押出し加工完全ガイド：プロセス、メリット、限界の技術解説
押出し加工の定義
押出しとは、容器内に封入された金属ブロック（ビレット）を、特定の形状・寸法を持つ小さな開口部（ダイス）を通じて押し出し、目的の断面形状を得る製造プロセスです。
押出し加工のキーワード
ビレット
押出し対象材料の均一なブロック（例：アルミニウム押出し材）。サイズは使用機械により異なります。
ダイス
目的の断面形状に合わせた開口部を持つ円形鋼板。H-13ダイス鋼製で熱処理済み。高圧・高温に耐える必要があります。
ラム押出機
ビレットをダイスへ押し出すピストン/プランジャー。医師の注射器と同じ原理です。
押出しプロセス
- ビレットを加熱し、容易に変形可能な温度（可塑性・延性が高まる温度）まで上げる
- ビレットを容器に装填
- ラムがビレットをダイス開口部へ押し出す
- 金属は塑性変形を受け、押出し方向に伸長・断面縮小
- 製品断面はダイス開口部の形状に依存
このプロセスは閉鎖型鍛造の変形と見なせます。鍛造では本体が製品でフラッシュは廃棄されますが、押出しではダイスから流出する部分（フラッシュ）が製品となり、ダイス内に残るスラグは廃棄されます。
押出しは非鉄金属・合金（アルミニウム合金、銅、真鍮、青銅など）のソリッド/中空形状製造に広く用いられますが、溶融ガラス潤滑剤の開発により鉄鋼・フェロアロイも加工可能になりました。素材は鋳造または圧延ビレット。製品範囲は幅広く、直径3〜25 mmのロッド、直径20〜400 mm・肉厚1 mm以上のパイプ、他の機械加工では不可能な複雑形状まで対応。プラスチック押出しも可能です。
押出しの種類
直接押出し
加熱ビレットを容器に入れ、ラムでダイス方向へ押し出す。金属は容器壁面を滑りながらダイスを開口部を通過。操作終了時に容器内に「バットエンドスクラップ」と呼ばれる少量の金属が残り、押出し不能となる。中空形状を得るにはマンドレル周りに中空ビレットを使用するか、ソリッドビレットに予め穴を開けてマンドレルを通す。マンドレルをラムに固定し、ラム前進とともに金属が環状隙間を押し出されてチューブとなる。
間接押出し
ラム運動と逆方向に金属が押し出される。中空ラムを使用し、その先端にダイスを取り付ける。容器の反対側は閉じられている。ラムが移動するとダイスがビレットに圧力をかけ、変形金属がラム運動と逆方向のダイス開口部を通り、中空ラム内を通って製品として押し出される。
熱間押出し
ビレットを予熱してから押出しするプロセス。材料の再結晶温度以上で実施されるため、加工硬化を防ぎ、ダイス通過抵抗を低減できる。水平油圧プレス（230〜11,000トン）で実施。圧力範囲30〜700 MPa。潤滑剤として低温ではオイル/グラファイト、高温ではガラス粉を使用。
冷間押出し
常温で実施。酸化なし、加工硬化による高強度、高精度、良好な表面仕上げ、高速押出しが可能。対象材料：鉛、スズ、アルミニウム、銅、ジルコニウム、チタン、モリブデン、ベリリウム、バナジウム、ニオブ、鋼など。製品例：チューブ容器、消火器ケース、ショックアブソーバーシリンダー、ギアブランク。高延性材料で加熱不要で塑性加工可能な場合に適用。物理的特性向上と仕上げ部品製造を兼ねる。
押出し加工のメリット
- 圧延では不可能な逆テーパー形状など、極めて幅広い断面形状が可能
- ダイス交換のみで形状変更可能、段取り時間が短い
- 圧延品より寸法精度が高い
- ワンパス成形のため自動化が容易
- 鋳物より軽量・健全・高強度
- 鋳物より精度が高く、後加工が少ない
押出し加工の限界
- 工程歩留まり損失が圧延（1〜3%）より大きい
- 高価な合金工具鋼製ダイスによる工具コストが高い
- 生産性で圧延、特に連続圧延に大きく劣る
- 一般的に他工法よりコスト高
- 高接触応力・すべり速度により工具寿命が短い
- 一定断面形状のみ製造可能
産業技術