JPH0347616A - 金属基複合材料の管材押出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、難加工材、特に金属基複合材料の管材押出し
方法に関するものである。

（従来の技術） 周知のように、金属基複合材料は、その強化方法により
、繊維強化複合材料、粒子強化複合材料、分散強化複合
材料等に分類できる。

このなかで繊維強化型の複合材料は、その強化繊維とマ
ドリスク材の組合せにおいて、比強度。

比剛性が高く、耐熱性に優れた材料を得ることが可能と
なり、航空機の構造材料等に適用が図られている。また
、粒子強化型の複合材料は、強化粒子マトリクス材の組
合せにより、耐熱性、耐摩耗性の優れた材料が得られ、
機械部品（特に摺動部品等）等に適用が図られている。

このように金属基複合材料は、多くの長所を有する材料
であるが、加工性からみると、一般に、変形能が低く、
難削性材料であり、塑性加工が難しい材料である。

特に、強化繊維および強化粒子の体積含有率（■１）が
高くなるに従い、この傾向は顕著となる。

しかしながら、この金属基複合材料に塑性加工が可能と
なり、割れのない健全な製品を得ることが可能となれば
、効率的に所定の寸法形状にすることができ、都留りの
向上が図れ、かつ、塑性加工の各種方法を選択すること
により、強化繊維等の配向性を制御し、繊維強化型の金
属基複合材料の長所を十分発揮することができる。

また、金属基複合材料に適用する塑性加工方法としての
押出し加工方法は、応用範囲も広く、特に管材の製造方
法として有効な方法である。すなわち、ダイスの交換に
より異なる寸法・形状の押出し材を製造することができ
、多種少量生産に適している。例えば、リング状の機械
要素部品の場合、長尺の管材を切断することにより、効
率よく金属基複合材料の製造が可能となる。

（発明が解決しようとする課題） 前述したように、金属基複合材料は、一般に難加工材料
である。繊維強化複合材料を例にとると、強化繊維の体
積含有率が高くなるに従って通常の押出し方法では押出
し表面に割れが発生する。

これは、押出し過程において、押出し材表面に働く引張
り応力に起因する。即ち、押出し中にビレットとコンテ
ナ壁間やダイス部、押出し材表面とダイストランド間の
各々の摩擦等により、第８図に示すようにダイス１の出
側での押出し材２の速度分布は、押出し材の中央部流速
（Ｖｃ）が押出し材表面流速（Ｖｓ　）より速く、この
流速差（△Ｖ＝Ｖｃ　−Ｖｓ　）により押出し材表面に
引張り応力が働く。

なお、同図の符号３は、コンテナを示す。一般のアルミ
ニウム等の材料では、この流速差に起因する表面割れは
発生しにくいが、上記のように、難加工材である金属基
複合材料の場合、表面割れが極めて発生しやすく、特に
、強化繊維９強化粒子等の体積含有率が高くなると、割
れの発生が顕著に現われる。

金属基複合材料の押出し加工において、健全な押出し製
品を得るためには、基本的な最適押出し条件を把握する
ことは当然であるが、金属基複合材料は、押出し加工の
素材としては変形能が低く、表面割れの発生しやすいと
いう基本的な問題が含まれていることに留意しなければ
ならない。変形能が低いぜい性材料等の押出し方法とし
て、静水圧を利用する押出し方法が知られているが、こ
の静水圧押出し方法と比較して、初期の設備に係るイニ
シャルコストまたは操業時のランニングコストの低いよ
り勘弁な方法により、金属基複合材料の押出しが効率よ
〈実施可能となれば、金属基複合材料製品の低コスト化
につながり、広範囲の適用が可能となる。

また、機械的強度、軽量化、剛性等の向上を目的として
、導体に金属基複合材料１例えばマトリクスにアルミニ
ウム、強化繊維にＳｉＣウィスカ、マトリクス金属にＡ
　６Ｑ６１アルミニウムを使用した材料の場合、ＳｉＣ
ウィスカーの体積含有率が高くなると、導電率は第９図
に示すように低下し、導体としての特性が十分に得られ
ない。さらに、金属基複合材料の管材押出しの場合、従
来の押出し法（例えばフロートマンドレル方法による管
材押出し）では、管材の内面の表面粗さが粗くなるとい
う欠点があり、例えば導波管等の導体では内面粗さが特
性を決める重要なポイントとなる。

上記のように、導体として金属基複合材料を使用する場
合、解決すべき技術ポイントがあり、これが押出し工程
により解決されれば、製造工程の省略化となり、極めて
効率良く、低コストに金属基複合材料の導体が得られる
。

そこで、本発明の目的、表面割れのない健全な金属基複
合材料の管材を得ると共に、押出し加工による機械的特
性の向上を図り、かつ、管材の内、外面とも良好な表面
状態か得られ、さらに、管材押出し加工の生産性向上、
製造コスト低減を図った金属基複合材料の管材の押出し
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、金属基複合材料を、コンテナ、ダイスおよび
固定マンドレルを用いる固定マンドレル法で押出し、管
材を製作する金属基複合材料の管材押出し方法において
、コンテナ内に金属複合材料のホロービレットを収容し
、この金属基複合材料のホロービレットおよび固定マン
ドレルのそれぞれの間に、金属基複合材料を含まず押出
し加工性の良い金属部分を設けて押出すようにしたもの
である。

（作　用） 押出された金属基複合材料の内外面共、金属基複合材料
と比較して変形能が高く、押出し加工性の良い金属のみ
の層が形成されるから、表面割れがなく、内外面共性状
が優れ、かつ機械的特性の優れた金属基複合材料の管材
が得られる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
１図および第２図は、本発明の一実施例の固定マンドレ
ル方法による直接（前方）押出し加工例で、第１図は押
出し前の状態を示す説明図であり、第２図は第１図に示
す状態から押出し中の状態を示す説明図である。

管材の押出し方法は、中空部（内径部）の成形方法で分
類すると、 （１）ホローダイ（組合せダイ）方法 （２）マンドレル方法 があり、さらに、それぞれに直接（前方）押出し法と間
接（後方）押出し法がある。

一般に、ホローダイ方法は、マンドレル方法と比較して
寸法精度（特に偏肉精度）は良いが、熱間圧着部が存在
するため難加工性には適さない。

これに対し、マンドレル方法は、工具類の寸法管理によ
って、寸法精度を向上することが可能である。

以上の説明により、金属基複合材料の管材押出しは、マ
ンドレル方法が適している。

本発明においては、固定マンドレルの形状に大きな特徴
を有する。即ち、第１図に示すように固定マンドレル１
０は、その先端に段付部１１を設けている。同図の実施
例では、この段付部１１を、押出し装置のダイス１２と
同位置にしている。また、ダイス半角は９０°、段付部
１１も９０°としている。なお、同図において、符号１
３はコンテナ、符号Ｉ４はステム、符号Ｉ５は押しブロ
ック、矢印は加圧方向を示す。

同図において、コンテナ１３の内部に挿入した金属基複
合材料のホロービレット１６（中空状のビレット）とダ
イス１２の間に、押出し加工性の良い金属１７ａを挿入
し、さらに、金属基複合材料のホロービレット１６と固
定マンドレルＩＯの間に、押出し加工性の良い金属＋７
ｂを挿入する。次に、第２図に示すように、ステム１４
により加圧し、ダイス１２の出口より内面、外面とも押
出し加工性の良い金属１８で被覆された金属基複合材料
の管材１９を得る。

なお、同図の２０ａ　、　２０ｂはデッドゾーン部を示
す。

この管材１９の押出し定常部の横断面を第３図に示す。

即ち、金属基複合材料の管材１９は、金属基複合材料部
２１の内面、外面に、均一に押出し加工性の良い金属の
被覆部分１８が見られる。

以下、本実施例の管材押出し方法により、管材１９の断
面が第３図に示す構造となる理由を説明する。

押出し変形過程において、第２図に示すように、ダイス
１２直前に押出し加工性の良い金属によるデッドゾーン
部２０ａ、と、固定マンドレルｌＯ先端の段付部１１の
直前に同様のデッドゾーン部２０ｂが生ずる。このよう
に形成されたデッドゾーン部を、金属基複合材料が通過
する際のデッドゾーン部の金属と金属基複合材料のせん
断により、金属基複合材料の表面にデッドゾーン部の金
属が被覆される。

即ち、均一に被覆するには、デッドゾーン部を形成する
金属が、変形能の高い押出し加工性の良い金属でなけれ
ばならない。

また、固定マンドレルＩＯ側のデッドゾーン２０ｂの容
積は、ダイス１２側のデッドゾーン２０ａと比較して小
さい。これは、固定マンドレルＩＯ先端の段付部１１を
大きくすることが困難なためである。即ち、この段付部
Ｉｆを大きくすると、押出し加工中に、固定マンドレル
ＩＯに押出し方向に大きな荷重が働き、破損の原因とな
るからである。そこで、固定マンドレルＩＯ側のデッド
ゾーン２０ｂに押出し加工性の良い金属を供給するため
、金属基複合材料のホロービレット１６と固定マンドレ
ル１０の間に、押出し加工性の良い金属１７ｂを配して
いる。

変形能の低い材料の押出し加工において、割れの発生が
最も多い箇所は、押出し材の表面である。

この原因は、第８図に示すように、押出し材中央部と表
面層との流速差に起因する引張り応力である。したがっ
て、変形能が低い材料の押出し材の表面割れを防止する
には、この引張り応力を低減する（即ち、流速差を小さ
くする）か、または大きな引張り応力が働く表面層に変
形能の高い、加工性の良い材料を配し、押出し製品部へ
の引張り応力を緩和する方法が考えられる。本発明は、
後者の方法によるもので、押出し過程で管材の内面。

外面とも加工性の良い金属層とすることにより、表面割
れのない健全な管材を得ようとするものである。

また、第１図に示すような、金属基複合材料のホロービ
レット１６と押出し加工性の良い金属１７ａ。

＋７ｂを組合わせた組合せビレットを得る具体的な方法
として、次に述べるものがある。即ち、（１）第４図は
、繊維強化型の金属基複合材料の製造方法の一例である
溶浸法（溶浸鍛造法）により、組合せビレットを製造す
る方法である。即ち、別途リング状の強化繊維（マトリ
クス金属が浸透していないもの）を製作し、これの加圧
浸透時に、強化繊維間にマトリクス金属が浸透した部分
２２と、強化繊維を含まないマトリクス金属のみの部分
２３を形成し、その後熱処理してから冷却し、組合せビ
レットを製造する方法である。なお、必要に応じ、別途
製作するリング状の強化繊維に予めマトリクス金属を浸
透させておき、これを加圧浸透させるようにしても良い
。

（２）第５図は、溶浸法の加圧浸透時に、強化繊維間に
マトリクス金属が浸透した部分２４と、この端部のみを
マトリクス金属のみの部分２５を形成し、ホロービレッ
ト２６を製作する。一方、リング状の押出し加工性の良
い金属２７を別途製作する。しかして、ホロービレット
２６のマトリクス金属の部分２４をマンドレル側に置き
、押出し加工性の良い金属２７を押出し加工前に挿入し
、組合せビレット２８を製造する方法である。

（３）第６図は、溶浸法により、金属基複合材料のホロ
ービレット２９を製作する。一方、リング状の押出し加
工性の良い金属３０と３１を別途製作する。

しかして、これらを押出し加工前に組合せ、組合せビレ
ット３２を製造する方法である。

一方、第９図の強化繊維がＳｉＣウィスカーで、マトリ
クス金属が八６０６１の例で示したように、強化繊維の
体積含有率が高くなるに従って導電率が低下し、導体と
しての特性が低下する。しかしながら、本実施例による
押出し加工によれば、加工性の良い金属として純アルミ
ニウムを使用した場合、管材の内、外表面が純アルミニ
ウム層となるため、導体としての特性は極めて向上し、
機械的特性と導体としての特性に優れた金属基複合材料
の管材か得られる。

さらに、管状の導体において、管内面の表面粗さが重要
となるものがあるが、本実施例の方法によれば、金属基
複合材料の管内面粗さを向上することができる。比較結
果を第７図に示す。同図は、金属基複合材料の押出し材
として、強化繊維にはＳｉＣウィスカー、マトリクス金
属にＡ６０６１゜ＳｉＣウィスカーの体積含有率１５％
とした場合の例である。同図（ａ）は、従来のフロート
マンドレル方法による押出し管材の内面粗さ、縦倍率１
０００倍で示したもので、十点平均粗さが１．５μｍ１
最大高さが２０μｍ前後である。これに対し、同図（ｂ
）　は、本実施例による押出し管材の内面粗さを、縦倍
率５０００倍で示したもので、十点平均粗さが０，１６
μｍ１最大高さが２．３μｍであり、上記した通常のフ
ロートマンドレル方法による場合の約１／１０になって
いる。

なお、上記した実施例は、管材を製造する方法を対象と
したものであるが、角形断面（方形または矩形）の管材
も同様の方法で製造することができる。

［発明の効果コ 本発明は、以上のように構成されているので、難加工材
料である金属基複合材料の管材を、静水圧を利用する静
水圧押出し法等の特殊な方法ではなく、通常の押出し方
法により、内面、外面とも表面割れのない表面品質の優
れた製品として製作することができる。また、金属基複
合材料の管材を導体として使用する場合、機械的特性、
導体としての特性に優れ、さらに、管材の内面の表面粗
さの優れた製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による製造方法の押出し前の
状態を示す説明図、第２図は第１図の状態から押出し中
の状態を示す説明図、第３図は本発明によって得られた
管材の定常部の横断面図、第４図は本発明の一実施例に
用いるホロービレットを溶浸法により一体化して製作す
る方法を示す説明図、第５図は本発明の一実施例に用い
るホロービレットを組合せにより製作する方法を示す説
明図、第６図は第５図と異なる方法によりホロービレッ
トを製作する方法を示す説明図、第７図は本発明の一実
施例により得られた管材と従来のフロートマンドレル法
により得られた管材の内面の表面粗さを示す線図、第８
図は押出し方法における押出し材の中央部と外周部の流
速の差を示す説明図、第９図は強化繊維がＳｉＣウィス
カー、マトリクス金属がＡ６０１Ｑアルミニウムの場合
のＳｉＣウィスカーの体積含有率と導電率の関係を示す
線図である。 ０・・・固定マンドレル ト・・段付部 ２・・・ダイス ３・・・コンテナ ４・・・ステム ５・・・押しブロック ６・・・ホロービレット ７ａ、１７ｂ・・・押出し加工性の良い金属９・・・金
属基複合材料の管材 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 是　１　国 第　２　閃 ７口 爪 亭 阻 ↓ １甲、＆Ｌ＃ロエー 亭 図 カロ 圧 φ す已ゼし方υ工 序 閃 （ａ） 茅 図 １０ ０ ０ 箒 ゾ 凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属基複合材料を、コンテナ、ダイスおよび固定マンド
   レルを用いる固定マンドレル法で押出し、管材を製作す
   る金属基複合材料の管材押出し方法において、前記コン
   テナ内に金属基複合材料のホロービレットを収容し、こ
   の金属基複合材料のホロービレットと前記ダイスおよび
   前記固定マンドレルのそれぞれの間に、金属基複合材料
   を含まず押出し加工性の良い金属部分を設けて押出すよ
   うにしたことを特徴とする金属基複合材料の管材押出し
   方法。