(57)【要約】【解決手段】アルミニウム基複合材の押出し用金型１０は内径ｄｐが成形ラウンド３３の径Ｄｒより大きな弧状のピース１５をチャンバ３１に付設するとともに、ポートホール２２の出口２６に臨ませたダイである。ポートホールの入口２５から見て、出口の断面積をＡｈ、出口を所定量閉じるピースの側面の表面積をＡｐとしたときに、ＡｐをＡｈ×３５〜９５％の範囲に設定する。【効果】ピースによって出口中心の流速が遅くなり、出口のブリッジ近傍の流速との差は小さくなる。筒材の外径の歪み量を小さくすることができる。所定値以下の外径の歪み量を確保するために、ポートホールの出口の断面積Ａｈを３５〜９５％の範囲とした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度に加熱したアルミニウム基複合材を、複数のポートホールで分流した後、ポートホールの直後に設けたチャンバで合流させ、チャンバの直後の成形ラウンドで絞ることで筒材を押出すときに用いる押出し用金型において、
外径がチャンバの径であって、内径が前記成形ラウンドの径より大きな弧状のピースを、前記チャンバに付設するとともに、前記ポートホールの出口に臨ませたことを特徴とするアルミニウム基複合材の押出し用金型。
【請求項２】
前記ポートホールの入口から見て、前記出口の断面積をＡｈ、前記出口を所定量閉じる前記ピースの側面の表面積をＡｐとしたときに、ＡｐをＡｈ×３５〜９５％の範囲に設定することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基複合材の押出し用金型。
【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基複合材製の長尺な管を押出し成形する場合に用いるアルミニウム基複合材の押出し用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の押出し用金型には、ポートホールダイを用いている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６２−２６３８２２号公報  （第２−３頁、第３図）
【０００４】
特許文献１を、図面を参照の上、詳しく説明する。
図８は従来の金型の断面図であり、上記特許文献１の第３図を写したものである。
押出成形金型４（符号は同公報に記載されたものを流用した。以下同様。）は、ポート５（ポートホール９を有する。）と、ダイ６とからなり、ダイ６を予備成形型孔１５と、この予備成形型孔１５に連通して予備成形型孔１５よりも広い断面積を有する整流内腔部１６と、この整流内腔部１６に連通した最終成形型孔１７とで構成したので、中空材（管）の全長（１２ｍ）に対して所定の間隔（１ｍ若しくは２ｍ）で測定したそれぞれの外径間でのばらつきを減少させることができるというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図８の押出成形金型４でアルミニウム基複合材製の長尺の管を押出し成形すると、押出し成形した管の歪みが大きくなることがある。アルミニウム基複合材は従来のアルミニウム合金に比較して変形抵抗が高いため、成形荷重が高く、圧力が高くなり、歪みが大きくなる。特に、大径薄肉部材の押出しは歪みが大きくなる。歪みというのは、円筒を目標として押出した場合、管の断面が円形にならない状態であり、例えば、ブリッジが３本であれば、おむすび型に変形するし、ブリッジが４本であれば、極端に表現すれば４角形になる。ここでの、管の歪みは、同一断面での最大外径と最小外径の差で表わす。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、筒材の外径の歪み量を小さくするアルミニウム基複合材の押出し用金型を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、所定温度に加熱したアルミニウム基複合材を、複数のポートホールで分流した後、ポートホールの直後に設けたチャンバで合流させ、チャンバの直後の成形ラウンドで絞ることで筒材を押出すときに用いる押出し用金型において、外径がチャンバの径であって、内径が成形ラウンドの径より大きな弧状のピースを、チャンバに付設するとともに、ポートホールの出口に臨ませたことを特徴とする。
【０００８】
ポートホールの出口の断面積はピースによって減少する。ピースによって出口中心の流速が遅くなり、出口のブリッジ近傍の流速との差は小さくなる。その結果、チャンバで合流させてアルミニウム基複合材を接合した際に、接合部近傍の流速とポートホール中心を流れる中央部の流速の差は小さく、歪みを小さくすることができる。従って、筒材の外径の歪み量は小さくなる。
【０００９】
ピースをチャンバに付設するとともに、ポートホールの出口に臨ませる構造とすることで、ピースを着脱自在とする。例えば、成形する筒材の厚さを変更した場合に、概して金型の条件の変更も伴うが、ポートホールの出口の開度設定を容易に行える。つまり、押出し用金型全体を作り替えるのではなく、ピース交換することで押出し用金型の購買費の削減を図る。
【００１０】
一方、成形する筒材の形状が不変の場合は、ピースを着脱自在な別体とせずに、チャンバを有するメスダイと一体構造として形成してもよい。
【００１１】
請求項２は、ポートホールの入口から見て、出口の断面積をＡｈ、出口を所定量閉じるピースの側面の表面積をＡｐとしたときに、ＡｐをＡｈ×３５〜９５％の範囲に設定することを特徴とする。
【００１２】
Ａｈ×０％は出口の全開であり、Ａｈ×１００％は出口の全閉である。
表面積ＡｐがＡｈ×３５％未満になると、ポートホールの出口での中心の流速は速く、一方、ブリッジ近傍の流速は中心より遅く、流速の差が大きく、外径の歪み量は増加し、所望の歪み量、例えば、１．０ｍｍ以下を確保することができない。
表面積ＡｐがＡｈ×９５％を超えると、ブリッジ近傍の流速は速くなり、ブリッジ通過後の乱流により、合流後の接合に歪みが生じやすく、所望の外径の歪み量、例えば、１．０ｍｍ以下を確保できないことがある。
つまり、外径の歪み量を確保するために、ポートホールの出口の断面積Ａｈを３５〜９５％の範囲とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の斜視図である。
アルミニウム基複合材の押出し用金型１０は、コンテナ１１に取り付けて筒材としての管１２を成形するダイで、オスダイ１３と、オスダイ１３に取り付けたメスダイ１４と、これらのオスダイ１３とメスダイ１４の間に取り付けた弧状のピース１５，１５，１５と、からなる。
【００１４】
管１２は、アルミニウム基複合材製の円形管で、外径をＤ、厚さをｔに成形したものである。外径Ｄの許容差は±ｓ（ｍｍ）とし、外径Ｄの歪み量はＴＤ（ｍｍ）とする。外径の歪み量ＴＤ（Ｄｍ−Ｄｎ）は、同一断面における外径の最大実測値Ｄｍと外径の最小実測値Ｄｎとの差を表わす。
【００１５】
アルミニウム基複合材は、母材としてのアルミニウムと強化材としてのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を複合したもので、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を還元剤としての窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）により還元することで、アルミナにアルミニウムの面（濡れ性がよい）を形成し、アルミナ（強化材）とアルミニウム（母材）をケミカルコンタク（化学的に結合）状態にして、強固に結合した複合材である。
【００１６】
図２は図１の２−２線断面図であり、拡大した状態を示し、コンテナ１１と、金型１０のオスダイ１３と、メスダイ１４と、ピース１５を示す。
コンテナ１１は、ビレット１６を押出すラム２１を有する。
ビレット１６は、既に説明した、還元剤としての窒化マグネシウムにより、強化材と母材金属がケミカルコンタクト状態になり、強固に結合している材料を用いた。
【００１７】
オスダイ１３は、中央にビレット１６を分流する３個（２個を図示）のポートホール２２，２２および中子部２３を形成し、中子部２３を３個（２個を図示）のブリッジ２４，２４で支持したものである。２５はポートホール２２の入口、２６はポートホール２２の出口、Ｄｈはポートホール２２の外径、ｄｈはポートホール２２の内径を示す。
中子部２３には、ポートホール２２の出口２６側に管１２の厚さｔを形成する内周成形口２７を形成した。
【００１８】
メスダイ１４は、ポートホール２２の出口２６の直後に一体的に連なるようにチャンバ３１を形成し、このチャンバ３１に連なるように管１２の外径を形成する外周成形口３２を形成したものである。Ｄｃはチャンバ３１の径を示す。
内周成形口２７と、外周成形口３２とで成形ラウンド３３を形成する。Ｄｒは成形ラウンド３３の径を示す。
【００１９】
ピース１５は、チャンバ３１に３分割して付設するとともに、ポートホール２２の出口２６に臨ませたもので、外周面３４と、内周面３５と、第１側面３６と、第２側面３７と、からなる。
第１側面３６は、出口２６を所定量閉じる側面３８を有する。
ピース１５の外径はＤｐで、外径Ｄｐはチャンバ３１の径Ｄｃと等しい。
ピース１５の内径はｄｐで、内径ｄｐは成形ラウンド３３の径Ｄｒより大きい。
【００２０】
図３は図１の３−３線断面図で、拡大してポートホール２２の入口２５側から見た状態を示し、オスダイ１３の中子部２３と、ブリッジ２４，２４，２４と、成形ラウンド３３、チャンバ３１に付設したピース１５，１５，１５を示す。Ａｈはポートホール２２の出口２６の断面積、Ａｒは成形ラウンド３３の断面積、Ａｐは出口２６を所定量閉じるピース１５の側面３８の表面積を示す。
【００２１】
ピース１５の側面３８の表面積Ａｐは、Ａｈ（出口２６の断面積）×３５〜９５％の範囲に設定した値で、表面積Ａｐでポートホール２２の出口２６を３５〜９５％の範囲で狭める。
【００２２】
図４は図１の４−４線断面図で、拡大した状態を示し、３個のポートホール２２，２２，２２と、３個のピース１５，１５，１５と、ピース１５，１５，１５で所定量閉じた出口２６の残りの開き量Ａｋ（Ａｋ＝Ａｈ−Ａｐ）を示す。
【００２３】
図５は本発明に係るピースの斜視図であり、既に説明したようにピース１５は、外周面３４と、内周面３５と、第１側面３６と、第２側面３７と、からなり、第１側面３６に出口２６を所定量閉じる側面３８を設けた。側面３８の表面積Ａｐの増減（Ａｈ×３５〜９５％）を内径ｄｐの増減で行う。
【００２４】
次に、ピース１５の取り付け要領を図２および図５で簡単に説明する。
まず、メスダイ１４のチャンバ３１にピース１５，１５，１５を取り付ける。その際、ブリッジ２４の角にピース１５の端が矢印▲１▼，▲１▼の如く一致するように所定の間隔で着脱自在に取り付ける。その次に、メスダイ１４とともにピース１５，１５，１５を矢印▲１▼，▲１▼の如くオスダイ１３に取り付け、押出し用金型１０が完成する。ここでは、ピース１５を着脱自在に取り付けたが、溶接で取り付けてもよい。
【００２５】
ピース１５を着脱自在に取り付けることで、ピース１５の交換を行うことができる。例えば、押出し成形品（筒材）の厚さｔ（図２参照）など寸法を変更する場合に、金型の条件の変更も伴うが、メスダイ１４（図２参照）全体を作り変えることなくピース１５の内径ｄｐで変更することができる。従って、金型の購買費を削減することができる。
【００２６】
一方、成形する筒材の形状が不変の場合は、ピース１５を着脱自在な別体とせずに、メスダイ１４と一体構造として形成してもよい。
【００２７】
以上に述べた押出し用金型の作用を次に説明する。
図２に示すコンテナ１１に所定温度に保持したアルミニウム基複合材のビレット１６を入れ、ラム２１を矢印▲２▼の如く前進させると、オスダイ１３の中子部２３およびブリッジ２４によってビレット１６は分流すると同時に、３個のポートホール２２を通過してポートホール２２の出口２６に達する。
【００２８】
図６は本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の作用図であり、ピース１５を展開してアルミニウム基複合材の流れを模式的に示した。
ポートホール２２の出口２６に達したビレットの流速はピース１５の第１側面３６によって抑制され、出口２６中心４１の流速Ｖｍが遅くなり、出口２６のブリッジ２４近傍４２の流速Ｖｂとの差は小さくなる。その結果、チャンバ３１で合流させてビレットを接合して管１２とした際に、接合部４３の流速とポートホール２２中心４１から流れ出る中央部４４の流速の差は小さく、歪みを小さくすることができる。従って、管１２の外径の歪み量を小さくすることができる。
【００２９】
また、出口２６中心４１の温度Ｔｍと出口２６のブリッジ２４近傍４２の温度Ｔｂとの温度差を小さくすることができる。その結果、チャンバ３１で合流させてビレット１６を接合した際に、接合部４３の温度と中央部４４の温度の差は小さく歪みを小さくすることができる。従って、管１２の外径の歪み量を小さくすることができる。
【００３０】
このように、図２のピース１５は、外径Ｄｐがチャンバ３１の径Ｄｃであって、内径ｄｐが成形ラウンド３３の径Ｄｒより大きな弧状で、チャンバ３１に付設するとともに、ポートホール２２の出口２６に臨ませた構造なので、ポートホール２２の出口２６は狭まり、出口２６中心４１（図６参照）の速度を抑え、チャンバ３１で合流させた接合部４３（図６参照）との流速の差を小さくすることができるとともに、温度差を小さくすることができる。従って、アルミニウム基複合材製管１２の外径の歪み量を小さくすることができる。
【００３１】
図７は本発明に係るピースと管の外径の歪み量との関係を示したグラフであり、横軸を（Ａｐ／Ａｈ）×１００とし、縦軸を外径の歪み量ＴＤとしたものである。（Ａｐ／Ａｈ）×１００が０％のときは出口２６（図２参照）を全開にした状態、１００％のときは出口２６（図２参照）を全閉にした状態である。この試験で成形した管の外径は１００ｍｍ、厚さは３ｍｍである。
【００３２】
表面積ＡｐがＡｈ×３５％未満になると、ポートホールの出口での中心の流速は速く、一方、ブリッジ近傍の流速は中心より遅く、流速の差が大きく、外径の歪み量ＴＤは増加し、所望の歪み量、例えば、１．０ｍｍ以下を確保することができない。
表面積ＡｐがＡｈ×９５％を超えると、ブリッジ近傍の流速は速くなり、ブリッジ通過後の乱流により、合流後の接合に歪みが生じやすく、所望の外径の歪み量ＴＤ、例えば、１．０ｍｍ以下を確保できないことがある。
つまり、外径の歪み量ＴＤを確保するために、ピースの側面の表面積ＡｐをＡｈ×３５〜９５％の範囲に設定した。
従って、外径の歪み量ＴＤを小さくすることができる。
【００３３】
尚、本発明の実施の形態に示したピース１５の外径Ｄｐをチャンバの径と等しくしたが、ピース１５の外径Ｄｐは任意である。
ピース１５の外面を円弧形状としたが、外面の形状は任意である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、所定温度に加熱したアルミニウム基複合材を筒材に押出すときに用いる押出し用金型は、外径がチャンバの径であって、内径が成形ラウンドの径より大きな弧状のピースを、チャンバに付設するとともに、ポートホールの出口に臨ませたので、ピースによって出口中心の流速が遅くなり、出口のブリッジ近傍の流速との差は小さくなる。その結果、チャンバで合流させてアルミニウム基複合材を接合した際に、接合部近傍の流速とポートホール中心を流れる中央部の流速の差は小さく歪みを小さくすることができる。従って、筒材の外径の歪み量を小さくすることができる。
【００３５】
ピースをチャンバに付設するとともに、ポートホールの出口に臨ませる構造とすることで、ピースを着脱自在とする。例えば、成形する筒材の厚さを変更した場合に、概して金型の条件の変更も伴うが、ポートホールの出口の開度設定を容易に行うことができる。つまり、金型全体を作り替えることなくポートホールの出口の開度変更に伴う金型の修正を行うことができ、金型の購買費を抑えることができる。
【００３６】
請求項２では、ポートホールの入口から見て、出口の断面積をＡｈ、出口を所定量閉じるピースの側面の表面積をＡｐとしたときに、ＡｐをＡｈ×３５〜９５％の範囲に設定した。
表面積ＡｐがＡｈ×３５％未満になると、ポートホールの出口での中心の流速は速く、一方、ブリッジ近傍の流速は中心より遅く、流速の差が大きく、外径の歪み量は増加し、所望の歪み量、例えば、１．０ｍｍ以下を確保することができない。
表面積ＡｐがＡｈ×９５％を超えると、ブリッジ近傍の流速は速くなり、ブリッジ通過後の乱流により、合流後の接合に歪みが生じやすく、所望の外径の歪み量、例えば、１．０ｍｍ以下を確保できないことがある。
つまり、外径の歪み量を確保するために、ポートホールの出口の断面積Ａｈを３５〜９５％の範囲とした。
従って、筒材の外径の歪み量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の斜視図
【図２】図１の２−２線断面図
【図３】図１の３−３線断面図
【図４】図１の４−４線断面図
【図５】本発明に係るピースの斜視図
【図６】本発明に係るアルミニウム基複合材の押出し用金型の作用図
【図７】本発明に係るピースと管の外径の歪み量との関係を示したグラフ
【図８】従来の金型の断面図
【符号の説明】
１０…アルミニウム基複合材の押出し用金型、１２…筒材（管）、１５…ピース、２２…ポートホール、２５…ポートホールの入口、２６…ポートホールの出口、３１…チャンバ、３３…成形ラウンド、３８…ピースの側面、Ｄｃ…チャンバの径、Ｄｐ…ピースの外径、ｄｐ…ピースの内径、Ｄｒ…成形ラウンドの径。
【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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【図７】
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【図８】
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