JPH09271834A - アルミ中空部材用押出しダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエルド部に向けて多量のメタルが強制的に
送り込まれるように押出しダイスを設計することによ
り、ウエルドラインが目立たない中空状の押出し成形品
を得る。 【構成】 内部にデッドメタル解消部１３を設けた雌型
２と、雌型２の開口部４に差し込まれるマンドレルをも
ち、マンドレルが破損しない程度にマンドレルを支える
ブリッジ部を幅狭にした雄型とを備えている。製品形状
に応じて定まるウエルド部からデッドメタルの内方突出
部までの距離が大きく設計されている。デッドメタル解
消部１３は、平坦状又は曲面状の傾斜側面をもち、傾斜
側面に沿ったメタルの流れをウエルド部に指向させる作
用を呈する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエルドラインを目立
たなくしたアルミ中空部材の製造に適した押出しダイス
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミ中空部材の押出しに、ポートホー
ル法が採用されている。たとえば、図１に示す形状をも
つ中空部材の押出しでは、図２に示すダイスの組合せが
採用される。このダイスでは、雄型１，雌型２及びバッ
クアップダイ３を順次配置し、雌型２に形成されている
開口部４に雄型１のマンドレル５を挿入する。押し出し
成形される円柱状のアルミビレットは、矢印で示すメタ
ルの流れ６としてチャンバー７内を流動する。メタルの
流れ６は、マンドレル５を支えるブリッジ部８のため、
通常は４本の流れに分流する。そして、雌型２のチャン
バー７内で合流し、マンドレル５と雌型２のベアリング
部９との間を通過することにより、図１の形状をもつ中
空部材に成形される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一旦分流したメタルが
合流し、中空部材に成形されることから、合流点にウエ
ルドラインが生じることがポートホール法では避けられ
ない。合流点，換言すればウエルドラインの発生箇所
は、中空部材の形状で定まる雄型１のマンドレル５を支
えるブリッジ部８の位置に依存している。ブリッジ部８
は、メタルの入側からみた雌型２を示す図３にみられる
ブリッジ受け部１０で支持される。たとえば、図１の中
空部材では、各片の中央部に１か所づつウエルド部が発
生する。ポートホール法を採用する限り、ウエルド部を
回避できない。ウエルド部は、温度状態や材質の緻密度
が他の部分と異なることから、金属組織的に異なった析
出状態や再結晶粒度になり易い。そのため、押し出し形
材にアルマイト処理等の表面処理を施すと、ウエルド部
が一層目立ち、線状のウエルドラインＷＬとなって製品
の外観に著しい悪影響を及ぼす。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、ベアリング部
を通過するメタルの温度条件を断面方向に関して均一化
することにより、外観観察でウエルド部を目立たなくし
たアルミ中空部材を得ることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミ中空部材
用押出しダイスは、その目的を達成するため、内部にデ
ッドメタル解消部を設けた雌型と、該雌型の開口部に差
し込まれるマンドレルをもち、該マンドレルが破損しな
い程度に前記マンドレルを支えるブリッジ部を幅狭にし
た雄型とを備え、製品形状に応じて定まるウエルド部か
らデッドメタルの内方突出部までの距離を大きく設計し
たことを特徴とする。デッドメタル解消部は、平坦状又
は曲面状の傾斜側面をもち、該傾斜側面に沿ったメタル
の流れをウエルド部に指向させる作用を呈する。ブリッ
ジ部に対向する雌型にブリッジ受け部を設けず、或いは
雌型に対する雄型の合せ面から内方にブリッジ部を後退
させることにより、チャンバーの有効容積を大きくする
ことができる。雌型内部にあるチャンバーの深さＨと雄
型のブリッジ部の幅Ｗとの間に、Ｗ／Ｈ≦１／１．５の
関係を成立させることが好ましい。また、チャンバーを
区画する雌型内壁面からマンドレル側面までの距離Ｌと
雄型のブリッジ部の幅Ｗとの間に、Ｗ／Ｌ≦１／２の関
係を成立させることが好ましい。マンドレルは、必要強
度が確保される範囲で長くすることができる。

【０００５】

【作用】本発明者等は、中空部材の押出しに際してウエ
ルド部を目立たなくするため、ウエルド部と他の部分と
におけるメタルの温度差を抑え、なるべく均一な温度分
布になるようにメタルの流れを工夫した。そのための手
段として、本発明では、雄型１，雌型２の内部にあるメ
タルのデッドゾーンを少なくするダイス構造を基本と
し、ベアリング部入り口１１でウエルド部生成点に向け
て大量のメタルを強制的に流す設計を採用した。また、
雄型１及び雌型２の内部にあるメタルのデッドゾーンを
少なくし、メタルが流れている有効チャンバー７を可能
な限り広くとり、大量のメタルがウエルド部に流れる設
計にした。その結果、ウエルド部のメタルは、他の部分
にあるメタルと同じような温度となり、両者の間の温度
差が小さくなる。そのため、得られた中空部材の析出状
態及び再結晶組織が均一化され、アルマイト処理後にお
いてもウエルドラインが目立たない製品が得られる。

【０００６】

【実施の形態】本発明者等は、ウエルドラインの発生メ
カニズムに及ぼすダイス構造の影響を調査検討した。従
来のダイスでは、図１の形状をもつ中空部材を押し出し
成形する場合に図３の雌型が使用される。雌型２には合
計４か所にブリッジ受け部１０が形成されており、その
うち２か所のブリッジ受け部１０が雄型１の長辺側のマ
ンドレル５を支えるブリッジ部８に当接し，残りの２か
所にあるブリッジ受け部１０が短辺側のマンドレル５を
支えるブリッジ部８に当接する。このようにブリッジ受
け部１０を形成することにより、雌型２のチャンバー７
が狭くなる。短辺が長辺に比較して短い形状の形材を押
出し成形する場合、短辺側のブリッジ受け部１０によら
なくてもマンドレル５が強度的に支えられるため、端辺
側のブリッジ受け部１０を省略してチャンバー７の容積
を大きくすることもある。しかし、マンドレル５が強度
的に支えられる限り、チャンバー７の容積を大きくする
上では雌型２にブリッジ受け部１０を設けない方が好ま
しい。

【０００７】また、従来の雌型２では、図４に示すよう
にメタルの流れ６が滞ってしまう部分，デッドゾーン１
２がチャンバー７内に生じる。デッドゾーン１２は、チ
ャンバー７の有効内容積を減少させるばかりでなく、定
常的に流れているメタルとの間の温度差が大きく、この
ような比較的低温のデッドゾーン１２からのメタルがウ
エルド部に流入するとウエルドラインＷＬの生成を助長
される。本発明者等は、このような従来のダイスにおけ
る問題を前提として、雌型２内部のデッドゾーン１２を
極力少なくし、且つウエルド部に向かった強制的なメタ
ルの流れ６が作り出されるように、雌型２のチャンバー
７を図５に示すように改良した。改良された雌型２で
は、４つのデッドゾーン解消部１３をチャンバー７内に
設けている。デッドゾーン解消部１３は、截頭四角錐形
の傾斜側面で輪郭が形成されている。隣接する傾斜側面
間の稜線部には、２〜３Ｒの丸みをつけることが好まし
い。傾斜側面をもつデッドゾーン解消部１３は、図５中
に矢印で示すようにメタルをウエルド部に向けて強制的
に流す。なお、図５の場合、矩形中空材を押し出すこと
から図示する形状で傾斜側面を形成している。しかし、
本発明はこれに拘束されるものではなく、中空材の形状
に応じて定まるウエルド部に向けてメタルの強制的な流
れを作り出す傾斜側面をもつ限り、デッドゾーン解消部
１３はチャンバー７内の適宜位置に設けられる。

【０００８】また、改良された雌型２では、ブリッジ受
け部１０（図３）がなく、その分チャンバー７の有効容
積が大きくなっている。そのため、従来よりも多量のメ
タルがチャンバー７内に流入し、ウエルド部におけるメ
タルの温度差が小さくなる。ブリッジ受け部１０を省略
できたことは、従来のダイスではマンドレル５を支える
のに十分過ぎる強度を雄型１のブリッジ部８がもってい
たばかりでなく、雄型１の改良とも関係する。すなわ
ち、従来の雄型１は、メタルの出側からみた斜視図で示
した図６にみられるように、内部空間を４つのポート孔
１４，１４・・に分けている。マンドレル５は、雌型２
内に挿入され（図２，図４）、側面にベアリング部１５
が形成されている。また、マンドレル５を支えるブリッ
ジ部８は、雌型２に対する合せ面１６と面一に成形され
ている。この雄型１を入側からみた状態を図７に、横断
面を図８に示す。なお、押し出されるメタルは、図６で
は押出し方向に沿って図面の裏側から手前に流動する。
また、製品である矩形状の中空形材を、図７に点線で示
した。

【０００９】このような形状をもつ雄型１を、本発明で
は次のように改良した。改良された雄型１は、メタルの
出側からみた斜視図で示した図９及び断面を示した図１
０にみられるように、マンドレル５を支える強度が許容
範囲に維持される限り、ブリッジ部８を合せ面１６から
雄型１の内部に後退させている。ブリッジ部８の後退に
よって、雄型１内部の有効チャンバー容積が大きくな
り、ウエルド部に向かった多量のメタル流動を促進させ
る。また、ポート孔１４，１４・・を通過したときに分
流したメタルの合流点が上流側に移動し、合流点からベ
アリング入り口１１（図２）までの距離が確保されるた
め、ベアリング部９，１５通過時点でメタルの合流によ
る影響が少なくなる。また、ブリッジ部８の後退によっ
て、雌型２にブリッジ受け部１０（図３）を設ける必要
がなくなり、雌型２内のチャンバー７の有効容積を大き
くすることができる。雄型１及び雌型２を以上のように
改良することにより、デッドメタルが大幅に少なくな
り、メタルの流れが大量になると共に、温度差も小さく
なる。デッドメタルは、ダイスの設計によって更に少な
くできる。

【００１０】従来のダイスでは、雌型２のチャンバー７
内に残っているメタルを斜視図で示す図１１にみられる
ように、デッドメタルが生じる。周囲のデッドメタル１
７は、雌型２のデッドゾーン１２（図４）に由来する。
周囲のデッドメタル１７から内方に突出するデッドメタ
ル１８，１９は、雄型１のブリッジ部８の陰に生成した
デッドメタルである。一般に、デッドメタル１８，１９
の先端がウエルド部２０，２１の位置に対応する。その
ため、デッドメタル１８，１９を減少させることが、ウ
エルドラインを目立たなくする上で重要となる。そこ
で、本発明に従ったダイスでは、ウエルド部２０，２１
からデッドメタル１８，１９が遠ざかるようにダイス設
計している。具体的には、雌型２内にデッドゾーン解消
部１３（図５）を設け、雌型２内のブリッジ受け部（図
３）を無くし、雄型１のブリッジ部８をウエルド部２
０，２１（図９）から遠ざけることにより、雌型２のチ
ャンバー７内にあるメタルを斜視図として示す図１２に
みられるように、デッドメタル１８，１９がウエルド部
２０，２１から離れて位置する。そのため、ウエルド部
２０，２１に及ぼすデッドメタル１８，１９の影響が少
なくなり、ウエルド部２０，２１の他の箇所に対する温
度差が小さくなる。したがって、ウエルドラインＷＬが
目立たない押出し中空部材が得られる。

【００１１】デッドゾーン解消部１３，ブリッジ部８の
位置や形状，合せ面１６からブリッジ部８が後退する距
離等は、押出し加工によって得られる中空部材の形状に
応じて定まるウエルド部２０，２１の位置に応じて設計
される。そのため、以上に説明した内容に拘束されるこ
となく、得ようとする中空部材の形状に応じ、デッドメ
タル１８，１９がウエルド部２０，２１から遠ざかるよ
うにダイス設計する。デッドメタル１８，１９は、図１
２に示したメタルの高さＨが大きくなるほど、ウエルド
部２０，２１から遠ざかる。この点、本発明者等の実験
によるとき、ブリッジ部８の幅Ｗ（図７）は、雌型２の
内壁面からマンドレル５の側面までの距離Ｌ（図４）と
の間にＷ／Ｌ≦１／２の関係を成立させ、チャンバー７
を区画する雌型２の内壁面の深さＨ（図４）との間にＷ
／Ｈ≦１／１．５の関係を成立差せることが有効である
ことが判った。すなわち、ブリッジ部８をできるだけ細
くし、チャンバー７内のメタルが流れる有効容積を大き
くすることが、ウエルド部２０，２１からデッドメタル
１８，１９を遠ざける上で有効な手段である。

【００１２】雌型２のチャンバー７は、図１３に示すよ
うに長いマンドレル５によっても、有効容積を大きくす
ることができる。図１３の例では、雌型２に対する合せ
面１６と面一になったブリッジ部８をもつ雄型１を使用
しているが、マンドレル５を可能な限り長くすることに
より、雌型２の内壁面を深くし、チャンバー７の有効容
積を大きくしている。このとき、斜線で示したデッドゾ
ーン解消部１３が雌型２に形成される。この場合、押出
し形材の形状にもよるがメタルのスムーズな流れを促進
させるため、デッドゾーン解消部１３の傾斜側面を曲面
で形成することもできる。

【００１３】

【実施例】アルミ合金６０６３Ｓのビレット（径２１０
ｍｍ）を４５０℃に加熱した後、幅１２０ｍｍ，高さ３
０ｍｍ及び厚み２ｍｍの矩形状中空部材を押し出した。
得られた中空部材を焼き戻した後、硫酸アルマイト処理
で厚み６〜７μｍの皮膜をつけた。硫酸アルマイト処理
後の製品は、色調がシルバーであった。また、ウエルド
ラインを地のアルマイト色と比較して、ウエルドライン
を１ｍ離れた箇所から目視観察した。観察結果を、押出
しに使用したダイスの設計条件に関連させて表１に示
す。

【００１４】

【００１５】全体的にウエルドラインは黒みがかった色
調を持っていたが、ダイス番号２で得られた押し出し形
材ではウエルドラインがほとんど目立たなかった。そこ
で、これを基準として官能検査し、表１に示すようにラ
ンク付けした。表１から明らかなように、デッドメタル
を少なくするようにブリッジ部８の幅Ｗを小さくし、チ
ャンバー７の有効容積を大きくするアクションをとると
き、何れも従来法で得られた中空部材に比較してウエル
ドラインが目立たない良好な表面状態をもつ中空状の押
出し成形品が得られることが確認された。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の中空材
用押出しダイスは、雄型と雌型との間のデッドメタルを
少なくし、流動メタルの体積が増大するようにチャンバ
ーの有効容積を広げることにより、一旦分流したメタル
が合流することに起因するウエルド部の温度差を小さく
している。そのため、従来のポートホール法で避けられ
なかったウエルドラインが目立たない中空状の押出し形
材が得られ、表面性状が良好な製品として各種分野で使
用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 押出し加工で製造される中空部材

【図２】 中空部材の押出しに使用される従来の押出し
ダイス

【図３】 従来の押出しダイスの雌型

【図４】 従来の押出しダイスの断面図

【図５】 本発明に従った押出しダイスの雌型

【図６】 従来の押出しダイスの雄型

【図７】 同雄型をメタル入側からみた正面図

【図８】 同雄型の側断面図

【図９】 本発明に従った押出しダイスの雄型

【図１０】 同雄型の側断面図

【図１１】 従来の押出しダイスチャンバ内にあるメタ
ル

【図１２】 本発明に従った押出しダイスチャンバ内に
あるメタル

【図１３】 マンドレルを長くした押出しダイス

【符号の説明】

１：雄型 ２：雌型 ３：バックアップダイ
４：開口部 ５：マンドレル ６：メタルの流れ
７：チャンバー ８：ブリッジ部 ９：雌型のベ
アリング部 １０：ブリッジ受け部 １１：ベアリ
ング部入り口 １２：デッドゾーン １３：デッドゾーン解消部
１４：ポート孔 １５：雄型のベアリング部 １６：合せ面 １７：
周囲のデッドメタル １８，１９：内方に突出するデッドメタル ２０，２
１：ウエルド部 Ｗ：ブリッジ部の幅 Ｌ：雌型の内壁面からマンドレルの側面までの距離 Ｈ：チャンバーを区画する雌型内壁面の深さ ＷＬ：ウエルドライン

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部にデッドメタル解消部を設けた雌型
   と、該雌型の開口部に差し込まれるマンドレルをもち、
   該マンドレルが破損しない程度に前記マンドレルを支え
   るブリッジ部を幅狭にした雄型とを備え、製品形状に応
   じて定まるウエルド部からデッドメタルの内方突出部ま
   での距離を大きく設計したことを特徴とするアルミ中空
   部材用押出しダイス。
2. 【請求項２】 請求項１記載のデッドメタル解消部は、
   平坦状又は曲面状の傾斜側面をもち、該傾斜側面に沿っ
   たメタルの流れをウエルド部に指向させるアルミ中空部
   材用押出しダイス。
3. 【請求項３】 請求項１記載のブリッジ部に対向する雌
   型にブリッジ受け部を設けていないアルミ中空部材用押
   出しダイス。
4. 【請求項４】 請求項１記載のブリッジ部は、雌型に対
   する雄型の合せ面から内方に後退しているアルミ中空部
   材用押出しダイス。
5. 【請求項５】 雌型内部にあるチャンバーの深さＨと雄
   型のブリッジ部の幅Ｗとの間にＷ／Ｈ≦１／１．５の関
   係を成立させたアルミ中空部材用押出しダイス。
6. 【請求項６】 チャンバーを区画する雌型内壁面からマ
   ンドレル側面までの距離Ｌと雄型のブリッジ部の幅Ｗと
   の間にＷ／Ｌ≦１／２の関係を成立させた請求項１記載
   のアルミ中空部材用押出しダイス。
7. 【請求項７】 必要強度が確保される範囲でマンドレル
   を長くした請求項１記載のアルミ中空部材用押出しダイ
   ス。