データ駆動型製造における押出成形が勢いを増す

金属を思い通りに成形できるツールを想像してみてください。正確な形状を驚くほどの効率で継続的に「成形」します。これはSFではなく、押出成形と呼ばれる基本的な製造プロセスであり、現代の産業において重要な役割を果たしています。

押出成形は、さまざまなコンポーネントを製造し、材料特性を最適化し、製造コストを削減し、増大するカスタマイズ需要に対応する強力な成形ツールとして機能します。この記事では、押出成形技術をデータに基づいて検証し、その基本原理、方法論、利点、制限、および設計上の考慮事項を分析します。

押出成形とは、金属ビレット（通常は加熱）を特定の形状の開口部を持つダイスに通して、断面形状が一定の部品を作成する製造プロセスです。歯磨き粉をチューブから絞り出すように、金属がダイスを通過して所望の形状になり、その過程で塑性変形を起こします。

押出成形は、金属の塑性変形能力を活用しています。十分な力を加えると、金属は元の状態に戻ることなく形状が永久に変化します。このプロセスには以下が含まれます。

• ビレットの準備: 適切な金属材料を選択し、必要な寸法に切断します。多くの場合、予熱を行います。
• ダイスの設計と製造: 最終製品の仕様を決定する精密なダイスを作成します。
• 押出成形プロセス: ラムまたは油圧シリンダーを介して圧力を加え、金属をダイスに通します。
• 冷却と後処理: 冷却や、切断や表面仕上げなどの後処理によって、成形されたコンポーネントを安定させます。

押出成形は、以下のような業界向けに、ロッド、チューブ、ワイヤ、および複雑な断面形状など、さまざまなプロファイルを作成します。

• 建設: 窓/ドアフレーム、カーテンウォール、構造部材
• 輸送: 自動車部品（ラジエーター、バンパー）、航空機の胴体部品
• 電子機器: ヒートシンク、エンクロージャ、コネクタ
• 電力: ケーブル、バスバー、導電性プロファイル

押出可能な材料には、アルミニウム、銅、鋼、チタン、およびそれらの合金が含まれ、それぞれが異なる特性を提供します。

最も一般的な方法で、ラムが静止したダイスを通してビレットを押し出します。ビレットとコンテナ壁の間の摩擦により、より高い力が必要になりますが、よりシンプルな設備構成が可能です。

ダイスが移動し、ビレットは静止したままなので、コンテナ摩擦がなくなります。これにより、必要な力が25〜30％削減され、表面仕上げが向上しますが、製品の長さに制限があります。

加圧された流体を使用してビレットを囲み、摩擦を最小限に抑えます。押出が難しい材料の加工を可能にしますが、複雑で高価な設備が必要です。

室温で行われ、高強度で高精度の部品を製造しますが、大きな力（鋼の場合は最大700 MPa）が必要です。

再結晶温度以下（通常は0.3〜0.5 Tm）で行われ、力の低減（冷間押出成形と比較して30〜50％）と寸法制御のバランスを取ります。

再結晶温度以上で動作し、最小限の力で複雑な形状を可能にしますが、表面品質が損なわれる可能性があります。

• 材料利用率85〜95％（機械加工の場合は40〜60％）
• 単純なプロファイルの場合、最大60 m/分の生産速度
• 機械的特性を向上させる粒界構造の調整

• 一定の断面形状の要件
• ダイスのコストは、複雑さによって5,000〜50,000ドル
• 十分な延性を持つ材料に限定

効果的な押出成形設計には以下が含まれます。

• 均一な壁の厚さ（アルミニウムの場合は最小1mm）
• 十分なフィレット半径（R ≥ 0.5×壁の厚さ）
• 容易な排出のための1〜3°の勾配角度
• 可能な場合は対称的な形状

世界の押出成形市場（2023年には1,053億ドル）は、注目すべきトレンドとともに拡大を続けています。

• 自動車の軽量化がアルミニウム押出成形の需要を牽引（年率8.1％の成長を予測）
• 建設が押出成形消費の42％を占める
• 再生可能エネルギーシステムにおける新たな用途

技術的な進歩には、AIを活用したプロセス最適化、ハイブリッド押出成形技術、および材料の限界を押し上げるための新しい合金開発が含まれます。