(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接押出機を用いたアルミニウム合金の押出において、中心部温度を押出に用いるビレット温度より高くし、外周部温度を前記ビレット温度より低くしたダイスを用い、押出を開始することを特徴とする押出方法。
【請求項２】
押出開始時の外周部の降温速度が１．５℃／分以下となるようにした請求項１記載の押出方法。
【請求項３】
ダイス加熱炉内の雰囲気を中心部に接する部分と外周部に接する部分に仕切り、中心部側の雰囲気温度を押出に用いるビレット温度より高温に保ち、外周部側の雰囲気温度を中心部側の雰囲気温度より低く保つことを特徴とするダイス加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、押出開始当初に生じがちな寸法変動，肉厚変動を抑え、規格値を満足する押出形材を高歩留で製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金等の押出成形では、高温加熱したビレットをコンテナからダイスに押し出し、ダイスに設けられたベアリング孔を通過させることによって所定の断面形状をもつ押出形材を製造している。
ダイス１０は、図１に示すようにベアリング孔１１が形成されたダイ１２，バッフルプレート１３，バックダイ１４，ダイリング１５等からなる。バックダイ１４の出側には、ダイス１０の厚みを調整するため必要に応じてボルスタ１６がセットされる。ボルスタ１６は、ダイス１０の撓みを抑制する上でも有効である。
ダイス１０は、ダイスライド（図示せず）を用いてビレットＭを収容しているコンテナ２０の出側端部に装着される。この状態でコンテナ２０内のビレットＭを入側から加圧すると、ビレットＭが塑性流動してベアリング孔１１を通過し、所定の断面形状に成形された押出形材Ｓが得られる。
【０００３】
ビレットＭの押出に際し、４５０℃前後の高温にダイス１０が加熱される。このときの加熱は高温雰囲気に維持したダイヒータ内で行われるため、ダイス１０は均一な温度分布で昇温する。ところが、ダイス１０の温度分布は、押出成形の継続に応じて変化する。押出成形中、ビレットＭの顕熱及びビレットＭの加工熱がダイス１０に加えられる一方、ボルスタ１６を介したエンドプラテンへの熱伝導，ダイスライドへの熱伝導，外気への熱放散等によってダイス１０が放熱する。このとき、入熱がダイス１０の中心部で進み、ダイス１０の外周方向から放熱されることから、押出成形の進行につれ中心側が高温で外周側が低温の温度分布がダイス１０につけられる。外周側の温度低下は、ベアリング孔１１の開口寸法を減少させる熱収縮となって現れ、結果として押出形材Ｓが経時的に薄肉化する原因となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
押出成形中にダイス１０の温度低下を抑制することにより、押出成形の進行に伴った押出形材Ｓの薄肉化をある程度防止できる。たとえば、特開平４−２２８２２３号公報では、ダイリング１５の肉厚方向中間部に断熱材を組み込み、ダイス１０が外周面から冷却されることを抑制している。その結果、ダイス１０の部分的な降温が防止され、押出形材Ｓの出方不良，形状不良，精度不良等の発生が防止できるとされている。
断熱材をダイリング１５に組み込んでも、熱伝達が断熱材で遮断される分だけダイス１０の温度低下が遅延するものの、長時間にわたる押出成形ではダイス１０に前述の温度分布が生じることが避けられない。そのため、押出成形の継続に応じて押出形材Ｓが経時的に薄肉化する傾向がみられる。
【０００５】
【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、ダイスの中心側で高く、外周側で低くなる温度分布が生じることを避けられないものとして、押出成形の継続により変化が起こらない温度分布にしたダイスを用い押出を開始することにより、押出開始当初から押出終了までの期間にわたってベアリング孔の寸法変動幅を小さくし、形状及び肉厚が安定した押出形材を製造することを目的とする。
【０００６】
本発明の押出方法は、その目的を達成するため、直接押出機を用いたアルミニウム合金の押出において、中心部温度を押出に用いるビレット温度より高くし、外周部温度を前記ビレット温度より低くしたダイスを用い、押出を開始することを特徴とする。押出開始時に、外周部の降温速度が１．５℃／分以下となるようにすることが好ましい。
ダイス加熱炉内の雰囲気を中心部に接する部分と外周部に接する部分に仕切り、中心部側の雰囲気温度を押出に用いるビレット温度より高温に保ち、外周部側の雰囲気温度を中心部側の雰囲気温度より低く保ち、ダイスを加熱することで上記押出に用いるダイスの温度分布をつくる事ができる。
【０００７】
【作用】
押出に用いるビレットの温度はほぼ一定であるため、ダイス中心部（押出中ビレットと接する部分）の温度もほぼ一定となる。しかし、押出初期のダイス中心部の温度がビレット温度より低い場合、初期温度から一定になる温度に達するまでの温度上昇に伴う熱膨張により、ベアリング孔の開口幅が減少する。この場合、ダイスに熱を奪われるためビレット温度の低下も同時に生じ、押出圧力が増加することでダイスの押出方向への撓みが大きくなり、開口幅の減少を一層大きくする。そこで、ダイス中心部の温度をビレット温度より高くすることでダイス温度の急激な上昇及びビレット温度の低下を生じさせないようにし開口幅の減少を防止する。
一方、ダイス外周部は雰囲気及び押出工具に接するため低下するが、押出成形がある程度まで進行すると、温度分布が平衡化され、外周部の降温が非常に緩慢になる。
温度分布の平衡化は、ダイス１０に与えられるビレットＭの顕熱及び押出成形中の加工熱とエンドプラテン，ダイスライドへの熱電導ダイス１０の外周から放散される熱量とがバランスすることによるものと考えられる。押出形材Ｓの形状及び肉厚は、ベアリング孔１１の開口寸法によって決まる。降温によりダイス１０が収縮するとベアリング孔１１の開口寸法が小さくなるが、温度分布が平衡化した段階では開口寸法は実質的に変動しなくなる。
【０００８】
押出機にセットしたダイス１０の温度分布は、ダイス１０外周の温度変化から推定できる。前述のとおり、ダイス１０の中心側は、ビレットＭの顕熱及び加工熱が供給されるため、押出成形中にほぼ一定温度に維持される。他方、ダイス１０の外周側は、ボルスタ１６，ダイスライド等への熱伝導や外気への熱放散により降温する傾向にあるが、ダイス１０の中心側からの熱伝導によって熱量が補給される。補給熱量が放熱量に近づくと、ダイス１０外周の降温速度が緩慢になる。このことは、押出機にセットしたダイス１０外周の降温速度が緩やかになったときダイス１０の温度分布が平衡に達したことを意味する。
【０００９】
そこで，本発明においては、押出機にセットしたダイス１０の外周温度を測定し、測定された温度の降下速度が緩やかになったとき押出成形を開始する。ダイス１０の外周温度は、熱電対，赤外線方式，非接触温度計等で測定される。外周温度の測定点Ｐは、ベアリング孔１１を含むダイス１０の軸直交方向の平面における温度分布がベアリング孔１１の開口寸法に及ぼす影響が大きいことから、ベアリング孔１１を含むダイス１０の軸直交方向の平面がダイス１０の外周に交わる位置に設定することが好ましい。しかし、これに拘束されることなく、検温素子の設置容易性を考慮し、ダイス１０の出側外周に測定点をとることもできる。この場合、当該測定点で得られた温度情報からベアリング孔１１を含むダイス１０の軸直交方向の平面における温度分布を演算する。
【００１０】
ダイス１０は、４５０℃前後に加熱された後で押出機にセットされるが、セット直後ではボルスタ１６やダイスライドへの熱伝達が盛んなため、２．０〜３．０℃／分と比較的大きな降温速度で冷却される。ところが、所定時間が経過するとダイス１０と外気，ボルスタ１６，ダイスライドとの温度差が小さくなるため、ダイス１０外周の降温速度が低下する。降温速度の低下は、ダイスの温度分布が平衡状態に近づくことを意味する。具体的には、降温速度が１．５℃／分以下になったときを温度分布が平衡に達したものと判定する。
【００１１】
ベアリング孔１１を含むダイス１０の軸直交方向の平面における温度分布を平衡状態にした状態で押出成形を開始することで、押出成形中にベアリング孔１１の開口寸法に及ぼす冷却収縮の影響が解消され、安定条件下で押出成形が実施される。その結果、製造された押出形材Ｓは、押出開始当初から押出終了までの期間にわたって形状や肉厚が安定した製品となる。
【００１２】
このような加熱方法としては、たとえば図２に示すようにダイリング１５に収容したダイス１０に熱風管２１をあてがい、熱風管２１を介して送り込んだ熱風Ｇでベアリング孔１１の周辺を集中的に加熱する方法が採用される。この場合熱風Ｇの温度は最終的にビレット温度より高い温度に設定され外周側の温度はビレット温度より低い温度に設定される。外周部の温度を以前の押出成形時において外周部降温速度が１．５℃／分以下であったときの温度に設定するとさらに良い。この加熱方法により、中心側が高く、外周側が低い温度分布でダイス１０が加熱される。熱風Ｇとして不活性ガス又は非酸化性ガスを使用すると、ベアリング孔１１周辺の酸化が防止され、得られる押出形材Ｓの表面状態も良好になる。
【００１３】
ダイスヒータで均一な温度分布に加熱されたダイス１０が押出機にセットされるまでの冷却を利用して、所定の温度分布をダイス１０につけることも可能である。たとえば、図３に示すように均一な温度分布で高温加熱されたダイス１０の入側及び／又は出側面に断熱材２２を密着させ、ダイス１０が押出機にセットされるまでの間、ダイス１０外周を外気への放熱により冷却する。このときの冷却は、自然対流による冷却或いは冷気を吹き付ける強制冷却の何れでもよい。
更には、押出開始までの時間を遅らせることによっても、ダイス１０に所定の温度分布がつけられる。この場合、均一な温度分布で高温加熱したダイス１０をダイスライド上に配置し、ビレットＭを収容したコンテナ２０をダイス１０に接触させ、ビレットＭを後方からステムで押圧することにより、ダイス１０の内部にメタルを導入する。この状態で所定時間放置しダイス１０の外周を降温させ、ダイス１０外周の降温速度が設定値以下になったとき押出成形を開始する。
【００１４】
【実施例】
ビレットＭから縦１００ｍｍ，横２００ｍｍ，肉厚１．４５ｍｍのＬ型押出形材Ｓを製造することに本発明を適用した。ビレットＭとしては、直径２７３ｍｍのアルミニウム合金ＪＩＳ  Ａ６０６３ビレットを使用し、４７０℃に加熱した後、コンテナ２０に装填した。
〔比較例〕
ダイス１０を均一な温度分布で４５０℃に加熱した後、押出機にセットし、直ちに押出成形を開始した。押出条件は、押出機から送り出される押出形材Ｓの速度が４０ｍ／分となるように設定した。
ベアリング孔１１を含むダイス１０の軸直交方向平面がダイス１０の外周に至る位置に当たる測定点Ｐ及び中心部の測定点Ｑに熱電対を取り付け、押出成形中にダイス１０外周及び中心部の温度変化を調査した。図４の調査結果にみられるように、押出開始直後から１０分経過した時点でダイス１０の外周温度が４０７℃まで低下した。この時点での降温速度は、２℃／分であった。また、押出開始時のダイス中心部温度がビレット温度より低いため押出開始から５分経過する時点までダイス温度が急激に上昇した。
製造された押出形材Ｓの肉厚を押出開始直後から測定したところ、図４に示すように押出開始直後で厚く、押出開始直後からの経過時間に応じて肉厚が減少する傾向がみられた。肉厚減少は押出開始直後から１５分の間続き、１５分経過した時点でようやく肉厚変動が収まった。
【００１５】
〔本発明例１〕
熱風Ｇ吹付け（図２）によりベアリング孔１１周辺を集中的に加熱し、中心部５００℃，外周側４１０℃の温度分布をつけたダイス１０を押出機にセットした。組み込まれたダイス１０外周の降温速度が１．５℃／分以下であったので、直ちに押出成形を開始した。
押出成形中にダイス１０の外周及び中心部の温度を測定したが、外周温度は図５に示すようにほとんど低下せず、押出開始初期における中心部温度の急激な上昇も見られなかった。製造された押出形材Ｓの肉厚も、押出開始直後で１．４８ｍｍ，押出開始直後から２０分経過した時点で１．４５ｍｍと、実質的な肉厚減少傾向はみられなかった。このことは、規格値を満足する肉厚の押出形材Ｓが高い歩留で製造されることを示す。
【００１６】
〔本発明例２〕
ダイスヒータにダイス１０を挿入し、均一な温度分布で５１０℃に加熱した。加熱されたダイス１０の前後端面にビレット径とほぼ同じ大きさの断熱材を密接した状態でダイス外周部を空冷した。ダイス外周部が４１０℃になった状態で押出機にセットした。このとき中心部の温度は、５００℃であった。この場合も組み込まれたダイス外周の降温速度が１．５℃／分以下であったので直ちに押出成形を開始した。ダイス１０の外周温度は押出成形中にほとんど低下せず、製造された押出形材Ｓの形状不良や肉厚減少傾向もみられなかった。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の押出成形法では、ダイスの中心側が高温、外周側が低温の所定の温度分布にして押出成形を開始することにより、ダイスの冷却に伴ったベアリング孔の狭隘化に起因した押出形材の肉厚減少傾向を解消し、形状及び肉厚が安定化された押出形材を製造している。この方法によるとき、規格値を満足する肉厚をもち良好な形状の押出形材が高歩留で製造されるため、その分だけ製造コストが低減される。また、ベアリング孔の狭隘化により肉厚が規格値を下まわり、押出を中止せざるを得なくなって、生産効率が低下することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  押出機にセットしたダイス１０の内部構造を示す図
【図２】  ダイス中心部を集中加熱する方法の説明図
【図３】  ダイスに所定の温度分布をつける部分冷却の説明図
【図４】  ダイス外周の温度降下が押出形材の肉厚に悪影響を及ぼすことを示したグラフ
【図５】  本発明に従った温度分布をダイスにつけることにより、押出開始直後から肉厚変動が抑制されることを示したグラフ
【符号の説明】
１０：ダイス    １１：ベアリング孔    １２：ダイ    １３：バッフルプレート    １４：バックダイ    １５：ダイリング    １６：ボルスタ
２０：コンテナ    ２１：熱風管    ２２：断熱材
Ｍ：ビレット    Ｓ：押出形材    Ｄ：押出方向    Ｇ：熱風    Ｐ：測定点
【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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