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第12回目 押出し加工，引き抜き加工 材料加工 Ⅱ
工具のくぼみまたは穴の中に挿入した材料を加圧して，工具 に設けたすきまから流出させ，一定断面をもつ形状をつくる． 圧縮応力下での加工のため破断する危険が少ない． 複雑な断面形状の成形が可能であり，ステンレス鋼（SUS）， 銅，アルミニウム合金，Ti合金などの線，棒，管，異形材の成 形に利用される． 第12回目 押出し加工，引き抜き加工 圧力容器 （コンテナ） 生命医科学部 医工学科 バイオメカニクス研究室（片山・田中研） IN116N 田中 和人 E-mail: [email protected] 内線: 6408 工具（ダイス） 素材（ビレット） 教科書 p.163 図7.9 材料加工 Ⅱ Biomechanics Laboratory 素材，工具ともに加工時には高い圧縮応力 A ビレット断面積 押出し比 = o = Ae 押出し品断面積 長所 材料の変形能向上 加工しやすい • 押出し比 アルミニウム 500，鋼 40 • 高張力Al，Mg，Ti，Be，SUSも可能 材料の密着性が良好 精度良好 • 工具と材料：ビレットの自由度大 圧力容器 （コンテナ） • 異種材料：複合材料が成形可能 素材（ビレット） 短所 耐圧の装置が必要（高温になる） 密閉容器が必要 １回の押出量および押出速度に制限 押出し加工の特徴 工具 （ダイス） [email protected] 押出し加工（Extrusion）とは [email protected] 手動ねじや手動ポンプを使い鉛の銃弾，ビール管 機械化された鉛管用押出しプレス 内面にすずをクラッドした鉛管（複合材料） 黄銅の熱間押出し アルミニウムの熱間押出し 鋼の熱間押出し ガラス潤滑剤の発明 （鋼の押出し普及） 1950 静水圧押出し 1960 連続押出し 軟らかい金属 → 硬い金属／手動作業 → 機械化作業 バッチ作業 → 連続的作業 18C末 1820 1863 19C末 1910代 1930頃 1941 押出し加工の歴史 [email protected] ビレット：素材片 コンテナ：圧力容器 ダイス：型 ラム：加圧，加圧板：ラムを熱から守る マンドレル：心金 穴をあけることが出来る 前方押出し：加圧方向と材料流れが同一方 向（直接押出，正押出） 後方押出し：反対方向（間接押出，逆押出） 押出し加工 前方押出法，ラムの進行方向と製品の進行方向が同一 製品長さ，形状に対する制約：少 摩擦抵抗：大，ビレット長さ：大の場合，大きな押出圧が必要 プリントNo.10右 図1 参考文献 図8.1 教科書 p.164 図7.10 [email protected] 後方押出法，ラムの進行方向と製品の進行方向が逆 摩擦力の損失，動力損失：少，くず金：少 製品の長さに制約，小物部品の押出に限定 間接押出し加工 [email protected] 直接押出し加工 [email protected] ラム＋圧力媒体の中で素材を加圧，押し出し 摩擦の発生：無，押出力：小 設備：複雑，材料：均一に押し出し 超伝導線の押出にも利用（圧力が低いために有利） 静水圧押出し加工 [email protected] 低融点非鉄金属材料 低変形能金属材料 断面の複雑な製品 生産量の比較的少ないもの 押出し圧力に及ぼす断面形状の影響 同じ断面減少比ならほぼ同じ 断面減少比(r) = = Ao − Ae Ao ビレット断面積-押出し品断面積 ビレット断面積 pm ⎛ 1 ⎞ = C + D An⎜ ⎟ = C + D AnR Ym ⎝1− r ⎠ R：押出し比と呼ばれる 理想変形ならば，C=0，D=1 プリントNo.10右 表1 参考文献 表8.1 プリントNo.10右 図3 参考文献 図8.12 応用分野 押出し圧力に及ぼす温度と速度の影響 同じ速度に対して • 予熱温度：高→押出し圧力：小 押出し初期 • 速度：速→圧力：高 変形抵抗：ひずみ速度とともに増加 押出しの材料学 [email protected] 押出しの材料学 [email protected] 材料中の空洞はつぶされる 結晶粒は伸ばされる 不均一変形のため，再結晶して 微粒化する部分 粗大化する部分 発熱による表面欠陥 プリントNo.10右 2 参考文献 図8.13 [email protected] 押出し材の特徴 [email protected] 工具材料 Mo,W,V,Co,Niなどを含むもの プリントNo.10右 図4 素材の加熱 アルミニウム：400-500℃ 銅：700-900℃ プリントNo.10右 図5 参考文献 図8.19 鋼：1050-1150℃ 潤滑 アルミニウム合金：なし 銅：グラファイト，油 鋼，ニッケル，チタン：ガラス粉末 溶融して潤滑と断熱の役割 参考文献 図8.16 押出し工具 [email protected] 熱間押出し作業の工程 [email protected] 引抜き加工の定義 工具にすきまから材料を引き出し，断面積の減少と形状変 化をさせる加工法 BC20-30C：細い金線 8-9C:種々の線 12C:職業として引抜き屋 13C半:水力引抜き機 引抜き加工の定義 工具にすきまから材料を 引き出し，断面積の減少 と形状変化をさせる加工 法 プリントNo.9 図1 引抜き加工の歴史と定義 [email protected] 引抜き加工 [email protected] 穴ダイス引抜き 引抜き断面形状を有する穴 を持つ ローラダイス引抜き 自由回転する2個のローラー の間を通す タークスヘッド引抜き 4個のローラー 穴ダイス：引抜き品断面にあわせた穴 ダイの材質 超硬合金（WC-TiC-Co合金など） ダイヤモンド ダイス鋼 プリントNo.9 図3 プリントNo.9 図2 引抜き加工の工具 [email protected] 参考文献 図9.1 引抜き加工の分類 [email protected] 断面形状：丸，角，異形 空引き 肉厚制御が困難 心金引き（マンドレル引き） 内面寸法が決まる，小径，薄肉管 玉引き（固定心金引き） 内，外径をきれいに仕上げる 浮きプラグ引き 材料からの反力と引き込み力とのバラ ンス，細く長い管 押抜き法 底付き素管を用いて，マンドレルを後 方から押し込む 棒材と線材：直径によって分ける 直径5㎜以下：線引き プリントNo.9 図4 参考文献 図9.2 中空材の穴ダイスによる引抜き [email protected] 中実材（棒・線）の引抜き [email protected] 内部に心金を用いずに引き抜く方式，外径減少だけが目的 管とマンドレルを一緒に引抜く 管からマンドレルを取り除く工程があり，面倒 内外径寸法や肉厚精度の向上が顕著 空引き [email protected] マンドレル引き（心金引き） [email protected] 心金：心金棒で外部に固定，肉厚と外径の両方を減少させる 引抜き中プラグ（心金）：力のつり合いでダイ孔中に安定 長い管の製造には不適 長い細管の引抜き，数千mの銅細管も製造可能 固定心金引き [email protected] 浮きプラグ引き [email protected] 特徴 長さ方向：引張応力 横方向：圧縮応力 断面が長さ方向に次々と定常的に成形される 長所 寸法精度がよい プリントNo.9 図1 表面仕上げがよい 断面が小さな長尺物に適す（銅，Al:Φ10μm，ステンレス: Φ 0.5μm） ダイスの交換で，異なる断面が加工可能 冷間加工硬化による製品の弾性限向上 短所 1パスによる加工度が小さい（20-60%），工程が多くなる 引抜きを繰り返すと表面に割れが発生 比較的簡単な形状しか作れない（円形，多角形，長方形，スプ ライン） 加工度が大きいときは中間焼きなましが必要 利用状況 直径5-10mm以下の大部分の金属線，管 引抜き鋼線 • 釘，鋲，ねじ，ボルト，針金，ワイヤーロープ，プレストコンク リート用鋼線 銅，アルミニウム線 • 電線 プリントNo.9 図1 [email protected] 引抜き加工の特徴 冷間引抜き：加工硬化が進行 硬さ分布：表面ほど硬い 残留応力：表面に引張応力があると疲労強度低下 引抜きの材料学 引抜き加工の特徴 [email protected] シェブロンクラック：内部割れ 軸方向引張応力が最も高くなる プリントNo.9 図12, 13, 14 プリントNo.9 図15 参考文献 図9.7, 8, 9 参考文献 図9.10 [email protected] 引抜きによる欠陥 [email protected] 単式伸線機 比較的寸法の大きな線 生産量の少ない線 中間焼きなまし線 異形断面 一回のみで引抜き完了 するもの 連続伸線機 鋼，Al，銅，合金 中，細線 キャプスタン：動力駆動 ドローベンチ 引抜き後巻き取れないも の 連続自動ライン 引抜き-中間焼きなまし-表面処理 プリントNo.9 図9, 10, 11 プリントNo.9 図8 参考文献 図9.11, 12, 14 参考文献 図9.13 引抜き機械とライン [email protected] ダイレスドローイング ダイスを使わず変形抵抗を小さくして加工 加熱 強制潤滑引抜き 摩擦を減らしてダイス寿命を延ばす 発熱を押さえて速度を高くできる 製品表面を滑らかにする 引抜きの将来 潤滑，ダイス材料の改善 変形過程の力学的，材料学的解析 摩擦機構の解明 流体力学 的高圧力 発生 プリントNo.9 図6, 7 参考文献 図9.16, 18 引抜きの新技術 [email protected] 電線製造における連続自動ライン [email protected]