(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出材の両端をクランプし、押出材に加わる張力及び引張り量を測定し、張力／引張り量の比を算出しながら押出材を引っ張り、少なくとも張力／引張り量の比が減少傾向になるまで押出材を引っ張ることを特徴とするアルミニウム押出材の整直方法。
【請求項２】
伸び計を取り付けた押出材を引っ張る請求項１記載の整直方法。
【請求項３】
押出材の予備引張試験で張力／歪の比が減少傾向になった時点の張力を記録しておき、次いで同一組成の押出材に加わる張力を測定しながら押出材を整直し、少なくとも張力測定値が先に記録しておいた張力に達するまで整直を継続することを特徴とするアルミニウム押出材の整直方法。
【請求項４】
同一組成の押出材を複数本整直する際、整直終了時点で各押出材に加わる張力が同一値になるように整直する請求項１〜３の何れかに記載の整直方法。
【請求項５】
同一組成の押出材を複数本整直する際、張力／引張り量，又は張力／歪みの比が減少傾向になった時点から整直終了時までの引張り量と張力／引張り量の比が減少傾向になった時点でのクランプ間距離の比が同一値になるように整直する請求項１〜３の何れかに記載の整直方法。
【請求項６】
被整直材がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系押出材の場合、張力／引張り量の比が減少傾向になった時点から整直終了までの引張り量を、張力／引張り量の比が減少傾向になった時点でのクランプ間距離の０．２％以上に設定する請求項５記載の整直方法。
【請求項７】
被整直材がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系押出材の場合、張力／引張り量の関係の引張り量に代えて歪を測定して張力−歪曲線を作成し、同曲線の傾きが減少傾向になった時点から整直終了までの引張り量を、前記曲線の傾きが減少傾向になった時点でのクランプ間距離の０．２％以上に設定する請求項５記載の整直方法。
【請求項８】
被整直材がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系押出材の場合、被整直材と同一組成の材料について予備引張試験により予め応力−歪曲線を作成しておき、同曲線の傾きが減少傾向になった時点から整直終了までの引張り量を、前記曲線の傾きが減少傾向になった時点でのクランプ間距離の０．２％以上に設定する請求項５記載の整直方法。
【請求項９】
引張り速度０．０１〜１ｍ／秒で押出材を引っ張る請求項１〜８の何れかに記載の整直方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、押出工程で発生した曲り等の形状不良を除去し、機械的性質が安定したアルミニウム押出材を得る整直方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
押出法では、高温に加熱したビレットをコンテナに装填し、ダイスを通して押し出すことにより、所定の断面形状をもつ押出材を製造している。ダイスを通過するメタル量は、ダイスの平面においてバラツキを発生しやすい。たとえば、流動抵抗の小さな幅広部では多量のメタルが通過し、流動抵抗の大きな幅狭部ではメタル通過量が比較的少なくなりがちである。メタル通過量のバラツキは、ダイスから押し出される押出材に曲り等の形状不良を発生させる原因になる。しかし、メタル通過量のバラツキを完全に無くすことは現実的には不可能であり、冷却速度の差異によっても曲りが発生する。
【０００３】
そこで、押出後の整直工程で、押出材の両端を整直機で保持し、長手方向に引っ張ることにより押出材の形状を矯正している。従来の整直作業では、引っ張られている押出材をオペレータが目視観察し、曲りが解消されたと目視判定された時点で整直工程を終了している。また、押出材の曲りを測定しながら整直条件を制御する方法も知られている（特開平５−５０１４６号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
オペレータの技量に頼る従来法では、オペレータによって整直された押出材の真直度がばらつくことが避けられず、後工程でロール矯正等が必要になることもある。逆に引っ張り過ぎて、押出材の断面形状が崩れ、或いはオレンジピールや白色化等の外観不良が発生する場合もある。曲りを測定しながら押出材を整直する方法では、真直度の改善は得られるものの、押出材の長手方向に関して複数箇所に変位検出器を配置し、変位検出器の測定値に基づいて整直作業を制御するために複雑な設備が必要となる。
【０００５】
真直度が同一であっても、整直で押出材に与えられる歪量がばらつき、結果として耐力のバラツキに至ることがある。この点、押出材の曲り除去を目的とした従来の整直作業では歪量が多少ばらついても支障なかったが、耐力が一定範囲に管理された押出材を要求するユーザニーズには対応できない。たとえば、自動車のスペースフレーム等、曲げ加工が予定される用途に押出材を使用する場合、曲げ加工時のスプリングバック量を一定範囲に抑えるためには、耐力を一定範囲に管理することが必要になる。そこで、曲り除去は勿論、耐力のバラツキも解消するため、より高精度に整直量を制御する要求が強くなってきた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、整直作業中に押出材に加わる張力が引張り量に応じて変化するとき、張力−引張り量の曲線の傾きが変化することに着目し、傾きが減少傾向に変わった点を基準として張力又は引張り量を管理することにより、曲り及び耐力のバラツキが解消され且つ機械的性質が安定した押出材を得ることを目的とする。
【０００７】
本発明の整直方法は、その目的を達成するため、押出材の両端をクランプし、押出材に加わる張力及び引張り量を測定し、張力／引張り量の比を算出しながら押出材を引っ張り、少なくとも張力／引張り量の比が減少傾向になるまで押出材を引っ張ることを特徴とする。
【０００８】
曲り解消に加え同じ歪を複数本の押出材に与える場合、先ず、基準となる押出材について張力／引張り量の比を算出しながら整直し、張力／引張り量の比が減少傾向になるまで整直を継続し、整直終了時点での張力を記録する。次いで、同じ歪を与えたい押出材を整直する際、基準となる押出材の整直終了時点での張力と同一の張力が押出材に加わるまで整直する。このように整直すると、基準となる押出材と同じ歪を付与した押出材が容易に得られる。
或いは、基準となる押出材を整直する際の張力／引張り量の比が減少傾向に変化した時点の張力、クランプ間距離及びその時点から整直終了時点までの引張り量を記録し、引っ張り量／クランプ間距離を算出しておく。同じ歪を与えたい押出材を整直する際には、押出材に加わる張力が先に記録しておいた張力に達した時点からの引張り量とその時点でのクランプ間距離の比が記録しておいた基準押出材の引張り量／クランプ間距離に達するまで、整直を継続する。
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系押出材の場合は、このときの引張り量は、張力／引張り量の比が減少傾向に変化したときの整直機のクランプ間距離を基準として０．２％以上に設定することが好ましい。整直に際しては、引張り速度を０．０１〜１ｍ／分の範囲に設定することが好ましい。また、押出材に伸び計を取り付け、歪を測定しながら押出材を引っ張り、張力／歪の比を算出し、張力／歪の比を張力／引張り量の比に代えても良い。更に、予め押出材と同一組成のアルミニウム材を予備引張試験し、応力（張力）−歪曲線を作成しておき、応力（張力）−歪曲線を張力／引張り量の比に代えても良い。
【０００９】
この方法に使用される整直装置は、押出材の両端を保持するクランパの何れか一方又は双方に整直中の押出材に加わる張力を測定する荷重計を備えている。荷重計に代え、可動側クランパを駆動する油圧シリンダの油圧回路に設けた油圧計によっても、整直中の押出材に加わる張力を測定できる。更に、可動側クランパの移動量として引張り量を計測する距離計を可動側クランパに組み込むと、測定された張力及び引張り量から整直条件制御に有用な張力／引張り量の比が求められる。
【００１０】
【作用】
整直作業では、押出材Ｍの両端をクランパ１Ｒ，１Ｌで保持し、一方を固定側クランパ１Ｌとし、他方を可動側クランパ１Ｒとした整直機が使用される（図１）。可動側クランパ１Ｒには、油圧シリンダ２から延びたロッド３が連結されている。給油ポート４から油圧を供給してピストンヘッド５を引張り方向Ｄ（図１で右方向）に移動させるとき、ロッド３を介して可動側クランパ１Ｒも引張り方向Ｄに移動し、押出材Ｍを引っ張る。整直終了後、他方の給油ポート６から圧油４を油圧シリンダ２に送り込むと、可動側クランパ１Ｒは初期位置に復帰する。
【００１１】
本発明者等は、この整直作業において押出材Ｍの引張り量と押出材Ｍに加えられる張力との関係を調査した。引張り量は、可動側クランパ１Ｒの初期位置を原点とし、引張り方向Ｄに移動する可動側クランパ１Ｒの移動距離として求めることができる。張力は、固定側クランパ１Ｌに組み込んだ荷重計７で測定されるが、図示するように可動側クランパ１Ｒに荷重計７を組み込んでも良い。この場合、整直機の摩擦抵抗の影響も荷重計７に加わるので、その分だけ荷重の補正を行う必要がある。そのため、荷重計７はクランプ部に設置することが好ましい。測定した引張り量と張力との関係をグラフ化したころ、張力−引張り量曲線（図２）が得られた。押出材Ｍの材質，断面形状，長さ等に応じて変曲点の座標は異なるものの、何れの押出材Ｍであっても同様な傾向の張力−引張り量曲線であった。
【００１２】
張力測定に使用される荷重計７は、固定側クランパ１Ｌに代えて可動側クランパ１Ｒに、或いはクランパ１Ｒ，１Ｌの双方に組み込むこともできる。また、荷重計７に代え、油圧シリンダ２の油圧回路に設けた油圧計で張力を測定することも可能である。この場合、押出材Ｍに加わる張力は、（油圧×油圧シリンダの面積）÷形材断面積＝張力と計算される。
【００１３】
張力−引張り量曲線の変化は、次のように考えられる。
押出材Ｍの両端がクランパ１Ｒ，１Ｌで完全に保持されると、押出材Ｍが引っ張られ始める。押出材Ｍの引張りにより曲りが矯正されるが、曲りの矯正に消費される張力は、比較的小さな値を示す（曲り解消期）。
【００１４】
引張り量の増加に伴って、曲りが解消されていくと共に、押出形材Ｍの弾性変形も開始する。このとき、曲り解消に要する引張り量よりも弾性変形に要する引張り量が小さいので、曲りの解消が進むと張力−引張り量曲線の傾きが急になり、曲りが解消されると傾き一定となる。ただし、張力−引張り量曲線が見掛け上で真直になっていても、整直を止めると弾性変形が戻り、また曲がってしまう場合がある（弾性変形期）。
更に、整直を続行すると塑性変形が開始され、張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向に転じる。この段階では、整直を止めても、弾性変形分は戻るが、塑性変形が始まっているので曲がることはない（塑性変形期）。
張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向になった時点から実際の整直終了時点までの引張り量が押出材の歪となる。したがって、複数本の押出材を整直する場合、傾きが減少傾向になった時点からの引張り量が同一になるように整直すると歪量が同一の押出材が得られる。
【００１５】
曲り解消期及び曲り解消と弾性変形の混在期の張力−引張り量曲線は、押出材Ｍの両端形状や曲り具合に応じて押出材Ｍごとに異なる。そのため、同じ引張り量で押出材Ｍを引っ張っても、押出材Ｍに加えられる張力が異なる。他方、塑性変形期の押出材Ｍは、クランパ１Ｒ，１Ｌで確実に保持され且つ曲りも解消されているため、同じ材質の押出材Ｍでは同一の張力−引張り量曲線を示すことになる。そこで、複数本の押出材を整直する際、１本目の押出材Ｍを整直するときに弾性変形期から塑性変形期に移行する張力−引張り量曲線の傾き（張力／引張り量の比）が減少傾向に転じた時点Ｐの張力Ｔ１を記録しておき、２本目以降の整直では少なくとも押出材Ｍの張力がＴ１に達するまで押出材Ｍを引っ張ることにより、押出材Ｍの両端形状や曲り具合に拘わらず、押出材Ｍの曲りが確実に解消される。
【００１６】
曲りの解消に加えて所定の歪を押出材Ｍに与える場合、張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向に転じた時点Ｐを超えて更に整直を継続する。張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向に転じた時点Ｐを超える引張り量で押出材Ｍを引っ張ることにより、押出材Ｍに歪みが与えられ、機械的性質が向上する。この場合、１本目の押出材Ｍの整直を終了した整直終了時点Ｆの張力Ｔ２を記録しておき、或いは曲線の傾きが減少傾向に転じた時点Ｐでの張力Ｔ１、クランプ間距離、Ｐから整直終了時点Ｆまでの引張り量ΔＳ（＝Ｓ２−Ｓ１）を測定し、ΔＳ／クランプ間距離を算出する。２本目以降の整直では、張力がＴ２に達するまで、或いは張力がＴ１に達した時点からの引張り量とクランプ間距離の比がΔＳ／クランプ間距離に達するまで押出材Ｍを整直する。これにより、１本目と同じ歪が２本目以降の押出材Ｍにも付与され、耐力が一定した押出製品が得られる。各押出材の長さの差が、押出材の長さの５％以下程度である場合は、クランプ間距離を一定と見なし、引張り量ΔＳが同一になるように整直しても良い。
引張り量に代えて押出材Ｍに伸び計を取り付け、歪を測定して得られる張力−歪曲線（図３）を使用しても同様の傾向を示すので、弾性変形から塑性変形にかわった時点Ｐ（張力−歪曲線の傾きが減少傾向になる時点）を容易に判別できる。また、先に押出材と同一組成のアルミニウム材を予備引張試験して応力（張力）−歪曲線（図４）を作成し、この応力−歪曲線を使用しても、弾性変形から塑性変形にかわった時点Ｐ（応力−歪曲線の傾きが減少傾向になる時点）を容易に判別できる。
【００１７】
【実施の形態】
整直に際しては、押出材Ｍに加わる張力及び引張り量を測定しながら、好ましくは引張り速度０．０１〜１ｍ／秒で１本目の押出材Ｍを整直する。１ｍ／秒を超える引張り速度では押出材Ｍに衝撃荷重が加わり望ましくないが、逆に０．０１ｍ／秒未満の引張り速度では生産性が低下する。
引張り量は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系押出材の場合、押出材Ｍに与えられる歪が０〜０．２％の間では、歪量の僅かな変化でも時効処理後の耐力が大きく変化するため、曲線の傾きが減少傾向になった時点におけるクランパ間の距離の０．２％以上に設定することが好ましい。０．２％未満の引張り量では、歪が僅かに異っただけで、押出材Ｍの時効処理後の耐力が大きく異ってしまう。
【００１８】
整直時に測定した張力及び引張り量から張力−引張り量曲線を求める。張力−引張り量曲線が減少傾向に変化した時点Ｐを超えて整直終了時点Ｆに達するまで整直を継続し、整直終了時点Ｆの張力Ｔ２又は時点Ｐから整直終了時点Ｆまでの引張り量ΔＳを記録する。整直された押出材Ｍは、弾性変形期を経て塑性変形期まで引っ張られているので曲りが解消され、真直度の高い形状になる。
歪み付与を伴った２本目以降の整直では、整直終了時点Ｆの張力Ｔ２が加えられるまで、或いは引張り量曲線が減少傾向に変化した時点Ｐを超えてからの引張り量がΔＳとなるまで押出材Ｍを引っ張る。これにより、１本目と同じ歪量が２本目以降の押出材Ｍにも与えられ、真直度が高く、耐力も一定した押出製品が得られる。
【００１９】
【実施例】
Ｓｉ：０．４１質量％，Ｆｅ：０．１８質量％，Ｍｇ：０．４９質量％，Ｔｉ：０．００５質量％，Ｂ：０．００１質量％を含むＪＩＳ  Ａ６０６３アルミニウム合金ビレットを５８０℃×１時間で均質化処理した後、１辺１００ｍｍ，肉厚１．６ｍｍの中空矩形状断面をもつ長さ４１ｍの押出材を１本製造した。押出材を常温まで冷却した後、直ちにＪＩＳ  ５号引張り試験片の形状に加工し、引張り試験した。試験結果から応力−歪曲線を作成し、応力−歪曲線の傾きが減少傾向になった時点の応力を測定したところ、４４Ｎ／ｍｍ２であった。
次いで、同じ条件下で３１本の押出材を製造した。
冷却後の押出材Ｍを整直機にかけ、両端をクランパ１Ｒ，１Ｌで保持し、張力及び引張り量を測定しながら１本目の押出材Ｍを引っ張った。このとき押出材に伸び計をつけ、歪も測定した。このケースでは、張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向になった時点Ｐが（引張り量Ｓ１：１００ｍｍ，張力Ｔ１：４３Ｎ／ｍｍ２，クランプ間距離４０ｍ）であり、整直終了時点Ｆ（引張り量Ｓ２：１９０ｍｍ，張力Ｔ２：５６Ｎ／ｍｍ２）に達するまで押出材Ｍを引っ張った。また、応力−伸び曲線の傾きが減少傾向になった時点の張力を測定したところ、４４Ｎ／ｍｍ２であった。
【００２０】
２〜１１本目の整直では、押出材Ｍに加えられる張力が整直終了時点Ｆの張力Ｔ２になるまで押出材Ｍを引っ張った。１２〜２１本目の整直では、変曲点Ｐから整直終了時点Ｆに至るまでの引張り量ΔＳ（Ｓ２−Ｓ１）と点Ｐでのクランプ間距離の比が０．２２５％になるまで押出材Ｍを引っ張った。比較のため、２１〜３１本目では、押出材Ｍの形状を目視判定しながら整直した。
整直された各押出材Ｍの両端を約２．５ｍ切断除去した後、５ｍの長さに定寸切断した。次いで、１８０℃に４時間加熱する時効処理を施した。時効処理された各押出材Ｍの真直度及び耐力を測定した。なお、真直度は、押出材を９００ｍｍの長さに切断して定盤に載置し、押出材と定盤との隙間を測定することにより求めた。
【００２１】
表１の測定結果から明らかなように、本発明に従って整直した１本目から２１本目までの押出材Ｍは、何れも真直度が高く、耐力も安定していた。これに対して、目視観察しながら整直した２２本目から３１本目までの押出材Ｍでは、真直度，耐力共にバラツキが大きくなり、品質安定性に劣っていた。また、張力−引張り量曲線，張力−歪曲線及び応力−歪曲線の傾きが減少傾向になった時点の応力は、何れも４３〜４４Ｎ／ｍｍ２とほぼ同一であった。
【００２２】
0003610865.tif 000002
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、整直中の押出材に加えられている張力を測定しながら整直することにより、押出材の曲りを解消し、形状を矯正している。また、整直中に測定した張力及び引張り量から張力−引張り量曲線を作成し、弾性変形期から塑性変形期に移行する張力−引張り量曲線の傾きが減少傾向になった点を基準として張力又は引張り量を管理することにより、安定した整直作業が可能となる。更に傾きが減少傾向になった点を超える所定の張力又は引張り量を与えることにより、形状矯正に加えて所定の歪量が押出材に導入されるため、時効処理後に得られる押出材の耐力も安定する。このようにして、本発明によるとき、品質が安定した押出材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷重計を固定側クランパに組み込んだ整直機の概略図
【図２】整直中の押出材に加わる張力と引張り量との関係を示したグラフ
【図３】整直中の押出材に加わる張力と歪との関係を示したグラフ
【図４】整直中の押出材に加わる応力と歪量との関係を示したグラフ
【符号の説明】
１Ｒ：可動側クランパ    １Ｌ：固定側クランパ    ２：油圧シリンダ    ３：ロッド    ４，６：給油ポート    ５：ピストンヘッド    ７：荷重計    ８：油圧計
Ｐ：張力−引張り量曲線，応力−伸び曲線及び応力−歪量曲線の傾きが減少傾向に変わる時点    Ｆ：整直終了時点    ΔＳ：時点Ｐから整直終了時点までの引張り量
【図１】
0003610865.tif 000003
【図２】
0003610865.tif 000004
【図３】
0003610865.tif 000005
【図４】
0003610865.tif 000006