(57)【要約】【課題】断面内寸法の誤差を小さくできる押出用ホローダイスを得る。【解決手段】中空形材の内周に応じた形状の雄側ベアリング部１０を設けたマンドレル８が突出形成された雄型２と、中空形材の外周に応じた形状の雌側ベアリング部２４を設けた雌型４とを組み合わせて雌側ベアリング部２４に雄側ベアリング部１０を挿入して成形隙間３０を形成する。その際、マンドレル８の長さＬと、マンドレル８の横断面積Ｓとの関係を０．０２＜Ｌ２　／Ｓ＜２．０とした。ビレットを成形隙間３０を介して押し出して中空形材を成形するときに、マンドレル８のたわみを低減できる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空形材の内周に応じた形状の雄側ベアリング部を設けたマンドレルが突出形成された雄型と、前記中空形材の外周に応じた形状の雌側ベアリング部を設けた雌型とを組み合わせて前記雌側ベアリング部に前記雄側ベアリングを挿入して成形隙間を形成し、ビレットを前記成形隙間を介して押し出して前記中空形材を成形する押出用ホローダイスにおいて、
前記マンドレルの長さＬと、前記マンドレルの横断面積Ｓとの関係が、
０．０２＜Ｌ２　／Ｓ＜２．０であることを特徴とする押出用ホローダイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム等のビレットから中空形材を押し出し成形する押出用ホローダイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図６に示すように、雄側ベアリング部１０６を設けたマンドレル１０２が突出形成された雄型１０４と、雌側ベアリング部１００を設けた雌型１０８とを組み合わせて、雄側ベアリング部１０６を雌側ベアリング部１００に挿入して成形隙間１１０を形成し、図示しないビレットを成形隙間１１０を介して押し出して中空形材を成形する押出用ホローダイス１１２が知られている。
【０００３】
このような、押出用ホローダイス１１２では、雄型１０４には図示しないビレットを分流する複数のポート１１４（一部のみ図示する）が形成されている。そして、雄型１０４と雌型１０８とを組み合わせた際には、チャンバー１１６が形成され、複数のポート１１４はチャンバー１１６に連通されている。また、チャンバー１１６は成形隙間１１０に連通されて、チャンバー１１６から成形隙間１１０を介して中空形材が押し出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、成形時に、マンドレル１０２にかかる内圧が、図６に矢印で示すように、差が生じることがあり、この圧力差によってマンドレル１０２にたわみが生じる。
【０００５】
この圧力差を発生させる要因として、第１に製品の断面形状そのものに関する場合がある。例えば、肉厚が一定の円筒状断面形状のものでは、雄型１０４と雌型１０８とによる成形隙間１１０のどの部分をとっても間隔が一定であり、圧力差を発生させる要因とはならないが、肉厚が部分的に異なるような製品断面形状のものでは、厚肉の部分、即ち雄型１０４と雌型１０８との隙間が大きい部分と、薄肉の部分、即ち雄型１０４と雌型１０８との隙間が小さい部分では、金属の流量が異なり、圧力差を発生させる要因となる。
【０００６】
第２には押出用ホローダイスの加工誤差に関する場合がある。例えば、ダイス加工上の誤差は皆無ではなく、部分的に差が生じることは避けられない。中空形材の押出ではポート１１４により分割された金属がチャンバー１１６にて合流し、成形隙間１１０により成形される。ポート１１４の加工誤差によりチャンバー１１６内に圧力差が発生し、その結果、成形隙間１１０に圧力差を発生させる原因となる。
【０００７】
雄型１０４と雌型１０８の両ベアリング部１０６，１００の間の成形隙間１１０内で圧力差がある場合、マンドレル１０２をたわませる荷重が作用し、雄側ベアリング部１０６の位置が変動し、雄型１０４と雌型１０８の成形隙間１１０の寸法が変化して、中空形材の断面内寸法に誤差が発生する。
【０００８】
近年、特にアルミニウム及びアルミニウム合金では、中空形材の押出成形による寸法精度の要求が年々厳しくなっていることから、断面内寸法の誤差が原因である不良が多くなるという問題があった。
本発明の課題は、断面内寸法の誤差を小さくできる押出用ホローダイスを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
中空形材の内周に応じた形状の雄側ベアリング部を設けたマンドレルが突出形成された雄型と、前記中空形材の外周に応じた形状の雌側ベアリング部を設けた雌型とを組み合わせて前記雌側ベアリング部に前記雄側ベアリングを挿入して成形隙間を形成し、ビレットを前記成形隙間を介して押し出して前記中空形材を成形する押出用ホローダイスにおいて、
前記マンドレルの長さＬと、前記マンドレルの横断面積Ｓとの関係が、
０．０２＜Ｌ２　／Ｓ＜２．０であることを特徴とする押出用ホローダイスがそれである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１、図２に示すように、１は押出用ホローダイスで、押出用ホローダイス１は雄型２と雌型４とから構成されている。雄型２には、大径凸部６が形成されると共に、そのほぼ中心から雌型４に向かってマンドレル８が突出形成されている。マンドレル８は、大径凸部６から先端側に向かって縮径するテーパ部８ａを有すると共に、テーパ部８ａから先端側に向かって延びたストレート部８ｂを有する。
【００１１】
ストレート部８ｂでは突出方向と直交する横断面積Ｓが一定に形成されている。テーパ部８ａを、マンドレル８の軸方向に長く形成すると、マンドレル８の剛性が向上するが、後述するビレットの流れが悪くなるので、マンドレル８の根元近傍に設けられる。
【００１２】
更に、マンドレル８の先端側に雄側ベアリング部１０が設けられている。雄側ベアリング部１０は、ストレート部８ｂの外形形状よりも一回り大きく、例えば数ｍｍ径方向に突き出した形状に形成されており、押出成形する中空形材の内周に応じた形状に形成されている。
【００１３】
例えば、図３（イ）に示す断面矩形の中空形材１２を押出成形する際には、中空形材１２の内周１２ａに応じた形状に形成され、それよりも大きい、図３（ロ）に示す断面矩形の中空形材１４を押出形成する際には、中空形材１４の内周１４ａに応じた形状に形成される。
【００１４】
雄型２には、複数のポート１６〜１９が、雄型２を貫通して、マンドレル８を中心にして等間隔に、本実施形態では略扇形の４つのポート１６〜１９が形成されている。尚、ポート１６〜１９の数は４つに限るものではなく、形状も略扇型に限るものではない。
【００１５】
一方、雌型４には、大径凸部６を挿入可能な大径孔２０が形成されており、大径孔２０に連接してチャンバー孔２２が形成されている。チャンバー孔２２の中央には、雌側ベアリング部２４が形成されると共に、雌側ベアリング部２４に連接してテーパ孔２６が形成されている。テーパ孔２６は、雌側ベアリング部２４から中空形材１２，１４の押出方向外側に向かって直径が拡大するように形成されている。
【００１６】
雌側ベアリング部２４は押出成形する中空形材の外周の形状に応じて形成されている。例えば、図３（イ）に示す断面矩形の中空形材１２を押出成形する際には、中空形材１２の外周１２ｂに応じた形状に形成され、それよりも大きい、図３（ロ）に示す断面矩形の中空形材１４を押出形成する際には、中空形材１４の外周１４ｂに応じた形状に形成される。
【００１７】
雄型２の大径凸部６を雌型４の大径孔２０に挿入して、雄型２と雌型４とが組み立てられて、押出用ホローダイス１が構成される。組立の際に、雌側ベアリング部２４に雄側ベアリング部１０が挿入されるように、雄側ベアリング部１０と雌側ベアリング部２４とが対応して形成されている。
【００１８】
組み立てることにより、チャンバー孔２２が雄型２の大径凸部６により閉塞されて、チャンバー２８が形成される。チャンバー２８は複数のポート１６〜１９にそれぞれ連通される。雌側ベアリング部２４に雄側ベアリング部１０が挿入されて、その間に形成される隙間により成形隙間３０が形成される。
【００１９】
この成形隙間３０は、図３（イ）（ロ）に示す、中空形材１２，１４の断面形状と同じになるように形成される。本実施形態では、図３に示すように、中空形材１２，１４は側壁の厚さは両側で同じであるが、上下壁の厚さが異なる。尚、成形する中空形材１２，１４はこれに限定したものではない。
【００２０】
前述したマンドレル８は、長さＬと横断面積Ｓとの関係が下記（１）式を満足するように形成されている。ここで、マンドレル８の長さＬは、大径凸部６の端面から雄側ベアリング部１０の端に至るまでの長さであり、チャンバー２８の深さとも同じであり、チャンバー２８内の流動金属の圧力を受ける長さでもある。この横断面積Ｓは、ストレート部８ｂの突出方向と直交する断面積である。
【００２１】
０．０２＜Ｌ２　／Ｓ＜２．０　・・・（１）
例えば、マンドレル８を丸棒とすると、片持ち梁と考えたときのマンドレル８の先端のたわみ量は、長さＬと直径Ｄの比、Ｌ４　／Ｄ４　と比例関係にある。マンドレル８は丸棒以外にも矩形断面のもの等他の断面形状を有するものもあるので、直径Ｄに代えて横断面積Ｓを用いて、Ｄ４　の代わりにＳ２　を当てはめ、Ｌ４　／Ｓ２　を導いた。従って、Ｌ２　／Ｓもたわみ量と比例関係にあり、これをパラメータメータとして用いることとした。
【００２２】
Ｌ２　／Ｓが２．０以上の場合、マンドレル８はその断面積に比べて長さが長くなるため、たわみ易く、圧力差の影響を受けやすくなり、マンドレル８がたわみやすくなる。Ｌ２　／Ｓを２．０未満とすることにより、マンドレル８のたわみを小さく抑えることができる。更に、安定した効果を得るためには、Ｌ２　／Ｓが１．０以下であることが好ましい。
【００２３】
Ｌ２　／Ｓが０．０２以下の場合、チャンバー２８の深さが狭くなりすぎてメタルが流れず、押出不可となる。Ｌ２　／Ｓが０．０２を越え、０．１未満の場合、チャンバー２８の深さが狭いことにより押出の安定性に支障をきたす場合があり、Ｌ２　／Ｓが０．１以上であることが好ましい。
【００２４】
次に、前述した本実施形態の押出用ホローダイス１の作動について説明する。
先ず、図示しないビレットが加圧されて、各ポート１６〜１９により分流され、ポート１６〜１９を介してチャンバー２８に流入する。チャンバー２８で再び合流・接合し、成形隙間３０から押し出される。
【００２５】
成形隙間３０から押し出される際に、成形されて、成形隙間３０の形状に応じた断面形状の中空形材１２，１４が成形される。押し出されるビレットからの圧力をマンドレル８が受けるが、マンドレル８をたわませるような圧力差が生じても、その剛性により十分な寸法精度の中空形材１２，１４を得ることができる。
【００２６】
次に、ビレットにＪＩＳ６０６３アルミニウム合金の直径９０ｍｍのものを用い、押出温度５００℃、押出速度３０ｍ／ｍｉｎで、マンドレル８の長さＬ及び横断面積Ｓを種々変更した押出用ホローダイス１を製作して押出を行い、中空形材の断面寸法誤差の評価を行った結果を説明する。その際、押出用ホローダイス１の材質には、アルミニウム押出において一般的な、ＳＫＤ６１を使用した。その結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
実施例１〜８は、Ｌ２　／Ｓが２．０未満であり、良好な寸法精度が得られた。なかでも、実施例３〜８はＬ２　／Ｓが１．０以下の、より好ましい条件を満たしており、寸法精度は非常に良好であった。実施例８はＬ２　／Ｓが０．０２を越え０．１未満で、断面寸法の評価は良好であるが、チャンバー２８が浅いことにより、押出安定性に欠けるため、総合的には評価は○となる。比較例１，２は、Ｌ２　／Ｓが２．０以上であり、寸法精度が良くなかった。また、比較例３，４は、Ｌ２　／Ｓが０．０２以下で、チャンバー２８が浅すぎることにより、押出が不可であった。
【００２９】
次に、前述した実施形態と異なる第２実施形態について、図４、図５によって説明する。この第２実施形態の押出用ホローダイス５１は、丸パイプを押出成形するためのもので、前述した実施形態のマンドレル８の断面形状が矩形であったのに対し、このマンドレル５８はその断面形状が丸形に形成されている。尚、前述した実施形態と同じ部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
押出用ホローダイス５１は、前述した実施形態と同様に、雄型５２と雌型５４とを組み合わせて構成されている。マンドレル５８もテーパ部５８ａ、ストレート部５８ｂを備え、ストレート部５８ｂの横断面積Ｓは真円である。マンドレル５８の先端側には、雄側ベアリング部６０が設けられ、雄側ベアリング部６０は中空形材の内周に応じた形状に形成されている。また、雌型５４には、雌側ベアリング部６２が設けられており、雌側ベアリング部６２は中空形材の外周に応じた形状に形成されている。雄側ベアリング部６０と雌側ベアリング部６２との間の隙間により成形隙間６４が形成されている。
【００３１】
この第２実施形態の場合でも、マンドレル５８の長さＬと、マンドレル５８の横断面積Ｓとの関係が、上記（１）式を満足するように形成されている。この第２実施形態の押出用ホローダイス５１でも、中空形材の寸法誤差を低減できる。また、第１実施形態、第２実施形態は、押出用ホローダイス１，５１一つにつき、成形隙間３０，６４が一つの、いわゆる、一孔押出用ホローダイスに関するものであるが、押出用ホローダイス１，５１一つにつき、成形隙間３０，６４が二つ以上ある、いわゆる多孔押出用ホローダイスについても、同様に実施可能であり、効果は同様である。
【００３２】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の押出用ホローダイスは、中空形材の寸法誤差を低減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての押出用ホローダイスの雄型側からみた側面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】本実施形態の中空形材の長手方向に直角な断面図である。
【図４】第２実施形態としての押出用ホローダイスの雄型側からみた側面図である。
【図５】図４のＢＢ断面図である。
【図６】従来の押出用ホローダイスの断面図である。
【符号の説明】
１，５１，１１２…押出用ホローダイス
２，５２，１０４…雄型
４，５４，１０８…雌型　６…大径凸部
８，５８，１０２…マンドレル
８ａ，５８ａ…テーパ部　８ｂ，５８ｂ…ストレート部
１０，６０，１００，１０６…雄側ベアリング部
１２，１４…中空形材　　１６〜１９，１１４…ポート
２４，６２…雌側ベアリング部
２８，１１６…チャンバー
３０，６４，１１０…成形隙間
【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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