JP2010125475A - 中空形材成形用押出ダイス - Google Patents
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Abstract
【課題】押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、長寿命化を図ることが可能となりかつ高速押出が可能となる中空形材成形用押出ダイスを提供する。
【解決手段】押出ダイス10を、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部12を有するオス型11、マンドレル部12の一部を収容すると共に中空形材の外側形状を成形する貫通孔部21Aを有するメス型21、オス型11の外周傾斜面と同一角度の内周傾斜面31Aを有するリング31とで構成し、リング31はオス型11を介してメス型21に支持され、リング31の内周傾斜面31Aにオス型11の外周傾斜面を圧入してリング31とオス型11とが一体化される。そして、リング31とオス型11との間に、両者31,11の一体化における圧入寸法としての隙間dを予め設けた。
【選択図】図2
【解決手段】押出ダイス10を、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部12を有するオス型11、マンドレル部12の一部を収容すると共に中空形材の外側形状を成形する貫通孔部21Aを有するメス型21、オス型11の外周傾斜面と同一角度の内周傾斜面31Aを有するリング31とで構成し、リング31はオス型11を介してメス型21に支持され、リング31の内周傾斜面31Aにオス型11の外周傾斜面を圧入してリング31とオス型11とが一体化される。そして、リング31とオス型11との間に、両者31,11の一体化における圧入寸法としての隙間dを予め設けた。
【選択図】図2
Description
本発明は、高力系合金、特に、いわゆる7000系といった最高強度アルミ合金からなる中空形材を成形する中空形材成形用押出ダイスに関する。
一般にアルミニウム合金等の押出加工は、断面形状の自由度が高く、押出成形される中空形材を得るのに優れているため、現在では広く採用されている。
特に近年は、押出加工による製品が、構造材、機械部品等の強度部材として広く使用されるようになり、そのため、高力系合金、特に、7075、7N01、7003等の、いわゆる7000系といった最高強度アルミ合金からなる押出部材の需要が増加してきている。
特に近年は、押出加工による製品が、構造材、機械部品等の強度部材として広く使用されるようになり、そのため、高力系合金、特に、7075、7N01、7003等の、いわゆる7000系といった最高強度アルミ合金からなる押出部材の需要が増加してきている。
中空形材を成形するための従来の押出ダイスとしては、中空形材の内側形状を成形するオス型と中空形材の外側形状を成形するメス型とからなる、いわゆるポートホールダイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。
図10に示すように、ポートホールダイス100は、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部101Aを有するオス型101と、中空形材の外側形状を成形するメス型102とを備えて構成されている。
図10に示すように、ポートホールダイス100は、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部101Aを有するオス型101と、中空形材の外側形状を成形するメス型102とを備えて構成されている。
上記マンドレル部101Aは、その下部に上記中空形材の内側形状を成形するものであり、マンドレル部101Aの外周には、外周リング状部101Cに向かってX字形状に延びたブリッジ部101Bが設けられている。そして、4本のブリッジ部101Bと外周リング状部101Cとで囲まれた空間が、材料であるビレット(図略)の導入部Gとなっている。
以上のような構成のオス型101は、矢印Aで示す押出方向先側で前記メス型102によって支持されている。このメス型102には、前記マンドレル部101Aの下部が挿通されると共に中空形材の外側形状を成形する貫通孔部102Aが形成されている。また、メス型102の外周側上面には、前記オス型101の外周リング状部101Cの底面を支持する支持面102Bが形成されている。
以上のような構成のオス型101は、矢印Aで示す押出方向先側で前記メス型102によって支持されている。このメス型102には、前記マンドレル部101Aの下部が挿通されると共に中空形材の外側形状を成形する貫通孔部102Aが形成されている。また、メス型102の外周側上面には、前記オス型101の外周リング状部101Cの底面を支持する支持面102Bが形成されている。
また、オス型及びメス型がリングの内部に装着されている、いわゆるスパイダーダイスも知られている(例えば、特許文献2参照)。
図11に示すように、従来のスパイダーダイス110は、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部111Aを有するオス型111と、中空形材の外側形状を成形するメス型112と、押出方向の先側に向かって拡径する傾斜状の内周傾斜面113Aを有すると共に、その内周傾斜面113Aにオス型111およびメス型112を装着するリング113とを備えて構成されている。
図11に示すように、従来のスパイダーダイス110は、中空形材の内側形状を成形するマンドレル部111Aを有するオス型111と、中空形材の外側形状を成形するメス型112と、押出方向の先側に向かって拡径する傾斜状の内周傾斜面113Aを有すると共に、その内周傾斜面113Aにオス型111およびメス型112を装着するリング113とを備えて構成されている。
上記マンドレル部111Aはその下部に上記中空形材の内側形状を成形する部位を有しており、マンドレル部111Aの外周には、リング113に向かって例えばX字形状、つまり四方に延びたブリッジ部111Bが設けられている。そして、4本のブリッジ部111Bとリング113の内周傾斜面113Cとで囲まれた空間が、材料であるビレット(図略)の導入部Gとなっている。
以上のような構成のオス型111は、矢印Aで示す押出方向先側でメス型112によって支持されている。このメス型112には、前記マンドレル部111Aの下部が挿通されると共に中空形材の外側形状を成形する貫通孔部112Aが形成されている。また、メス型112の外周側上面には、前記オス型111のブリッジ部111Bの先端面111Dを支持する支持面112Bが形成されている。
前記リング113の内周面は、前述のように内周傾斜面113Aに形成されており、この内周傾斜面113Aには、オス型111のブリッジ部111Bの外周傾斜面111Cが嵌入されている。さらに、リング113の内周傾斜面113Aには、前記メス型112の外周傾斜面112Cが嵌入されている。
しかし、中空形材成形用の材料として、高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミが使用され、その合金で成形される例えば自動車バンパー押出部材(目の字断面)は、その変形抵抗が他の合金種に比べて高いので押出加工力が大きくなり、ダイス工具系への負荷も大きく、押出速度をアップさせ、ダイスの寿命を向上させることが困難である。
例えば、前記従来のポートホールダイス100では、押出加工が実行され、オス型101の上面に非常に大きな押出力Pが加えられたとき、マンドレル部101Aおよびブリッジ部101Bが外周リング状部101Cを介してメス型102に支持されていることから、押出加工が開始されると、ブリッジ部101Bの上面に押出力Pを受けると共に、この押出力Pに対するメス型102からの抗力P2が発生し、これによりブリッジ部101Bの下部に引張応力Psが発生する。
特に7000系のような高力合金では合金の変形抵抗が高いため、押出力Pが大きくなり、ブリッジ部101Bの下部に発生する引張応力Psも大きくなる。
その結果、ブリッジ部101Bの下部、特にマンドレル部101Aの周囲が引張応力Psの集中により破損しやすくなり、ダイス寿命が短いものとなる、という問題が生じる。
特に7000系のような高力合金では合金の変形抵抗が高いため、押出力Pが大きくなり、ブリッジ部101Bの下部に発生する引張応力Psも大きくなる。
その結果、ブリッジ部101Bの下部、特にマンドレル部101Aの周囲が引張応力Psの集中により破損しやすくなり、ダイス寿命が短いものとなる、という問題が生じる。
そこで、ダイス100のオス型101に発生する引張応力Psの低減のためにオス型101の高さを高くし、ブリッジ部101Bの剛性を向上することが考えられる。
しかし、このようにした場合、押出加工中におけるオス型101内を移動する合金とオス型101の内壁面との摩擦面積が増すため摩擦力が大きくなる。この摩擦力は押出力Pと同じ方向に加わる力のため、ブリッジ部101Bの負荷も大きくなる。
また、摩擦力の増大により、押出加工荷重の増加とそれに伴う押出速度の低下といった新たな問題が生じる。
しかし、このようにした場合、押出加工中におけるオス型101内を移動する合金とオス型101の内壁面との摩擦面積が増すため摩擦力が大きくなる。この摩擦力は押出力Pと同じ方向に加わる力のため、ブリッジ部101Bの負荷も大きくなる。
また、摩擦力の増大により、押出加工荷重の増加とそれに伴う押出速度の低下といった新たな問題が生じる。
また、前記他の従来のスパイダーダイス110では、リング113が、押出加工が実行されブリッジ部111Bの上面に押出力Pが加わったとき、ブリッジ部111Bに発生する引張応力Psを相殺させようとして、リング113の内周傾斜面113Aとオス型111のブリッジ部111Bの外周傾斜面111Cとを圧入し、ブリッジ部111Bに、押出方向と直交する方向の圧縮応力Ppを発生させるようになっている。そして、上記引張応力Psと圧縮応力Ppとを相殺させようとするものである。
しかし、コンテナのシール荷重は、オス型111のブリッジ部111Bに掛かると共に、リング113の内周傾斜面113Aを介してオス型111のブリッジ部111Bとメス型112の外周傾斜面112Cとにも及んでいる。
そのため、押出加工時の押出力がオス型111とメス型112とに分散された状態となり、オス型111に作用する圧縮荷重が小さくなる。その結果、リング113からオス型111に伝達される圧縮応力効果が十分に得られず、ブリッジ部111Bの下部に発生する引張応力Psとの間での相殺が充分でない、という問題が生じる。
そのため、押出加工時の押出力がオス型111とメス型112とに分散された状態となり、オス型111に作用する圧縮荷重が小さくなる。その結果、リング113からオス型111に伝達される圧縮応力効果が十分に得られず、ブリッジ部111Bの下部に発生する引張応力Psとの間での相殺が充分でない、という問題が生じる。
上記問題点を解決するために、本発明では、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、長寿命化を図ることが可能となりかつ高速押出が可能となる中空形材成形用押出ダイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の中空形材成形用押出ダイスは、押出成形品である中空形材の内側形状を成形するマンドレル部を有しかつ外周が押出方向に向かって拡径した外周傾斜面を有するオス型と、前記マンドレル部の一部を収容すると共に前記中空形材の外側形状を成形する貫通孔部を有するメス型と、前記オス型の外周傾斜面と同一角度の内周傾斜面を有するリングとを備えており、前記リングは前記オス型を介して前記メス型に支持されており、前記リングの内周傾斜面に前記オス型の外周傾斜面が圧入されることで前記リングとオス型とが一体化され、前記リングと前記オス型との間に、前記リングとオス型との一体化における圧入寸法としての隙間を予め設けたことを特徴とする。
本発明の中空形材成形用押出ダイスは、上記のように構成されているので、リングの内周傾斜面にオス型の外周傾斜面が圧入され両者が一体化されていることから、オス型に常時リングからの圧縮応力が発生している。一方、押出加工時には、成形用の合金が外力により押出される際、オス型上面に押出力を受けてオス型は曲げとせん断変形を起こし、それによりオス型下部に引張応力が発生する。
そして、押出加工作業中は、オス型に発生する引張応力と圧縮応力とが相殺されるので、引張応力が緩和される。その結果、引張応力によるオス型の破損を防止することができる。そして、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイスの長寿命化を図ることが可能となる。
そして、押出加工作業中は、オス型に発生する引張応力と圧縮応力とが相殺されるので、引張応力が緩和される。その結果、引張応力によるオス型の破損を防止することができる。そして、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイスの長寿命化を図ることが可能となる。
また、リング内に圧入されるのはオス型のみでメス型はリングからの押出力を受けないので、オス型はより高い圧縮応力を得ることが可能となる。その結果、オス型に設定どおりの圧縮応力が発生するので、この圧縮応力とオス型に発生する引張応力とを相殺させることができ、これにより、オス型の高さを高くすることなくオス型に発生する引張応力を低減させることができる。
さらに、オス型の高さを高くしなくてもよいので、オス型内を移動する成形用の合金とオス型の内壁面との摩擦面積が大きくならず、両者間の摩擦力も増えず、その結果、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイスの高速押出が可能となる。
さらに、オス型の高さを高くしなくてもよいので、オス型内を移動する成形用の合金とオス型の内壁面との摩擦面積が大きくならず、両者間の摩擦力も増えず、その結果、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイスの高速押出が可能となる。
以下に、図1〜図7を参照して、本発明の中空形材成形用押出ダイス(以下、単に押出ダイスという)10の一実施形態を説明する。
図1は押出ダイス10の全体平面図を示し、図2は図1におけるII−II線に沿った縦断面の斜視図を示し、図3は、図2における押出ダイス10の分解斜視図を示す。
押出ダイス10は、高力系合金、特に、いわゆる7000系といった最高強度アルミ合金からなる中空形材を成形するものである。
図2、図3に示すように、押出ダイス10は、オス型11と、このオス型11と一体化されるリング31と、このリング31を支持するメス型21と、を備えて構成されている。
図2、図3に示すように、押出ダイス10は、オス型11と、このオス型11と一体化されるリング31と、このリング31を支持するメス型21と、を備えて構成されている。
オス型11は、図2に矢印Aで示す押出方向先に設けられ、押出成形される中空形材50(図8参照)の内側形状を成形するマンドレル部12と、このマンドレル部12の外周に、当該外周から四方に延びて形成され当該マンドレル部12を支持するブリッジ部13とを有している。
オス型11のブリッジ部13の外周は、図4(A),(B)に詳細を示すように、押出方向先に向かって拡径した角度α°の外周傾斜面13Aに形成されている。
なお、角度α°は例えば3°に設定されている。ただし、この角度α°は3°に限定されず、押出ダイスの設計により適宜変更してもよい。
オス型11のブリッジ部13の外周は、図4(A),(B)に詳細を示すように、押出方向先に向かって拡径した角度α°の外周傾斜面13Aに形成されている。
なお、角度α°は例えば3°に設定されている。ただし、この角度α°は3°に限定されず、押出ダイスの設計により適宜変更してもよい。
図2〜4に示すように、前記オス型11のマンドレル部12は断面矩形状に形成されると共に押出方向に所定高さを有し、その下部に、中空形材50の内側形状を成形する内側成形部12Aが設けられている。
この内側成形部12Aは、図7に詳細を示すように、内側成形部12Aの長手方向に並列し、かつ略サイコロ形状に形成された3個の駒部12Bを有しており、これらの駒部12B間には所定寸法の中央部隙間12Cが設けられている。
この内側成形部12Aは、図7に詳細を示すように、内側成形部12Aの長手方向に並列し、かつ略サイコロ形状に形成された3個の駒部12Bを有しており、これらの駒部12B間には所定寸法の中央部隙間12Cが設けられている。
マンドレル部12の外周には、図1、図4にも示すように、前記四方に延びた前記ブリッジ部13がマンドレル部12と一体に設けられている。
図1,3に示すように、ブリッジ部13における先端部13Dの両側面13Eは、ブリッジ部13においてマンドレル部12側に延びる基端部13Cの両側面の延長上に位置するように適宜切除された形状となっている。
ここで、ブリッジ部13は、基端部13Cと先端部13Dとで構成されている。
ここで、ブリッジ部13は、基端部13Cと先端部13Dとで構成されている。
ブリッジ部13の先端部13Dの外周傾斜面13Aは、図3〜5に示すように、押出方向先に行くにしたがって拡径する角度α°の傾斜面に形成されている。
以上のような4個のブリッジ部13のうち、それぞれ2個のブリッジ部13が、図1に示すように、それぞれ平面く字状と逆く字状とに形成され、これらの各ブリッジ部13は、マンドレル部12の長手方向中心部に対して当該マンドレル部12の両端部に対称位置に設けられている。
すなわち、く字状と逆く字状とに形成された各ブリッジ部13において、く字状と逆く字状との各辺の延長上の交点同士が、マンドレル部12の長手方向に所定の距離をおいて配置された状態となっている。
すなわち、く字状と逆く字状とに形成された各ブリッジ部13において、く字状と逆く字状との各辺の延長上の交点同士が、マンドレル部12の長手方向に所定の距離をおいて配置された状態となっている。
そして、以上のような形状の各ブリッジ部13で囲まれた4つの部位が、それぞれ、中空形材50成形用のビレット60(図2参照)を導入する材料導入部Gとなっている。
なお、ブリッジ部13の高さ寸法は、ブリッジ部13上面に加えられる押出力Pとブリッジ部13の内部の摩擦力とを算出して設定される。
ここで、ブリッジ部13高さを低くすると、ブリッジ部13上面の圧縮応力Ppとブリッジ部13の摩擦力を低減することが可能となり、
最大押出加工荷重の低減に繋がる。しかし、ブリッジ部13の高さを小さくすることによって、ブリッジ部13の曲げ剛性が小さくなり、ブリッジ部13に発生する引張り応力が大きくなる恐れがある。
上記のようなことを考慮に入れて、ブリッジ部13の高さ寸法が最適に設定され、本実施形態では、例えば80mmの高さに形成されている。
ここで、ブリッジ部13高さを低くすると、ブリッジ部13上面の圧縮応力Ppとブリッジ部13の摩擦力を低減することが可能となり、
最大押出加工荷重の低減に繋がる。しかし、ブリッジ部13の高さを小さくすることによって、ブリッジ部13の曲げ剛性が小さくなり、ブリッジ部13に発生する引張り応力が大きくなる恐れがある。
上記のようなことを考慮に入れて、ブリッジ部13の高さ寸法が最適に設定され、本実施形態では、例えば80mmの高さに形成されている。
上記リング31は、図4(A),(B)にも示すように、その外径大きさが上記メス型21の外径大きさと略同じ大きさに形成されている。このリング31の内周面は、前記オス型の外周傾斜面13Aに対応して同一角度の傾斜、つまりα°となった内周傾斜面31Aに形成されている。
このようなリング31にはオス型11が圧入されて、両者31,11は前述のように一体化される。そして、その状態で前記メス型21に支持され、実際の押出加工が実施されるようになっている。
すなわち、リング31とオス型11とが圧入一体化される前は、図4(A),(B)に示すように、リング31の内周傾斜面31Aにオス型11を構成するブリッジ部13の外周傾斜面13Aが係合した状態である。このとき、リング31の押し出し方向先側の先端面31Bと、オス型11のブリッジ部13の押し出し方向先側の下端面13Bとには、所定寸法dの圧入寸法としての隙間Cが設定されている。
なお、隙間Cは例えば3mmに設定されている。ただし、この3mmには限定されず、押出ダイス10の設計により適宜変更してもよい。
すなわち、リング31とオス型11とが圧入一体化される前は、図4(A),(B)に示すように、リング31の内周傾斜面31Aにオス型11を構成するブリッジ部13の外周傾斜面13Aが係合した状態である。このとき、リング31の押し出し方向先側の先端面31Bと、オス型11のブリッジ部13の押し出し方向先側の下端面13Bとには、所定寸法dの圧入寸法としての隙間Cが設定されている。
なお、隙間Cは例えば3mmに設定されている。ただし、この3mmには限定されず、押出ダイス10の設計により適宜変更してもよい。
リング31とオス型11とを圧入一体化するには、図4(A)の状態から、リング31の上面に押出力Pを加え、そのリング31を矢印Aで示すように押出方向先側に向かって圧入する。この際、リング31の先端面31Bとオス型11のブリッジ部13との上記隙間Cがなくなるまで、つまり、リング31の先端面31Bとブリッジ部13の下端面13Bとが同一面上に位置するまで圧入する。
このとき、オス型11とリング31とが力ばめ状態となり、互いに接触する内周傾斜面31Aと外周傾斜面13Aとの摩擦力によって、オス型11とリング31とが強固に一体化された状態である。また、リング31にオス型11が圧入されたとき、オス型11にはリング31からの圧縮応力Ppが発生する。
そして、隙間Cがなくなった状態が図4(B)に示されている。
そして、隙間Cがなくなった状態が図4(B)に示されている。
前記図2では、リング31の内周傾斜面31Aとオス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aとは密着した係合状態ではあるが、両者31,11が圧入されて一体化された状態ではなく、図4(A)の状態である。
前記リング31は、前述のように、その内周傾斜面31Aにブリッジ部13の外周傾斜面13Aを密着させた後、圧入してオス型11と一体形成されるようになっている。
すなわち、リング31は、図3,4に示すように所定高さ寸法のリング形状に形成されている。このリング31の内周傾斜面31Aは、前述のように、押出方向先に拡径する傾斜状となっている。そして、前述のように、内周傾斜面31Aと各ブリッジ部13の外周傾斜面13Aとは互いに対応し合うように形成されている。
リング31の外周面はリング31の上端面と直交した垂直面となっており、また、リング31の下端面、つまり、押出方向先に位置する前記先端面31Bは、リング状の突起面となっている。そのため、この先端面31Bは、前記メス型21の支持面21Bと当接し合うようになっている。
すなわち、リング31は、図3,4に示すように所定高さ寸法のリング形状に形成されている。このリング31の内周傾斜面31Aは、前述のように、押出方向先に拡径する傾斜状となっている。そして、前述のように、内周傾斜面31Aと各ブリッジ部13の外周傾斜面13Aとは互いに対応し合うように形成されている。
リング31の外周面はリング31の上端面と直交した垂直面となっており、また、リング31の下端面、つまり、押出方向先に位置する前記先端面31Bは、リング状の突起面となっている。そのため、この先端面31Bは、前記メス型21の支持面21Bと当接し合うようになっている。
前記メス型21は、オス型11およびリング31よりも押出方向先に配置されている。このメス型21は所定高さの円柱部材で略石臼状に形成され、メス型21の平面中心部には、前記マンドレル部12の下部を収容すると共に中空形材50の外側形状を成形する貫通孔部21Aが形成されている。
貫通孔部21Aは、前記マンドレル部12の下部に形成されている中空形材50の内側形状を成形する前記内側成形部12Aを収容すると共に、中空形材50の外側形状を成形するようになっている。つまり、マンドレル部12の内側成形部12Aと貫通孔部21Aとの間に形成される成形空間25から押出される合金により、中空形材50の外周部が成形されることになる。また、図2,6に示すように、貫通孔部21Aの押出方向先には逃げ部21Hが形成されている。
図5,7に詳細を示すように、貫通孔部21Aは略矩形形状に形成されている。すなわち、貫通孔部21Aは、対向する長辺部211Aおよび短辺部211Bを有すると共に、これらで形成された矩形形状の四隅に長辺部211Aの延長上に延びて形成された突出溝部211Dを有して形成されている。
これに対して、前述のように、貫通孔部21A内に収容されるオス型11におけるマンドレル部12の内側成形部12Aには、間に中央部隙間12Cを挟んで3個の駒部12Bが設けられているので、貫通孔部21Aと内側成形部12Aとの間の成形空間25、および2箇所の中央部隙間12Cとから合金が押出されるので、図8に示すような、略目字状の前記中空形材50を成形することができる。
これに対して、前述のように、貫通孔部21A内に収容されるオス型11におけるマンドレル部12の内側成形部12Aには、間に中央部隙間12Cを挟んで3個の駒部12Bが設けられているので、貫通孔部21Aと内側成形部12Aとの間の成形空間25、および2箇所の中央部隙間12Cとから合金が押出されるので、図8に示すような、略目字状の前記中空形材50を成形することができる。
図3に戻って、メス型21の上面には、最外周に立ち上がって形成された細幅寸法のリング状の外周立上がり部21Cと、この外周立上がり部21Cからメス型21の中心側で、かつ一段下がった位置に形成された前記支持面21Bと、この支持面21Bからさらにメス型21の中心側で、かつ一段下がった位置に形成されたビレット受面21Dが形成されている。そして、このビレット受面21Dに前記貫通孔部21Aが形成されている。
外周立上がり部21Cの上端面は、前記リング31の外周面の下面を支持するようになっている。また、外周立上がり部21Cの側面にはリング31の先端面31Bの外側の側面が嵌入されるようになっている。
外周立上がり部21Cの上端面は、前記リング31の外周面の下面を支持するようになっている。また、外周立上がり部21Cの側面にはリング31の先端面31Bの外側の側面が嵌入されるようになっている。
メス型21の支持面21Bは円周形状に形成され、この支持面21Bの上面に、前述のように、リング31の先端面31Bが当接して支持されるようになっている。この支持面21Bには、前記く字状と逆く字状とに形成された各2個ずつのブリッジ部13の先端部13Dを支持する先端部支持面21Eが形成されている。
先端部支持面21Eは、支持面21Bに連続すると共に、メス型21の中心方向に向かって突出した略ベース形状に形成されている。この先端部支持面21Eの略ベース形状は、上記ブリッジ部13の先端部13Dの下面の形状に対応している。
すなわち、ブリッジ部13の先端部13Dおよびこの先端部13Dから前記基端部13Cに至る部位が、上記先端部支持面21Eの形状と対応している。
すなわち、ブリッジ部13の先端部13Dおよびこの先端部13Dから前記基端部13Cに至る部位が、上記先端部支持面21Eの形状と対応している。
また、支持面21Bの内周部には当該支持面21Bから上方に突起した回転防止部材である回り止め部21Fが形成されている。この回り止め部21Fは、各先端部支持面21Eの両側間に形成されており、円周上に4箇所設けられている。
そして、各先端部支持面21E上に各ブリッジ部13の先端部13Dが載置され支持されたとき、図1等に示すように、ブリッジ部13の先端部13Dの両側面13Eが回り止め部21Fの両端部の当接面21Gに係合するようになっており、これにより、オス型11にリング31が圧入されるときの微小な回転方向の動きを防止することができる。
リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間には、図2,6に示すように、寸法dの隙間Cが設けられている。この隙間Cは、リング31と、ブリッジ部13の先端部13Dの外周、言い換えればオス型11とを圧入し、両者31,11が一体化されたとき消滅するものである。そして、この隙間Cの寸法は、前述のように、例えば3mmに設定されている。
リング31とオス型11とを圧入し、両者31,11を一体化させるには、例えば、図2に示すように、押出加工中にリング31の上面に作用する押出力Pでリング31とオス型11と圧入させる。
この方法では、まず、リング31とオス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aとを密着状態に係合しておいて、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間に前記隙間Cをあけてリング31を、オス型11を介してメス型21に支持させる。
この際、オス型11のブリッジ部13は、その先端部13Dがメス型21の先端部支持面21Eに支持されている。なお、図6に示すように、リング31とメス型21との位置決めを行うため、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとにわたって複数本のノックピン28が設けられている。
この際、オス型11のブリッジ部13は、その先端部13Dがメス型21の先端部支持面21Eに支持されている。なお、図6に示すように、リング31とメス型21との位置決めを行うため、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとにわたって複数本のノックピン28が設けられている。
この状態から、図示しないコンテナのシール荷重をリング31に加えると、そのリング31がオス型11の外周傾斜面13Aと接触する内周傾斜面31Aに沿って押出方向に圧入される。その結果、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとが接触し、これにより、隙間Cがなくなる。
次に、図6に基づいて圧入一体化されたオス型11とリング31がメス型21に支持され、ビレット60の押出時に作用する各応力相互の説明をする。
押出加工時においてオス型11に押出力Pが加わる。これに対して、押出力Pに対するメス型21からの抗力P2が発生してオス型11はせん断変形を受ける。それだけでなく、オス型11は押出力Pによる曲げ変形(曲げ応力)Pbをも受ける。その結果、オス型11の下部には引張応力Psが生じ、特にマンドレル部12Aの周囲に引張応力Psが集中する。
押出加工時においてオス型11に押出力Pが加わる。これに対して、押出力Pに対するメス型21からの抗力P2が発生してオス型11はせん断変形を受ける。それだけでなく、オス型11は押出力Pによる曲げ変形(曲げ応力)Pbをも受ける。その結果、オス型11の下部には引張応力Psが生じ、特にマンドレル部12Aの周囲に引張応力Psが集中する。
一方、リング31とオス型11とには、両者が圧入一体化されるとき、互いに接触するオス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aに沿ってリング31の内周傾斜面31Aが押出方向に圧入される。リング31が押出方向に動くことによって、オス型11は半径方向に圧縮され、その結果、オス型11にはリング31からの圧縮応力Ppが発生する。
本実施形態の押出ダイス10では、上記の圧縮応力Ppと引張応力Psとを相殺させようとするものであり、これにより、オス型11に生じる引張応力を緩和させ、よって押出ダイス10の寿命を向上させようとするものである。
本実施形態の押出ダイス10では、上記の圧縮応力Ppと引張応力Psとを相殺させようとするものであり、これにより、オス型11に生じる引張応力を緩和させ、よって押出ダイス10の寿命を向上させようとするものである。
以上のような構成の押出ダイス10により成形される中空形材50は、図8に示すように、断面略目字状の製品である。
すなわち、中空形材50は、その断面形状が、対向する長辺部50Aと、これらの長辺部50Aの長手方向両端部からそれぞれ所定寸法内側に入り込んだ位置で上記長辺部50A同士を結ぶ側面短辺部50Bと、これらの側面短辺部50Bの間に均等配置され上記各長辺部50A同士を結ぶ2本の中央短辺部50Cとで構成されている。したがって、各長辺部50Aの両端部は突出部50Dとなっている。
そして、上記中空形材50の外周輪郭が、前記メス型21の貫通孔部21Aにより形成され、各長辺部50A、各側面短辺部50Bおよび中央短辺部50Cで囲まれた3つの部位が前記オス型11におけるマンドレル部12の内側成形部12Aにより形成される。
すなわち、中空形材50は、その断面形状が、対向する長辺部50Aと、これらの長辺部50Aの長手方向両端部からそれぞれ所定寸法内側に入り込んだ位置で上記長辺部50A同士を結ぶ側面短辺部50Bと、これらの側面短辺部50Bの間に均等配置され上記各長辺部50A同士を結ぶ2本の中央短辺部50Cとで構成されている。したがって、各長辺部50Aの両端部は突出部50Dとなっている。
そして、上記中空形材50の外周輪郭が、前記メス型21の貫通孔部21Aにより形成され、各長辺部50A、各側面短辺部50Bおよび中央短辺部50Cで囲まれた3つの部位が前記オス型11におけるマンドレル部12の内側成形部12Aにより形成される。
次に、本実施形態の押出ダイス10の作用を説明する。
図2に示すように、まず、オス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aとリング31の内周傾斜面31Aとを係合させた状態で、リング31の先端面31Bをメス型21の支持面21B上に載置して支持させる。この際、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間に寸法dの隙間Cを設けておく。
図2に示すように、まず、オス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aとリング31の内周傾斜面31Aとを係合させた状態で、リング31の先端面31Bをメス型21の支持面21B上に載置して支持させる。この際、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間に寸法dの隙間Cを設けておく。
その後、このような状態のダイス10の上方から中空形材50成形用の材料であるビレット60をリング31の上面に配置し、コンテナのシール荷重をそのビレット60に加える。
ビレット60がシール荷重により押圧されたとき、前述のように、リング31の内周傾斜面31Aがオス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aに沿って押出方向に圧縮されて移動し、リング31の先端面31Bがメス型21の支持面21Bと接触する。その結果、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間の隙間Cがなくなり、このとき、前述のように、オス型11に圧縮応力Ppが発生する。
ビレット60がシール荷重により押圧されたとき、前述のように、リング31の内周傾斜面31Aがオス型11のブリッジ部13の外周傾斜面13Aに沿って押出方向に圧縮されて移動し、リング31の先端面31Bがメス型21の支持面21Bと接触する。その結果、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間の隙間Cがなくなり、このとき、前述のように、オス型11に圧縮応力Ppが発生する。
リング31にコンテナからのシール荷重が加えられ、オス型11とリング31とが圧入一体化されるとき、一方では、ビレット60がオス型11のブリッジ部13間に形成さられている4箇所の材料導入部Gに導入される。
すなわち、ビレット60は所定温度で加熱され、略粘土状の硬さとなっていることから、押出力Pにより、オス型11のブリッジ部13間に設けられている4箇所の材料導入部Gに導入され、そこからメス型21のビレット受け面21Dを経て、図6に矢印Bで示すように、メス型21の貫通孔部21Aとオス型11のマンドレル部12とで形成された中空形材50成形用の成形空間25から押し出される。
この際、前述のように、オス型11の下部に発生する引張応力Psとオス型11の外周から内周に発生する圧縮応力Ppとが相殺され、これにより、オス型11の下部に生じる引張応力Psが緩和される。
すなわち、ビレット60は所定温度で加熱され、略粘土状の硬さとなっていることから、押出力Pにより、オス型11のブリッジ部13間に設けられている4箇所の材料導入部Gに導入され、そこからメス型21のビレット受け面21Dを経て、図6に矢印Bで示すように、メス型21の貫通孔部21Aとオス型11のマンドレル部12とで形成された中空形材50成形用の成形空間25から押し出される。
この際、前述のように、オス型11の下部に発生する引張応力Psとオス型11の外周から内周に発生する圧縮応力Ppとが相殺され、これにより、オス型11の下部に生じる引張応力Psが緩和される。
以上のような実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
(1)リング31に押出力Pを加えることによりリング31内にオス型11が圧入され、このとき、オス型11のブリッジ部13に圧縮応力Ppが発生するので、この圧縮応力Ppと押出加工時にオス型11に発生する引張応力Psとが相殺される。これにより、オス型11のブリッジ部13に生じる引張応力Psが緩和され、ブリッジ部13の破損を防止することができる。その結果、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイス10の長寿命化を図ることが可能となる。
(1)リング31に押出力Pを加えることによりリング31内にオス型11が圧入され、このとき、オス型11のブリッジ部13に圧縮応力Ppが発生するので、この圧縮応力Ppと押出加工時にオス型11に発生する引張応力Psとが相殺される。これにより、オス型11のブリッジ部13に生じる引張応力Psが緩和され、ブリッジ部13の破損を防止することができる。その結果、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイス10の長寿命化を図ることが可能となる。
(2)リング31内に圧入されるのはオス型11のみでメス型21はリング31からの圧縮力を受けないので、オス型11はリング31から高い圧縮応力を得ることができる。これにより、オス型11の高さを高くしなくてもオス型11の下部に発生する引張応力Psを低減させることができるので、このことからも、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイス10の長寿命化を図ることが可能となる。
(3)オス型11はリング31から高い圧縮応力を得ることができオス型11の高さを高くしなくてもよいので、オス型11内を移動する成形用の合金とオス型11の内壁面との摩擦面積が大きくならず、両者間の摩擦力も増えない。その結果、押出加工力が大きな高力系合金、特に、いわゆる7000系の最高強度アルミ合金を使用する場合でも、押出ダイス10の高速押出が可能となる。
(4)オス型11とリング31とを係合させ、かつ、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間に寸法dの隙間Cを設けた状態で、リング31をメス型21に支持させておき、押出ダイス10に押出力Pを加えることで、リング31が押出方向に圧縮されて移動して圧入され、リング31の先端面31Bとメス型21の支持面21Bとの間の隙間Cがなくなる。その結果、オス型11とリング31とを圧入一体化させる工程と、ビレット60の押出工程とを同時に行え、作業を兼任することができ、これにより、作業工程を少なくすることができる。
(5)メス型21の支持面21Bと同じ高さの面上に、4本のブリッジ部13の各先端部13Dの両側面13Eに対して、互いに対向した状態でその側面13Eと当接する当接面21Gを有する回り止め部21Fが設けられているので、オス型11がリング31により圧縮されるときの微小な回転方向の動きを防止することができる。その結果、中空形材50の寸法精度を向上することができる。
(6)押出ダイス10を構成するリング31とオス型11とが力ばめによる一体化構造となっており、リング31からの圧縮応力Ppをオス型11に付与することで、その圧縮応力Ppとオス型11に生じる引張応力Psとを相殺できる。その結果、ブリッジ部13、つまりオス型11の高さを必要最小限の高さに抑えることができるので、従来のポートホールダイス100と比べて、図9に示すような、本発明の実施形態に特有の優れた効果を得ることができる。
すなわち、ブリッジ部13の高さが約30%低減され、オス型11のブリッジ部13の下部に発生する引張応力Psが約27%低下し、押出加工荷重が約4%低減し、さらに押出速度が約1.37倍向上した。
すなわち、ブリッジ部13の高さが約30%低減され、オス型11のブリッジ部13の下部に発生する引張応力Psが約27%低下し、押出加工荷重が約4%低減し、さらに押出速度が約1.37倍向上した。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、リング31とオス型11との圧入を、中空形材50を形成するためのビレット60を前記リング31の上面にセットし、押出加工を実行する前に行なっていたが、これに限らない。リング31によるオス型11の圧入を、押出加工前にプレスなどの圧入装置により行なってもよい。
このような実施形態によれば、圧入装置を使用する際、治具などを用いて圧入できるので、正確に一体化することができ、さらに、中空形材の寸法精度を向上することができる。
例えば、前記実施形態では、リング31とオス型11との圧入を、中空形材50を形成するためのビレット60を前記リング31の上面にセットし、押出加工を実行する前に行なっていたが、これに限らない。リング31によるオス型11の圧入を、押出加工前にプレスなどの圧入装置により行なってもよい。
このような実施形態によれば、圧入装置を使用する際、治具などを用いて圧入できるので、正確に一体化することができ、さらに、中空形材の寸法精度を向上することができる。
また、前記実施形態では、中空形材50を断面目字状に形成したが、これに限らない。マンドレル部12の内側成形部12Aとメス型21の貫通孔部21Aの形状を変えることで、断面日の字状、角パイプ状、丸パイプ状、楕円形形状、等の中空形材を成形する際にも適用できる。この場合、ブリッジ部の形状は、それぞれの中空形材の形状に対応する最適の形状にすることが好ましい。
本発明の装置は、高力系合金、特に、いわゆる7000系といった最高強度アルミ合金からなる中空形材を成形する際に利用できる。
10 中空形材成形用押出ダイス
11 オス型
12 マンドレル部
12A 内側成形部
13 ブリッジ部
13A 外周径斜面
21 メス型
21A 貫通孔部
21B 支持面
21F 回り止め部
31 リング
31A 内周傾斜面
31B 先端面
50 中空形材
60 押出用材料であるビレット
P 押出力
P2 押出力に対するメス型からの抗力
Ps オス型下部に加わる引張応力
Pp リングからの圧縮応力
Pb 曲げ応力
11 オス型
12 マンドレル部
12A 内側成形部
13 ブリッジ部
13A 外周径斜面
21 メス型
21A 貫通孔部
21B 支持面
21F 回り止め部
31 リング
31A 内周傾斜面
31B 先端面
50 中空形材
60 押出用材料であるビレット
P 押出力
P2 押出力に対するメス型からの抗力
Ps オス型下部に加わる引張応力
Pp リングからの圧縮応力
Pb 曲げ応力
Claims (5)
- 押出成形品である中空形材の内側形状を成形するマンドレル部を有しかつ外周が押出方向に向かって拡径した外周傾斜面を有するオス型と、
前記マンドレル部の一部を収容すると共に前記中空形材の外側形状を成形する貫通孔部を有するメス型と、
前記オス型の外周傾斜面と同一角度の内周傾斜面を有するリングとを備えており、
前記リングは前記オス型を介して前記メス型に支持されており、
前記リングの内周傾斜面に前記オス型の外周傾斜面が圧入されることで前記リングとオス型とが一体化され、
前記リングと前記オス型との間に、前記リングとオス型との一体化における圧入寸法としての隙間を予め設けたことを特徴とする中空形材成形用押出ダイス。 - 前記リングの内周傾斜面と前記オス型の外周傾斜面との一体化は、
前記中空形材成形用のビレットに加えられる外力を利用して押出成形を実行する際に同時に行なわれることを特徴とする請求項1に記載の中空形材成形用押出ダイス。 - 前記リングの内周傾斜面と前記オス型の外周傾斜面との一体化は、
予め外部に準備された圧入装置により行なわれたものであることを特徴とする請求項1に記載の中空形材成形用押出ダイス。 - 前記メス型の前記支持面上に前記オス型の回転を防止する回転防止部を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の中空形材成形用押出ダイス。
- 前記ビレットが高力系合金であることを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一つに記載の中空形材成形用押出ダイス。
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