By Patrick McSweeney (August 2021)

アルミニウム押出（断面形状が明確なアルミニウム合金部品の製造プロセス）は、増加傾向にあります。2018年に約800億ドルと評価れた世界のアルミニウム押出市場規模は、2019年から2025年にかけて年平均成長率5%以上で成長すると予想されています。米国、中国、インドを合わせると2030年までに世界の建設業界全体の成長の約60%を占めると予想されており、これらの国々で押出成形が増加しています。

押出成形は、強度がありながら軽量で、しかも鉄鋼よりも安価でリサイクル可能なアルミニウム合金を製造する非常に重要な成形方法です。燃費効率向上に対する消費者や政府の需要に応じて、より軽量な自動車、トラック、公共交通機関の車両を製造しようとする自動車などの主要産業にとっては、この技術が不可欠です。例えば、フォードではアルミフレームを採用したF-150があり、アウディ、メルセデス・ベンツ、ランドローバーなどの高級車メーカーも軽量素材とこのプロセスに注目しています。またそれらを稼動させるための部品についても 高度な複合材料が真価を発揮するところです。

押出成形は、自動車業界だけでなく、ソーラーパネル、各種電子機器、航空宇宙産業でのギャレー、計器、座席など、様々な製造業や建設業にて使用されています。このプロセスは、人々が生活し、建物を建てる場所であればどこでも普及しています。

アルミニウム押出成形は、高圧プレスを利用して金属ビレットをダイスに通すことで断面形状を持つ部品を作ります。このプロセスは複雑な断面形状を持つ素材を数多く作ることができ、アルミニウム合金の物理的特性を最適化して強度を大幅に向上させることが可能です。さらに、多くの用途に使用できる幅広いカスタム複雑形状を製造することができます。

押出成形は多くの利点を持っていますが、工程のメンテナンスにおいて課題に直面することが少なくありません。

これらの課題は、このプロセスで使用される軸受けやブッシュ、ライナーなどの部品に起因していることがあります。これら部品は相手材と異なるタイプの材料で作られることがあり、ブロンズが特によく使用されますがより柔らかい金属はそれ自体が摩耗してメンテナンスにて取り換えることで使われます。しかし、押出成形でそれら金属部品を使用するデメリットの一つに潤滑剤が必要なことがあげられ、使用しいと機械が停止する恐れがあります。

アルミニウム押出成形における3つの主な課題は以下の通りです。

1. プレスのミスアライメントとダウンタイム  – プレスのミスアライメントは機器を損傷し、生産量に悪影響を及ぼします。表面に凹凸が生じると金型の寿命が短くなり、ワークピースの肉厚公差が失われ、スクラップが増えてメンテナンスのダウンタイムが発生します。

2. 部品の交換と摩耗  – 押出成形に使用されるブッシング、ベアリング、ライナーなどは製造工程の中で特に摩耗が激しく、一方で交換が困難な場所で使用されることがあります。これらの部品の損傷は予期せぬメンテナンスの停止を招き、1時間あたり約10,000ドルものコストがかかるとも言われております。

3. 潤滑要件が安全上の課題と製品汚染を引き起こす – 前述の通り、押出成形で金属製のベアリングやライナーを使用することの欠点の一つは潤滑剤が必要になることです。潤滑剤が過剰になると可動部品や製品に混入し、製品不具合の原因となる可能性があり、また油漏れによる作業環境の悪化を引き起こすことがあります。一方で潤滑剤が少なすぎると、機器が停止する不具合を引き起こす可能性があります。

金属やブロンズに代わり複合材料性のベアリング、ブッシング、ライナー等の部品が増加しています。これらの材料は軽量で鋼鉄の5倍の強度と2倍の剛性を持ち、潤滑剤を必要とせず、また耐熱性も有するため多くの製造材料部品に適しています。

Wearcomp^® ソリューションは、重工業機械向けのOmniseal Solutions™の主力製品となる複合材料です。耐熱性の高いポリイミド樹脂と炭素繊維をブレンドした独自の材料で、316℃（600ºF）で使用でき、短時間の耐熱温度は538℃（1,000ºF）に達します。ダイガイド、ドロープレス、ランナウトテーブル、ピルガープレスライナー、ビレットシャー、フィニッシングソーなどに使用されています。

なぜメーカーは押出成形において先進複合材料を検討すべきなのでしょうか？先進複合材料がもたらす以下の6つの利点を考えてみましょう：

1. 長寿命化による長期継続運転と耐用年数 – 高度な複合材を使用することで、部品の長寿命化により長期継続運転が可能で、部品交換回数も少なくなります。Wearcomp^® カーボンファイバーコンポジットベアリングは、ブロンズ製と比較して4～10倍の長寿命を実現し、優れた寸法安定性、高い耐衝撃性（ゼロクリープ）、優れた強度、そして高い耐久性を提供します。

2. 「セットして放置できる」 – Wearcomp^® カーボンファイバー・コンポジット・ベアリングは自己潤滑性があります。稼働中に潤滑油システムが作動しているか、グリースが塗布されているか、アライメントが適切であるか等を確認する必要がなくなります。クリープゼロで摩耗も少ないため、再アライメントのための停止も少なくなります。

3. 安全性の向上と5S – 常にグリースを塗布する必要がない自己潤滑性材料を使用することで、油漏れで懸念される安全性と清潔性が向上し、5S推進に役立ちます。

4. 機械の寿命を延ばす – 産業機械は高価であり長期にわたり使用する前提ですが、高度な複合材によりブロンズよりも機械故障のリスクを低減することができます。

5. スクラップを減らす  – ブロンズ製部品とは異なり、高度な複合材は摩耗が非常に少なく、剥がれ落ちず、アライメントをより確実に継続さすることができます。

6. トータルコストの削減 – 以下に具体例を示します。

先進の複合ベアリングとライナーがブロンズ製部品よりも部品単価が高い場合、どのようにしてメーカーのコスト削減に貢献できるのでしょうか？

一般的な例を考えてみましょう。あるメーカーが、工場の重要な機械であるラムプレスライナーに使用されている3600トンプレスのブロンズベアリングに関する問題解決のために当社Omniseal Solutions™を訪れました。

以前は、顧客が1個2,000ドルのブロンズライナーを購入し、3年間使用していました。これを、それぞれ3,000ドルのWearcomp®ライナーに交換しましたが、このライナーの寿命は6年間です。

ダウンタイムのコストが1時間当たり1万ドルと予想され、ライナー交換に1時間かかるとした場合、総所有コストは次のように計算されます。

ブロンズのコストは以下の通りです：

設置費10,000ドル＋ライナー1枚につき2,000ドル（耐用年数3年）＋ライナー交換のためのダウンタイム10,000ドル＋ライナー2,000ドル

その結果、6年間の総費用は26,000ドルになります。

Wearcomp®アドバンスドコンポジットのコストは以下の通りです：

10,000ドルのインストール＋3,000ドルのライナー（6年間のサービス）

6年間の総費用は13,000ドルに相当します。

これは一例ですが、最終的な結果として、メーカーが1.5倍の価格の先進複合材ベアリングを使用することで2～3倍長持ちするということです。ダウンタイムのコストも削減できます。さらに、信頼性も向上します。詳細は、摩耗と機械的試験データを掲載したOmniseal Solutions™の事例をご覧ください。

Omniseal Solutions™が 航空業界で事業を開始して以来、常に最高の品質と検査基準を守って製品を提供しております。すべての顧客に対して、航空宇宙業界の品質基準と同様のレベルで、また製造におけるこれまでの知見を基にサポートいたします。

また、Omniseal Solutions™の Rulon^® PTFE 材料 も、航空宇宙業界でのライナーやブッシングに使用されております。この材料は、耐熱性と優れた耐薬品性を備えており、航空宇宙産業にて一般に使用される流体に対応しております。さらに低摩擦係数も有します。

Wearcomp® アドバンスト・コンポジットのトライアルをご希望の場合は、ぜひお問い合わせください。

Along with advanced composite solutions, Omniseal Solutions provides advanced components for manufacturing with Rulon^® PTFE material, regularly used in liners and bushings in the industrial industry. This material is sought after due to its high temperature and excellent chemical resistance, ideal for fluids typically used in these applications and its low coefficient of friction wear surface in manufacturing.

Contact a design engineering and manufacturing expert today to learn how they can help you to address your toughest heavy industrial machinery and manufacturing challenges or to get a trial of the Wearcomp^® advanced composites to see for yourself.