JPS61150714A - 繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法 - Google Patents
繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法Info
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- JPS61150714A JPS61150714A JP27690284A JP27690284A JPS61150714A JP S61150714 A JPS61150714 A JP S61150714A JP 27690284 A JP27690284 A JP 27690284A JP 27690284 A JP27690284 A JP 27690284A JP S61150714 A JPS61150714 A JP S61150714A
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- extrusion
- extruded
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、マトリックスとなる金属中に強化繊維が分散
含有された繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方
法に関する。
含有された繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方
法に関する。
従来、ウィスカやその他の無機質短繊維が強化材として
、分散された繊維強化金属材料は、その硬度がＨＲＢ８
０〜１２０と非常に固く脆いために、種々の加工上の困
難があった。そのために断面形状が均一な長尺品等の製
造は、押出し成形を応用することによって非常に有利な
加工法を提供することができる。
、分散された繊維強化金属材料は、その硬度がＨＲＢ８
０〜１２０と非常に固く脆いために、種々の加工上の困
難があった。そのために断面形状が均一な長尺品等の製
造は、押出し成形を応用することによって非常に有利な
加工法を提供することができる。
この種の繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法
としては、特開昭５９−７４２４８に開示されている様
に、アルミニウムまたはその合金からなるマトリックス
中に強化繊維チョップが分散含有された複合ビレットを
、マトリックスの液相線温度以上に加熱して半溶融ない
しは溶融状態にしてこの状態を保ちつつダイスを通して
押出し加工するという方法が知られていた。
としては、特開昭５９−７４２４８に開示されている様
に、アルミニウムまたはその合金からなるマトリックス
中に強化繊維チョップが分散含有された複合ビレットを
、マトリックスの液相線温度以上に加熱して半溶融ない
しは溶融状態にしてこの状態を保ちつつダイスを通して
押出し加工するという方法が知られていた。
しかしながら、上記先行技術においては、押出し時の、
複合ビレット加熱温度がマトリックス金属の液相線より
も高いために、押出し成形製品の表面が溶解し、寸法精
度のよい成形製品が得られなかったり、溶融状態又は、
半熔融状態で押出すために押出し圧力が材料内部にゆき
わたらず、内部に欠陥が出来易いなどの問題点があった
。
複合ビレット加熱温度がマトリックス金属の液相線より
も高いために、押出し成形製品の表面が溶解し、寸法精
度のよい成形製品が得られなかったり、溶融状態又は、
半熔融状態で押出すために押出し圧力が材料内部にゆき
わたらず、内部に欠陥が出来易いなどの問題点があった
。
そこで本発明は、上述のような問題点を解決する技術的
手段を提供することを目的とする。
手段を提供することを目的とする。
マトリックスとなる金属中に強化繊維が分散されてなる
複合ビレットを加熱加圧し、ダイスを通して押出し加工
する繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法にお
いて、前記複合ビレットの加熱温度が前記マトリックス
金属の融点よりも２００〜１００℃低く、かつ前記ダイ
スの押出し部のダイス角が１１０”〜１４０°であり、
前記ダイスのヘアリング部の長さが前記ダイスの押出し
部の口径の１／１０〜１であり、前記押出し加工におけ
る押出し速度が０．５〜ｂ いう技術的手段を採用する。
複合ビレットを加熱加圧し、ダイスを通して押出し加工
する繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法にお
いて、前記複合ビレットの加熱温度が前記マトリックス
金属の融点よりも２００〜１００℃低く、かつ前記ダイ
スの押出し部のダイス角が１１０”〜１４０°であり、
前記ダイスのヘアリング部の長さが前記ダイスの押出し
部の口径の１／１０〜１であり、前記押出し加工におけ
る押出し速度が０．５〜ｂ いう技術的手段を採用する。
上記技術的手段による作用を説明すると、繊維強化金属
材料の押出し成形製品の製造方法において、押出し時の
複合ビレットの加熱温度をマトリックス金属の融点より
も２００〜１００℃低くすることによって、マトリック
ス金属が溶融することな（押出されるために、融点によ
って発生し易い寸法精度のくるいや、表面の凹凸や成形
製品内部の欠陥が防止できる。またダイスのダイス角度
、ベアリング部の長さ、及び押出し速度を制限したこと
により、複合ビレットの加熱温度をマトリックス金属の
融点よりも低（したことによって発生する押出し時の大
きな変形抵抗が押出し成形製品の寸断や表面のうろこ状
の模様のような欠陥となって表れることを効果的に防止
することができる。
材料の押出し成形製品の製造方法において、押出し時の
複合ビレットの加熱温度をマトリックス金属の融点より
も２００〜１００℃低くすることによって、マトリック
ス金属が溶融することな（押出されるために、融点によ
って発生し易い寸法精度のくるいや、表面の凹凸や成形
製品内部の欠陥が防止できる。またダイスのダイス角度
、ベアリング部の長さ、及び押出し速度を制限したこと
により、複合ビレットの加熱温度をマトリックス金属の
融点よりも低（したことによって発生する押出し時の大
きな変形抵抗が押出し成形製品の寸断や表面のうろこ状
の模様のような欠陥となって表れることを効果的に防止
することができる。
以下本発明の実施例を図に従って説明する。第１図は、
本発明の実施に使用する押出し成形装置の断面図である
。１０は押出し装置本体であり、１１は本体１０の内部
に固定された複合ビレットを挿入する容器となるコンテ
ナであり、複合ビレットを加熱するためのヒータ１２が
埋設されている。１３は、押出し成形によって成形製品
の直径を決定するダイス、１４は本体１０にダイス１３
を保持するダイスホルダである。本体１０の上部には、
ダイス１３と中心軸を共通する押出しプランジ中！５が
設けられ耐圧板１６を介して複合ビレットに押出し圧力
を加える。また本体９の下方には、ダイス１３と中心軸
を共通して上下し、コンテナ１１内で複合ビレットを加
熱する際、加熱が均一に行なえるようにコンテナ１１内
の空間のほぼ中央に複合ビレットを押上げるための下部
プランジャ１７が設けられている。本発明の押出し装置
は、被押出し材が繊維強化材であるために、通常のアル
ミニウム等の押出しの場合に比較して被押出し材の変型
抵抗が大きく、装置にかかる応力も大きいので、本体ｌ
Ｏ、コンテナ１１、ダイ１ス１３、ダイスホルダ１４、
耐圧板１６は５ＫＤ６１等の熱間ダイス鋼を用いるのが
望ましい。第２図は、本発明にその形状を限定するダイ
ス１３の断面図である。ダイスのテーパ一部２０の傾斜
の度合を示すダイス角αは１２００であり、テーパ一部
２０に続くストレート部であるベアリング部２１の直径
は１０ｍであり長さは５１１ｍである。
本発明の実施に使用する押出し成形装置の断面図である
。１０は押出し装置本体であり、１１は本体１０の内部
に固定された複合ビレットを挿入する容器となるコンテ
ナであり、複合ビレットを加熱するためのヒータ１２が
埋設されている。１３は、押出し成形によって成形製品
の直径を決定するダイス、１４は本体１０にダイス１３
を保持するダイスホルダである。本体１０の上部には、
ダイス１３と中心軸を共通する押出しプランジ中！５が
設けられ耐圧板１６を介して複合ビレットに押出し圧力
を加える。また本体９の下方には、ダイス１３と中心軸
を共通して上下し、コンテナ１１内で複合ビレットを加
熱する際、加熱が均一に行なえるようにコンテナ１１内
の空間のほぼ中央に複合ビレットを押上げるための下部
プランジャ１７が設けられている。本発明の押出し装置
は、被押出し材が繊維強化材であるために、通常のアル
ミニウム等の押出しの場合に比較して被押出し材の変型
抵抗が大きく、装置にかかる応力も大きいので、本体ｌ
Ｏ、コンテナ１１、ダイ１ス１３、ダイスホルダ１４、
耐圧板１６は５ＫＤ６１等の熱間ダイス鋼を用いるのが
望ましい。第２図は、本発明にその形状を限定するダイ
ス１３の断面図である。ダイスのテーパ一部２０の傾斜
の度合を示すダイス角αは１２００であり、テーパ一部
２０に続くストレート部であるベアリング部２１の直径
は１０ｍであり長さは５１１ｍである。
なお、コンテナ１１およびダイス内面には押出し成形品
が滑らかに押出されるために二硫化モリブテンを主成分
とする潤滑剤がスプレー塗布されているがこの潤滑剤と
してはポロンナイトライド、グラファイト等も使用でき
る。
が滑らかに押出されるために二硫化モリブテンを主成分
とする潤滑剤がスプレー塗布されているがこの潤滑剤と
してはポロンナイトライド、グラファイト等も使用でき
る。
次に本発明の実施の手順を操作順に説明する。
マトリックス金属としてアルミニウム（Ａ １０５０）
、強化繊維として炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）ウィスカを選
び、炭化珪素ウィスカがアルミニウムに対して体積含有
率（Ｖｆ）が２０％となるように複合ビレットを作製し
た。複合ビレットの大きさは直径３０ｍ、長さ６０ｔｍ
で公知の高圧鋳造法によって製作した。次にこの複合ビ
レットを第１図の押出し成形装置のコンテナ１１内に挿
入し、下部プランジャ１７によって複合ビレットがコン
テナ１１内の空間のほぼ中央に位置するように押上げ保
持した。これは、複合ビレットがダイス１３に当接して
位置すると、次にヒータ１２による加熱で均一な加熱が
行われにくいためである。ヒータ１２への通電によって
複合ビレットおよびコンテナ１１の温度が６２０℃で均
一に加熱されるまで約３０分間加熱を行った後、すばや
く下部プランジャ１７を引き出し、押し出し軸上から除
去すると共に、耐圧板１６を介して押出しプランジャ１
５で加圧し、あらかじめ潤滑剤として二硫化モリブデン
をスプレー塗布したダイス１３のベアリング部２１から
押出した。ごときの押出しプランジャ１５速度は、０．
１ｆｌ／秒であり、押出し成形品の押出される速度は０
．９ ｍ ／秒であった。この結果、滑らかな表面を持
ち、寸法精度もよい押出し棒が得られた。この押出し棒
から曲げ試験用テストピースを削り出し、所定の曲げ試
験装置にて曲げ強度を測定したところ、５１ｋｇ／−と
なり押出し前の複合ビレットと遜色ない特性が得られ、
欠陥等が発生していないことが示された。また、所定の
ロックウェル硬度試験によって、ロックウェル硬度ＨＲ
Ｂ７５が得られ、硬さにおいて複合ビレ・ノドと比較し
て劣化がほとんど認められなかった。
、強化繊維として炭化珪素（Ｓ ｉ Ｃ）ウィスカを選
び、炭化珪素ウィスカがアルミニウムに対して体積含有
率（Ｖｆ）が２０％となるように複合ビレットを作製し
た。複合ビレットの大きさは直径３０ｍ、長さ６０ｔｍ
で公知の高圧鋳造法によって製作した。次にこの複合ビ
レットを第１図の押出し成形装置のコンテナ１１内に挿
入し、下部プランジャ１７によって複合ビレットがコン
テナ１１内の空間のほぼ中央に位置するように押上げ保
持した。これは、複合ビレットがダイス１３に当接して
位置すると、次にヒータ１２による加熱で均一な加熱が
行われにくいためである。ヒータ１２への通電によって
複合ビレットおよびコンテナ１１の温度が６２０℃で均
一に加熱されるまで約３０分間加熱を行った後、すばや
く下部プランジャ１７を引き出し、押し出し軸上から除
去すると共に、耐圧板１６を介して押出しプランジャ１
５で加圧し、あらかじめ潤滑剤として二硫化モリブデン
をスプレー塗布したダイス１３のベアリング部２１から
押出した。ごときの押出しプランジャ１５速度は、０．
１ｆｌ／秒であり、押出し成形品の押出される速度は０
．９ ｍ ／秒であった。この結果、滑らかな表面を持
ち、寸法精度もよい押出し棒が得られた。この押出し棒
から曲げ試験用テストピースを削り出し、所定の曲げ試
験装置にて曲げ強度を測定したところ、５１ｋｇ／−と
なり押出し前の複合ビレットと遜色ない特性が得られ、
欠陥等が発生していないことが示された。また、所定の
ロックウェル硬度試験によって、ロックウェル硬度ＨＲ
Ｂ７５が得られ、硬さにおいて複合ビレ・ノドと比較し
て劣化がほとんど認められなかった。
次に、本発明の特徴であるダイス角、ビレットの加熱温
度、押出し速度、ベアリング部の長さについて実験例を
開示する。ダイス角αは、アルミニウム（例えばＡ１０
５０）ではどのような角度であっても押出し可能である
が、本発明の場合のように、ウィスカを強化剤とする繊
維強化金属の押出し成形にあっては、材料の流動性が悪
いために１１０°〜１４０”以外の角度であっては、ど
のような条件でも押出し時の材料の正常な流れが起きに
＜＜、押出し成形製品の表面にうろこ状の模様が入った
り、寸断されたりする。実験の結果１２００が最適であ
ることが確認された。
度、押出し速度、ベアリング部の長さについて実験例を
開示する。ダイス角αは、アルミニウム（例えばＡ１０
５０）ではどのような角度であっても押出し可能である
が、本発明の場合のように、ウィスカを強化剤とする繊
維強化金属の押出し成形にあっては、材料の流動性が悪
いために１１０°〜１４０”以外の角度であっては、ど
のような条件でも押出し時の材料の正常な流れが起きに
＜＜、押出し成形製品の表面にうろこ状の模様が入った
り、寸断されたりする。実験の結果１２００が最適であ
ることが確認された。
次に複合ビレットの加熱温度と得られる押出し成形製品
の特性を調べた結果を第３図に示す。第３図において縦
軸は複合ビレット加熱温度、横軸は、マトリックスアル
ミニウム（Ａ１０５０）に対する炭化珪素ウィスカの体
積含有率（Ｖｆ）である。Ｖｆ＝０．１０，２０．３０
．４０％においてそれぞれ押出し成形製品を得た結果、
図中矢印で示す範囲で健全な押出し成形製品を得ること
ができ、領域■では、寸法精度が不満足であったり、表
面に凹凸が発生し、領域■では、成形製品の表面がうろ
こ状になったり、寸断が発生したりし、領域■において
健全な成形製品を得ることができることから明らかとな
り、アルミニウム（Ａ１０５０）の融点である６６０℃
よりも２０”〜１００℃低い温度が適することがわかる
。なお、このときのダイス角αは１２０’、ダイス１３
のベアリング部２１の長さは５鰭、押出し速度は、０、
９ ｍ ／秒である。
の特性を調べた結果を第３図に示す。第３図において縦
軸は複合ビレット加熱温度、横軸は、マトリックスアル
ミニウム（Ａ１０５０）に対する炭化珪素ウィスカの体
積含有率（Ｖｆ）である。Ｖｆ＝０．１０，２０．３０
．４０％においてそれぞれ押出し成形製品を得た結果、
図中矢印で示す範囲で健全な押出し成形製品を得ること
ができ、領域■では、寸法精度が不満足であったり、表
面に凹凸が発生し、領域■では、成形製品の表面がうろ
こ状になったり、寸断が発生したりし、領域■において
健全な成形製品を得ることができることから明らかとな
り、アルミニウム（Ａ１０５０）の融点である６６０℃
よりも２０”〜１００℃低い温度が適することがわかる
。なお、このときのダイス角αは１２０’、ダイス１３
のベアリング部２１の長さは５鰭、押出し速度は、０、
９ ｍ ／秒である。
、第４図は、第３図と同様にＶｆ＝０．１０，２０．３
０．４０％において押出し速度を変化させたときに得ら
れた成形製品の特性を調べた結果を示したものである。
０．４０％において押出し速度を変化させたときに得ら
れた成形製品の特性を調べた結果を示したものである。
押出し速度は遅いほど、表面状態も清らかで、寸断され
るようなことがなく好ましいが、図より１０ｆｌ／秒以
下であれば上記のような不都合は生じに（くなり、とり
わけ３ｆｌ／秒以下が望ましいが、生産性を考慮すると
下限は０．５ｍ／秒程度である。なお、このときのダイ
ス角αは１２００、ダイス１３のベアリング部２１の長
さは５１１１、複合ビレット加熱温度は６２０℃である
。
るようなことがなく好ましいが、図より１０ｆｌ／秒以
下であれば上記のような不都合は生じに（くなり、とり
わけ３ｆｌ／秒以下が望ましいが、生産性を考慮すると
下限は０．５ｍ／秒程度である。なお、このときのダイ
ス角αは１２００、ダイス１３のベアリング部２１の長
さは５１１１、複合ビレット加熱温度は６２０℃である
。
また、ダイス１３のベアリング長さについてもダイス穴
径に対し種々の比のものについて試験を行った結果０．
１〜１の範囲が押出し成形製品に前述のような不都合が
発生せず、とりわけ０．１〜０゜５で好ましい成形製品
を得ることができた。
径に対し種々の比のものについて試験を行った結果０．
１〜１の範囲が押出し成形製品に前述のような不都合が
発生せず、とりわけ０．１〜０゜５で好ましい成形製品
を得ることができた。
以上述べたように、ダイス角、複合ビレット、加熱温度
、押出し速度、ダイス１３のベアリング部２１の長さは
、これらの条件が最適でなく押出し抵抗が大きくなると
、ベアリング部２１を抜ける時に大きな圧縮力が加わる
。これがベアリング部２１を抜けたあと引張力に変わる
ために押出し成形製品が寸断されたり、表面にうろこ状
の模様がはいったりする原因となる。従って上記の４つ
の条件を本発明に述べたように制御することによって、
寸法精度がよく、また表面が滑らかで内部に欠陥のない
押出し成形製品を効果的に製造することができる。
、押出し速度、ダイス１３のベアリング部２１の長さは
、これらの条件が最適でなく押出し抵抗が大きくなると
、ベアリング部２１を抜ける時に大きな圧縮力が加わる
。これがベアリング部２１を抜けたあと引張力に変わる
ために押出し成形製品が寸断されたり、表面にうろこ状
の模様がはいったりする原因となる。従って上記の４つ
の条件を本発明に述べたように制御することによって、
寸法精度がよく、また表面が滑らかで内部に欠陥のない
押出し成形製品を効果的に製造することができる。
本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく広く
応用可能である。本発明のウィスカは炭化珪素（Ｓ ｉ
Ｃ）の他窒素珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａ １
２０３） 、ｙｈつ化ｆタフ （Ｔ ｔ Ｂ ２）チタ
ン酸カリウム繊維等が含まれ、マトリックスとなる金属
としては、アルミニウムＡ１０５０の他に１０系、６０
系のアルミニウム、亜鉛または銅、およびこれらを主成
分とする合金等が含まれる。また本発明の押出し成形の
最大押出し比は９００まで可能であり、ウィスカの体積
含有率は０〜５０％までが可能である。
応用可能である。本発明のウィスカは炭化珪素（Ｓ ｉ
Ｃ）の他窒素珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａ １
２０３） 、ｙｈつ化ｆタフ （Ｔ ｔ Ｂ ２）チタ
ン酸カリウム繊維等が含まれ、マトリックスとなる金属
としては、アルミニウムＡ１０５０の他に１０系、６０
系のアルミニウム、亜鉛または銅、およびこれらを主成
分とする合金等が含まれる。また本発明の押出し成形の
最大押出し比は９００まで可能であり、ウィスカの体積
含有率は０〜５０％までが可能である。
以上述べたように本発明においては、繊維強化金属複合
材料の押出し成形製品の製造方法において、押出し部の
ダイスのダイス角およびベアリング部の長さ、被押出し
材である複合ビレットの加熱温度、押出し速度を最適範
囲に定めたことによって、寸法精度がよく表面が滑らか
で、内部に欠陥を含まない押出し成形製品を歩留りよく
生産することができるという効果がある。
材料の押出し成形製品の製造方法において、押出し部の
ダイスのダイス角およびベアリング部の長さ、被押出し
材である複合ビレットの加熱温度、押出し速度を最適範
囲に定めたことによって、寸法精度がよく表面が滑らか
で、内部に欠陥を含まない押出し成形製品を歩留りよく
生産することができるという効果がある。
第１図は、本発明の押出し成形装置の断面図、・第２図
は第１図の押出し成形装置に用いられるダイスの拡大断
面図、第３図は複合ビレットの加熱温度の影響を説明す
る特性図、第４図は押出し速度の影響を説明する特性図
である。 １１・・・コンテナ、１２・・・ヒータ、１３・・・ダ
イス、１５・・・押出しプランジャ、２０・・・ダイス
テーパ一部、２１・・・ベアリング部。
は第１図の押出し成形装置に用いられるダイスの拡大断
面図、第３図は複合ビレットの加熱温度の影響を説明す
る特性図、第４図は押出し速度の影響を説明する特性図
である。 １１・・・コンテナ、１２・・・ヒータ、１３・・・ダ
イス、１５・・・押出しプランジャ、２０・・・ダイス
テーパ一部、２１・・・ベアリング部。
Claims (1)
- マトリックスとなる金属中に強化繊維が分散されてなる
複合ビレットを加熱加圧し、ダイスを通して押出し加工
する繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法にお
いて、前記複合ビレットの加熱温度が前記マトリックス
金属の融点よりも２００〜１００℃低く、かつ前記ダイ
スの押出し部のダイス角が１１０°〜１４０°であり、
前記ダイスのベアリング部の長さが前記ダイスの押出し
部の口径の１／１０〜１であり、前記押出し加工におけ
る押出し速度が０．５〜１０ｍｍ／秒であることを特徴
とする繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27690284A JPS61150714A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27690284A JPS61150714A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61150714A true JPS61150714A (ja) | 1986-07-09 |
Family
ID=17575975
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27690284A Pending JPS61150714A (ja) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | 繊維強化金属材料の押出し成形製品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61150714A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110026445A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-07-19 | 湖南科技大学 | 包覆结构金属复合材料的立式铸挤复合制备装置及方法 |
-
1984
- 1984-12-26 JP JP27690284A patent/JPS61150714A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110026445A (zh) * | 2019-05-28 | 2019-07-19 | 湖南科技大学 | 包覆结构金属复合材料的立式铸挤复合制备装置及方法 |
| CN110026445B (zh) * | 2019-05-28 | 2023-08-01 | 湖南科技大学 | 包覆结构金属复合材料的立式铸挤复合制备装置及方法 |
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