環境保護意識の高まりに伴い、世界中で新エネルギーの開発と推進が進み、エネルギー自動車の普及と応用が急務となっています。同時に、自動車材料の軽量化開発、アルミニウム合金の安全な応用、表面品質、サイズ、機械的性質に対する要求はますます高まっています。車両重量1.6tのEVを例にとると、アルミニウム合金材料は約450kgで、約30%を占めています。押出製造工程で発生する表面欠陥、特に内外面の粗粒問題は、アルミニウムプロファイルの製造進捗に深刻な影響を及ぼし、その応用開発のボトルネックとなっています。
押出成形品においては、押出ダイの設計と製造が極めて重要であるため、EVアルミプロファイル用ダイの研究開発は不可欠です。科学的かつ合理的なダイソリューションを提案することで、EVアルミプロファイルの合格率と押出生産性をさらに向上させ、市場の需要を満たすことができます。
1 製品規格
（1）部品およびコンポーネントの材料、表面処理および防食は、ETS-01-007「アルミニウム合金プロファイル部品の技術要求」およびETS-01-006「陽極酸化表面処理の技術要求」の関連規定に適合しなければならない。
（２）表面処理：陽極酸化処理、表面に粗大粒子が存在しないこと。
（3）部品の表面にひび割れやしわなどの欠陥があってはならない。また、酸化後に部品が汚染されてもならない。
（4）製品の禁止物質はQ/JL J160001-2017「自動車部品および材料における禁止および制限物質に関する要求事項」を満たしています。
（５）機械的性能要求：引張強度≥210MPa、降伏強度≥180MPa、破断伸びA50≥8％。
（６）新エネルギー車用アルミニウム合金の組成に対する要求は表１に示す。
2 押出ダイス構造の最適化と比較分析 大規模停電発生
（1）従来の解決策1：つまり、図2に示すように、前部押出ダイの設計を改良する。従来の設計思想では、図の矢印に示すように、中間リブ位置と舌下排水位置を加工し、上下の排水を片側に20°とし、排水高さH15mmでリブ部に溶融アルミニウムを供給していた。舌下空刃は直角に移送され、溶融アルミニウムは角に残り、アルミスラグによるデッドゾーンが発生しやすい。製造後、酸化により表面が粗粒化の問題に非常にかかりやすいことが検証されている。
従来の金型製造プロセスに対して、次の予備的な最適化が行われました。
a. この金型をベースに、リブへのアルミニウム供給量を供給量増加させることを試みました。
b. 元の深さを基準に、舌下空ナイフの深さを深くします。つまり、元の 15 mm に 5 mm を追加します。
c. 舌下空歯ブレードの幅は、元の14mmから2mm広げられます。最適化後の実際の画像は図3に示されています。
検証結果によると、上記3回の予備的改善後も、酸化処理後のプロファイルには粗粒欠陥が依然として存在し、適切に解決されていないことが分かりました。これは、予備的改善計画がEV用アルミニウム合金材料の生産要件を依然として満たしていないことを示しています。
（2）予備最適化に基づいて、新案2を提案した。新案2の金型設計を図4に示す。「金属流動原理」と「最小抵抗の法則」に基づいて、改良型自動車部品金型は「オープンバックホール」設計方式を採用している。リブ位置は直接衝突の役割を果たして摩擦抵抗を低減する。送り面は「ポットカバー形状」に設計され、ブリッジ位置は振幅型に加工され、摩擦抵抗を低減し、融合を向上させ、押し出し圧力を低減する。ブリッジを可能な限り沈め、ブリッジ底の粗粒問題を防止し、ブリッジ底の舌状部下の空刃の幅は≤3mmである。作業ベルトと下型作業ベルトの段差は≤1.0mmである。上型舌状部下の空刃は滑らかで均一に遷移し、流動障壁を残さず、成形穴は可能な限り直接的に打ち抜かれる。中間内リブにおける2つのヘッド間の作業ベルトは可能な限り短く、一般的には壁厚の1.5～2倍の値をとります。排水溝は滑らかな遷移を有し、十分な金属アルミニウム水がキャビティに流入し、完全に溶融状態を示し、どこにもデッドゾーンが残らないという要件を満たします（上ダイの後ろの空刃は2～2.5mmを超えません）。改良前後の押出ダイ構造の比較を図5に示します。
（3）加工細部の改善に留意する。ブリッジ位置は研磨され、滑らかに接合され、上下金型の加工ベルトは平坦で、変形抵抗が低減され、金属の流れが改善され、不均一な変形が低減される。これにより、粗粒や溶接などの問題を効果的に抑制し、リブの排出位置とブリッジルートの速度が他の部品と同期することを確保し、アルミニウムプロファイル表面の粗粒溶接などの表面問題を合理的かつ科学的に抑制することができる。金型排水改善前後の比較を図6に示す。
3 押出プロセス
EV用6063-T6アルミニウム合金の場合、分割ダイスの押出比は20～80と計算され、このアルミニウム材料の1800t成形機での押出比は23であり、成形機の生産性能要件を満たしています。押出プロセスを表2に示します。
表2 新型EVバッテリーパックのマウントビーム用アルミニウムプロファイルの押し出し製造プロセス
押し出すときは次の点に注意してください。
（１）同じ炉内で金型を加熱することは禁止されています。そうしないと、金型温度が不均一になり、結晶化が起こりやすくなります。
（２）押出成形中に異常な停止が発生した場合、停止時間は３分を超えてはならず、３分を超える場合は金型を取り外す必要がある。
（３）型から取り出した後、再び炉に戻して加熱し、直接押し出すことは禁止されている。
4. カビの補修対策とその効果
数十回の金型修理と試行的な金型改良を経て、以下の合理的な金型修理プランが提案されました。
（１）元の金型に最初の修正と調整を加える：
① 橋をできるだけ沈めるようにし、橋底の幅は3mm以下にする。
②ヘッドの作業ベルトと下型の作業ベルトの段差は1.0mm以下であること。
③ 流れを止めない。
④ 内側リブの2つの雄ヘッド間の作業ベルトはできる限り短く、排水溝の移行はできる限り滑らかで、大きく、滑らかである必要があります。
⑤下型の作業ベルトはできる限り短くする。
⑥ いかなる場所にもデッドゾーンを残さないでください（後ろの空のナイフは2mmを超えてはいけません）。
⑦上型の内腔に粗粒がある場合は補修し、下型の作業ベルトを減らしてフローブロックを平らにするか、フローブロックを持たずに下型の作業ベルトを短くします。
（２）上記金型の更なる改造および改良を踏まえ、以下の金型改造を行う。
① 2つの雄の頭のデッドゾーンをなくす。
②フローブロックを削り取ります。
③ ヘッドと下型作業領域の高さの差を減らす。
④下型の作業領域を短くする。
（３）金型の補修・改良により、完成品の表面品質は理想的な状態となり、表面は明るく粗粒がなくなり、EV用アルミプロファイルの表面に存在する粗粒、溶接などの欠陥の問題を効果的に解決します。
（４）押出量が従来の５ｔ／日から１５ｔ／日に増加し、生産効率が大幅に向上した。
5 結論
オリジナルの金型を繰り返し最適化・改良することで、EV用アルミプロファイルの表面の粗い粒子と溶接に関する大きな問題が完全に解決されました。
（1）従来の金型の弱点であった中リブ位置ラインを合理的に最適化し、2つのヘッドのデッドゾーンを解消し、フローブロックを平坦化し、ヘッドと下型作業領域の高さ差を低減し、下型作業領域を短縮することで、このタイプの自動車に使用される6063アルミニウム合金の表面欠陥（粗粒や溶接など）を克服することに成功しました。
（２）押出量が５ｔ／日から１５ｔ／日に増加し、生産効率が大幅に向上した。
（３）この押出ダイスの設計・製造の成功事例は、同様のプロファイルの製造において代表的で参考になるものであり、宣伝に値する。
投稿日時: 2024年11月16日
