金属には塑性という、力を加えて物体の形を変えられる性質があります。この性質を利用した金属加工を塑性加工といい、板金加工で行われる曲げ加工や、板ものの材料を製造する圧延加工などがこれに含まれます。今回は塑性加工の一つで、アルミ材の加工にもよく使われる押し出し加工について紹介します。
目次
押し出し加工は塑性変形を利用した金属加工
押し出し加工とは、耐圧容器の中に入れた材料に圧力をかけ、ダイとよばれる金型から材料を押し出して加工する方法です。生クリームや粘土の絞り出しをイメージしてもらうといいでしょう。クリームなどが口金の形のままで押し出されるのと同じように、金属加工における押し出し加工も、金属がダイの形の断面を持った棒材や針金として押し出されます。
ダイの形によって複雑な断面の材料も作れることや、表面がきれいな棒材が得られるなどのメリットがあります。
押し出し加工に近い金属加工に、引き抜き加工があります。引き抜き加工もダイ（金型）を使って金属材料を塑性変形させる加工ですが、こちらは文字の通り、材料をつかみ、引き抜いて加工します。押し出し加工に比べ、寸法精度が高い棒材が得られるのが特徴です。
押し出し加工の種類
押し出し加工は、加工する金属の温度によって「熱間」「温間」「冷間」の3種類に分けられます。3つの区分を分ける温度は材料によって異なりますが、例えば鋼材の場合、熱間はおよそ1000℃～1200℃、温間は600℃～900℃程度、冷間は常温から500℃以下の温度での加工になります。金属は温度が高い状態のほうが塑性加工しやすいですから、材料が硬いものや複雑な断面形状を得たい場合には、熱間押し出しが使われます。一方で、柔らかい材料で比較的単純な断面形状を得たい場合には、冷間押し出しが選択されます。
押し出し加工は、加工の温度以外にもその方法によって分類することもできます。
直接押し出し加工は前方押し出し加工ともいい、ダイに対して材料の後ろ側から圧力をかけて材料を押し出します。これは最も一般的な押し出し方法です。材料が押し出される方向と同じ方向に圧力をかけるので、ところてんを押し出すようなイメージになります。
間接押し出し加工は後方押し出し加工ともいい、ダイを材料に押しつけながら、材料を押し出します。指に刺さったとげを抜くときに、5円玉などの穴の空いた硬貨でとげの周辺をおさえるようなイメージです。材料が押し出される方向と反対方向に圧力をかけることになります。直接押し出し加工に比べ、材料の歩留まりが高いのが特徴です。
アルミ材の加工にも便利。複雑な断面の材料も簡単に加工
押し出し加工では、ダイ（金型）よりも硬い金属は加工できません。そのため、加熱すると柔らかくなるアルミの加工に特に多く用いられています。
ダイの形状がそのまま棒材の断面形状になるため、複雑な断面をもった製品でも作れるのが特徴です。近年では特に、環境負荷低減などの観点から、鉄道や自動車などの輸送機器の軽量化が求められています。そのため、複雑な断面により剛性を高めたアルミ材の需要が高まっています。また、ヒートシンクを備えた、高断熱タイプのアルミサッシなどにも、押し出し加工で作られたアルミ材が利用されています。
まとめ
押し出し加工とは、塑性変形を利用した金属加工の一つです。容器の中の金属に圧力をかけ、ところてんやクリームの絞り出しのように、ダイ（金型）から金属を押し出します。加工の温度や加工の際に力をかける方向により複数の種類があり、アルミなど金属の種類や得たい形状などにより方法を選択します。
