JPS63230221A - 軽金属ビレットの押出し成形装置 - 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】 し技術分野］ 本発明は、予備加熱されたビレットをダイス型によって
押出し成形するアルミニウムのような軽金属の押出し成
型に関するものである。

更に本発明は、軽金属押出し成形機の冷却装置に係わる
ものである。

〔従来技術〕

軽金属の押出し成形により例えば型レールのような押出
し形成品を作るには極めて高い力が必要とされる。ビレ
ットおよびラム・ピストンの温度、圧力、押出し成形中
の変形度、押出し成形速度、押出し成形品の表面特性お
よび金属工学特性のような諸パラメータは、相互Ｋ１ｇ
Ａ連性を有する。

この関連性は復雑である。というのは、何れかのパラメ
ータが変動すると相互に影響し合うからである。金属の
変形時に、内部の変形・摩擦熱が、ビレットを押出し温
度まで高める熱に加算的に発生される。

軽金属の押出し成形では、押出し温度および押出し速度
は微妙な調節を要する。というのも簡単に熱割れ（熱に
よるショートクラッキング〕が発生するからである。こ
れらとついては米国特許第４．４６２，２３４号に詳説
されている。

ビレットが臨界湯度を越えるような場合には、押出し成
形品の表面が完全に平滑でなくなる。これは、押し成形
中に液相となる汚染物すなわち残渣としての共晶組成分
が成形品の表面にちれた領域をつくることに起因するも
のと思われる。平滑な表面を得るため、これまでは、お
れた領域が観察されない限度に押出し速度をひくくおさ
えてきた。押出しプレス機はそれなシの高速度で運転で
きたとはいえ、その最高速度は従って制限を受けていた
。また、ショートクラッキングの問題を避けるため、ダ
イス型自体を冷却する手法もこころみられた。この手法
はダイス型の製造コストを高めるほかに、ダイス型に亀
裂を生ずる危険性を伴うので冷却の程度にも限度がある
。

ビレットが成形品になるまでの間にビレットの断面積を
段階的に小さくし、中間の段階で冷却することも提案さ
れた。しかし、これは高価な工具やダイス型を要し、単
孔の押出しダイス型以外への適用には実用性にとぼしい
。

米国特許第３１１２８２８号には内部冷却式単孔押出し
ダイス型が示されていて、そのダイス型においては型自
体が、中央のダイス型孔部を囲む冷却溝を有する。冷却
はダイス型内でのみ行なわれるので、ビレットの実質的
な変形後も行なわれる。

ダイス型中に適切な冷却系が組込まれねばならず、こう
した点がダイス型の製造コストを基本的に高める。内部
冷却は、ダイス型の応力に対する有効げ１面を少くする
とともに、ダイス型の内部における温度勾配のためにダ
イス型を弱める。

多孔のダイス型に対する類似の解決策をドイツ特許第２
２４０３９１号が示している。冷却系は、予備成形用ダ
イス型と仕上げ用ダイス型との双方に存在する。こ＼で
も冷却ダクトがダイス型中に組込まれ、しかも冷却ダク
トの配置は各押出し成形品の形態に適合させねばならぬ
という短所を有する。加えてダイス型は脆化され、温度
勾配によって亀裂を生じやすくなる。それにこの冷却装
置は成るビレットからできる限り、一定した長さのロン
ドやレールを確保するために、個々の成形品の送出し速
度を制御することを第一にねらったものである。

ドイツ特許第２２１１６４５号によれば、ダイス型はそ
の出口端において冷却される。これは、ガス状をなして
放出されて成形されたロンドやレールに向う冷却媒体と
して液体窒素を使うのに適している。冷却系の形態およ
び作用は製作されるべき成形品の形態に左右される。

ドイツ特許第４２９３７６号からは、ビレット収納部へ
と延在させて押出し空間に装着するダイス型を押出し空
間外で冷却することも既知のものとなっている。

米国特許第４４６２２３４号　は、押出し空間外で冷却
される２段式ダイス型を示すものである。このような冷
却装置は実際には、単孔ダイス型に対してのみ適するに
過ぎぬ。加えて冷却装置はダイス型に左右されることに
なる。

（発明の課題〕 本発明によって解決するべき課題は、軽金属押出し成形
の場合に、押出し成形される材料の冷却によシ押出し成
形の基本的に高い速度を確保し、同時に成形品の熱によ
る割れを回避し、良好な表面特性を維持することにある
。

〔発明の概要〕

このような課題は、本発明による方法によれば、ビレッ
トが押出し成形加工時に、ダイス型の上流側で、このダ
イス型には依存しないシールされた循環冷却媒体により
冷却されることによシ解決される。

本発明による装置の１つは、押出しダイス型の前の変形
領域で、この押出しダイス型に依存しない内側リングが
存在し、このり／グの孔部がピレット収納部用孔部のダ
イス型側末端の共軸連続部に同径的に移行し、冷却媒体
が内部でシール状態で循環するという冷却リングが直接
、この内側リング上に乗シ、この冷却リングが径方向外
部で、少なくとも一つの収縮耐圧リングによって囲まれ
ていて、この耐圧リングがビレット収納部と緊く接続し
ていることを特徴としている。

その他の、本発明による装置は、押出しダイス型の前の
変形領域で、この押出しダイス型に依存しない冷却リン
グが存在し、この冷却リングの孔部がビレット収納部用
孔部のダイス型側末端の共軸連続部に同径に移行し、そ
の冷却リングにおいては冷却媒体が内部で７−ル状態で
循環し、および冷却リングが径方向外部で、少なくとも
一つの収縮耐圧リングによって囲まれていて、この耐圧
リングがビレット収納部と緊〈接続していることを特徴
としている。

本発明のポイントは、押出し成形素材が本来の大きなビ
レット径から押出し成形品の基本的に小さ表断面へと変
形する際に、材料変形時の内部摩擦のために生ずる付加
的な熱（これは１熱割れ“発生に対して大きな影響力を
持つ）がその発生域において放出され、従って押出し空
間からダイス型直前で放出され、ダイス型自体の内部や
ダイス型後方で放出されることにはならぬという認識に
基くのである。一つ以上の後続段階で多段階的変形およ
び冷却を行なわず、最大級の材料変形を誘発して、従っ
て最大の温度上昇を行なわせる位置で、直接冷却を実行
することが有効である。

このような知見を現実に行なわせることは、当該構造部
内で冷却によって発生する温度差が亀裂の危険性を生ず
るから解決すべき問題を生む。

冷却リングの、および本冷却リングを径方向外側に囲む
収縮耐圧リングの配備・構成によって上記の如き亀裂発
生の危険性は十分に抑制される。

そのほか、本冷却システムの構成ははマ対称性になって
いる。

本冷却装置は、ダイス型とは無関保な構造部分なので、
交換可能なダイス型には、付加的に冷却溝やその他の変
更部分を付与する必要は危く、このことが装置製作を清
単にし、現存のダイス型の応用を可能にする。加えて高
い応力を受けるダイス型は、温度の急変による応力を受
けない。押出し径がかなり太くとも冷却温度によって阻
害され々い。更に中空部分のない成形品または中空成形
品の如き各種成形品、単一孔ないし多孔ダイス型成形に
対し、および冷却または非冷却の芯部を備えた管におい
て同一の冷却装置を用い得る。ピレット収納部用孔部の
ダイス側末端まわシの冷却機構の構成は、変形領域内に
おいて冷却されるべきビレットに冷却媒体を極めて接近
させ、これによってこの変形域を迅速かつ、効果的に冷
却することができる。変形域から直接、摩擦熱および変
形熱を放出させることによってビレットに対してはかな
り高い予加熱を加えることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明による一実施例を示す添付図面を参照して
本発明を詳述する。

押出し成形される材料、すなわち軽金属のピレット（な
いしスラグ）１が、加熱されているが液状ではない状態
で押出し成形機の押出しシリンダ２の孔部９中へ挿入さ
れる。成形品５は１回の作業プロセス内で製作される。

押出しダイス型３は、この押出し成形品５の断面形状に
おった、単一のまたは複数の開口部４を有する。

押出しダイス型３の直前にてビレット１の練和および変
形を行なう領域には、一体の冷却リング１２を含む冷却
手段が配備されていて、この冷却リング内に冷却媒体が
シールされて循環する。１シール循環″と言うのは、冷
却媒体が被冷却物とは接触せずに、供給官を介して送り
込まれ、還流管を介して冷却リングから放出されるもの
と理解されたい。この冷却リング１２は、一体構成の内
側リング８に共軸に配置する。

内側リング８の円筒状孔部１０は、ビレット収納用孔部
９に対して同径でその動方向での延長となっておシ、従
ってピストン（ないしスタンバ）１３の径と一致してい
る。冷却り／グ１２内部には、対をなして軸方向にのび
る孔部１４，１５が、複数対、冷却リングの周方向には
略均等に全体にわたって分布するように設けられる。

これらの孔部対の内径相互の間隔は、孔部９の直径によ
り変わるが１５〜５０ｍｍの値をとる。

個々の、対をなす孔部１４，１５は、冷却リング１２の
内部では、押出しダイス型３からは離れている末端近傍
においてそれぞれ径方向孔部１６によって流体通過を可
能とするように接続されている。このような径方向孔部
１６はその外側末端で、それぞれ一つの橙１７によって
閉ざされている。

こうして冷却リング１２内部では冷却媒体に対して循環
が起るが、この場合、冷却媒体はビレット１とは直接に
接触しない。ダイス型３に隣接側の冷却リング１２の端
面６にて、対になった孔部１４．１５がそれぞれ供給管
と還流管とに接続する。

これ等の管はリング状ハウジング１８内に存在する。リ
ング状ハウジング１８内における冷却リング１２の端面
６には、異る径の２つの同心のリング空間部２７．２８
が存在し、径方向外側の孔部１４のすべての口は、上記
空間部の一方に、また径方向内側に位置する孔部１５の
すべての口は上記空間部の他方に連通ずる。管またはホ
ースを接続するために、リング状ハウジング１Ｂ内には
結合ニップル２９が存在する。供給管または還流管２６
には、制御峠力をもつ絞９弁■が装備されていて、この
絞り弁によって、例えば温度感知部を利用して、ビレッ
ト１の温度が変形領域内で適正な温度水準に維持される
ことによυ、流れ挙動と、ひいては冷却効率が常に諸要
求に適応できるようになっている。

既設の押出し成形機の場合に、スペース上の理由から冷
却媒体の供給および排出のレイアウトが冷却リングのダ
イス型末端で不可能な場合に、冷却媒体を供給し、送出
す管は押出しビレット収納部側に径方向孔部として構成
され得る。

冷却媒体は水その他の液体、蒸気または蒸発性液体であ
ってもよい。

ダイス型３は先端で、冷却リング１２および内側リング
８に対して接する。ダイス型３と環３０は押し出し成形
機に通常のやり方で固着できる。

冷却リング１２の軸方向長さはビレット用孔部の径の０
．２５〜２倍が好ましく、リングＢの壁厚は冷却リング
１２の壁厚の半分以下が好ましい。迅速に反応する冷却
作用を確保するには、リング８の壁厚は、ビレット用孔
部９の径の１／４以下とするのがよい。

径方向内側ではソ水平にのびる冷却用孔部は成る円周上
に位置することとなるが、その円周の径はビレット収納
部用孔部の径の１１／！２よりも小さく、特に１１／４
よりも小さいのが好ましい。

径方向外側から耐圧リング２０が冷却リング１２をしま
シ締めによシ囲む。耐圧リング２０はねじ２４によりビ
レット収納部２の前端面３２に固定される。強度的な理
由から複数の、共軸に重なる耐圧リング２０も用い得る
が、これ等耐圧リングは相互にしまり締めを受ける。冷
却リング１２も内側リング８に対ししまシ締めされてい
る。軸方向力の伝達のために、内側リング８および冷却
リング１２ならびに耐圧リング２０は、それぞれリング
肩部１１．１２を具備している。これ等リング肩部には
、リング８．１２．２０がその相互に嵌合し合う部分で
円錐形状に構成され得る。

第３図に示す他の実施例においては、冷却リング１２′
が、内側リング８を用いない状態で、ダイス型近傍のビ
レット孔部９と同径の共軸的仕切９面として直接、構成
されている。少なくとも一つのリング２０が冷却リング
１２に共軸にしまりばめされている。その他、第１図お
よび第２図におけると同じないし相当の部分に対しては
、同じ照合番号が付しである。

内側リング８や冷却リング１２　、１２’がその長さの
一部分であるダイス型側面域において円錐形状に構成さ
れてもよい。しかし、孔部１０の入口側末端はビレット
孔部９と径を等しくする。

かくして、変形および摩擦熱が、押出しダイス型３の前
の変形域から直接、冷却操作を通じて放出され、ビレッ
ト１の温度を適性水準に確保する。

これによって押出し速度を高めることが可能となる。

以下に比較データの一例を次表に示す。軽金属合金はＡ
ＳＴＭ　（Ａｍｅｒｉｃａｎ　５ｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ
Ｔｅａ目ｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　）の番号
で特定されている。その他の規格は米国ワシントン特別
区のアルミニウム協会（Ａｌｍｉｎｕｍ　Ａｒａｏｃｔ
ａｔｉｏｎ）から発行されている。

表 冷却リングがし　　２０１４　　４４０　　０．８ｍ／
ｍｉｎ。

ｌ　　あｐ　　　２０１４　５００　　２．２　　ｌ冷
却リングなし　　２０２４　　４２０　　１．２　　ｌ
Ｉ　　あ＃）２０２４　　４４０　　３．Ｏｌ冷却リン
グなし　　７０７５　　４４０　　０．８　　ｌｌ　−
あシ　　７０７５　４７０　　２．ｌ　　ｌ管 冷却リングなし　　７０７５　　４４０　　０．６ｍ／
ｍｉｎ。

ｌ　　　あフ　　７０７５　　４４５　　３．７　１

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却装置を備えた変形領域での軽金属に対する
押出し成形機の長さ方向断面であシ、第２図は第１図の
線分■−■に沿う断面図であシ、第３図は別の実施例の
断面図である。 １・・・・ビレット、２・・Φ・シリンダ、３・・・・
押出しダイス型、４・・・・開口部、５・・・・押出し
成形品、６・・・・端面、８・・・・内側リング、９・
・・・孔部、１０　、１０’・・・・孔部、１１・・・
・す／グ肩部、１２゜１２′　　・・・・冷却リング、
１３・・・・ピストン、１４．１５・・・・孔部、１６
・・−・孔部、１Ｔ・・・−栓、１　Ｂ・・・・ハウジ
ング、２０・・・・耐圧リング、２２・・・・リング肩
部、２４・・・・ねじ、２９・・・−結合ニラグル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）押出し成形される軽金属（１）を収容する押出し
   空間（９）から軽金属（１）をピストン（１３）で押出
   し、ダイス型（３）を通して軽金属（１）を押出し成形
   する方法において、 前記ダイス型の前のそれに隣接した、前記押出し空間の
   領域にして、前記軽金属が押出しにより最大の変形を受
   ける領域において、前記軽金属をそれから分離した冷却
   手段によつて冷却することを特徴とする、軽金属の押出
   し成形方法。
2. （２）押出し空間をなす押出しシリンダ（２）と、前記
   押出し空間の少なくとも一部内で動作するピストン（１
   ３）と、 押出されてくる軽金属のビレットを受けるように配置さ
   れた押出しダイス型（３）と、 前記ビレットが押出しにより最大の変形を受ける領域に
   おいて、前記ビレットを冷却する冷却手段とを備え、こ
   の冷却手段が、 前記ダイス型の押出し方向でみて直前にして、押出し成
   形中前記ビレットの最大の変形が生じる領域に位置した
   冷却リング手段（１２、１２′）であつて、前記押出し
   シリンダの前記ダイス型側の孔（９）に一致した同軸の
   延長部をなす内径をもつ冷却リング手段と、 冷却流体を前記ビレットから分離遮断・シールして前記
   冷却リング手段内に流す手段（１４、１５、１８、２６
   、２７、２８、２９）と、 前記冷却リング手段を囲んでそれに締りばめされた耐応
   力リング手段（２０）にして、前記押出しシリンダに固
   着された耐応力リング手段と を有することを特徴とする軽金属ビレットの押出し成形
   装置。
3. （３）請求項２記載の装置において、前記冷却手段が、
   前記押出しシリンダ（２）の孔（９）の同軸延長部をな
   す孔（１０）をもつ内側リング（８）と、冷却剤循環路
   をもち、前記内側リングを囲む冷却リングとの２部分を
   有することを特徴とする装置。
4. （４）請求項２記載の装置において、前記冷却手段には
   、その構成部材内部に軸方向に延在する孔部（１４、１
   ５）が設けられ、前記孔部に冷却剤を供給し、排出する
   ために前記孔部それぞれに結合された供給・排出用接続
   手段が設けられることを特徴とする装置。