JPH0447920A - 半溶融金属の押出し加工方法と、加工装置及び押出し加工制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 金属ないしは合金材料その他サーメットの如き金属基複
合材も含めて、これらを素材とする押出加工法並びに押
出し加工装置さらに押出し加工制御方法に関連してとく
に上記素材の半溶融つまり固液共存域における押出し加
工を、有利に実現することについての開発研究の成果を
ここに開示する。

（従来の技術） 従来の押出し機による加工の対象は専ら固相材であり、
固液共存状態の金属を押出すことは全く考慮されていな
い。

一般に押出し加工の素材（劣均熱炉で全体が加熱され、
このため、固相材の熱間押出しでも高温のため素材と接
する押出プランジャーチップの材質が問題とされてきた
が、ましてや固液共存状態ではより高温のため、なおさ
ら厄介な問題となるばかりか、鉄系などの高融点材料で
は、十分使用に耐え、経済的に使用できる材質もない。

従来の固相材押出しでは、そもそも加工条件として固相
率とくにこれを一定とするような押出し加工が考慮され
たことはなく、また、工業的に利用できるような固相率
センサーもない。

さらに従来の技術は固相押出しなので、ダイス出口にて
成形体を冷却して凝固に至らせることは企てられてもい
ない。

（発明か解決しようとする課題） 従来の技術との関連でこの発明の課題とするところは次
のとおりである。

■、プランジャーチップの材質について、素材が熱間加
工時よりも高温となるので、従来の素材全体を均熱する
方法では、素材末端と接触してこれを加圧するプランジ
ャーチップか高温さらされる。そのためプランジャーチ
ップの材質か問題となる。

２、固相率一定の押出および固相率センサーについて、 素材の半溶融状態における押出し加工にて均質な成形体
を得るには、固相率一定で押出す必要がある。このため
には、押出し加工中の固相率を検出してこれを加熱装置
にフィードバックする方法が考えられるか、固相率測定
の現状は、実験室的に温度を測定し、これと状態図から
推定する手法で行ない得るにすぎない。この方法は温度
センサーを被加工物に埋設することが必要なので工業的
な押出し加工に実用できない。

また、加熱装置で固相率をコントロールする方法では応
答性遅く、極低速押出にしか適用できない。

３、結晶粒の長手方向変化について、 固液共存状態にある素材の結晶粒は時間と共に急速に成
長し、従って素材全体を予め均熱加熱したとすると、素
材先端と後端では押出し加工が加わるまでの時間が異り
、このため先端部の結晶粒は小さく後端部のそれは大き
くなるので、均質な成形品が得られない。

４、結晶粒粗大化について、 固液共存域での押出しは加工圧力が小さいことが特長の
１つであるが、前項記載のごとく結晶粒が大きくなると
、これのダイス穴型の通過が困難となって押出し圧力が
上昇する。その結果はダイス穴型内やその前面で結晶同
志が連結して小さな圧力では通過不能となり、ややもす
ると熱間加工と同等の圧力を必要とするようになる。

５、成形直後の冷却凝固について、 固液共存状態でダイス穴型内を通過する素材の成形体は
、ダイス穴型出口ではなお流動性か大きいので極めて形
状をくずし易いが、これに対して冷却凝固させる手段を
従来の技術に従う押出し機はこのような手段を持ってい
ない。

（課題を解決するための手段） この発明は以下に列記する知見に基くものである。

■、プランジャーチップ材質に対する手段について、素
材はダイスの大型で変形・成形されるので、コンテナー
内の素材全体を加熱・均熱にしておく必要性はなく、ダ
イス穴型へ流入する直前の部分が固液共存状態になって
いればよい。そこで加熱装置の発熱体または誘導加熱コ
イルをダイス直前に配することにより、素材のプランジ
ャーチップと接する部分は高温とならないのでプランジ
ャーチップの材質の選定は容易である。

２固相率一定の押出及び固相率センサーに対する手段に
ついて、 固液共存状態の金属の流動・変形特性は固相率とある一
定の関係かあり、押出圧力も押出比およびダイス穴型形
状をパラメータとし固相率と一定の関係かある。

すなわち固相率は流動・変形特性と加工条件とから理論
的に求めた押出し圧力もしくは試押出して計測して求め
た押出し圧力と一義的な関係があるので、加工時の押出
圧力て固相率が求められる。

また、固相率と押出し圧力か一定の関係があることから
、押出し圧カ一定で押出せば固相率一定で押出加工かで
きる。また、加熱装置の出力変動や素材の表面状態むら
による伝熱の変動等の外乱に対しても押出圧一定で加工
すれば前記外乱は押出速度の変化で吸収することができ
る。

３、長手方向結晶粒不均一に対する手段について、素材
をダイス直前で局所的に加熱するとこれにより、ダイス
直前でのみ固液共存状態となって、素材の先端も後端部
も粒成長に対して同一条件となるので、長手方向均一に
成形できる。

４、結晶粒粗大化に対する手段について、前項に述べた
ごとく、ダイス直前で局所加熱することにより素材各部
の加熱時間か短くなり、粒成長を防ぐことかできる。

２５、成形直後の冷却凝固について、 ダイス直後に冷却装置を設け（たとえば、ダイス押えに
冷却水用ノズルを配する）、ダイス通過直後の成形体に
形が容易にくずれない強固な凝固殻を形成させ、または
完全凝固させることかできる。

以上のべたところに基いてこの発明は、固相の金属材料
または金属基複合材料よりなる素材を、押出し機コンテ
ナー内に挿入し、押出しプランジャー及びその先端のプ
ランジャーチップを介して、押出しシリンダーに負荷し
た設定圧力（Ｐ０）で加圧するとともに発熱体又は誘導
コイルを用いて加熱することを特徴とする半溶融金属の
押出し加工方法、発熱体又は誘導コイルを押出し機コン
テナー内に、素材のダイス直近部分における加熱を可能
としてダイスに近接設置して成ることを特徴とする、半
溶融金属の押出し加工装置、押出し中の押出し速度、押
出し圧力（Ｐ）及び加熱出力を計測し、計測された押出
し圧力（Ｐ）を設定し圧力（Ｐ、　）と比較し、押出し
速度を（Ｐ）〈（Ｐ０）のとき増速させ、（Ｐ）＞　（
Ｐ０）のとき減速させる一方、押出し速度を確保するよ
うに発熱体又は誘導コイルによる加熱出力を増減させる
ことを特徴とする、半溶融金属の押出し加工制御方法、
及び押出し速度に比例させてダイス出口に設けた、冷却
装置の冷却能力を増減させることを特徴とする半溶融金
属の押出し加工制御方法である。

（作　用） この発明において設定押出し圧力の決定法に関してはす
でに述べたように押出しシリンダーの圧力Ｐは押出し力
Ｆから容易に求められることは明白であり、ここに所要
押出し力Ｆの求め方は次のとおりである。

固液共存状態の金属の流動・変形特性は実験的に求める
ことかできる。その１例を第１図に示す。

第１図でσはｆｌｏｗ　５ｔｒｅｓｓまたは一次元変形
抵抗と呼ばれている。

第１図から固相率ｆ、に対するσか求まる。σか求まれ
ば、かなり面倒ではあるか、単純なダイス穴型に対する
所要押出し力Ｆは、上界法、すへり線場法、また複雑な
ダイス穴型については有限要素法の如きを用いて求める
ことかできる。

また、次のように試押出しで求めてもよい。

供試材に温度センサーを埋設した被押出し材を、押出し
機コンテナー内に挿入し、加熱して押出す。

そして、温度センサーがダイス入口に達した時点の温度
（温度と固相率は１：１の関係にある）と押出し力Ｆを
測定すればよい。

この方法をこの発明に従う第２図に示した押出し機にて
適用するには図示しないが被加工材５゜５′の長手方向
に複数個の温度センサーを埋設する一方、長手方向に温
度条件を変えて押出し加工を行えば、複数の固相率ｆ、
についての押出し力Ｆが求められ、容易に加工希望の固
相率と押出し力Ｆとの関係が求まる。

また、温度センサーを用いないで、ダイス穴型出口で急
冷凝固させ固相率を求めてもよい。急冷凝固された金属
組織から固相率を求める方法はよく知られているとおり
である。

（実施例） この発明に従う半溶融金属の押出し加工方法並びに押出
し加工制御方法を害現するための構成要部を第２図に図
解した。

図中１はこの発明の方法にて得られる成形体、２は成形
体１の冷却手段をもつダイス押え、３はダイス、４はダ
イス３の近傍に設置される発熱体又は誘導コイル、５，
５′は素材であり、６は素材５，５′を固相状態にて挿
入する押出し機コンテナ、７は押出しプランジャー　７
′はプランジャーチップ、７′は押出しシリンダ、また
８は圧力検出器、９は油圧配管、１０は押出し速度検出
器、１１は油圧装置であって、１２は加熱電源をもつ制
御・操作盤、１３は電力検出器、１４は冷却水源を含む
冷却制御装置である。

押出し機コンテナ６はその内部に挿入した先行素材をダ
イス３の直前にて加熱するように発熱体又は誘導４コイ
ルをダイス３に隣接設置しである。

またダイス押え２には、素材５を押出し成形直後に冷却
して凝固させるための冷却装置を附設しである。第２図
では、速度検出器ＩＯは押出プランジャー７の速度を計
測する場合を例示しであるが、成形体１又はその他の結
果として素材５の速度か計測されればよい。

第３図に押出し機運転・制御シーケンスの一例を示す。

まず、すでに述べたようにして押出し力Ｐ０を設定する
。

ここにＰｏを設定することは固相率ｆ、を定めたことで
あるから、昇温させるべき温度ΔＴ（＝Ｔ−Ｔ０）がわ
かる。

これと比熱、融解熱、比重の物性値から単位体積当りの
熱量Ｑ（Ｊ／ｍ？）が求まる。

ここで、初期押出し速度Ｖｏ　　（ｍ／ｓ）を想定し、
被加工材の断面積をＳ　（ｍ）とすると、被加工材に与
えるべき熱量は毎秒ＱＳＶ、（Ｊ／ｓ）であるから、発
熱体または誘導コイルの初期加熱出力かＷ、＝に、・Ｑ
ＳＶ、［：Ｊ／ｓ）となるよう加熱装置の出力を設定す
る。ここで、Ｋ、は結合係数と呼ばれるもので、被加熱
物の固有抵抗、比透磁率、誘導電流の周波数および被加
熱物か円柱の場合はそれの直径によって決定される定数
である。

被加工材をコンテナー６内に挿入し、Ｐａ、Ｗ。

を負荷する。以下第４図のシーケンスによって運転・制
御することができる。

（発明の効果） この発明の方法によりプランジャーチップの材質如何に
拘らず、また固相率センサを用いるまでもなく、さらに
長手方向に材質の−様な押出し材が得られ、また押出し
加工の適切な判断か行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は半溶融金属の固相率ｆ、を流動応力（ｆｌｏｗ
　５ｔｒｅｓｓ）　ｃの関係グラフ、第２図はこの発明
に従う半溶融金属の押出し加工要領を示す説明図であり
、 第３図、第４図は押出し機の初期並びに定常の運転制御
シーケンス図である。 ｌ・・・成形体 ２・・・冷却手段をもつダイス押え ３・・・ダイス ４・・・発熱体又は誘導コイル ５．５“素材　　　　　６・・・押出し機コンテナ７・
・・押出しプランジャー ８・・・プランジャーチップ 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固相の金属材料または金属基複合材料よりなる素材
   を、押出し機コンテナー内に挿入し、押出しプランジャ
   ー及びその先端のプランジャーチップを介して、押出し
   シリンダーに負荷した設定圧力（Ｐ＿０）で加圧すると
   ともに発熱体又は誘導コイルを用いて加熱することを特
   徴とする半溶融金属の押出し加工方法。 ２、押出しシリンダーに負荷する設定圧力（Ｐ＿０）が
   、素材の固液共存状態における流動もしくは変形特性と
   押出し比及び穴型により定まる加工条件から理論計算又
   は素材の固液共存状態における試押出しを行なうことに
   て求めたものである、請求項第１項に記載した押出し加
   工方法。 ３、発熱体又は誘導コイルを押出し機コンテナー内に、
   素材のダイス直近部分における加熱を可能としてダイス
   に近接設置して成ることを特徴とする、半溶融金属の押
   出し加工装置。 ４、押出し中の押出し速度、押出し圧力（Ｐ）及び加熱
   出力を計測し、計測された押出し圧力（Ｐ）を設定し圧
   力（Ｐ＿０）と比較し、押出し速度を（Ｐ）＜（Ｐ＿０
   ）のとき増速させ、（Ｐ）＞（Ｐ＿０）のとき減速させ
   る一方、押出し速度を確保するように発熱体又は誘導コ
   イルによる加熱出力を増減させることを特徴とする、半
   溶融金属の押出し加工制御方法。 ５、押出し速度に比例させてダイス出口に設けた、冷却
   装置の冷却能力を増減させることを特徴とする半溶融金
   属の押出し加工制御方法。