押出成形(アルミ形材とプラスチック管)
金属やプラスチックを、形のついたダイに押し通す
押出成形は、歯磨き粉をチューブから出すように、材料を形のついた開口(ダイ)に押し通し、その断面をもつ長い製品をつくります。窓枠やヒートシンクは押出アルミニウム、水道管やケーブルの絶縁は押出プラスチックです。ダイさえあれば、その形を好きな長さでつくれます。
しくみ
ビレットを加熱する。 ビレット(アルミニウムの、短くて太い丸太)を、約 450–500 °C に加熱します。固体のままで光ることはありませんが、圧力で流れるほど柔らかくなります。
ラムで押す。 ビレットを、加熱されたコンテナに入れます。油圧ラムが、数百から数千トンの力でそれを押します。
ダイを通して押し出す。 金属は、ダイ(形のついた穴のある厚い鋼の円板)を通って流れます。形材(断面が一定の長い製品)になって出てきます。中空の形では、金属がダイの中の中子のまわりで分かれ、再び合わさります。
冷やし、ストレッチして、切る。 プーラーが熱い形材をテーブルに沿って導き、そのあいだ空気または水で冷却します。そのあと引っ張ってまっすぐにし、長さに切断し、多くは熱処理や陽極酸化(保護的な酸化皮膜をつけること)をします。
プラスチック管:スクリューで溶かす。 プラスチックのペレットが、ホッパーから加熱されたバレルに落ちます。回転するスクリュー(肉挽き器のようなオーガー)が、熱と摩擦でそれを溶かし、止まることなく溶けた樹脂を前へ押します。
管をつくる。 溶けた樹脂が、ダイのリング状の隙間を、中央のピンのまわりに流れます。そのピンが、管の穴をつくります。
冷やし、引き、切る。 柔らかい管は、最終寸法を決める水槽を通ります。プーラーが一定の速さでそれを引き、のこぎりが長さに切断します。
主なポイント
- 材料
- アルミニウム合金(金属ではダントツで一般的)、銅、真鍮、マグネシウム。PVC、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチック
- 代表的な部品
- 窓枠やドア枠、ヒートシンク、レールや管、水道管、ケーブルの絶縁、プラスチックのトリムやシール
- 部品サイズ
- アルミ形材は、幅約 1 センチから数十センチで、数メートルの長さに切断。プラスチック管は、直径数ミリから 1 m 超
- 精度
- アルミニウム:小さな断面で約 ±0.1–0.3 mm。プラスチック管:通常、数十分の1ミリ
- 表面仕上げ
- なめらかで、長さ方向にかすかなダイラインがある。アルミニウムは陽極酸化や塗装をすることが多い
- 向いているロット数
- 少量生産(ダイは安価)から、昼夜を問わず止まらないプラスチックラインまで
- 金型・設備コスト
- アルミ用のダイ:数百から数千ドルのことが多い。プレスと完全なライン:数十万から数百万ドル
- 速度
- アルミニウム:ビレット1本をまるごと数分で押し出す。プラスチック:連続で、通常は毎分数メートル
強みと限界
強み
- 複雑な断面を1回のパスで、中空のものも含めて
- 安価なダイなので、特注の形材を、少量でも安くつくれる
- 連続して速く、無駄も少ない(端材はリサイクル)
- 良好な表面で、陽極酸化や塗装にそのまま使える
限界
- 断面が一定のものだけ:長さ方向の穴や形状は、あとで機械加工する必要がある
- 非常に薄い壁や鋭い角は難しい
- 長い形材はねじれたり反ったりするので、引っ張ってまっすぐにする必要がある
- 鋼のような硬い金属は、非常に大きな力が必要で、ダイがすぐ摩耗する
使われる場所
- 建設窓枠やドア枠、カーテンウォールの部材、手すり、PVC の排水管
- エレクトロニクスヒートシンク、機器のハウジング、LED ストリップ用の形材
- 輸送電車やバスの車体部材、ルーフレール、バンパービーム
- 配管とライフライン水道管とガス管、ケーブルの保護管、ケーブルの絶縁
- 消費財カーテンレール、はしごのレール、ガーデンホース
- 食品(同じ原理)パスタ、朝食用シリアル、スナック
見分け方
- 断面は、全長にわたってまったく同じです。切り口には、形材の全体が見えます。
- 長さ方向に走る細くまっすぐな線(ダイライン)で、裸のアルミニウムに光を当てると見やすくなります。
- のこぎりで切った端面。穴や切り欠きは、あとで機械加工で加えられます。
- プラスチック管では、ラインを出るときに印字される、長さ方向に繰り返される文字。
比較
動画を見る
Hydro · アルミニウムのルート全体を、一歩ずつ解説
corematerials · ラム、ビレット、ダイを示す簡単な断面図
Hydro · 実際のプレスが、ビレットを形材に変える様子
Machine GPM · プラスチック管のライン:押出機、冷却水槽、プーラー、のこぎり
実写真を見る
- Wikipedia: 押出成形 — 順押出しと逆押出しの図、形材とダイの写真
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 押出成形は、材料を形のついたダイに押し通します。製品は、どんな長さでもその断面を保ちます。
- アルミニウムは、ラムでビレット1本ずつ押され、プラスチックは、溶かされてスクリューに止まることなく押されます。
- 安価なダイなので、特注の形材も、少量でも手が届きます。
