JPH0141408B2 - - Google Patents

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JPH0141408B2
JPH0141408B2 JP9515481A JP9515481A JPH0141408B2 JP H0141408 B2 JPH0141408 B2 JP H0141408B2 JP 9515481 A JP9515481 A JP 9515481A JP 9515481 A JP9515481 A JP 9515481A JP H0141408 B2 JPH0141408 B2 JP H0141408B2
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JP
Japan
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extrusion die
extrusion
die
land
product
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JP9515481A
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Japanese (ja)
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JPS5731408A (en
Inventor
Jei Fuiorenchino Robaato
Gaarando Sumisu Juniaa Ii
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BATSUTERU DEV CORP ZA
Original Assignee
BATSUTERU DEV CORP ZA
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Publication date
Application filed by BATSUTERU DEV CORP ZA filed Critical BATSUTERU DEV CORP ZA
Publication of JPS5731408A publication Critical patent/JPS5731408A/en
Publication of JPH0141408B2 publication Critical patent/JPH0141408B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

ある種合金の押出しで経験される2つの問題は
円周方向の亀裂で表われる熱脆性と、押出しされ
た製品の表面に長手方向のキズをつける押出しダ
イのピツクアツプ(焼付き)である。熱脆性によ
る亀裂と焼付きによるキズの主要な原因はダイと
ビレツト容器とが摩擦するため押出された製品の
表面温度が過度に増加することである。無潤滑押
出しの場合に、デツドメタルゾーンに沿つてビレ
ツト剪断することも温度増加を助長する。高温で
は製品の小さな粒子をダイ表面に集め、押出しに
よつてキズを発生させうる。(表面を傷つける集
められた粒子の摩擦によつて悪化する)高表面温
度は合金の低溶融相(例えは、共晶成分)の固相
温度をも上廻り、局部溶融を発生し、押出しダイ
で引張応力が加えられると円周方向の亀裂を発生
させる可能性がある。 ビレツト内部で発生する圧力がこれら高温にお
ける溶融を阻止するに十分なまで低溶融相の固相
温度を上げることができる。しかしながら、通常
のダイの出口付近で圧力が解放されると、温度は
減圧(大気圧)下で固相温度を上廻わり、再度溶
融が生じる可能性がある。引張応力と相俟つてこ
の溶融が亀裂を発生させるであろう。 過去、摩擦の増加やビレツトの過度の温度増加
を阻止するために、押出し速度を最小にせねばな
らなかつた。逆に、高押出し速度の許容幅や、ビ
レツトやダイ内部での随伴する大きな温度増加の
許容幅をもたせるためにビレツトの予熱温度を減
少させることができる。しかし残念ながら、これ
は押出し圧力を度々増加させるので、押出しを何
とかこなしていくには押出し比を下げねばならな
い。 熱脆性に敏感な合金について述べた問題に加え
て、ダイ摩耗や、特に高強度、高融点金属や合金
のような金属の押出しにおいて一般な製品の寸法
精度や製品の表面仕上げの問題がある。これらは
押出し温度を低くすることにより減少させうる
が、しかし押出し圧力が増加する。 勿論、先行例ではダイ中の高温をさけるために
ダイを冷却する可能性を明らかにしている。例え
ば、米国特許第2135193号はダイ焼付きの問題に
ついて述べ、水冷ダイを提案している。 米国特許第3553996号は表面に亀裂が入らずに
脆性のビレツト材を押出す方法を教示している。
その方法の一実施例では本発明で提案するものと
類似の二重押出しダイの使用を含んでいる。しか
しながら、押出しダイの表面間に逃し部が設けら
れている。前記引用特許で扱う材料上の問題は本
発明で扱う熱脆性に敏感な材料の問題とは相違す
るため、前記引用特許では本発明での問題を指向
するものではない。 西独特許第429376号はダイのランドを冷却し、
ダイのランドを長くすることによりダイの摩擦を
増加し、ダイのランドをダイ出口に向かつてわづ
かに収束させることにより押出しにおける割れを
減少させる方法を教えている。ダイのランドにお
ける摩擦を最大にしようとするこの西独特許に対
し、本発明の発明者に反対の結論を見出した。即
ち、高速で、かつ最小の押出し圧力で良好な製品
をつくるには摩擦を最小にすべきということであ
る。 本発明の目的は熱脆性に敏感な合金の押出し用
のダイと押出し方法とを提供することである。 本発明の別の目的は亀裂やキズの出来やすい合
金において亀裂やキズを最小にする押出しダイと
押出し方法を提供することである。 本発明の別の目的は現在行われている速度に対
比して極めて高速の押出し速度で良好な製品を押
出すようにできるダイやその方法を提供すること
である。 本発明の別の目的はダイの磨耗を減少し、かつ
(または)高融点金属や合金の押出しにおいて寸
法精度や表面仕上げを向上するダイやその方法を
提供することである。 さらに別の本発明の目的は摩擦が減少し、ビレ
ツトの予熱を増加させるため、ラム圧力をより低
圧として前述の押出しができるようにすることで
ある。 特に本発明の目的はアルミニウム、銅、マグネ
シウム、亜鉛あるいはその他の熱脆性に敏感な合
金から高押出し速度で商業的な合金線材、棒材、
管材あるいはその他の形材をつくるための押出し
ダイとその方法を提供することである。 前述の目的によれば、本発明は〔高速で敏感な
合金を〕押出すための押出しダイとその押出し方
法である。押出しダイは、長手方向に一致した軸
線に沿つてタンデム配置の第1と第2のダイ又は
押出しダイを含む。前記第1のダイは第2のダイ
に連がる長いランド面を有する。第2のダイは通
常のランド長を有し、第1のダイで押出された第
1次押出し製品を例えば断面を1/4−60%、好ま
しくは約2−50%、より好ましくは2−15%減少
させる(第2次押出しと称す)。また、この新規
な押出しダイは第1のダイのランドおよび、任意
的に第2のダイのランドと協働し、これらランド
従つて該ランドと接触して通過する第1次および
第2次押出し製品を間接的に冷却する冷却装置を
有する。 ビレツトとビレツト容器との間で潤滑剤を使用
しない通常の非潤滑押出し方法に対しては、第1
のダイの面は剪断面即ち平坦面(180度の夾角)
を有してよい。この場合の第2のダイの面も平坦
にできるが、(5度の夾角まで)収束させてテー
パをつけるか、あるいは曲形面とすることができ
る。通常の装置か、あるいは静水圧装置によろう
と、潤滑押出しに対しては、デツドメタルゾーン
の形成を阻止し、押出された製品に潤滑剤が表面
に補捉されないように第1のダイの面は収束して
テーパをつけるか、曲形面とするか、あるいは円
錘形状と平坦形状とを組合せることができる。こ
の場合、第2のダイの表面も同様の理由から収束
してテーパをつけるか曲形面とすることが好まし
い。この目的に対してつくつたダイを介して、本
発明により複数押出しや単一押出しが可能であ
る。 第1のダイのランドは通常のものよりはるかに
長く設計されている。その長さ対直径の比(ある
いは外接円)は希望する程度までのの押出し冷却
が可能なように選定する。中実の丸形製品に対し
ては1:1から12:1の間、好ましくは約1:1
から5:1の間で選定する。直径が1.27cm(0.5
インチ)の製品に対しては長さが約2.0−5cm
(3/4−2インチ)で、第2の押出しダイを通つて
押出される前に、元の圧力(好ましくは大気圧に
おいて固相温度以下)において最低の溶融相での
固相温度以下に押出された製品の温度を下げるか
維持しうるのに十分な長さである。第1のダイの
ランドは真直(収束や分出のいづれもない)であ
ることが好ましいが、前述した温度を制御するた
めに押出された製品との十分な接触が維持される
限りはダイのランドの摩擦を減少させるためにダ
イ出口に向かつて若干広げてもよい。断面の薄い
製品(管、板、形)に対しては長さ対断面の厚さ
の比を、必要な冷却が提供できるように調整する
ことができる。 第2のダイのランドは、例えば1.6−3.2mm
(0.063−0.125インチ)のように従来通り短くし
てよく、すぐ下流に逃し部分を設けてもよい。押
出し製品の温度をさらに維持したり減少させるた
めに必要であれば、第2のダイもより長くし、か
つ冷却してよい。 ビレツトが流れるダイの面やダイのランドを約
0.25μm(10ミクロンインチ)rms(二乗平均平方
根)、好ましくは0.05μm(2ミクロンインチ)
rmsまで磨き、かつこれらの部分に潤滑剤を加え
ることによつてダイにおける摩擦をできるだけ低
く抑えることが好ましい。 この押出し方法は、大気圧において一般に最低
溶融相の固相温度以下の好適押出し温度まで〔熱
脆性に敏感な〕合金ビレツトを予熱し、長いラン
ド面を有する第1の押出しダイを通してビレツト
を押出し、第2次の押出しを行う前に第1のダイ
の中にある間に、固相温度以下に押出し温度を下
げるかあるいは維持するために押出された製品の
少なくとも表面部分を冷却し、第1のダイ中にあ
る押出された製品に背圧を加えることによつて引
張応力を減少させ第1のダイのランドに対する押
出し状態を維持させながら、第1の押出しダイの
下流にある第2の押出しダイを通して冷却された
押出し製品を押出す過程を含む。 ある場合には、第2の押出しを行う前に元の圧
力では固相温度以下であるが、大気圧では固相温
度以上である温度まで第1のダイの中にある押出
し製品を冷却することも可能である。この場合、
第2のダイから大気へ出る前に大気圧において固
相温度以下に製品を冷却してしまうために第2の
ダイを冷却しておかねばならない。 第1次押出しによる断面の減少の程度は、例え
ば約75−99%のように通常のものでよく、第2次
押出しによるそれは約1/4−60%、好ましくは約
2−50%、より好ましくは約2−15%でよい。ダ
イのランドとダイの面とは摩擦を減ずるために磨
き、かつ潤滑することが好ましい。 ダイのランドを囲み、冷却流体が循環する冷却
溝によつて第1と第2のダイのランドを介して押
出し製品を冷却することが好ましい。任意的であ
るが第2のダイのランドをさらに冷却することに
より第2次押出しによつて生じる熱変化を排除す
るために、押出し製品をさらに冷却することがで
きる。これは熱脆性による亀裂とダイのランドの
焼付きとを阻止するのに役立つ。管製品に対して
は、第1と第2のダイの冷却と協働して中央マン
ドレルも冷却すべきである。 ビレツトの冷却が押出し圧力を許容できない高
さまで上げないほど過度でないならばダイのラン
ド近くの冷却溝によつて第1のダイの面を冷却す
ることは許容される。実際、ダイの面の冷却をあ
る程度許容し、ビレツト容器や、ラム(あるいは
ダミーブロツク)や、第1のダイの面の予熱温度
を許容される圧力レベルで希望する材料や製品の
押出しを可能とする必要最低限まで保持しておく
ことが好ましい。デツドメタルゾーンを排除する
ために円錘状の第1のダイを使用することが可能
で、冷却すると、ビレツトがダイのランドに近づ
くにつれてビレツトの表面温度を有利に減少させ
ることができる。 熱脆性に敏感な合金は、押出し速度を低くする
こと、あるいは押出し製品の温度、少なくともそ
の表面温度をその最低の溶融相の固相温度を越え
ないよう保持するに必要な程度にビレツト予熱温
度を低くすることに関連した押出し上の問題をも
たらしてきた。銅、マグネシウム、亜鉛およびア
ルミニウム系の金属はとりわけ特に熱脆性に敏感
である。特に2000および7000シリーズのアルミ合
金はその代表例であつて、これら合金の押出しが
本発明によつて著しく促進される。例えば、従来
のものより少なくとも4〜5倍の押出し速度を用
いて、良好な表面仕上りをもつ製品の製造ができ
る。 第1図を参照すれば、本発明による冷却された
二重押出し(CDRと称す)ダイ3が押出し機容
器1(ビレツト15を保持する)とラム部分2と
を含む押出し装置に対し位置されたものとして示
されている。CDRダイ3は第1の押出しダイ4、
第2の押出しダイ6、ダイブロツク13、冷却流
体用の入口11と出口12とを有する冷却用溝1
0とを含む。第1のダイ4と第2のダイ6とは、
それぞれ、平坦な第1ダイ面9と第2のダイ面1
4および、第1のダイのランド5と第2のダイの
ランド7とを有する。第2の押出しダイ6は逃し
部8を有してもよい。第1と第2のダイは一体で
あつて、概ね共軸である。 第2図に示すように、テーパ角は重要ではない
が、ダイ面にテーパをつけてもよい。図面では45
度と30度の夾角を例示しているが、ダイ面には希
望に応じ多少テーパをつけてもよい。実用的に
は、第1のダイ面の(夾角は)約45度から180度
が好ましく、第2のダイ面の(夾角は)5度から
180度までが好ましい。潤滑なしにアルミ合金を
第一次押出しするには、双方のダイ面は第1図に
示すように(夾角が180度の)平坦面、即ち剪断
面であることが好ましい。その他の合金は、当該
技術分野で周知のように、第2図に示す若干のテ
ーパをつけ、潤滑を行つたダイの方が押出しが良
好である。またダイの面は真直のテーパよりむし
ろ曲形がよい。 潤滑押出し、非潤滑押出しを問わず、第1のダ
イ面は、テーパ、平坦あるいは曲形の組合せにも
できる。特に、第4図に示すような円錘と平坦面
の組合せは円錘状の第1のダイの面部分25が容
器の壁に隣接して位置され、かつ該容器の下部隅
部でデツドメタルゾーンを減少あるいは排除する
ようテーパがつけられることによつてデツドメタ
ルゾーンにおける摩擦や内部剪断によるビレツト
の温度増加を最小にする。第1のダイの面の下流
側の残りの部分は平坦な(剪断)面24とする
か、特定の製品あるいはビレツト材料に対する特
別な要求に応じわづかにテーパをつけることがで
きる。 第1図から第4図までは、ラムが容器とダイに
関連して運動する直接押出し方法のみを示してい
るが、本発明は、ダイと中空のラムとが容器に関
連して運動する間接押出し方法にも使用できる。
間接押出しに対しては、中空ラムを介してダイを
冷却するよう変更するのみである。 再度第1図を参照すれば、ビレツト15の第一
次押出し製品16に対する典型的な押出し比は通
常のものであつて、約4:1から500:1であり、
40:1の押出し比が本発明に含まれる多くの合金
に対し典型的である。 長手方向に延びた第1のダイのランドの機能は
第1次押出し製品、少なくともその外面を冷却し
て第2のダイを通して押出す前に臨界温度(その
最低溶融相の固相温度)以下に温度を下げるか維
持することである。ほとんどの場合、かつ特記以
外、固相温度は大気圧におけるものを意味する。
しかしながら、ある場合には元の圧力を高く上
げ、その固相温度以下に冷却することにより第1
のダイ中での溶融を阻止し、第2のダイでさらに
冷却を行うだけで十分である。 高押出し速度や金属対金属の接触によつて生じ
る摩擦が第1次押出し製品の温度を、少なくとも
第1のダイと接触する面近くの局部で一時的に臨
界温度以上に上げることがある。後述するよう
に、第2次押出しにより生じる背圧が、第1のラ
ンドの冷却により温度を臨界レベルまで持つてく
るまで、これら高温部分における円周方向の亀裂
の発生や、その生長を阻止する傾向がある。押出
し製品の温度を臨界レベル以下に保持したり、あ
るいは減少させる能力は、なかんずく、第1のダ
イのランド長によつて、かつ中実の丸形製品に対
しては、長さ対直径の比によつて決まる。製品の
厚さに対する第1のダイの長さは、管状あるいは
断面の薄い製品に対しては、さらに正確な決定要
素である。 第1のダイのランド長は摩擦を減少するにはで
きるだけ短く、しかも必要に応じ押出し製品の温
度を制御できるよう十分長く選定すべきである。
本発明者が行つた直径が1.27cm(0.5インチ)の
中実の棒材に対しランドの周りの溝を水冷した実
験ではランドの長さは約2.0−5.0cm(0.75−2.0イ
ンチ)必要であつた、中実の丸形製品に対して、
約1:1から12:1の間、好ましくは1:1から
5:1の間の長さ対直径比が上手く使用できる。
この比が大きくなれば冷却をよくするが、過度の
摩擦や押出し圧力を発生させる。前記の比が低く
なれば冷却が十分でなく熱脆性による亀裂を阻止
するには押出し速度を遅くする必要がある。臨界
レベル以下に温度を制御するためにその他の形状
の製品に対して第1のダイの適当なランド長は容
易に選定できる。 第2の押出しダイは、例えば約1.6−3.2mm
(0.063−0.125インチ)の範囲の合金押出しに対
しては通常のものでよいランドを有している。勿
論ランドの長さが短くなれば強度的に弱くなり、
寸法的に不安定となり、ランドが長くなれば摩擦
を増し、表面上の欠陥をより発生させる可能性が
ある。第2のダイのランドはその下流に逃し部を
設け、構造的に可能な限り短くする。製品の温度
をさらに下げるために必要なら第2のダイのラン
ドは冷却し(かつ長く)できる。第2次押出しは
第1の押出しダイ、特に第1の押出しダイの面近
くで、かつ冷却された第1のダイのランドで背圧
を作用させる。前記の冷却されたランドは第1の
ダイにおける引張力を減じ、熱脆性による亀裂が
発生したり生長するのを阻止するために使用され
ている。また、前記背圧は、第2のダイを通して
押出しする前に臨界温度以下で第1次押出し製品
を効果的に冷却するよう良好な接触を確実にする
ために第1のダイのランド面に対して合金材料を
押しつける。さらに、第1のダイ部分における固
相温度を大気圧におけるその値以上に保持するこ
とによつて前記背圧は溶融の阻止、あるいは減少
を行うことができる。そのため、背圧はビレツト
の予熱温度を通常レベル以上高めることができ、
しかもダイ部分での溶融を阻止する。 第2次押出しの目的に対しては(長手寸法を短
くして)断面減少をもつと少量にしてもまだ有用
ではあるが、第1次押出し製品の断面積を第2次
押出しで1/4−60%減少することが実用的な範囲
であることが判明した。断面積の2−50%の減少
が好ましく、2−15%がさらに好ましい。第2の
ダイの面にテーパがついていようと、ダイの面と
ランドとの長手方向の長さは摩擦を最小にするた
めに最少にすることが好ましい。したがつて、テ
ーパのより少ない(夾角がより大きい)ダイで、
より大きな第2次押出しを行うことが好ましい。
また断面減少がより大きいか或はランドがより長
ければより高圧を要するので好ましくない。 CDRダイは複数押出し、かつ広範囲の一般押
出し形材への適合が容易に行える。特に第3図は
管状製品押出し用の設計を示す。ポートホールマ
ンドレルも使用できるが、継目無管に対しては、
拡大部21を有する固定マンドレルを使用し第1
次押出し22を行い、最終管製品23をつくるのが
通常である。マンドレルは内側溝(図示せず)を
貫流する流体で冷却することが好ましい。 勿論、ビレツトの温度と、ダイの出口では大気
圧で最低の溶融相の固相温度以下である押出し製
品温度とで以つてビレツトから押出し製品を押出
すのが通常である。しかしながら、本発明者は二
重押出しダイを使用し第1の押出し製品を冷却す
ることにより、押出し速度や押出し圧力において
利点が得られることを見出した。第1図に示すよ
うに、ダイブロツク13か、ダイ4および6の外
面のいづれかに位置し、入口11と出口12とを
有する冷却溝10により第1のダイのランドが冷
却できる。前記冷却溝は第1のダイのランドを囲
むらせん状のものとして示されている。水のよう
な冷却流体を使用してよく、あるいはダイのラン
ドを短くするために、例えば液体窒素のような低
温液体を使用できる。第1と第2のダイのランド
から熱を除去することによつて該ダイの中を貫通
している押出し製品を間接的に冷却する目的でそ
の他の通常の冷却装置を使用してよい。 冷却は第1のダイのランドへの入口近から始ま
ることが好ましい。第1のダイの面に接触するこ
とによつてビレツトは若干冷却されるが、これで
もビレツトの冷却が押出し圧を許容できないレベ
ラまで上げない程度である限りは有用である。あ
る場合には、例えば、取返しのつかない損傷を与
えることなく臨界温度以上にビレツト部分で一時
的に加熱できる合金材料に対しては第1のダイ面
でビレツトを冷却させずに押出し圧を最少にする
ことが好ましい。そのような場合には、ダイブロ
ツク13とビレツト15との間に、その間の温度
差を維持するための絶縁を設けることができる。
冷却溝の長さ、冷却液体の流量、冷却液体の温度
およびその他全てのパラメータを通常の方法で制
御し第2次押出の前に第1次押出しされた製品あ
るいはその外面部分を臨界温度以下の希望する温
度にしておく。 本発明を実施する好適な方法では、第1次押出
し製品あるいは少なくともその表面部分の温度は
第2次押出しの前に最低の溶融相における大気圧
での固相温度以下の温度まで下げるか維持するた
めに冷却される。この冷却は第2次押出から別に
熱が発生しても大気圧での固相温度以上には上昇
させないような程度のものでよい。この場合、第
2次押出しのダイは焼付きを最小にするだけに冷
却すればよい。温度が臨界レベル以上に上昇すれ
ば、第2のダイも温度上昇を阻止するに十分冷却
すべきである。 ある種の金属は最低溶融相で溶融することによ
り取返しのつかぬ損傷を受けるので、ビレツトと
ダイ部分の温度は常に元の圧力での固相温度以下
に抑えるべきである。その他の材料では臨界レベ
ル以下に冷却される前に一時的に固相温度を上廻
つても永久損傷はほとんどないか、皆無である。 好ましいことではないが、第2次押出しの前に
第1のダイで元の圧力(但し大気圧での固相温度
以上)で第1次押出し製品をその固相温度以下に
まで冷却することが可能である。さらに、本発明
によればこの状態で亀裂を阻止したり、あるいは
減少させるために第2次押出しを利用することが
可能であるが、第2次押出し製品がさらに冷却さ
れなければ、製品の温度は(大気圧への)第2の
ダイの出口で固相温度を上廻らず、溶融が起る。
したがつて、この状態では第2のダイは製品をさ
らに冷却するよう設計しなければならない。この
ため第2のダイを長くし、したがつて磨擦が多く
なり押出し圧力が高くなる。その結果、この方法
は好ましくなく、第1のダイで大気圧での固相温
度以下まで固相温度以下まで冷却することが好ま
しい。 CDRダイの摩擦が完全に排除できれば、第1
のダイのランド部分で第1次押出し製品へ悪影響
へ与えることなく背圧が伝達できる。このため亀
裂の形成を事実上防止する。本発明は摩擦を排除
あるいは少なくとも最少にすることによつて亀裂
が阻止されるか、仮りに形成されたとしても第2
次押出しの前に第1のダイで修復され、回復され
るようにしようとするものである。したがつて、
ダイの面を麿き潤滑することは磨擦を減少する上
で望ましい。 ダイのランドと面とを磨くことは通常のことで
あつて、約0.25μm(10ミクロンインチ)rms以
下、好ましくは約0.05μm(2ミクロンインチ)
rms以下まで表面処理される。次いで、ダイでの
金属対金属の接触とその結果としての押出しされ
た製品がダイの面に付着するのを防止するかある
いは最少にするために潤滑する。樹脂担体中のグ
ラフアイトあるいは二酸化モリブデンのような潤
滑剤を、特殊な押出し合金に使用される広範囲の
その他の周知の潤滑剤と同様に使用できる。また
押出し製品からの金属の焼付きの傾向の少ない表
面を得るために、例えば窒化、クロマイジング、
ボロナイジングによつて表面処理、あるいは滲透
させることができる。 前記の表面処理した層を除いて、CDRダイを
つくるのに使用する材料は、例えばAISI H−11
あるいはH−13(熱間加工の)工具鋼のように通
常のものでよい。同様に、押出しされた製品から
の焼付きに対し抵抗性があることが知られている
タングステンカーバイドあるいはその他耐摩耗性
材料のようなその他の適当な材料でつくることが
できる。 好適実施例 実施例 1 直径が7.62cm(3インチ)の2024アルミニウム
合金ビレツトから、直径が1.27cm(0.5インチ)
の従来のダイ(ランド長2.5mm、0.1インチ)と
CDRダイの双方を通じて36:1の押出し比で、
称呼直径1.27cm(0.5インチ)の棒材を数本押出
した。CDRダイの直径は1.27cm(0.5インチ)で
第1のダイのランド長が3.81cm(1.5インチ)で、
第2次押出し比が2.5mm(0.1インチ)のランド長
に対して10%(断面積)であつた。前述の条件下
での結果を表1に示す。約5度の冷却水を用い
て、第1図に示すような冷却を行つた。長いラン
ドは磨き、二酸化モリブデンを基にした材料で潤
滑した。
Two problems experienced in the extrusion of certain alloys are thermal embrittlement, manifested by circumferential cracking, and extrusion die pick-up, which creates longitudinal scratches on the surface of the extruded product. The main cause of cracks due to thermal embrittlement and flaws due to seizure is that the surface temperature of the extruded product increases excessively due to friction between the die and the billet container. In the case of unlubricated extrusion, shearing the billet along the dead metal zone also contributes to the temperature increase. High temperatures can collect small particles of product on the die surface and cause scratches during extrusion. The high surface temperature (exacerbated by friction of the collected particles damaging the surface) also exceeds the solidus temperature of the lower melting phase of the alloy (e.g., the eutectic component), causing local melting and extrusion die. When tensile stress is applied, circumferential cracks can occur. The solidus temperature of the low melting phase can be raised to a point where the pressure generated within the billet is sufficient to prevent melting at these high temperatures. However, when the pressure is released near the exit of a conventional die, the temperature will rise above the solidus temperature under reduced pressure (atmospheric pressure) and melting may occur again. This melting in combination with tensile stress will cause cracks to form. In the past, extrusion speeds had to be minimized to prevent increased friction and excessive billet temperature increases. Conversely, the preheating temperature of the billet can be reduced to allow for higher extrusion speeds and associated larger temperature increases within the billet and die. Unfortunately, this often increases the extrusion pressure so that the extrusion ratio must be lowered to keep the extrusion going. In addition to the problems mentioned for thermally sensitive alloys, there are die wear, product dimensional accuracy and product surface finish issues that are common in the extrusion of metals, especially high strength, refractory metals and alloys. These can be reduced by lowering the extrusion temperature, but the extrusion pressure increases. Of course, prior examples have shown the possibility of cooling the die to avoid high temperatures within the die. For example, US Pat. No. 2,135,193 discusses the die seizure problem and proposes a water cooled die. U.S. Pat. No. 3,553,996 teaches a method for extruding brittle billet materials without cracking the surface.
One embodiment of the method includes the use of a dual extrusion die similar to that proposed in the present invention. However, reliefs are provided between the surfaces of the extrusion die. Since the material problems dealt with in the cited patents are different from the problems of materials sensitive to thermal brittleness dealt with in the present invention, the cited patents do not address the problems in the present invention. West German Patent No. 429376 cools the land of the die,
It teaches ways to increase die friction by lengthening the die lands and to reduce cracking during extrusion by slightly converging the die lands toward the die exit. The inventors of the present invention found the opposite conclusion to this West German patent, which seeks to maximize friction in the land of the die. That is, friction should be minimized to produce a good product at high speed and with minimal extrusion pressure. It is an object of the present invention to provide a die and extrusion method for the extrusion of thermally sensitive alloys. Another object of the present invention is to provide an extrusion die and extrusion method that minimizes cracking and scratching in alloys that are susceptible to cracking and scratching. Another object of the present invention is to provide a die and method that allows extrusion of good product at very high extrusion speeds compared to those currently practiced. Another object of the present invention is to provide a die and method that reduces die wear and/or improves dimensional accuracy and surface finish in the extrusion of refractory metals and alloys. Yet another object of the invention is to enable the aforementioned extrusion at lower ram pressures to reduce friction and increase preheating of the billet. In particular, it is an object of the present invention to produce commercially available alloy wires, bars, etc. from aluminum, copper, magnesium, zinc or other thermally sensitive alloys at high extrusion rates.
An object of the present invention is to provide an extrusion die and method for making tubing or other shapes. According to the above objects, the present invention is an extrusion die and extrusion method for extruding sensitive alloys at high speed. The extrusion die includes first and second dies or extrusion dies arranged in tandem along longitudinally coincident axes. The first die has a long land surface connected to the second die. The second die has a normal land length, and the cross-section of the primary extruded product extruded by the first die is reduced by, for example, 1/4-60%, preferably about 2-50%, more preferably 2- 15% reduction (referred to as secondary extrusion). The novel extrusion die also cooperates with lands of the first die and, optionally, lands of the second die, such that the lands and thus the primary and secondary extrusion dies passing in contact with the lands cooperate with each other. It has a cooling device that cools the product indirectly. For normal non-lubricated extrusion methods that do not use lubricant between the billet and the billet container, the first
The face of the die is a shear plane, that is, a flat surface (included angle of 180 degrees).
may have. The surface of the second die in this case can also be flat, but it can also be convergently tapered (up to an included angle of 5 degrees) or have a curved surface. For lubricated extrusion, whether by conventional equipment or hydrostatic equipment, the first die is The surfaces can be convergent and tapered, curved, or a combination of conical and flat shapes. In this case, the surface of the second die is also preferably convergently tapered or curved for the same reason. Multiple extrusions and single extrusions are possible according to the invention via a die designed for this purpose. The lands of the first die are designed to be much longer than normal. The length-to-diameter ratio (or circumcircle) is selected to allow extrusion cooling to the desired extent. For solid round products between 1:1 and 12:1, preferably about 1:1
to 5:1. The diameter is 1.27cm (0.5
For inch) products, the length is approximately 2.0-5cm.
(3/4-2 inches) below the solidus temperature at the lowest melt phase at the original pressure (preferably below the solidus temperature at atmospheric pressure) before being extruded through the second extrusion die. It is long enough to reduce or maintain the temperature of the extruded product. The lands of the first die are preferably straight (neither converging nor diverging), but as long as sufficient contact with the extruded product is maintained to control the temperature described above. It may be slightly widened towards the die exit to reduce land friction. For thin cross-section products (tubes, plates, shapes) the length to cross-section thickness ratio can be adjusted to provide the necessary cooling. The land of the second die is e.g. 1.6-3.2mm
(0.063-0.125 inches) or may have a relief section immediately downstream. The second die may also be longer and cooled if necessary to further maintain or reduce the temperature of the extruded product. Approx.
0.25 μm (10 micron inches) rms (root mean square), preferably 0.05 μm (2 micron inches)
It is preferable to keep the friction in the die as low as possible by polishing to rms and adding lubricant to these parts. This extrusion process involves preheating a [thermally sensitive] alloy billet at atmospheric pressure to a preferred extrusion temperature, generally below the solidus temperature of the lowest molten phase, extruding the billet through a first extrusion die having a long land surface. While in the first die before performing the second extrusion, at least a surface portion of the extruded product is cooled to reduce or maintain the extrusion temperature below the solidus temperature; a second extrusion die downstream of the first extrusion die while applying back pressure to the extruded product in the die to reduce tensile stress and maintain extrusion against the lands of the first die; The process includes extruding the extruded product through a cooled extrudate. In some cases, cooling the extruded product in the first die to a temperature that is below the solidus temperature at the original pressure but above the solidus temperature at atmospheric pressure before performing the second extrusion. is also possible. in this case,
The second die must be cooled to cool the product below its solidus temperature at atmospheric pressure before exiting the second die to the atmosphere. The degree of cross-sectional reduction by the first extrusion may be conventional, for example about 75-99%, and that by the second extrusion is about 1/4-60%, preferably about 2-50%, and more. Preferably it may be about 2-15%. The die lands and die faces are preferably polished and lubricated to reduce friction. Preferably, the extruded product is cooled through the first and second die lands by cooling channels surrounding the die lands and in which a cooling fluid circulates. Optionally, the extruded product can be further cooled to eliminate thermal changes caused by the secondary extrusion by further cooling the lands of the second die. This helps prevent thermal brittleness cracking and seizure of the die lands. For tubular products, the central mandrel should also be cooled in conjunction with the cooling of the first and second dies. Cooling the first die face by means of cooling grooves near the lands of the die is acceptable provided that the cooling of the billet is not so excessive as not to increase the extrusion pressure to an unacceptable height. In fact, it is possible to allow some cooling of the die face and to preheat the billet container, ram (or dummy block), and first die face at an acceptable pressure level to extrude the desired material or product. It is preferable to keep it to the minimum necessary. A conical first die can be used to eliminate dead metal zones, and cooling can advantageously reduce the surface temperature of the billet as it approaches the lands of the die. Alloys that are sensitive to thermal brittleness may be treated by reducing the extrusion rate or by increasing the billet preheat temperature to the extent necessary to maintain the temperature of the extruded product, at least its surface temperature, below the solidus temperature of its lowest molten phase. This has led to extrusion problems associated with lowering. Metals based on copper, magnesium, zinc and aluminum are particularly sensitive to thermal embrittlement. In particular, the 2000 and 7000 series aluminum alloys are representative examples, and the extrusion of these alloys is significantly facilitated by the present invention. For example, extrusion speeds at least 4 to 5 times faster than conventional ones can be used to produce products with good surface finish. Referring to FIG. 1, a cooled double extrusion (CDR) die 3 according to the invention is positioned relative to an extrusion apparatus comprising an extruder vessel 1 (holding a billet 15) and a ram section 2. shown as something. The CDR die 3 is a first extrusion die 4,
Cooling groove 1 with second extrusion die 6, die block 13, inlet 11 and outlet 12 for cooling fluid
Including 0. The first die 4 and the second die 6 are
a first die face 9 and a second die face 1 which are flat, respectively;
4, a land 5 of the first die, and a land 7 of the second die. The second extrusion die 6 may have a relief section 8 . The first and second dies are integral and generally coaxial. As shown in FIG. 2, the die face may be tapered, although the taper angle is not critical. 45 in the drawing
Although an included angle of 30 degrees and 30 degrees is shown as an example, the die surface may be tapered to some extent as desired. Practically, it is preferable that the included angle of the first die surface is approximately 45 degrees to 180 degrees, and the included angle of the second die surface is approximately 5 degrees to 180 degrees.
Preferably up to 180 degrees. For primary extrusion of aluminum alloys without lubrication, both die surfaces are preferably flat surfaces (with an included angle of 180 degrees), ie, shear surfaces, as shown in FIG. Other alloys extrude better with a slightly tapered, lubricated die as shown in FIG. 2, as is well known in the art. Also, the surface of the die is preferably curved rather than straight tapered. In both lubricated and non-lubricated extrusion, the first die surface can be tapered, flat, or curved in combination. In particular, a conical and flat surface combination as shown in FIG. The taper reduces or eliminates the metal zone to minimize billet temperature increases due to friction and internal shear in the dead metal zone. The remainder of the first die face downstream may be a flat (shear) surface 24 or may be slightly tapered depending on the particular requirements of the particular product or billet material. Although Figures 1 through 4 only show a direct extrusion method in which the ram moves relative to the container and die, the present invention provides an indirect extrusion method in which the die and hollow ram move relative to the container. It can also be used in extrusion methods.
For indirect extrusion, the only modification is to cool the die via the hollow ram. Referring again to FIG. 1, a typical extrusion ratio of billet 15 to primary extruded product 16 is conventional and is about 4:1 to 500:1;
An extrusion ratio of 40:1 is typical for many alloys included in this invention. The function of the longitudinally extending lands of the first die is to cool the first extruded product, at least its outer surface, to below a critical temperature (the solidus temperature of its lowest molten phase) before extrusion through the second die. The goal is to lower or maintain the temperature. In most cases, and unless otherwise specified, solidus temperature is meant at atmospheric pressure.
However, in some cases, the initial pressure can be increased by raising the original pressure and cooling it below its solidus temperature.
It is sufficient to prevent melting in the second die and provide further cooling in the second die. Friction caused by high extrusion speeds and metal-to-metal contact can temporarily raise the temperature of the primary extruded product above a critical temperature, at least locally near the surface that contacts the first die. As described below, the back pressure generated by the secondary extrusion prevents the generation and growth of circumferential cracks in these high temperature areas until the temperature of the first land reaches a critical level due to cooling. Tend. The ability to maintain or reduce the temperature of the extruded product below a critical level depends, inter alia, on the land length of the first die and, for solid round products, on the length-to-diameter ratio. Depends on. The length of the first die relative to the product thickness is a more accurate determining factor for tubular or thin cross-section products. The land length of the first die should be selected to be as short as possible to reduce friction, yet long enough to control the temperature of the extruded product as required.
In an experiment conducted by the present inventor in which a groove around the land was water-cooled on a solid bar with a diameter of 1.27 cm (0.5 inch), the land length needed to be approximately 2.0-5.0 cm (0.75-2.0 inch). For hot, solid round products,
Length to diameter ratios of between about 1:1 and 12:1, preferably between 1:1 and 5:1, can be used successfully.
Larger ratios provide better cooling, but create excessive friction and extrusion pressure. If the above ratio becomes low, cooling is insufficient and it is necessary to reduce the extrusion speed to prevent cracking due to thermal embrittlement. Appropriate land lengths of the first die can be easily selected for other shapes of products in order to control the temperature below a critical level. The second extrusion die is e.g. about 1.6-3.2mm
For alloy extrusion in the (0.063-0.125 inch) range, a conventional one has a good land. Of course, the shorter the length of the land, the weaker the strength.
Dimensional instability can result, and longer lands can increase friction and cause more surface defects. The second die land has a relief section downstream thereof and is made as short as structurally possible. The second die land can be cooled (and lengthened) if necessary to further reduce the product temperature. The secondary extrusion applies back pressure to the first extrusion die, particularly near the face of the first extrusion die and on the cooled lands of the first die. The cooled land is used to reduce the tensile forces on the first die and to prevent thermal brittleness cracks from starting and growing. The back pressure is also applied to the land surface of the first die to ensure good contact to effectively cool the primary extruded product below the critical temperature before extrusion through the second die. press the alloy material. Furthermore, by maintaining the solidus temperature in the first die section above its value at atmospheric pressure, the back pressure can prevent or reduce melting. Therefore, the back pressure can increase the preheating temperature of the billet above the normal level,
Moreover, it prevents melting at the die portion. Although small amounts of cross-sectional reduction (by shortening the longitudinal dimension) are still useful for secondary extrusion purposes, the cross-sectional area of the primary extruded product can be reduced by 1/4 in the secondary extrusion. It was found that a -60% reduction is within a practical range. A reduction in cross-sectional area of 2-50% is preferred, with 2-15% more preferred. Even if the second die face is tapered, the longitudinal length of the die face and land is preferably minimized to minimize friction. Therefore, with a die with less taper (larger included angle),
Preferably, a larger secondary extrusion is carried out.
Further, if the reduction in cross section is larger or the land is longer, a higher pressure is required, which is not preferable. CDR dies can easily perform multiple extrusions and adapt to a wide range of general extrusion shapes. In particular, Figure 3 shows a design for extrusion of tubular products. Porthole mandrels can also be used, but for seamless pipes,
Using a fixed mandrel with an enlarged part 21, the first
A subsequent extrusion 22 is typically performed to produce the final tubular product 23. Preferably, the mandrel is cooled with fluid flowing through internal grooves (not shown). Of course, it is usual to extrude the extruded product from the billet at a temperature of the billet and an extrudate product temperature that is below the solidus temperature of the lowest molten phase at atmospheric pressure at the exit of the die. However, the inventors have found that using dual extrusion dies and cooling the first extruded product provides advantages in extrusion speed and extrusion pressure. As shown in FIG. 1, the land of the first die can be cooled by a cooling groove 10 located either on the die block 13 or on the outer surface of the dies 4 and 6 and having an inlet 11 and an outlet 12. The cooling groove is shown as a spiral surrounding the first die land. A cooling fluid such as water may be used, or a cryogenic liquid such as liquid nitrogen may be used to shorten the lands of the die. Other conventional cooling devices may be used to indirectly cool the extruded product passing through the first and second dies by removing heat from the lands of the dies. Preferably, cooling begins near the entrance to the first die land. Some cooling of the billet by contacting the face of the first die is useful as long as the cooling of the billet does not increase the extrusion pressure to an unacceptable level. In some cases, for example, for alloy materials that can be temporarily heated in the billet above a critical temperature without causing irreparable damage, the extrusion pressure may be minimized without cooling the billet at the first die face. It is preferable to In such a case, insulation may be provided between die block 13 and billet 15 to maintain a temperature difference therebetween.
The length of the cooling channels, the flow rate of the cooling liquid, the temperature of the cooling liquid and all other parameters are controlled in the usual manner to bring the first extruded product or its outer surface below the critical temperature before the second extrusion. Keep it at the desired temperature. In a preferred method of carrying out the invention, the temperature of the first extruded product, or at least a surface portion thereof, is lowered or maintained at a temperature below the solidus temperature at atmospheric pressure in the lowest melt phase before the second extrusion. cooled down. This cooling may be of such a level that even if heat is generated separately from the secondary extrusion, the temperature does not rise above the solidus temperature at atmospheric pressure. In this case, the die of the secondary extrusion need only be cooled just enough to minimize seizure. If the temperature rises above a critical level, the second die should also cool down sufficiently to prevent the temperature from rising. Since some metals can be irreversibly damaged by melting in the lowest melting phase, the temperature of the billet and die sections should always be kept below the solidus temperature at the original pressure. For other materials, there is little or no permanent damage when the solidus temperature is temporarily exceeded before being cooled below a critical level. Although not preferred, it is possible to cool the primary extruded product to below its solidus temperature at the original pressure (but above its solidus temperature at atmospheric pressure) in the first die before the secondary extrusion. It is possible. Furthermore, although it is possible according to the present invention to utilize a secondary extrusion to prevent or reduce cracking in this condition, if the secondary extruded product is not further cooled, the temperature of the product does not exceed the solidus temperature at the exit of the second die (to atmospheric pressure) and melting occurs.
Therefore, in this condition the second die must be designed to further cool the product. This makes the second die longer, which results in more friction and higher extrusion pressure. As a result, this method is not preferred and it is preferable to cool down to below the solidus temperature at atmospheric pressure in the first die. If CDR die friction can be completely eliminated, the first
Back pressure can be transmitted to the land portion of the die without adversely affecting the primary extruded product. This virtually prevents the formation of cracks. By eliminating or at least minimizing friction, the present invention prevents cracks or, if they do form, reduces the number of cracks that occur.
It is intended to be repaired and recovered in the first die before the next extrusion. Therefore,
Proper lubrication of the die face is desirable to reduce friction. It is normal to polish the lands and faces of the die to less than about 0.25 μm (10 micron inches) rms, preferably about 0.05 μm (2 micron inches).
Surface treated to below rms. It is then lubricated to prevent or minimize metal-to-metal contact at the die and the resulting extruded product from sticking to the face of the die. Lubricants such as graphite or molybdenum dioxide in resin carriers can be used as well as a wide variety of other well known lubricants used in special extrusion alloys. Also, in order to obtain a surface with less tendency for metal seizure from extruded products, e.g. nitriding, chromizing,
Surface treatment or impregnation can be achieved by boronizing. With the exception of the surface treated layers mentioned above, the materials used to make the CDR die are e.g. AISI H-11
Alternatively, it may be a conventional tool steel such as H-13 (hot worked) tool steel. Similarly, it may be made of other suitable materials such as tungsten carbide or other wear resistant materials known to be resistant to seizure from extruded products. Preferred Embodiment Example 1 From a 2024 aluminum alloy billet with a diameter of 7.62 cm (3 inches) to a diameter of 1.27 cm (0.5 inch)
conventional die (land length 2.5 mm, 0.1 inch) and
With an extrusion ratio of 36:1 through both CDR dies,
Several bars with a nominal diameter of 1.27 cm (0.5 inch) were extruded. The diameter of the CDR die is 1.27 cm (0.5 inch) and the land length of the first die is 3.81 cm (1.5 inch).
The secondary extrusion ratio was 10% (cross-sectional area) for a land length of 2.5 mm (0.1 inch). The results under the conditions described above are shown in Table 1. Cooling was performed as shown in FIG. 1 using cooling water at about 5 degrees Celsius. The long rand was polished and lubricated with a molybdenum dioxide based material.

【表】 2024アルミニウム棒押出しのために一般に実用
されている出口速度は約1−1.5m/min(製品速
度)の間である。450℃のビレツト温度で行つた
実験では1.5m/min(5fpm)の速度で通常のダイ
で良好な製品を得ることができるが、7.6m/
min(25fpm)では製品は高温脆性による亀裂が
普通の状態なしいひどい状態であることを示して
いる。押出し速度が18.3m/min(60fpm)で425
℃のビレツト温度では、通常の方法で押出された
製品の高温脆性による亀裂はひどいものであつ
た。 逆に、375℃から450℃の間のビレツト温度で
CDRダイを使用すれば、18.3m/minにおいてさ
えも高温脆性による亀裂がわづかかあるいは皆無
の状態で製品をつくることができた。 475℃では同連で製品はわづかの熱脆性亀裂を
示した。 CDRダイを使用して実験している過程で、第
1のダイの周りでビレツトの鼻部が冷却媒体によ
つて過度に冷却されうることが判明した。これ
は、より高圧では亀裂を発生させ、押出された製
品に劣悪な表面をつくり、各押出し作業の開始を
全体的に阻害することが明らかである。ビレツト
鼻のこの過度の冷却は第1のダイの冷却を始める
前に押出しを開始するか、あるいはダイとビレツ
トとの間に絶縁を設けることにより阻止できる。
亀裂の後、押出し中に、第2のダイに入る製品の
臨界温度を維持するレベルまで冷却を調整すべき
である。 実施例 2 また前述の実験中に、付加的に磨いたり潤滑す
ればCDRダイでの結果を向上させることが判明
した。摩擦はできるだけ減ずべきである。このこ
とを証明し、二重押出しによる利点を示すため
に、断面減少10%の第2次押出しを行うCDRダ
イと、ダイのランドを長くしたその他2個のダ
イ、即ち一方のダイは真直の壁を有し第2次押出
しがなく、他方のダイは出口端に向かつて壁が収
束しているものを使用して数種の実験を行つた。
その収束度は、断面が1.27cm(0.5インチ)の製
品がさらに10%徐々に減少されてCDRダイでつ
くつたものと同様寸法の製品をつくり出すような
ものであつた。そのデータを表2に示す。再度
A2024アルミニウム合金を使用した。第1のダイ
の長いランドは0.05μm(2マイクロインチ)
rms以下にまで磨き潤滑を行つた。潤滑剤はリナ
イトカンパニー(Renite Company,Columbus,
Ohio)のリナイトR−シール(Renite R−
Seal)AKWであつた。この材料はアルカリ性ケ
イ酸塩結合剤中のグラフアイト潤滑剤で、ダイに
供給され、焼き固められた。潤滑剤を特定化しよ
うとはしなかつたがその他の潤滑も同等かそれ以
上に良好であろう。
Table: The exit speed commonly practiced for 2024 aluminum bar extrusion is between about 1-1.5 m/min (product speed). Experiments conducted at a billet temperature of 450°C show that good products can be obtained with a normal die at a speed of 1.5 m/min (5 fpm), but at a speed of 7.6 m/min (5 fpm).
min (25fpm), the product shows normal to severe cracking due to high temperature brittleness. 425 at extrusion speed of 18.3m/min (60fpm)
At billet temperatures of 0.degree. C., cracking due to hot brittleness in conventionally extruded products was severe. Conversely, at billet temperatures between 375°C and 450°C
Using CDR dies, products could be produced with little or no cracking due to hot brittleness even at 18.3 m/min. At 475℃, the product showed some thermal brittle cracking in the same series. During experimentation with CDR dies, it was discovered that the nose of the billet around the first die could be excessively cooled by the cooling medium. This appears to cause cracking at higher pressures, creating a poor surface on the extruded product and generally inhibiting the start of each extrusion operation. This excessive cooling of the billet nose can be prevented by starting extrusion before cooling the first die or by providing insulation between the die and the billet.
After cracking, cooling should be adjusted to a level that maintains the critical temperature of the product entering the second die during extrusion. Example 2 It was also discovered during the experiments described above that additional polishing and lubrication improves the results with CDR dies. Friction should be reduced as much as possible. To prove this and show the benefits of double extrusion, we used a CDR die with a secondary extrusion with a 10% cross-section reduction, and two other dies with longer die lands, i.e., one die with a straight Several experiments were conducted using a die with walls and no secondary extrusion, with the other die having converging walls towards the exit end.
The degree of convergence was such that a product with a 1.27 cm (0.5 inch) cross section was gradually reduced by an additional 10% to produce a product with dimensions similar to those produced by the CDR die. The data are shown in Table 2. again
Using A2024 aluminum alloy. The long land on the first die is 0.05μm (2 microinches)
Polished and lubricated to below rms. The lubricant is from Renite Company, Columbus,
Ohio) Renite R-Seal (Renite R-
Seal) AKW. This material was fed into a die with graphite lubricant in an alkaline silicate binder and baked. Although no attempt was made to specify the lubricant, other lubrications may be equally or better.

【表】 西独特許第429376号の教えるところとは逆に摩
擦を減少させる必要性を示すため、収束したダイ
(実験番号56と61)を使用した。収束したダイで
はこれらの状態では有用な製品が得られないほど
の高圧を発生させた。(第2次押出しのない)真
直なダイでも、潤滑がなく(実験番号54)、特別
に磨かず潤滑のない(実験番号51)の条件下では
摩擦が大きすぎ製品がつくれなかつた。 磨きかつ潤滑をしても、真直のダイでは18.3
m/minの速度で普通の表面亀裂のついた製品を
全体的につくり出した(実験番号53,57,59およ
び62)。しかしながら、本発明によるCDRダイは
漂遊したキズマークに関連するものを除いて細い
亀裂があるか、あるいは亀裂が皆無の良好な製品
を全体的につくり出した。(実験番号25,55,58
および60)。 磨き、かつ潤滑したCDRによる通常の実験か
ら、特定の合金に対する適正なビレツト温度と冷
却速度、ならびに通常の方法による速度より著し
く速い速度で良好な製品をつくり出す押出し速度
とを見出すことができる。 この新規なダイと押出し方法とは熱脆性に敏感
な合金を押出しするのに使用することが好まし
く、したがつて本発明ではこの面での使用を強調
したものである。しかしながら、その他の数々の
利点をもたらしながら本発明によつて押出し可能
なその他の材料も包含する意図をもつている。 例えば、チタニウム、ジルコニウム、タンタル
ム、タングステン、モリブデン、ベリリウムとそ
の合金、鋼および銅のような比較的高融点の金属
ならびにニツケル、クロームあるいはコバルトの
ような超合金は、例えば540℃(1004〓)以上の
高温で通常押出しが行われるが、そうすれば例え
ばAISI,H11,H12およびH13のような典型的な
熱間加工の工具鋼から一般につくられるダイでは
ひどい磨耗を発生させる可能性がある。 本発明は第1と第2のダイ部内はダイの温度が
低いためダイ寿命を向上させ、通常の単一のダイ
と同様に第1のダイが摩耗するとしても、本発明
による第2のダイはその初期寸法、表面仕上り、
および硬度を第1のダイよりも長期間保持する。
押出しされた製品が第2のダイに近づくにつれ
て、製品の温度あるいは少なくともその表面温度
が下げられること、および第2のダイ自体が、通
常の単一ダイで可能なよりもはるかに長い間ダイ
の前記の重要な品質の持続に寄与する。押出しさ
れた製品の表面仕上げや寸法の精度の向上をもた
らすのは、主としてこれらの品質が保たれるから
である。このように、通常の単一のダイや、
CDRダイの第1のダイ部分で経験される通常量
の摩耗から生じる製品表面の粗さおよび(また
は)寸法精度の喪失は、冷却された第2のダイを
通過することによつて改良される。また、第2の
ダイによる製品の断面減少を比較的少量に保つこ
とによつて、第2のダイで発生する圧力が最少に
される。このためダイの摩耗をさらに最少とし、
第2のダイの寿命を延す。さらに、第2のダイは
第1のダイから押出される製品の寸法を適正化で
きるので、第2のダイは従来の単一のダイで可能
な以上により多くの押出しサイクルに使用でき
る。 さらに、CDRダイは高融点金属や合金の従来
の高温押出しで通常なされるものよりも、低融点
で低粘性のガラス潤滑剤の使用を可能にする。低
粘性のガラスや、グリースタイプの潤滑剤を使用
することは第1のダイの摩耗の増加を助長はする
が、比較的高粘性のガラスに比して好ましいかも
しれない。高粘性のガラスは押出しされた製品の
面の仕上を粗くさせる傾向があるからである。ま
た、そのような高粘性ガラスは冷却された第1の
ダイのランドで固化し、堆積することによつて、
さらに押出しされた製品面を粗くする傾向があ
る。しかしながら、低粘性のガラスあるいはグリ
ースタイプの潤滑剤は冷却された第1のダイのラ
ンドででは固化せず、したがつて極めて効果的に
作用し、押出しされた製品の表面仕上げの向上に
貢献する。
[Table] Convergent dies (Experiments No. 56 and 61) were used to demonstrate the need to reduce friction contrary to the teachings of German Patent No. 429,376. The convergent die generated pressures so high that no useful product could be obtained under these conditions. Even with a straight die (without secondary extrusion), the friction was too great to produce a product under the conditions of no lubrication (Experiment No. 54) and no special polishing and no lubrication (Experiment No. 51). Even with polishing and lubrication, a straight die will yield 18.3
Products with normal surface cracks were produced globally at a speed of m/min (experiments no. 53, 57, 59 and 62). However, the CDR die according to the present invention produced an overall good product with thin cracks or no cracks except those associated with stray scratch marks. (Experiment number 25, 55, 58
and 60). Routine experimentation with a polished and lubricated CDR can determine the appropriate billet temperature and cooling rate for a particular alloy, as well as an extrusion rate that produces a good product at rates significantly faster than conventional methods. This novel die and extrusion method is preferably used to extrude alloys that are sensitive to thermal embrittlement, and the present invention therefore emphasizes its use in this aspect. However, other materials extrudable by the present invention are also intended to be encompassed, providing a number of other advantages. For example, relatively high melting point metals such as titanium, zirconium, tantalum, tungsten, molybdenum, beryllium and their alloys, steel and copper, and superalloys such as nickel, chromium or cobalt, e.g. Extrusion is typically carried out at elevated temperatures of 100 to 100 mL, which can cause severe wear in dies commonly made from typical hot work tool steels such as AISI, H11, H12, and H13. The present invention improves die life because the die temperature is low in the first and second die parts, and even if the first die wears out like a normal single die, the second die according to the present invention are its initial dimensions, surface finish,
and retains hardness for a longer period of time than the first die.
As the extruded product approaches the second die, the temperature of the product, or at least its surface temperature, is reduced, and the second die itself remains in the die for a much longer period of time than would be possible with a typical single die. Contributes to sustaining the above-mentioned important quality. The improvement in surface finish and dimensional accuracy of extruded products is primarily due to the preservation of these qualities. In this way, a normal single die or
Product surface roughness and/or loss of dimensional accuracy resulting from the normal amount of wear experienced in the first die section of a CDR die is improved by passing through a cooled second die. . Also, by keeping the cross-sectional reduction of the product by the second die relatively small, the pressure generated in the second die is minimized. This further minimizes die wear,
Extends the life of the second die. Additionally, because the second die can size the product extruded from the first die, the second die can be used for more extrusion cycles than is possible with a single conventional die. Additionally, the CDR die allows the use of glass lubricants with lower melting points and lower viscosity than is typically done with conventional high-temperature extrusion of refractory metals and alloys. The use of lower viscosity glasses and grease-type lubricants may be preferable to relatively higher viscosity glasses, although this may promote increased first die wear. This is because highly viscous glasses tend to give the extruded product a rough surface finish. In addition, such high viscosity glass solidifies and accumulates on the cooled land of the first die, thereby causing
Furthermore, it tends to roughen the extruded product surface. However, low viscosity glass or grease type lubricants do not solidify in the cooled first die lands and therefore work very effectively and contribute to improving the surface finish of the extruded product. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は中実棒材を押出すための、本発明によ
る二重押出しの、冷却されたダイの断面図、第2
図はテーパ付きの第1と第2のダイ面を有した第
1図に示すようなダイの図面、第3図は管状製品
を押出すための、冷却された中央マンドレルを有
する第1図に示すようなダイの断面図、第4図は
第1のダイの面が円錘状と平坦との組合せであ
る、第1図に示すダイの特別な実施例である。 図において、3:二重押出しダイ、4:第1の
ダイ、6:第2のダイ、10:冷却用溝、13:
ダイブロツク、15:ビレツト。
1 is a sectional view of a cooled die of a double extrusion according to the invention for extruding a solid bar; FIG.
Figure 3 shows a drawing of a die as shown in Figure 1 with tapered first and second die faces; Figure 3 shows a die as shown in Figure 1 with a cooled central mandrel for extruding a tubular product; The cross-sectional view of the die as shown in FIG. 4 is a special embodiment of the die shown in FIG. 1 in which the first die face is a combination of conical and flat. In the figure, 3: double extrusion die, 4: first die, 6: second die, 10: cooling groove, 13:
Dive block, 15: Billet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 長く延びたランドを有する第1の押出しダイ
と、第1の押出しダイの出口に隣接して固定され
該第1の押出しダイから押出しされた製品を受取
りその断面積を減少する第2の押出しダイと、前
記第1の押出しダイの延びたランドを冷却するよ
うに該第1の押出しダイのまわりに冷媒を供給す
る第1の冷却装置とを含むことを特徴とする高押
出し速度で金属を押出すための二重押出しダイ。 2 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイに
おいて、前記第2の押出しダイを冷却するように
該第2の押出しダイまわりに冷媒を供給する第2
の冷却装置を含むことを特徴とする押出しダイ。 3 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイに
おいて、前記第1の押出しダイが、少なくともそ
の一部が約45度と180度との間の夾角をもつよう
にテーパづけられている第1のダイ面を含むこと
を特徴とする押出しダイ。 4 特許請求の範囲第1項あるいは第3項に記載
の押出しダイにおいて、前記第2の押出しダイ
が、約5度と180度との間の夾角をもつようにテ
ーパづけられた第2のダイ面を含むことを特徴と
する押出しダイ。 5 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイに
おいて、前記第1の押出しダイのランドが約0.25
ミクロンrms以下の仕上げ精度にまで磨かれてい
ることを特徴とする押出しダイ。 6 特許請求の範囲第1項あるいは第5項に記載
の押出しダイにおいて、第1の押出しダイのラン
ドが潤滑され押出された合金製品との摩擦を減少
させることを特徴とする押出しダイ。 7 特許請求の範囲第1項あるいは第3項に記載
の押出しダイにおいて、第1の押出しダイのラン
ドと第1のダイ面とが0.05ミクロンrms以下の仕
上げ精度にまで磨かれ、かつ潤滑されることによ
つて押出された合金製品との摩擦を減少すること
を特徴とする押出しダイ。 8 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイに
おいて、中実の棒材を押出すために、前記第1の
押出しダイの延びたランドは約1:1と12:1と
の間の長さ対直径比を有することを特徴とする押
出しダイ。 9 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイに
おいて、第2の押出しダイは第1の押出しダイに
よる押出し製品を断面積で1/4−60%減少させる
ような寸法とされていることを特徴とする押出し
ダイ。 10 特許請求の範囲第1項に記載の押出しダイ
において、第1の押出しダイのランドが真直であ
るか、あるいは出口に向かつて広がつていること
を特徴とする押出しダイ。 11 a 長く延びたランドを有する第1の押出
しダイを通じてビレツトから第1次押出し製品
を押出し、 b 前記の延びたランドにおいて前記第1次押出
し製品の少なくとも外面部分を冷却し、第2次
押出し前に、その温度を最低溶融相の大気圧に
おける固相温度以下に減少させるかあるいは保
持し、 c 冷却された第1次押出し製品を第2の押出し
ダイを通して押出すことによつて前記の第1次
押出し製品が前記第1の押出しダイの延びたラ
ンドと接触し、その引張応力を減少させるに十
分な背圧を前記第1の押出しダイ中の合金に加
える過程を含む、通常の速度より高速で、かつ
(または)低い押出し圧力で金属ビレツトから
製品を押出す方法。 12 特許請求の範囲第11項に記載の方法にお
いて、第2の押出しダイから押出された製品の少
なくとも外面部分の温度が第2次押出しの後最低
の溶融相における大気圧での固相温度以下に維持
されるよう前記第2の押出しダイを冷却すること
をさらに含むことを特徴とする押出し方法。 13 特許請求の範囲第11項に記載の方法にお
いて、押出しに先立つて第1の押出しダイのラン
ドを潤滑し摩擦を減少させることを含む押出し方
法。 14 特許請求の範囲第11項に記載の方法にお
いて、冷却された第1次押出し製品が第2次押出
しによつて断面積が1/4−60%減少されることを
特徴とする押出し方法。 15 特許請求の範囲第14項に記載の方法にお
いて、冷却された第1次押出し製品が第2次押出
しによつて断面積が2−50%減少されることを特
徴とする押出し方法。 16 特許請求の範囲第11項に記載の方法にお
いて、前記第1の押出しダイの延びたランドを囲
む冷却溝を流体が循環することによつて該ランド
を通じて前記第1次押出し製品が間接的に冷却さ
れることを特徴とする押出し方法。 17 特許請求の範囲第11項に記載の方法にお
いて、中実の棒材を押出すために第1の押出しダ
イの延びたランドが約1:1と12:1との間の長
さ対直径比を有することを特徴とする押出し方
法。 18 a 長く延びたランドを有する第1の押出
しダイを通じてビレツトから第1次押出し製品
を押出し、第1の押出しダイの内部で前記第1
次押出し製品に、昇圧した元の圧力を発生さ
せ、 b 前記ランド内で前記第1次押出し製品の少な
くとも外面部分を冷却し、第2次押出しの前に
最低溶融相における前記元の圧力での固相温度
以下に減少あるいは維持し、 c 冷却された第1次押出し製品を第2の押出し
ダイを通して押出すことによつて前記第1次押
出し製品が前記第1の延びたランドと接触を保
つようにし、その中の引張応力を減少させるに
十分な背圧を前記第1の押出しダイにおける合
金の元の圧力に加え、 d 少なくとも外面部分の温度が第2次押出しの
後最低溶融相における大気圧での固相温度以下
となるよう第2の押出しダイで押出された製品
を冷却する過程を含む、従来の速度より高速
で、かつ(または)低い押出し圧力で、一方良
好な表面仕上げを維持しながら熱脆性に敏感な
合金の昇温したビレツトから製品を押出す方
法。 19 特許請求の範囲第18項に記載の方法にお
いて、冷却された第1次押出し製品が第2次押出
しによつて断面積が1/4−60%減少されることを
特徴とする押出し方法。 20 特許請求の範囲第18項に記載の方法にお
いて、第1と第2の押出しダイのランドとダイ面
とを約0.05ミクロンrms以下の仕上げ精度まで磨
き、かつ摩擦を減少するために潤滑することをさ
らに含むことを特徴とする押出し方法。
[Claims] 1. A first extrusion die having an elongated land, and a device fixed adjacent to an outlet of the first extrusion die to receive the product extruded from the first extrusion die and measure its cross-sectional area. a second extrusion die that decreases, and a first cooling device that supplies a coolant around the first extrusion die to cool an extended land of the first extrusion die. Dual extrusion die for extruding metal at high extrusion speeds. 2. In the extrusion die according to claim 1, there is provided a second extrusion die for supplying a coolant around the second extrusion die so as to cool the second extrusion die.
An extrusion die comprising a cooling device. 3. The extrusion die of claim 1, wherein the first extrusion die is tapered such that at least a portion thereof has an included angle between about 45 degrees and 180 degrees. An extrusion die comprising a die face. 4. The extrusion die according to claim 1 or 3, wherein the second extrusion die is tapered to have an included angle between about 5 degrees and 180 degrees. An extrusion die characterized in that it includes a surface. 5. In the extrusion die according to claim 1, the land of the first extrusion die is about 0.25.
An extrusion die characterized by being polished to a finishing accuracy of microns RMS or less. 6. The extrusion die according to claim 1 or 5, wherein the land of the first extrusion die is lubricated to reduce friction with the extruded alloy product. 7. In the extrusion die according to claim 1 or 3, the land of the first extrusion die and the first die surface are polished to a finishing accuracy of 0.05 micron rms or less and lubricated. An extrusion die characterized by reducing friction with the extruded alloy product. 8. An extrusion die as claimed in claim 1, in which the elongated land of the first extrusion die has a length between about 1:1 and 12:1 for extruding a solid bar. An extrusion die characterized by having a diameter-to-diameter ratio. 9. In the extrusion die according to claim 1, the second extrusion die is dimensioned to reduce the cross-sectional area of the product extruded by the first extrusion die by 1/4 to 60%. Features an extrusion die. 10. The extrusion die according to claim 1, wherein the land of the first extrusion die is straight or widens toward the outlet. 11 a. extruding a first extruded product from a billet through a first extrusion die having an elongated land; b. cooling at least a portion of the outer surface of said first extruded product in said elongated land before the second extrusion; c. reducing or maintaining its temperature below the solidus temperature at atmospheric pressure of the lowest molten phase; c. extruding the first extruded product through a second extrusion die; the extruded product contacting the elongated land of said first extrusion die and applying back pressure to the alloy in said first extrusion die sufficient to reduce the tensile stress thereof. and/or a method of extruding products from a metal billet at low extrusion pressures. 12. In the method according to claim 11, the temperature of at least the outer surface portion of the product extruded from the second extrusion die is equal to or lower than the solidus temperature at atmospheric pressure in the lowest melt phase after the second extrusion die. The extrusion method further comprises cooling the second extrusion die so that the second extrusion die is maintained at . 13. The method of claim 11, including lubricating the land of the first extrusion die to reduce friction prior to extrusion. 14. The extrusion method according to claim 11, characterized in that the cooled first extruded product is reduced in cross-sectional area by 1/4-60% by a second extrusion. 15. A method according to claim 14, characterized in that the cooled first extruded product is reduced in cross-sectional area by 2-50% by a second extrusion. 16. The method of claim 11, wherein fluid circulates through a cooling groove surrounding an elongated land of the first extrusion die so that the first extruded product is indirectly An extrusion method characterized by cooling. 17. The method of claim 11, wherein the elongated land of the first extrusion die has a length to diameter between about 1:1 and 12:1 for extruding the solid bar. An extrusion method characterized by having a ratio of 18 a Extrude the primary extruded product from the billet through a first extrusion die having an elongated land, and inside the first extrusion die, the first extrusion product is
creating an elevated original pressure in the secondary extruded product; b cooling at least an external surface portion of the primary extruded product in the land; c. maintaining said primary extruded product in contact with said first elongated land by extruding the cooled primary extruded product through a second extrusion die; and apply sufficient backpressure to the original pressure of the alloy in said first extrusion die to reduce the tensile stresses therein, d such that the temperature of at least the outer surface portion is at least as high as in the lowest melt phase after the second extrusion. Faster than conventional speeds and/or lower extrusion pressures, including cooling the extruded product in a second extrusion die below its solidus temperature at atmospheric pressure, while maintaining a good surface finish A method of extruding products from a heated billet of alloys that are sensitive to thermal brittleness. 19. A method according to claim 18, characterized in that the cooled first extruded product is reduced in cross-sectional area by 1/4-60% by a second extrusion. 20. The method of claim 18, wherein the lands and die faces of the first and second extrusion dies are polished to a finish accuracy of about 0.05 microns rms or less and lubricated to reduce friction. An extrusion method further comprising:
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