JPH105850A - 押出加工用ダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐摩耗性等の耐久性に優れ、製造が容易な押
出加工用ダイスの提供。 【解決手段】 ダイス３１は、超硬合金により偏平な円
板状に構成されたプレート３３と、熱間工具鋼により構
成されたフローガイド３５およびケース３７とを備えて
いる。フローガイド３５の上流側からビレット６１を押
し付けると、金属材料がフローガイド３５の開口部４
５，プレート３３のダイス孔４３，ケース３７のテーパ
孔４９を順次通過して押出材（パネル材）として押し出
される。フローガイド３５はダイス孔４３各部への金属
材料の流入比を調整する。このため、ダイス孔４３のベ
アリング長さが等しくても、そのダイス孔４３内におけ
る金属材料の流速が均一化され、良好な押出材を得るこ
とができる。従って、プレート３３に超硬合金を適用し
ても加工費の上昇や破損を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
等の金属材料を押出加工するための押出加工用ダイスに
関する。

【０００２】

【従来の技術】押出加工用ダイスによって金属材料を押
出加工する場合、ダイス孔各部の肉厚（ダイス孔の壁面
間の距離）およびダイスセンタからの距離の違いによっ
て、ダイス孔内における金属材料の流れ易さが異なる。
このため、適当な対策をとらないと最終的に押し出され
る金属材料に変形が生じる。

【０００３】そこで、一般的には、図４（ａ）〜（ｃ）
に例示するように、ベアリング部材１にダイス孔３を形
成するに当たって、ベアリング部５の押出方向の長さ
（いわゆる、ベアリング長さ）を、ダイス孔３内での流
速が速くなりがちな箇所で長く、遅くなりがちな箇所で
短くしている。例えば、図示したダイス孔３の場合で
は、最端部３ａの流速はダイスセンタからの距離が大き
いので比較的遅くなるため、他の箇所に比べてベアリン
グ長さを短くしている。また、中央部３ｂの流速はその
両側に比べて速くなるため、ベアリング長さを長くして
いる。

【０００４】更に、ベアリング部材１の上流側には、ビ
レット（金属材料の塊）の継ぎ押しにて押出材を連続的
に押し出すため、ダイス孔３の形状に応じて形状が定め
られた開口部７を有するフローガイド９が設置されてい
る。なお、図４（ａ）は従来の押出加工用ダイスの構成
を例示する正面図であり、図４（ｂ）はそのＡ−Ａ線断
面図、図４（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図、をそれぞれ表して
いる。

【０００５】一方、近年では、この種の押出加工用ダイ
スの耐摩耗性を向上させるため、ベアリング部材１等を
超硬合金，セラミックス等の硬質材料によって構成する
ことが考えられている。例えば、ＷＣ粉末をＣｏ粉末で
焼結結合した超硬合金は、熱間での耐摩耗性が優れ、押
出加工用ダイスに使用された場合、摩耗寿命を大幅に延
長することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この種の硬
質材料は加工し難いので、前述のような複雑な形状のベ
アリング部５を形成するためには長い時間が必要とな
り、製造コストも高くなる。また、この種の硬質材料は
靱性が低いため、ベアリング加工時に、応力集中箇所
（図４（ｂ），（ｃ）に例示する点Ｑ１〜Ｑ７等）で破
損し易い。従って、従来の押出加工用ダイスに上記硬質
材料をそのまま適用するのは困難であった。

【０００７】そこで、本発明は、耐摩耗性等の耐久性に
優れ、かつ、製造が容易な押出加工用ダイスを提供する
ことを目的としてなされた。

【０００８】

【課題を解決するための手段および発明の効果】上記目
的を達するためになされた請求項１記載の発明は、硬質
材料により構成され、ベアリング長さの等しいダイス孔
を有するベアリング部材と、該ベアリング部材よりも加
工性のよい材料で構成され、上記ベアリング部材の上流
側に配設されて上記ダイス孔各部への金属材料の流入比
を調整するフローガイドと、を備えたことを特徴とする
押出加工用ダイスを要旨としている。

【０００９】このように構成された本発明では、フロー
ガイドがダイス孔各部への金属材料の流入比を調整す
る。このため、ベアリング部材のダイス孔のベアリング
長さを等しくしても、ダイス孔内における金属材料の流
速が均一化され、良好な押出材を得ることができる。従
って、ベアリング部材にベアリング長さの調整を要する
ような複雑な加工を施す必要がなくなり、ベアリング部
材に耐摩耗性のよい硬質材料を適用してもそれほど加工
費が高くならない。また、前述のようにこの種の硬質材
料には靱性の低いものが多いが、本発明のベアリング部
材には、前述のようにベアリング長さが切り替わる部分
がない。このため、ベアリング部材の破損も防止するこ
とができる。

【００１０】更に、フローガイドは比較的加工性のよい
材料で構成されており、形状も単純であるので、金属材
料の流入比を複雑に調整する必要がある場合にも容易に
フローガイドを製造することができる。また、ダイスの
製造後、流速調整等が必要となった場合にもフローガイ
ドのみを修正再加工すればよく、ベアリング部材の再加
工は不要である。従って、流速の調整も容易となる。す
なわち、本発明の押出加工用ダイスは、耐摩耗性等の耐
久性に優れると共に、製造および調整がきわめて容易で
ある。従って、本発明を適用すれば、押出材の製造コス
トを良好に低減することができる。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の構
成に加え、上記フローガイドが、上記ダイス孔の形状に
応じて形状が定められる開口部を有し、該開口部の開口
幅の広狭によって上記ダイス孔各部への金属材料の流入
比を調整するものであって、ダイス孔の肉厚ｗ_i の箇所
に対応する上記開口部の開口幅Ｃ_i が、次式によって決
定されたことを特徴としている。

【００１２】 Ｃ_i ＝ Ｃ₀ ×（ｗ₀−ａ１）／（ｗ_i−ａ１）／ Ｙ_i ……（１） ［但し、ｗ₀ はダイス孔の基準肉厚、ｗ_i はダイス孔の
所定位置における相当肉厚、Ｃ₀ はフローガイド開口部
の基準開口幅、ａ１はダイス孔の最小肉厚、Ｙ_iはダイ
スセンタからの距離による遅れ係数。］本発明におい
て、ダイス孔の肉厚とは、ダイス孔が平板状となる箇所
では、ダイス孔をなす壁面間の距離である。

【００１３】その内、上記基準肉厚ｗ₀ は、実際に押出
加工が可能な範囲内で任意に設定すればよい値で、通常
は、ダイスの中心付近におけるダイス孔の肉厚とする
が、ダイス孔各部の肉厚の平均値等としてもよい。一
方、上記相当肉厚ｗ_i は、実測値に基づいて算出される
値で、ダイス孔が平板状の箇所では、上記の通り、ダイ
ス孔をなす壁面間の距離であるが、ダイス孔の端部、屈
曲部、および交差部等では、押出材の流れ易さに応じ
て、各部の肉厚を平板部相当の肉厚に換算したものであ
る。

【００１４】具体例を示せば、図３に例示するように、
ダイス孔１０を、平板部１１、１２、１３、１４と、端
部１５、１６、１７と、屈曲部１８と、交差部１９とに
分割する。分割位置は、図中一点鎖線で示すように、端
部１５、１６、１７、屈曲部１８、および交差部１９の
肉厚に応じて決定される。そして、各部の相当肉厚ｗ _i
は、次式によって求められる。

【００１５】相当肉厚ｗ_i ＝ 分割領域の面積Ａ × ２
／ 接触壁面の長さＬ ……（２）例えば、端部１５で
あれば、下記の通り、平板部１１の肉厚の２／３に相当
するものと換算される。

【００１６】

【数１】

【００１７】端部１６、１７、屈曲部１８、および交差
部１９についても、上記式（２）により、同様にして相
当肉厚ｗ_i が算出される。なお、平板部１１〜１４につ
いても、式（２）により相当肉厚ｗ_i を算出可能である
が、平板部の場合は相当肉厚ｗ_i はいわゆる肉厚そのも
のとなる。

【００１８】また、本発明において、フローガイド開口
部の開口幅とは、ダイス孔の輪郭線とその周囲を囲むフ
ローガイド開口部の輪郭線との間の距離であり、フロー
ガイドの開口部をなす壁面間の距離ではない。その内、
上記基準開口幅Ｃ₀ は、基準肉厚ｗ₀ の箇所に対応した
フローガイド開口部の開口幅で、実際に押出加工が可能
な範囲内で任意に設定すればよい値である。この基準開
口幅Ｃ₀ は、他箇所の開口幅Ｃ_i の増減調整の基準とな
るので、基準肉厚ｗ₀ の箇所が、比較的流速の速くなる
箇所であれば比較的小さな値でよいが、遅くなる箇所で
あれば比較的大きな値とする方が望ましい。

【００１９】また、上記最小肉厚ａ１は、実測値に基づ
いて算出される値である。ダイス孔の肉厚は、薄くする
ほど流出側の押出速度が低下する傾向があるが、両者の
関係は事前に測定可能であり、この関係から理論的に押
出可能である最小肉厚を求めることができる。

【００２０】上記遅れ係数Ｙ_i も、実測値に基づいて算
出される値である。金属材料の流速（押出速度）は、ダ
イスセンタ（ダイスの中心）で速くなる傾向があるが、
この傾向は、ダイスセンタにおける押出速度に対する押
出速度の比として、事前に測定可能であり、この測定さ
れた押出速度比を遅れ係数Ｙ_i とする。なお、開口幅Ｃ
_i の算出方法は上記具体例に限定されるものではなく、
この他にも本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態
が考えられる。また、この開口幅Ｃ_i の算出方法に関す
るより具体的な例は特願平７−２２９３９７号に記載し
たので参照されたい。

【００２１】本発明では、上記式（１）により開口幅Ｃ
_i を算出し、フローガイドを設計することができる。そ
して、このように設計されたフローガイドでは、ダイス
孔各部への金属材料の流入比を良好に調整することがで
きる。また、ダイス孔の基準肉厚ｗ₀、フローガイド開
口部の基準開口幅Ｃ₀、ダイス孔の最小肉厚ａ１、およ
び遅れ係数Ｙ_i は、金属の材質、押出温度、および流出
側の押出速度を加工条件として任意に選定した上で、簡
単な予備実験を実施すれば決定できるので、後は、式
（１）により、ダイス孔の所定位置における相当肉厚ｗ
_i に応じて、ダイス孔の肉厚ｗ_i の箇所に対して設定す
べきフローガイド開口部の開口幅Ｃ_i を算出することが
できる。

【００２２】従って、本発明では、請求項１記載の発明
の効果に加えて、事前に簡単な予備実験を行っておくだ
けで、如何なる形状のダイス孔であっても、対応するフ
ローガイドを容易に設計することができるといった効果
が生じる。請求項３記載の発明は、請求項１または２記
載の構成に加え、上記ベアリング部材が超硬合金によっ
て構成され、上記フローガイドが熱間工具鋼によって構
成されたことを特徴としている。

【００２３】超硬合金は、きわめて耐摩耗性に優れ、ダ
イスの摩耗寿命を大幅に延長することができる。また、
熱間工具鋼はフローガイドとして必要な耐摩耗性を充分
に備えており、かつ、加工が容易である。従って、本発
明では、請求項１または２記載の発明の効果に加えて、
耐摩耗性等の耐久性に一層優れると共に、一層製造が容
易であるといった効果が生じる。

【００２４】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載の構成に加え、上記ベアリング部材よりも
加工性のよい材料で構成され、上記フローガイドと対向
する側から上記ベアリング部材を支持する支持部材を更
に備え、上記ベアリング部材が、上記支持部材と上記フ
ローガイドとの間に挟まれることにより、焼き嵌めする
ことなく固定されたことを特徴としている。

【００２５】このように構成された本発明では、支持部
材がフローガイドと対向する側から上記ベアリング部材
を支持し、ベアリング部材が、支持部材とフローガイド
との間に挟まれることによって焼き嵌めすることなく固
定される。一般に、二つの部材を焼き嵌めによって固定
して熱間で使用する場合、互いに固定される部材同士の
熱膨張率がほぼ同じでなければならない。これに対し
て、本発明では、ベアリング部材を支持部材とフローガ
イドとで挟むことによって焼き嵌めすることなく固定し
ているので、支持部材およびフローガイドとベアリング
部材とを全く異なる材料で構成することができる。この
ため、ベアリング部材には一層耐摩耗性等に優れた材料
を、フローガイドおよび支持部材には一層加工性のよい
材料を、それぞれ適用することができる。

【００２６】また、焼き嵌めによって固定された部材は
交換が困難であるが、本発明ではベアリング部材が焼き
嵌めされていないので、その交換が容易となる。従っ
て、本発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明
の効果に加えて、耐摩耗性等の耐久性に一層優れると共
に、製造および管理が一層容易であるといった効果が生
じる。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
と共に説明する。図１は本発明が適用された押出加工用
ダイス（以下、単にダイスという）３１の構成を表す側
断面図であり、図２はそのダイス３１の構成を表す正面
図である。図１に示すように、このダイス３１は、超硬
合金により偏平な円板状に構成されたベアリング部材と
してのプレート３３と、熱間工具鋼により構成され、プ
レート３３の上流側に配設されるフローガイド３５と、
同じく熱間工具鋼により構成され、フローガイド３５と
対向する側からプレート３３を支持する支持部材として
のケース３７とを備えている。

【００２８】また、同じく図１に示すように、プレート
３３にはベアリング長さの等しいダイス孔４３が形成さ
れ、フローガイド３５には上流側から送られた金属材料
をダイス孔４３へ導く開口部４５が形成されている。更
に、ケース３７には、プレート３３全体を焼き嵌めする
ことなく収容可能な凹部４７と、その凹部４７に収容さ
れたプレート３３のダイス孔４３と連通するテーパ孔４
９とが形成されている。なお、テーパ孔４９は、下流側
へ行くに従って徐々に大径に形成され、ダイス孔４３か
ら押し出される押出材の通過を許容するものである。

【００２９】図２に示すように、ダイス孔４３は押出材
の断面形状に応じた形状に形成され、開口部４５は、そ
のダイス孔４３を包囲する形状に形成されている。ま
た、開口部４５の各部の開口幅は前述の式（１）によっ
て決定されている。このため、フローガイド３５は、ダ
イス孔４３内の各部における金属材料の流速が均一にな
るように、各部への金属材料の流入比を良好に調整する
ことができる。なお、図２のダイス孔４３の形状から判
るように、このダイス３１は両端に薄肉部を有し、その
薄肉部によって成形される押出材の薄肉部を他の部材に
嵌合させて固定されるパネル材を押出加工するためのダ
イスである。

【００３０】このように構成されたダイス３１は、凹部
４７にプレート３３を収容した後、フローガイド３５と
ケース３７とをプレート３３を挟んで対向させ、両者を
ノックピン５１（ビス等でもよい）を介して固定して使
用される（図１参照）。そして、フローガイド３５の上
流側から、図示しないステム等を介してビレット６１を
押し付けると、そのビレット６１を構成する金属材料が
開口部４５，ダイス孔４３，テーパ孔４９を順次通過し
て押出材（パネル材）として押し出される。

【００３１】次に、ダイス３１の効果について説明す
る。ダイス３１では、フローガイド３５がダイス孔４３
各部への金属材料の流入比を調整する。このため、ダイ
ス孔４３のベアリング長さが前述のように等しくても、
そのダイス孔４３内における金属材料の流速が均一化さ
れ、変形の小さい良好な押出材を得ることができる。従
って、プレート３３にはベアリング長さの調整等の複雑
な加工を施す必要がなくなり、前述のように耐摩耗性の
よい超硬合金を適用してもそれほど製造コストが高くな
らない。また、ダイス孔４３にはベアリング長さが切り
替わる部分がないので、比較的靱性の低い超硬合金を適
用しても破損することがない。このため、ダイス３１
は、耐摩耗性等の耐久性にきわめて優れていると共にき
わめて製造が容易である。

【００３２】更に、フローガイド３５およびケース３７
は比較的加工性のよい熱間工具鋼によって構成され、ま
た、熱間工具鋼はフローガイド３５およびケース３７に
必要な耐摩耗性を充分に備えている。このため、ダイス
３１は一層製造および再加工が容易である。従って、ダ
イス３１を使用すれば、押出材の製造コストをきわめて
良好に低減することができる。

【００３３】また、ダイス３１では、開口部４５の開口
幅を前述の式（１）にて算出している。このため、事前
に簡単な予備実験を行っておくだけで、如何なる形状の
ダイス孔４３であっても、対応するフローガイド３５を
容易に設計することができる。更に、ダイス３１では、
プレート３３をフローガイド３５とケース３７とで挟む
ことによって焼き嵌めすることなく固定している。この
ため、前述の超硬合金と熱間工具鋼とのように熱膨張率
が異なる材料で各部を構成しても、材料に歪が生じたり
せず強度を確保することができる。また、ノックピン５
１を外してフローガイド３５とケース３７を分離すれば
プレート３３を容易に交換することができる。従って、
ダイス３１の管理も容易である。

【００３４】

【実施例】続いて、ダイス３１を実際に製造し（実施
例）、従来の方法で製造したダイス（従来例）とそのコ
ストを比較した。なお、従来例とは、ダイス全体を熱間
工具鋼で製造すると共に、ダイス孔の形状に応じてベア
リング長さを変化させた周知のものである。比較結果を
表１に示す。なお、表１において、各種費用は１９９６
年４月現在の価格に基づき、従来例の材料費（ほぼ全体
が熱間工具鋼）を１として相対値によって表した。ま
た、本比較実験では、金属材料としてアルミニウム合金
Ａ６０６３を使用し、押出温度４８０℃，押出速度２５
ｍ／min の条件で、肉厚３±０．３mmの押出材を製造し
た。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１に示すように、実施例では比較的高価
な超硬合金を使用するため、材料費が高い。しかしなが
ら、従来例では、ベアリング長さを変化させる複雑な加
工が必要なため、ダイスの加工費が実施例の２倍となっ
た。更に、従来例では、使用中に発生する摩耗に対して
ベアリング面の粗さやチョーク角およびベアリング長さ
を調整する修正再加工（４回）や、ベアリング面の耐摩
耗性を向上させるための窒化処理等の表面硬化処理（３
回）が必要となった。これに対して実施例では、修正再
加工，表面硬化処理等が不要となり、ダイスの維持管理
費が０となった。この結果、ダイスの製造および管理に
要する費用（ダイス費用）は、従来例と実施例とで１
３．８６：５７となった。また、ダイス寿命は、従来例
と実施例とで１：１２．５であった。

【００３７】この結果、各ダイスを用いて押出材を製造
する場合のコストは、３：１となり、実施例ではきわめ
て良好に押出材の製造コストを低減できることが判っ
た。なお、本発明は上記実施の形態になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々
の形態で実施することができる。例えば、ダイス孔４３
の形状は図２に記載のものの他、種々の形状に設計する
ことができる。また、フローガイド３５は、ダイス孔４
３内の各部における金属材料の流速を均一にするもので
あればよく、式（１）による方法の他、種々の方法で設
計することができる。更に、硬質材料としては超硬合金
の他、セラミックス材料等種々の材料を使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された押出加工用ダイスの構成を
表す側断面図である。

【図２】その押出加工用ダイスの構成を表す正面図であ
る。

【図３】ダイス孔の分割方法を例示する説明図である。

【図４】従来の押出加工用ダイスの構成を表す正面図お
よび断面図である。

【符号の説明】

３１…押出加工用ダイス ３３…プレート ３
５…フローガイド ３７…ケース ４３…ダイス孔 ４
５…開口部 ４７…凹部 ４９…テーパ孔 ５
１…ノックピン

フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀徳 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 篠澤 鷹二 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硬質材料により構成され、ベアリング長
   さの等しいダイス孔を有するベアリング部材と、 該ベアリング部材よりも加工性のよい材料で構成され、
   上記ベアリング部材の上流側に配設されて上記ダイス孔
   各部への金属材料の流入比を調整するフローガイドと、 を備えたことを特徴とする押出加工用ダイス。
2. 【請求項２】 上記フローガイドが、上記ダイス孔の形
   状に応じて形状が定められる開口部を有し、該開口部の
   開口幅の広狭によって上記ダイス孔各部への金属材料の
   流入比を調整するものであって、ダイス孔の肉厚ｗ_i の
   箇所に対応する上記開口部の開口幅Ｃ_i が、次式によっ
   て決定されたことを特徴とする請求項１記載の押出加工
   用ダイス。 Ｃ_i ＝ Ｃ₀ ×（ｗ₀−ａ１）／（ｗ_i−ａ１）／ Ｙ_i ［但し、ｗ₀ はダイス孔の基準肉厚、ｗ_i はダイス孔の
   所定位置における相当肉厚、Ｃ₀ はフローガイド開口部
   の基準開口幅、ａ１はダイス孔の最小肉厚、Ｙ_iはダイ
   スセンタからの距離による遅れ係数。］
3. 【請求項３】 上記ベアリング部材が超硬合金によって
   構成され、上記フローガイドが熱間工具鋼によって構成
   されたことを特徴とする請求項１または２記載の押出加
   工用ダイス。
4. 【請求項４】 上記ベアリング部材よりも加工性のよい
   材料で構成され、上記フローガイドと対向する側から上
   記ベアリング部材を支持する支持部材を更に備え、 上記ベアリング部材が、上記支持部材と上記フローガイ
   ドとの間に挟まれることにより、焼き嵌めすることなく
   固定されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の押出加工用ダイス。