押し出しプロセスのルールベース分析

押出成形は、原料（ビレット）を圧縮によって、より断面積の小さいダイ開口部から押し出す塑性変形プロセスです。押出成形プロセスは、直接押出成形と間接押出成形の2つの基本的なタイプに分けられます。直接押出成形では、ビレットはラム圧によってダイを通過しますが、間接押出成形では、ダイが容器に対して相対的に移動しながら押し出されます。

押出プロセスのルールベース分析は、製品設計時、さらには製品 コストの見積もり時に考慮すべき重要なルールセットを特定するのに役立ちます。以下にいくつかのルールについて説明します。

材料

押し出し加工する形状の材質は、プロセスパラメータやプロセスの潜在的な限界を決定する上で重要な役割を果たします。例えば、押し出し加工される炭素鋼板の最小厚さは3mmですが、同じアルミニウム板であれば最小1mmの厚さまで押し出すことができます。押し出し加工では、炭素鋼、アルミニウム、チタン、マグネシウム、ABS、PVCなど、様々な材料を製造できます。

プロファイル形状

押し出しプロセスでは、シートをさまざまなプロファイル形状に押し出すことができますが、製品の実現可能性と強度を確保するには、プロファイルの特徴を考慮することが不可欠です。

壁の厚さ

押出プロファイルの肉厚を決定する際には、強度とコスト効率という2つの主要な要素があります。均一な肉厚が最も製造しやすいですが、プロファイル内で必要に応じて肉厚を変えることもできます。肉厚の変化が避けられない場合は、急激な変化ではなく、緩やかな変化にしてください。肉厚部と薄肉部の組み合わせは避けるべきです。肉厚部では材料の流れが速くなり、押出形状に歪みが生じやすくなるためです。

押し出しプロセスの場合、壁の厚さは 1 mm (アルミニウム) から 32 mm (PVC) まで変化します。

コーナー半径

押し出し加工では、追加の加工なしには鋭角な角を実現できません。内角は最小半径0.5～1mmのフィレット加工を施す必要があります。また、外角の鋭角は、先端が波打ったり不均一になったりしやすいため、丸みを帯びた形状にする必要があります。

可能であれば、しっかりとしたプロフィール

ソリッド プロファイルを使用すると、金型コストを削減でき、製造も容易になります。

中空プロファイルの空洞が少ない

様々な種類の中空プロファイルは製造が非常に難しい場合が多いですが、中空プロファイルを2つの伸縮式プロファイルに置き換えることで、製品の製造を容易にすることができます。多くの場合、中空プロファイルのキャビティ数を減らすことで押し出しが容易になり、金型の安定性も向上します。

深いチャンネルを持つプロフィール

ポケットやチャネルのあるプロファイルの場合、幅と高さの比率はおよそ1:3にするのが基本的なルールです。これにより、金型の強度が損なわれることはありません。チャネルの開口部の半径を大きくし、底部まで半径を最大にする場合は、幅と高さの比率を1:4まで上げることができます。

ヒートシンク

プロファイルに冷却フィンを使用すると、放熱面積が大幅に増加します。フィンに波状の表面を施すことで、表面積をさらに増やすことができます。波状の表面は、フィンの放熱面積を増加させます。しかし、プロファイルの縦方向に強制空冷が行われる場合は、フィンを滑らかにしておく方が良い場合があります。これは、渦流の形成を防ぐのに役立ちます。^{[ 1 ]}

表面仕上げ

押出成形工程においては、露出面の表面仕上げを考慮することが不可欠です。一般的に、露出面が狭いほど、仕上げは均一になります。ウェブ、フランジ、および金属板厚の急激な変化は、押出成形品の反対側の面、特に薄肉部に跡として現れることがあります。露出面への跡は、接合部を丸めるなどの設計変更によって最小限に抑えることができ、反対側の筋状化の可能性を低減できます。^{[ 2 ]}

対称

対称性は、より大きなバランス力を生み出し、押し出しダイの過度な応力領域を回避するのに役立ちます。特に、断面内の空洞領域はバランスをとる必要があります。 ^{[ 3 ]}

長さ許容差

押出成形品の長さには、ある程度の許容誤差が含まれることがよくあります。金属や熱可塑性プラスチックは温度によって膨張・収縮するため、製造工程で正確な長さに切断することは困難でコストもかかる場合があります。オフラインで長さを切断すれば、より高い精度が得られる場合が多くあります。UPVCの典型的な長さ許容誤差は、全長500mmで+/- 1mm（0.2%）程度です。^{[ 4 ]}

押し出し比

押し出し減径比とは、ダイ開口部の形状における断面積と、ビレットが押し出される容器の断面積の比です。大径のビレットを非常に小さなダイ開口部から押し出す場合、減径比が高くなり、押し出すことができない場合があります。75:1の減径比が一般的ですが、実現は困難です。

しかし、難しい比率の形状の場合、解決策は、より小さな容器を備えたプレス機で部品を製造することです。別の選択肢としては、複数のプロファイルを同時に押し出せる多穴ダイを使用することです。これらのダイは、プレス機で押し出せる最も短いビレットでさえ、実用上扱いにくいほど長い小型形状にも役立ちます。^{[ 5 ]}

参考文献

1. 「押し出し設計ガイド」 。2018年1月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。
2. 「設計上の決定 - アルミニウム押出成形の利点」（PDF） 。 2015年12月11日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年9月10日閲覧。
3. 「金属押出プロセスの設計」。
4. 「TP Extrusionsによる押し出し設計入門」 。 2015年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年9月10日閲覧。
5. 「アルミ押し出し材を使った賢い設計法」 2000年8月17日。