JPH0436765B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、予備加熱されたビレツトをダイス型
によつて押出し成形するアルミニウムのような軽
金属の押出し成型に関するものである。 更に本発明は、軽金属押出し成形機の冷却装置
に係わるものである。 〔従来技術〕 軽金属の押出し成形により例えば型レールのよ
うな押出し形成品を作るには極めて高い力が必要
とされる。ビレツトおよびラム・ピストンの温
度、圧力、押出し成形中の変形度、押出し成形速
度、押出し成形品の表面特性および金属工学特性
のような諸パラメータは、相互に関連性を有す
る。この関連性は複雑である。というのは、何れ
かのパラメータが変動すると相互に影響し合うか
らである。金属の変形時に、内部の変形・摩擦熱
が、ビレツトを押出し温度まで高める熱に加算的
に発生される。 軽金属の押出し成形では、押出し温度および押
出し速度は微妙な調節を要する。というのも簡単
に熱割れ（熱によるシヨートクラツキング）が発
生するからである。これらについては米国特許第
4462234号に詳説されている。 ビレツトが臨界温度を越えるような場合には、
押出し成形品の表面が完全に平滑でなくなる。こ
れは、押し成形中に液相となる汚染物すなわち残
渣としての共晶組成分が成形品の表面にあれた領
域をつくることに起因するものと思われる。平滑
な表面を得るため、これまでは、あれた領域が観
察されない限度に押出し速度をひくくおさえてき
た。押出しプレス機はそれなりの高速度で運転で
きたとはいえ、その最高速度は従つて制限を受け
ていた。また、シヨートクラツキングの問題を避
けるため、ダイス型自体を冷却する手法もこころ
みられた。この手法はダイス型の製造コストを高
めるほかに、ダイス型に亀裂を生ずる危険性を伴
うので冷却の程度にも限度がある。 ビレツトが成形品になるまでの間にビレツトの
断面積を階段的に小さくし、中間の階段で冷却す
ることも提案された。しかし、これは高価な工具
やダイス型を要し、単孔の押出しダイス型以外へ
の適用には実用性にとぼしい。 米国特許第3112828号には内部冷却式単孔押出
しダイス型が示されていて、そのダイス型におい
ては型自体が、中央のダイス型孔部を囲む冷却溝
を有する。冷却はダイス型内でのみ行なわれるの
で、ビレツトの実質的は変形後も行なわれる。ダ
イス型中に適切な冷却系が組込まれねばならず、
こうした点がダイス型の製造コストを基本的に高
める。内部冷却は、ダイス型の応力に対する有効
断面を少くするとともに、ダイス型の内部におけ
る温度勾配のためにダイス型を弱める。 多孔のダイス型に対する類似の解決策をドイツ
特許第2240391号が示している。冷却系は、予備
成形用ダイス型と仕上げ用ダイス型との双方に存
在する。こゝでも冷却ダイスがダイス型中に組込
まれ、しかも冷却ダクトの配置は各押出し成形品
の形態に適合させねばならぬという短所を有す
る。加えてダイス型は脆化され、温度勾配によつ
て亀裂を生じやすくなる。それにこの冷却装置は
或るビレツトからできる限り、一定した長さのロ
ツドやレールを確保するために、個々の成形品の
送出し速度を制御することを第一にねらつたもの
である。 ドイツ特許第2211645号によれば、ダイス型は
その出口端において冷却される。これは、ガス状
をなして放出されて成形されたロツドやレールに
向う冷却媒体として液体窒素を使うのに適してい
る。冷却系の形態および作用は製作されるべき成
形品の形態に左右される。 ドイツ特許第429376号からは、ビレツト収納部
へと延在させて押出し空間に装着するダイス型を
押出し空間外で冷却することも既知のものとなつ
ている。 米国特許第4462234号は、押出し空間外で冷却
される２段式ダイス型を示すものである。このよ
うな冷却装置は実際には、単孔ダイス型に対して
のみ適するに過ぎぬ。加えて冷却装置はダイス型
に左右されることになる。 〔発明の課題〕 本発明によつて解決するべき課題は、軽金属押
出し成形の場合に、押出し成形される材料の冷却
により押出し成形の基本的に高い速度を確保し、
同時に成形品の熱による割れを回避し、良好な表
面特性を維持することにある。 〔発明の概要〕 このような課題は、本発明による方法によれ
ば、ビレツトが押出し成形加工時に、ダイス型の
上流側で、このダイス型には依存しないシールさ
れた循環冷却媒体により冷却されることにより解
決される。 本発明による装置は、押出しダイス型の前の変
形領域で、この押出しダイス型に依存しない冷却
リングが存在し、この冷却リングの孔部がビレツ
ト収納部用孔部のダイス型側末端の共軸連続部に
同径に移行し、その冷却リングにおいては冷却媒
体が内部でシール状態で循環し、および冷却リン
グが径方向外部で、少なくとも一つの収縮耐圧リ
ングによつて囲まれていて、この耐圧リングがビ
レツト収納部と緊く接続していることを特徴とし
ている。 本発明のポイントは、押出し成形素材が本来の
大きなビレツト径から押出し成形品の基本的に小
さな断面へと変形する際に、材料変形時の内部摩
擦のために生ずる付加的な熱（これは“熱割れ”
発生に対して大きな影響力を持つ）がその発生域
において放出され、従つて押出し空間からダイス
型直前で放出され、ダイス型自体の内部やダイス
型後方で放出されることにはならぬという認識に
基くのである。一つ以上の後続段階で多段階的変
形および冷却を行なわず、最大級の材料変形を誘
発して、従つて最大の温度上昇を行なわせる位置
で、直接冷却を実行することが有効である。 このような知見を現実に行なわせることは、当
該構造部内で冷却によつて発生する温度差が亀裂
の危険性を生ずるから解決すべき問題を生む。 冷却リングの、および本冷却リングを径方向外
側に囲む収縮耐圧リングの配備・構成によつて上
記の如き亀裂発生の危険性は十分に抑制される。
そのほか、本冷却システムの構成はほゞ対称性に
なつている。 本冷却装置は、ダイス型とは無関係な構造部分
なので、交換可能なダイス型には、付加的に冷却
溝やその他の変更部分を付与する必要はなく、こ
のことが装置製作を簡単にし、現存のダイス型の
応用を可能にする。加えて高い応力を受けるダイ
ス型は、温度の急変による応力を受けない。押出
し径がかなり大くとも冷却温度によつて阻害され
ない。更に中空部分のない成形品または中空成形
品の如き各種成形品、単一孔ないし多孔ダイス型
成形に対し、および冷却または非冷却の芯部を備
えた管において同一の冷却装置を用い得る。ビレ
ツト収納部用孔部のダイス側末端まわりの冷却機
構の構成は、変形領域内において冷却されるべき
ビレツトに冷却媒体を極めて接近させ、これによ
つてこの変形域を迅速かつ、効果的に冷却するこ
とができる。変形域から直接、摩擦熱および変形
熱を放出させることによつてビレツトに対しては
かなり高い予加熱を加えることが可能となる。 〔実施例〕 以下、本発明による一実施例を示す添付図面を
参照して本発明を詳述する。 押出し成形される材料、すなわち軽金属のビレ
ツト（ないしスラグ）１が、加熱されているが液
状ではない状態で押出し成形機の押出しシリンダ
２の孔部９中へ挿入される。成形品５は１回の作
業プロセス内で製作される。押出しダイス型３
は、この押出し成形品５の断面形状にあつた、単
一のまたは複数の開口部４を有する。 押出しダイス型３の直前にてビレツト１の練和
および変形を行う領域には、孔部１４，１５を含
む冷却手段が配設されていて、この冷却手段内を
冷却媒体がシールされて循環する。“シールされ
て循環”と言うのは、供給管から送り込まれた冷
却媒体が、被冷却物（ビレツト）とは接触せずに
還流管を介して、冷却手段をなす冷却リングから
排出されるものと理解されたい。冷却手段をなす
冷却リングは、第１図では同軸に一体構成の内側
リング８と外側リング１２とから成る。 冷却リングの内側の構造要素である内側リング
８の円筒状孔部１０は、ビレツト収納用孔部９に
対して同径でその軸方向での延長となつており、
従つてピストン（ないしスタンパ）１３の径と一
致している。冷却リングの外側の構造要素である
外側リング１２の内部には、対をなして軸方向に
のびる複数対の孔部１４，１５が、冷却リングの
周方向に均等に分布させられて配設される。 これらの孔部対の内径相互の間隔は、孔部９の
直径により変わるが15mm〜50mmの値をとる。個々
の、対をなす孔部１４，１５は、外側リング１２
の内部では、押出しダイス型３からは離れている
末端近傍においてそれぞれ径方向孔部１６によつ
て流体の通過を可能とするように接続されてい
る。このような径方向孔部１６はその外側末端
で、それぞれ一つの栓１７によつて閉ざされてい
る。こうして、内側リング８と外側リング１２と
で構成されている冷却リングの内部で、冷却媒体
は循環するけれども、ビレツト１とは直接に接触
しない。ダイス型３に隣接する側の冷却リングの
端面６にて、対の孔部１４，１５はそれぞれ供給
管、還流管に接続される。これ等の管はリング状
ハウジング１８内に存在する。リング状ハウジン
グ１８内における冷却リングの端面６には、異る
径の２つの同心のリング空間部２７，２８が存在
し、径方向外側の孔部１４のすべての口は、上記
空間部の一方に、また径方向内側に位置する孔部
１５のすべての口は上記空間部の他方に連通す
る。管またはホースを接続するために、リング状
ハウジング１８内には結合ニツプル２９が存在す
る。供給管または還流管２６には、制御能力をも
つ絞り弁Ｖが装備されていて、この絞り弁によつ
て、例えば温度感知部を利用して、ビレツト１の
温度が変形領域内で適正な温度水準に維持される
ことにより、流れ挙動と、ひいては冷却効率が常
に諸要求に適応できるようになつている。 既設の押出し成形機の場合に、スペース上の理
由から冷却媒体の供給および排出のレイアウトが
冷却リングのダイス型末端で不可能な場合に、冷
却媒体を供給し、送出す管は押出しビレツト収納
部側に径方向孔部として構成され得る。 冷却媒体は水その他の液体、蒸気または蒸発性
液体であつてもよい。 ダイス型３は先端で、外側リング１２および内
側リング８に対して接する。ダイス型３と環３０
は押し出し成形機に通常のやり方で固着できる。
冷却リングの軸方向長さはビレツト用孔部の径の
0.25〜２倍が好ましく、内側リング８の壁厚は外
側リング１２の壁厚の半分以下が好ましい。迅速
に反応する冷却作用を確保するには、内側リング
８の壁厚は、ビレツト用孔部９の径の1/4以下と
するのがよい。 径方向内側でほゞ水平にのびる冷却用孔部は或
る円周上に位置することとなるが、その円周の径
はビレツト収納部用孔部の径の１1/2よりも小さ
く、特に１1/4よりも小さいのが好ましい。 径方向外側から耐圧リング２０が冷却リングを
その外側リング１２の外周で締まり締めにより囲
む。耐圧リング２０はねじ２４によりビレツト収
納部２の前端面３２に固定される。強度的な理由
から複数の、共軸に重なる耐圧リング２０も用い
得るが、これ等耐圧リングは相互にしまり締めを
受ける。外側リング１２も内側リング８に対しし
まり締めされている。軸方向力の伝達のために、
内側リング８および外側リング１２ならびに耐圧
リング２０は、それぞれリング肩部１１，２２を
具備している。これ等リング肩部には、リング
８，１２，２０がその相互に嵌合し合う部分で円
錐形状に構成され得る。 第３図に示す他の実施例においては、冷却リン
グ１２′が、内側リング８を用いない状態で、ダ
イス型近傍のビレツト孔部９と同径の共軸的仕切
り面として直接、構成されている。少なくとも一
つのリング２０が冷却リング１２′に共軸にしま
りばめされている。その他、第１図および第２図
におけると同じないし相当の部分に対しては、同
じ照合番号が付してある。 内側リング８と外側リング１２とから成る冷却
リング（第１図）や冷却リング１２′（第３図）
がその長さの一部分であるダイス型側面域におい
て円錐形状に構成されてもよい。しかし、孔部１
０の入口側末端はビレツト孔部９と径を等しくす
る。 かくして、変形および摩擦熱が、押出しダイス
型３の前の変形域から直接、冷却操作を通じて放
出され、ビレツト１の温度を適性水準に確保す
る。これによつて押出し速度を高めることが可能
となる。 以下に比較データの一例を次表に示す。軽金属
合金はASTM（American Society for Testing
and Materials）の番号で特定されている。その
他の規格は米国ワシントン特別区のアルミニウム
協会（Alminum Association）から発行されて
いる。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却装置を備えた変形領域での軽金属
に対する押出し成形機の長さ方向断面であり、第
２図は第１図の線分−に沿う断面図であり、
第３図は別の実施例の断面図である。 １……ビレツト、２……シリンダ、３……押出
しダイス型、４……開口部、５……押出し成形
品、６……端面、８……冷却リングの内側リン
グ、９……孔部、１０，１０′……孔部、１１…
…リング肩部、１２……冷却リングの外側リン
グ、１２′……冷却リング、１３……ピストン、
１４，１５……孔部、１６……孔部、１７……
栓、１８……ハウジング、２０……耐圧リング、
２２……リング肩部、２４……ねじ、２９……結
合ニツプル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 押出し空間をなす押出しシリンダ２と、 前記押出し空間の少なくとも一部内で動作する
   ピストン１３と、 押出されてくる軽金属のビレツトを受けるよう
   に配置された押し出しダイス型３と、 前記ビレツトが押出しにより最大の変形を受け
   る領域において、前記ビレツトを冷却する冷却手
   段とを備え、この冷却手段が、 押出し方向で見て前記ダイス型の直前の領域に
   して、押出し成形中に前記ビレツトに最大の変形
   が生じる領域に位置させられた冷却リング（８＋
   12、12′）であつて、前記押出しシリンダの前記
   ダイス型側の孔９に一致した同軸の延長部をなす
   内径を持つ冷却リングと、 冷却流体を前記ビレツトから分離・遮断かつシ
   ールして前記冷却リング内に流す手段１４，１
   ５，１８，２６，２７，２８，２９）と、 前記冷却リングを囲んでそれに締りばめされた
   耐圧リング２０にして、前記押出しシリンダに固
   着された耐圧リングと を有することを特徴とする軽金属ビレツトの押出
   し成形装置。 ２ 請求項１記載の装置において、前記冷却手段
   が、前記押出しシリンダ２の孔９の同軸延長部を
   なす孔１０をもつ内側リング８と、冷却剤循環路
   をもち、前記内側リングを囲む外側リング１２と
   の２部分を有することを特徴とする軽金属ビレツ
   トの押出し成形装置。 ３ 請求項１記載の装置において、前記冷却手段
   には、その構成部材内部に軸方向に延在する孔部
   １４，１５が設けられ、前記孔部に冷却剤を供給
   し、排出するために前記孔部１４，１５それぞれ
   に結合された供給・排出用接続手段が設けられる
   ことを特徴とする軽金属ビレツトの押出し成形装
   置。