(57)【要約】【課題】押出開始時の必要押出圧力を低減して、高硬度なＡｌ合金素材を容易に押出できるＡｌ合金素材の間接押出方法を提供する。【解決手段】Ａｌ合金素材の間接押出方法は、環状のダイス１２１と、棒状のマンドレル１５０とを備える間接押出機１００を用い、Ａｌ合金素材１をダイス１２１の内周とマンドレル１５０の外周との間から押出して中空体１０を成形する方法である。マンドレル１５０は、本体部１５１と、本体部１５１の一端側に設けられ、本体部１５１よりも外径の小さい小径部１５２とを有する。押出は、ダイス１２１と小径部１５２との間から開始し、その後、ダイス１２１と本体部１５１との間で中空体１０を成形するように行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のダイスと、棒状のマンドレルとを備える間接押出機を用い、Ａｌ合金素材を前記ダイスの内周と前記マンドレルの外周との間から押出して中空体を成形する間接押出方法であって、
前記マンドレルは、本体部と、前記本体部の一端側に設けられ、前記本体部よりも外径の小さい小径部とを有し、
前記押出は、前記ダイスと前記小径部との間から開始し、その後、前記ダイスと前記本体部との間で前記中空体を成形するように行うＡｌ合金素材の間接押出方法。
【請求項２】
前記小径部での押出比が１８以下である請求項１に記載のＡｌ合金素材の間接押出方法。
【請求項３】
前記マンドレルは、前記本体部と前記小径部とを連結し、当該本体部から当該小径部にかけて径の狭まる傾斜面からなる傾斜部を有し、
前記マンドレルの傾斜面の延長面と前記本体部の外周面とのなす角を前記傾斜面の傾斜角とするとき、前記傾斜角が、１０°以上３０°以下である請求項１または２に記載のＡｌ合金素材の間接押出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ合金を主成分とする筒状のＡｌ合金素材を間接押出により中空体に成形するＡｌ合金素材の間接押出方法に関するものである。特に、高硬度なＡｌ合金素材でも、押出開始時のＡｌ合金の必要押出圧力を効果的に低減して容易に押出することができるＡｌ合金素材の間接押出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム（以下Ａｌ）やその合金からなる筒や管などの中空体は、一般に引抜や押出により製造される。押出に使用する装置としては、例えば、特許文献１に示すものがある。
【０００３】
特許文献１の押出機は、両端が開口するコンテナと、コンテナの一端側に配置されて中空体の外径を規定するダイスと、コンテナの他端側に配置される環状のルーズダミーと、ダイスとルーズダミーとの間に配置されるマンドレルとを備える。マンドレルは、中空体の内径を規定するベアリングと、ベアリングからルーズダミー側に向かって径が広がるテーパー面と、テーパー面に連続して形成される一様な外径を有する太径部とで構成される。この押出機では、マンドレルのベアリングとテーパー面との境界近傍にダイスを配置するようにベアリングの一部がダイスに挿入配置され、ルーズダミーの中空箇所にマンドレルの太径部が摺動自在に挿通配置される。そして、マンドレルをビレット（被加工材）に挿入させた状態で、ダイスとマンドレルとを一体にルーズダミー側方向へ移動させて、押出開始から押出途中、ダイスとベアリングとの間隔が両者の相対的移動に関係なく一定であるため、ビレットをダイスから押し出す間接押出により、一様な厚さの押出形材（中空体）を成形している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−２０１６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、より高硬度な中空体が望まれており、Ａｌ合金において、高硬度化に寄与する添加元素の含有量を増加することが考えられる。しかし、上記添加元素の含有量が多く高硬度なＡｌ合金は、合金自体の変形（押出）抵抗が高い（塑性変形性に劣る）、即ち、塑性変形させるために必要な押出圧力が高い傾向にある。例えば、押出圧力の大きい押出機を用いれば、このようなＡｌ合金からなる被加工材でも押出し易くなるが、設備が大がかりになり易い。一方、押出圧力の小さい押出機を用いれば、上記被加工材は一様な厚さの成形体を成形できない場合や、そもそも上記被加工材を押し出せない場合がある。従来の押出機では、上述のようにダイスとベアリングとの間隔が一定の状態で被加工材をダイスから押し出しているため、押出開始時の押出比とそれ以降の押出比とが同じであり、変形抵抗の高い被加工材の場合、上記被加工材を押し出せない虞がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、押出開始時の必要押出圧力を低減して、高硬度なＡｌ合金素材を容易に押出できるＡｌ合金素材の間接押出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、高硬度なＡｌ合金素材において、押出開始時の必要押出圧力を低減することを検討した。その結果、軸方向において外径が小の部分と大の部分とを有するマンドレルを用い、押出初期（開始時）はマンドレルの径が小の部分で、それ以降はマンドレルの径が大の部分で押出することで、押出開始時に高硬度なＡｌ合金素材をダイスから押し出し易くできて、かつ所望の内径の成形品を得ることができる、との知見を得た。この知見に基づいて、本発明を以下に規定する。
【０００８】
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法は、環状のダイスと、棒状のマンドレルとを備える間接押出機を用い、Ａｌ合金素材をダイスの内周とマンドレルの外周との間から押出して中空体を成形する方法である。マンドレルは、本体部と、本体部の一端側に設けられ、本体部よりも外径の小さい小径部とを有する。そして、押出は、ダイスと小径部との間から開始し、その後、ダイスと本体部との間で中空体を成形するように行う。
【０００９】
上記の方法によれば、Ａｌ合金素材を容易に押出できる。小径部で押出を開始することで、本体部で押出を開始する場合に比べて押出比を小さくできる。そのため、押出途中に比べて比較的大きな押出圧力が必要である押出開始時の必要押出圧力を、本体部で押出を開始する場合の必要押出圧力よりも小さくできるからである。
【００１０】
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法の一形態として、小径部での押出比が１８以下であることが挙げられる。
【００１１】
上記構成によれば、押出開始時の押出比が小さいため、押出開始時の必要押出圧力を低くできる。
【００１２】
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法の一形態として、マンドレルは、本体部と小径部とを連結し、本体部から小径部にかけて径の狭まる傾斜面からなる傾斜部を有することが挙げられる。この場合、マンドレルの傾斜面の延長面と前記本体部の外周面とのなす角を前記傾斜面の傾斜角とするとき、前記傾斜角が、１０°以上３０°以下であることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、上記傾斜角を１０°以上とすることで、小径部での押出比を所望の押出比とする際、傾斜部における軸方向の長さが長くならない。上記傾斜角を３０°以下とすることで、小径部から本体部にかけて押出比の急激な上昇を抑制でき、押出開始からそれ以降にかけて円滑に押出ができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法は、高硬度なＡｌ合金素材を容易に押出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態で使用した間接押出機、及び間接押出機を用いたＡｌ合金素材の押出過程の概略説明図であって、（Ａ）はＡｌ合金素材の押出前の状態を示し、（Ｂ）はＡｌ合金素材の押出初期の状態を示し、（Ｃ）はＡｌ合金素材の押出途中の状態を示す。
【図２】実施形態で使用した間接押出機に備わるマンドレルの概略を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
《Ａｌ合金素材の間接押出方法》
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法は、ダイスとマンドレルとを備える間接押出機を用いて、Ａｌ合金素材を押し出して中空体を成形する方法である。本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法の主たる特徴は、軸方向において外径が小の部分と大の部分とを有するマンドレルを用い、押出初期（開始時）はマンドレルの径が小の部分で、それ以降はマンドレルの径が大の部分で押出する点にある。まず、図１、２を参照して、間接押出に使用する間接押出機の一例を説明し、続いて間接押出機を用いてＡｌ合金素材を押し出す押出方法を説明する。
【００１８】
〔間接押出機〕
間接押出機１００は、コンテナ１１０と、ダイス１２１及びステム１２２を有するダイステム１２０と、ラム１３０と、ダミーブロック１４０と、マンドレル１５０とを備える。
【００１９】
コンテナ１１０は、被加工材（後述）を内部に収納して被加工材を加圧するための部材であり、両端が開口する筒状に構成されている。コンテナ１１０の一端側（図１左側）には、コンテナ１１０の内周面に接する環状のダイステム１２０が配置されている。ダイステム１２０は、押出により成形される成形品の外径を規定する環状のダイス１２１と、ダイス１２１を支持するステム１２２とを有する。一方、コンテナ１１０の他端側には、コンテナ１１０の端面に当接される中空状のラム１３０が設けられている。ラム１３０におけるダイス１２１との対向面には、コンテナ１１０の内周面に接する環状のダミーブロック１４０を当接させている。ラム１３０及びダミーブロック１４０の中心には、棒状（円柱状）のマンドレル１５０を挿通させて一体に固定している。それにより、マンドレル１５０はコンテナ１１０に対して位置決めされている。
【００２０】
この間接押出機１００は、コンテナ１１０が図示しない本体装置に固定され、ダイステム１２０がコンテナ１１０の一端側から他端側に移動する。このダイステム１２０のコンテナ１１０他端側への移動に伴い、コンテナ１１０内の被加工材に圧力を付加して被加工材をダイス１２１の内周とマンドレル１５０の外周との間から押出す。なお、ダイステムを固定して、ラムによりコンテナをダイステム側へ移動させてもよい。その場合、ラム及びコンテナの移動に伴いダミーブロック及びマンドレルもダイステム側へコンテナと一体に移動する。
【００２１】
［マンドレル］
マンドレル１５０は、被加工材に挿入され、ダイステム１２０のコンテナ１１０他端側への移動により被加工材をダイス１２１から押出して成形される成形品の内径を規定する棒状体である。マンドレル１５０は、ダイス１２１の内径ｄｉよりも径の小さい本体部１５１と、本体部１５１におけるダイス１２１側（コンテナ１１０一端側）の先端に本体部１５１の外径ｄｂよりも径の小さい小径部１５２とを備える。
【００２２】
本体部１５１は、成形品の内径を規定する。本体部１５１の外径ｄｂは、成形品の所望の内径となるように適宜選択すればよい。一方、小径部１５２は、被加工材の押出を小径部１５２で行う際、押出開始時の押出比を小さくする。小径部１５２の外径ｄｓの本体部１５１の外径ｄｂに対する大きさは、成形品の押出比よりも十分に押出比を小さくして、押出開始時の必要押出圧力を低減できる程度とする。具体的には、小径部での押出比が１８以下であることが好ましい。そうすることで、押出開始時の必要押出圧力を十分小さくできる。押出比は、コンテナ１１０の内径の断面積を、ダイス１２１の内径ｄｉと小径部１５２の外径ｄｓとで決まる成形品の断面積で除した値を言う。この押出比は、特に１２以上とすることが好ましい。一方、小径部１５２での押出比と本体部１５１での押出比の差の上限は１５程度とする。そうすれば、押出開始時と押出途中とで押出比の急激な変化を抑制して円滑に押出できる。
【００２３】
マンドレル１５０は、本体部１５１と小径部１５２とを繋ぐ傾斜部１５３を有することが好ましい。この傾斜部１５３は、本体部１５１から小径部１５２側に外径の狭まる傾斜面で構成されている。この傾斜部１５３により、押出の際、ダイス１２１（ダイステム１２０）が小径部１５２から本体部１５１側へ移動する際、被加工材を押し出し易い。特に、傾斜部１５３の傾斜角度αを１０°以上３０°以下とすることが好ましい（図２）。この傾斜角度αは、本体部１５１の外周面と傾斜部１５３の傾斜面の延長面とのなす角を言う。傾斜部１５３の傾斜角度αを１０°以上とすることで、小径部１５２での押出比を所望の押出比とする際、傾斜部１５３における軸方向の長さが長くならない。傾斜部１５３の傾斜角度αを３０°以下とすることで、小径部１５２から本体部１５１にかけて押出比の急激な上昇を抑制でき、押出開始からそれ以降にかけて円滑に押出ができる。
【００２４】
〔製造工程〕
このような間接押出機１００を用いて本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法を説明する。具体的には、筒状のＡｌ合金素材を準備する準備工程と、Ａｌ合金素材を間接押出機１００に装填する装填工程と、Ａｌ合金素材を押出して中空体を成形する押出工程とを備える。
【００２５】
［準備工程］
準備工程で準備するＡｌ合金素材１は、Ａｌ合金を主成分とする。ここでは、Ａｌ合金を主成分とするとは、添加元素を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金のみの場合と、硬質粒子を含有し、残部が上記Ａｌ合金からなる場合とを含む。添加元素としては、例えば、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，及びＣｕの少なくとも一種が挙げられる。硬質粒子としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３が挙げられる。その他、固体潤滑剤として、グラファイト、ＭｏＳ２、及びボロンナイトライド等を含むこともできる。
【００２６】
Ａｌ合金素材１の成形は、例えば、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）を利用することが挙げられる。この成形によりＡｌ合金素材１の形状を最終成形品形状（円筒状）とする。
【００２７】
［装填工程］
充填工程では、コンテナ１１０内にＡｌ合金素材１を装填する。具体的には、コンテナ１１０内でＡｌ合金素材１にマンドレル１５０を挿入した状態にする。そして、Ａｌ合金素材１の一端面には、ダミーブロック１４０に当接させ、他端面には、ダイス１２１に当接させた状態とする（図１（Ａ））。このとき、Ａｌ合金素材１とダイス１２１との当接面の位置は、マンドレルの小径部１５２と傾斜部１５３との境界よりも小径部１５２側に位置させる。そうすれば、ダイス１２１内周とマンドレル１５０の外周との間隔を広く確保できるため、押出を開始し易くなる。特に、上記当接面の位置は、上記境界に近いほど、Ａｌ合金素材１を押し出した際、先端部に形成される肉厚部（図１（Ｂ））を少なくすることができる。ここでは、上記当接面の位置を上記境界よりも少し小径部１５２側に配置している。
【００２８】
［押出工程］
押出工程では、ダイステム１２０をコンテナ１１０他端側へ移動させてＡｌ合金素材１をダイス１２１の内周とマンドレル１５０の外周との間から押し出してＡｌ合金中空体１０を成形する。具体的には、上述のようにＡｌ合金素材１とダイス１２１との当接面の位置を小径部１５２と傾斜部１５３との境界近傍に配置した状態（図１（Ａ））で押出を開始する。押出開始時は、図１（Ｂ）に示すように、まず、小径部１５２の外径ｄｓに相当する内径と、ダイス１２１の内径ｄｉに相当する外径とを有する厚肉部１ｔが成形される。そのまま続けて押し出すことで、図１（Ｃ）に示すように、本体部１５１の外径ｄｂに相当する内径と、ダイス１２１の内径ｄｉに相当する外径とを有するＡｌ合金中空体１０が成形される。
【００２９】
この押出工程におけるＡｌ合金素材１の押出圧力は、３４０ＭＰａ以下、好ましくは３００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。マンドレル１５０を上記構成として、マンドレル１５０の小径部１５２で押出を開始することで、押出圧力が３４０ＭＰａ以下と小さくても、高硬度なＡｌ合金素材１を容易に押出できる。
【００３０】
押出速度は２ｍｍ／ｓ〜５ｍｍ／ｓとすることが挙げられ、押出温度は４８０〜５４０℃、押出開始時の押出比（Ａｌ合金素材１の断面積Ａ０に対する厚肉部１ｔの断面積Ａ１の比Ａ０／Ａ１）は１２〜１８とすることが好ましい。この押出速度範囲であれば、割れや表面欠陥の発生を低減しつつ、生産性を向上できる。ここで言う押出速度は押出機のダイステム１２０の速度のことであり、成形品の押出速度は、ダイステム１２０の速度と押出比との積で表わされる。具体的な成形品の押出速度は、２４ｍｍ／ｓ〜９０ｍｍ／ｓとすることが好ましい。
【００３１】
［その他の工程］
押出開始時により成形される厚肉部１ｔは、押出工程終了時にＡｌ合金中空体１０の先端に残存した状態となる。この厚肉部１ｔは、本来不要部分であり切断する。その他、Ａｌ合金中空体１０に対して、適宜、切断加工、機械加工、仕上げ加工などを施すことが挙げられる。それにより、所望の寸法精度のＡｌ合金中空体１０を得ることができる。
【００３２】
《作用効果》
上述したＡｌ合金素材の間接押出方法によれば、小径部で押出を開始することで、本体部で押出を開始する場合に比べて押出比を小さくできる。そのため、押出途中に比べて比較的大きな押出圧力が必要である押出開始時の必要押出圧力を、本体部で押出を開始する場合の必要押出圧力よりも小さくできる。従って、高硬度なＡｌ合金素材を容易に押出できてＡｌ合金中空体を成形できる。即ち、間接押出機として大がかりな設備を擁さなくてもよい。
【００３３】
《試験例》
図１を参照して説明した間接押出機１００を用いて、Ａｌ合金素材１を押出した。本例では、本体部１５１の外径が６２ｍｍ、小径部１５２の外径が４９ｍｍのマンドレル１５０を用いた。傾斜部１５３の傾斜角度αは２０°とした。ダイス１２１の内径ｄｉは、７２ｍｍとした。
【００３４】
まず、エアアトマイズ法によって、Ｓｉを１７質量％、Ｆｅを５質量％、Ｃｕを３．５質量％、Ｍｇを１質量％、Ｍｎを０．５質量％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金粉末を作製した。次に、ＣＩＰ（冷間静水圧プレス）によりＡｌ合金粉末を円筒状に成形してＡｌ合金素材１を用意した。
【００３５】
Ａｌ合金素材１を雰囲気炉で加熱した後、間接押出機１００のコンテナ１１０内に装填する。コンテナ１１０内の円筒状のＡｌ合金素材１の中心孔にマンドレル１５０を挿入した状態で、ダイステム１２０によりＡｌ合金素材１の端面を押圧してダイス１２１の内周とマンドレル１５０の外周から押出す。その際、ダイス１２１の押出圧力を３３０ＭＰａ、押出温度を４８０℃、押出速度を３ｍｍ／ｓ、押出開始時の押出比を１２として押し出した。
【００３６】
その結果、厚さ１０ｍｍ（外径：７２ｍｍ、内径：６２ｍｍ）、長さ６０００ｍｍのＡｌ合金中空体１０を成形した。これは、小径部１５２で押出開始したことで、押出比を小さくして押出開始時の必要押出圧力を小さくできたからである。
【００３７】
一方、小径部を有さず、軸方向に一様な外径からなるマンドレルを用意して、上述したＡｌ合金素材１を上述と同様の条件で押出したところ、押出できなった。押出比が、押出開始からそれ以降一定であるため、押出開始時の必要押出圧力を低減できなかったからだと考えられる。
【００３８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法は、自動車や自動二輪などの内燃機関用部品の成形に好適に利用できる。本発明のＡｌ合金素材の間接押出方法により成形されたＡｌ合金中空体は、自動車や自動二輪などの内燃機関用部品に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１００  間接押出機
１１０  コンテナ
１２０  ダイステム  １２１  ダイス  １２２  ステム
１３０  ラム
１４０  ダミーブロック
１５０  マンドレル  １５１  本体部  １５２  小径部  １５３  傾斜部
１  Ａｌ合金素材
１０  Ａｌ合金中空体  １ｔ  厚肉部
【図１】
2014151365.tif 000003
【図２】
2014151365.tif 000004