押出加工の仕組み、種類、用途、メリット・デメリットを徹底解説

押出加工（エクストルージョン）とは

押出加工は、金属または工作物をダイを通して流すことで断面積を減らし、または所望形状に変換する金属成形プロセスです。このプロセスはパイプと鋼棒製造に広く使用されています。工作物を押し出すために使用される力は圧縮性を持ちます。このプロセスは引抜きプロセスと類似していますが、引抜きプロセスは引張応力を用いて金属工作物を延伸させるのに対し、押出は圧縮力を使用します。圧縮力により引抜きと比較して単パスで大きな変形が可能です。最も一般的に押出される材料はプラスチックとアルミニウムです。

作動原理

押出はシンプルな圧縮金属成形プロセスです。このプロセスでは、ピストンまたはプランジャーを使用して工作物に圧縮力を適用します。プロセスは以下のように要約できます：

1. ビレットまたはインゴット（標準サイズの金属工作物）を製造する。
2. このビレットを熱間押出では加熱し、冷間押出では室温で保持し、押出プレスに配置する（押出プレスはピストンシリンダーデバイスのようなもので、金属をシリンダーに配置しピストンで押す。シリンダー上部にダイが取り付けられている）。
3. プレスに取り付けられたプランジャーによってこの部品に圧縮力を適用し、ビレットをダイ方向に押す。
4. ダイは所要断面の小さな開口部である。この高圧縮力により工作金属がダイを通って流れ、所望形状に変換される。
5. 押出された部品をプレスから取り出し、より良い機械的特性のために熱処理する。

これが押出プロセスの基本作動です。

押出の種類

押出プロセスは以下の種類に分類されます：

金属流れ方向による分類

直接押出（ダイレクトエクストルージョン）

このタイプの押出プロセスでは、金属がパンチ供給方向に流れるよう強制されます。パンチは押出中にダイに向かって移動します。ビレットと容器間の摩擦が大きいため、このプロセスはより高い力を必要とします。

間接押出（インダイレクトエクストルージョン）

このプロセスでは、金属がプランジャー移動と反対方向に流れます。ダイはパンチ移動の反対側に取り付けられます。このプロセスでは、パンチと容器の間の環状空間を通って金属が流れることを許容します。

静水圧押出（ハイドロスタティックエクストルージョン）

このプロセスは流体を用いてビレットに圧力を適用します。ビレットがシリンダー壁にもプランジャーにも接触しないため摩擦が排除されます。ビレットとプランジャーの間に流体があります。プランジャーが流体に力を加え、これがさらにビレットに適用されます。通常植物油が流体として使用されます。このプロセスは漏れ問題と押出速度の制御不能によって達成されます。

作動温度による分類

熱間押出（ホットエクストルージョン）

押出プロセスが再結晶温度以上（融点の約50〜60％）で行われる場合、熱間押出と呼ばれます。

メリット：

• 冷間加工と比較して低い力で済む
• 熱間形態での作業が容易
• 製品は加工硬化からフリー

デメリット：

• 押出部品のスケール形成により表面仕上げが悪い
• ダイ摩耗が増大
• 高いメンテナンスが必要

冷間押出（コールドエクストルージョン）

押出プロセスが結晶化温度以下または室温で行われる場合、冷間押出と呼ばれます。アルミニウム缶、シリンダー、チューブ等がこのプロセスの例です。

メリット：

• 高い機械的特性
• 高い表面仕上げ
• 金属表面に酸化なし

デメリット：

• 高い力が必要
• 製品は加工硬化を伴う

用途

• 押出はチューブと中空パイプの生産に広く使用
• アルミニウム押出は多くの産業で構造作業に使用
• このプロセスは自動車産業でフレーム、ドア、窓等の製造に使用
• 押出はプラスチックオブジェクトの生産に広く使用

メリットとデメリット

メリット

• 高い押出比（ビレット断面積と押出部品断面積の比）
• 複雑断面を容易に作成可能
• 脆性材料と延性材料の両方で作業可能
• 冷間押出により高い機械的特性を達成可能

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

今日、押出プロセスの作動、種類、用途、メリット・デメリットについて学びました。ご質問がありましたらコメントでお知らせください。この記事がお役に立てば幸いです。ぜひソーシャルネットワークで共有し、当サイトを購読してさらなる興味深い記事をお楽しみください。