(57)【要約】材料を押し出す方法であって、材料を押出装置の押出チャンバに提供することであって、押出チャンバが押出開口部を含み、押出装置が押出チャンバの内部と連通する第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を含み、第１及び第２の圧縮要素が押出チャンバに対して独立して移動可能である、提供することと、押出チャンバ内に材料を圧縮し且つ押出開口部にわたる押出材料における速度の勾配を引き起こすために、第１及び第２の圧縮要素のうちの少なくとも１つを移動することと、速度勾配が湾曲した形材の押出物を形成するように、押出開口部を通して材料を押し出すことと、を含む、方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料を押し出す方法であって、
押出装置の押出チャンバに材料を提供することであって、前記押出チャンバが押出開口部を含み、前記押出装置が前記押出チャンバの内部と連通する第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を含み、前記第１及び第２の圧縮要素が前記押出チャンバに対して独立に移動可能である、ことと、
前記押出チャンバ内に前記材料を圧縮し且つ前記押出開口部にわたる前記押出材料において速度の勾配を引き起こすために、前記第１及び第２の圧縮要素のうちの少なくとも１つを移動することと、
前記速度の勾配が湾曲した形材の押出物を形成するように、前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記材料を前記押出チャンバに圧縮するために前記第１及び第２の圧縮要素の両方を移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を異なる速度で移動させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、その移動方向に垂直な異なる断面積を有する、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、共通の軸に沿って前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることを含む、請求項１乃至４のいずれか一節に記載の方法。
【請求項６】
共通の軸に沿って前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、前記共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことが前記共通の軸に実質的に垂直な前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、共通の軸と平行である、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、第１の軸に沿って前記第１の圧縮要素を移動させることと、前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿って前記第２の圧縮要素を移動させることと、を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに平行である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
押出開口部を通して材料を押し出すことが前記第１及び第２の軸に実質的に平行な前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、前記第１及び第２の軸と垂直である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに角度をなす、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことが線に平行な前記押出開口部を通して前記材料を実質的に押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、第１及び第２の軸を二等分する前記線と垂直である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記材料は、金属合金である、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属合金は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記押出開口部は、前記開口部の幾何学的形状を画定する押出ダイにより提供される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記押し出される材料の湾曲を制御するために、前記押出開口部に隣接するガイド手段を提供することをさらに含む、請求項１乃至１５のいずれか一節に記載の方法。
【請求項１７】
前記押出開口部の反対側の前記押出チャンバ内にマンドレルを提供することをさらに含む、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことは、前記マンドレル及び開口部によって画定された中空断面を用いて前記材料を押し出すことを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記材料を前記押出チャンバに提供する前に、前記材料を予熱することをさらに含む、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記押出チャンバは、円筒形である、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記押出チャンバの断面積は、前記押出開口部の断面積よりも大きい、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
材料を押し出す装置であって、
押出材料を受け取る押出チャンバであって、押出開口部を含む、前記押出チャンバと、
第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素であって、前記第１及び第２の圧縮要素が、前記押出チャンバの内部と連通しており、前記押出チャンバに対して独立して移動可能である、前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素と、
を含む、装置。
【請求項２３】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、同時に移動するように構成される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、異なる速度で移動するように構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、その移動方向に垂直な異なる断面積を有する、請求項２３又は２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、共通の軸に沿って移動するように構成される、請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、前記共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって移動するように構成される、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記押出開口部の断面の平面は、前記共通の軸と平行である、請求項２６又は２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１の圧縮要素は、第１の軸に沿って移動するように構成され、前記第２の圧縮要素は、前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿って移動するように構成される、請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに平行である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記押出開口部の断面の平面は、前記第１及び第２の軸と垂直である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに角度をなす、請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
前記押出開口部の断面の平面は、前記第１及び第２の軸を二等分する線と垂直である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記押出材料は、金属合金である、請求項２２乃至３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記金属合金は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金である、請求項２４に記載の装置。
【請求項３６】
前記押出開口部が、前記開口部の幾何学的形状を画定する押出ダイによって提供される、請求項２２乃至３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記押し出される材料の湾曲を制御するために、前記押出開口部に隣接するガイド手段をさらに含む、請求項２２乃至３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記押出開口部の反対側の前記押出チャンバ内にマンドレルをさらに含む、請求項２２乃至３７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３９】
前記押出材料は、予熱される、請求項２２乃至３８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４０】
前記押出チャンバは、円筒形である、請求項２２乃至３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記押出チャンバの断面積は、前記押出開口部の断面積よりも大きい、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記材料が押し出されるにつれて速度比を変化させるために、前記第１の圧縮要素及び／又は前記第２の圧縮要素の移動速度を変化させることをさらに含む、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の圧縮要素及び／又は前記第２の圧縮要素は、変動する速度で移動するように構成される、請求項２２乃至４１のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、湾曲した金属合金形材（curved metal alloy profile）、より詳細には、１つの押出曲げプロセスにおいて予め設計された湾曲部を有するアルミニウム合金形材を形成するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陸上、海上及び航空輸送において使用される金属構成要素の重量を減らすことは、燃料消費量の削減につながり、それ故、ＣＯ２排出量の削減につながる。アルミニウム合金形材は、航空機産業におけるシートレール、ストリンガー及びフレーム、並びに自動車産業における窓フレーム及びルーフレールを含む、輪郭が非常に複雑な超軽量構成要素の構造物の生産のための産業製造における建設要素として広く使用される。これは主に、軽量で、強く、硬い構造物の建設を容易にするためである。空力抵抗の低減及び審美性の向上の要求を考慮すると、良く適合した特性を有する高精度の湾曲したアルミニウム合金形材の製造及び適用が大いに必要である。
【０００３】
アルミニウム合金形材を湾曲させるために、いくつかの広く認められている方法がある。通常、形状の圧延又は押出による直線的な形材の製造から始まり、引っ張り曲げ、回転引き出し曲げ（rotary draw bending）、プレス曲げ、又はロール曲げ（３、４、及び６ロール曲げ）などの後続の２回目の曲げプロセスが続く。しかしながら、これらの手順には次のような欠点がある。（i）複数のプロセスが所望の曲率を有する形材を実現するために必要であり、製造の生産性が大幅に低下し；（ii）スプリングバック（spring-back）及び断面変形が、２回目の曲げプロセスで加えられる高い外部曲げのひずみにより通常発生し；（iii）中空断面に関して、様々なフィラー及びマンドレルが、潜在的な断面の変形及び座屈を回避するために、２回目の曲げプロセスにおいて使用され；（iv）曲げ形材のために必要とされる高い力のため、重機が必要であり；及び（v）骨組みが薄すぎるか又は曲率が高すぎる場合、多くの中空形材が曲げられることができないためである。
【０００４】
向上した生産性に対する挑戦は、増大した生産性で、正確な曲率、歪みのない断面及び明確な特性を有する湾曲した形材を製造することである。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の態様によると、押出装置の押出チャンバに材料を提供することであって、押出チャンバが押出開口を含み、押出装置が押出チャンバの内部と連通する第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を含み、第１及び第２の圧縮要素が押出チャンバに対して独立に移動可能である、ことと、押出チャンバ内に材料を圧縮し且つ押出開口にわたる押出材料において速度の勾配を引き起こすために、第１及び第２の圧縮要素のうちの少なくとも１つを移動することと、速度勾配が湾曲した形材の押出物を形成するように、押出開口を通して材料を押し出すことと、を含む、材料を押し出す方法が提供される。
【０００６】
本開示の態様によると、押出材料を受け取る押出チャンバであって、押出開口部を含む、押出チャンバと、第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素であって、第１及び第２の圧縮要素が、押出チャンバの内部と連通しており、押出チャンバに対して独立して移動可能である、第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素と、を含む、材料を押し出す装置が提供される。
【０００７】
本方法は、材料を押出チャンバ内に圧縮するために第１及び第２の圧縮要素の両方を移動することを含み得る。本方法は、第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を異なる速度で移動することを含み得る。
【０００８】
第１及び第２の圧縮要素を移動することは、第１及び第２の圧縮要素を共通の軸に沿って移動することを含み得る。第１及び第２の圧縮要素を共通の軸に沿って移動することは、第１及び第２の圧縮要素を共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって移動することを含み得る。押出開口部の断面の平面は、押出開口部を通して材料を押し出すことが共通の軸に実質的に垂直な押出開口部を通して材料を押し出すことを含むように、共通の軸に平行であり得る。
【０００９】
第１及び第２の圧縮要素を移動することは、第１の軸に沿って第１の圧縮要素を移動することと、第１の軸とは異なる第２の軸に沿って第２の圧縮要素を移動することを含み得る。第１の軸及び第２の軸は互いに平行であり得る。押出開口部の断面の平面は、押出開口部を通して材料を押し出すことが第１及び第２の軸に実質的に平行な押出開口部を通して材料を押し出すことを含むように、第１及び第２軸と垂直であり得る。
【００１０】
第１の軸及び第２の軸は、互いに角度をなし得る。押出開口部の断面の平面は、押出開口部を通る材料を押し出すことが線と実質的に平行な押出開口部を通る材料を押し出すことを含むように、第１及び第２の軸を二等分する線に垂直であり得る。
【００１１】
本方法は、押出された材料の湾曲を制御するために、押出開口部に隣接するガイド手段を提供することをさらに含み得る。本方法は、押出開口部の反対側の押出チャンバ内にマンドレルを提供することをさらに含み得る。押出開口部を通して材料を押し出すことは、マンドレル及び開口部によって画定された中空断面を用いて材料を押し出すことを含み得る。押出材料の中空断面を画定するマンドレルの断面の平面は、押出開口部の断面の平面と平行であり得る。
【００１２】
本方法は、材料を押出チャンバに供給する前に材料を予熱することをさらに含み得る。
【００１３】
第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、同時に移動するように構成され得る。第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、異なる速度で移動するように構成され得る。第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、それらの移動方向に垂直な異なる断面積を有し得る。
【００１４】
第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、共通の軸に沿って移動するように構成され得る。
第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって移動するように構成され得る。押出開口部の断面の平面は、共通の軸に平行であり得る。
【００１５】
第１の圧縮要素は、第１の軸に沿って移動するように構成されることができ、第２の圧縮要素は、第１の軸とは異なる第２の軸に沿って移動するように構成されることができる。第１の軸と第２の軸は、互いに平行であり得る。押出開口部の断面の平面は、第１及び第２の軸と垂直であり得る。
【００１６】
第１の軸及び第２の軸は、互いに角度をなし得る。押出開口部の断面の平面は、第１の軸及び第２の軸を二等分する線と垂直であり得る。
【００１７】
押出材料は、金属合金であり得る。金属合金は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金であり得る。押出開口部は、開口部の形状を定める押出ダイによって提供され得る。
【００１８】
本装置は、押し出された材料の湾曲を制御するために、押出開口部に隣接するガイド手段をさらに含み得る。装置は、押出開口部の反対側の押出チャンバにおけるマンドレルをさらに含み得る。
【００１９】
押出材料は、予熱され得る。押出チャンバは、円筒形であり得る。押出チャンバの断面積は、押出開口部の断面積より大きくてもよい。
【００２０】
本開示によると、
（i）横方向押出設定、前方押出設定又は傾斜した押出設定を提供することと；
（ii）熱間押出のためにそれを押出コンテナに移す前に、金属合金ビレットを予熱すること、又は、非加熱合金ビレットを冷間押出のための押出コンテナに直接移すことと；
（iii）対応する２つのパンチを介して２つのダミーブロックに同時に圧力を加えることであって、ダイの開口部を通して絞るために金属合金ビレットが押出ダイに押し付けられる、加えることと；
（iv）ダイの開口部にわたる速度勾配を形成し、長い押出部分の湾曲した形材を作成するように、２つのパンチの速度を調整することと、
を含む、湾曲した金属合金形材を形成する方法が提供される。
【００２１】
これは次の利点を有する。
（i）断面の歪み又は薄化、スプリングバック、しわ及び折り畳みなどの欠陥がない湾曲した形材を形成し、曲げは、外部の曲げ力ではなく、内部の差分的な材料の流れに基づいた、プロセスに固有のものであり；
（ii）冷間押出のために超微細結晶粒サイズの形材を形成し、それゆえ、コンテナの交差変形領域でのせん断応力によって引き起こされる厳しい塑性変形（ＳＰＤ）による機械的特性を改善し；
（iii）１回の押出曲げ手順にいて調整可能な任意の曲率を有する形材を形成し、製造効率を大幅に向上させ；
（iv）曲げプロセスにフィラー又は余分な重機が不要であり、生産コストを大幅に削減する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】図１ａは、当該技術分野で知られた押出装置の略図である。
【図１ｂ】図１ｂは、当該技術分野で知られた押出装置の略図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る押出装置の略図である。
【図３ａ】図３ａは、本実施形態に係る別の押出装置の略図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａにおけるｍ−ｍ線を通した断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係るさらに別の押出装置の略図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る押出装置の第１、第２及び第３の軸の配置の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本開示の例示的な実施形態が、図面を参照してここに記載される。
【００２４】
詳細な説明及び図面を通して、同様の参照番号は同様の部分を言及する。
【００２５】
図１ａは、当該技術分野で知られた押出装置を示す。円筒状の押出チャンバ１０２は、２つの開口端１０４及び１０６を有する。設計された開口部１１０を有する押出ダイ１０８は、第１の開口端１０４に設けられている。開口部１１０の幾何学的形状は、押し出される材料を選択された形状で形成するように設計されている。熱間又は冷間ビレット１１２は、第２の開口端１０６から押出チャンバ１０２内に配置される。
【００２６】
パンチ１１４は、第２の開口端１０６に位置付けられる。その作用面１１６は通常、ダミーブロック１１８によって保護されている。パンチ１１４は、ダミーブロック１１６とともに圧縮要素として機能し、押出チャンバ１０２に沿って速度ｖ１で移動し、ビレット１１２をダイの開口部１１０に押し通し、直線的な押出物１２０を生成する。
【００２７】
当技術分野で知られた別の押出装置が図１ｂに示される。この場合、押出チャンバ１３０は、直線的な円筒ではなく、Ｌ字形の横断面を有する。このようにして、ビレット１３２は、直線的な押出物１３６を形成するために、直線的な部分１３４に沿って押し込まれる。直線的な部分１３４は、押出物１３６が直線的に形成されることを確保するために十分な長さである。
【００２８】
直線的な押出物１２０又は１３６が生成されると、延伸曲げ、回転延伸曲げ、プレス曲げ、又はロール曲げなどの曲げプロセスが、湾曲した一片を形成するために使用される。しかしながら、このやり方で押出物の湾曲した部分を形成することは、上述したように、製造生産性の低下、スプリングバック、断面変形、並びに様々なフィラー、マンドレル及び重機の必要性などの欠点を有する。
【００２９】
図２は、本開示に係る押出装置２００を示す。円筒状の押出チャンバ２０２は、２つの開口端２０４及び２０６を有する。熱間又は冷間ビレット２０８は、第１の開口端２０４及び／又は第２の開口端２０６から押出チャンバ２０２内に配置される。例えば、アルミニウム合金ビレットは、温間又は熱間押出のために３５０−５５０℃に予熱され得るか、又は冷間押出のために加熱されないままであり得る。第１のパンチ２１０は、第１の開口端２０４に位置付けられる。第２のパンチ２１２は、第２の開口端２０６に位置付けられる。第１及び第２のパンチ２１０及び２１２の個々の作用面２１４及び２１６は、個々のダミーブロック２１８及び２２０によって保護されている。設計された開口部２２４を有する押出ダイ２２２が、押出チャンバ２０２の側壁に設けられる。
【００３０】
第１のパンチ２１０はダミーブロック２１８と共に第１の圧縮要素として機能し、第２のパンチ２１２はダミークロック２２０とともに第２の圧縮要素として機能する。当業者は、これらの圧縮要素が他の適切な圧縮手段に置き換えられ得ることを認識する。第１及び第２の圧縮要素は、押出チャンバ２０２に対して独立して移動可能である。以下に説明するように、これは、特にその曲率に関して、押出物の外形（profile）が制御されることを可能にする。
【００３１】
動作中、圧力が、対応する２つのパンチ２１０及び２１２を介して２つのダミーブロック２１８及び２２０に同時に加えられる。第１のパンチ２１０の速度はｖ１であり、第２のパンチ２１２の速度はｖ２である。パンチが互いに向かって移動すると、ビレット２０８は、ダイの開口部２２４を介して押出チャンバ２０２から横方向に押し出される。その出口方向は、パンチが動く方向に垂直である。
【００３２】
湾曲した押出物を生成するために、圧縮要素の各々によって提供される質量流の比率が調整され得る。一実施形態では、パンチ２１０及び２１２の速度は、湾曲した押出物を提供するために調整され得る。一方のパンチが他方よりも速く移動すると、ダイの開口部２２４にわたって流速の勾配が作り出される。したがって、押し出された形材は、より低い押出速度を有する押出チャンバ２０２側に向かって曲がる。図２では、第１のパンチ２１０の速度ｖ１は、第２のパンチ２１２の速度ｖ２よりも大きい。したがって、押出物２２６は、第２の開口端２０６に向かって曲がる。別の実施形態では、第１のダミーブロック２１８の面積は、第２のダミーブロック２２０の面積よりも大きい。この例では、ｖ１＝ｖ２の場合であっても、押し出された形材は、図２に示されるように下向きに曲がることになる。
【００３３】
本質は、単位時間当たりにダイの出口２２２に流入する材料の体積（volume）を制御することであり、これはＱ＝Ｓｖとして表され得る。ここで、Ｓは断面積であり、ｖは速度である。したがって、速度ｖ１及び／又は第１のダミーブロック２１８の面積を増大することは、下側と比較して、ダイの出口２２２の上側により多くの材料の流入を引き起こすことができる。
【００３４】
２つの押出パンチを使用して、押出ダイの開口部の出口にわたって流速の勾配の制御を作り出すことにより、押出操作及び曲げ操作が同時に実行される。これは、曲率を提供するために直線的に押し出された一片の後処理の必要性を取り除き、上述した問題を克服する。
【００３５】
２つのパンチの速度の比（又は、より一般的には物質流Ｑの比率）を調整することにより、押出物２２６の曲率が調整され得る。速度比がｖ２／ｖ１として定義されている場合、低い速度比は、ダイの出口での材料の流速の勾配を増大させ、より大きな曲率を引き起こす傾向がある。この速度比が１／３よりも小さい場合、曲げの曲率は減少した速度比によって大幅に増加する。最大の曲率場合、下側のパンチ２１２の速度がゼロとなる。速度比は、押出中に変更され得る。これは、押出が進行するにつれて押出物２２６の曲率が変更されることを可能にし、より複雑な押し出しを可能にする。
【００３６】
加えて、押出チャンバ２０２及び開口部２２４の相対的な断面積は、曲率を変更するために調整され得る。押出比は、ビレットの断面積と押し出された形材の断面積との比として定義される。これらの面積は、それぞれ、押出チャンバ２０２及び押出開口部２２４の断面積を調整することにより制御される。固体の円形棒の押出の場合、押出比は、押出チャンバ２０２と開口部２２４との直径比の二乗として定義されることができる。管状の円形の押出（中空棒）の場合、Ｄ12／(Ｄ22−Ｄ32）として定義され得る。ここで、Ｄ1、Ｄ2、Ｄ3は、押出チャンバ２０２、開口部２２４及びチューブの壁厚を定めるために出口のダイの反対側の押出チャンバの内壁に固定されたマンドレルの個々の直径である。
【００３７】
より大きい押出比は、ダイの出口での材料の流速の勾配を増大させ、より大きい曲率を引き起こす傾向がある。押出チャンバ２０２の直径が一定の場合、開口部２２４の直径が小さくなるにつれて、押出物２２６の曲率が大きくなる。逆に、開口部２２４の直径が増加するにつれて、押出物２２６の曲率は減少する。特に、速度比が０．５よりも大きい場合、押出比を変更する効果は、速度比を変更する効果よりも小さくなる。この値を下回ると、速度比ｖ２／ｖ１が小さくなるにつれて、押出比の効果が大きくなる。
【００３８】
図３ａは、本開示に係る代替的な押出装置３００を示す。本装置３００は、単一のパンチの代わりに２つの隣接するパンチが使用されることを除いて、図１ａの装置１００と同様である。円筒形の押出チャンバ３０２は、２つの開口端３０４及び３０６を有する。熱間又は冷間ビレット３０８は、第２の開口端３０６から押出チャンバ３０２内に配置される。第１及び第２のパンチ３１０及び３１２は、第２の開口端３０６で互いに隣接して位置付けられる。第１及び第２のパンチ３１０及び３１２の個々の作用面３１４及び３１６は、個々のダミーブロック３１８及び３２０によって保護されている。設計された開口部３２４を有する押出ダイ３２２は、第１の開口端３０４に設けられる。
【００３９】
第１のダミーブロック３１８の長さは、第２のダミーブロック３２０の長さよりも大きく示されている。第２のダミーブロック３２０が第１のダミーブロック３１８よりも速く移動する場合、第２のダミーブロック３２０は第１のダミーブロック３１８を完全に通過し得る。この場合、ビレット３０８は、第１のダミーブロック３１８と第２のダミーブロック３２０との間の隙間からチャンバ３０２に流出し得る。第１のダミーブロックのより長い外形（profile）を実現することにより、この状況が緩和される。
【００４０】
動作中、圧力が、対応する２つのパンチ３１０及び３１２を介して２つのダミーブロック３１８及び３２０に同時に加えられる。第１のパンチ３１０の速度はｖ１であり、第２のパンチ３１２の速度はｖ２である。パンチが互いに並んで移動すると、ビレット３０８は、ダイの開口部３２４を介して押出チャンバ３０２から押し出される。
【００４１】
上記実施形態のように、一方のパンチが他方よりも速く移動するとき、ダイの開口部３２４にわたる流速の勾配が作り出される。したがって、押し出された形材は、より低い押出速度を有する押出チャンバ３０２側に向かって曲がる。図３ａでは、第１のパンチ３１０の速度ｖ１は、第２のパンチ３１２の速度ｖ２よりも大きい。したがって、押出物３２６は、第２のパンチ３１２を有する円筒状の押出チャンバ３０２側に向かって曲がる。追加的又は代替的に、ダミーブロック３１８及び３２０の面積は、この効果を提供するために調整され得る。図３ｂは、その移動方向に垂直な異なる断面積を有するダミーブロック３１８及び３２０を示す。
【００４２】
図４は、本開示に係るさらに別の代替的な押出装置４００を示す。本装置は、第１の穴４０４、第２の穴４０５、及び中央コンテナ４０６を有するＹ字形の押出チャンバ４０２を含む。第１の穴４０４及び第２の穴４０５は、互いにある角度で位置付けられ、中央コンテナ４０６に合うように合流し、Ｙ字形を形成する。第１の穴４０４、第２の穴４０５、及び中央コンテナ４０６の各々は、合流点の反対側に開口端を有する。
【００４３】
第１の熱間又は冷間ビレット４０７は、第１の穴４０４の開口端に配置される。第２の熱間又は冷間ビレット４０８は、第２の穴４０５の開口端に配置される。第１のパンチ４１０は、第１の穴４１０の開口端に位置付けられている。第２のパンチ４１２は、第２の穴４０５の開口端に位置付けられている。第１及び第２のパンチ４１０及び４１２の個々の作用面４１４及び４１６は、個々のダミーブロック４１８及び４２０によって保護されている。設計された開口部４２４を有する押出ダイ４２２は、中央コンテナ４０６の開口端に設けられている。
【００４４】
動作中、圧力が、対応する２つのパンチ４１０及び４１２を介して２つのダミーブロック４１８及び４２０に同時に加えられる。第１のパンチ４１０の速度はｖ１であり、第２のパンチ４１２の速度はｖ２である。パンチが互いに向かって移動すると、ビレット４０８は、ダイの開口部４２４を介して押出チャンバ４０２から横方向に押し出される。
【００４５】
上記実施形態のように、一方のパンチが他方よりも速く移動するとき、ダイの開口部４２４にわたって流速の勾配が作り出される。したがって、押し出された形材は、より低い押出速度を有する押出チャンバ４０２側に向かって曲がる。図４では、第１のパンチ４１０の速度ｖ１は、第２のパンチ４１２の速度ｖ２よりも大きい。したがって、押出物４２６は、第２の穴４０５に向かって曲がる。追加的又は代替的には、ダミーブロック４１８及び４２０の面積は、この効果を提供するために調整され得る。
【００４６】
図２乃至図４を参照して上述した実施形態では、第１及び第２の圧縮要素は、図５に示される角度αで位置付けられ得る。図５では、第１及び第２の軸は第１及び第２の圧縮要素に対応し、第３の軸は、第１及び第２の軸を二等分し、ダイの開口部からの押出方向に対応する。したがって、押出開口部の断面の平面は、第１及び第２の軸を二等分する線に垂直であり、第３の軸はこの線に平行である。
【００４７】
第１の軸は、押出装置からの押出物の流れの方向（すなわち、第３の軸）に対してβ=１８０°−α／２の角度である。同様に、第２の軸は、第３の軸に対してβ=１８０°−α／２の角度である。
【００４８】
β＜１８０°の角度を有することにより、ビレットが押出チャンバの入口から押出チャンバの出口を通過する間に、せん断応力が加えられ得る。第１の軸と第３の軸との間の交差部（及び同様に第２の軸と第３の軸の交差部）に加わるせん断応力は、軸の交差部でビレットの激しい塑性変形（ＳＰＤ）を引き起こす。ビレットのＳＰＤにより超微細粒径の押し出された形材が得られ、それにより押し出された形材の機械的特性が改善される。ビレットのＳＰＤは、角度βが減少するにつれて（すなわち、角度αが増加するにつれて）増加し、それにより、減少した角度βを有するＳＰＤから生じる改善された機械的特性が生じる。
【００４９】
第１及び第２の軸は、０°≦α≦３６０°の角度で配置され得る。図２に模式的に例示される押出装置は、ａ＝１８０°の角度に対応する。図３に模式的に例示される押出装置は、ａ＝０°の角度に対応する。図４に模式的に例示される押出装置は、０°乃至３６０°の間の任意の角度を有し得る。
【００５０】
上記実施形態のいずれかを使用することにより、歪みのない断面を有する湾曲した部分が、押出ダイ内の非対称な流れを利用することにより達成され得る。それは、外部の曲げ力ではなく、内部の差分的な材料の流れに基づく自然の曲げプロセスであるため、断面の歪み及び薄化などの欠陥を回避する。押出プロセス及び曲げプロセスを単一のプロセスに組み合わせることは、余分な外部曲げ装置の複雑さを回避する。
【００５１】
この効果は、（パンチ及びダミーブロックで形成される）圧縮要素の速度ｖ１及びｖ２の変動によって実現される。しかしながら、いくつかの実施形態では、圧縮要素は同じ速度で移動し、押出開口部にわたる速度の勾配は、幾何学的特徴に応じる（例えば、一方のダミーブロック／圧縮要素の表面積が他方と比較して大きい）。他の例では、幾何学的特徴及び圧縮要素の速度の組み合わせは、押出開口部で所望の速度勾配をもたらし得る。
【００５２】
上記実施形態のいずれにおいても、ダイの開口部２２４の外部のガイドは、正確な湾曲精度を確保するために使用され得る。上記実施形態のいずれかは、固体（solid）の棒又は管の押し出しに使用され得る。中空押出の場合、マンドレルは、押出チャンバの出口のダイの反対側の内壁に固定され得る。ダイの開口部のサイズに対するマンドレルのサイズは、押し出された管の壁厚を定義することになる。チューブの曲率は、チューブの壁厚の増加とともに減少する。しかしながら、曲率に対する壁厚の影響は、速度比の影響と比較して小さい。そうでなければ、丸い管の押し出しでも前述の丸い棒の押し出しにおいて同様の傾向が発生する。
【００５３】
上記の実施形態のいずれかは、従来の押出手順によって製造されることができる任意の材料において湾曲した形材を生成するために使用され得る。主な用途は、金属合金の押し出しである。これらは、アルミニウム、マグネシウム、銅、鋼、チタン及びニッケルを含む。これは最も商業的に実現可能な用途が存在する可能性が高いところであるため、本システムはアルミニウムに関して記載されているが、実施は専らアルミニウムに関連しているわけではない。
【００５４】
上記実施形態のいずれも、熱間又は冷間押出用に使用され得る。熱間押出の場合、使用される熱間金属ビレットは、熱間押出プロセスで一般的に使用される温度まで加熱される、事実上任意の金属合金ビレットであり得る。3T（True Temperature Technology）の設備は、押出部の出口の温度を記録するために使用される。押出速度比を一定に保ちながら２つのパンチの押出速度を調整することにより、溶体化熱処理（ＳＨＴ）が行われる適切な温度に出口の温度が維持される。押出品の目標出口温度は、金属合金に依存する。6xxxシリーズのアルミニウム合金の場合、固溶化熱処理（solution heat treatment）のための５００−５３０℃の範囲の温度が最適な機械的特性を実現するためにダイの出口で実現されるべきである。押出された部分は、合金及び最終的な機械的特性の要件に応じて、水、ミストスプレー又は空冷を使用してＳＨＴの後に急冷され得る。
【００５５】
上記の図２乃至４において記載された実施形態は２つの圧縮要素を含むが、更なる圧縮要素が他の平面の湾曲を制御するために組み込まれることができることを理解されたい。
【００５６】
本開示の更なる実施形態は、以下の節で説明される。
１．材料を押し出す方法であって、
押出装置の押出チャンバに材料を提供することであって、前記押出チャンバが押出開口部を含み、前記押出装置が前記押出チャンバの内部と連通する第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を含み、前記第１及び第２の圧縮要素が前記押出チャンバに対して独立に移動可能である、ことと、
前記押出チャンバ内に前記材料を圧縮し且つ前記押出開口部にわたる前記押出材料において速度の勾配を引き起こすために、前記第１及び第２の圧縮要素のうちの少なくとも１つを移動することと、
前記速度の勾配が湾曲した形材の押出物を形成するように、前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことと、
を含む、方法。
２．前記材料を前記押出チャンバに圧縮するために前記第１及び第２の圧縮要素の両方を移動させることを含む、節１に記載の方法。
３．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素を異なる速度で移動させることを含む、節２に記載の方法。
４．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、その移動方向に垂直な異なる断面積を有する、節２又は３に記載の方法。
５．前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、共通の軸に沿って前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることを含む、節１乃至４のいずれか一節に記載の方法。
６．共通の軸に沿って前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、前記共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって前記第１及び第２の圧縮要素を移動させることを含む、節５に記載の方法。
７．前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことが前記共通の軸に実質的に垂直な前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、共通の軸と平行である、節５又は６に記載の方法。
８．第１及び第２の圧縮要素を移動させることは、第１の軸に沿って前記第１の圧縮要素を移動させることと、前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿って前記第２の圧縮要素を移動させることと、を含む、節１乃至４のいずれか一節に記載の方法。
９．前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに平行である、節８に記載の方法。
１０．押出開口部を通して材料を押し出すことが前記第１及び第２の軸に実質的に平行な前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、前記第１及び第２の軸と垂直である、節９に記載の方法。
１１．前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに角度をなす、節８に記載の方法。
１２．前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことが線に平行な前記押出開口部を通して前記材料を実質的に押し出すことを含むように、前記押出開口部の断面の平面は、第１及び第２の軸を二等分する前記線と垂直である、節１１に記載の方法。
１３．前記材料は、金属合金である、節１乃至１２のいずれか一節に記載の方法。
１４．前記金属合金は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金である、節１３に記載の方法。
１５．前記押出開口部は、前記開口部の幾何学的形状を画定する押出ダイにより提供される、節１乃至１４のいずれか一節に記載の方法。
１６．前記押し出される材料の湾曲を制御するために、前記押出開口部に隣接するガイド手段を提供することをさらに含む、節１乃至１５のいずれか一節に記載の方法。
１７．前記押出開口部の反対側の前記押出チャンバ内にマンドレルを提供することをさらに含む、節１乃至１６のいずれか一節に記載の方法。
１８．前記押出開口部を通して前記材料を押し出すことは、前記マンドレル及び開口部によって画定された中空断面を用いて前記材料を押し出すことを含む、節１７に記載の方法。
１９．前記材料を前記押出チャンバに提供する前に、前記材料を予熱することをさらに含む、節１乃至１８のいずれか一節に記載の方法。
２０．前記押出チャンバは、円筒形である、節１乃至１９のいずれか一節に記載の方法。
２１．前記押出チャンバの断面積は、前記押出開口部の断面積よりも大きい、節２０に記載の方法。
２２．材料を押し出す装置であって、
押出材料を受け取る押出チャンバであって、押出開口部を含む前記押出チャンバと、
第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素であって、前記第１及び第２の圧縮要素が、前記押出チャンバの内部と連通しており、前記押出チャンバに対して独立して移動可能である、前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素と、
を含む、装置。
２３．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、同時に移動するように構成される、節２２に記載の装置。
２４．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、異なる速度で移動するように構成される、節２３に記載の装置。
２５．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、その移動方向に垂直な異なる断面積を有する、節２３又は２４に記載の装置。
２６．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、共通の軸に沿って移動するように構成される、節２２乃至２５のいずれか一節に記載の装置。
２７．前記第１の圧縮要素及び第２の圧縮要素は、前記共通の軸に沿って反対方向に互いに向かって移動するように構成される、節２６に記載の装置。
２８．前記押出開口部の断面の平面は、前記共通の軸と平行である、節２６又は２７に記載の装置。
２９．前記第１の圧縮要素は、第１の軸に沿って移動するように構成され、前記第２の圧縮要素は、前記第１の軸とは異なる第２の軸に沿って移動するように構成される、節２２乃至２５のいずれか一節に記載の装置。
３０．前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに平行である、節２９に記載の装置。
３１．前記押出開口部の断面の平面は、第１及び第２の軸と垂直である、節３０に記載の装置。
３２．前記第１の軸及び前記第２の軸は、互いに角度をなす、節２９に記載の装置。
３３．前記押出開口部の断面の平面は、前記第１及び第２の軸を二等分する線と垂直である、節３２に記載の装置。
３４．前記押出材料は、金属合金である、節２２乃至３２のいずれか一節に記載の装置。
３５．前記金属合金は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金である、節２４に記載の装置。
３６．前記押出開口部は、前記開口部の幾何学的形状を画定する押出ダイによって提供される、節２２乃至３５のいずれか一節に記載の装置。
３７．前記押し出される材料の湾曲を制御するために、前記押出開口部に隣接するガイド手段をさらに含む、節２２乃至３６のいずれか一節に記載の装置。
３８．前記押出開口部の反対側の前記押出チャンバ内にマンドレルをさらに含む、節２２乃至３７のいずれか一節に記載の装置。
３９．前記押出材料は、予熱される、節２２乃至３８のいずれか一節に記載の装置。
４０．前記押出チャンバは、円筒形である、節２２乃至３９のいずれか一節に記載の装置。
４１．前記押出チャンバの断面積は、前記押出開口部の断面積よりも大きい、節４０に記載の装置。
４２．前記材料が押し出されるにつれて速度比を変化させるために、前記第１の圧縮要素及び／又は前記第２の圧縮要素の移動速度を変化させることをさらに含む、節１乃至２１のいずれか一節に記載の方法。
４３．前記第１の圧縮要素及び／又は前記第２の圧縮要素は、変動する速度で移動するように構成される、節２２乃至４１のいずれか一節に記載の装置。
【図１ａ】
2020519447.tif 000003
【図１ｂ】
2020519447.tif 000004
【図２】
2020519447.tif 000005
【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
2020519447.tif 000009
【国際調査報告】
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