押出成形

押出成形, by Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki?curid=2198773 / CC BY SA 3.0

#塑性加工
#合成樹脂
#成形
押出成形したアルミニウム材。
いくつか中空部分がある。
側面のスロットに専用コネクタをはめ込むことができる。
押出成形（おしだしせいけい、英語: extrusion）は、塑性加工の一種であり、耐圧性の型枠に入れられた素材に高い圧力を加え、一定断面形状のわずかな隙間から押出すことで求める形状に加工する方法である。
アルミニウム押出成形用の2つの金型。
この2つを組み合わせて使う（ポートホール型）。
右側の金型で丸い管を押出す際の中空部分を作る。
素材を圧縮してダイスと呼ばれる金型から押し出し、必要な形状の断面を形成する 。
製造プロセスとしての利点は、非常に複雑な断面形状を形成できる点と、素材にかかる応力が圧縮応力とせん断応力だけであるためもろい素材も成形できる点である。
また、押し出された表面は非常に滑らかになり仕上げが不要である。
一般に押出成形される素材として金属、重合体、セラミックス、コンクリート、食品などがあり、アルミサッシのようなアルミニウム製品の加工で多用されている。
理論的には無限に長い物体を形成でき、実際にも多数の部品を連続的に製造できる。
押出成形プロセスは熱い素材にも冷たい素材にも適用可能である。
単純な押出し用金型では中空部分のある断面形状を形成できない。
中空部分を形成する金型の部分をセンターピースと呼ぶが、単純な金型ではセンターピースを固定できないためである。
一般に金型はある程度の厚さがあるので、最終的な穴の形状が中空部分のある断面形状になるようにし、素材を押し付ける側でセンターピース部分を保持できるように形成しておけば、中空部分のある断面を形成できる。
したがって、そのような金型は厚みの方向に沿って穴の形状が徐々に変化することになる。
1797年、ジョゼフ・ブラーマが鉛管を製造する押出成形プロセスの世界初の特許を取得した。
事前に熱した金属を人力で金型に押し付け、中空の管状に成形するものである。
しかしこの製造装置は実際には製作されず、最初に油圧式押出成形装置を製作したのは Thomas Burr で、1820年のことだった。
なお、このころは「押出 = extrusion」ではなく「噴出 = squirting」と呼ばれていた。
1894年、Alexander Dick が銅や真鍮の押出成形法も開発した。
まず、材料を熱することから始める。
次にそれを圧力をかけられる容器に入れる。
容器の一端には金型があるので、もう一方から材料を金型に押し付けるため、ダミーのブロックをそちらに置き、それに何らかの駆動力で圧力をかけることで金型から材料が押出される。
金型の材料を押し付ける側の断面積を最終的に材料が出て行く側の穴の断面積で割った値を「押出し比 (extrusion ratio)」と呼ぶ。
アルミニウム熱間押出成形用の設備 熱間押出は熱間加工の一種で、材料が再結晶化する温度より高い温度を保って加工硬化を防ぎ、材料が金型を通りやすくする技法である。
熱間押出は一般に水平な液圧式プレス機を使い、230トンから11,000トンの力をかける。
このときの圧力は30MPaから700MPaであり、潤滑剤を必要とする。
温度が比較的低い場合は潤滑剤として油やグラファイトを使い、相対的に温度が高い場合は粉末ガラスを使う。
この技法の欠点は機械が大掛かりになる点と維持費が高くつく点である。
生産量が数キログラムから10トン程度であれば、押出成形が経済的であるが、材料の種類によって経済性は異なる。
生産量が大きくなるとロール成形の方が経済的になる。
例えば一部の鋼では、20,000kg以上生産する場合はロール成形の方が安くつく。
冷間押出は常温かそれに近い温度で行う技法である。
熱間押出に優る利点として、酸化されにくい点、冷間加工により強度が高くなる点、熱膨張による変形がない点、表面がより滑らかになる点、高温でぜい性を示す素材に対しては冷間押出の方が押出速度が速くなる点が挙げられる。
冷間押出法が採用される主な素材としては、鉛、スズ、アルミニウム、銅、ジルコニウム、チタン、モリブデン、バナジウム、ニオブ、鋼がある。
冷間押出で製造される部品の例としては、容器用のチューブ、消火器容器、ショックアブソーバーのシリンダー、自動車エンジンのピストン、ギヤブランクなどがある。
温間押出は常温より高いが材料の再結晶化温度より低い温度で行う技法で、一般に800°Fから1800°F（424℃から975℃）で行う。
押出しに必要な力、材料の展延性、最…