(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されたコンテナの収容孔内に、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱された金属ビレットを収容した後、かかるビレットをラムにて押圧することにより、ダイスを通じて、該ラムの押圧方向と同じ方向に押し出すに際して、
前記ラムの前記ビレットに対する押圧時に、該ビレットから前記ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出する一方、該検出されるダイス荷重に基づいて、該ビレットの温度と前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御することを特徴とする金属材料の等圧押出方法。
【請求項２】
前記ダイスが、前記コンテナの収容孔内に配置された部分において前記ビレットに接触せしめられて、前記ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重のみが、該ダイスに作用せしめられるように構成された押出装置を用いて、該ラムのビレットに対する押圧時に、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出するようにした請求項１に記載の金属材料の等圧押出方法。
【請求項３】
前記ラムのビレットに対する押圧に伴って該ビレットと前記コンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、該コンテナに対して、前記ラムの押圧方向に加えられるコンテナ荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときの該ラムのビレットに対する押圧力に応じて、該ラムから該ビレットに加えられるラム荷重とを更に検出し、該検出されるコンテナ荷重と該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ダイス荷重との合計荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ラム荷重との差を求め、かくして求められた差の大きさに基づいて、該ダイス荷重の誤差を求めるようにした請求項１又は請求項２に記載の金属材料の等圧押出方法。
【請求項４】
前記押出装置として、前記ダイスの全体が前記加熱されたコンテナの収容内に挿入位置せしめられてなる装置を用いることにより、該ダイスの全体の温度を一定の範囲内に保持するようにした請求項１乃至請求項３の何れかに記載の金属材料の等圧押出方法。
【請求項５】
金属ビレットを収容孔内に収容するコンテナと、
該コンテナを加熱する第一の加熱手段と、
前記ビレットを、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱する第二の加熱手段と、
前記コンテナの収容孔内に収容されたビレットを押圧するラムと、
該ラムの前記ビレットに対する押圧に伴って、該ビレットを該ラムの押圧方向と同一の方向に押し出すための押出口を有するダイスであって、前記コンテナの収容孔内に挿入位置せしめられることにより、該ラムの押圧方向において該ビレットのみに接触せしめられて、該ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから直接に加わる押出荷重のみが、作用せしめられるように構成されたダイスと、
該ダイスに加えられる前記荷重をダイス荷重として検出する検出手段と、
該検出手段にて検出される前記ダイス荷重に基づいて、前記第一の加熱手段により加熱される前記ビレットの温度と、前記第二の加熱手段により加熱される前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御する制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする押出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、金属材料（金属ビレット）の等圧押出方法並びに押出装置に係り、特に、ラムの金属ビレットに対する押圧時に、ビレットからダイスに対して直接に加えられるダイス荷重を一定に為すことにより、ダイスを通じて押し出される押出製品の品質を有利に高め得るようにした金属材料の等圧押出方法と、かかる方法の実施に際して好適に用いられる押出装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
よく知られているように、コンテナの収容孔内に収容した金属ビレット（金属材料）をラムにて押圧することにより、ダイスを通じて押し出して、所望の断面形状を呈する押出製品を得る方法の一種として、コンテナとビレットとを共に所定の温度に加熱した状態下で、ラムのビレットに対する押圧方向と同一方向において、ビレットを押し出すようにした、所謂熱間前方（直接）押出加工があり、例えば、アルミニウム合金等の押出製品（押出形材）の多くが、この方法にて製造されている。
【０００３】
ところで、このような熱間前方押出加工により、アルミニウム合金等からなるビレットの押出を行なう場合、押出が進むにつれて、押出製品の寸法、例えば、板状の押出製品の板幅や板厚等が押出方向たる長手方向において変化するという現象が生じており、それが、押出製品の品質に対して多大な悪影響を及ぼしている。
【０００４】
このため、従来から、かかる熱間前方押出加工にて得られる押出製品の品質の向上を目的として、押出製品の長手方向における寸法変化の発生原因が種々考察され、そして、その考察された発生原因に応じた、様々な対策が提案されてきているのである。
【０００５】
すなわち、例えば、特開平５−１３８２３３号公報においては、熱間前方押出加工の実施時における押出製品の長手方向の寸法変化（ここでは、主に、板状押出製品の板厚変化）が、ダイスの撓み量の変化によって生ずるものと考えられており、また、このダイスの撓み量の変化が起きる原因の一つとして、ラムのビレットに対する押圧時に、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナから、ダイスのコンテナとの接触部分に対して、ラムの押圧方向に加わる押出荷重（コンテナシール力）の変化が、挙げられている。つまり、従来の熱間前方押出加工では、一般に、ダイスの外周部が、コンテナに対して、ラムの押圧方向に接触せしめられているところから、押出加工が進んでビレットの残量が少なくなるに従って、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗が減少し、それに伴って、ダイスの外周部に対するコンテナからの押出荷重も次第に小さくなり、そのために、ダイスの撓み量が変化せしめられるとされているのである。
【０００６】
そして、かかる特開平５−１３８２３３号公報では、押出製品の長手方向における寸法変化を生ぜしめるダイスの撓み量の変化を解消乃至は抑制するために、コンテナを押圧する補助シリンダを設け、かかる補助シリンダにてコンテナを押圧することにより、押出加工中において、ダイスの外周部に対するコンテナからの押出荷重を終始一定に為すことが、提案されている。しかしながら、このような対策を講じようとすると、使用する押出装置の構造が、複雑で、且つ大がかりなものなって、押出加工に要される経済負担が増大してしまうことが避けられなかったのである。しかも、かかる公報に開示される押出装置では、ビレットからダイスに対して直接に加えられる押出荷重を制御することが出来なかったのである。
【０００７】
また、特開２００１−１２１２０８号公報においては、押出製品の長手方向の寸法変化（ここでも、主に、板状押出製品の板厚変化）が、ダイスに対するコンテナからの押出荷重の変化に加えて、ダイスの温度が変化することによって、押出製品が押し出されるダイスの押出孔（賦形空間）における間隙の大きさが、押出加工中に変動するために生ずるものと考えられており、そして、そのようなダイスの押出孔における間隙の大きさの変動を解消せしめるために、ダイスの外周面を加圧する加圧力調整ロッドを設けて、押出製品の寸法の変化量に応じて、かかる加圧調整ロッドの加圧量を調整することにより、ダイスの押出孔における間隙の大きさを一定に為すことが、提案されている。
【０００８】
しかしながら、このような特開２００１−１２１２０８号公報において提案される対策にあっても、使用されるダイス毎に、それに適した加圧調整ロッドを設けなければならないため、ダイスの構造、ひいては押出装置の構造が複雑なものとなってしまい、それ故、特に、多種類の押出製品を生産する際に、より大きな経済負担が強いられることとなるといった、極めて大きな問題が内在していたのである。
【０００９】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その第一の解決課題とするところは、金属材料の押出加工に際して、得られる押出製品の長手方向における寸法変化を低コストに且つ確実に解消することが出来、以て、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが出来る方法を提供することにある。また、本発明にあっては、そのような金属材料の押出加工を実施するに際して、有利に用いられ得て、長手方向における寸法精度が安定した高品質な押出製品が低コストに製造され得る押出装置を提供することを、その第二の課題とするものである。
【００１０】
【解決手段】
そして、本発明者は、加熱されたコンテナの収容孔内に、金属ビレットが収容され、該ビレットをラムにて押圧することにより、ダイスの押出口を通じて、ビレットが、ラムの押圧方向と同じ方向に押し出されるように構成されると共に、かかるダイスが、押出口の形成部分たる中心部分において、コンテナの収容孔内に収容されたビレットと接触する一方、外周部分において、コンテナに接触せしめられるように配置されてなる従来の押出装置を用いて、熱間前方押出加工を行なう場合、ラムのビレットに対する押圧時に、ビレットとコンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、ダイスのコンテナとの接触部分に対して、コンテナから、ラムの押圧方向に、押出荷重が加わる一方で、ダイスのビレットとの接触部分に対して、ビレットから直接に押出荷重が加わり、また、これらダイスのコンテナとの接触部分とビレットとの接触部分のそれぞれに加わる押出荷重の合計が、ラムのビレットに対する押圧力に応じて、ラムからビレットに加わるラム荷重となる点に着目して、上述の如き第一及び第二の二つの技術的課題を解決するために、鋭意研究を重ねたのである。
【００１１】
そして、その結果、ラムのビレットに対する押圧時に、ダイスのコンテナとの接触部分に該コンテナから加わる押出荷重だけでなく、ダイスのビレットとの接触部分に対して、ビレットから直接に加わる押出荷重も、押出加工中に変化してしまうのであって、実は、このビレットからダイスに直接に加わる押出荷重の変化こそが、主に、板状押出製品の板幅を長手方向に変化させる原因となる、押出加工中のダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼすことが、明らかとなったのであり、また、そのようなビレットからダイスに直接に加わる押出荷重の変化量は、ビレットの温度やビレットを収容するコンテナの温度の変化に大きく左右されることも、判明したのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、上述せる如き知見に基づいて完成されたものであって、その要旨とするところは、加熱されたコンテナの収容孔内に、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱された金属ビレットを収容した後、かかるビレットをラムにて押圧することにより、ダイスを通じて、該ラムの押圧方向と同じ方向に押し出すに際して、前記ラムの前記ビレットに対する押圧時に、該ビレットから前記ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出する一方、該検出されるダイス荷重に基づいて、該ビレットの温度と前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御することを特徴とする金属材料の等圧押出方法にある。
【００１３】
要するに、この本発明に従う金属材料の等圧押出方法にあっては、押出加工の進行時におけるダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼす、ビレットからダイスに直接に加わる押出荷重たるダイス荷重を、押出加工中において終始一定の値となるように制御するようにしたものであるところから、そのようなダイス荷重の変化に起因するダイスの撓み量の変化を、解消乃至は可及的に抑制することが出来るのである。
【００１４】
しかも、かかる本発明手法においては、単に、ビレット温度とコンテナ温度の少なくとも何れか一方を調節するだけで、上述の如く、ダイスの撓み変形を解消乃至は抑制し得るダイス荷重制御を行なうようにしたものであるところから、ダイスの撓み量の変化やダイスの押出孔における間隙の大きさの変動を阻止するために、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた、複雑な構造の押出装置を用いる従来手法とは異なって、ビレットやコンテナの温度調節機能を有する比較的に簡略な構造の押出装置を用いることによって、ダイスの撓み量の変化を有利に阻止乃至は抑制することが出来るのである。
【００１５】
従って、このような本発明に従う金属材料の等圧押出方法によれば、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化を、比較的に低コストに且つ確実に解消乃至は抑制することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化も、低コストに且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが可能となったのである。
【００１６】
なお、このような本発明に従う金属材料の等圧押出方法の好ましい態様の一つによれば、前記ダイスが、前記コンテナの収容孔内に配置された部分において前記ビレットに接触せしめられて、前記ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重のみが、該ダイスに作用せしめられるように構成された押出装置を用いて、該ラムのビレットに対する押圧時に、該ビレットから該ダイスに対して直接に加わる押出荷重をダイス荷重として検出するように構成される。
【００１７】
これによって、ダイス荷重が、より正確に検出され得、以て、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化、ひいてはそれに起因する押出製品の長手方向における寸法変化が、より有利に防止乃至は抑制され得ることとなるのである。また、上述の如き構成を採用すれば、ラムのビレットに対する押圧時に、ダイスに対して、コンテナから、ラムの押圧方向に、押出荷重が何等加えられることがないため、そのようなコンテナによる押出荷重の変動によって、ダイスの撓み量が変化して、例えば板状押出製品の板厚等が変化してしまうようなことが、有利に防止され得るのである。
【００１８】
また、本発明に従う金属材料の等圧押出方法の別の有利な態様の一つによれば、前記ラムのビレットに対する押圧に伴って該ビレットと前記コンテナとの間で生ずる摩擦抵抗により、該コンテナに対して、前記ラムの押圧方向に加えられるコンテナ荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときの該ラムのビレットに対する押圧力に応じて、該ラムから該ビレットに加えられるラム荷重とを更に検出し、該検出されるコンテナ荷重と該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ダイス荷重との合計荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときに検出される前記ラム荷重との差を求め、かくして求められた差の大きさに基づいて、該ダイス荷重の誤差が求められることとなる。
【００１９】
このような構成を採用すれば、求められる誤差を無くすように、検出されるダイス荷重や、それに基づくコンテナ温度やビレット温度の調節量を修正することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化を、より確実に解消することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に従う金属材料の等圧押出方法の望ましい他の態様の一つによれば、前記押出装置として、前記ダイスの全体が前記加熱されたコンテナの収容内に挿入位置せしめられてなる装置を用いることにより、該ダイスの全体の温度を一定の範囲内に保持する構成が採用される。これによって、ダイスの温度変化によって惹起される、得られる押出製品の厚さ変化を効果的に解消することが出来、その結果として、押出製品の品質を、更に一層高度に且つ安定して維持することが可能となるのである。
【００２１】
そして、本発明にあっては、前記第二の課題の解決のために、（ａ）金属ビレットを収容孔内に収容するコンテナと、（ｂ）該コンテナを加熱する第一の加熱手段と、（ｃ）前記ビレットを、軸方向及び径方向における温度が均一となるように加熱する第二の加熱手段と、（ｄ）前記コンテナの収容孔内に収容されたビレットを押圧するラムと、（ｅ）該ラムの前記ビレットに対する押圧に伴って、該ビレットを該ラムの押圧方向と同一の方向に押し出すための押出口を有するダイスであって、前記コンテナの収容孔内に挿入位置せしめられることにより、該ラムの押圧方向において該ビレットのみに接触せしめられて、該ラムのビレットに対する押圧により、該ビレットから直接に加わる押出荷重のみが、作用せしめられるように構成されたダイスと、（ｆ）該ダイスに加えられる前記荷重をダイス荷重として検出する検出手段と、（ｇ）該検出手段にて検出される前記ダイス荷重に基づいて、前記第一の加熱手段により加熱される前記ビレットの温度と、前記第二の加熱手段により加熱される前記コンテナの温度の少なくとも何れか一方を調節することにより、該ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御する制御手段とを含んで構成したことを特徴とする押出装置をも、また、その要旨とするものである。
【００２２】
このような本発明に従う押出装置にあっては、ラムのビレットに対する押圧により、ダイスに対して、ビレットから直接に加わる押出荷重のみが作用せしめられるように構成されているところから、押出加工の進行時におけるダイスの撓み量の変化に多大な影響を及ぼす、ビレットからダイスに直接に加わる押出荷重が、検出手段にて、ダイス荷重として、確実且つ正確に検出され得るようになっているのであり、また、そのようなダイス荷重に基づいて、単に、ビレットの温度とコンテナの温度の少なくとも何れか一方が、制御手段にて調節されるだけで、ダイス荷重が、押出加工中において終始一定の値となるように制御されるようになっているため、押出加工中におけるダイス荷重の変化が、比較的に簡略な構造により、自動的に解消乃至は小さくされ得るのである。
【００２３】
従って、この本発明に従う押出装置にあっては、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた従来装置よりも簡略な構造をもって、ダイス荷重の変化により惹起されるダイスの撓み量の変化、ひいては、そのようなダイスの撓み量の変化によって惹起される押出製品の長手方向における寸法変化が、確実に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、優れた経済的メリットをもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００２５】
先ず、図１には、本発明に従う構造を有する押出装置を用いて、金属材料を、本発明手法に従って等圧押出する際の一工程例が、ブロック図を一部含んで概略的に示されている。かかる図１において、金属押出装置は、コンテナ１０の収容孔１２内に収容されたアルミニウム等の金属ビレット１４を、その背後から、油圧シリンダ１６によって駆動されるラム１８の前進作動にて、ダミーブロック２０を介して押圧することにより、ダイス２２の押出口２４を通じて、該押出口２４の形状に対応した断面形状を有する押出製品（形材）２６が、ラム１８の前進方向、換言すれば、ラム１８のビレット１４に対する押圧方向と同一の方向に向かって、連続的に押し出され得るように構成されている。
【００２６】
また、かかる押出装置にあっては、コンテナ１０の内部に、コンテナ１０を加熱する第一の加熱手段としてのコンテナヒータ２３が設けられている一方、ビレット１２を加熱する第二の加熱手段としてのビレットヒータ２５が、コンテナ１０とは別に設けられており、更に、それらコンテナヒータ２３とビレットヒータ２５のそれぞれの加熱温度を調節する制御装置２７が設けられている。そして、この制御装置２７の加熱温度調節によって、コンテナ１０が、所定の設定温度となるように、コンテナヒータ２３にて加熱されるようになっている一方、ビレット１４が、コンテナ１０の収容孔１２内に収容される前に、軸方向及び径方向における温度が均一となるように、ビレットヒータ２５にて均熱加熱されるようになっている。かくして、ここでは、コンテナ１０とビレット１４とが適当な温度に加熱された状態で、ビレット１４に対する押出加工が実施され得るようになっているのである。
【００２７】
ところで、このような本実施形態では、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられ、また、このダイス２２及びそれを収容するコンテナ１０と、複数のタイロッド２８を介して前記油圧シリンダ１６を支持するプラテン３０との間に、検出手段としての荷重検出器３２が、配置されていることによって、ラム１８にてビレット１４を押圧した際に、ダイス２２とコンテナ１０とに対してビレット１４から加わる押出荷重が、それぞれ検出されるようになっている。
【００２８】
より具体的には、ここでは、ダイス２２が、コンテナ１０の収容孔１２の内径よりも僅かに小さな外径を有して構成されており、該収容孔１２におけるラム１８の前進側の端部内で、該ラム１８の前進方向、つまり該ラム１８のビレット１４に対する押圧方向において、該収容孔１２に収容されたビレット１４のみに接触し、且つ該押圧方向と直角な方向において、コンテナ１０の収容孔１２の内面に接触した状態で、該押圧方向に摺動可能に位置せしめられている。
【００２９】
これによって、ラム１８が、油圧シリンダ１６による前進作動にて、ダミーブロック２０を介してビレット１４を、その背後から押圧した際に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わる押出荷重のみが作用せしめられるようになっているのであって、ラム１８のビレット１４に対する押圧に伴って、ビレット１４とコンテナ１０との間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナ１０に対して、ラム１８の押圧方向に加えられる押出荷重が、ダイス２２に対して、何等作用せしめられることがないのである。そして、そのため、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に加えられる押出荷重によって生ぜしめられるダイス２２の撓み変形が、押出口２４の形成部位のみにおいて、ビレット１４からダイスに直接に加わる押出荷重だけにより、比較的に小さな変形量で惹起されるようになっているのである
【００３０】
また、ここでは、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２の内面に接触して、該収容孔１２内に挿入されているところから、ビレット１４の押出加工により生ずる加工発熱にてダイス２２が加熱されても、その熱量が、コンテナ１０の収容孔１２の内面に流出せしめられることにより、ダイス２２の温度が過剰に高くなるようなことが防止されると共に、押出加工の終了後における過度の放熱によって、ダイス２２の温度が、コンテナ１０の温度よりも低下してしまうようなことも回避され、以て、コンテナ１０が所定の温度に保持されている限り、コンテナ１０の収容孔１２内のダイス２２全体が、該コンテナ１０の温度と略同一の温度に保持され得るのである。
【００３１】
一方、このようなダイス２２及びコンテナ１０と前記プラテン３０との間に配置された荷重検出器３２は、図２に示されるように、略厚肉円筒状のホルダリング３４と、該ホルダリング３４の内径よりも僅かに小さな外径と、ホルダリング３４よりも軸方向長さの長い略薄肉円筒状のコンテナロードセル３６と、該コンテナロードセル３６の内径よりも更に小さな外径と、該コンテナロードセル３６よりも軸方向長さの長い略薄肉円筒状のダイスロードセル３８とを有し、それらが、径方向において互いに重ね合わされつつ、同軸的に位置するように組み付けられて、構成されている。また、コンテナロードセル３６とダイスロードセル３８には、それぞれの外表面の一部を切り欠いてなる切欠部が設けられ、それらの切欠部に、軸方向に加えられる荷重の大きさを検出する歪みゲージ４０，４２が、それぞれ貼り付けられている。
【００３２】
そして、かかる荷重検出器３２が、図１に示されるように、ホルダリング３４とコンテナロードセル３６とダイスロードセル３８のそれぞれの軸方向一方側の端面を、プラテン３０のコンテナ１０との対向面上に位置固定に配設されたボルスタ４４のコンテナ１０との対向面に当接させる一方、ホルダリング３４の軸方向他方側の端面を、コンテナ１０に対して所定間隔をあけて位置させ、また、コンテナロードセル３６の軸方向他方側の端面を、コンテナ１０の端面に当接させ、更に、ダイスロードセル３８の軸方向他方側の端部をコンテナ１０の収容孔１２内に突入させて、その端面を、該収容孔１２内に挿入位置せしめられたダイス２２の端面に当接させた状態下で、該ボルスタ４４とコンテナ１０との間において挟持されている。
【００３３】
これにより、上述の如くして、ラム１８にてビレット１４を押圧した際に、ラム１８からビレット１４に対して加えられるラム荷重のうち、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わる押出荷重のみが、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて、ダイス荷重として検出され、また、ラム１８のビレット１４に対する押圧に伴って、ビレット１４とコンテナ１０との間で生ずる摩擦抵抗により、コンテナ１４に対して、ラム１８の押圧方向に加えられる押出荷重が、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６にて、コンテナ荷重として検出されるようになっているのである。更に、ここでは、ラム１８にも、公知の構造を有するラム荷重検出器４６が設けられて、ラム１８からビレット１４に加えられるラム荷重が、検出されるようになっている。
【００３４】
而して、本実施形態においては、特に、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６とダイスロードセル３８とにて検出されたコンテナ荷重とダイス荷重と、ラム荷重検出器４６にて検出されたラム荷重とが、前記コンテナヒータ２３とビレットヒータ２５の加熱温度の調節を行なう制御装置２７に入力せしめられて、それらコンテナヒータ２３とビレットヒータ２５とにて加熱されるコンテナ１０とビレット１４のうちの何れか一方の温度、若しくは両方の温度が、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重に基づいて、制御装置２７にて、更に調節され、それによって、ダイス荷重の大きさが制御されるようになっているのである。
【００３５】
すなわち、ここでは、制御装置２７が、演算部４８とコンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２とを有して、構成されている。そして、この制御装置２７の演算部４８は、ビレット１４の押出加工中において、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重が、逐次入力されるようになっている。また、この演算部４８では、押出加工の初期と終期とにおいてそれぞれ入力されるダイス荷重の大きさに変化が認められた場合に、そのダイス荷重の変化量が求められると共に、求められたダイス荷重の変化量が、予め定められた演算式乃至はそれに類する式に代入されて、該ダイス荷重を押出加工中において終始一定の値と為すように制御する制御量として、コンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量が求められるようになっている。そして、かかる演算部４８においては、コンテナ１０の設定温度の変更量とビレット１４の設定温度の変更量が求められると、それらのうちの何れか一方、若しくは両方の変更量が、コンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２の何れか一方、若しくは両方に出力されるようになっている。
【００３６】
なお、コンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量を求めるために、予め定められる演算式乃至はそれに類する式としては、例えば、以下に示される式が、採用されることとなる。
※コンテナ１０の設定温度の変更量を求める式
−Ａ（ｋＮ）＜ΔＰ＜Ａ（ｋＮ）の場合、α＝０
ΔＰ＞Ａ（ｋＮ）の場合、α＝−Ｂ（℃）
ΔＰ＜−Ａ（ｋＮ）の場合、α＝＋Ｂ（℃）
但し、〔ΔＰ：ダイス荷重の変更量＝押出加工初期のダイス荷重−押出加工後期のダイス荷重
α：コンテナの設定温度の変更量
Ａ，Ｂ：使用される押出装置固有の定数で、例えば、コンテナの直径が９４ｍｍで、５００トンプレスの押出装置では、Ａ＝５０（ｋＮ），Ｂ＝２（℃）となる〕
※ビレット１４の設定温度の変更量を求める式
−Ａ（ｋＮ）＜ΔＰ＜Ａ（ｋＮ）の場合、β＝０
ΔＰ＞Ａ（ｋＮ）の場合、β＝＋Ｃ（℃）
ΔＰ＜−Ａ（ｋＮ）の場合、β＝−Ｃ（℃）
但し、〔ΔＰ：ダイス荷重の変更量＝押出加工初期のダイス荷重−押出加工後期のダイス荷重
β：ビレットの設定温度の変更量
Ａ，Ｃ：使用される押出装置固有の定数で、例えば、コンテナの直径が９４ｍｍで、５００トンプレスの押出装置では、Ａ＝５０（ｋＮ），Ｃ＝５（℃）となる〕
【００３７】
また、このようなコンテナ１０とビレット１４のそれぞれの設定温度の変更量を求めるための演算式乃至はそれに類する式は、上述の如き式の他、例えば、熱容量が互いに異なるコンテナ１０をそれぞれ有する多数の押出装置を用いて行なった試験の結果や、ラム荷重が互いに異なる多数の押出装置を用いて行なった試験の結果等に基づいて、或いは理論モデル等から導かれる、押出加工時に生ずる加工発熱量と、コンテナ１０及びダイス２２とビレット１４との熱移動量を考慮した熱量計算式や従来の経験等に基づいて、適宜に得られるものである。
【００３８】
一方、コンテナ温度設定部５０は、前記演算部４８から、設定温度の変更量が入力されない限りにおいて、コンテナ１０が、ビレット１４に対する押出加工に際して、ダイス荷重が一定であると仮定した上で設定される最適な設定温度となるように、該コンテナ１０を加熱するコンテナヒータ２３の加熱温度を調節し得るように構成されている。そして、演算部４８から、設定温度の変更量が入力されると、コンテナ１０が、前記最適な設定温度から、該変更量に応じて変更せしめられた温度となるように、コンテナヒータ２３の加熱温度を調節し得るようになっている。
【００３９】
また、ビレット温度設定部５２も、前記演算部４８から、設定温度の変更量が入力されない限りにおいて、ビレット１４が、コンテナ１０の収容孔１２内に収容された状態下で、ダイス荷重が一定であると仮定した上で設定される最適な設定温度となるように、該ビレット１４を均熱加熱するビレットヒータ２５の加熱温度を調節し得るように構成されている。そして、演算部４８から、設定温度の変更量が入力されると、ビレット１４が、前記最適な設定温度から、該変更量に応じて変更せしめられた温度に均熱加熱されるように、ビレットヒータ２５の加熱温度を調節し得るようになっているのである。
【００４０】
要するに、ここでは、ビレット１４の押出加工中においてダイス荷重が変化せしめられた際に、かかるダイス荷重の変化をゼロと為して、ダイス荷重が押出加工中において終始一定の値となるように、該ダイス荷重を制御する制御量が、制御装置２７の演算部４８において、コンテナ１０とビレット１４の何れか一方、若しくは両方の温度を調節する調節量として求められる。その後、ダイス荷重の変化が発生した押出加工、換言すれば、ダイス荷重を制御するために、コンテナ１０とビレット１４の少なくとも一方の温度を調節する調節量が求められた押出加工に供されるビレット１４とは別のビレット１４に対する押出加工を行なうのに先立って、演算部４８で選択された、コンテナ温度設定部５０とビレット温度設定部５２の少なくとも何れか一方により、コンテナ１０と、該別のビレット１４の少なくとも何れか一方の温度が、演算部４８にて求められた調節量に基づいて調節され、それによって、かかる別のビレット１４に対する押出加工中において、ダイス荷重が終始一定の値となるように制御される。そして、その結果、ダイス荷重の変化、つまり、該別のビレット１４に対するラム１８の押圧に伴って、該別のビレット１４からダイス２２に直接に加わる押出荷重の変化によるダイス２２の撓み量の変化が、押出加工中において、有利に解消乃至は抑制され得ることとなるのである。
【００４１】
また、かかる制御装置２７においては、荷重検出器３２のコンテナロードセル３６とラム荷重検出器４６にてそれぞれ検出されるコンテナ荷重とラム荷重が、演算部４８に入力されるようになっている。更に、演算部４８では、コンテナロードセル３６にて検出されるコンテナ荷重と、該コンテナ荷重が検出されたときに、荷重検出器３２のダイスロードセル３８にて検出されるダイス荷重との合計荷重が求められ、また、その求められた合計荷重と、それらコンテナ荷重とダイス荷重が検出されたときに、ラム荷重検出器４６にて検出されるラム荷重との差が求められるようになっている。そして、その差が、制御装置２７に内蔵された判断部５４に入力され、この判断部５４において、かかる差が、検出誤差等を含んで設定された許容範囲内の値であるか否かが判断されて、それが許容範囲を超えていると判断された場合に、荷重検出器３２におけるダイスロードセル３８において検出異常が発生している恐れがあるため、図示されていない警告ランプを点灯させたり、警告音を鳴らしたりするための警告信号が出力されるようになっている。これによって、作業者に対して、ダイス荷重の検出異常の発生の危険を知らせる警告が発せられるのである。
【００４２】
このように、本実施形態では、ダイス２２がコンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられて、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わるダイス荷重のみが作用せしめられるようにした押出装置を用いることにより、押出加工中におけるダイス２２の撓み変形を比較的に小さな変形量に抑えつつ、そのようなダイス２２の撓み量の変化を、制御装置２７によるコンテナ１０の温度やビレット１４の温度の自動調節によって、解消乃至は抑制し得るようにしたものであるところから、得られる押出製品２６の長手方向における寸法変化を、極めて容易に且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、高品質の押出製品２６を、確実に且つ安定して得ることが出来ることとなったのである。
【００４３】
また、本実施形態においては、使用される押出装置に対して、ラム１８を加圧する加圧機構以外に特別な加圧機構が何等設けられておらず、単に、ダイス荷重とコンテナ荷重を検出する、公知のロードセル機構を応用した荷重検出器３２と、従来装置にも設けられる制御装置２７に対して、該荷重検出器３２にて検出されるダイス荷重に基づいて、ビレットヒータ２５やコンテナヒータ２３の加熱温度を調節する機構の比較的に簡略な構造を付加しただけで、上述の如く、ダイス２２の撓み量の変化が、解消乃至は抑制され得るようになっているため、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、極めて経済的に製造され得ることとなったのである。
【００４４】
さらに、本実施形態では、ダイス荷重だけでなく、コンテナ荷重やラム荷重を検出して、ダイス荷重とコンテナ荷重の合計荷重とラム荷重との差を求め、この求められた差に基づいて、ダイス荷重の検出異常の恐れを判断し得るようになっているところから、ダイス荷重の検出異常や、それによって惹起されるコンテナ１０やビレット１４の温度調節量の誤差、ひいては押出製品２６の長手方向における寸法制御量の誤差を、迅速に且つ容易に修正することが出来るのである。
【００４５】
また、本実施形態にあっては、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられることにより、該コンテナ１０の温度と略同一の温度に保持された状態下で、ビレット１４に対する押出加工を実施するようにしたものであるところから、ダイス２２の温度変化によって惹起される、得られる押出製品２６の厚さ変化も効果的に解消することが出来、それによって、より一層品質の優れた押出製品２６を、安定的に得ることが可能となるのである。
【００４６】
さらに、本実施形態においては、ビレット１４に対する押出加工中に、ダイス２２に対して、ビレット１４から直接に加わるダイス荷重のみが作用せしめられるようなっているところから、ラム１８のビレット１４に対する押圧時に、ダイス２２に対して、コンテナ１０からの押出荷重が何等加えられることがないため、そのようなコンテナ１０からの押出荷重の変動によるダイス２２の撓み量の変化に起因した、押出製品２６の板厚変化が惹起されるようなことも、有利に防止され得るのである。
【００４７】
ここにおいて、本発明者が、前記実施形態に示される構造の押出装置を用いて、金属ビレットの押出加工を本発明手法に従って実際に行なった試験について、以下に示す。
【００４８】
すなわち、先ず、図１に示される構造を有する押出装置とアルミニウム合金ビレットとを用い、予め実施された予備試験にて求められた、押出加工中においてダイス荷重が終始一定の値となるように制御するためのビレットの温度調節量に応じて、ビレット温度を調節しつつ、アルミニウム合金ビレットに対する押出加工を実施して、目的とする板状の押出製品を得た。また、この押出加工中において、ダイス荷重を、所定時間毎に実測すると共に、得られる押出製品の板幅を、所定の押出長さ毎に実測した。かくして実測されたダイス荷重を図３に示し、また押出製品の板幅を図５に示した。
【００４９】
一方、比較のために、上記の試験に用いられた押出装置及びビレットと同様な押出装置とアルミニウム合金ビレットとを用いて、押出加工中においてダイス荷重が終始一定の値となるように制御するためのビレット温度の調節を何等行なわない、従来手法に従って、アルミニウム合金ビレットの押出加工を行なって、押出製品を得た。また、ここでも、ダイス荷重を、所定時間毎に実測すると共に、得られる押出製品の板幅を、所定の押出長さ毎に実測した。かくして実測されたダイス荷重を図４に示し、また押出製品の板幅を図６に示した。
【００５０】
図３と図４の対比から明らかなように、従来手法に従って行なわれた押出加工では、押出加工中にダイス荷重が、４００ｋＮ程度の幅で変化しているのに対して、本発明手法に従って、ビレット温度を調節して実施された押出加工では、押出加工中におけるダイス荷重の変化が殆どなく、ダイス荷重が、押出加工中において終始一定の値となるように制御されていることが、認められる。
【００５１】
また、図５と図６の対比から明らかなように、従来手法に従って行なわれた押出加工により得られた押出製品は、板幅が、ダイス荷重の変動と同じ傾向で、長手方向において、約０．０５５ｍｍ変化している。それに対して、本発明手法に従って実施された押出加工により得られた押出製品は、長手方向における板幅の変化量が、０．０１２ｍｍで、従来手法によって得られた押出製品の長手方向における板幅の変化量に比べて、１／４以下となっている。このことから、本発明手法を採用すれば、押出製品の長手方向における板幅の変化量を確実に減少させ得ることが、明確に認識され得るのである。
【００５２】
以上、本発明の具体的な構成について詳述してきたが、これはあくまでも例示に過ぎないものであって、本発明は、上記の記載によって、何等の制約をも受けるものではない。
【００５３】
例えば、前記実施形態では、ダイス２２の全体が、コンテナ１０の収容孔１２内に挿入位置せしめられていたが、ダイス２２は、少なくとも、該収容孔１２内に収容されるビレット１４に対して、ラム１８の押圧方向において接触する部分の全体が、該収容孔１２内に挿入されておれば良いのである。
【００５４】
また、前記実施形態では、ダイス荷重を検出する検出手段が、ダイスロードセル３８とコンテナロードセル３６とを有する荷重検出器３２にて構成されていたが、かかる検出手段の構造は、少なくともダイス荷重を検出可能に構成されておれば、何等これに限定されるものでないことは、言うまでもないところである。
【００５５】
その他、一々列挙はしないが、本発明は、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言うまでもないところである。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に従う金属材料の等圧押出方法によれば、押出加工中におけるダイスの撓み量の変化を、比較的に低コストに且つ確実に解消乃至は抑制することが出来、それによって、得られる押出製品の長手方向における寸法変化も、低コストに且つ確実に解消することが可能となり、その結果として、可及的に小さな経済負担で、押出製品の品質を高度に且つ安定して維持することが可能となったのである。
【００５７】
また、本発明に従う押出装置にあっては、コンテナやダイスに対してラム荷重とは別の荷重（押圧力）をコンテナやダイスに負荷する特別な加圧装置等が設けられた従来装置よりも簡略な構造をもって、ダイス荷重の変化により惹起されるダイスの撓み量の変化、ひいては、そのようなダイスの撓み量の変化によって惹起される押出製品の長手方向における寸法変化が、確実に解消乃至は抑制され得るのであり、その結果として、長手方向における寸法精度が安定した高品質の押出製品が、優れた経済的メリットをもって、極めて有利に製造され得ることとなるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う構造を有する押出装置を用いて、金属材料を本発明手法に従って等圧押出する際の一工程例を示す、一部ブロック図を含む概略説明図である。
【図２】図１に示された押出装置に設けられる荷重検出器の拡大断面説明図である。
【図３】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを本発明手法に従って実際に押出加工した際のダイス荷重の実測値を示すグラフである。
【図４】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを従来手法に従って実際に押出加工した際のダイス荷重の実測値を示すグラフである。
【図５】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを本発明手法に従って実際に押出加工して得られた押出製品における板幅の実測値を示すグラフである。
【図６】図１に示された押出装置を用いて、アルミニウム合金ビレットを従来手法に従って実際に押出加工して得られた押出製品における板幅の実測値を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  コンテナ                      １２  収容孔
１４  ビレット                      １８  ラム
２２  ダイス                        ２３  コンテナヒータ
２５  ダイスヒータ                  ２６  押出製品
２７  制御装置                      ３２  荷重検出器
３６  コンテナロードセル            ３８  ダイスロードセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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