JP2000102816A - アルミニウム合金熱間押出ダイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａｌ合金チューブなどを高品質、高寸法精度
で押出すことができる耐摩耗性に優れ、長寿命で、且つ
安価なＡｌ合金熱間押出ダイスを提供する。 【解決手段】 Ａｌ合金熱間押出ダイスのベアリング部
にのみＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミックス
層が放電硬化処理により被覆されている。 【効果】 セラミックス層が放電硬化処理法により被覆
されているので得られる押出材は寸法安定性に優れる。
前記セラミックス層は前記ベアリング部にのみ被覆さ
れ、それ以外には被覆されていないため、押出時のダイ
ベンディングでの脆性割れ起点が増加するようなことが
なく、従って長いダイス寿命が得られ、またセラミック
ス層の被覆時間が短くて済みコスト的に有利であり、ま
たセラミックス層の剥離片が押出材の品質を低下させる
こともなく、さらにフライス加工によるダイス内面の補
修も容易に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
チューブなどを高品質、高寸法精度で押出すことができ
る耐摩耗性に優れ、長寿命で、且つ安価なアルミニウム
合金熱間押出ダイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金熱間押出ダイスの寿命
は押出材の加工コストに大きく影響するため、押出ダイ
スは全面に窒化処理を施して耐摩耗性を改善している。
この押出ダイスは、窒化処理層が損耗すると再度窒化処
理して繰り返し使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の窒
化処理法には、ダイス全面が窒化処理されるため、押出
時のダイベンディングでの脆性割れ起点が増えることに
なり、また窒化処理により靱性が低下しオス型のマンド
レル部分は破損し易くなり、さらにフライス加工による
ダイス内面の補修が困難になるなどの問題がある。さら
に、近年、アルミ押出材の形状複雑化、押出材の薄肉
化、高速押出化などが進展し、それに伴って窒化処理の
再処理頻度が増え、再処理時間の増大、窒化処理層の剥
離片の混入などが新たな問題として浮上してきている。

【０００４】このため、押出ダイス全面にＴｉＮ、Ｔｉ
ＣＮ、ＣｒＮ、ＷＣなどのセラミックス層をＰＶＤ法や
ＰＣＶＤ法により被覆した押出ダイスが提案されている
が、これらの押出ダイスにも、前述のダイス全面にセラ
ミックス層を被覆することによる問題がある外、次のよ
うな問題があり実用に至っていない。 処理コストが窒化処理コストの数十倍高い。処理前
にダイス全面の酸化膜を徹底的に除去する必要があり工
数が多い。放電加工面やワイヤーカット面などは変質
層となりセラミックス層の密着性が極端に低下する。こ
のようなことから、本発明者等は鋭意研究を行い、前記
従来の押出ダイスに見られる諸問題は、セラミックス層
を放電硬化処理により所要箇所にのみ被覆することによ
り解決し得ることを知見し、更に研究を進めて、本発明
を完成させるに至った。本発明は、アルミニウム合金チ
ューブなどを高品質、高寸法精度で押出すことができる
耐摩耗性に優れ、長寿命で、且つ安価なアルミニウム合
金熱間押出ダイスの提供を目的とする。本発明は、特に
押出圧力が高い薄肉複雑形状の押出形材の製造に適して
いる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
アルミニウム合金熱間押出ダイスのベアリング部にのみ
ＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミックス層が放
電硬化処理により被覆されていることを特徴とするアル
ミニウム合金熱間押出ダイスである。

【０００６】請求項２記載の発明は、アルミニウム合金
熱間押出ダイスがメス型とオス型からなり、前記メス型
のベアリング部および前記オス型のマンドレル先端部に
のみＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミックス層
が放電硬化処理により被覆されていることを特徴とする
アルミニウム合金熱間押出ダイスである。

【０００７】請求項３記載の発明は、前記放電硬化処理
により被覆されるセラミックス層の厚さが２〜１０μｍ
であることを特徴とする請求項１または２記載のアルミ
ニウム合金熱間押出ダイスである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、前記セラミック
ス層の被覆に用いる放電硬化処理は、例えばＡｒ⁺ のグ
ロー放電により被処理物表面を清浄にし、一方硬化用金
属（ＴｉまたはＣｒなど）を蒸発させ、ラジカルなＮあ
るいはＣを含むＡｒ⁺ との衝突で硬化用金属をイオン化
させ、イオン化した硬化用金属を活性化状態で被処理物
に衝突させてＴｉＮ、ＴｉＣ、ＣｒＮ、ＣｒＣなどのセ
ラミックス層を堆積させる処理である。この放電硬化処
理は、堆積するセラミックス層が硬く耐摩耗性に優れ、
しかも微細部の処理に適しているためセラミックス層を
押出ダイスのベアリング部にのみ被覆する場合などに極
めて有利である。また変質層が生じないため密着性に優
れ、さらに前述のようにＡｒ⁺ のグロー放電により被処
理物表面が清浄化されるので、酸化層を除去する手間が
省ける。

【０００９】以下に、本発明の押出ダイスを図を参照し
て具体的に説明する。図１は中実材を押出すソリッドタ
イプ押出ダイスの実施形態を示す縦断面図である。この
ソリッドタイプ押出ダイスは、フローガイド１とソリッ
ドダイス２からなり、加圧供給される押出素材（メタ
ル）はフローガイド１のメタル溜まり部１ａ内でメタル
供給量がコントロールされ、メタルはソリッドダイス２
のベアリング部２ａで流速がコントロールされて製品形
状に成形される。前記ベアリング部２ａにはセラミック
ス層が被覆されている。セラミックス層の被覆部分の広
さは摩耗の状況により適宜決められる。

【００１０】図２は中空材を押出すホロータイプ押出ダ
イスの実施形態を示す縦断面図である。このホロータイ
プ押出ダイスは、中空部を成形するオス型３と、外側形
状を成形するメス型４とからなり、オス型３のポート部
３ａでメス型４へのメタル供給量がコントロールされ、
オス型３のマンドレル先端部３ｂで中空形状が形成され
る。またメス型４のチャンバー部４ａで前記マンドレル
先端部３ｂへのメタル供給量がコントロールされ、メス
型３のベアリング部４ｂで外面が形成される。前記マン
ドレル先端部３ｂとベアリング部４ｂにはセラミックス
層が被覆されている。セラミックス層の被覆部分の広さ
は摩耗の状況により適宜決められる。

【００１１】前記ベアリング部２ａ、４ｂ、およびマン
ドレル先端部３ｂは、押出材の品質に直接影響する部分
であり、同時に押出材を一番厳しく加工する部分で最も
磨耗し易い部分である。従ってこのベアリング部などに
セラミックス層を被覆して硬度を上げ耐摩耗性を高める
ことが押出ダイスの寿命を延ばすポイントである。前記
ベアリング部またはマンドレル先端部以外の部分にセラ
ミックス層を被覆することは無用なばかりか、脆性割れ
の起点が増えることになりダイス寿命を縮める恐れがあ
る。

【００１２】本発明において、押出ダイスのベアリング
部などに被覆されるセラミックス層の厚さは、特に２〜
１０μｍが望ましい。前記セラミックス層の厚さが２μ
ｍ未満ではその耐摩耗性向上効果が十分に得られない恐
れがあり、１０μｍを超えるとその効果が飽和するう
え、放電硬化処理に長時間を要し生産性が阻害されるた
め望ましくない。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）図２に示したホロータイプの押出ダイスを
用いて１４５ｍｍφ×４５０ｍｍのＪＩＳ１０００系ビ
レットを肉厚０．１８ｍｍのミニチューブに熱間押出し
た。前記押出ダイスのベアリング部４ｂおよびマンドレ
ル先端部３ｂにはＴｉＣ層を放電硬化処理により５μｍ
厚さに被覆した。前記ビレットを１０本押出し、得られ
るミニチューブの肉厚をビレット本数毎に調べた。結果
を、従来の全面を窒化処理した押出ダイスと比較して図
３に示した。

【００１４】図３より明らかなように、本発明の押出ダ
イスにより押出されたミニチューブは肉厚変化が極めて
小さかった。またベアリング部の磨耗による押出ダイス
マーク、肌荒れ、形状不具合などは全く認められなかっ
た。またビレットを１０本押出した後のダイス内面はベ
アリング部も含めて良好な性状を呈していた。これはベ
アリング部およびマンドレル先端部にセラミックス層が
放電硬化処理により被覆されているため、その部分の耐
摩耗性および密着性が優れたためである。また、押出時
のダイベンディングに伴うセラミックス層の剥がれや脆
性割れは起きなかった。これは、前記セラミックス層が
ベアリング部およびマンドレル先端部にのみ被覆されて
いるためである。これに対し、従来の窒化処理ダイスで
は７本目のビレットを押出した時点で肉厚が指定寸法公
差（＋0.03mm以下）を外れ、その後、肉厚は急激に増加
した。ビレットを１０本押出したあとのベアリング部お
よびマンドレル先端部はアルミの流動により削りとら
れ、修正不可能な状態であった。

【００１５】（実施例２）図２に示した押出ダイスのベ
アリング部４ｂおよびマンドレル先端部３ｂにＴｉＣ層
を放電硬化処理により１〜１０μｍの種々の厚さに被覆
した。その他は実施例１と同じ方法により肉厚０．１８
ｍｍのミニチューブを熱間押出した。ビレットの本数は
最大１１本とし、押出されるミニチューブの肉厚が指定
寸法公差（＋0.03mm以下）を外れる前の本数（Ａ本）を
以て寿命とした。前記Ａ本目のビレットのミニチューブ
について、表面および内面の性状、寸法安定性を調べ
た。比較のため、従来の全面を窒化処理した押出ダイス
についても同様の調査を行った。結果を表１に示す。

【００１６】

【表１】 （注）◎極めて良好、○良好、×劣る。

【００１７】表１より明らかなように、本発明例品(No1
〜4)は、いずれも、押出されるミニチューブの品質（内
外面の性状）、寸法安定性およびダイス寿命が良好また
は極めて良好であり、またコスト的にも問題がなかっ
た。特にＴｉＣ層を５μｍ厚さに被覆したNo.3は全ての
項目が極めて良好であった。No.1は被覆厚さが薄いた
め、他より若干特性が劣った。これに対し、従来品のN
o.5は全面窒化処理したため、処理層の剥離片が押出材
に混入し、ミニチューブの品質（内外面の性状）が低下
した。またダイス寿命が短かった。

【００１８】前記実施例１、２では、押出比が２０００
程度で大きかったため、本発明押出ダイスと従来押出ダ
イスとの間に差が明瞭に顕れたが、押出比が１００以下
の押出ダイスにおいても、本発明の効果は十分得られる
ことが別途行った実験により確認された。

【００１９】以上、ホロータイプ押出ダイスを用いてミ
ニチューブを押出す場合について説明したが、本発明に
よれば、ソリッドタイプ押出ダイスを用いて中実材を押
出す場合に適用しても同様の効果が得られる。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の押出ダイ
スでは、押出材が成形されるベアリング部またはマンド
レル先端部にＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラミ
ックス層が放電硬化処理法により被覆されているので、
得られる押出材は寸法安定性に優れる。前記セラミック
ス層は前記ベアリング部またはマンドレル先端部にのみ
被覆され、それ以外には被覆されていないので、押出時
のダイベンディングでの脆性割れ起点が増加するような
ことがなく、またオス型のマンドレル部分が破損し難
く、従って長いダイス寿命が得られ、またセラミックス
層の被覆時間が短くて済みコスト的に有利であり、また
セラミックス層の剥離片が押出材の品質を低下させるこ
ともなく、さらにフライス加工によるダイス内面の補修
も容易に行える。依って、工業上顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】中実材を押出すソリッドタイプ押出ダイスの縦
断面図である。

【図２】中空材を押出すホロータイプ押出ダイスの縦断
面図である。

【図３】本発明の押出ダイスまたは従来の窒化処理ダイ
スで押出されるミニチューブの肉厚変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ フローガイド １ａ フローガイドのメタル溜まり部 ２ ソリッドダイス ２ａ ベアリング部 ３ 中空部を成形するオス型 ４ 外形部を成形するメス型 ３ａ オス型のポート部 ３ｂ オス型のマンドレル先端部 ４ａ メス型のチャンバー部 ４ｂ メス型のベアリング部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金熱間押出ダイスのベア
   リング部にのみＴｉＣ、ＶＣ、ＴａＣ、ＷＣなどのセラ
   ミックス層が放電硬化処理により被覆されていることを
   特徴とするアルミニウム合金熱間押出ダイス。
2. 【請求項２】 アルミニウム合金熱間押出ダイスがメス
   型とオス型からなり、前記メス型のベアリング部および
   前記オス型のマンドレル先端部にのみＴｉＣ、ＶＣ、Ｔ
   ａＣ、ＷＣなどのセラミックス層が放電硬化処理により
   被覆されていることを特徴とするアルミニウム合金熱間
   押出ダイス。
3. 【請求項３】 前記放電硬化処理により被覆されるセラ
   ミックス層の厚さが２〜１０μｍであることを特徴とす
   る請求項１または２記載のアルミニウム合金熱間押出ダ
   イス。