押し出しとは何ですか？-作業、タイプ、およびアプリケーション

押し出しとは何ですか？

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り、固定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のみに遭遇するため、脆い材料を加工します。また、優れた表面仕上げを作成し、設計プロセスでかなりの自由な形状を提供します。

引き抜きも同様のプロセスであり、材料の引張強度を使用してダイを通して引き抜きます。 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、通常は複数の段階が必要になります。線画はワイヤーを作る主な方法です。金属製の棒やチューブもよく描かれます。

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（多くのピースを生成する）の場合があります。それは、高温または低温の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、打ち出し粘土、および食品が含まれます。押出製品は一般に押出物と呼ばれます。

「ホールフランジング」とも呼ばれる、押し出し材料内の中空キャビティは、ダイの中央バリアを支持する方法がないため、単純なフラット押し出しダイを使用して作成することはできません。代わりに、ダイは、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めて、深さのあるブロックの形状を想定します。

次に、ダイの形状は、その長さに沿って内部で最終的な形状に変化し、吊り下げられた中央の部品がダイの背面から支えられます。材料はサポートとヒューズの周りを流れて、目的の閉じた形状を作成します。

金属の押し出しも強度を高めることができます。

押し出しの特性

• 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
• 押し出しの品質に影響を与える要因は、ダイの設計、押し出し率、ビレット温度、潤滑、および押し出し速度です。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用設計（DFM）押出成形の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、高温または低温のいずれかで実行できますが、このプロセスは通常、押し出し力を低減し、材料の延性を向上させるために高温で実行されます。
• 原材料の浪費の削減と高い生産率による低コスト
• 脆性材料は、ストック部分に圧縮力とせん断力を加えるだけなので、裂けることなく変形できます。
• 成形された部品は、後処理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結晶粒構造を生成する傾向があります。
• 最大1mm（アルミニウム）から約3mm（鋼）の最小肉厚を達成できます

押し出しプロセスの種類

金属押出成形は、押出成形の流れの方向、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
• 静水圧押出成形
• 横方向または縦方向の押し出し
• 熱間押出し
• 冷間押出し
• 衝撃押し出し

1。直接押し出し

直接押し出しは、前方押し出しと呼ばれることもあり、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（熱間押出しのみ、後述）をプレスキャビティコンテナにロードすることから始めます。プレスキャビティコンテナでは、ダミーブロックがその後ろに配置されます。

次に、機械式または油圧式の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、パーツ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ています。

直接押出成形では、溶融ガラスを潤滑剤として使用することで高温の鋼による高摩擦を低減し、低温の潤滑にはグラファイト粉末を含むオイルを使用します。ダミーブロックは、熱間押出しでプレスステム（パンチまたはラム）の先端を保護するために使用されます。

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ごく一部をダイの開口部から押し出すことができなくなります。

直接金属押し出しの利点

• ビレットの変更は必要ありません
• 熱間押出しと冷間押出しの両方に使用できます
• 他の押し出しプロセスと比較したシンプルな工具

直接金属押し出しの欠点

• 摩擦による高い力の要件
• バットエンドはキャビティ内に残っています
• パンチが動くと、ラムを押すのに必要な力が変化します

2。間接押し出し

間接押し出しでは、ダイは油圧ラムの端に配置され、キャビティ内のビレットに向かって移動して、材料をダイに押し出します。これを下の図2に示します。

このプロセスは、ビレットの摩擦が少ない静的なビレットコンテナにより、消費電力が少なくなります。ただし、押出物がダイを出るときに、押出部品を支持することは困難です。

間接的な金属押し出しの利点

• 摩擦が少なく、使用する電力が少ない
• 熱間押出しと冷間押出しの両方に使用できます
• 他の押し出しプロセスと比較したシンプルな工具

間接的な金属押し出しの欠点

• 押し出された部分をサポートするのが難しい
• 中空ラムは加えられる負荷を制限します

3。静水圧押出し

静水圧押出成形では、チャンバー/キャビティはビレットよりも小さくなり、ラムからビレットに力を伝達する油圧作動油で満たされます。流体によって3軸の力が加えられますが、圧力によってビレットのビレット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、初期段階で液体の密封を検討する必要があります。

油圧作動油は壁とビレットを分離することで摩擦を排除しますが、特殊な装置要件により、他の押出プロセスと比較して、セットアップ時間が長く、生産率が低いため、業界での使用が制限されます。

静水圧金属押し出しの利点

• 摩擦がないため、電力/力の要件が低い
• 速い生産率と高い削減率
• ビレット温度を下げる
• バランスの取れた力の分散により、材料の流れも均一になります
• 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
• 容器にビレットの残留物が残っていません

静水圧金属押し出しのデメリット

• ビレットは、ダイの進入角度に合わせて一端を先細にすることで準備する必要があります
• 冷間押出しのみが可能です
• 高圧流体を封じ込めるのが難しい

4。横方向の押し出し

横押し出しでは、画像に示すようにコンテナは垂直位置にあり、ダイは側面に配置されています。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

衝撃押し出しは、間接押し出しと非常によく似た冷間押し出しカテゴリの一部であり、鉛、アルミニウム、銅などのより柔らかい金属に限定されます。概略図が示すように、パンチは高速で押し下げられ、スラグに極端な力が加わり、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。押出物は、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。

衝撃押出成形では、機械プレスがよく使用され、部品は高速で比較的短いストロークで成形されます

パンチとダイに作用する力は非常に大きいため、工具は、衝撃によって金属を押し出すのに十分な耐衝撃性、耐疲労性、および強度を備えている必要があります。衝撃押出は、材料の流れによって次の3つのタイプに分類できます。

• 転送
• リバース
• 組み合わせ

順方向衝撃押し出しでは、金属は力が加えられるのと同じ方向に流れますが、逆方向衝撃押し出しでは反対方向に流れます。

インパクトメタル押し出しの利点

• 最大90％の原材料の節約
• 加工時間を最大75％短縮
• 二次加工操作の排除
• 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改善
• 部品の総コストを最大50％大幅に削減
• 一端が閉じた中空の薄肉チューブは、製造業で後方衝撃押し出しによって製造されることがよくあります。

インパクトメタル押し出しのデメリット

• パーツが形成される軸に対して対称である限り、生成されます
• 業界では、衝撃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、アイロン掛け、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

• 押し出しは、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は、多くの産業で構造作業に使用されています。
• このプロセスは、自動車産業でフレーム、ドア、窓などを製造するために使用されます。
• 押し出しは、プラスチックオブジェクトの製造に広く使用されています。

押し出しの利点

• 高い押し出し率（押し出し部分の断面積に対するビレットの断面積の比率です）。
• 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実行できます。
• 冷間押出しにより、高い機械的特性を実現できます。

押し出しのデメリット

• 初期費用またはセットアップ費用が高い。
• 高い圧縮力が必要です。