押出成形

押出成形とは

押出成形とは、塑性加工の一手法で、素材を高圧で型枠から押し出して、特定の断面形状を形成する技術です。この方法により、非常に複雑な形状を作成可能で、素材が持つ応力が圧縮応力とせん断応力のみに限定されるため、脆い素材でも成形が可能です。押し出された素材の表面は滑らかになり、仕上げ作業が原則不要です。

概要

素材はまず圧縮され、ダイスと呼ばれる金型から押し出されます。一般的に、押出成形で使用される素材には金属、ポリマー、セラミックス、コンクリート、食品などがあります。アルミニウム製品、特にアルミサッシの製造に広く利用されており、理論的には無限に長い物体を作り出すことができます。押出成形は、熱い素材にも冷たい素材にも適用可能ですが、単純な金型では中空部分の形成が難しく、特別な設計が必要です。

押出成形の歴史

押出成形の起源は1797年に遡ることができます。この年、ジョゼフ・ブラーマが鉛管を製造するための押出成形プロセスの特許を取得しましたが、実際には装置が製作されることはありませんでした。その後、1820年にThomas Burrが油圧式押出成形装置を開発し、1994年にはAlexander Dickが銅や真鍮の押出成形法を確立しました。

操作プロセス

押出成形のプロセスは、まず材料を加熱し、圧力が加えられる容器に入れます。金型は容器の一端に取り付けられており、もう一方からはダミーブロックで圧力をかけることで、素材が金型を通過して押し出されます。この際、押出し比（断面積の比率）が重要です。

押出の種類

• - 熱間押出: 材料を再結晶化温度以上で加工し、圧力をかけることで熱処理を行います。潤滑剤が必要で、機械の維持費が高くなる傾向があります。
• - 冷間押出: 常温またはそれに近い状態で行い、強度が向上し、表面も滑らかになります。鉛、スズ、アルミニウム、銅などが主な素材です。
• - 温間押出: 常温より高いが再結晶化温度より低い温度で行います。

加工装置

押出加工装置は、動く部分や圧力のかけ方に応じていくつかに分類されます。直接押出、間接押出といった手法があり、液圧式と機械式の違いもあります。直接押出は最も一般的で、ビレットをコンテナに入れて押し出す方法です。間接押出と液圧押出は摩擦を減少させる利点がありますが、それぞれに欠点も存在します。

中空部分の形成

中空形状を形成するためには、押出し前に素材を中空にする方法や、金型にマンドレルを使う方法があります。これにより、押出された製品に必要な形状を持たせることができます。

材料の利点と欠点

押出成形で使用される主な金属はアルミニウム、銅、鉛、スズなどです。これらはそれぞれ異なる温度と圧力条件下で加工され、特にアルミニウムは軽量で加工しやすく、重要な素材となっています。に対し、押出成形には表面のヒビや表面欠陥といった課題も存在します。プロセスの細部や材料の選定が重要です。

まとめ

押出成形は、素材の形状を自由にデザインできる一方で、適切なプロセス管理が求められます。設計の工夫や製造条件の調整により、高品質な製品を生み出すことが可能です。

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