(57)【要約】【課題】熱間押出法におけるマンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材を製造する際に、特に該中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生を防止する。【解決手段】マンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材を製造する際に、ビレットの押出中のマンドレル１の外周面１０の温度を、該ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持することで、ビレットの押出中にマンドレル外周面と接触しているビレットは該ビレットの融点Ｔ（℃）以上とはならないので、中空押出材の内周面では局部溶解による割れの発生が防止できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
押出方向に沿って貫通孔を配設するアルミニウム合金のビレットをコンテナ内に装填するとともに、該ビレットの貫通孔内に、先端がダイス外に突出するようにマンドレルを挿嵌した上で、該ビレットに対して圧力を加えることでダイスを通して中空押出材を押出させてなるものであり、該ビレットの押出中におけるマンドレルの外周面温度を、該ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持することを特徴としてなるアルミニウム合金の中空押出材の製造方法。
【請求項２】
上記アルミニウム合金の中空押出材の製造方法において使用されるマンドレルは、該マンドレルを冷却する手段を備え、ビレットの融点をＴ（℃）としたときに、熱間押出中でもマンドレルの外周面温度がＴ−５０（℃）以下に保持されることを特徴としてなるマンドレル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、熱間押出法におけるマンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材の製造方法と該製造方法において使用されるマンドレルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱間押出法におけるアルミニウム合金による中空押出材の製造方法には、主にポートホール方式とマンドレル方式がある。まずポートホール方式は、オス型とメス型からなるダイスを組み合わせ、オス型で一旦ビレットを分割し、オス型とメス型の間に構成されたチャンバー内で分割された材料を一体化させた上で、押出を行うことで中空押出材を製造する方法である。そして該ポートホール方式はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系のアルミニウム合金等の熱間変形抵抗が低いものにおいて適用されている。またマンドレル方式は、予め押出に用いるビレットに対して、押出方向に平行に貫通孔を穿設するとともに、該貫通孔内にマンドレルをダイスから外部へ突出するように挿嵌した上で、ビレットに圧力を加えてダイスより押出させることで中空押出材を製造する方法である。そして該マンドレル方式はＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ系或いはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系のアルミニウム合金等のように熱間変形抵抗が高いものにおいて適用されている。
【０００３】
ところで、上記ポートホール方式やマンドレル方式等の熱間押出法におけるアルミニウム合金による中空押出材の製造では、押出される中空押出材の外周面温度が融点（固相線温度）以上になることで局部溶解による割れが発生することがある。更にマンドレル方式による場合は、ビレットの押出中は、中空押出材の外周面のみならず、中空押出材の内周面でも、該内周面と接触するマンドレルが加熱されて高温となるので、局部溶解による割れが生じることがある。ところで中空押出材の外周面と接触して局部溶解を起こすダイスは、バッカーやホルダー等とともにコンテナに保持されているので、それらを介して周囲と効率よく熱交換を行うことができるのでダイスの温度上昇を抑制し易く、中空押出材外周面での割れの発生は比較的容易に防止できるものである。一方中空押出材の内周面に接触するマンドレルは加熱されたビレットの貫通孔内に挿嵌されるので、押出中にビレットから高熱を受けるだけで、その熱を周囲と熱交換する余地は極めて少なく、マンドレルの外周面は著しく高温になり易い。その結果マンドレルが直接接触する中空押出材の内周面では局部溶解による割れが発生し易い。そこで、マンドレル方式での中空押出材の製造において、ビレットの押出中にマンドレルの温度が著しく高温となり中空押出材の内周面で局部溶解による割れが発生することがないように、ビレットの押出速度を抑制してマンドレルが高温となることを防止したり、又は中空としたマンドレル内に冷却水その他の冷却剤を導き、該マンドレルを冷却してなるものが提案されている（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
ところで、ビレットの押出速度を制限すると、ビレットの押出中のマンドレルの温度上昇が抑制されて高温となることを防止できるので、中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生は防止できる。しかし、中空押出材の生産性は著しく低下してしまうものである。また中空としたマンドレル内に冷却水その他の冷却媒体を導いて積極的にマンドレルを冷却するものでは、マンドレルの外周面温度がビレットの融点以下となれば局部溶解による割れの発生を防止できる。しかし、多種多様なアルミニウム合金における融点は多岐にわたるものであり、単にマンドレルを冷却するだけでは押出中のマンドレルの温度をビレットの融点以下に保持しておくことができず、中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生を確実に防止できない。
【特許文献１】特公昭４５−９０５７号公報
【特許文献２】特開昭５４−４９９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明は、マンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材の製造にあたって、中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生を確実に防止するとともに、ビレットの押出速度を大きくして中空押出材の生産性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本願発明は、マンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材の製造にあたって、ビレットの押出中でのマンドレルの外周面温度をビレットの融点Ｔ（℃）以下の一定の温度に保持してなるものである。
【０００７】
具体的には、押出方向に沿って貫通孔を配設するアルミニウム合金のビレットをコンテナ内に装填するとともに、該ビレットの貫通孔内に、先端がダイス外に突出するようにマンドレルを挿嵌した上で、該ビレットに対して圧力を加えることでダイスを通して中空押出材を押出させてなるものであり、該ビレットの押出中におけるマンドレルの外周面温度を、該ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持するものである。
【０００８】
そして、上記アルミニウム合金の中空押出材の製造方法において使用されるマンドレルは、該マンドレルを冷却する手段を備え、ビレットの融点をＴ（℃）としたときに、熱間押出中でもマンドレルの外周面温度がＴ−５０（℃）以下に保持されるものである。
【０００９】
そのため、マンドレル方式でのアルミニウム合金の中空押出材の製造において、ビレットの押出中にビレットの押出に伴う温度上昇によりマンドレルの温度が上昇しても、該マンドレルの外周面温度は、ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持されて確実にビレットの融点以下であるので、該マンドレルの外周面と直接接触する中空押出材の内周面では局部溶解による割れの発生が防止できる。
【００１０】
ここで、ビレットの押出中において、マンドレルの外周面温度を、ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持するものとしたのは、次の理由によるものである。即ち、マンドレル方式での中空押出材の製造では、ダイス手前及びダイス内においてビレットとマンドレルとは接触しているので、この両者の間では熱交換が行われる。その結果ダイスより押出された中空押出材の内周面の温度は、マンドレルの温度とビレットの押出中に発生する熱との和として表される。更に押出中にはマンドレルは加熱され易い反面、熱交換しづらいので容易に高温となり、ビレットの押出中に発生する熱を抑制しても中空押出材の内周面の温度は容易にビレットの融点（固相線温度）を超え、局部溶解による割れの発生が起こりうるものとなる。そこで、ビレットの押出中に発生する熱により上昇しうるマンドレルの外周面温度がビレットの融点Ｔ（℃）よりも５０℃以上低くなるように保持した。そのためビレットの押出中であっても、中空押出材の内周面に接触するマンドレルの外周面温度はビレットの融点以下であるので、局部溶解による割れの発生が確実に防止できる。
【００１１】
また、ビレットの押出中では、マンドレルの温度とビレットの融点Ｔ（℃）との温度差は大きい程、ビレットの押出中にマンドレルの外周面温度がビレットの融点以上になる可能性が小さくなり、ビレットの押出速度を大きくすることができる。従って、中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生が防止できるとともに、中空押出材の生産性を向上させるものとなる。そのため、ビレットの押出中におけるマンドレルの外周面温度は、好ましくはＴ−７０（℃）以下とし、最も好ましくはＴ−１２０（℃）以下に保持してなるものである。
【００１２】
また、上述のように多種多様なアルミニウム合金の融点は多岐にわたるものである。そのためビレットの融点Ｔ（℃）を確認することが困難な場合がある。そこで、このように融点が不明であるアルミニウム合金による中空押出材を製造する場合にはマンドレルの温度を次のように保持してもよいものである。即ち、通常の工業生産される代表的なアルミニウム合金のうち最も低い融点を有するのは７０５０合金であり、その融点Ｔ（℃）は４８８（℃）〔社団法人軽金属協会発行「アルミニウム材料の基礎と工業技術（第３版）  平成１０年６月２５日発行」Ｐ．１６２表３参照〕である。そのためビレットの押出中のマンドレルの外周面温度は、約４４０（℃）以下、好ましくは約４２０（℃）以下、最も好ましくは約３７０（℃）以下に保持するものである。その結果、中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生は確実に防止できる。
【００１３】
なお、マンドレルの外周面温度は低いほど中空押出材の内周面での局部溶解による割れの発生は確実に防止できるので、下限温度については特に設ける必要はない。しかし、マンドレルの外周面温度を室温以下とするには特殊な冷却媒体や装置が必要となって中空押出材の製造コストの上昇を招くことになる。そのためビレットの押出中におけるマンドレルの温度は室温以上とすることが好ましい。
【００１４】
そして、アルミニウム合金による中空押出材の製造方法において使用されるマンドレルの外周面温度を、ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持するにあたってはマンドレル内に冷却機構を設けることが好ましいものである。ここで、該冷却機構はマンドレルの外周面温度を上記温度範囲に保持できるものであればどのような構造のものであってもよく、一例としてマンドレル内部に冷却媒体を流通させる流路を設け、冷却媒体を流通させるものが好適である。このとき、マンドレル内の流路に流通させる冷却媒体としては、空気、不活性ガス等の気体、或いは油や水等の液体を好適に用いることができる。なおマンドレルの外周面温度を、ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に保持できるものであれば、前記以外の冷却媒体を用いても良いものである。
その上、前記マンドレル内の流路に冷却媒体を流通させることで外周面の冷却を行う冷却機構には、マンドレルの外周面温度を、ビレットの融点をＴ（℃）としたときにＴ−５０（℃）以下に確実に保持できるように、マンドレルの内部においてマンドレルの外周面温度を測定する温度センサーや、該温度センサーにより測定されたマンドレルの温度に基づいてマンドレルの内部の流路を流通する冷却媒体の流量を調整してなる流量調整装置等からなる温度制御機構を付設することが必要となる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明は、マンドレル方式でのアルミニウム合金による中空押出材の製造方法において、ビレットの押出中にマンドレルの温度上昇により中空押出材の内周面において局部溶解による割れの発生を確実に防止するので、ビレットの押出速度を大きくし中空押出材の生産性を向上させることができる優れた効果を有するものである。
【００１６】
以下において、本願発明の実施例について説明する。
なお、この実施例は、本願発明の好ましい一実施態様を説明するためのものであって、これにより本願発明が制限されるものでない。
【実施例】
【００１７】
そこで、本願発明の実施例と比較例とを対比して説明する。
本願発明の実施例は、表１に示す化学成分を有するアルミニウム合金Ａ及びＢについて、常法に従ってＤＣ鋳造法で直径２００ｍｍの鋳塊を作製し、長さ７００ｍｍに切断後、該鋳塊について４６０℃で１０時間の均質化処理を行うとともに、ビレットの横断面中心部に直径５０．５ｍｍの貫通孔を成形し中空ビレットとした。その上で、該ビレットの貫通孔内に外径５０．０ｍｍのマンドレル１を挿嵌しつつ間接押出機を用いて、外径６５．０ｍｍ、内径５０．０ｍｍの中空形状にマンドレル方式での押出加工を行った。このとき、ビレットの加熱温度は４５０℃、ダイス、コンテナの温度は４００℃、押出速度は５ｍ／ｍｉｎとした。
ここで、本願発明において使用されるマンドレル１は、図１及び図２において示すように、一端を封止する外筒２と該外筒２内において外筒封止端側に空間３を配設するように内挿される内筒４とから構成されるとともに、外筒２と内筒４との間にマンドレル長手方向に断面放射状にかつ内筒４の基端部で切り欠かれた複数の隔壁５を配設することでマンドレル１の外周面１０が均一に冷却されるように、冷却媒体が均等に流通する流路６を形成した上で、いずれかの流路６内にマンドレル１の外周面１０の温度測定を行う温度センサー７を内装するものである。そして外筒２と内筒４の間に形成される流路６に対して、冷却媒体は、温度センサー７のデータに基づいて冷却媒体の流量を調整する流量調整装置などからなる温度制御機構（図示せず）により制御しつつ、外筒２に設ける注入孔８より注入され円周方向に分流されるとともに流路６から内筒４を経由して該内筒４の連通する排出孔９より排出されるものである。即ち、本願発明の実施例においてはマンドレル１内部に冷却媒体として常温のシリコンオイルを流路６内に流通させることでマンドレル１の冷却を行うとともに、マンドレル１の長手中央部の外周面１０から１ｍｍの位置に内部から取り付けた温度センサー７である熱電対を用いてマンドレル１の外周面１０の温度測定を行った。このため押出後のビレット押残りからマンドレル１を抜いた時点で、接触式温度計でマンドレル１の外周面１０の温度実測を行い、該熱電対の測定値と差がないことを確認した。なおビレットの押出前におけるマンドレル１の温度は３５０℃とした。その結果得られた中空押出材イ、ロについては長手方向に切断し、外周面および内周面を全長に亘って目視で観察し、割れの有無を調査した。
【００１８】
一方、比較例は、上記実施例と同一条件でアルミニウム合金ＡおよびＢの中空ビレットを作製し、実施例と同一条件でマンドレル方式での押出加工を行った。ただし、マンドレル１は、マンドレル１内部に冷却媒体を流通させないことで冷却を行わず、温度測定のみ行った。その結果得られた中空押出材ハ、ニについては長手方向に切断し、外周面および内周面を全長に亘って目視で観察し、割れの有無を調査した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
表２において、実施例による中空押出材イ、ロ及び比較例による中空押出材ハ、ニにおけるマンドレル１の外周面１０の最高温度及び中空押出材イ、ロ、ハ、ニの外周面及び内周面での割れの有無について示す。
その結果、本願発明は、マンドレル１の外周面１０の最高温度は各材質の融点Ｔ（℃）−５０℃以下に保持されていることが確認され、製造された中空押出材イ、ロでは、外周面及び内周面では割れの発生は確認されず、本願発明の効果が確認された。
一方比較例は、マンドレル１の外周面１０の温度は各材質の融点Ｔ（℃）−５０（℃）を超えてしまうことが確認され、製造された中空押出材ハ、ニでは、外周面には割れの発生はなかったものの、内周面には割れの発生が確認された。
【００２１】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２２】
本願発明のアルミニウム合金の中空押出材の製造方法および該製造方法に使用されるマンドレルは、多種多様のアルミニウム合金の中空押出材の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本願発明におけるマンドレルの縦断面図である。
【図２】本願発明におけるマンドレルのＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    マンドレル
２    外筒
３    空間
４    内筒
５    隔壁
６    流路
７    温度センサー
８    注入孔
９    排出孔
１０    （マンドレルの）外周面
【図１】
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【図２】
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