押出成形（エクストルージョン）とは？工程、種類、実用応用を徹底解説

押出成形（エクストルージョン）とは

押出成形は、材料を所望の断面形状を持つダイス（金型）を通して押し出し、一定の断面プロファイルを持つ物体を連続的に製造するプロセスです。他の製造法に比べて2つの大きな利点があります：非常に複雑な断面形状を作れること、脆性材料でも加工可能なこと（材料には圧縮応力とせん断応力のみが作用するため）。また優れた表面仕上げが得られ、設計自由度が高いのも特徴です。

引抜き（ドローイング）は材料の引張強さを利用してダイスを通して引き抜く類似プロセスですが、1工程での形状変化量が限られるためシンプルな形状に限定され、多段階が必要です。ワイヤ製造の主流です。金属棒・管もよく引抜きで製造されます。

押出しは連続（理論上無限長）または半連続（多数のピースを生産）のいずれでも可能。高温・常温どちらでも実施できます。一般的な押出材料：金属、ポリマー、セラミック、コンクリート、粘土、食品。押出製品は総称して「押出材（エクストルーデート）」と呼ばれます。

「穴あけフランジ」とも呼ばれる中空形状は、単純な平面ダイスでは中心部を支えられないため作れません。代わりにダイスをブロック状に深さを持たせ、まず中心部を支える形状プロファイルで始め、ダイス内部で形状を徐々に最終形状へ変化させ、背面から中心部を支持します。材料が支持部を回り込み融合して目的の中空形状を形成します。

金属押出しは材料強度を向上させる効果もあります。

押出成形の特徴

• 複雑な断面形状を全長にわたり均一に作成可能
• 品質に影響する要因：ダイス設計、押出比、ビレット温度、潤滑、押出速度。詳細設計ガイド「直接金属押出しのための部品設計方法」で5つのキー設計変数とDFM押出し設計ヒントを解説
• 他の金属成形と同様、熱間・冷間どちらでも可能だが、一般に押出力低減と材料延性向上のため高温で実施
• 材料歩留まり向上と高生産速度による低コスト
• 脆性材料でも破断せず変形可能（圧縮・せん断応力のみ作用）
• 成形品は優れた表面仕上げで後加工を最小限に抑制
• 金属押出しは材料方向に有利な延伸結晶構造を形成
• 最小肉厚：アルミ約1mm、鋼約3mmまで実現可能

押出成形プロセスの種類

金属押出しは、押出流れ方向、力の伝達媒体、作業温度などにより以下のように分類されます。

• 直接押出し（順押出し）
• 間接押出し（逆押出し）
• 静水圧押出し
• 横押出し・縦押出し
• 熱間押出し
• 冷間押出し
• インパクト押出し

1. 直接押出し（順押出し）

最も一般的な押出し方式です。加熱ビレット（熱間押出しの場合）をプレス容器に装入し、背後にダミーブロックを配置。機械的または油圧ラムで材料を押し出しダイスを通過させます。まだ熱いうちに引き伸ばして矯正します。Core Materialsによる美しいアニメーションで工程が確認できます。

高温時の鋼材摩擦は溶融ガラスを潤滑剤として低減、低温時はグラファイト入りオイルを使用。ダミーブロックは熱間押出しでプレスステム（パンチ/ラム）先端を保護します。

パンチがストローク末端に達すると、少量のビレット（「バットエンド」）がダイス開口を通過できず残留します。

直接金属押出しのメリット

• ビレット改質不要
• 熱間・冷間両対応
• 他工法に比べ工具がシンプル

直接金属押出しのデメリット

• 摩擦による高押出力が必要
• バットエンドが容器内に残留
• パンチ移動に伴い必要押出力が変化

2. 間接押出し（逆押出し）

ダイスが油圧ラム先端にあり、ビレットに向かって移動しながら材料をダイスを通過させます。ビレット容器が静止しているため摩擦が少なく、消費電力が低減します。しかし、押出材がダイスから出る際の支持が困難です。

間接金属押出しのメリット

• 摩擦が少なく消費電力が低い
• 熱間・冷間両対応
• 工具がシンプル

間接金属押出しのデメリット

• 押出材の支持が困難
• 中空ラム構造のため印加荷重に制限

3. 静水圧押出し

チャンバー/キャビティをビレットより小さくし、油圧流体で満たしてラムからビレットへ力を伝達します。流体が三軸応力を与えるためビレットの成形性が向上します。流体シールは初期段階で考慮し、漏れ・圧力低下を防止する必要があります。

油圧流体が壁とビレットを隔離して摩擦を排除しますが、専用設備・長いセットアップ・低生産速度のため、他工法に比べ産業利用は限定的です。

静水圧金属押出しのメリット

• 摩擦なしで低動力・低押出力
• 高生産速度・高減面比
• ビレット温度が低い
• バランスの取れた力分布による均一な材料流動
• 大型ビレット・大断面押出し可能
• 容器内にビレット残渣なし

静水圧金属押出しのデメリット

• ビレット先端をテーパー加工しダイス進入角に合わせる必要
• 冷間押出しのみ可能
• 高圧流体の封じ込めが困難

4. 横押出し

容器が垂直位置にあり、ダイスが側面に配置されます。低融点材料に適しています。

5. インパクト押出し

冷間押出しの一種で間接押出しに類似し、鉛・アルミ・銅など軟質金属に限定されます。パンチを高速・高荷重で押し下げ、スラグを後方へ押出します。

押出肉厚はパンチとダイスキャビティのクリアランスで決まります。押出材はストリッパープレートでパンチから離型されます。

機械プレスを用い、高速・短ストロークで成形。パンチ・ダイスに極めて高い力が作用するため、工具には十分な衝撃耐性・疲労強度・強度が必要です。材料流れ方向により以下の3タイプに分類されます。

• 前進（フォワード）
• 後退（リバース）
• 複合（コンビネーション）

前進インパクト押出しでは金属流れ方向と力の方向が一致、後退では逆方向です。

インパクト金属押出しのメリット

• 材料歩留まり最大90%向上
• 機械加工時間最大75%短縮
• 二次加工工程の削減
• 多部品アセンブリの一体化
• 加工硬化による材料強度・機械加工性の向上
• 総部品コスト最大50%削減
• 片側閉じの薄肉中空管を後退インパクト押出しで量産可能

インパクト金属押出しのデメリット

• 形成軸に関して対称形状の部品のみ製造可能
• インパクト成形品の多くは、鍛造・アイロニング・機械加工など後工程が必要

押出成形の用途

• チューブ・中空パイプの生産に広く使用
• アルミ押出材は多業界の構造用途に採用
• 自動車産業でフレーム、ドア、窓枠などを製造
• プラスチック製品の生産に広く利用

押出成形のメリット

• 高押出比（ビレット断面積/押出品断面積の比）
• 複雑な断面形状を容易に作成
• 脆性・延性両材料に対応
• 冷間押出しで高い機械的特性を実現

押出成形のデメリット

• 初期・セットアップコストが高い
• 高い圧縮力が必要