押出し
押出し（押出加工、extrusion）は、ビレットやスラグなどの素材をコンテナ内で圧縮し、ダイス（金型）の開口から連続的に押し出して所定の断面形状を得る塑性加工である。アルミニウムやマグネシウムなどの軽合金、銅合金、鋼、熱可塑性樹脂に広く適用され、軽量化、長尺化、複雑断面の量産に有利である。直接法・間接法、熱間・温間・冷間、油圧式・メカ式、さらに静水圧押出しなど多様な方式があり、要求特性やコストに応じて選定する。
原理と特徴
押出しでは素材がダイス入口でせん断変形と圧縮を受け、ダイスベアリングで整流されて目標断面に収束する。押出し比（初期断面積/製品断面積）が大きいほど成形抵抗が増すが、結晶粒微細化や内部欠陥の溶着が進み機械的性質が向上しやすい。連続長尺の製品が得られ、切断長を自由化できる点も量産性に寄与する。一方でダイス摩耗やベアリング長の不適合は寸法変動や表面条痕の原因となる。
方式の分類
- 直接押出し：ラム進行方向へ素材とともに摩擦が動く一般的方式。装置が簡便で適用範囲が広い。
- 間接押出し：ダイス側が進行して相対摩擦を低減する。圧力低減と温度上昇抑制に有効。
- 静水圧押出し：圧力媒体で全周から加圧し脆材料や高押出し比に適する。
- 熱間/温間/冷間：熱間は成形抵抗が小さく欠陥修復に有利、冷間は精度・表面が良好、温間は両者の折衷。
材料と用途
Al系では建材、ヒートシンク、フレーム、車体部材が代表例であり、Mgは軽量部材、Cuは電気導体、Tiは耐食・高比強度部材に用いる。鋼の押出しは熱間主体で、歯車ブランクや中空軸などに適用される。樹脂の押出成形はパイプ、フィルム、シートに広範囲である。
工程と設備
- 前処理：ビレット切断、加熱（熱間は再結晶温度以上）、酸化皮膜処理やガラス潤滑剤塗布。
- 成形：コンテナ装入、センタリング、ラム加圧。ダイスはベアリング長と角度で流動を制御する。
- 後工程：引取り（プル）、冷却、矯正、時効（T5/T6 等）、切断・加工、検査。
設計と計算の要点
ダイス開口は肉厚、リブ高さ、コーナR、ベアリング長を一体で最適化する。肉厚差が大きい断面では流速差で曲がりが起きやすいので、ベアリング長で補正する。押出速度は表面焼けや縞模様の閾値を超えない範囲で最大化し、プレス能力は最大押出荷重と安全率から選定する。形材のねじれ・曲がりは温度勾配と速度分布のアンバランスで生じるため、加熱ムラ低減とダイス調整で抑える。
代表的数式の目安
平均流動応力をσm、押出し比をRとすると、必要圧力はおおむね p≈σm·lnR＋摩擦項（m·σm）で見積もる。熱間Alのσmは温度とひずみ速度に依存し、鋼ではm値（ひずみ速度感受性）が小さいため温度管理がより重要となる。単純形状では押出荷重F≈p·A（Aはビレット断面）を初期設計に用いる。
欠陥と対策
- センターバースト（シェブロン）：過大な引張応力と潤滑不足が原因。温度適正化、ダイス角修正、潤滑強化で抑制。
- ダイスライン・表面荒れ：ベアリング摩耗、速度過大、介在物混入。ダイス研磨、速度低減、清浄化で対処。
- コーナ割れ・端割れ：局所過大流速と低延性。R付与、ベアリング調整、素材温度最適化。
- 寸法変動・曲がり：非対称断面の流動差。ベアリング差設定と引取り条件の最適化。
潤滑と温度管理
熱間鋼ではガラス系潤滑が高温で粘度と離型性を確保し、Alでは黒鉛や合成油、樹脂ではスクリュとシリンダの温度プロファイルが支配的である。コンテナとビレットの温度差は流動不均一の要因であり、投入順次の温度ドロップを考慮して押出速度・冷却法（空冷/ミスト/水冷）を選ぶ。
品質・検査
寸法精度はJISの公差区分を基準に、形状（直線、ねじれ、平面度）と機械的性質（降伏強さ、引張強さ、伸び）、導電率、表面粗さを管理する。引取り張力と矯正条件は残留応力を左右し、時効処理（T6 等）は強度・寸法の再現性を高める。破壊や内部欠陥の確認には超音波探傷や涡流検査が有効である。
生産性と経済性
押出しは初期金型費が比較的低く、形材の設計自由度と断面性能の最適化（トポロジー的な中空・リブ配置）で材料歩留まりを高められる。バッチから連続まで拡張性があり、型替え時間の短縮と材料グレード統合により総コストを削減できる。スクラップ再溶解とクローズドループの構築はLCAの観点でも有利である。
関連加工法との位置づけ
押出しは〈体積塑性加工〉に属し、同じ体系には圧延、自由鍛造、型鍛造、転造、薄板系ではプレス抜きやプレス絞り、回転流動型のスピンニング、切断系のせん断切断がある。断面精度や長尺化に強い押出しは、これらと工程分担して製品の機能・コスト最適化に寄与する。