JP4722366B2 - 押出ダイ - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、金属材料の押出しで使用するための押出しダイに関し、詳細には、アルミニウムの押出しで使用するのに適したダイに関する。本発明は、更に、この種のダイの製造方法に関する。
【０００２】
アルミニウムの押出しを行うとき、押出ダイを通るアルミニウムの移動速度がダイに亘って均一であることが重要である。これは、従来、有限の支持長のダイキャビティを持つダイを使用して、ダイに亘る支持長を変化させることによって行われてきた。しかしながら、押出製品は、支持面と押出されるアルミニウムとの間の係合により生じる表面欠陥を含む場合がある。支持面をダイキャビティへの入口の下流に設けるのではなく、いわゆるゼロ支持を持つダイを使用し、支持長が変化するダイキャビティの上流にチャンバを形成し、ダイに亘る押出し速度を制御することが既知である。ゼロ支持という用語は、支持長がゼロのダイキャビティを意味するけれども、実際には、ダイキャビティは、有限であるが非常に小さい支持長を持つことが多い。
【０００３】
アルミニウムを押出す場合に直面する別の問題点は、押出体が例えばチャンネル形材である場合、チャンネルの側部が撓み易く、かくしてチャンネルの側部を形成するダイの部分が互いに平行なダイキャビティを含むようにダイが形成されている場合には、このダイを使用して押出された部材の側部が互いに平行でなくスプレー(splay)するということである。このようなスプレーを補正するため、ダイキャビティの上流に配置された予備チャンバを設けることが既知である。この予備チャンバの幅は、直ぐ隣にあるダイキャビティの部分よりも大きく、予備チャンバは、ダイキャビティに対して横方向にオフセットされている。このような技術により、押出される金属に側方荷重が加わる。予備チャンバをダイキャビティから横方向にオフセットすることにより、場合によってはスプレーを補正できるがこれは限られた用途であり、例えば壁厚が比較的薄い押出体におけるスプレーを補正するのに十分な力を加えることはできない。雄部分及び雌部分を含むダイを使用して中空部材を押出す場合にも同様の問題が生じる。
【０００４】
本発明によれば、ダイキャビティが内部に形成されたダイ本体を含み、このダイ本体は、雌部分内に突出した雄部分を画成し、雄部分によって画成されたダイキャビティの部分の前縁及び雌部分によって画成されたダイキャビティの部分の前縁は、ダイが使用されていない場合、同一平面内にない、押出ダイが提供される。
【０００５】
従来の構成では、押出し中の金属に加わる荷重、及び従ってダイに加わる荷重は、雄部分を雌部分に対して撓ませるのに十分である。ダイがゼロ支持ダイである場合、このような撓みによりダイキャビティの前縁は押出し方向で間隔が隔てられる。このような間隔により、押出し中の金属に側方荷重が加わり、その結果、上文中に説明したようにスプレーが生じる。休止時に前縁が同一平面内にないようにダイを設計することによって、使用時に撓みが生じた場合に前縁が同一平面内にあるか或いは実質的に同一平面内にあるようにダイを構成できるため、この効果を小さくできる。前縁が同一平面内にくるのが便利であるけれども、本発明の利点は、ダイに亘って、キャビティの一方の側部の部分の前縁がキャビティの他方の側部の部分と整合する場合にも得られる。
【０００６】
一般的には、雄部分及び雌部分の両方が撓み、本発明が較正しようとするのはこれらの部分間の相対的な撓みであるということに着目されたい。
【０００７】
本明細書中の説明は撓みに関するが、使用時に荷重が加わることにより、ダイの材料の、ある程度の圧縮が生じるということは明らかであり、本発明は、使用時のこのような圧縮により生じる支持部の不整合と関連した欠点を解決するのにも使用できる。
【０００８】
ダイキャビティは、好ましくは、その幅が、その前縁と隣接した最小値から増大するように形成されている。このような構成を、下文において、ゼロ支持ダイと呼ぶ。
【０００９】
本発明は、比較的小さい撓み量によりこのようなダイの支持部の全体としての不整合が生じるため、ゼロ支持ダイで特に有利である。非ゼロ型のダイでは、撓みが生じた場合でも、各支持面の部分が向き合った支持面の部分と整合したままである。
【００１０】
ダイキャビティは、雄部分及び雌部分を画成するように形成されていてもよく、雄部分はタング部分の形態をとる。このような構成では、ダイは、任意の断面形状の少なくとも一つの細長いチャンネルを持つ押出部材を形成するのに使用される。
【００１１】
ダイキャビティは、少なくとも一つの別のタング部分を画成するように形成されていてもよい。ダイ本体は、少なくとも一つの別のダイキャビティを画成してもよい。
【００１２】
ダイ本体は、実質的に平らな前面、この前面に設けられた溝、及びダイキャビティと溝との間の交差部に画成されたダイキャビティの前縁を備えていてもよく、溝の深さは不均一である。
【００１３】
別の態様では、ダイ本体は、ダイキャビティの前縁を画成するように機械加工された平らでない前面を備えていてもよい。
【００１４】
ダイに亘って均一な押出し速度が得られるように形成された予備形成チャンバがダイキャビティの上流に配置されているのがよい。予備形成チャンバは、深さが不均一であってもよく、及び従って、支持長が不均一であってもよく、及び／又は幅が不均一であってもよい。
【００１５】
変形例の構成では、ダイは、中空形態の細長い部材を製造するように設計されていてもよく、雄部分が雌部分によって形成された開口部内に突出している。
【００１６】
本発明の別の特徴によれば、使用時にダイの雄部分の起こるであろう撓みを計算する工程、及びダイのダイキャビティの少なくとも部分の周囲に凹所を形成する工程を含み、凹所の深さが不均一であり、使用時に、キャビティの一方の側部のダイキャビティの部分の前縁がキャビティの向き合った側部の前縁と整合するように形成される、押出しダイの製造方法が提供される。
【００１７】
凹所は、便利には、研削作業を使用して形成されるが、他の技術を使用することができるということは理解されよう。
【００１８】
起こるであろう撓みを計算する工程は、便利には、有限要素分析技術を使用して行われる。
【００１９】
本発明を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４を参照する。図１には、比較的複雑な形状の押出アルミニウム部材１０が示してある。この部材１０は、リム(limb)１４を含むチャンネル状領域１２と考えられる幾つかの領域を含む。これらのリムは、互いに対して全体に平行である。図１に示すチャンネル状領域１２の幾つかを形成する対をなしたリム１４には、図において、参照番号１４ａ、１４ｂ、及び１４ｃが付してある。
【００２１】
図２は、部材１０の製造で使用するための押出ダイのダイ本体１６の部分を示す。ダイ本体１６には、一対のダイキャビティ１８を画成する開口部が設けられている。各ダイキャビティ１８は、部材１０の製造で使用するように設計されている。図３は、一方のダイキャビティ１８を詳細に示す。
【００２２】
図３に示すように、各ダイキャビティ１８は、押出されるべき部材１０の断面形状と形態がほぼ一致する形状の開口部を含む。キャビティ１８の幅は、キャビティ１８の前縁１８ａ、１８ｂと隣接した最小幅（図４参照）から増大し、かくして、このダイはゼロ支持型である。
【００２３】
ダイ本体１６の前縁面は全体に平らな形態であり、凹所２０が設けられている。この凹所は全体形状がキャビティ１８と同じであるが、幅が大きい。追加の凹所２２（図４参照）が凹所２０のベースに形成されている。この凹所２２もまた、全体形状がダイキャビティ１８と同じであるが、幅が大きい。図４に示すように、ダイキャビティ１８の前縁１８ａ、１８ｂはダイキャビティ１８と凹所２２との交差部に画成される。
【００２４】
図３に最もよく示すように、使用時にリム１４の各対を形成する、ダイキャビティ１８の部分間に配置されたダイ本体１６の部分は、タング部分２４の形態をとり、これはダイ本体１６の対応する形状の雌部分２６内に受入れられる。使用時に、押出されるべき材料に荷重を加えることによってタング部分２４を雌部分２６に対して撓ませる傾向がある。このような撓みにより部材１０のリム１４がスプレーされる危険を小さくするため、又はこれらのリムがスプレーされる程度を小さくするため、ダイは、ダイが使用されていない場合に、タング部分２４の部分が画成するダイキャビティ１８の前縁１８ａが、雌部分２６の部分によって画成された前縁と同一平面内になく、タング部分２４の撓み（図４に破線で示す位置への撓み）により、関連した前縁１８ａを雌部分２６と関連した前縁１８ｂを含む平面に近づけ、好ましくは同じ平面内に置くように位置決めされる方法で製造される。使用時に前縁１８ａ、１８平面が実質的に同一平面内にあるようにすることによって、押し出される材料に側方荷重を加え、及び従って、リム１４のスプレーを少なくできる。
【００２５】
図１乃至図４の実施形態では、凹所２２の深さは均一でなく、むしろ、図４に示すように、ダイキャビティ１８の一方の側部に深さが比較的小さい領域２２ａを含み、ダイキャビティ１８の他方の側部に深さが比較的大きい領域２２ｂを含む。領域２２ａはタング部分２４に設けられており、領域２２ａ及び領域２２ｂの深さは、使用時にタング部分２４がそれらの撓み位置をとったとき、前縁１８ａ、１８ｂが実質的に同一平面内にあるように選択される。
【００２６】
所望であれば、凹所２２は、ダイの幾つかの部分においてダイキャビティ１８の開口部から横方向にオフセットでき、このような横方向オフセットによっても、押出される金属に側方荷重が加わり、従来の方法におけるリム１４のスプレーを補正する。この技術は、例えば、リム１４のスプレーの量が比較的小さい場合に使用でき、この技術を使用して比較的容易に補正でき、又は深さが異なる凹所２２の提供部分の使用が実際的でない場合、又はこの技術を使用してスプレーを完全に補正することは実際的でない場合に使用できる。
【００２７】
上文中に説明したように、使用にあたっては、ダイキャビティの前縁は、同一平面内にくるか或いは実質的に同一平面内にあるが、必ずしもそうでなくてもよい。本発明の利点を得るために必要とされることは、使用にあたり、ダイキャビティの両側部の前縁を互いに整合させるか或いは実質的に整合させることだけである。ダイの一方の部分の前縁が整合した平面は、必ずしもダイキャビティの他方の部分の前縁が整合した平面と同じでなくてもよい。
【００２８】
図５は、図１乃至図４の構成に対する変形例を示す。図５の構成では、前縁１８ａ、１８ｂが同一平面内にないようにするために凹所２２を使用する代わりに、ダイ本体１６の前縁面が平らな形態でなく、例えばタング部分２４を画成するダイ本体１６の部分の前縁面が雌部分２６を画成する部分に対して持ち上がっているように形成されている。
【００２９】
本明細書中上文中に説明した構成の両方において、押出し方向での前縁１８ａ、１８ｂの間隔は、ダイの面に亘って滑らかに且つ連続的に、例えばタング部分２４のチップでの最大値からそこから遠方の端部での最小値まで変化するということは理解されよう。
【００３０】
上文中に説明した構成において、凹所２２は底が平らな形態を備えているが、所望であれば、角度をなした形態であってもよい。所望であれば、様々な支持長又は形状の流れ制御予備チャンバをダイキャビティの上流に設け、ダイを横切る押出し速度を実質的に均一にしてもよい。別の態様では、様々な支持長の支持面をダイキャビティの前縁１８ａ、１８ｂの下流に設けることにより、この効果を得ることができる。更に、以上の説明において、タング部分２４は側部が平行な形態であるが、必ずしもそうでなくてもよく、本発明は、例えば湾曲形態やＶ形状断面等の任意の形状のタング部分を持つダイに適用できるということは理解されよう。幾つかのＶ形状タング部分を図３に示し、これに参照番号２８が付してある。
【００３１】
タング部分の撓み距離、及び従って、休止時にダイキャビティの前縁が離間されなければならない距離は、非常に小さい。図６は、幾つかのタング部分２４及び対応する雌部分２６を各々含む四つのダイキャビティが形成されたダイを示す。図７は、図６に示すキャビティ１８のうちの一つの拡大図である。図７では、影を付けた部分がダイキャビティ１８である。凹所２２がダイキャビティ１８の部分の周囲に形成されており、その結果、タング部分２４によって画成されたキャビティの部分の前縁１８ａは一つの平面内にあり、雌部分２６によって画成された前縁１８ｂはその平面の外にある。凹所２２は、雌部分２６にだけ形成されており、深さは均一でない。様々な場所での凹所２２の深さが図面に書き込んである。更に、凹所２２は底が平らな形態でなく、図８に示すように角度をなした形態である。
【００３２】
図９は、断面が異なる部材を製造するためのダイを示す。このダイは二つのダイキャビティを含む。ダイ本体に加わる荷重は均一でなく、ダイ本体の縁部からの距離に応じて変化する。その結果、ダイの中心近くに配置されたタング部分の撓みの量は、ダイ本体の縁部近くに位置決めされた同様のタング部分とは異なる。ダイキャビティの前縁の休止時の間隔をこれに従って変更しなければならず、図９は、休止時の二つのダイキャビティ１８の周囲の様々な点での前縁１８ａ、１８ｂの間隔を示す。
【００３３】
図９を図２と比較すると、図９では二つのキャビティが互いに同じであるが、図２のキャビティでは互いに鏡像をなしている。同じ押出体を製造するのが有利である。これは、押出し直後に実施される任意の処理プロセスを簡単にできるためである。本発明の技術により、同じ押出体を製造するように構成された幾つかのキャビティを含むダイで製造を比較的容易に行うことができる。図９では、チャンバ２２は、押出されるべき金属が二つのダイキャビティ１８に正しい割合で供給されるように寸法が定められている。
【００３４】
図１０及び図１１に示す構成は、中空部材の押出しで使用するようになっているという点で上文中に説明し且つ例示した構成と異なる。ダイは、複数の開口部を画成する雌部分３０を含む。各開口部は雄部分３２の部分を受入れる。雄部分３２及び雌部分３０は、その間にダイキャビティ１８を画成する。各ダイキャビティ１８はゼロ支持形態であり、雄部分３２及び雌部分３０によって画成された前縁１８ａを含む。雄部分３２は、使用時に、雌部分３０に対して上文中に説明したように撓む。このような撓みは、代表的な構成では、前縁１８ａ及び１８ｂを不整合にする。本発明によれば、ダイは、雄部分３２が画成する前縁１８ａが、休止時に、雌部分３０が画成する前縁から押出し方向に離間されるように設計されており、そのため、使用時に雄部分３２が撓むことにより、前縁１８ａ、１８ｂの間隔が減少し、かくして、例えば、円形断面の押出体が楕円形になる傾向を小さくする。好ましくは、前縁１８ａ、１８ｂの間隔は、使用時に、押出し方向でゼロにまで減少するが、場合によっては、間隔を非常に小さな量にまで減少させてもよい。
【００３５】
本発明による押出ダイを製造するため、使用時にダイの各部分がどれ程撓むのかを決定することが重要である。撓みが決定された後、撓んだ使用時の状態において、ダイの全ての部分について、ダイキャビティの一方の側部の前縁がキャビティの反対側の前縁と整合し又は実質的に整合するようにダイを設計できる。
【００３６】
どれ程の撓みが生じるのかを様々な技術を使用して決定できる。例えば、当業者は、どれほどの撓みが生じる可能性があるのかを、彼自身の知識からかなりの精度で決定できる。変形例の技術では、ダイの部分が被る可能性のある力を決定するため、及び従って、これらの部分がどれ程撓むのかを決定するためにコンピュータによるモデル化を使用できる。モデル化は、便利には有限要素分析法を使用する。別の技術では、キャビティを持ち且つ製造されるべきダイと同様の他の特徴を持つダイに荷重を加え、その部分の撓みを計測する。
【００３７】
生じる可能性がある撓みを決定した後、撓み状態にある場合に前縁が適正に整合するように、ダイキャビティの周囲に凹所を形成し、これらの凹所を付形し、詳細にはこれらの凹所の深さを制御する。凹所は、便利には、研削プロセスを使用して形成される。図１２は、截頭円錐形形状の研削面４２を持つ研削ホイール４０を示す。研削ホイール４０は、所期の押出方向に対して角度をなした軸線を中心として回転し、ベースがダイの前面に対して１０°の角度をなす凹所を形成するように取り付けられている。ホイール４０の直径は、便利には、約１５ｍｍである。
【００３８】
ダイの耐磨耗性を改善するため、好ましくは、窒化プロセスもまた施される。
【００３９】
上文中に説明したように研削技術を使用して凹所を形成できるけれども、所望であれば、他の技術を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 押出アルミニウム部材の断面図である。
【図２】 図１の部材の押出しで使用されるダイの部分図である。
【図３】 図２の部分の拡大図である。
【図４】 図３の４−４線に沿った概略断面図である。
【図５】 変形例を示す図４と同様の図である。
【図６】 変形例のダイを示す図２と同様の図である。
【図７】 図６のダイの１つのダイキャビティを示す概略図である。
【図８】 図７の８−８線に沿った概略断面図である。
【図９】 別の変形例のダイを示す図６と同様の図である。
【図１０】 変形例のダイを示す概略断面図である。
【図１１】 図１０のダイを示す平面図である。
【図１２】 図１乃至図１１のダイの製造に使用される方法の部分を示す概略図である。

Claims (7)

1. ダイキャビティが内部に形成されたダイ本体を含み、このダイ本体は、雌部分内に突出した雄部分を画成し、前記雄部分によって画成された前記ダイキャビティの部分の前縁及び前記雌部分によって画成された前記ダイキャビティの向き合った部分の前縁が、前記ダイが使用されていない場合、互いに不整合であり、前記雄部分によって画成された前記ダイキャビティの前記部分の前記前縁は、押出し方向で、前記雌部分によって画成された前記ダイキャビティの前記部分の前記前縁から、前記ダイキャビティの周囲で均一でない距離だけ前方に間隔が隔てられており、前記間隔は、使用時に、前記雄部分の撓みにより前記前縁が実質的に整合するような間隔であり、前記ダイには、不均一な深さの凹所が設けられており、前記前縁のうちの少なくとも一方の前縁の少なくとも部分が、前記ダイキャビティと前記凹所との間の交差部に画成されている、押出ダイ。
2. 請求項１に記載のダイにおいて、前記ダイキャビティは、ゼロ支持形態のキャビティである、ダイ。
3. 請求項１又は２に記載のダイにおいて、前記雄部分及び前記雌部分は、使用時に協働し、少なくとも一つのチャンネル形状領域を持つ押出体を製造する、ダイ。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のダイにおいて、前記雄部分及び前記雌部分は、使用時に協働し、少なくとも一つの中空領域を持つ押出体を製造する、ダイ。
5. 押出ダイの製造方法において、前記ダイの少なくとも一部が使用時にどの程度撓むのかを決定する工程、及び使用時にダイキャビティの一方の側部の雄部分の前縁が前記ダイキャビティの向き合った雌部分の前縁と実質的に整合するように選択された不均一な深さを少なくとも部分に持つ凹所を前記ダイのダイキャビティの少なくとも部分の周囲に形成する工程を含む、方法。
6. 請求項５に記載の方法において、前記凹所は、研削技術を使用して形成される、方法。
7. 請求項５に記載の方法において、前記撓みは、有限要素分析技術を使用して決定される、方法。

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