JPS6144563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、管状製品の高温潤滑押出しに当り、
管状製品の内面に付着する炭化した潤滑剤を確実
かつ容易に押出工程と同時に除去することによつ
て、製品品質の向上と後処理の容易とを企図した
ものに関する。 周知のように金属材料の押出しによる製管法
は、非鉄金属材料（例えばアルミニウム合金、銅
合金等）に多く使用されている無潤滑押出し法、
鉄鋼材料に多く使用されているガラス潤滑押出し
法やカーボン系潤滑押出し法、あるいは広範囲の
材料に適用される静水圧押出し法等が存在する。
また非鉄金属材料をカーボン系潤滑押出しあるい
は静水圧押出しすると、その押出性が大幅に改善
されることも既知である。例えばプレス力量が同
一条件下であつても、より高減面加工あるいはよ
り低温ビレツトの加工等が可能となるのであり、
またアルミ合金材料では、欠陥が発生せずにより
高速に押出すことができ、生産性が向上する等で
ある。しかしこれら押出し手段では、潤滑剤が炭
化して押出材表面に付着し、製品価値を低下させ
る点において問題点がある。例えばカーボン形潤
滑剤をプリコートしたビレツトを加熱してコンテ
ナ内に入れ、ダイスとマンドレルを介して押出
し、あるいはカーボン系潤滑剤をコンテナ、マン
ドレル、ダイス等の押出工具に予じめ塗布した
後、加熱したビレツトをコンテナ内に入れて押出
す潤滑押出し手段、高温に加熱したビレツトをコ
ンテナ内に入れ、ビレツトの周囲に圧力媒体を充
満させて押出す静水圧押出し手段（圧力媒体が強
制潤滑効果を生じる）において共通する問題点
は、高温押出しと使用潤滑剤のため、押出された
管状製品には、潤滑剤が付着して押出されるた
め、その全面に炭化物が付着する黒化現象を生じ
る。このことは製品価値の低下のみでなく、例え
ばこの種管状製品を復水管等の熱交換器用管等に
用いた場合、その管表面における異材付着物の存
在は、腐食の起点になることも指摘されている処
である。また鉄系材料でも、カーボン系潤滑剤を
用いて押出された管状製品は、表面に炭化した潤
滑剤が付着物として残存し、同様の問題が生じる
のである。このようにして炭化物が付着した管状
製品は、後工程において抽伸工程に付した場合、
管の外面は抽伸ダイスにしごかれてその付着物は
除去されるが、管の内面では除去されず、かつ抽
伸によつて管は細径化されるので、酸洗等による
管内面の洗浄による付着物除去工程が必要とされ
る。この酸洗処理は作業自体が煩雑であり、また
その排液処理の煩雑さも付加されるので、生産
性、経済性の点からも可及的避けたい処であり、
特に高温静水圧押出し手段によつて、例えば10〜
30mmφ直経程度の細径管でかつその長さが700mm
を超える長い管体等を押出す場合、管内面の付着
物を酸洗処理で完全に除去することは実用上困難
である。従つてこのような管体は、その押出し時
点において管表面、特に内面が美麗でなければな
らないのであるが、従来この点に関して有効かつ
的確な処理技術は開発されていないのであり、そ
の早急な対策が要望される処である。 本発明は、このような高温潤滑押出しにおける
押出し管内面に生じる付着炭化物を、燃焼手段の
添加によつて除去するようにしたものであり、従
つてその特徴とする処は、マンドルとビレツトと
の間に有機系の潤滑剤を介在させてダイスとマン
ドルとによつて画成される空間より管状製品を高
温潤滑押出しする方法において、マンドレル中心
部に設けられた貫通孔をとおして助熱剤を管状製
品の内部に供給して、押出されてくる管状製品の
内面に付着する炭化した潤滑剤を燃焼させること
によつて除去するようにした点にあり、更にその
特徴とする処は、マンドレルとビレツトとの間に
有機系の潤滑剤を介在させてダイスとマンドレル
とによつて画成される空間より管状製品を高温潤
滑押出しする方法において、マンドレル中心部に
設けられた貫通孔をとおして助燃剤を管状製品の
内部に供給して、押出されてくる管状製品の内面
に付着する炭化した潤滑剤を燃焼させることによ
つて除去するようにした管状製品の高温潤滑押出
し方法であつて、前記ビレツトが銅もしくはその
合金から成るとともに、前記助燃剤が空気であり
かつその供給量Ｑを、1.8d・Ｒ・Ｖ≦Ｑ≦
14.2d・Ｒ・Ｖ（但しｄ：製品の内直径cm、Ｒ：
押出し比、Ｖ：ビレツトの速度cm/S）とした点
にある。 以下図示の実施例に基いて本発明を詳述する
と、第１図は従来の静水圧押出し法の１例を示
し、第２図は同じく静水圧押出し法に本発明を適
用した１例を示しているが、第１図に示すように
静水圧押出しでは、その材料によつてであるが、
500℃以上のように高温に加熱したホロビレツト
３をコンテナ１内に装入し、プレスステム７の先
端にシールピストン５を介して突設したマンドレ
ル６に、例えば市販の非石鹸基グリース、液体ポ
リマー等の圧力媒体４をセツトし、ステム７の加
圧移動と共にマンドレル６とプレスダイス２との
間に画成される空間より、圧力媒体４のホロビレ
ツト３の周囲への充満を介して、管状製品３ａと
して押出し成形するのであり、このさい圧力媒体
４はビレツト３に付着して押出されるため、高温
押出しと相まつて、炭化物として管状製品３ａの
内外面に付着することになる。圧力媒体４を用い
ない通常の高温潤滑押出し手段の場合は、ホロビ
レツト３にカーボン系潤滑剤をプリコートし、こ
れを加熱してコンテナ１内に装入して、マンドレ
ル６とダイス２を介して管状製品３ａとして押出
し、あるいはコンテナ１マンドレル６ダイス２等
に予じめカーボン系潤滑剤を塗布した後に、加熱
したホロビレツト３をコンテナ１内に装入して、
同じくマンドレル６ダイス２を介して管状製品３
ａとして押出すので、静水圧押出しの場合と同様
にその潤滑剤が炭化物として管内外面に付着して
押されるのであり、先にも述べたように管内面に
おけるこれら潤滑剤、圧力媒体の炭化付着は、製
品品質の低下、腐食等の劣化原因となり、その完
全な除去が必要とされるのである。 本発明は、このようにマンドレル６とビレツト
３との間に有機系の潤滑剤、圧力媒体を介在さ
せ、ダイス２とマンドレル６によつて画成される
空間から管状製品３ａを高温潤滑押出しするに当
り、中空マンドレルから押出し中に、助燃性ガス
等の助燃剤を押出されてゆく管状製品３ａ内に放
出し、マンドレル６とビレツト３との間から管体
に押出される潤滑剤、圧力媒体４を完全燃焼させ
て、その高温潤滑押出しを行なうようにしたもの
で、２図は静水圧押出し手段に適用した１例を示
している。即ち同図において、１はコンテナ、２
はブレスダイス、３はホロビレツト、４は圧力媒
体、５はシールピストン、６はマンドレル、７は
ステムをそれぞれ示し、これらは第１図示の場合
と全く同様であるが、本発明では、助燃剤を供給
するために、図示のようにマンドレル６の中心に
貫通孔８を設け、この貫通孔８にプレス機外より
助燃剤を供給するために、マンドレル６を保持す
るステム７、更にステム７を保持して進退するク
ロスヘツド１５に貫通孔８と連通する貫通孔７，
１６をそれぞれ形成し、貫通孔１６に助燃剤の供
給路１７を連結するのである。このさい助燃剤と
して本発明では助燃性ガス、特に最も入手し易い
ものとして空気の１例を挙げるが、コンプレツサ
１３による空気をバルブ１４を介して供給路１７
に供給するのである。 本発明において用いる助燃剤としては、各種の
材料が考えられるが、マンドレル６の貫通孔８を
通して押出されてゆく管状製品３ａの内面に連続
的に供給してゆくこと、かつプレス機外よりステ
ム７以下の付属部材を介して送り込む状況から考
え、その操作、制御の容易性から助燃性ガスのよ
うな気体が好適であり、その内でも大気（空気）
が最も入手し易いこと、コスト的にも有利である
と共に安全性の点から最も好ましいものである。
助燃剤のみでも本発明の目的は達成されるが、助
燃剤が空気のようなガスの場合、マンドレル６の
冷却の目的から水を加えてミスト状として供給す
るのが効果的であり、ミスト状として管内に供給
され管冷却を促進する場合でも、管内面付着炭化
物は押出し直後で燃焼されるため、管の温度低下
は問題とならない。この場合、水の供給は、水タ
ンク１０より水をポンプ１１、バルブ１２を介し
て同様に供給路１７に供給することにより行われ
る。この水の供給量はマンドレル６の冷却効果を
奏する量とされ、実用上は１〜５/minであ
る。第２図実施例において、必要空気はコンプレ
ツサ１３により圧縮エアとして供給路１７より貫
通孔１６，９，８を通じて管内面に放出供給され
ることになり、このさいマンドレル６の貫通孔８
を通過する時、マンドレル６の熱を吸収して若干
高温になるが、供給時の空気温度は50℃以上の温
度であり、またホロビレツト３は500〜1150℃に
加熱されてコンテナ１内に装入され、この押出速
度は40〜50mm/Sで押出すものである。このよう
に供給された助熱剤空気と、マンドレル６とビレ
ツト３との間から押出されてゆく貫状製品３ａと
共に管内面に押出されてゆく潤滑剤あるいは圧力
媒体４との反応は、ビレツト３における加熱温度
と押出しによる加工発熱とによつて与えられる管
状製品３ａの温度でその完全燃焼となつて現われ
かつ進行することになる。このさい管状製品３ａ
の前記温度が特に低い押出条件の場合には、その
使用潤滑剤あるいは圧力媒体４の選択が必要であ
る。第２図の静水圧押出し、更には圧力媒体を用
いることなくダイスとマンドレルのみによる通常
の高温潤滑押出しに当り、ホロビレツト３の素材
が例えば純銅である時、通常の高温潤滑押出しの
場合、炭化物が管内面に付着する押出条件、例え
ば市販の有機溶剤型カーボン形潤滑剤をビレツト
にプリコートし、これを500℃以上に加熱してコ
ンテナ内に装入し、また静水圧押出しの場合、鉱
油に無機化合物を増稠剤とする市販の非石鹸基グ
リース、あるいは市販の粘稠な液体ポリマーを圧
力媒体として用い、同じくビレツトを500℃以上
に加熱してコンテナ内に装入し、それぞれ押出し
を行なうと共に、マンドレル６よりコンプレツサ
１３を介する圧縮エアを供給することにより、何
れも管内面に炭化物の付着のない管状製品３ａを
得ることができたものである。尚ビレツトの加熱
温度が500゜以下を対象とする金属材料を押出す
場合、静水圧押出しに用いる圧力媒体としては、
粘稠な液体ポリマーが好ましいが、何れの押出し
方法を取る場合でも、本発明によるマンドレル６
の貫通孔８から空気その他の助燃性ガスを、押出
中に管状製品３ａ内に供給し、潤滑剤あるいは圧
力媒体を完全燃焼させる手段における対象ビレツ
トの加熱温度範囲は、きわめて広範囲に適用でき
るものである。 実施例で挙げた空気のような助燃剤が助燃性ガ
スである場合、同ガスの供給量は、ガス中の酸素
量が、マンドレル６とビレツト３との間から、ビ
レツト３と共に押出される潤滑剤あるいは圧力媒
体４を完全燃焼させるに必要な量となるが、実験
的には本発明を用いない押出条件の場合、その押
出されてくる管状製品３ａの管内面には、0.3〜
0.5μ程度の密に堆積した不定形カーボンが付着
していることが確認されており、0.5μ厚さで密
に堆積した不定形カーボンを完全に燃焼させるに
必要な酸素を供給すればよいが、実操業での安定
化のためにはそれ以上の酸素を含む空気を供給す
れば確実である。また助燃性ガスをミスト状とし
て使用するに当つては、第２図示における水タン
ク１０内の水をポンプ１１バルブ１２を介して、
コンプレツサ１３よりの圧縮エア等に昇圧混合し
て、ミスト状態下に供給路１７より貫通孔１６，
９を介し、マンドレル６の貫通孔８側に供給すれ
ばよい。この場合先にも述べたように、ミスト状
の助燃性ガスが管内に供給され、管冷却を促進さ
せることがあつても、管内面付着の炭化物は、ダ
イス２とマンドレル６による押出し直後に燃焼さ
れるため、何等問題は生じないのである。 本発明の前記助燃剤あるいは助燃剤と水との混
合物供給による管内面付着の炭化物燃焼除去に当
り、酸素や空気のような助燃剤使用に当り、ホロ
ビレツト３の金属材料によつては、酸化現象につ
いて留意する必要がある。例えば金属材料がアル
ミプラス等の母材酸化が問題とならない材質のも
のに対しては、押出中に一定値以上の助燃性ガス
（酸素、空気）を供給して、内面付着炭化物を完
全燃焼させ、完全燃焼後の過剰酸素が管内に残存
しても全く問題はないが、銅系材料、中でも純銅
あるいはキユプロニツケル等は、母材酸化を生じ
易い材料であり、黄銅は比較的酸化し難い材料で
ある。黄銅の場合は、過剰酸素が供給されても、
完全燃焼後の残存酸素はそのまま反応せずに残存
し、あるいは押出される管状製品３ａの前端から
放出され、管内面は黄銅色の美麗な内面として維
持されるが、純銅やキユプロニツケル材料では、
酸素供給量が多いと、潤滑剤あるいは圧力媒体４
を完全燃焼した後の残余酸素は母材と酸化反応し
て酸化膜の発生が生じ、黄銅でも余りに過剰な場
合にはかかるおそれがある。実操業時において若
干の酸化膜の存在、即ちそのまま抽伸可能な薄い
銅酸化膜Cu₂Oの生成は許容されるが、供給酸素
量が過多に過ぎると銅酸化膜Cu₂OはCuOに変化
する。銅乃至銅合金管体において、CuOの酸化
膜生成は、抽伸時に表面性状の劣化を生じ、また
通常実施されている抽伸後の光輝焼鈍処理におい
ても還元除去が不可能となるので、かかる酸化膜
CuOが生成しない助熱剤の供給管理が必要であ
る。 本発明はこの点につき、ビレツト素材が鉄系金
属材料である場合と非鉄系金属材料である場合に
つき、更にその各種押出条件と助熱剤あるいは助
燃剤と水との混合物の供給量の組合せにつき、各
種実験を反復して考究した結果、かかる助燃剤も
しくは助燃剤と水との混合物の供給原則につい
て、次の通りの共通的な原則が有効かつ確実であ
ることを確認した。即ちマンドレル６とビレツト
３との間から管状製品３ａの管内面に付着する未
燃焼炭化物（潤滑剤もしくは圧力媒体）は、マン
ドレル６の貫通孔８の先端から放出される酸素、
空気等の助燃剤供給位置近傍で完全燃焼すること
になり、仮りにこの燃焼する領域を燃焼域とすれ
ば、燃焼域を通過した後に管内に助燃剤が残在せ
ず零となれば、最も理想的であり、その押出され
てゆく管状製品３ａの内面全長に亘つて未燃焼炭
化物はなく、同時に母材酸化の生じない最も健全
な製品が得られることになる。しかし実際には燃
焼域通過後も管内に助燃剤が残存し、これが母材
と酸化反応を起して、母材により有害な酸化被膜
が発生する訳であり、この酸化膜の発生と共に助
燃剤も欠乏して酸化反応も停止することになる。
このような酸化反応の生じる酸化域通過後は、母
材酸化は生じない訳であり、これら燃焼域および
酸化域は押出し位置（ダイス出口）から一定長さ
に止まり、これは管状製品３ａの押出し長さにか
かわらず、一定に限定されるので、マンドレル６
の貫通孔８の出口における助燃剤の供給量の制御
によつて、本発明の目的である未燃焼炭化物の完
全燃焼と有害でない酸化反応に止めることは可能
であり、ビレツト押出速度cm/SをＶ、押出し比
をＲ、管状製品の内直径をｄ（cm）とした場合、
健全押出しのための助燃剤（酸素、空気）の供給
量Ｑは、内面に付着する炭化物量によつて決定さ
れる。炭化物量は、管内表面積が単位時間当りい
くら生成されるかに依存するから、表面積は、管
内径ｄ×押出速度Ｖ×押出し比Ｒに比例する。そ
こで、Ｑ∝ｄ・Ｖ・Ｒ と表わされ、供給係数をｈとすると、 Ｑ＝ｈ・ｄ・Ｖ・Ｒ となつて、このｈを実験的に求めると、第２表及
び第３表の結果となつた。 従つて、助燃剤（酸素、空気）の供給量Ｑは、
下式の範囲内とすることが共通して有効であり、
これは銅系材料等の非鉄系金属材、炭素鋼
（S45C）等の鉄系金属材料の何れにも適用可能な
条件であり、特にビレツトが銅もしくはその合金
材料から成り、また助燃剤として空気を用いる場
合の押出しに用いて最適であることを確認された
ものである。 1.8d・Ｒ・Ｖ≦Ｑ≦14.2d・Ｒ・Ｖ （但し供給量Ｖは/minである） また前記助燃剤の供給開始と終了その他につい
ては、実操業において以下の管理乃至制御が適切
である。即ち管状製品３ａの押出終了により押出
速度が零となつた時には、助燃剤の供給を零とな
ることが必要である。押出終了時の供給停止が遅
れると、先に述べた燃焼域での酸素過剰による局
部酸化が生じ、その供給量に対応して局部酸化が
製品３ａの押出し先端側に拡大するからである
が、実際には多少のズレを許容し得ることが要求
される。この要求に対応して、助燃剤の供給期間
について押出し確認した結果、助熱剤の供給開始
は、管状製品３ａの実際の押出しが始まる時点に
対して遅れると、遅れたことにより押出される製
品３ａの前端に未燃焼炭化物が付着し、反対に早
くなる場合には全く影響を及ぼさないことが認め
られ、プレス機における例えば前記ステム７側の
加圧（昇圧）過程で、供給路１７におけるバルブ
１４乃至バルブ１４，１２を開栓し、管状製品３
ａが押出される前に助燃剤の供給されることが適
切である。助燃剤の供給停止は、管状製品３ａの
速度が停止する時点に対して早い場合は、管内で
の焼燃が不完全となり、未燃焼炭化物が管状製品
３ａの押出し後端に付着し、また遅い場合は管内
での過剰酸素の供給となり、製品３ａの後端部で
の酸化膜生成が顕著化するので、製品歩留りを低
下せない範囲での制御が適切であり、実操業に当
つては助燃剤の供給停止は管状製品３ａの押出停
止の１秒前から押出停止後５秒の時点の範囲が適
切な許容範囲である。 尚先に述べたアルミブラスのように、母材酸化
が問題とならない材料のビレツト押出しに当つて
は、その製品押出後の助燃剤供給停止時点はいく
ら遅れても製品品質を損なうおそれはないが、こ
れはプレスサイクルタイムの観点から別途適切な
範囲を設定すればよい。 この他、マンドレル６より助燃剤として空気を
供給し、未燃焼炭化物の完全燃焼を行なうに当
り、管内の残存酸素で管内面に若干の酸化膜が生
成する条件で押出した後、管状製品３ａの冷却時
にマンドレル６からDXガス（CO2.85％、H₂1.99
％、CO₂11.9％、N₂残部）を供給して酸化膜の軽
減を図ることも可能である。このDXガスの供給
は押出し終了後であるため、管状製品３ａは還元
反応に必要な温度域に維持することが必要で、長
尺の押出製品の場合は、管材料の冷却特性の調
査、温度管理をする必要もある。また酸化反応の
特性から、押出し後の管状製品３ａ内に残余の酸
素が存在し、管温度の低下と共に酸化反応が生じ
るおそれの予測される場合は、不活性ガス、還元
性ガス等の無酸化ガスを用いて、管内ガスの置換
を図ることもでき、これらも必要に応じての管理
操作として適切に用いられる。 次に本発明による具体的な実試結果並び従来法
との成績比較結果を、第１表乃至第３表に亘つて
例示し、内容は各表における頭記標題の通りであ
る。

【表】

【表】

【表】 本発明は以上の通りであり、その第１表乃至第
３表の各結果についても明瞭であるように、押出
し造管法として周知である処の、マンドレルとビ
レツトとの間に有機系の潤滑剤を介在させ、ダイ
スとマンドレルとによつて画成される空間より、
管状製品を高温潤滑押出するものにおいて、その
押出される管体内面に付着する潤滑剤、圧力媒体
の未燃焼炭化物の付着を完全に除去し、管内面の
美麗な欠陥のない管状製品を容易に得られる点に
おいてきわめて優れたものである。特に本発明で
はその除去に当り、マンドレルに設けた供給孔を
介してビレツトの、ダイスとマンドレルによる押
出し起点位置に、酸素、エア等の助燃性ガスを筆
頭とする助燃剤を放出供給し、未燃焼炭化物を高
温押出し熱と相まつて完全燃焼により除去するよ
うにしたので、その完全な除去、管内面の美麗化
は確実であり、しかも押出される管状製品の押出
し長さの大小に関係なく、常に完全な管内面形状
を持つ製品が自動的に得られ、助燃剤の供給量の
調定によつて母材酸化の生じ易いビレツト材料の
ものに対しても有効的確な結果を得ることがで
き、酸化反応による有害な酸化膜の生成はこれを
事前に防止可能であり、広範囲の金属材料に対し
て有効な適用が可能である。しかもその方法とし
ても供給量の調定と供給停止時期の適切なコント
ロールのみで足り、煩雑で高度な技術の投入も必
要でなく、また従来の高温潤滑剤押出し方法の著
しい変更は全く必要なく、マンドレルへの加工、
助燃剤供給手段の付加のみできわめて容易に実施
でき、健全な内面を持つ管体を押出しによつて得
るものとして利用価値大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静水圧押出し方法１例の説明
図、第２図は本発明方法による静水圧押出し１例
の説明図である。 １……コンテナ、２……ダイス、３……ホロビ
レツト、４……圧力媒体、６……マンドレル、７
……ステム、８……貫通孔、１０……水ポンプ、
１３……コンプレツサ、１７……助燃剤供給路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マンドレルとビレツトとの間に有機系の潤滑
   剤を介在させてダイスとマンドレルとによつて画
   成される空間より管状製品を高温潤滑押出しする
   方法において、マンドレル中心部に設けられた貫
   通孔をとおして助燃剤を管状製品の内部に供給し
   て、押出されてくる管状製品の内面に付着する炭
   化した潤滑剤を燃焼させることによつて除去する
   ようにしたことを特徴とする管状製品の高温潤滑
   押出し方法。 ２ マンドレルとビレツトの間に有機系の潤滑剤
   を介在させてダイスとマンドレルとによつて画成
   される空間より管状製品を高温潤滑押出しする方
   法において、マンドレル中心部に設けられた貫通
   孔をとおして助燃剤を管状製品の内部に供給し
   て、押出されてくる管状製品の内面に付着する炭
   化した潤滑剤を燃焼させることによつて除去する
   ようにした管状製品の高温潤滑押出し方法であつ
   て、前記ビレツトが銅もしくはその合金から成る
   とともに、前記助燃剤が空気でありかつその供給
   量Ｑを、1.8d・Ｒ・Ｖ≦Ｑ≦14.2d・Ｒ・Ｖ（但
   しｄは製品の内直径cm、Ｒは押出し比、Ｖはビレ
   ツトの速度cm/S）としたことを特徴とする管状
   製品の高温潤滑押出し方法。