JP2010125475A - 中空形材成形用押出ダイス - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００１−７１０２５号公報 特開２００４−１７１２９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

本発明の押出ダイスの実施形態を示す全体平面図である。 図１におけるII−II線に沿った縦断面図である。 図２における中空形材成形用押出ダイスを分解した分解斜視図である。 前記実施形態のオス型とリングとの関係を示し、同図（Ａ）はオス型とリングとが係合した状態を示す縦断面図、同図（Ｂ）はリングにオス型が圧入された状態を示す縦断面図である。 前記実施形態のメス型を示す全体平面図である。 前記実施形態の押出ダイスの各部に作用する力の関係を示す縦断面図である。 図２におけるVII−VII線に沿った縦断面図である。 前記実施形態の押出ダイスにより成形される中空形材を示す平面図である。 前記実施形態の押出ダイスと従来のポートホールダイスとの各部の比較を示す比較図である。 従来のポートホールダイスを示す縦断面図である。 従来のスパイダーダイスを示す縦断面図である。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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