JPS6124330Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、静水圧押出し用ダイス組立体に係
り、高温静水圧押出しに使用するダイスの割れ防
止と、ダイス寿命の増大を図り、併せて押出しコ
ストが低減可能なダイス組立体の提供を主目的と
する。

塑性加工において、一般的に、工具費は製造コ
ストに大きく係りを有し、工具の長寿命化及び低
コスト化は常に指向される技術課題である。

塑性加工のひとつである静水圧押出し法は従来
の直接押出し法に比して低いビレツト加熱温度で
かつ高い加工率で押出加工することが可能であ
り、ダイスに対して表面の潤滑性、熱影響は好ま
しい方向にある。

しかし、製造コストの低減を図るため、静水圧
押出し法の優れた押出し特性を活用して、最終製
品あるいは最終製品寸法に近いものを押出すこと
を指向する結果、ダイスに対して表面性状が優れ
かつ寸法変動の少ないダイス特性が要求される。

静水圧押出しに使用されるダイスにおいても、
加工材との摩擦発熱もしくは加工材温度の影響で
ダイス表面は過渡的に高温となり、ダイスベアリ
ング部の材料強度の低下による塑性変形が生じあ
るいは熱疲労による割れが生じる。

静水圧押出しの工業的利用を促進するためには
これらの技術課題を解決することが強く望まれて
いる。

そこで、当業界においてダイスの改善方策のい
くつかが提案されている。

そのひとつは、材料の供給および加工を助長す
るアプローチ部と押出材の形状を決定するベアリ
ング部とをそれぞれ交換可能な別部材でもつて一
体に組み合せた所謂組合せダイス組立体が特開昭
52−30753号、特開昭52−156160号で提案されて
いる。

この従来技術はすきま嵌め部のダイスアプロー
チ面から加工材が侵入し、デツドメタルが生じて
押出材表面品質の劣化及びダイス径縮小に伴う押
出材寸法の不揃いが生じるという不具合点があ
る。

更に又、特公昭55−130号、特公昭55−4006
号、特公昭55−24963号等においても所謂組合せ
ダイス組立体が図解されているも、本考案者等は
これら従来例を図示の範囲内で実験的検討をした
結果、ダイスチツプ外周部のすきまが0.3mm（径
寸法34mmφ）の場合、１回の使用に耐えることが
できずダイス割れが生じることを知見した。

又、ダイスチツプのすきまを嵌合可能な程度即
ち、0.01mmに小さくすると連続使用が可能となる
も、使用毎にダイス径が小さくなり10回程度の使
用で割れが発生した。

そこで本考案者等は、ダイスベアリング部の割
れ発生原因は、熱サイクルによる疲労によると考
えるとダイスベアリングは薄肉円筒にして内部の
温度差を小さくすることが好ましく、この場合の
嵌合方法は、焼嵌めあるいはすきま嵌め等が採用
されるが、いずれが好ましいか判定するため有限
要素法による応力解析を行なつた。

この解析により、内径40mmφ、外径60mmφのダ
イスチツプの外周間隙が無負荷時において0.2mm
程度である場合、間隙0.0mmつまりすきまがない
場合に比べてダイスチツプに発生する負荷時の応
力は小さくなることが明らかとなつた。

更に、斯る場合のダイスチツプ外周部の面圧は
押出圧より低い値であることから、この界面に圧
力媒体の浸入することは好ましくないことが知見
された。

このような解析結果の知見により実験を重ねた
結果、ダイスチツプ外周部間隙へ圧力媒体が浸入
することを完全に防止することは困難であり、使
用とともにダイスチツプは外圧を受けて塑性変形
する傾向が認められダイスチツプ外周部間隙が大
きくなつて圧力媒体が十分に浸入していない状態
においてダイスチツプは内圧による破損を生じる
ことが観察されたのである。

本考案者等は前記実状と鋭意研究を重ねた結
果、ダイスチツプ外周部間隙部に圧力媒体の浸入
を防ぐとともに、該間隙部を大気圧に連通させた
新しいダイス組立体の開発に成功したのである。

従つて、本考案ではビレツト側および周囲から
流動する圧力媒体の高圧を受ける静水圧押出し用
ダイス組立体において、ビレツト側にアプローチ
部が形成され反ビレツト側に筒状のリツプ部が形
成されたアプローチ構成部材と、そのビレツト側
端部が前記リツプ部に嵌合しそのビレツト側端面
で前記アプローチ構成部材を支持するダイス台座
と、内面にベアリング部が形成されたベアリング
構成部材と、から成り、前記アプローチ構成部材
の反ビレツト側内面もしくは前記ダイス台座のビ
レツト側内面に筒状空間を形成するとともに、該
筒状空間に前記ベアリング構成部材を外周にすき
まが存在する状態で収容し、かつ、前記ダイス台
座に溝もしくは孔を形成して前記すきまを大気に
連通させ、前記すきまを大気圧に保持させるよう
にしたことを特徴とする。

以下、図面を参照して本考案の実施例構成を詳
述する。

第１図は第１実施例構成に係るダイス組立体１
であり、該ダイス組立体１はアプローチ構成部材
２と、該アプローチ構成部材２を支持するダイス
台座３と、ベアリング構成部材４と、から主構成
されている。

アプローチ構成部材２はビレツト側に材料の供
給および加工を助長する円錐形のアプローチ部２
Ａが形成され、反ビレツト側には筒状のリツプ部
２Ｂが同心円上に形成されている。

ダイス台座は３はそのビレツト側端部が前記リ
ツプ部２Ａに嵌合し、そのビレツト側端面３Ａ、
即ち、ダイス軸心５と垂直な面で前記アプローチ
構成部材２を支持している。

ベアリング構成部材４はその内面にベアリング
部４Ａが形成され、該ベアリング部４Ａはストレ
ートの円筒状でそのビレツト側内周角部は0.2〜
1.0mmの面取り部４Ｂが設けてある。即ち、ビレ
ツト側端面４Ｃ及び反ビレツト側端面４Ｄはいず
れもダイス軸心５に垂直な面とされ、ダイス孔４
Ｅの出側は丸味部４Ｆを設けて使用時に引張応力
が発生しても割れ基点となるのを防止すべく材料
の流れを滑らかにしている。

前記アプローチ構成部材２、ダイス台座３はベ
アリング構成部材４を挾着したもとで図外のボル
ト等によつて組立分解自在に結合している。

６は筒状空間で、前記ベアリング構成部材４を
同軸心上に収容嵌合する空間であつて、第２図の
実施例構成では前記アプローチ構成部材２の反ビ
レツト側内面に形成してあり、第１図の実施例構
成では前記ダイス台座３のビレツト側内面に形成
している。

いずれの実施例構成においても前記筒状空間６
に前記ベアリング構成部材４を外周にすきま７が
存在する状態で同軸心上に嵌合収容してアプロー
チ構成部材２とダイス台座３を図外ボルトの複数
で結合している。

第１図において、８はダイス台座３に形成した
孔であり、ダイス軸心５と平行として形成され、
前記すきま７を大気に連通させて該すきま７を大
気圧に保持させるようにしており、又、第２図に
おいて、９はダイス台座３に形成した溝であり、
ダイス台座３のビレツト側内面にダイス軸心５と
垂直に形成してあり、いずれの実施例構成におい
ても、ダイス台座３に形成した孔８もしくは溝９
が前記すきま７を大気に連通され、該すきま７を
大気圧に保持させるようにしている。

なお、前記孔８もしくは溝９はいずれもひとつ
形成して事足りるが、場合によつては複数個形成
するものであり、複数個形成する場合には溝９の
ときは周方向等配に、孔８のとき放射方向等配に
形成することが望ましい。

更に、前記すきま７を形成する理由及び該すき
ま７を溝９もしくは孔８を介して大気圧に連通保
持させる理由につきより具体的に説明する。

ベアリング部４Ａが内面に形成されたベアリン
グ構成部材（ダイスチツプという場合もある）４
は加工材から熱を受け熱膨脹するので、ダイスチ
ツプ外周部を使用前から拘束状態にしておくと、
押出し中ダイスチツプ内部に高い圧縮力が発生
し、特に、ベアリング部４Ａは塑性降伏を生じダ
イスチツプは収縮し、結局割損の要因となる。

従つて、前記要因をなくすために前記すきま７
を形成するのである。

なお、この場合、連続使用すれば５〜10回程度
の使用でダイスチツプ寸法及びダイスチツプ外周
部すきま寸法は安定し、割損は発生しない。

一方、ダイスチツプ外周部に使用前からすきま
７を設けると、そのすきま７の大小によつて押出
し中ダイスチツプ内部に発生する応力分布は変化
する。

すきま７が大きくなるとベアリング部４Ａに発
生する圧縮応力は小さくなるがダイスチツプ外周
表層部には引張応力が発生するので使用前から大
きいすきま７を設けると１回の使用に耐えず割れ
が発生するのである。

この割れが発生するすきまの限界値はダイスチ
ツプの材質及び押出条件によつて異なる。例えば
本考案者等の実験によれば、ダイスチツプが超硬
材質の場合はすきま／ダイスチツプ外径が11/100
０で割れが発生することを知見している。

又、連続使用してダイス寸法が安定する場合の
ダイスチツプ外周部すきまはダイスチツプ材質及
び押出条件により異なりその値は実験により求め
ることができる。

本考案者等の実験例によるとと、すきま／ダイ
スチツプ外径は、実験例１では1.76〜2.06/100
０、実験例２では2.0〜2.27/1000、同３では2.97
〜3.27/1000、同４では2.07〜2.23/1000であつ
た。

なお、ダイスチツプの寸法変化特性は使用前の
ダイスチツプ外周部のすきまの影響を受け第４図
に示す関係が認められる。

第４図において、Ｘ軸はダイスチツプ外周部す
きま、Ｙ軸はビレツト温度、Ａは連続使用中にダ
イスチツプ寸法の大きくなる領域、Ｂは連続使用
中にダイスチツプ寸法の小さくなる領域、Ｃは１
回の使用に耐えずに割れの発生する領域をそれぞ
れ示している。

又、初回の押出しから製品寸法を安定化して押
出すためのダイスチツプ外周部の間隙（すきま）
は押出条件により異なるが、ダイス割れを防止す
るためにはダイスチツプ外周部間隙はダイスチツ
プ外径との比において、超硬材のときは6/1000以
下、熱間工具鋼の場合20/1000以下にすることが
望しい。

又、第１図及び第２図でも明らかなように、ア
プローチ構成部材２のアプローチ部２Ａとベアリ
ング構成部材４のベアリング部４Ａの接触界面に
は圧力シールの保持がなければ圧力媒体の昇圧が
不可能となるためアプローチ部２Ａはベアリング
部４Ａにかぶさる形状とされ、図示しないが当該
接触界面に設けたシールを保持する。

実験的には特に前記シール材はなくとも圧力媒
体のシール保持は可能であるも、工業的に使用す
る場合には別途シール部材を設ける方が信頼性が
向上することになる。

更に、ダイスベアリング部４Ａは加工材との摩
擦発熱及び高温に加熱されたビレツト温度により
その表層は高温になり第３図に示すようなダイス
チツプ応力解析結果のように温度分布が発生す
る。

この温度分布は熱疲労の原因となるものであ
り、熱伝導性の良い材質あるいは薄肉形状のベア
リング部にすることにより熱疲労による割れ発生
を抑制することができる。

そこで本考案者等はベアリング部肉厚と割れ寿
命に関する実験結果からベアリング部肉厚は20mm
以上では割れが発生し、17.5mm以下では20回使用
で割れの発生しないことを確かめることができ
た。

そして、熱疲労の観点から肉厚は小さい程望し
いが実験的には3.75mmが最少肉厚であることを確
かめることができ、さらに小肉厚にするとは可能
であるも作業性を含めて薄肉化は検討されるもの
となる。

次に、本考案の実施例について説明する。

〔実施例 １〕 ダイスチツプ 材質；超硬材、内径；23.0mm、
外径；34.0mm、高さ；６mm 押 出 材 キユプロニツケル ビレツト温度 900℃ 押 出 比 32 押 出 圧 7500Kg／cm² 押 出 数 50回使用して損傷は全くなく、
ダイス穴径は±0.05mmの範囲内
にある。

間 隙 除圧時で0.06〜0.07mm 〔実施例 ２〕 ダイスチツプ 材質；熱間工具鋼、内径；22.5
mm、外径；34.0mm、高さ；６mm 押 出 材 アルミブラス ビレツト温度 800℃ 押 出 比 40 押 出 圧 7400Kg／cm² 押 出 数 50回使用してベアリング部にダ
レが生じ0.4mm径が小さくなつ
たが割れ等の損傷はなくダレ部
を除く内径は±0.1mmの範囲内
にある。

間 隙 除圧時で0.068〜0.077mm 〔実施例 ３〕 ダイスチツプ 材質；超硬、内径22.5mm、外径
30.0、高さ５mm 押 出 材 アルミブラス ビレツト温度 850℃ 押 出 比 37 押 出 圧 6760Kg／cm² 押 出 数 20回使用して損傷全くなく、ダ
イス穴径は±0.05mmの範囲内に
ある。

除圧時 0.062〜0.067mm 〔実施例 ４〕 ダイスチツプ 材質；超硬、内径22.9mm、外径
33.5mm、高さ５mm 押 出 材 キユプロニツケル ビレツト温度 1000℃ 押 出 比 31 押 出 圧 8530Kg／cm² 押 出 数 15回使用して損傷全くなく、ダ
イス穴径は±0.05mmの範囲内に
ある。

間 隙 除圧時で0.10〜0.11mm 以上、詳細に説明したところから明らかなよう
に、本考案に係るダイス組立体によれば、静水圧
押出しに使用するダイス組立体として割損を防止
し、ダイス寿命を増大させしかも押出しコストを
大幅に低減できるものとして実益大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係るダイス組立
体の断面図、第２図は同第２実施例の断面図、第
３図はダイスチツプ応力解析の説明図、第４図は
ダイスチツプの寸法変化特性の説明図である。 １……ダイス組立体、２……アプローチ構成部
材、２Ａ……アプローチ部、３……ダイス台座、
４……ベアリング構成部材、４Ａ……ベアリング
部、６……筒状空間、７……すきま（間隙）、８
……孔、９……溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ビレツト側および周囲から流動する圧力媒体の
   高圧を受ける静水圧押出し用ダイス組立体におい
   て、ビレツト側にアプローチ部が形成され反ビレ
   ツト側に筒状のリツプ部が形成されたアプローチ
   構成部材と、そのビレツト側端部が前記リツプ部
   に嵌合しそのビレツト側端面で前記アプローチ構
   成部材を支持するダイス台座と、内面にベアリン
   グ部が形成されたベアリング構成部材と、から成
   り、前記アプローチ構成部材の反ビレツト側内面
   もしくは前記ダイス台座のビレツト側内面に筒状
   空間を形成するとともに、該筒状空間に前記ベア
   リング構成部材を外周にすきまが存在する状態で
   収容し、かつ、前記ダイス台座に溝もしくは孔を
   形成して前記すきまを大気に連通させ、前記すき
   まを大気圧に保持させるようにしたことを特徴と
   する静水圧押出し用ダイス組立体。