JP3555384B2 - 可変断面押出用ダイスおよび可変断面押出成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム等の成形材によって、特に長手方向に沿って断面形状が変化する管状の成形品を押出加工する際に用いて好適な可変断面押出用ダイスおよび当該ダイスを用いた可変断面押出成形方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般乗用車や自動２輪車、あるいはトラック等の各種車輌においては、車体の軽量化、耐久性の向上あるいはリサイクル性等において優れていることから、そのシャーシー部材、車体部材、バンパー材などのような構成部材として、従来の鉄製のものに代えてアルミニウムまたはアルミニウム合金製のものが多用されつつある。
通常このような各種の構成部材を製造するにあたっては、素材であるアルミニウムの融点が低いことから、押出加工が採用されている。この押出加工は、コンテナの先端部に上記構成部材の断面形状を有するダイス孔が穿設された押出用ダイスを固定し、コンテナ内に加熱したアルミニウム素材（ビレット）を挿入するとともに、このビレットを加圧機（ステム）によって押出用ダイス側に押圧して上記ダイス孔から押し出すことにより、上記構成部材を成形するものである。ちなみに、この押出加工によれば、押出用ダイスのダイス孔が一定の断面形状を有しているために、得られた上記構成部材も、長手方向に向けて一定の断面形状に成形される。
【０００３】
ところで、このような各種構成部材は、所定の機械的強度、換言すれば高い断面二次モーメントが得られる形状として、もっぱらウエブとフランジ部とを有するＨ形やＴ形の部材が用いられているが、いずれも断面形状の外法が大きくなり、省スペース化を妨げるという欠点があるとともに、使用箇所によっては上記フランジ部が他の取付部材と干渉するといった問題があることから、これらＨ形やＴ形の部材に代えて、より外法が小さくしかも機械的強度に優れる角管状の部材を使用することが検討されつつある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の押出用ダイスは、そのダイス孔が一定の断面形状であるために、角管状部材も長手方向に向けて一定の断面形状のものが成形されてしまう。一方、通常この種の構成部材にあっては、作用する曲げ応力分布が長手方向に沿って異なるため、結局大きな曲げ応力が作用しない部分において必要以上の寸法および強度を有するものとなってしまい、よって成形材が無駄になって不経済であるとともに、本来目的とする設置スペースのコンパクト化および軽量化を達成することができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、このような問題点を解決するために、例えば国際公開番号ＷＯ９３／００１８３に見られるような押出成形用ダイスを用いることも考えられる。
図１４および図１５は、上記国際公開によって開示された従来の押出成形用ダイスを示すもので、この押出成形用ダイスは、本来、銅製異形偏肉パイプを押出成形するためのものであって、図中符号１はコンテナー、２はマンドレル、３は加圧用ラム、４はビレットであり、コンテナー１の先端開口部にダイス５を設け、このダイス５に板状押出部材７を油圧シリンダ８によって上記ダイス５内に出没させるダイス断面可変装置６を設けたものである。
上記従来の押出成形用ダイスによれば、加圧用ラム３でコンテナー１内のビレット４をダイス５のダイス孔から押出しつつ、ダイス断面可変装置６の油圧シリンダ８を適宜作動させて板状押出部材７をダイス５のダイス孔内に出没させることにより、図１５に示すような、外周部の所望の箇所に突起部９…を有する可変断面の管状部材１０を成形することができる。
【０００６】
しかしながら、上記従来の押出成形用ダイスを上述したような角管状の各種構成部材の成形に適用しようとすると、マンドレル２により内径（内法）が長手方向に向けて一定であるのに対して、機械的強度を要する部分にのみ上記突起部９を形成することになるため、当該部分のみ突起部９が突出して肉厚が必要以上に厚くなり、よって成形材が無駄になり、かつ充分な軽量を図ることができないという問題点があるとともに、局部的に突起部９が形成されているために、当該突起部９が取付構造上邪魔になるといった問題点も生じる。
【０００７】
そこで、上記マンドレル２に代えて、テーパーマンドレルを使用することが考えられる。このテーパーマンドレルによれば、アルミニウム素材の押出成形と並行して当該テーパーマンドレルを進退させることにより、上記管状部材の内径を変化させることができる。
ところが、このようなテーパーマンドレルを用いた場合にも、管状部材全体としての肉厚を均一に成形することは困難であり、さらにはテーパーマンドレルを駆動させるために、装置全体が複雑化するとともに、制御が極めて難しくなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の押出用ダイスおよびこれを用いた押出成形方法が有する課題を有効に解決すべくなされたもので、アルミニウム等の成形材を押出加工するに際して、装置や制御の複雑化を招くこと無く、長手方向に向けて外法および内法を自由に変化させた管状部材を極めて容易に成形することができる可変断面押出用ダイスおよび当該押出用ダイスを用いた可変断面押出成形方法を提供することをその目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係る可変断面押出用ダイス（以下、押出用ダイスと略称する。）は、成形材の押出方向に順次配設された第１のダイスと第２のダイスとを備え、これら第１および第２のダイスには、互いの連通部分によって管状部材の外形を画成する第１のダイス孔および第２のダイス孔が穿設されるとともに、この第１のダイス孔内に、当該第１のダイス孔の少なくとも一の側壁との間に隙間を介して第１のコア部が配設され、かつ第２のダイスに、上記第２のダイス孔の少なくとも一の側壁との間に隙間を介して第２のダイスと一体的に移動可能かつ第１のコア部と押出方向に重複可能な第２のコア部が配設され、第１および第２のダイスは、第１および第２のダイス孔の少なくとも一部を環状に連通させて、押出方向と交差する方向に相対的に移動自在に設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、請求項２に記載の発明は、上記第１および第２のダイス孔が、互いに短辺の長さ寸法が等しい長方形に形成され、かつ上記第１のコア部が、第１のダイス孔の一方の短辺の側壁側に配設されているとともに、上記第２のコア部が、第２のダイス孔の他方の短辺の側壁側に配設され、かつ第１および第２のダイスが、互いの第１および第２のダイス孔の長辺の側壁を一致させて、当該長辺の側壁に沿って相対的に移動自在に設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の第１および第２のコア部の少なくとも一方が、上記側壁に沿って隙間を介して配設された複数の小コア部に分割されていることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記第１のダイスが、第１のダイス孔となる固定ダイス孔が穿設された固定メスダイスであり、かつ上記固定ダイス孔内に第１のコア部となる固定コアが配設されているとともに、上記第２のダイスが、第２のダイス孔となるスライドダイス孔が穿設されたスライドダイスであり、かつこのスライドダイスには、その表面から上記押出方向の上流側に湾曲する連結部が延出し、この連結部の先端部に、スライドダイス孔の側壁との間に隙間を介して当該スライドダイス孔内に配置された上記第２のコア部となるスライドコアの基端部が一体的に設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載のスライドコアが、上記固定コア上に積層状に配設され、かつ上記固定コアの側壁に孔部が穿設されるとともに、当該孔部内に、上記スライドコアの基端部が摺動自在に挿入されていることを特徴とするものである。
【００１３】
次いで、請求項６に記載の本発明に係る可変断面押出成形方法は、押出方向に断面形状が変化する管状部材を成形するための可変断面押出成形方法であって、上記請求項１〜５のいずれかに記載の押出用ダイスを用いて、当該押出用ダイスに向けて成形材を押出しつつ上記第１のダイスと上記第２のダイスとを相対的に移動させて、互いの第１および第２のダイス孔の連通部分によって上記管状部材の外形を成形するとともに、上記第１および第２のコア部によって上記管状部材の内形を成形することを特徴とするものであり、さらに請求項７に記載の発明は、上記成形材が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の押出用ダイスの実施形態について説明する。
図１〜図６は、本発明に係る押出用ダイスを、図１０に示すような断面方形であって、かつ押出方向に当該断面形状が変化する管状部材を成形することができるものに適用した一実施形態を示すものである。
これらの図において、この押出用ダイスは、成形材であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の押出方向に向けて順次積層状に配設された固定オスダイス１０、固定メスダイス（第１のダイス）１１およびスライドダイス（第２のダイス）１２とを備えてなるものである。上記固定メスダイス１１の下面中央部には、図６に示すような長方形状の固定ダイス孔（第１のダイス孔）１３が穿設されている。また、固定オスダイス１０には、その図中下面１０ａから固定ダイス孔１３側に向けて突出するダイス基台部１４が一体に形成されており、このダイス基台部１４の下面にオスダイス１５が形成されている。
【００１５】
このオスダイス１５は、その下端部に形成された略正方形状の固定コア（第１のコア部）１６が、固定ダイス孔１３の一方の短辺のベアリング部側壁１３ａと所定寸法の隙間Ｓを介して配置されるように、ダイス基台部１４の偏芯位置に形成されている。ここで、固定コア１６と固定ダイス孔１３の長辺１３ｂとの間にも同寸法の隙間が形成されている。そして、固定オスダイス１０のダイス基台部１４の周囲には、図示されないコンテナから送られてくるアルミニウム素材を固定ダイス孔１３に導くための流路１７…が穿孔されている。そして、固定メスダイス１１の下面に、上記スライドダイス１２が摺動自在に設けられている。
【００１６】
このスライドダイス１２の上面には、固定ダイス孔１３に隣接して図５に示すような同形の長方形状のスライドダイス孔（第２のダイス孔）１８が穿設されている。さらに、スライドダイス１２の上面には、図１〜図４に示すように、押出方向の上流側に湾曲する連結部１９が形成され、さらにこの連結部１９の先端部に、基端部２１が一体に形成されている。この基端部２１は、Ｔ字状に形成されており、その下端部に、スライドコア（第２のコア部）２０が一体に形成されている。このスライドコア２０は、図５に示すように、上記固定コア１６と同形の略正方形状に形成されたもので、スライドダイス孔１８の他方の短辺のベアリング部側壁１８ａとの間に、隙間Ｓを介してスライドダイス孔１８内に配置されている。ここで、上記隙間Ｓは、固定コア１６と固定ダイス孔１３との間の隙間Ｓと等しい寸法になるように設定されており、またスライドコア２０とスライドダイス孔１８の長辺１８ｂとの間にも同寸法の隙間が形成されている。
【００１７】
ここで、図４に示すように、固定オスダイス１０のオスダイス１５の側壁には、Ｔ字状の孔部２２が穿設されており、この孔部２２内に、スライドコア２０のＴ字状の基端部２１が摺動自在に挿入されている。これにより、スライドコア２０は、固定コア１６上に重複可能に積層状に配設され、かつ固定コア１６に対して摺動自在に配設されている。
そして、スライドダイス１２は、そのスライドダイス孔１８の長辺１８ｂを、固定ダイス孔１３の長辺１３ｂと一致させて、当該長辺１３ｂ、１８ｂに沿って図示されない油圧シリンダ等の駆動装置により、固定メスダイス１１に対して押出方向と直交する方向に移動自在に設けられている。
【００１８】
次に、図１〜図１０に基づいて、以上の構成からなる押出用ダイスを用いた本発明に係る可変断面押出成形方法の一実施形態について説明する。なお、図７〜図９は、それぞれスライドダイス１２を移動させた際の、固定ダイス孔１３および固定コア１６と、スライドダイス孔１８およびスライドコア２０との相対位置関係を示すもので、図中ハッチングで示す部分が各々の開口部分を示し、両ハッチングが重複する部分が、押出加工によって成形される管状部材の断面形状を示している。
【００１９】
先ず、スライドダイス１２の位置を調節して、図１に実線で示すように、スライドコア２０を固定コア１６と一致させた状態で押出成形を行なうと、アルミニウム素材は、流路１６からオスダイス１５の周囲の空間に流入し、さらに固定ダイス孔１３の上流側に位置する連結部１９の周囲を回り込んで、固定ダイス孔１３とスライドダイス孔１８との連通部分から押出されて行く。これにより、図７に示すように、固定コア１６（スライドコア２０）と固定ダイス孔１３およびスライドダイス孔１８との連通部分によって、図１０に示す管状部材３０における正方形の管状部分３１が押出される。ちなみに、上記管状部分３１の肉厚は、上記隙間Ｓと等しい寸法に成形される。
【００２０】
次いで、図示されない駆動装置によってスライドダイス１２を徐々に図中左方に移動させて行くと、スライドコア２０の基端部２１がオスダイス１５の孔部２２内を摺動することにより、図８に示すように、スライドコア１８もスライドダイス１２と一体に固定コア１６上を移動する。これにより、図１０に示す管状部材３０において、徐々に幅寸法が広くなる管状部分３２が押出される。
そして、図９に示すように、固定コア１６とスライドコア１８とが連続した位置において、上記管状部材３０における最も幅寸法の広い部分３３が押出成形される。次いで、上記駆動装置によって、上記工程とは逆にスライドダイス１２を徐々に図中左方に移動させて行くことにより、図１０に示す管状部材３０の全体の押出成形が完了する。
【００２１】
以上のように、上記押出用ダイスによれば、スライドダイス１２に、その表面から押出方向の上流側に湾曲する連結部を形成し、この連結部によって、スライドダイス孔１８との間に隙間Ｓをもって配設されたスライドコア２０を一体的に連結しているので、流路１６からオスダイス１５の周囲の空間に流入したアルミニウム素材を、上記連結部１９の周囲を回り込ませて、固定ダイス孔１３とスライドダイス孔１８との連通部分へと導いて行くことができる。
この結果、単にスライドダイス１２のみを移動させることにより、スライドダイス孔１８とスライドコア２０とを一体的に移動させて、これらと固定ダイス孔１３および固定コア１６との連通部分によって図１０に示したような管状部材３０を押出成形することができるため、別途テーパーマンドレル等の制御の複雑化を招く装置を必要とすること無く、長手方向に向けて肉厚が一定で、かつ多様な可変断面形状を有する管状部材３０を、装置や押出制御の複雑化を招くこと無く極めて容易に成形加工することができる。
【００２２】
加えて、スライドコア２０を固定コア１６上に積層状に配設し、かつオスダイス１５の側壁に形成した孔部２２内に、スライドコア２０の基端部２１を摺動自在に挿入して保持いるので、当該スライドコア２０を安定的に摺動させることができ、よって管状部材３０における成形精度をより一層向上させることが可能となる。
【００２３】
なお、上記実施の形態においては、オスダイス１５に、一の略正方形状の固定コア（第１のコア部）１６を、固定ダイス孔１３の一方の短辺のベアリング部側壁１３ａと所定寸法の隙間Ｓを介して形成し、他方スライドダイス１２に、上記固定コア１６と同形の略正方形状に形成された一のスライドコア（第２のコア部）を、スライドダイス孔１８の他方の短辺のベアリング部側壁１８ａとの間に、隙間Ｓを介して一体に形成した場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、例えば図１１に示す他の実施形態のように、第１のコア部として、２つの小固定コア（小コア部）４０、４０を、固定ダイス孔１３の一方の短辺との間に所定の隙間Ｓを介して並列的に形成し、他方スライドダイス１２に、第２のコア部として同形の２つのスライドコア（小コア部）４１、４１を同様にスライドダイス孔１８との間に所定の隙間Ｓを介して並列的に形成してもよい。
【００２４】
この押出用ダイスによれば、内部中央に補強用のリブ４２が形成されるとともに、長手方向に一定の肉厚で、かつ断面形状が変化する日字状の管状部材を押出成形することができる。したがって、上記小コア部を３つずつ形成すれば、内部に２条のリブが形成された目字状の可変断面の管状部材を押出成形することも可能である。
【００２５】
また、上記実施の形態においては、固定ダイス孔１３とスライドダイス孔１８とを同形の長方形に形成し、かつ互いの長辺１３ｂ、１８ｂを一致させた状態でスライドダイス１２を、固定メスダイス１１に対して移動自在に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１２に示す他の実施形態のように、固定ダイス孔５０によって常に成形体の外形を画成するように、スライドダイス５１のスライドダイス孔５２を、当該固定ダイス孔５０よりも大きな寸法に形成するとともに、上記固定ダイス孔５０の中央部に固定コア５３を配設し、かつスライドダイス孔５２の中央部に、スライドコア５４を当該スライドダイス５１と一体に形成してもよい。
【００２６】
この押出用ダイスによれば、上記スライドダイス５１を移動させて中央部にこれと一体的に形成されたスライドコア５４を、固定コア５３に対して図中矢印で示すように斜方向に移動させることにより、長手方向に外形が一定で、かつ肉厚が変化する管状部材を押出成形することができる。
【００２７】
さらに、図１３に示す他の実施形態のように、固定ダイス孔６０の隅部に側壁と隙間Ｓを介して固定コア部６１を配設し、他方固定ダイス孔６０と同形のスライドダイス孔６２の隅部に同様のスライドコア６３を一体的に配設して、スライドダイス６２およびスライドコア６３を図中矢印で示すように、対角方向に移動させることにより、長手方向に肉厚がほぼ一定となるように外形および肉厚が変化する管状部材を押出成形するようにしてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜５のいずれかに記載の押出用ダイスおよびこれを用いた請求項６または７に記載の可変断面押出成形方法によれば、第１のダイスに対して相対移動自在に設けられた第２のダイスに、その第２のダイス孔の少なくとも一の側壁との間に隙間を介して当該第２のダイスと一体的に移動可能かつ第１のコア部と押出方向に重複可能な第２のコア部を配設しているので、テーパーマンドレル等を用いること無く、単に第１のダイスまたは第２のダイスのみを相対移動移動させることにより、第２のダイス孔および第２のコア部を相対移動させて、第１のダイス孔および第１のコア部との連通部分によって、極めて容易に長手方向に向けて肉厚が一定で、かつ多様な可変断面形状を有する管状部材を押出成形することができる。
したがって、特に請求項７に記載の発明のように、成形材としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いて、一般乗用車や自動２輪車等の各種車輌における車体構成部材を押出成形する場合に用いて好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る押出用ダイスの一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のスライドダイスの要部を示す正面図である。
【図４】図１のオスダイスの要部を示す側面図である。
【図５】図１のスライドダイス孔部分の形状を示す平面図である。
【図６】図１の固定ダイス孔部分の形状を示す平面図である。
【図７】スライドダイス孔と固定ダイス孔との位置関係を示す平面図である。
【図８】図７のスライドダイス孔を移動させた際の位置関係を示す平面図である。
【図９】スライドダイス孔と固定ダイス孔とにより最大断面積の管状部分を成形する際の位置関係を示す平面図である。
【図１０】図７〜図９に示す移動によって成形された管状部材を示す斜視図である。
【図１１】本発明の他の実施形態における両ダイス孔部分の形状を示す平面図である。
【図１２】本発明のその他の実施形態における両ダイス孔部分の形状を示す平面図である。
【図１３】図１２の変形例における両ダイス孔部分の形状を示す平面図である。
【図１４】従来の押出成形装置を示す縦断面図である。
【図１５】図１４の押出成形装置によって成形された構造部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 固定オスダイス
１１ 固定メスダイス（第１のダイス）
１２ スライドダイス（第２のダイス）
１３、５０、６０ 固定ダイス孔（第１のダイス孔）
１３ａ 一方の短辺の側壁
１３ｂ 長辺
１５ オスダイス
１６、５３、６１ 固定コア（第１のコア部）
１８、５２、６２ スライドダイス孔（第２のダイス孔）
１８ａ 他方の短辺の側壁
１８ｂ 長辺
１９ 連結部
２０、５４、６３ スライドコア
２１ 基端部
２２ 孔部
４０、４１ 小コア部

Claims (7)

1. 押出方向に断面形状が変化する管状部材を成形可能な可変断面押出用ダイスであって、
   成形材の押出方向に順次配設された第１のダイスと第２のダイスとを備え、これら第１および第２のダイスには、互いの連通部分によって上記管状部材の外形を画成する第１のダイス孔および第２のダイス孔が穿設されるとともに、この第１のダイス孔内に、当該第１のダイス孔の少なくとも一の側壁との間に隙間を介して第１のコア部が配設され、かつ上記第２のダイスに、上記第２のダイス孔の少なくとも一の側壁との間に隙間を介して上記第２のダイスと一体的に移動可能かつ上記第１のコア部と上記押出方向に重複可能な第２のコア部が配設され、上記第１および第２のダイスは、上記第１および第２のダイス孔の少なくとも一部を環状に連通させて、上記押出方向と交差する方向に相対的に移動自在に設けられていることを特徴とする可変断面押出用ダイス。
2. 上記第１および第２のダイス孔は、互いに短辺の長さ寸法が等しい長方形に形成され、かつ上記第１のコア部は、上記第１のダイス孔の一方の上記短辺の側壁側に配設されているとともに、上記第２のコア部は、上記第２のダイス孔の他方の上記短辺の側壁側に配設され、かつ上記第１および第２のダイスは、互いの上記第１および第２のダイス孔の長辺の側壁を一致させて、当該長辺の側壁に沿って相対的に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の可変断面押出用ダイス。
3. 上記第１および第２のコア部の少なくとも一方は、上記側壁に沿って隙間を介して配設された複数の小コア部に分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変断面押出用ダイス。
4. 上記第１のダイスは、上記第１のダイス孔となる固定ダイス孔が穿設された固定メスダイスであり、かつ上記固定ダイス孔内に上記第１のコア部となる固定コアが配設されているとともに、上記第２のダイスは、上記第２のダイス孔となるスライドダイス孔が穿設されたスライドダイスであり、かつ上記スライドダイスには、その表面から上記押出方向の上流側に湾曲する連結部が延出し、この連結部の先端部に、上記スライドダイス孔の上記側壁との間に隙間を介して当該スライドダイス孔内に配置された上記第２のコア部となるスライドコアの基端部が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変断面押出用ダイス。
5. 上記スライドコアは、上記固定コア上に積層状に配設され、かつ上記固定コアの側壁に孔部が穿設されるとともに、当該孔部内に、上記スライドコアの基端部が摺動自在に挿入されていることを特徴とする請求項４に記載の可変断面押出用ダイス。
6. 押出方向に外形寸法および内形寸法が変化する管状部材を成形するための可変断面押出成形方法であって、上記請求項１〜５のいずれかに記載の可変断面押出用ダイスを用いて、当該可変断面押出用ダイスに向けて成形材を押出しつつ上記第１のダイスと上記第２のダイスとを相対的に移動させて、互いの第１および第２のダイス孔の連通部分によって上記管状部材の外形を成形するとともに、上記第１および第２のコア部によって上記管状部材の内形を成形することを特徴とする可変断面押出成形方法。
7. 上記成形材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項６に記載の可変断面押出成形方法。

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