JPH02255266A - 摺動部材の成形方法 - Google Patents

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、例えば金型ブレスの摺動面に使用されるウェ
アプレートなどの摺動部材を成形する摺動部材の成形方
法に関するものである。１（従来の技術） 摺動部材として、上記のようなウェアプレートにおいて
は通常鋳鉄材が用いられているが、プレス金型などの場
合には面圧が高くメンテナンスら困難であることから、
その摺動面の潤滑性を向上させる目的で、黒鉛に代表さ
れる固体潤滑剤がその摺動面に配置されている。このよ
うに固体潤滑剤を設けると、摺動時に摺動面に潤滑膜が
形成されて耐摩耗性が向上するとともにグリース塗布等
のメンテナンスが不要となる。ところでこの固体潤滑剤
としての黒鉛を上記摺動部材であるウェアプレートの摺
動面に配置（設置）するために、従来は次のような方法
が採用されていた。

′すなわち、例えば特開昭６０−４９５１２５号公報に
開示されているように、先ず当該ウェアプレートの摺動
面に多数の孔を形成し、これらの各孔内に、予め一定の
形状に成形しておいた黒鉛の塊を埋設するか、あるいは
粉末冶金法によってベス金属粉末と固体潤滑剤とを混合
し、それを加圧成形した後に、焼結して固定させるよう
にする方法がそれである。

しかし、これらの方法は作業工程が煩雑で製造費用が高
いという問題がある。また黒鉛の保持機能も低い。

そこで、このような問題点が生じないようにした従来方
法として、例えば特公昭６１−４６５３３号公報に記載
されているように、金属あるいは合金の溶融物内に黒鉛
粉末を混合し、上記金属あるいは合金と黒鉛との比重差
により上部に黒鉛粉末を移動（浮上）さ仕、この状態で
硬化させて黒鉛粉末を多く含んでいる表面層を潤滑層と
して形成する方法も提案されている。このような摺動部
材の成形方法によると、製造工程が簡単でコストも低い
メリットがある。

ところが、このように金属溶融物内に黒鉛粉末を混入す
ることによって潤滑層を形成する方法においては、相溶
性のない金属溶融物内に黒鉛粉末を混入させているため
に、黒鉛粉末を金属溶融物内に均一に分散させることが
困難であり、場合によっては黒鉛粉末が溶融物内で相互
に集まって大きな塊となってしまい、望ましい潤滑層が
形成できない難点がある。また、仮に黒鉛粉末を均一に
金属溶融物内に分散することができたとしても、上記金
属溶融物の粘性の程度によっては、分散した黒鉛粉末の
比重差による溶融物内での移動が適切に行なわれず、こ
の結果形成された潤滑層における黒鉛の含有量にばらつ
きが生じてしまう欠点がある。

そこで、このような点に鑑み、従来の問題点を解決し常
に望ましい特性の潤滑層を簡単かつ低コストに形成する
ことの可能な摺動部材の成形方法として最近では次のよ
うな摺動部材の成形方法が考えられている。

すなわち、過共晶成分の鋳鉄を材料として用い、この鋳
鉄の溶湯を、その中に初品状態で晶出した晶出黒鉛を比
重差を利用して特定の部分（上面）に浮上・偏析させな
がら凝固させていって黒鉛偏析部分を形成し、この部分
を摺動面として利用する方法である。

つまり、この方法は、その構成をさらに具体的に言うと
、例えば鋳鉄からなる摺動部材を成型する摺動部材の成
形方法において、先ず鋳鉄材料としてその共晶点以上の
炭素当量を有するものを調製し、この鋳鉄材料の共晶線
以上の温度で、当該鋳鉄材料の溶湯を鋳込む鋳込工程と
、前記溶湯を冷却させることによって晶出した晶出黒鉛
を、比重の差を利用して鋳型内の特定の部分に偏在させ
る凝固工程とから成り、鋳造された摺動部材に黒鉛の偏
析部を形成するようにしたことを特徴とするものである
。

そして、そのメカニズムをさらに詳細に説明すると、一
般に溶湯鋳鉄の晶出状態図は例えば第５図に示すように
なり、炭素当量がＸの点において共晶点が得られ、この
共晶点よりも高い炭素当量となっている過共晶成分の鋳
鉄における初晶温度はＡで示す線分となり、また共晶温
度はＢで示す線分となる。なお、同図における共晶点Ｘ
１初晶温度を示す線分Ａおよび共晶温度を示す線分Ｂは
、ケイ素Ｓｉの含有量に応じて、以下の式によって表わ
すことができる。

Ａ　＝　：（８９，１ｃ　Ｅ　−５０５，８ＣＥ＝（％
ｃ）＋Ｉ／３（第５ｉ） Ｂ　＝　１１５４．４＋　６．５（第５ｉ）ｘ＝　４．
２６−０．３１７（％Ｓｉ）そして、該方法の凝固工程
においては、上記過共晶成分の鋳鉄材料を使用し、それ
を上記鋳鉄材料線分へ以上の温度まで加熱後、線分Ｂに
温度が下がる間での範囲の温度で鋳込みを行なう。そし
て、加熱後、冷却される溶湯が線分Ａの温度以下になる
と、溶湯中に初晶黒鉛が晶出し始める。該初晶黒鉛はそ
の比重差により溶湯中をその表面付近にまで浮上する。

次に溶湯温度が線分Ｂに達するとオーステナイト−黒鉛
の共晶、凝固が始まる。

そして、次第に溶湯粘度が高まってくると上記初晶黒鉛
の浮上は抑制されるようになる。この結果、凝固した溶
湯中の上方に、初晶黒鉛の偏析部が形成されることにな
る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記のような従来の黒鉛の重量偏析による摺
動部材の成形法の場合、摺動面である黒鉛偏析部に集積
される黒鉛量は、主として鋳込温度に対応した溶湯の炭
素溶解度によって決定される。従って、上記黒鉛偏析量
を増大さ仕るためには上記溶湯自体の温度を上げて、し
かも更に新たに混入炭素量を増やす必要がある。

しかし、よく考えて見ると、上述したウェアプレートの
ような摺動部材で固体潤滑剤としての黒鉛の集積が必要
なのは本来その摺動面部層のみであり、本体側ベース部
を含む摺動部材全体に亘ってまで析出させる必要はない
。上記の如く上面側にのみ積極的に偏畦部を形成するの
も、本来はそのためである。ところが、上記の如く現在
提案されている方法ではベース部、表層部の区別なしに
摺動部材全体を一緒に鋳込み、唯単に黒鉛（炭素）と鋳
鉄母材との間の比重差を利用して晶出黒鉛を浮上させて
表層部に偏析（集積）させる構成が採られているから、
常に大容蟻のベース部の溶湯までも黒鉛偏析を前提とし
た高い加熱量と高精度な温度管理を行なわなければなら
ない問題がある。また、その場合、当該溶渦中の全ての
炭素成分が表層部に１００％晶出して偏析するわけでは
なくかなりの爪の炭素がベース部に残る。従って、どう
しても炭素成分の無駄が多くなる。

（問題を解決するための手段） 本発明は、上記のような問題を解決することを目的とし
てなされたもので、鋳型内に注入される溶湯状態の鋳鉄
母材に固体潤滑剤としての黒鉛を固溶状態で混入し、そ
れらの間の比重差により鋳鉄母材の表面側に黒鉛を晶出
させながら凝固させることにより摺動部材を成形するよ
うにしてなる摺動部材の成形方法において、上記鋳型内
キャビティーのベース部に普通鋳鉄を鋳込む一方、その
上層部に黒鉛過共晶鋳鉄を鋳込み、両者を一体的に凝固
させるようにしたことを特徴とするしのである。

（作　用） 上記本発明の摺動部材の成形方法では、鋳型内に注入さ
れる溶湯状態の鋳鉄母材に固体潤滑剤としての黒鉛を固
溶状態で混入し、それらの間の比重差により鋳鉄母材の
表面側に黒鉛を晶出させながら凝固させることにより摺
動部材を成形するようにしてなる摺動部材の成形方法に
おいて、上記鋳型キャビティーのベース部側には特に共
晶化しない普通鋳鉄のみを鋳込み、他方黒鉛の偏析が必
要な同表層部側には黒鉛を多量に含む共晶鋳鉄を鋳込む
ようになっている。

従って、これまでのようにベース部側にまで不必要に炭
素を混入する必要はなく炭素成分と消費量を大きく低域
することができるようになるとともに表層部側に極めて
効率良く高い偏析度で黒鉛を集積させることができるよ
うになる。

また、摺動部材全体のボリュームから言って表層部は相
当に体積比率が小さいから、温度管理も容易で、当然過
熱エネルギーも少なくて済むようになる。

（発明の効果） 上記の結果、本発明の摺動部材の成形方法によると、低
コスト且つ高効率で、しかも製品精度の高い摺動部材の
成形方法を提供することができるようになる。

（実施例） 第１図〜第３図は、本発明の第１実施例に係る摺動部材
の成形方法および該方法を実施するための摺動部材成形
装置を示している。

先ず第１図は上記実塵例装置の全体的な構成を示すもの
で、同図中符号ｌは例えば方形の箱状に形成されたロー
ストフオーム鋳造用のフラスコ（以下、単にフラスコと
いう）であり、該フラスコｌ内には砂型２が高圧力で充
填されている。

そして、該砂型２内には図示のように成形すべき例えば
プレス金型用ウェアプレート２０（第２図参照）の形状
に対応したポリスチレン製のウェアプレート模型３が納
入されている。該ウェアプレート模型３によって上記砂
型２の内部に形成された鋳型キャビティー４には、その
底部側に連通ずる第１の注湯路５とその上部に連通ずる
第２の注湯路６との２組の注湯路が設けられており、先
ず第１の注湯路５から普通鋳鉄（後述）の溶湯が、また
第２の注湯路６から黒鉛を含む共晶鋳鉄（後述）の溶湯
が各々注入され両者を成層化した鋳込み作業が行なわれ
るようになっている。

次に上記構成のウェアプレート成形装置を使用して行な
われるウェアプレート（摺動部材）の成形方法について
具体的に説明する。

（第１工程） 先ず次の（表−■）に示すような成分組成を有する普通
鋳鉄の溶湯（以下、第１の溶湯という）と（表−ｎ）に
示す成分組成を有する球状化黒鉛鋳鉄（共晶化鋳鉄）の
溶湯（以下、第２の溶湯という）とを各々調製し準備す
る。

（表−■） （表−■） なお、上記球状化黒鉛鋳鉄としては、共晶点以上の炭素
含有量（即ち、３．５ｗｔ％以上）を有するものが使用
されるのが望ましい。また、溶湯温度は、黒鉛の晶出温
度以上（例えば１４００℃）とされるのが望ましい。

（第２工程） 次に先ず上記調製された２種の溶湯の内、第１の溶湯（
普通鋳鉄）を上記第１の注湯路５を介して上記ウェアプ
レート模型３の鋳型キャビティー４内のベース空間部４
ａに適正に充満するまで供給し、ウェアプレートベース
部（第２図の２０ａ）を成形するための鋳込を行なう。

（第３工程） 続いて、上記第２工程の作業と同様にして上記第２の溶
湯（球状化黒鉛鋳鉄溶ｍ＞を上記鋳型キャビティー４へ
の第２の注湯路６を介して上記鋳型キャビティー４の残
された表層部４ｂに適正に注入充填する。

この状態で暫時放置すると、上記第１溶湯凝固の初期に
おいて溶湯中に固溶されている黒鉛が晶出を開始し、黒
鉛と鋳鉄母材との比重差により比重の小さい黒鉛は鋳型
向上部に浮上せしめられ、上記鋳型キャビティ−４内表
層部４ｂの上面部に、未凝固の黒鉛偏析部が形成される
こととなる。この時、球状化処理により溶湯中に生じた
気泡が存在している時には、該気泡中への黒鉛晶出によ
り、より一層の偏析効果が得られる。

なお、この場合に、鋳造時に於いては、必要に応じ注湯
流方式あるいはインモールド方式による球状化成分（例
えば、Ｆｅ−Ｍｇ、Ｃｅ等）の接種が行なわれる。

また同時にベース部４ｂ側でも順調に通常の凝固が進行
する。

（第４工程） 北記第３工程完了後、所定の冷却時間を保って両溶湯を
凝固一体化させる。

（第５工程） 上記第４工程が完了・すると、鋳型の型バランを行なっ
て一次成形された成形製品としてのウェアプレート２０
（第２図）を取り出す。

この状態におけるウェアプレート素材２０は、例えば同
第２図に示すように、その表層部２０ｂ上面に摺曲状態
の凹凸部が残り易い。該凹凸部は、共晶鋳鉄の溶湯が炭
素濃度並びに粘度が共に高いために生じる。該部分は本
来炭素濃度か高く、従って本来摺動部材として適当なの
であるが、反面機械的強度に欠ける欠点がある。

（第６エ程） そこで、上記凹凸面を解消するために」−記第２図の構
造のウェアプレート素材２０を第３図（ａ）、→第３図
（ｂ）−第３図（ｃ）に順次図示したように、ダイス２
１．２２間に挿入して上下方向から上型バンチ２３と下
型パンチ２４とで熱間加圧成型することによって平滑化
する。この結果、上記凹凸部の高炭素材を全く除去する
ことなく、平滑な高潤滑摺動面を得ることができる。

以上のように本実施例のウェアプレートの成形方法では
、ベース部は普通の鋳鉄で形成されるから通常の溶湯温
度、溶湯加熱温度の管理で足りるから温度管理が容易で
、しかも加熱に要するエネルギーも小さくて済む。そし
て、高濃度の炭素成分を必要とする共晶鋳鉄溶湯の注入
部は、その上面側の厚さの薄い表層部だけで足りるから
、温度管理の容易さはもちろん、供給炭素の効率的な偏
析が可能で無駄がなくなり材料コストの低減にもつなが
る。

ところで、上記第１実施例では、その第６エ程において
示されるように、熱間ブレス成型によりウェアプレート
摺動面の平滑化を図るように構成したが、該平滑化手段
は何も上記熱間プレスによる方法のみに限られるもので
はない。

その他の実施方法として、例えば先ず第２実施例として
第４図に示しているように、上記ウェアプレート表層部
上面に銅（Ｃｕ）と錫（Ｓｎ）の合金よりなる平滑プレ
ート２５を配置し、その下方に上述と同様の共晶鋳鉄の
溶湯を鋳込む方法が考えられる。

この場合、上記平滑プレート２５は、溶湯の熱で最終的
に溶解され、該溶解材が上記凹凸部の凹部を埋めるよう
になるので製品の表面に残ることらない。

また、これとは異なり例えば第３実施例として第５図に
示すように、−旦凝固したウェアプレート２０の両端側
に複数の電極２６ａ〜２６ｅ（＋）２７ａ〜２７ｅ（−
）″を設け、その間を流れる電流のジュール熱により表
面を再溶融することにより平滑化を図ることら可能であ
る。

この方法の場合、同時に全ての電極間に電源２９からの
電流を流すことは大きな電源電流を必要とするのでマル
チプレクサのような切換器３０を利用して順次所定のセ
クンヨン毎に溶融して行く方法が採られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る摺動部材の成形方法を
実施するための摺動部材成形装置の構成を示す断面図、
第２図は、同装置によって製造された成形品の断面図、
第３図（ａ）〜第３図（ｃ）は、上記実施例方法の成形
工程の一部を示す工程図、第４図および第５図は、各々
本発明の第２、第３の実施例による成形方法を示す概略
的な断面図及び斜視図、第６図は、一般的な共晶鋳鉄溶
湯の晶出温度特性図である。 ｌ　ｅ・・・Φロストフオーム鋳造用フラスコ２　　・
　・　・　・ ３　　・　φ　・　・ ４　　１　・　・ ５　　・　−・　・ ６　　・　・　・　・ ２０　・　・　・　・ ２１．２２−　・　＃　― ２３　・　・　・　・ ２４　・　・　・　・ ２５　・　・　・　・ 砂型 ウェアプレート模型 鋳型キャビティ 第１の注湯路 第２の注湯路 ウェアプレート ・ダイス 上型パンチ 下型パンチ 平滑プレート 第１図 ムｖＩＦ＋用フラスコ ロストフオ 砂型 ウェアプレート模ん Ｙｌ型キャビティ 第１の注湯路 第２の注ｌＬ４路 ウェアプレート ダイス 二上型パンチ ：下型パンチ ：平屑プレート

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、鋳型内に注入される溶湯状態の鋳鉄母材に固体潤滑
   剤としての黒鉛を固溶状態で混入し、それらの間の比重
   差により鋳鉄母材の表面側に黒鉛を晶出させながら凝固
   させることにより摺動部材を成形するようにしてなる摺
   動部材の成形方法において、上記鋳型内キャビティーの
   ベース部に普通鋳鉄を鋳込む一方、その上層部に黒鉛過
   共晶鋳鉄を鋳込み、両者を一体的に凝固させるようにし
   たことを特徴とする摺動部材の成形方法。