中空アルミニウム押出材はどのように製造されるのか？
かつて中空アルミニウムプロファイルの設計に直面した際、製造プロセスそのものが成否を分けることを痛感した。.
中空アルミニウム押出材は、予熱したビレットを専用金型（ダイス、マンドレル、ブリッジ）に押し通すことで製造される。この過程でアルミニウムが支持構造の周囲に流れ溶着しながら、内部空洞が形成される。.
では、重要な質問を段階的に説明していきます——どのような工具が使用されるか、内部ブリッジとマンドレルの仕組み、均一な肉厚を維持する方法、そして冷却が結果に与える影響についてです。.
中空プロファイルを作成する工具は何ですか？
アルミを粘土のように変形させながら型抜きする様子を想像してみてください。懸念されるのは、金型の精度が不十分だとキャビティが形成されないか、壁面が不均一になることです。.
中空プロファイルの金型には中空ダイス（通称ポートホールダイスまたはブリッジダイス）に加え、マンドレルとサポートが用いられる。これによりアルミニウムが内部空洞を囲むように流れ結合し、中空断面が形成される。.
中空アルミニウムプロファイルを製造するには、ビレットを平型ダイスに押し通すだけでは不十分である。技術概要によれば、中空ダイスは複数の部品で構成される：中空部を形成するマンドレル、外形輪郭を定義するダイスキャップまたはプレート、マンドレルを支える脚部またはブリッジ、そして圧力を受け止める支持工具である。.
例えば、「ポートホール」ダイでは、アルミニウムがダイに流入し、マンドレル支持部（「脚」）の周囲で分岐した後、溶接室を過ぎて再び合流し、中空形状として排出される。.
金型スタックにはダイリング、バッキングプレート（またはバッカー）、ボルスター、場合によってはサブボルスターも含まれ、高圧（数千トン）を伝達し、位置合わせと熱的安定性を維持する。.
以下は、構成要素とその目的を簡略化した表です：
| ツールコンポーネント | 目的 |
|---|---|
| マンドレル | 内部空洞/空間を作成する |
| ダイキャップ／ダイプレート | プロファイルの外側を形成する |
| 橋 / 脚 | 支持マンドレル、周囲を流れることを可能にする |
| 背もたれ／ボルスター | 圧力下での構造的サポートと位置合わせを提供する |
| ダミーブロック／コンテナ | ビレットを高圧下で保持し、搬送する |
実際には、押出成形用中空断面を設計する際には、金型の複雑さ（コスト、金型寿命、メンテナンス）と材料流動特性を考慮する必要があります。キャビティ数が多いほど、あるいは肉厚が薄いほど、金型の設計は困難になります。また、金型は押出成形プロセスにおける高い熱的・機械的応力に耐えなければなりません。.
中空アルミニウム押出成形品は、固体プロファイル押出成形品と同じ金型を改造せずに使用して製造できる。.偽
中空プロファイルには、ソリッドプロファイルでは使用されない専用工具（マンドレル、ブリッジ、ポートホールダイ）が必要である。.
ポートホールダイは、マンドレルと脚部を用いて押出成形品内部に空洞を形成する。.真
中空金型システムでは、マンドレルが空洞を定義し、脚部／ブリッジがそれを支える。アルミニウムはこの周囲を流れ、再び溶接される。.
なぜブリッジとマンドレルは中空断面を形成するのか？
ピンを抜くだけで空洞が形成されると思うかもしれませんが、実際にはアルミニウムは支持体の周囲を流れ、再び結合しなければなりません。さもなければ、部品に弱い溶接線が生じたり、崩壊したりするからです。.
ブリッジ（または脚）とマンドレルは、キャビティ支持体の周囲にアルミニウムの流れを誘導することで内部空洞を形成し、金属が支持体の背後に溶着して連続した中空部を形成することを保証する。.
中空アルミニウムプロファイルを押出し成形する際、金型は材料が内部空洞を開放状態に保つための支持体（マンドレル）の周囲を流れることを可能にすると同時に、ダイスが圧力に耐えられるよう構造的サポートを提供しなければならない。ブリッジまたはレッグ（脚部）がその支持システムである。例えば、押出されたアルミニウムは分裂し、マンドレル支持体（脚部）の両側を流れ、出口前に「溶接室」で合流する。.
なぜそれが必要なのか？もし単に支持構造のない空洞を作ろうとすれば、ダイスは負荷下で物理的に自立できず、あるいはアルミニウムがキャビティを崩壊させる可能性がある。ブリッジは形状を維持する。マンドレルは内部形状を定義する。また、別々の流れを再結合（または溶接）することは、最終的なプロファイルが融合しない二つの半身ではなく、固体で連続した金属シェルとなるために必要である。.
中空金型には複数の種類がある：ポートホール、スパイダー、ブリッジ、フローティングマンドレルシステムである。選定はサイズ、合金、プロファイルの複雑さ、設備によって決まる。.
中空プロファイルの設計においては、脚部／ブリッジの存在により溶接線（金属流が再結合する点）が生じやすく、材料特性のばらつきが生じる可能性があることを留意する必要がある。金型設計（ブリッジ形状、溶接室高さ、マンドレル位置合わせ）は流動バランスと肉厚均一性に影響を与える。例えば、ポートホールダイにおけるポートブリッジ構造と溶接室高さの変更が、肉厚ばらつきと押出速度の改善に寄与することが研究で明らかになった。.
アルミニウム押出加工業者との実務経験から言えば、キャビティ数が多いほど、あるいは内部形状が複雑であるほど、マンドレル／ブリッジの設計には細心の注意が必要となります。これは金型のコストやリードタイムにも影響を及ぼします。特注の中空プロファイルを指定する場合は、適切なマンドレル／ブリッジ金型が設計されるよう、必要な内部空隙サイズ、内部ウェブの数、肉厚公差、および合金について押出加工業者に明確に伝える必要があります。.
中空ダイスのブリッジや脚は純粋に美観上の目的で設けられている。.偽
ブリッジと脚部は機能的である：マンドレルを支え、空隙周囲の材料流動を誘導して中空部を形成する。.
中空金型内のマンドレルは、材料が流れる周囲の空間を規定することで内部キャビティを形成する。.真
マンドレルが内部輪郭を定義する。アルミニウムがマンドレル周囲に流れ込み、中空部として排出される。.
壁の厚さを均一に保つには？
肉厚を管理しないと、弱い部分や反りが生じたり、不良品が発生したりするため、肉厚の均一性は極めて重要である。.
アルミニウム押出中空材における均一な肉厚は、金型設計（支持長、流動路）の最適化、金属流動のバランス調整、急激な肉厚変化の回避によって達成される。.
押出成形された中空アルミニウムプロファイルにおいて、均一な壁厚を維持することは最も重要な品質要因の一つである。厚さの不均一は冷却歪み、弱点、組み立て上の問題を引き起こす。いくつかのガイドラインが存在する：
壁厚均一性に影響を与える主な要因：
- 金属流動バランス
- 肉厚遷移
- プロファイル対称性
- ダイ設計 – ベアリング長、ランド長
- 冷却と排気
実践的な推奨事項：
| 推薦 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|
| 急激な厚さの変化を避ける | 薄い壁は冷えるのが早い → 歪みが生じる |
| 厚さ比を約2:1以下に維持する | 加工性と押出安定性を向上させる |
| 遷移部分には十分な半径を使用する | 流れを助け、応力集中を低減する |
| 可能な限りプロファイルの対称性を保つ | バランスの取れた流れと冷却により、均一性が向上する |
| 工具設計者と早期に連携する | 工具の選択は肉厚の結果に影響する |
私の実体験から：中空フレームプロファイルの設計時、初期プロトタイプでは長尺部で壁厚が±0.3mmも変動していた。工具支持長を再設計し、フローフィード機能を追加した結果、変動幅を±0.1mmに低減し、歩留まりを劇的に改善できた。.
アルミ押出成形において、機械冷却速度は壁厚均一性に影響を与えない。.偽
冷却速度は断面の収縮と凝固に影響し、不均一な冷却は肉厚のばらつきや歪みを引き起こす。.
厚肉部と薄肉部の間の移行を段階的に保つことで、肉厚の均一性を維持できる。.真
段階的な遷移は流動バランスと冷却均一性を改善し、厚みばらつきを低減する。.
冷却は中空押出品質に影響を与えるか？
たとえ金型と設計が完璧であっても、押出後の冷却が不十分だと中空プロファイルを台無しにする可能性がある——反り、歪み、あるいは内部空洞が生じる恐れがある。.
はい — 冷却は中空押出成形の品質に大きく影響します：中空プロファイルの急激または不均一な冷却は、歪み、内部応力、内部キャビティ形状や肉厚のばらつきを引き起こす可能性があります。.
アルミニウムプロファイルがダイから出た直後は、まだ高温で延性がある。冷却段階は、金属の凝固方法、残留応力、真直度、寸法精度を決定する。中空押出材の場合、この段階は極めて重要である。内部空隙は特定部位の質量減少を意味し、それゆえ実心部とは異なる冷却挙動を示すからである。.
冷却要因とその影響：
- 焼入れまたは空冷
- 異なる厚さ = 異なる冷却速度
- 空洞効果
- 冷却流の均一性
- 冷却後の伸長
観察結果：大型中空プロファイル（幅約400mm）の1回の焼入れ工程において、端から端にかけての反りが発生した。これはプロファイルの遠端が（噴霧パターンの影響で）冷却速度が遅く、近端よりも収縮が遅れたためである。対策として、急冷水ノズルの調整と遠端への穏やかな送風機の追加を行った。結果：反りが70%減少した。.
したがって、プロジェクトで中空アルミニウム押出材を指定する場合（例えば、御社の建設用大型アルミニウム押出材など）、製造業者に以下の点を確認すべきです：
- 冷却／急冷ステーションは、プロファイルサイズと中空形状に対してどのように配置されていますか？
- 部品周辺の空気/水の流れはバランスが取れていますか？
- 彼らは断面全体にわたる温度変化をどのように制御しているのか？
- 冷却後にどのような延伸・矯正が用いられるのか？
冷却は中空押出アルミニウムプロファイルの真直度や寸法精度に影響を与えない。.偽
冷却ムラは、押出成形プロファイル、特に中空プロファイルにおいて、収縮率の差、歪み、反り、またはねじれを引き起こす。.
適切な焼入れと均一な冷却は、中空アルミニウム押出成形品において壁厚の均一性とプロファイル形状を維持する上で極めて重要である。.真
均一な冷却は、収縮差を回避し、形状と厚みの均一性を維持するのに役立ちます。.
結論
私の見解では、中空アルミニウム押出成形は高度に統合されたプロセスである。金型（ダイス、マンドレル、ブリッジ）、プロファイル設計（肉厚変化、対称性）、および押出後の冷却・延伸工程のすべてを調整する必要がある。これらを制御できれば、厳しい公差と品質要求を満たす中空プロファイルを実現できる。.
