JPS5949089B2 - アルミニウム合金押出成型方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低温炭酸ガスと雪状ドライアイスの混合物によ
り押出材の急速冷却と表面酸化防止を、そしてダイスお
よびダイス付属金物の冷却を行なうアルミニウムまたは
アルミニウム合金の押出成型方法に関する。

押出成型機によりアルミニウムあるいはアルミニウム合
金を押出成型する場合、押出材はビレットの予熱とダイ
ス通過時の摩擦熱により５００℃以上に温度上昇する。

昇温した押出材は通常、空気又は水等で冷却されるが、
この際酸化による表面状態の劣化、熱歪の発生によるね
じれ、ゆがみ等を生じて押出材の商品価値を損う欠点が
あった。

更に押出ダイスの型面（ベアリング面）も予熱されたビ
レットよりの伝熱と摩擦熱の発生ｔこより５００℃以上
の高温となり、ダイス材料の性質が劣化し寿命が短縮す
る結果を招来していた。

これらの不都合を改善するためにダイス通過後の押出材
を窒素ガスあるいは液体窒素で冷却し同時に酸化防止を
行うことが採用されている。

またダイス内あるいはダイス付属金物に液体窒素、窒素
ガスの通路を設けてダイスおよびベアリング部を冷却し
て上記の欠点を補う方法が提案されている。

しかし乍ら窒素ガスを用いる方法は押出材またはダイス
の冷却効果の面では問題がある。

即ちこの場合「気体一固体」間の熱伝達の形となるが、
ガスの密度が小さいため「気体一固体」間の熱伝達係数
が小さく、充分に冷却するためには多量の窒素ガスと大
きい熱伝達面積を必要とする。

液体窒素で冷却する方法は、液体窒素の蒸発潜熱と蒸発
した低温ガスの顕熱の双方を冷却に使えること、押出材
を急冷することが出来るためアルミニウム材に焼入効果
を与え強度を増加させ得る等の長所を有する。

しかし反面液体窒素の蒸発潜熱は約４８５００°Ｃの高
温の押出材表面に一１９６℃の液体窒素が接触するとき
、その温度差が大きいため押吊材表面と液体窒素の間に
窒素ガスの境膜を生じ、熱伝達が「液−ガス−固体」の
形をとるため熱伝達抵抗が極めて大きくなり充分な熱伝
達が行なわれないこと、温度差が非常に大きいことによ
る熱損失が大きいこと等によって冷却の効果が低く、所
期の効果を得るためには多量の液体窒素を必要とする欠
点がある。

本発明はこの様な不都合に鑑みなされたもので液化炭酸
ガスを細孔より噴出して生成した低温炭酸ガスと雪状ド
ライアイスの混合物を吹きつけることにより押出材の急
速冷却と表面酸化防止を、そしてダイスの冷却を行う方
法に関する。

炭酸ガスは大量に貯蔵する場合は通常低温貯槽により２
０ｋｇ／ｉ以上の圧力で液化炭酸ガスとして貯蔵される
。

この圧力の液化炭酸ガスをノズル等細孔より噴出させ膨
張させると、約５０％が雪状ドライアイスに、残りが昇
華温度（−７９°Ｃ）付近の低温炭酸ガスとなり、これ
らの混合物の音速を超える高速噴流を得ることが出来る
。

本発明ｔはアルミニウム押出機のダイス出口近傍に液化
炭酸ガスを噴出する複数個のノズル又は細孔を設け、ダ
イスより送り出される高温の押出成型材に上記雪状ドラ
イアイスを含む低温の高速噴流を吹きつけるもので、こ
れにより極めて効果的に高温の押出材を急冷することが
出来る。

この場合生成した微粒のドライアイスは高速ガス流と共
に高温の押出材表面に叩きつけられるため、即ち圧力を
伴って接触するためドライアイスと押出材間の熱伝達率
は非常に良くなり、ドライアイスの昇華熱は有効に押出
材に伝熱される。

また低温炭酸ガスは高速で押出材表面を移動するため「
ガス−固体」間の熱伝達率が上昇する。

更にまた炭酸ガスの冷却に関係する物性値は液体窒素の
それと比較すると第１表に示す如くであり、単位容積当
りの冷却効果は炭酸ガスが犬である。

従って本発明方法によれば炭酸ガス自身の物性と熱伝達
率の上昇の双方により効果的に押出材を急冷し得る。

また押出材表面を冷却した低温炭酸ガス及びドライアイ
スの昇華によって生成した低温炭酸ガスは未だ充分低温
であるので、押出機出口部に適当な形の覆を設けて小室
を形成させることにより、上記低温ガス流を押出材と向
流せしめて予冷し、更にダイス及びこれに付属するバッ
カーリング等の金物に通路を設けて、この通路中に上記
低温ガスを通過させることにより上記ダイス等を冷却す
るこ吉か出来る。

また小室を設けることにより、ダイスより押出される高
温の押出材を無酸化雰囲気である炭酸ガスのみで包むこ
とが出来、従って押出材の表面酸化を完全に防止し得る
。

更にまたノズルと押出材の間に数万ボルトの直流電圧を
荷電しておき噴出生成したドライアイスの微粒子と押出
材との間に電位差を与えることによって噴流中のドライ
アイス粒子を押出材表面に集束させて一層冷却効果を上
昇せしめることが出来る。

以下本発明を図によって詳細説明する。

第１図は本発明によるアルミニウム合金押出成型機の押
出部の一実施例を示したものである。

押出しに適当な温度例えば３００℃程度に予熱されたビ
レット１はコンテナ２内で背面よりラム（図示せず）に
より強圧されダイス３の孔型により成型され押山村４と
なって送り出される。

この成型された押出材４はダイス孔型面の摩擦熱が加わ
り４００℃〜５００℃程度に昇温する。

またこの際ダイス３も昇温ビレット１よりの伝熱および
ダイス孔型面の摩擦熱により昇温する。

ダイス３はこれに接しているダイスホルダー５、バッカ
ーリング６、中空リング７および保持金物８等により正
規の位置を保持され、またこれらを外側より保持しラム
圧力を受けとめるクロスヘッド９等の構成部品により押
出部が構成されている。

昇温したダイス３からは通常の場合これらの構成部品を
介して熱が放散されるが、この伝熱のみでは熱の放散は
不充分でダイス３は高温に保持されるのが普通である。

クロスヘッド９の隣には押出材４を囲繞して環状管１０
がとりつけられ、該環状管１０には押出材４に向けられ
たノズル１１が複数個つけられている。

液化炭酸ガスは供給管１２、送入弁１３を介して環状管
１０に所定圧で供給され、ノズル１１より噴出して低温
の炭酸ガスと雪状ドライアイスの混合噴流となり、押出
材４を周囲よりむらなく被い囲むが如く噴射される。

これにより押出材４が極めて有効に急冷されることは上
記した通りである。

また押出機出口附近の押出材４および前記環状管１０お
よびノズル１１を覆い、片側はクロスヘッド９の押出材
出口側に密着し、別の片側には押出材４の出口である小
孔１４を有する金属製又は合成樹脂製の覆１５を設けこ
れによって小室１６を形成しノズル１１より噴射生成し
た低温炭酸ガスおよび雪状ドライアイスが散逸しない様
にする。

更にダイス３とバッカーリング６の間には通路１γ、ホ
ルダー５には通路１８、中空リング７には通路１９、保
護金物８には通路２０、クロスヘッド９には通路２１，
２２を設けて押出材４にそって該押出材の押出方向と逆
方向に流れて来る低温炭酸ガスがダイスおよびこれらダ
イス付属金物を冷却した後外部に放出される様に構成す
る。

液化炭酸ガスの噴出ノズル１１は任意の方向に設定でき
る様にし、押出機の構造により押出材の押出方向と同じ
方向又は逆の方向に設定する。

例えば第１図はノズル１１の方向を覆１５の押出材出口
小孔１４に定めて噴射した場合の例で、ドライアイスは
押出材４と出口小孔１４を形成する覆板との隙間および
その附近に集積して押出材４を冷却する。

出口小孔１４は押出材４と雪状ドライアイスの集積２３
により塞がれるので、昇華した分も含む低温炭酸ガスは
押出材４の進行方向と笹方向に流れ、高温の押出材表面
と向流し、該押出材４を効率よく予冷した後前記通路２
１，２２゜１７．１８，１９，２０を通りダイス３、ダ
イスホルダー５その他の付属金物６，７，８，９を冷却
して外部へ放出される。

第２図の例はノズルの方向を第１図と逆の方向に設定し
た場合、即ち低温炭酸ガスと固体炭酸ガスの混合噴流を
押出材の進行方向と逆の方向に押出材表面に吹きつけて
冷却する場合で、押出機の構造等により第１図の方法が
採用出来ない場合の構成例である。

また第１図の如く通路１７〜２２からの排気が充分でな
い場合又はこれを設けなかった場合、クロスヘッド９と
覆１５の間に通路２４を設け、該通路２４より炭酸ガス
を外部に排出する。

第３図はノズルと押出材の間に高電圧を荷電し生成した
ドライアイスを帯電させてドライアイスを押出材に集束
させることにより冷却効果を増進させた場合の実施例で
ある。

該図に於てノズル１１を絶縁リング２５／こより電気的
に絶縁し、直流高圧電源２６より電纜２７を介して数１
０キロボルト以上の高電圧を荷電して押出機および押出
材４との間に電位差を与えておく。

陽極であるノズル１１より噴出生成したドライアイスの
微粒子は正に帯電するため陰極である押出材４の表面に
一層良く集束し冷却効果は著しく上昇する。

第２表は通常の方法に従って冷却をせず行ったアルミニ
ウム（ＪＩＳ６０６３相当材）の押出の例と、本発明方
法（第１図装置）の低温炭酸ガスと雪状ドライアイスの
噴流により冷却しながら行ったアルミニウム（ＪＩＳ６
０６３相当材）押出の例とに於ける押出材の性質および
押出速度の比較を示したものである。

表より明らかな如く本発明方法によれば引張強度、表面
平滑度、押出材速度のいづれに於ても優れた結果が得ら
れている。

上記項目中の押出材速度は材質により変動が大きく軟質
材では５０〜１００％上昇する。

なお本発明は上記実施例のみに限定されることなく適宜
組合せて実施し得ることは勿論である。

本発明は以上の如く構成され実施されるが、これによる
特長および効果は次の通りである。

液化窒素により冷却する場合に較べてドライアイスの微
粒子を含む噴流を押出材に叩きつけるため熱伝達率が優
れていること、炭酸ガス自体の冷却性能が優れているこ
とにより、またドライアイス微粒子を帯電させて目的物
に集束せしめるこさにより、効果的に押出材あるいはダ
イス、ダイス付属金物を冷却し得る。

その結果、（１）押出材が歪、ねじれ等の変形を起さな
い。

（１１）急冷による焼入効果により押出材の強度を増加
せしめる。

（曲 押出材表面のきづを少なくし平滑度を上昇させる
。

（ＩＶ） 押出速度を上昇させ生産性を向上させる。

（■）ダイスの寿命を延長させる。

等の顕著な効果が得られ、品質と生産効率を大巾に向上
させることが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアルミニウム合金押出成型機の押
出部の一実施例の横断面図、第２図は他の実施例の横断
面図、第３図は、ノズルと押出材との間に直流高電圧を
荷電した場合の実施例の一部横断面図である。 ３はダイス、４は押出材、５はダイスホルダー、６はバ
ッカーリング、７は中空リング、８は保持金物、９はク
ロスヘッド、１１はノズル、１６は小室、１７乃至２２
は通路、２３雪状ドライアイスの集積、２６は直流高圧
電源である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 押出成型機によるアルミニウム合金の押出方法に於
   て、押出された高温の押出材表面に液化炭酸ガスを噴出
   せしめ、生成した低温炭酸ガスと雪状ドライアイスの混
   合物によって急速冷却することを特徴とするアルミニウ
   ム合金押出成型方法。 ２ 押出成型機によるアルミニウム合金の押出方法に於
   て、押出された高温の押出材表面に液化炭酸ガスを噴出
   せしめ、生成した低温炭酸ガスと雪状ドライアイスの混
   合物によって急速冷却すると共に、該冷却によってドラ
   イアイスより昇華した低温炭酸ガスならびに生成炭酸ガ
   スにより前記押出成型機のダイス、ダイス付属金物等を
   冷却することを特徴とするアルミニウム合金押出成型方
   法。 ３ 押出成型機によるアルミニウム合金の押出方法に於
   て、押出された高温の押出材表面に液化炭酸ガスを噴出
   せしめ、生成した低温炭酸ガスと雪状ドライアイスの混
   合物によって急速冷却するに際し、液化炭酸ガス噴出用
   ノズルと押出材との間に高圧直流電圧を荷電しておき、
   噴出生成した雪状ドライアイスを帯電させ該雪状ドライ
   アイスが上記押出材表面に集束するようにしたことを特
   徴とするアルミニウム合金の押出成型方法。