押し出しとは - 働き、種類、用途

押し出しとは?

押し出しは、目的の断面のダイに材料を押し込むことによって、固定された断面プロファイルのオブジェクトを作成するために使用されるプロセスです。他の製造プロセスに対する 2 つの主な利点は、非常に複雑な断面を作成できることです。材料は圧縮応力とせん断応力しか受けないため、もろい材料を加工することができます。また、優れた表面仕上げを作成し、設計プロセスでかなり自由度の高い形状を実現します。

絞り加工も同様の工程で、素材の引っ張り強さを利用して金型から引き抜きます。 1 つのステップで実行できる変更の量が制限されるため、より単純な形状に制限され、通常は複数のステージが必要になります。伸線は、ワイヤを製造する主な方法です。金属の棒や管もよく描かれています。

押し出しは、連続的 (理論的には無限に長い材料を生成する) または半連続的 (多くの部分を生成する) の場合があります。熱いまたは冷たい材料で行うことができます。一般的に押し出される材料には、金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、粘土、食品などがあります。押し出しの製品は、一般に押し出し物と呼ばれます。

「穴フランジ加工」とも呼ばれ、ダイの中央バリアをサポートする方法がないため、単純なフラット押出ダイを使用して押出材料内の中空キャビティを製造することはできません。代わりに、ダイは深さのあるブロックの形状を想定し、最初に中央セクションをサポートする形状プロファイルから始まります.

ダイの形状は、その長さに沿って最終的な形状に内部的に変化し、吊り下げられた中央のピースがダイの背面から支えられます。材料はサポートと融合の周りを流れ、目的の閉じた形状を作成します。

金属の押し出しは、強度を高めることもできます.

押し出しの特徴

• 複雑な断面を作成でき、押出物の全長にわたって均一になります
• 押出の品質に影響を与える要因は、金型の設計、押出比、ビレット温度、潤滑、押出速度です。金属押出成形の詳細な設計ガイド「直接金属押出成形用の部品を設計する方法」を確認して、金属押出成形の 5 つの主要な設計変数と、製造のための設計 (DFM) 押出設計のヒントを理解してください。
• 他の金属成形プロセスと同様に、熱間または冷間で実行できますが、このプロセスは通常、押し出し力を減らして材料の延性を向上させるために高温で実行されます
• 原材料の無駄の削減と高い生産率による低コスト
• もろい材料は、ストック パーツに圧縮力とせん断力しか作用しないため、裂けずに変形できます
• 形成された部品は、後処理の機械加工を最小限に抑える優れた表面仕上げを備えています
• 金属の押し出しは、材料の方向に好ましい細長い粒子構造を生成する傾向があります。
• ~1mm (アルミニウム) から ~3mm (スチール) の最小肉厚を達成できます

押出プロセスの種類

金属の押し出しは、押し出しの流れの方向、力を加えるために使用される媒体、作業温度などに応じて、次のカテゴリに細分化およびグループ化できます。

• 直接押し出し
• 間接押し出し
• 静水圧押出
• 横方向または縦方向の押し出し
• 熱間押出
• 冷間押出
• 衝撃押し出し

1.直接押し出し

直接押し出し (前方押し出しと呼ばれることもあります) は、最も一般的なタイプの押し出しです。加熱されたビレット (熱間押出のみ、後述) をプレス キャビティ コンテナーにロードすることから始めます。このコンテナーの背後にダミー ブロックが配置されます。

次に、機械または油圧ラムが材料を押して、ダイから押し出します。次に、まだ熱いうちに、部品を伸ばしてまっすぐにします。このプロセスはコア マテリアルによって美しくアニメーション化されます。

直接押出しでは、高温での鋼によって引き起こされる高い摩擦は、溶融ガラスを潤滑剤として使用して低減され、グラファイト粉末を含むオイルは低温での潤滑に使用されます。ダミーブロックは、熱間押出時のプレスステム（パンチやラム）の先端を保護するために使用します。

パンチがストロークの終わりに達すると、「バットエンド」と呼ばれるビレットの小さな部分がダイの開口部から押し出されなくなります。

直接金属押出の利点

• ビレットの改造は不要
• 熱間押出と冷間押出の両方に使用可能
• 他の押出プロセスに比べて工具がシンプル

直接金属押し出しの欠点

• 摩擦による大きな力が必要
• キャビティ内にバットエンドが残っている
• ラムを押すのに必要な力は、パンチの動きに応じて変化します

2.間接押し出し

間接押出では、ダイは油圧ラムの端にあり、キャビティ内のビレットに向かって移動して、材料をダイに押し込みます。これを下の図 2 に示します。

このプロセスは、静止したビレット コンテナーによりビレットの摩擦が少なくなるため、消費電力が少なくなります。ただし、押出物がダイから出るときに、押出成形品を支えるのは困難です。

間接金属押し出しの利点

• 摩擦が少なく、消費電力が少ない
• 熱間押出と冷間押出の両方に使用可能
• 他の押出プロセスに比べて工具がシンプル

間接金属押し出しの欠点

• 押し出し部分を支えるのが難しい
• 中空のラムが適用される負荷を制限します

3.静水圧押出

静水圧押出では、チャンバー/キャビティはビレットよりも小さく作られ、ラムからビレットに力を伝達する作動油で満たされます。流体によって 3 軸力が加えられますが、圧力によってビレットの成形性が向上します。漏れや減圧の問題を回避するために、早い段階で流体を密閉することを検討する必要があります。

作動油は、壁とビレットを分離することで壁とビレットの間の摩擦をなくしますが、特殊な装置が必要なため、セットアップ時間が長く、生産速度が遅いため、他の押出プロセスと比較して業界での使用が制限されています。

静圧金属押し出しの利点

• 摩擦がないため、必要な動力/力が少ない
• 速い生産率と高い削減率
• ビレット温度の低下
• バランスの取れた力の配分による均一な材料の流れ
• 大きなビレットと大きな断面を押し出すことができます
• コンテナにビレットの残留物が残りません

静水圧金属押し出しの欠点

• ビレットは、ダイの入口角度に合わせて一方の端にテーパーを付けて準備する必要があります
• 冷間押出のみ可能
• 高圧流体の封じ込めが困難

4.横方向の押し出し

横押出しでは、容器は画像のように垂直位置にあり、ダイは側面にあります。このプロセスは、低融点材料に適しています。

5.衝撃押し出し

衝撃押出は、間接押出と非常によく似た冷間押出カテゴリの一部であり、鉛、アルミニウム、銅などの軟質金属に限定されます。回路図が示すように、パンチは高速で押し下げられ、スラグに極端な力がかかり、後方に押し出されます。

押し出しの厚さは、パンチとダイ キャビティの間のクリアランスの関数です。押し出し物は、ストリッパー プレートを使用してパンチから滑り落ちます。

衝撃押し出しの場合、機械プレスがよく使用され、パーツは高速で比較的短いストロークで成形されます

パンチやダイにかかる力は非常に大きいため、衝撃で金属を押し出すには、十分な耐衝撃性、耐疲労性、強度を備えた工具が必要です。衝撃押出は、材料の流れによって次の3種類に分けられます。

• 進む
• リバース
• 組み合わせ

フォワード インパクト押出では、金属は力が伝達されるのと同じ方向に流れますが、リバース インパクト 押出では反対方向に流れます。

衝撃金属押出の利点

• 原材料を最大 90% 節約
• 加工時間を最大 75% 短縮
• 二次加工作業の排除
• マルチパート アセンブリの削減
• 材料の冷間加工による材料強度と機械加工の機械的特性の向上
• 総部品コストを最大 50% まで大幅に削減
• 片端が閉じた中空の薄肉チューブは、多くの場合、製造業で後方衝撃押出によって製造されます。

衝撃金属押し出しの欠点

• 部品が形成された軸に対して対称である限り、製造されます
• 業界では、衝突によって形成された部品の多くは、完成する前に金属鍛造、しごき加工、機械加工などのさらなる製造プロセスを必要とします

押し出しの適用

• 押出成形は、チューブや中空パイプの製造に広く使用されています。
• アルミニウム押し出し材は、多くの業界の構造物に使用されています。
• このプロセスは、自動車業界でフレーム、ドア、窓などを製造するために使用されます。
• 押出成形は、プラスチック製品の製造に広く使用されています。

押し出しの利点

• 高い押出比 (ビレットの断面積と押出された部品の断面積の比)
• 複雑な断面を簡単に作成できます。
• この作業は、脆性材料と延性材料の両方で行うことができます。
• 冷間押出により高い機械的特性を実現

押し出しのデメリット

• 高い初期費用またはセットアップ費用
• 高い圧縮力が必要。