JPH0428444B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は押出ダイに関する。本発明は革新的な
設計法を与え、その結果、アルミニウムおよびア
ルミニウム合金をより迅速に押出成形し、ダイの
寿命を増すことできる。 第１図を参照するに、軸線１２に垂直な上流面
１４と下流面１６を有するダイプレート３にあつ
て軸線１２を有する窓（ダイ）を通して矢印１０
の方向に金属を押出すことを、本押出工程が含
む。 従来の押出ダイは平行な側面を有するよう設計
できる。しかし、実用上、３つの部分を含んでい
ると考えることができることが多いが、その全部
が必ずしも特定のダイの中に顕著な程度に存在す
るとは限らない。これらの部分は、上流面に隣接
してダイの断面積が金属流れの方向に減ずる最初
のつぼまり部分Ａと、窓の対向する側部における
ダイ・ランドがほぼ平行でダイの断面積が実質的
に金属流れの方向に一定を保つ中間部分Ｂと、下
流面に隣接して金属流れの方向に断面積が増す最
終の開口部分Ｃと、である。Ａ＋Ｂ＋Ｃの全長は
押出される金属の性質その他の要素により異なる
が、代表的には３〜30mmである。永年の間、ダイ
の設計は、部分Ａ、Ｂ、Ｃの相対的長さおよび部
分Ａ、Ｃの傾斜角を変えることを含んでいた。例
えば、著しいつぼまり部分Ａは金属流れを遅く
し、僅かなまたは無視し得る程のつぼまり部分Ａ
と著しい開口部分Ｃの組合せは金属流れを早める
ことが公知である。実に、ダイの全ての部分を通
る金属流量を等しくするようにダイの部分の輪郭
が作られるか、または多重窓のダイプレートの全
てのダイを通る金属流量を等しくするように各々
のダイの輪郭が作られる、ダイ改良技法は上記の
要因に基づいている。 1970年代の中項までは、ダイの窓は手でやすり
掛けされることが通例であつて、そのために反り
の付いた窓が生じ、また部分Ａ、Ｃの長さは共に
長くなつた。比較的最近になつて、ワイヤ放電浸
食加工機の開発が、ワイヤの位置および角度の正
確な制御ならびに適正に高い浸食率と相俟つて、
遥かに高い精度でダイ窓切削することを可能にし
た。 窓の部分ＡおよびＢでは、押出される金属とダ
イプレートの間に摩擦がある。そのためにダイプ
レートに摩耗が生ずる。押出される金属も、時に
は局部的な溶融が生ずるような程度にまで加熱さ
れるから、この現象が、可能な押出し速度の上限
を設定することにもなり得る。金属がダイプレー
トの上流面を通つて窓に入るのに必要な圧力を超
える追加の圧力がこの摩擦力に打勝つために必要
となる。この場合、ダイは正の圧力効果を有する
という。 本発明は事実上、圧力効果がゼロである押出ダ
イの、全く新らしい概念に基づいている。それを
実現するには、窓の部分ＡおよびＢ双方の長さを
事実上ゼロにする必要がある。よつて本発明は、
ダイ・ランドと通過する金属の間の摩擦応力を無
視し得るような角度でほぼ長さ全体にわたつて負
の角度に傾斜するダイ窓を有し、押出し中にほと
んど乱れが生じない程にランドの長さが短かい、
押出ダイを与える。 第２図は上流面１４および下流面１６を有する
ダイプレート１３を含む、本発明による押出ダイ
を示す。窓はダイプレートの上流面に垂直な軸線
１２を有する。押出しの際、金属は矢印１０が示
す方向にダイに押通される。 ダイの入口はかなり鋭いかど１８により画成さ
れる。このかどはできる限り鋭くすべきである。
本発明のダイのかどの曲率半径は0.2mm未満であ
り、理想的には0.1mm未満である。かどがこの値
より鈍いと、摩擦抗力が増し、このダイの顕著な
利点が失われ始める。 ダイ・ランド２０は負の傾斜角X°を有するこ
とが図示される。Ｘの値はダイ・ランドと通過す
る金属との間に著しい摩擦応力を生じない程に充
分に大きくとるべきであ。ＸがＯ（すなわちダ
イ・ランドの両側が平行）の場合、かなりの摩擦
応力が存在することは判つている。Ｘを増すと、
この応力は急激に減じ、Ｘが約0.8〜1°の時、ほ
ぼゼロに達する（押出金属がアルミニウム、マグ
ネシウムまたはそれらの合金である時）。従つて
これが望ましいＸの最少値である。臨界的な最大
値は存在しないけれども、高いＸ値はダイ窓の入
口に鋭いかどを生ずるであろう。Ｘが25°を超え
るダイプレートを作ろうと欲する者はいないであ
ろう。 ダイ・ランドの長さＣは押出し中に乱れがあま
り生じないように充分に短かくすべきである。乱
れはダイ・ランドに金属または酸化物の粒子が付
着し、その粒子を後で押出型材が拾うことを意味
し、数10回の押出しの後に高速押出しを不可能と
することが有り得る。 Al合金による実験において、ダイ・ランドの
長さ（すなわち寸法Ｃ）を充分小さく保つなら
ば、乱れが生じないという驚くべき結果を得た。
乱れを避けるためのＣの最大許容値は負の傾斜角
Ｘに関係し、Ｘが増すにつれて大きくなるように
思われる。 例えば、Ｘ＝1°の場合、Ｃは通常、約２mmを超
えるべきでない。しかしＸ＝10°の時、Ｃは約18
mmが適当であるがそれより遥かに長くても安全で
ある。Ｘの高い値においては、乱れの程度は何ん
な場合でもずつと少ない。ダイは使用中の曲りを
少なくするのに充分な強度を有する必要があり、
そのために通常は少なくとも約1.4mmのＣ値が必
要となる。 下流側の窓は反りのついたくぼみ２２により画
成され、くぼみ２２はかど２４においてダイ・ラ
ンド２０の下流端に接続する。くぼみの形状は本
発明にとつて重要ではなく、所要の強度と剛性を
有するダイプレートを与えるために全厚と関連さ
れて選ばれることができる。図示のダイ・ランド
は真直ぐであるが、負の傾斜角が流れの方向に増
すような仕方で曲線状にすることもできる。また
ランドをくぼみにつなげるかど２４を丸く落とす
こともできる。 押出ダイは通常、このような目的に使われる、
例えば鋼のような任意の材料から作られることが
できる。従来の押出ダイと同じように、摩耗を減
ずるために窒化することができる。支持材として
フイーダ板まあはダイ・ホルダーと共にダイを使
用することができる。本発明の押出ダイを使用す
るために、上流または下流の器材の改造は全く必
要でない。 ダイの設計は、修正（すなわち金属の通過を早
めるか遅らせるための窓の輪郭の改造）がほとん
ど不可能な性質のものである。従つて、このダイ
は形態に調整または修正を必要としない型材を押
出すのに主に適しており、それには無空の型材全
部の約30〜40％が含まれる。 本発明のダイは中空の型材を押出すために、マ
ンドレルと共に使用するのにも適している。上流
面１４と下流面１６の間に置かれるマンドレルの
表面はダイ・ランド２０と同じ意味で傾斜を付け
られるか、または窓の軸線１２に平行にすること
ができる。 押出ダイは単一窓とするか、または従来のダイ
によくあるように２〜６個またはそれ以上もの窓
を有することができる。ダイの窓には著しい摩擦
抗力が無いから、たとえ押出される型材が全く異
なる形状を有していても、同一ダイ内の異なる窓
から等しい速さで押出される金属が出てくる。従
つて、或る与えられた条件の下で、或る与えられ
た多重窓付きダイにおいて、或る窓を通る押出速
度は、ダイプレート内のその窓の位置により異な
ることはあつても、押出型材の形状により異なる
ことはない筈である 本発明のダイの設計の一つの結果は、押出され
る金属が第２図のかど１８の領域における極く限
られた区域にわたつてのみ、ダイ窓に接触するこ
とである。従つて本発明のダイにおいては在来の
ダイよりも摩耗が遥かに少ない。またこの軸新な
ダイが汚れを拾う傾向は在来のダイよりもずつと
少ないことも判つた。よつて本発明の押出ダイ
は、掃除または再窒化のために取外しが必要とな
る前に、在来のダイよりも長く使用することがで
きる。 本発明のいま一つの大きな利点は、押出しを行
うことのできる速さが増すことである。経済上の
要因は押出プレスが１時間当り金属重量の尺度で
最大の生産量を挙げること要求する。この目的の
ために、押出サイクルは可能な限り短縮される。
装填期間（新らしい棒材を押出容器に装填する時
間）は最少値、代表的には30秒未満にまで短縮さ
れる。押出ダイを交換すべき場合には、生産量を
下げないようにこの装填期間中にそれを行う。ラ
ムの前進速度を上げることによつても、押出時間
は最少限に下げられる。ラムの前進速度の上限
は、押出型材に或る種の特性、例えば、表面仕上
げおよび裂け目またはひずみの無いこと、を得る
必要性により決められる。本発明は連続押出しに
も適用される。 つぎに、第３図を参照する。本図は図の上部に
図解される、無空および中空の双方の種々の押出
型材に関する。垂直軸はダイ窓から出る型材の進
行速度ｍ／分を表わす。各型材の下方に２本づつ
の棒があり、白地の左側の棒は第１図に図解する
系統の在来型の押出ダイを用いて達成される最大
速度を表わし、斜線を施こした右側の棒は本発明
による押出ダイを用いて達成される最大速度を表
わす。各棒の最高点にある数字は押出速度を表わ
す。棒の下方の数列は２本の棒の差の比率％を表
わす。本発明のダイにより達成し得る押出速度の
改善は型材の形状により異なるが、33〜210％の
範囲である。 第３図に報告される実験は、広く押出しに使用
されるような、米国アルミニウム協会Aluminum
Association Inc.登録番号、Al／Mg合金No.6063
を用いて行われた。同じ合金を用いて行われた下
記の実施例は上記の耐摩性および清浄性における
向上を説明している。 例 在来の押出ダイ（Ｐ）および本発明のダイ
（ ）Ｑを用いて、金属を押出してAR1050S型材
（18×12×１mmの矩形管）を成形した。得られた
結果は次表の通りである。

【表】 本発明は結果に着目し、機構には関与しないけ
れども、この劇的な改善について下記の説明が可
能である。押出工程中に、下記の２つの主要因に
より熱が発生する。 (a) 棒状を押出型材に成形することは金属のせん
断を含み、これが金属体内および押出ダイの上
流に熱を発生する。或る限度までは、ラムが往
復する容器を冷却するか、冷たくした棒材を用
いて、この熱を除くことができる。 この発熱効果が金属表面に達して、在来型押
出ダイの下流面に向つて生ずる一種の孔食摩損
（「ウオシユアウト」として公知）の原因とな
る。 (b) 金属と在来型ダイのダイ窓との間の摩擦はそ
の接点にて熱を生ずる。この熱は、例えば水ま
たは液体窒素を用いて押出ダイを冷却すること
により、或る限度まで除去することができる。 押出成形される金属の強度および融点により、
上記要因の何れかが通常、押出しを行うことので
きる最高速度を決定する。下記の３つの異なる種
類の金属を引用してそれらの影響を説明すること
ができる。 () 純アルミニウムはかなり低いせん断応力、
すなわち500℃にて約１Kg／mm²そして融点660℃
を有する。要因(a)および(b)の何れもが制約とは
ならず、その結果、在来型ダイで高速で押出成
形することができる。しかし押出型材はあまり
強度またはねばさが高くない。 () 銅または亜鉛を含むアルミニウムの強力合
金は500℃にて3.5〜4.5Kg／mm²またはそれ以上
のせん断応力、そして約570℃の固相線を有す
る。これらの合金の押出速度を決める要因は(a)
である。それは金属のせん断に大量の仕事が費
やされるからである。 （）の場合も（）の場合も、本発明によ
る押出ダイを用いることで、押出速度を大きく
増すようには思われない。 () アルミニウム協会登録番号6000系列の、マ
グネシウムおよびシリコンを含んだアルミニウ
ムの中力合金。これらのAl合金が通常、押出
成形に用いられる合金である。それらのせん断
応力は500℃にて1.5〜3.5Kg／mm²、そして固相
線は600℃より上である。これらの合金の押出
速度決定要因は(b)である。摩擦ゼロのダイ窓を
有する押出ダイを用いれば、熱源としての要因
(b)を排除し、在来型ダイで可能なよりも早い速
度で押出しが可能となる。 すなわち、本発明は、せん断応力が500℃にて
1.2〜4.0、特に1.5〜3.5Kg／mm²の範囲にあるアル
ミニウム合金の押出しに特に有利である。しかし
そのような合金の押出しのみに本発明が限定され
ることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は在来型の押出ダイの断面図、第２図は
本発明による押出ダイの対応する断面図、第３図
は種々の押出型材について得られる押出速度を示
すグラフ。 １２……ダイ軸線、２０……ダイランド、１３
……ダイプレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダイ・ランドとそこを通つて流れる金属との
   間の摩擦応力を無視し得るように少くとも0.8°の
   角度でほぼ長さ全体にわたつて負の角度に傾斜す
   るダイ窓を有する、アルミニウム又はアルミニウ
   ム合金を押出すための押出ダイにおいて、押出し
   中に著しい乱れが生じない程に前記ランドの長さ
   が短く、前記負の傾斜角を有する窓の上流点が
   0.2mm以下の曲率半径を有するかどにより画成さ
   れる、押出ダイ。 ２ 前記ダイ窓が1°〜10°の負の傾斜角を有して
   いる、特許請求の範囲第１項に記載の押出ダイ。 ３ 前記ダイ・ランドの長さが２mm以下である、
   特許請求の範囲第１項または第２項に記載の押出
   ダイ。 ４ ダイ・ランドとそこを通つて流れる金属との
   間の摩擦応力を無視し得るように少くとも0.8°の
   角度でほぼ長さ全体にわたつて負の角度に傾斜す
   るダイ窓を有し、押出し中に著しい乱れが生じな
   い程に前記ランドの長さが短く、前記負の傾斜角
   を有する窓の上流点が0.2mm以下の曲率半径を有
   するかどにより画成される、押出ダイに金属を押
   し通すことにより、アルミニウム又はアルミニウ
   ム合金を押出形成する方法。 ５ 前記アルミニウム合金が500℃に1.2〜4.0
   Kg／mm²のせん断応力を有する特許請求の範囲第４
   項に記載の方法。