JPH0688064B2 - アルミニウム形材の押出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、アルミニウム形材の押出方法に関するもので
あり、さらに詳しく述べるならば、押出プロセスの制御
方式を改良したアルミニウム形材押出方法に関するもの
である。従つて、本発明は、住宅、ビルディングの建設
材料あるいはその他のアルミニウム素材を押出により製
造する工業及び制御工業の分野において利用される。

従来の技術 アルミニウム形材押出プロセスの制御方式としては、ポ
ンプの油吐出液量を制御するバルブ開度制御方式、押出
ラムの前進速度を制御する方式、あるいはこれらの組合
せ制御方式が基本的には可能である。

上述の押出ラム速度制御方式では、押出ラムの押出運動
の慣性によつて速度設定値と速度検出値の偏差がかなり
大きくなつて、設定速度よりかなり高速で前進するとと
もにポンプのオーバーシュートの問題が起こる。

上述の組合わせ制御方式において、押出工程を前段と後
段に分けて、前段ではラム押進液体用バルブの開度を一
定とする制御を行い、後段では押出ラム前進速度を制御
するように、制御方式を切換えることは公知である（特
公昭59−7523号）。このように前段・後段で制御を切替
える組合わせ制御方式において、バルブ開度制御から押
出ラム速度制御へ切換える時期を、予め定められた所定
時間により定める方法あるいは押出ラム前進速度の検出
値に基づいて定めることは公知である（特公昭59−7523
号）。この制御方式は前段のバルブ開度制御により押出
ラムの前進速度が低く抑えられ、前進速度の立上りが遅
くなるために、押出時間全体が長くなり、高能率押出に
は適していない。

押出機及び油圧系統を概念的に示す第２図により従来の
制御方式をさらに詳しく説明する。図中、１はダイス、
２はダミーブロック、３は押出コンテナ、４はバッカ
ー、５はプラテン、６はラム、７はシリンダー、８はメ
インピストン、９はシリンダー７内に油を吐出する油圧
ポンプ、10は圧力センサーである。従来のバルブ開度制
御方式では、油圧ポンプ９から吐出された油は、図示さ
れていないバルブによつて一定吐出液量に調節され、シ
リンダー７内に圧入され、そして押出ラム６を前進させ
る。なお13はアルミニウムビレット、14は形材である。

第３図は、上述のバルブ開度制御方式を行つた場合の押
出ラム６（第２図）に作動的に連結されたパルス発生器
12により検出された押出ラム前進速度V_R、圧力センサ10
により検出された油圧P_O、及びポンプ９からの吐出液量
Ｒが時間的に変化する状況を示すグラフである。第３図
に示されるように、押出開始（V_R＝０）とともにポンプ
９（第２図）から、図の例では、油圧ポンプ９の定格値
の50％に設定されている設定値に達するように油が吐出
される。押出開始初期では、ビレット13とダイス１との
摩擦等によるメインピストン８の前進を妨げる力が高い
ために、押出ラム前進速度V_Rは徐々に増加するが、油圧
P_Oは急激に立上がる。この押出初期において発生する高
圧から油圧ポンプ９（第２図）等を保護するために、油
圧ポンプ９とシリンダー７の間の流路の途中にリリーフ
バルブ11を設けて、油圧が設定上限圧P_Sを越えたときは
油が該流路から油圧ポンプ９に戻される。上述の押出初
期を過ぎると、押出ラム前進速度V_Rがさらに上昇し、油
圧P_Oが減少し、そして押出ラム前進速度V_R及び油圧P_Oが
ほぼ一定に保たれる押出中期となる。この押出中期では
吐出液量が一定になるように指令電圧コントロールが行
われる。この押出中期では押出コンテナ３内部のビレッ
ト13が短くなり押出コンテナとビレットの摩擦が減少し
押出圧力は低下する。押出圧力が低下すると油圧系内の
リーク分は減少し一方ポンプ吐出液量を決める指令電圧
は一定のままなのでリーク分だけ押出ラム前進増速に寄
与する。押出末期では形材14が所定の寸法に達したか又
は押残し（バッツ）が所定寸法に達するのを検出して押
出用油圧ポンプの吐出量が０になる様指令電圧を変更す
る。すると押出圧力P_Oと押出ラム前進速度V_Rは急激に低
下する。

第２図及び第３図を参照として説明した制御方式では、
押出ラム前進速度V_Rが押出全期間にわたつて変化するた
めに、形材14とダイス１の摩擦状況が絶えず変化するの
で形材14の品質不良という問題が発生する。さらに、こ
の制御方式では、吐出液量が設定値、例えば定格の50％
に制御されるので押出初期における押出ラム前進速度の
立上がりが遅く、押出能率が低いという欠点もある。

このような欠点を解消する最近の制御方式は、押出ラム
前進速度が所定値に達するまでは吐出液量上限を制約せ
ず押出ラム前進速度が所定値に到達後吐出液量制御を行
う押出ラム前進速度制御方式である。この制御方式によ
ると、第２図の油圧ポンプ９を可変吐出液量型油圧ポン
プとし、この油圧ポンプの回転数を、パルス発生器12に
より検出された押出ラム前進速度の信号によりフィード
バック制御することによつて、押出ラム前進速度が一定
に達するように高精度制御を行うので、第４図に示す如
く押出ラム前進速度V_Rの立上がりが早く、且つ当然押出
ラム前進速度の一定化も達成されるとともに、第３図の
場合と比較して、末期押出時間Ｔ′（第４図）が短縮さ
れ、且つ油圧エネルギＥ（第３図）が節約される。すな
わち、高能率押出を達成すべく油圧ポンプ９からの吐出
液量の制御が省かれるとともに、形材14（第２図）の品
質向上のために押出ラム前進速度V_Rが一定なつている。

第３図及び第４図において、押出ラム前進速度V_Rを達成
するために必要なポンプ吐出液量Ｒ′（点線）が、V_Rか
ら計算により求められるので、ＲとＲ′の差の斜線領域
は押出ラムの前進に使われなかつた油圧エネルギＥとな
る。かかる油圧エネルギＥは、油圧ポンプ吐出液量を制
御しない押出ラム前進速度方式（第４図）の方が吐出液
量（バルブ開度）制御方式（第２図及び第３図）より多
くなつている。すなわち、形材14の押出に供さえない油
圧エネルギが依然として多いというエネルギ面での不経
済が第４図の制御方式にはある。

発明が解決しようとする問題点 本発明者等は押出ラム前進速度制御方式におけるエネル
ギ面の不経済を解消すべく種々研究を行つた。

先ず検討したのは、指令押出速度に到達した時点で人手
操作により吐出液量を減少させる操作を押出ラム前進速
度制御方式に併用することであつたが、次に設定吐出液
量達成直後から設定圧を保持するために必要な最小吐出
液量に吐出液量を減少させる人手操作を併用し、指令速
度に達するのを待つている自動・人手併用型の一種の組
合せ方式を続けて研究した。しかしこれらの方法は自動
制御方式でなく、望ましくない。

さらに、本発明者等は、押出時間に対する押出ラム前進
速度等の理想的変化曲線を定め、この曲線に従つて吐出
液量を制御する方式を研究したが、ダイスの摩耗等によ
り上記曲線は変化するためにこの制御方式は現実的では
ないことが分かつた。

依つて、本発明の目的は、ポンプから吐出された油等の
液体をシリンダ内のピストンに圧入し、ピストンと連結
されたラムの所定前進速度に従つて前記ポンプからの吐
出液量を制御する押出ラム前進速度制御方式によるアル
ミニウム形材押出方法において、自動化制御方式により
液体エネルギを節約することにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、ポンプから吐出された液体をシリンダ内のピ
ストンに圧入し、ピストンと連結された押出ラムの所定
前進速度に従って前記ポンプの吐出液量を制御する押出
ラム前進速度制御方式によるアルミニウム形材押出方法
において、ポンプからシリンダ内のピストンに至る入力
液流路から前記ポンプに側路するバイパス流路にリリー
フバルブを設けて、押出初期に、前記リリーフバルブの
設定圧力とクラッキング圧力の中間の圧力を目標値にし
て前記ポンプの吐出量を調節し、前記押出ラムの前進速
度が前記所定前進速度に達した後に、前記押出ラムが一
定速度を保つ様に前記ポンプの吐出液量を制御すること
を特徴とするアルミニウム押出形材の押出方法に関す
る。

本発明において、クラッキング圧力P_C（第５図）とは、
油圧ポンプから押出シリンダに至る流路に配置されたリ
リーフバルブに加わる圧力（以下、「入力側圧力」とい
う）が、油圧ポンプ吐出液量に応じて増加し、そしてリ
リーフバルブが開き始めて、リリーフバルブから流れる
ある量の油圧流量が認められる入力側圧力をいう。

本発明において、入力側設定圧力P_E（第５図）とは油の
全量がリリーフバルブから流出する入力側圧力をいう。

以下、本発明の特徴とする解決手段の意味するところを
説明する。

本発明において、ポンプからピストンに至る液体の入力
液流路からポンプに側路するバイパス流路にリリーフバ
ルブを設けている意味は、後述の押出初期吐出液量制御
を行うためである。

また、本発明において、押出初期には、前記リリーフバ
ルブの設定圧力（P_E-第５図）とクラッキング圧力
（P_C）の中間の圧力（P_S）に従つて前記ポンプの吐出液
量の制御を行うのは、押出ラムの前進に供せられない液
体のエネルギを実質的に少なくするためである。詳しく
述べると、リリーフパルプの圧力を目標値とするポンプ
の制御を行つているのは、例えばポンプの吐出液量を基
準とするなどのリリーフバルブによる制御以外の制御を
行なうとすると、押出初期では、吐出液量に対して液体
圧力が著しく敏感に変動するために、ポンプがオーバー
シュートするかあるいはポンプ吐出液量が操作因子に対
して追従しないなど制御上の問題が生じるからである。
リリーフバルブの設定圧力P_Eをより低い上記中間の圧力
（以下「基準圧力P_S」という）を目標値として制御を行
うのは、リリーフバルブの設定圧力は、ポンプの耐圧性
能等を考慮してポンプの機能保護を目的にして定められ
ているから、設定圧力を超える圧力を基準としてポンプ
吐出液量の制御を行うことは好ましくないからである。
なお基準圧力P_Sは、リリーフバルブの設定圧力と等しく
なければ（P_S≠P_E）これより僅かに低ければよい。この
ような意味でP_S≒P_E（P_S＜P_E）としている理由は、押出
ラム前進速度V_Rが所定押出ラム前進速度にできるだけ早
く立上がるように、押出初期の液体圧力を大きく選択可
能にしたことにある。次に、基準圧力（P_S）をクラッキ
ング圧力（P_C）より大（P_S≧P_C）としている理由は、ク
ラッキング圧力（P_C）より低い圧力を基準とするポンプ
吐出液量制御は実際上不可能であるからである。

さらに、本発明において、押出ラム前進速度が一定値に
達した後は上述の圧力制御系を自動的に無効にする理由
は、所定押出ラム前進速度達成後は、P_OP_S如何にかか
わらず、押出ラム前進速度V_Rを一定に保持するための押
出ラム前進速度制御を行うためである。

実施例 第１図は、本発明の特徴をポンプ吐出液量Ｒ、油圧P_O、
及び押圧ラム前進速度V_Rの変化により示したグラフであ
る。第１図より明らかなように、押出開始（V_R＝０）か
ら目標の一定押出ラム前進速度V_Rに達する迄ポンプの吐
出液量は定格吐出液量全量（100％）になつている。す
なわち、油圧P_Oが基準圧力P_Sより小である（P_O＜P_S）時
期には、P_O＝100％になつているために、押出ラム前進
速度V_Rがかなりの早さで増加するとともに油圧P_Oが設定
圧P_Eまで急激に立上がる。P_O＝P_Eになると、過剰量を油
がリリーフバルプからポンプに戻される。P_O＝P_Eである
ことが検出される以前にクラッキング圧力P_C＜基準圧力
P_S＜設定圧力P_Eなる条件が必然的に満足されるから、押
出初期における基準圧力P_Sによる吐出液量制御が開始さ
れる。但し制御系の応答速度上の制約から一旦P_O＝P_Eに
なつた後に油圧P_Oの減少が現われ、そして吐出液量がP_O
＝P_Sとなるまで減少される。油圧P_OがP_EからP_Sまで減少
する過程で、P_S≦P_O≦P_Eなる圧力は押出ラム前進速度V_R
を増加させるのに十分な圧力である。例えばP_E＝210kg/
cm²、P_S＝200kg/cm²に設定される。よつて押出ラム前進
速度V_Rは依然としてかなりの速度で立上がる。一方、こ
の過程において油圧P_Oは急激に低下するので、ラムの前
進に供されない油圧エネルギＥは急激に減少する。油圧
P_Oが基準圧力P_Sより低下する（P_O＜P_S）と、ポンプ吐出
液量は増大せしめられる。押出ラム前進目標速度に達し
た後は、押出ラム前進速度V_Rが一定速度になる様にポン
プの吐出液量が押出ラム前進速度制御方式により自動調
整される。すなわちポンプ、バルプ、シリンダー内で発
生する油のリーク分の補償が自動化されている。また圧
力制御によりP_O＝P_Sが達成される以前に、形材の種類、
ダイスの摩耗状況等により押出ラム前進速度V_Rが目標速
度に達することが不可避的に発生した場合は、この発生
を検知して直ちに圧力制御を押出ラム前進速度制御に切
替える。

第６図は本発明に係る制御方法を実施する制御回路のブ
ロックダイアグラムである。

押出ラム前進速度（V_R）は、パルス発生器20でパルス信
号として検出され、D/A変換器22によりアナログ信号に
変換され、さらに比例積分器23により一定量の電圧等に
変換される。押出ラム前進速度（V_R）の設定値は、設定
器21により電圧信号として発生せしめられ、この信号
（設定V_R）と実際の押出ラム前進速度信号（実測V_R）と
は作動増幅器24にて比較・増幅され、そして実測V_Rと設
定V_Rの偏差が求められる。

一方、油圧P_Oは圧力センサー25により検出され、増幅器
26及び応答速度調節器27を経て加減算器28に伝達され
る。

実速V_Rと設定V_Rの偏差及び油圧P_Oはシーケンスコトロー
ル又はマイコンなどの演算制御器28により、第７図のフ
ローチャートに示す如き演算処理が行われる。

第７図は、演算制御器28（第６図）において実行される
制御のフローチャートの一例を示す図面である。

先ず、ステップ１において、最終一定押出ラム前進速度
V_R（Ｆ）、第１及び第２押出ラム前進設定速度V
_R（Ｉ）、及びV_R（II）、V_R（Ｉ）からV_R（II）への押
出ラム前進速度設定切替時点T_C、前述のP_E、P_S、P_C等が
手操作で入力される。なお、V_R（Ｉ）＜V_R（II）＜V
_R（Ｆ）であり、及びV_R（Ｉ）、V_R（II）を入力するこ
とにより、ラムの前進速度が過度に急激に増大しない様
にしている。

次に、ポンプの定格により定まる最大吐出液量でポンプ
から吐出される油によってラムが速度（V_R）を早めつつ
前進せしめられる（ステップ２）。このラム前進速度
（V_R）増加過程でV_R≧V_R（Ｉ）ならば（ステップ３）、
時間（Ｔ）が押出ラム前進速度切替時点（T_C）に達して
いない状態（Ｔ＜T_C）では、ポンプから最大吐出液量で
液を吐出し続けると共にV_R≧V_R（Ｉ）の判断を再び行い
（ステップ３）、一方Ｔ≧T_Cならば押出ラム前進設定速
度の切替を行う。

ステップ３においてV_R＜V_R（Ｉ）ならば、先ずV_R≧V
_R（Ｆ）を判断する（ステップ４）。ステップ３とステ
ップ４の間でラム前進速度が著しく急速に増大するとス
テップ４がYESとなり、ステップ６で、押出ラム前進速
度V_R（Ｆ）に一致させるようにポンプの吐出液量Ｒを減
少させる（△Ｒ＜０）。

ステップ６の次に再びステップ３の判断を行うとYESに
なり、Ｔ≧T_C（ステップ８、YES）ならば、ステップ９
に移行する。このとき、押出制御方式が初期のものから
後期のラム前進速度制御に切り替えられる。ステップ９
では、ここではV_R≧V_R（Ｆ）であるからV_R≧V_R（II）
（ステップ９、YES）となり、次にステップ14において
制御方式を圧力を目標値とする方式からラム前進速度V_R
（Ｆ）を目標値とする方式に切り替える。

ステップ４がNOの場合は、押出初期における基準圧力P_S
に基づく圧力制御を行うべくP_O（油圧）≧P_Sの判断を行
い（ステップ５）、この結果に基づいて、ポンプ吐出液
量の減少（△Ｒ＜０）又は増大（△Ｒ＞０）をそれぞれ
ステップ６及び７で行う。続いて再びステップ３を行
う。

ステップ９においてはV_R＝V_R（II）の判断を行う。V_R≠
V_R（II）の場合はステップ10〜13が行われるが、これら
のステップはそれぞれステップ４〜７に対応する。

第８図は第７図とは別の方法によるフローチャートを示
したものであってステップ１における制御開始後、押出
ラム前進速度V_Rが到達最大速度（V_Rmax）に設定される
（ステップ２）。次に、この設定速度に押出ラム前進速
度ができるだけ早く到達するように、吐出液量が増加さ
れる（ステップ３）。押出が終了していない場合（ステ
ップ4-NO）は、P_O＜P_S（ステップ6-NO）ならば、油圧P_O
が基準圧力P_Sに達していない（P_O＜P_S）ために、従前ど
うり吐出液量が増加される（ステップ６→３）。一方P_O
≧P_Sならば、タイマー（Ta）をスタートさせ（ステップ
７）そして、計測時間が１秒以内ならばV_Rmaxを基準と
する押出ラム前進速度制御を行い（ステップ９）、計測
時間が１秒以上ならば再びP_O≧P_Sの判断（ステップ10）
を行い、V_R制御（ステップ３）又はステップ11を行う。
ステップ11では押出ラムの前進速度を従前の値の90％に
設定する。すなわち基準圧力P_Sに基づく圧力制御を行つ
て、油圧（吐出液量）を減少させなければならないか
ら、‐但しV_Rが設定値に達していないものとする‐この
油圧（吐出液量）減少のための手段として、押出ラム前
進速度を従前の値の90％（V_R＝0.9V_R）に再設定する
（ステップ11）。次に、タイマー（Ta）をスタートさせ
（ステップ12）、計測時間（Ta）＜１秒（ステップ13）
ならばV_R＝0.90V_Rを基準とする押出ラム前進速度制御
（ステップ14）を行い、一方、計測時間（Ta）≧１秒な
らば（ステップ13）、P_O≧P_Sの判断（ステップ15）を行
い、YESならば、ステップ16−19にてステップ11−14と
それぞれ対応する制御を行い、さらに低下せしめられた
押出ラム前進速度基準値に基づく制御を行う。ステップ
15にてP_O＞P_Sならば、吐出液量を増大させて押出ラム前
進速度V_Rができるだけ早く最大設定押出ラム前進速度
（V_Rmax）に到達するように、押出ラム前進速度を10％
増加させる（V_R＝1.10V_R）再設定を行い（ステップ2
1）、続いて、タイマーにより設定された時間に基づく
押出ラム前進速度制御を行う（ステップ21−24）。Ta≧
3secならば再びステップ10より制御を行う。上述の１か
ら24までのステップに従つて制御が行われる過程で押出
が進行するとともに、V_R制御（ステップ９、14、19、2
4、29）は、切り替えられて、圧力制御終了となるか、
あるいは第１図に示すように油圧P_Oは低下するから、必
ずステップ10においてP_O＜P_Sとなり、ステップ３→５の
経過を辿つて押出及び制御が終了する。

ステップ20においてP_O≧P_Sならばステップ15からの制御
が繰り返され、またP_O＜P_Sならばステップ26→29におい
てステップ21→24と同様の押出ラム前進速度V_Rの増速再
設定が行われる。

上述のフローチャートのステップ３、21〜24、26〜28に
おいて最大押出ラム前進速度にできるだけ早く達成する
ように、吐出液量を最大にすることができる。

以上説明した如く押出ラム前進速度（V_R）の測定、液体
の圧力測定を段階的に分けて行い吐出液量が制御され
る。このように段階別に分けて制御を行うとポンプのオ
ーバーシュート等の制御上の問題を有効に解決すること
ができ、押出高能率化を達成できると共に制御追従性が
優れている。

作用 （イ）押出ラムが目標速度にできるだけ早く近づくよう
にポンプ吐出液量の制御が行われるので、アルミニウム
形材押出の生産性が向上する。

（ロ）押上ラム速度が押出初期の非定常状態を除いて終
始一定に制御されるために、アルミニウム形材の品質が
良好になる。

（ハ）押出初期において、上記（イ）を達成するために
必要最小限の量の油しかポンプから吐出されないため、
高エネルギの油がリリーフバルブを通過する際の油温の
上昇及び油劣化が防止される。

（ニ）押出に必要なエネルギを最小限に調整できるため
省エネルギ及びポンプ寿命延長の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を行つた場合のポンプ吐出液量、
油圧及び押出ラム前進速度の変化を示すグラフ、 第２図は一般的押出装置を示す断面図及び油圧系統図、 第３図及び第４図は従来法に関する第１図と同様の図
面、 第５図はリリーフバルブのリリーフ量を説明するグラ
フ、 第６図は本発明方法を実施する制御系のブロックダイア
グラム、 第７図及び第８図は第６図のブロックダイアグラムで示
した演算制御器で実行されるフローチャートである。 １……ダイス、２……ダミーブロック、７……シリンダ
ー、８……ピストン、９……ポンプ、11……リリーフバ
ルブ、14……形材、P_C……クラッキング圧力、P_E……設
定圧力、P_S……基準圧力、P_O……油圧、V_R……押出ラム
前進速度、Ｅ……油圧エネルギ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプから吐出された液体をシリンダ内の
   ピストンに圧入し、ピストンと連結された押出ラムの所
   定前進速度に従って前記ポンプの吐出液量を制御する押
   出ラム前進速度制御方式によるアルミニウム形材押出方
   法において、ポンプからシリンダ内のピストンに至る入
   力液流路から前記ポンプに側路するバイパス流路にリリ
   ーフバルブを設けて、押出初期に、前記リリーフバルブ
   の設定圧力とクラッキング圧力の中間の圧力を目標値に
   して前記ポンプの吐出量を調節し、前記押出ラムの前進
   速度が前記所定前進速度に達した後に、前記押出ラムが
   一定速度を保つ様に前記ポンプの吐出液量を制御するこ
   とを特徴とするアルミニウム押出形材の押出方法。