アルミ押出加工とは？ 

アルミ押し出し材は、強度がありながら軽量な部品を作るという点で評価されているだけでなく、柔軟で費用対効果の高い設計も要因となっている。建築、航空宇宙、自動車、電子産業など、ほぼあらゆる分野で使用されています。アルミ押出成形は、革新的な設計と効率的な生産との均等化を示す工程のひとつであり、製造業界の支配的な手順のひとつになろうとしています。

アルミニウムは、その軽量性、強度、耐久性、そして耐腐食性から高く評価され、現代産業において最も人気のある金属のひとつである。アルミニウムは、都市の高層ビルの建設、私たちが運転する自動車、日常生活で使用するその他のガジェットなど、私たちの生活の中でより目立っています。その汎用性を保証する最も重要な製造工程のひとつが、アルミニウム押出工程です。

押し出し成形とは、広義には、歯磨き粉と同様の方法で金属をダイスを通して押したり絞ったりして金属を変形させる方法を指す。アルミニウムの場合、最終的な所定の断面形状の長い連続部分は、固体のブロック状の物体（ビレットと呼ばれる）をすでに加熱されたダイスに通すことによって形成される。これらの形状は、平らな棒や管である場合もあれば、非常に複雑で、ある産業の需要を満たす程度に特別に作られたものである場合もある。

この記事では、アルミの押出工程について、その歴史、押出工程、種類、用途、利点と限界、そして今後の製造業における能力の上昇など、すべてを学びます。

歴史的背景

製造工程としての押出成形のアイデアは、18世紀後半にまでさかのぼることができる。最初によく知られた押出成形は、英国の発明家ジョセフ・ブラマによるもので、彼は1797年に正確な特許を取得した。彼は、鉛のようなしなやかな金属をダイスに通して押し出すことで、長尺の同一形状の部品や主にパイプを成形するプロセスを用いた。押し出し工程の前処理は発明であった。

19世紀の大部分まで、より軟らかい金属の押出成形は技術的に阻害されていた。真のブレークスルーは、アルミニウムを経済的に生産する方法が発見された220世紀初頭にもたらされた。1886年に米国のチャールズ・マーティン・ホールが、またそれとは別にフランスのポール・H・ルールがホール-ヘロルト法を発明したことで、アルミニウムの低価格化と大量生産が実現した。アルミニウムの発明後、科学者や製造業者が押出成形の持つ可能性を見出すまでに時間はかかりませんでした。

アルミニウム押出技術の使用は20年代に勢いを増し始め、特にヨーロッパと北米で力を持つようになった。第二次世界大戦では、航空機や軍用車両、建築物などに軽量かつ耐久性のある素材が求められ、大規模に利用された。それ以来、ラインキャスト技術は発明され、軍事分野で最初に登場したアルミニウム押出成形よりもはるかに遠くまで拡張されている。

アルミ押出材とは？

アルミニウム押出成形は、固体のアルミニウムを特定の断面を持つ長尺の形状に可塑化する際に使用される商業的な物理的方法である。考え方は単純で、アルミニウムの塊（ビレット）を可鍛性段階にまで加熱し、鋼鉄製のダイスの強い圧力下に押し込む。金型を通してプレスすることで、アルミニウムは開口部の形状になり、直線状、中空状、中実状、または非常に複雑な形状のいずれかになります。

押し出し成形に最も適した例えは、歯磨き粉のチューブの押し出し成形です。歯磨き粉がノズルの形状になるのと同じように、押出アルミニウムもダイスの形状になります。アルミ押出成形の利点は、正確な形状の軽量かつ強靭な部品を製造できることです。

押し出されたプロファイルは、様々な長さにストリップ可能で、陽極酸化処理、粉体塗装、仕上げなどの仕上げ加工も施される。これらのアップグレードはすべて、性能、摩耗、外観を向上させる。その柔軟性により、建築業界、航空業界、電子業界、輸送業界、さらには消費者製品業界など、さまざまな分野で利用されている押出工程のひとつとなっている。それは単なる工程ではなく、ステンレス鋼本来の機能と、現在のエンジニアリングと高度な建設を定義する吸収された機能性との間の重要な架け橋なのである。

アルミニウム押出工程のステップ

プロファイルの特性と合金の選択

• エンジニアは、断面（形状）と公差を最適化し、強度、耐食性、加工性、仕上げのバランスが取れた合金（例えば、建築や自動車用途に使用される6xxx合金）を選択する。
• 金型設計、プレス荷重、熱処理経路、コストに関する最初の決定は、代替案によって決定される。

ビレットを鋳造し、キリスト教式にする

• アルミニウムのビレット（円柱）は、長い丸太から切り出される。
• このような内部微細構造の違いを克服するため、ビレットは均質化工程（ヒート・ソーキング）にかけられ、内部微細構造を均一にする。

スカルプまたはノコギリによるビレットの検査

• ビレットの外側またはスキンメタルは、表面の介在物を除去するためにメス（薄い金属を取り除く）ことができる。
• プレスの長さはプレスの容量に合わせて切り詰められ、表面には亀裂や空隙がないか検査される。

ビレットを加熱する

• ビレットは通常の温度である400～500℃（合金によって異なる）まで温められ、金属を軟化させるが溶融はさせない。
• 適切な温度は、隆起を最小限に抑え、流れを保証し、一定の圧力と良好な表面仕上げを維持する。

金型製作

• 硬化鋼ダイ（断面の "型"）を準備し、研磨し、予熱（多くの場合、～430～500℃）して熱衝撃を緩和し、金属の均一な流動を促進する。
• 工具はバッカー、ボルスター、ラムがビレット面に当たるダミーブロック。

プレスの潤滑と準備

• コンテナー、ダイ、ダミーブロックを事前に調整し、適切な潤滑剤を塗布する（合金/プロセスに応じてグラファイト、ガラス、または専門的な潤滑剤）。
• 正しいアライメントを評価することで、ダイライン、偏心、非対称なベアリングの摩耗を減らすことができる。

ビレットの装填とQC プレス開始

• 高温のビレットはプレスコンテナに入れられる。
• 直接押出しでは、ラムがビレットを押して動かないダイス表面を通過させる。間接押出しでは、動かないダイスを静止したビレットに押し付ける（摩擦が減り、表面が良くなる）。

ブレイクスルー・エクストルージョン、ステディ

• ブレークスルーとは、金属がプロファイル形状になる最初の時期のこと。オペレーター：オペレータは、ラムの速度（通常はmm/sのオーダー）と圧力を安定させ、寸法と表面品質を維持します。
• 流量が高すぎると破れやすくなり、低すぎるとコールドラップやダイスのピックアップを引き起こす可能性があるため、一定の流量が不可欠である。

テーブルの上のチンキング

• 連続したプロファイルはダイから取り出され、ランアウトテーブルの上に置かれる。たるみやねじれを防ぐため、プロファイルの下にプーラーが置かれる。
• 適切なサポートはカーブ（反り）せず、寸法のズレもない。

急速冷却（即時急冷）

• 熱処理可能な合金は、出口直後のプロファイルを空気、ミスト、スプレー、または水で急冷することにより、所望の微細構造を得るために冷却することができる。
• クエンチ強度は、潜在的な強度と歪みの抑制のバランスを保つように選択される。

冷却のための取り扱い温度

プロファイルは焼き入れ後、テーブルの上で冷やされ、刻印や反りなく扱えるようになる。

ソフトで制御された冷却は、残留応力を最小限に抑えます。

ストレッチ／矯正

• 曲げ、ねじれ、残留応力を排除するため、プロファイルは延長される（通常～0.5％のひずみ）。
• この工程は、真直度を矯正して固定し、加工後の部品の寸法を安定させる。

長さを切り戻す

• 希望する長さに応じて、長いストランドはノコギリで市販の長さ（例えば3mや8m）にカットされるか、ネットに近い長さにカットされ、後でさらに完全に加工できるようになる。
• 終端はマークされ、表示とともに追跡される。

熱処理（必要な場合）

• T5: 焼入れ後、何も塗らずに切断テストを行った（時効硬化）。一般的な焼きなましは、160～8200℃で数時間かけて行われる（レシピは合金／仕様によって異なる）。
• より高い強度を得るために、溶体化熱処理（500～545℃（合金に依存））、急冷、人工時効（160～190℃）を行う。
• レシピは、関心のある特性と歪みに対して最適化されている。

表面仕上げ（オプション）

• 陽極酸化処理により、耐食性に優れた酸化皮膜が形成される。
• 粉体塗装や塗装による外装は、色彩とさらなる保護を提供する。
• 機械的仕上げ（ブラッシング、ポリッシング、ビーズブラスト）は、外観と手触りを調整する。

機械加工と製作（必要に応じて）

プロファイルはCNC加工、パンチング、ドリル加工、タップ加工、曲げ加工が施される。

治具/固定具は、薄い部分や複雑な部分の公差制御の再現性を提供します。

テストと品質管理

• 二次元検査： 肉厚、幅／高さ、真直度、ねじれ、平坦度、穴の位置。
• 表面チェック： ダイスライン、ピックアップ、ビビリ、オレンジピール、ピット、ストリーク。
• 機械的試験： 硬度、引張／降伏／伸び（仕様による）、コーティングの密着性、陽極酸化皮膜の厚さ。
• 金属組織と導電性： テストは、航空／自動車規格が要求する場所で実施される。

金型チューニング＆メンテナンス

寸法管理や表面仕上げがコントロールできない場合、ベアリングの長さやフローバランスを変更することができる。金型は研磨され、絶対に必要でない場合は窒化処理される。

• 良い食事は寿命を延ばし、一貫性をもたらす。
• スクラップ処理とスクラップ・リサイクル
• バット端材（ビレットを押し通すことができない端材）とトリム端材は合金によって再生され、リサイクルされる。
• 押出成形は、スクラップが鋳造に戻るため、極めて持続可能である。

梱包・物流

• プロファイルはラップで梱包され、ラックに入れられ、輸送中のダメージや擦り傷を避けるためにスペーサー／フィルムで保護される。
• 完全なトレーサビリティを提供するため、ラベルには合金、調質、ロット、熱処理情報が記録される。

一歩一歩を大切にする理由

• 温度（フロー、ボディ、容器）制御はフロー制御手段である。
• クエンチとエージングが究極の機械的特性
• プロファイルはきれいで、公差に厳しく、機械加工され、場合によっては伸ばされている。
• メンテナンスとスクラップのリサイクルは競争力のあるコストで維持され、そのプロセスは環境に優しい。
• 通常パラメータ（アドバイス前）： ビレット400～500℃、ダイス予熱430～500℃、溶体化熱処理500～545℃、時効処理160～200℃。実際の値は、合金、プロファイル形状、プレスサイズおよび仕様によって異なります。

アルミニウム押出成形に使用される部品

アルミニウム押出成形は、機械的、熱的、および腐食の要件に適合する適切なアルミニウム合金を選択する必要があります。産業によって要求される特性は異なるため、合金の選択は強度、延性、耐食性、熱処理性によって決定されます。

1000シリーズ（実質純アルミ）

• 構成： アルミニウム 99%+
• メリット 素晴らしい耐食性、良好な熱伝導性と電気伝導性、柔らかく延性
• アプリケーション 電気製品、化学装置、建築用装飾バンド

3000シリーズ（Al-Mn合金）

• メリット 耐食性に優れ、適度な強度を持ち、良好な成形が可能である。
• アプリケーション 屋根材、サイディング、雨どい、飲料缶、建築用パネル

5000シリーズ（Al-Mg系合金）

• メリット 良好な耐食性、中強度（高）耐食性、非熱処理性
• アプリケーション 船舶、自動車サポーターパネル、輸送、化学品貯蔵タンク

6000シリーズ（Al-Mg-Si系合金）

• メリット 優れた強度対重量比、耐食性、熱処理性
• アプリケーション  航空宇宙構造製品、自動車部品、建築用押出材、手すり、窓枠

7000シリーズ（Al-Zn-Mg-Cu系合金）

• 特徴 高強度、中程度の耐食性、熱処理可能
• アプリケーション 高応力構造部品、高性能スポーツアクセサリー

アロザーズ特殊合金

• カスタマイズされた： 熱伝導性、電気伝導性、装飾に使用する。
• 用途電子機器のヒートシンク、さまざまな輸送部品、珍しい建築用途。
• 注： 合金の選択は、押出温度、ダイス構造、その後の熱処理に影響する。

組成の類似性を保つため、同じ合金を含むリサイクル可能なアルミニウムスクラップが頻繁に再利用される。

アルミニウム押出材クイックリファレンステーブル

押出し材に使用される一般的なアルミニウム合金の技術表、主要特性、および確立された押出しパラメータを以下に示す：

アルミニウム押出材の種類 

アルミニウム押出加工は様々な方法で行われ、それは必要な製品の強度、形状形態、および生産の有効性に依存する。それらは主にこのような種類があります：

• 熱間押出： 最も一般的な方法だが、アルミニウムのビレットを400～500℃の範囲に加熱し、ダイスを通して押し出す。加熱すると金属が柔らかくなるため、圧力がかからず自由に流れます。建築、自動車、一般エンジニアリング分野で使用される様々な形状の製造に使用できます。
• 冷間押出成形： 室温または室温に近い温度では、この方法は負荷が高いが強度が高く、より精巧に仕上げられ、寸法精度がより高い製品になる。電子機器や航空宇宙などの産業で数多くの用途があり、精密部品で構成されている。
• 直接押出： ここで、ビレットとラムは同じ方向に向かって移動し、アルミニウムをダイスに押し通します。簡単で便利で、最も一般的な方法です。
• 間接押出： この場合、ダイスはビレットと反対方向に移動します。これにより、摩擦が最小限に抑えられ、均一性が向上し、より滑らかな表面が得られ、工具寿命が延びます。
• 衝撃押出： これは、缶、チューブ、ケーシングなどの薄肉・中空製品の製造や、高速でアルミニウムを成形する衝撃押出成形に広く応用されている。

アルミニウム押出用途

1.建物と建築

アルミニウム押出材 は、窓枠、カーテンウォール、屋根、仕切り、手すりなどの建築物によく使われている。耐久性に優れ、陽極酸化処理または粉体塗装が可能で、美観にも優れている。

2. 自動車産業

押出アルミニウムの重要な安全部品は、衝突管理システム、バンパービーム、ルーフレール、シャーシ部品に使用されている。これらの部品は、車両を軽量化し、強靭な車両構造を実現するため、燃費と乗客の安全につながります。

3.航空宇宙部門

アルミニウム押出材の他の航空宇宙用途には、航空機のシート・ランナー、機体構造、客室内構造などがある。アルミニウム押出材は、信頼性が高く一貫性があるため、航空機の安全運航に不可欠です。

4.電子・電気

アルミニウムは熱伝導率も高いため、ヒートシンク、ハウジング、ケーブル・マネージャーなどにも利用できる。コンピューター、LEDシステム、産業用電子機器などの加熱をサポートします。

5.輸送と鉄道

列車の客車、地下鉄、海洋構造物などに使用される押出材の例は、その強度、軽さ、過酷な環境に対する耐性によるものである。

6.消費財

家具、スポーツ用品、はしご、台所用品などの日常製品は、耐久性、扱いやすさ、見た目の美しさを提供するために、押出アルミニウム形材を使用して日常的に作られている。

アルミ押出の利点 

1.デザインの柔軟性

アルミニウム押出成形は、他の製造工程では不可能な複雑な形状やプロファイルを作り出す能力をもたらす。また、特定の機能的または審美的な要件に合わせて断面を調整することもできます。

2.丈夫で軽量

アルミニウムの強度対重量比は非常に優れており、この金属で押出成形された部品は、重くなくても強度があります。これは、軽さが効率と性能の向上につながる自動車産業、航空宇宙、輸送において特に有用である。

3.耐食性

アルミニウムは、酸化物の形成によって自然に保護層が形成され、押出材は陽極酸化処理と粉体塗装でコーティングすることもできる。

4.費用対効果

押出成形は、材料の無駄を最小限に抑えながら、非常に効率的で費用対効果の高い工程で標準プロファイルを製造する大量生産方法を提供します。この工程でアルミニウムのスクラップをリサイクルすることで、経費を削減することができます。

5.持続可能性

アルミニウムは、その特性を損なうことなく100％リサイクルすることができる。押出成形の工程では、余ったビレットやスクラップを再利用し、環境に優しい製造工程を実現しています。

6.産業における多様性

アルミニウム押出材は、建築、自動車、航空宇宙、電子機器、消費財などの用途に使用されており、さまざまな工学的問題に取り組むための最も柔軟な材料のひとつとなっている。

アルミニウム押出の限界

他の工程と同様、押出成形にも課題がある：

• 立ち上げ金型費用： 金型製作は技術であり、高価な工程である。
• サイズ制限： あまりに大きな作品は、プレス能力の点で実用的でないかもしれない。
• 表面の欠陥： 温度や圧力のコントロールが悪いと、亀裂が入ったり、仕上がりにばらつきが出たりすることがある。
• 廃棄物の損失： 押し出しの過程で、ビレットの材料が多少失われる。

こうした欠点はともかく、研究と技術開発によって、否定的な結果は減り続けている。

アルミニウム押出成形の革新による未来とアルミニウム

アルミニウム押出工場は、技術革新の助けを借りて変化している。中でも特筆すべきは、中国共産党の党員数の増加である。

• ロボット工学とオートメーション： ロボット工学とオートメーションは、人間の手技を排除する精密ハンドリングの主役になりつつある。
• 高度な合金： アルミニウム合金をより強く、より特殊なものにする方法の進歩は、その用途を広げている。
• 持続可能な実践： 押出成形におけるリサイクルとエネルギーの効率的利用のレベルを高める。
• 3D押し出し印刷： これは押出成形と積層造形を組み合わせたもので、ラピッドプロトタイピングを提供する。

産業界は軽量で強靭な素材を求めており、しかも持続可能であることから、アルミニウム押出材は世界経済においてさらに活躍の場を広げている。

結論

アルミニウム押出技術は、近代的な製造業の基礎を形成し、さまざまな産業で使用される、強力で軽量かつ汎用性の高い部品やコンポーネントを作成するために使用することができます。専用のダイスを使用することで、製造業者は高熱のアルミニウムビレットを、寸法が非常に正確で複雑な形状を持つ連続的なプロファイルに押し出すことができます。この工程は非常に柔軟性があり、単純なロッドやチューブから複雑な建築用や自動車用プロファイルまで、どんなものでも製造することができます。

押出成形には、次のような大きな利点があります：設計の柔軟性：押出成形は、さまざまなデザインを作り出すことができる。強度対重量：押出材は、高い強度対重量比を実現します。耐食性：押出成形により、高耐食性材料を製造できる。費用対効果: 押出成形は経済的です。リサイクル：押出材はリサイクル可能です。建築、輸送、航空宇宙から電子機器や消費財に至るまで、押出成形は無数の分野に応用されており、日常生活や産業革新におけるその重要性を物語っている。

アルミニウム押出成形には、特に初期ダイスのコストやサイズの制限といった欠点があるが、自動化、合金開発、工程管理への継続的な取り組みにより、この生産形態の可能性は高まっている。軽量で耐久性があり、環境に優しい製品を志向する産業が増える中、アルミ押出は業界をリードする重要なプレーヤーとして台頭してきている。

よくある質問 

1.アルミニウム押出の原理とは？

これは、特定の用途の精度、強度、軽量性を確保するために、特定の形状の長尺アルミニウム構造体を製造するために実施される。

2.アルミニウム押出材をよく使う産業は？

アルミニウム押出部品は、建設、自動車、航空宇宙、エレクトロニクス、輸送、消費財産業で幅広く使用されている。

3.熱間押出と冷間押出の違いは何ですか？

一方、冷間押出は室温または室温に近い温度で行われ、より要求の厳しい微調整されたプロファイルを生成する。

4.アルミニウム押出材はリサイクルできますか？

アルミは品質低下することなく完全にリサイクルでき、押出ロス材も効率的にリサイクルできる。