JPH02224862A

JPH02224862A - 溶湯鍛造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH02224862A
Application number: JP4881989A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sasaki; 佐々木　政義; Fumio Saeki; 佐伯　文夫
Original assignee: Atsugi Unisia Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1990-09-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、例えば内燃機関のピストン等を成形する溶湯
鍛造方法及びその装置に関する。

従来の技術従来、例えば軽合金製ピストン等を製造する方法、とじ
ては、一般に溶湯鍛造法が用いられており、この一つに
所謂プランジャー加圧法によるものが知られている。こ
れは、上金型と下金型とにより形成されたキャビティ内
に例えばアルミ合金の溶湯金属を注湯し、その後該キャ
ビティ内の溶湯金属をパンチにより上方向から高圧で加
圧しつつ凝固させ、その後離型を行なってピストンの粗
材を成形するようになっている。このように、溶湯金属
が凝固するまで加圧することによって、収縮巣やピンホ
ールなどの欠陥が除去され、凝固組織の微細化により疲
労強度等の機械的品質が向上する。

ところで、斯かる溶湯鍛造法においては、潤滑性や離型
性を得るために、溶湯金属をキャビティ内に注湯する前
に金型内に塗型材を設けることが一般に行われており、
この塗型材は黒鉛系と断熱系の２つがある（金属材料・
第１５巻第２号・１９７５年２月１日・日刊工業新聞社
発行・第２０頁参照）。

発明が解決しようとする課題然し乍ら、上記黒鉛系塗型材は、潤滑性等には優れてい
るものの、金型内への塗布に際して膜厚を大きくするこ
とが困難であり、また熱伝導性が良いため保温性が乏し
く、特にピストンなどのような小物や薄肉製品の加圧鋳
造に際しては、例えば薄肉なスカート部を成形する溶湯
金属が加圧前に凝固してしまい、上述のような加圧効果
が著しく低下し、疲労強度等の機械的品質が低下し、疲
労強度等の機械的品質が低下する。

一方、断熱系塗型材は、一般に基材の粒子が粗いため、
凝固の成形品の離型性が悪化し、製造作業能率の低下を
招く。

課題を解決するための手段本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたもので
、従来における塗型材を廃止したものであって、金型の
内部に溶湯金属を注湯した後、該溶湯金属を加圧して粗
材を成形する溶湯鍛造方法において、上記溶湯金属を注
湯する前に、上記金型内にシート部材を装着したことを
特徴としている。

また、金型の内周面と溶湯金属との間にシート部材を介
装したことを特徴としている。

作用上記構成の本発明によれば、金型内に溶湯金属を注湯し
た際、シート部材によって溶湯金属から金型への伝熱が
遮断されるため、溶湯金属の凝固速度が遅延し、この結
果、パンチによる加圧効果が向上する。

実施例以下、本発明の実施例を図面等に基づいて詳述する。

まず、溶湯鍛造装置を内燃機関のピストンの製造に適用
した各実施例を第１図及び第２図により説明すれば、第
１図の１は略円筒状の上金型、２は該上金型ｌの下部に
配置され、かつ略中央上面にピストン中空部成形用の中
子３を一体に突設してなる下金型、４は両全型１．２で
構成されたキャビティであって、このキャビティ４の内
部にはアルミ合金（ＡＱ金合金あるいはマグネシウム合
金（Ｍｇ合金）が溶湯金属５ａ、５ｂとして注湯される
ようになっている。また、この溶湯金属５　ａ　＋５ｂ
は、キャビティ４上方から進入する円柱状の加圧パンチ
６によって所定の高圧力で加圧されるようになっている
。

そして、上記キャビティ４の下部内周面には、円環状の
シート部材７が装着されている。このシート部材７は、
アルミナシリカ繊維材ｃＡｃ、ｏｓ４８％、Ｓ、０．５
２％）からなり、その肉厚が約０．５ｇ＋ｎに設定され
ているか、あるいはアルミナ繊維材（Ａｃｔｏｓ９７％
、　５ｔｏｔ３％）で、肉厚が約１嘗ｌに設定されてい
る。

第２図は、本発明の第２実施例を示し、セラミツク繊維
強化ピストンを製造するための装置であって、上記第１
実施例の構成を前提として、中子３にセラミック繊維成
形体８を被嵌したものである。このセラミック繊維成形
体８は、ピストンの内壁を構成するために略有蓋円筒状
に形成され、その成分は上記アルミナシリカ繊維材と同
様にＡＱｔＱｓ４８％、　ｓ、ｏｔ５２％に設定されて
いる。

次に、この溶湯鍛造装置によってピストン成形体を製造
する方法を、実験結果を示す別表に基づいて詳述する。

この実験例は、基本的には上記シート部材７を装着した
場合と非装着の場合を比較したものであって、加圧力等
の諸条件を変えて行なっている。すなわち、実験例ＮＯ
，１〜７は、第１実施例の装置、Ｎ０１８〜Ｉ３は第２
実施例の装置を夫々使用した場合の実験例であって、Ｎ
ｏ、　１〜３．ＮＯ，８〜ＩＯは溶湯金属としてＡＣ８
Ａのアルミ合金、Ｎｏ、　４〜７．ＮＯ，ｉ　ｔ　〜１
３はＡＺ９２（７）？グネシウム合金を夫々使用してい
る。また、キャビティ４の内径を８８ｍｍ〜１０５ｍｍ
間で任意に設定しており、加圧バンチ６の溶湯加圧力も
７５０　ｋｌ・’／ｃ＋ｓ″と１０００口６　ｒ　／　
ｃｖａ　＊に分けて行なった。また、アルミ合金溶湯５
ａ温度は約７５０℃、マグネシウム合金溶湯５ｂ温度は
約７２０℃に設定した。更に、シート部材７は、アルミ
合金溶湯５ａの場合は０．５ｍ−厚のものを、マグネシ
ウム合金溶湯５ｂの場合は１■厚のものを使用しており
、また、シート部材７の装着、非装着に拘わらず、キャ
ビティ４の内周面全体および加圧パンチ６下面に黒鉛系
塗梨材を塗布した。

そして、まず上記東Ｉ実施例の装置を使用した実験例で
は、上金型１を３５０℃に、下金型２を２５０℃、加圧
バンチ６を２８０℃に加熱しておき、加圧バンチ６を引
き上げて０．５＠ｍあるいはｌｌｌｌ１１厚さのシート
部材７を予めキャビティ４内に装着する。次に、上記ア
ルミ合金溶湯５ａあるいはマグネシウム合金溶湯５ｂを
キャビティ４内に注湯し、直ちに加圧バンチ６で上方か
ら加圧し、凝固完了迄この状態を維持した。

一方、上記第２実施例の装置を使用した実施例では、上
下金型１，２．加圧バンチ６の加熱温度は、第１実施例
の場合と同様であり、シート部材７もアルミ合金溶湯５
ａでは０．５ｍｓ厚、マグネシウム合金溶湯５ｂではＩ
Ｉ厚のものを使用し、これを予めキャビティ４内に装着
する。また、約４５０℃に予め加熱したセラミック繊維
成形体８を、中子３に被嵌しておく。後は、上記第１実
施例と同様にキャビティ４内への溶湯金属の注湯を行な
い、それを加圧バンチ６であ加圧する。これによってア
ルミ合金溶湯５ａあるいはマグネシウム合金溶湯５ｂが
、セラミック繊維成形体８にマトリックスしてセラミッ
ク繊維強化ピストン成形体が得られる。

以下余白上記別表で示すように、実験例ＮＯ，１〜３．４〜７に
おいて、シート部材７が非装首の場合は、加圧バンチ６
の加圧力が７５０　ｋ′ｌ−’／ａｍ’の場合（Ｎｏ、
　２　、　Ｎｏ、　５　）は、上述のような加圧効果が
不足し、成形品内部にピンホール等が発生し、また表面
の艶がな（転写不良を起こした。しかし、キャビティ４
の内径を９０ｍｍあるいは１１０５ａに拡大しかつ加圧
バンチ６の加圧力を１ｏｏｏ”・１／Ｃｍ”に上げた場
合（ＮＯ，３、Ｎｏ、　７　’）は、アルミ合金溶湯５
ａあるいはマグネシウム合金溶湯５ｂがピストンスカー
トの下端縁部５ｃまで完全に充填されて加圧効果が十分
に得られた。また、成形品の表面が金型形状に馴染んで
表面に艶が発生し、良好な転写が得られた。

これに対し、シート部材７を装着した場合は、キャビテ
ィ４内径が８８ｍ５あるいは１ｏｓｓ−で加圧力が７５
０　ｋｌＩ−’／ａｍ”であっても（Ｎｏ、　ｌ　、　
ＮＯ，４）、上記１０００　”’／ｃｖ”と同様な加圧
効果が得られたと共に、表面の艶も発生し、良好な転写
が得られた。これは、シート部材７の効果的な断熱作用
によって両合金溶湯５ａ、５ｂの凝固速度を十分に遅ら
せることができることに起因している。したがって、ピ
ストンの疲労強度等が向上すると共に、外径を可及的に
小さくすることができる。また、次工程でピストン表面
加工としての切削仕上げ量が少なくて済み、その作業性
が向上すると共に、原料消費量上も有利となる。しかも
、加圧バンチ６の加圧力も小さくできるので、装置の負
荷が軽減する。

一方、実験例８〜１０．１１〜１３において、シート部
材７が非装着の場合で、かつキャビティ゛４の内径が９
０■（アルミ合金溶湯５ａ）及び１００■ｍ（マグネシ
ウム合金溶湯５ｂ）の場合は、７５０　ｋｌＩ−’／ａ
ｍ”の圧力を加えるとセラミック繊維成形体８の周辺部
に潰れ損傷が発生した（ＮＯ，９゜１２）。しかし、ア
ルミ合金溶湯５ａの場合でキャビティ４内径を１００１
とした場合（ＮＯ，１０）、あるいはマグネシウム合金
溶湯５ｂの場合でキャビティ４内径を１０５１とした場
合（ＮＯ，１３）はセラミック繊維成形体８の漬れ損傷
がみられなかった。

これに対し、シート部材７を装着した場合は、アルミ合
金溶湯５ａで、キャビティ４内径が９０ａｍの場合（Ｎ
Ｏ，８）、あるいはマグネシウム合金溶湯５ｂでキャビ
ティ４内径が１００ｏｕａの夫々小径に設定した場合（
ＮＯ，ｌｌ）であっても、上記加圧効果が十分に得られ
たことは勿論のことセラミック繊維成形体８の潰れ損傷
が全くみられなかった。したがって、シート部材７を装
着した場合はセラミック繊維成形体８によるピストンの
剛性を確保しつつピストンの外径を可及的に小さく設定
することができると共に、表面加工作業の簡素化が図れ
る。

尚、本発明は、上記各実施例における内燃機関のピスト
ンを成形するものに限定されず、大きなものから小さな
ものまで１１広い成形物を対象にすることができる。ま
た、シート部材７は、次工程のピストン外径を切削加工
する際にピストン本体と共に切削加工されることにより
取り除かれる。

さらに、シート部材７の金型内への装着位置も成形対象
物によって任意に変更できる。

発明の効果以上の説明で明らかなように、本発明によれば、金型内
に注湯された溶湯金属は、シート部材の断熱作用によっ
て、その凝固速度が十分に遅延するため、パンチによる
加圧効果が十分に得られ、したがって、成形品の疲労強
度等の機械的品質が向上する。この結果、小物や薄肉製
品の成形が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る溶湯鍛造装置の第１実施例を示す
断面図、第２図は本発明の第２実施例を示す断面図であ
る。１・・・上金型、２・・・下金型、５ａ・・・アルミ合
金溶湯、５ｂ・・・マグネシウム合金溶湯、６・・・加
圧パンチ、７・・・シート部材。ト・・上金型２・・・下金型５ａ・・・アルミ合金溶湯５ｂ・・・マグネシウム合金溶湯６・・・加圧パンチ７・・・ソート部材

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金型の内部に溶湯金属を注湯した後、該溶湯金属
を加圧して粗材を成形する溶湯鍛造方法において、上記
溶湯金属を注湯する前に、上記金型内にシート部材を装
着したことを特徴とする溶湯鍛造方法。
（２）金型内に注湯された溶湯金属を加圧して粗材を成
形する溶湯鍛造装置において、上記金型の内周面と溶湯
金属との間にシート部材を介装したことを特徴とする溶
湯鍛造装置。