JPH0228703B2 - Seramitsukukyokapisutonnoseizoho - Google Patents
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- JPH0228703B2 JPH0228703B2 JP30102487A JP30102487A JPH0228703B2 JP H0228703 B2 JPH0228703 B2 JP H0228703B2 JP 30102487 A JP30102487 A JP 30102487A JP 30102487 A JP30102487 A JP 30102487A JP H0228703 B2 JPH0228703 B2 JP H0228703B2
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明はアルミニウム合金等の鋳造物に無機質
短繊維の成形体あるいは粒子等を複合させて機械
強度、耐摩耗性、耐熱性等を増大させると共に大
量生産を可能とするセラミツク強化ピストンの製
造法に関する。 （従来の技術） 従来、セラミツク強化ピストンの製造法に関し
ては、特開昭和52年第128832号には、無機質繊維
の成形体を高圧凝固鋳造法又は高圧鋳造法とクラ
ビテイ鋳造法を併用してアルミニウム又はマグネ
シウム合金鋳造物の少なくとも一部に複合させた
断熱性を有する鋳造物の製造方法が、又、特開昭
和58年第93560号に製品の補強したい部位の形状
に合せて、且つ、加工後削り取られる部位に合せ
て繊維の成形体を成形し、該繊維の成形体を鋳型
内の所定位置にセツトした後鋳造する繊維複合金
属材料の製造方法が、更に本発明者が提案した特
願昭和62年第22457号では、予め多数の毛玉状に
凝集した無機質短繊維材を結合剤をもつて所定の
形状に結合成形し、該成形体を鋳型内の所定の位
置に設置しておいて、これに金属溶湯を鋳造する
繊維強化複合体の製造法が、同じく本発明者が提
案した特願昭和62年第270032号では、予め水平方
向に堆積した無機質短繊維材に結合剤をもつて所
定形状の成形体に成形させ、該成形体を鋳型内の
所定位置にセツトした後、その鋳型にアルミニウ
ム合金等の金属を注いで鋳造する繊維強化複合鋳
造体の製造法等がそれぞれ開示されている。しか
しながら、これら上記従来の製造法は第１図に示
す如く、加熱された型本体２とノツクアウトダイ
３との鋳型に予めセラミツクの粒子あるいは無機
質短繊維の成形体１を所定の位置に置き、その鋳
型内に湯７を注いで、上部パンチ６にて圧力を加
えながら前記成形体１中にアルミニウム合金等の
湯７を浸透させ、凝固させて冠面のみを部分的強
化する製造方法である。 （発明が解決しようとする問題点） この方法では湯の僅かな注湯量のバラツキによ
つて冠面の厚みＡ−Ａにバラツキを生じ、しかも
注湯量が少ないと、湯の圧力が不足し冠面部の成
形体に湯が充分に浸透しなかつたり、内部に巣を
発生する等の内部欠陥が起き易い。このため内部
欠陥が起きぬように、所定ピストンの成形に必要
な湯量よりも若干多めにして冠面の厚みＡ−Ａを
所定の厚さよりも厚く形成させ、その後、機械加
工を行つて冠面を切削し所定の厚さに仕上げてい
た。この冠面の切削は、敢えて成形体で強化した
部分を切削することになり、機械強度、耐摩耗
性、耐熱性等が所期性能よりも劣化を招き、また
前記冠面は短繊維のセラミツク等で強化されてい
るので切削性が非常に悪く、しかも切削工具の消
耗も早く大量の切削は極めて困難であり、大量生
産が出来ない等の問題があつた。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記従来の問題を解決するためになさ
れたものであつて、通常ピストンはピストンピン
が嵌入するピストンピン穴を有し、このピストン
ピン穴は鋳造工程後の機械加工工程で開けられ
る。そこでピストンのピストンピン穴に相当する
位置は凹んでも何ら問題ないことに着目し、注湯
量のバラツキをこの凹み具合によつて吸収するこ
とで上記従来の問題を解決せんとするものであ
る。 （作用） 本発明は、予め加熱されたセラミツクの粒子あ
るいは無機質短繊維の成形体を加熱した鋳型内の
所定位置に適宜量入れるかあるいは載置した後、
この鋳型内にアルミニウム合金等の金属湯を注い
で、上部パンチを所定の位置にとどめ、更にピス
トンピン用穴位置に相当する型本体の横方向から
出し入れ自在な押しラムを適宜に押し出して鋳型
内の湯を加圧しながら凝固させる。この際、押し
ラムの押し出される量によつて湯の注湯量のバラ
ツキを吸収することができる。その結果、得られ
たピストンの冠面はセラミツクによつて強化さ
れ、更に所定の冠面の厚みＡ−Ａが一定するため
難削性の強化層を後加工することなく製造出来る
のである。 （実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。先ず、予め無機質製のルツボに入れて800℃
に加熱した∝−アルミナ100％で平均粒径63μｍ
のアルミナ粒子を、あるいは700℃に加熱した平
均径3μｍで平均長さ0.7mmのアルミナ質短繊維材
で成形された厚さ10mmの繊維の成形体１を、300
℃に加熱された型本体２とノツクアウトダイ３と
の鋳型内にそれを高さ10mmになるように投入する
か又はセツトし、その後、JIS−AC8A合金の湯
７を750℃にて所定ピストンの成形に必要な湯量
よりも若干少なめに鋳型内へ注ぐ。尚、この時、
前記粒子あるい無機質短繊維の成形体１の加熱温
度はアルミニウム合金の融点よりも高く、しかも
800℃以下が望ましい。 注湯直後、上部パンチ６を型本体２上面の受板
４に当接する迄降下させる。上部パンチ６が停止
すると同時に、ピストンピン穴位置に相当する型
本体２の横方向から湯７中に向つて一対の押しラ
ム５が押し出される。この際に押しラム５の加圧
力は上部パンチ６の加圧力よりも若干小さく設定
させている。しかして鋳型内の湯７の圧力が押し
ラム５によつて上昇し、所定の圧力迄押しラム５
は押し出される。従つて湯７は粒子あるいは繊維
の成形体１の強化部に充分浸透される。この押し
ラム５の移動量がピストンピン穴部の凹みとな
り、該凹み具合によつて湯７の注湯量のバラツキ
を吸収した最良状態でピストンが鋳造される。こ
の時の加圧力は、粒子を用いた場合と、繊維の成
形体１を用いた場合とで異り、粒子を用いた場合
には上部パンチ６の加圧力を950Kg／cm2に、押し
ラム５の加圧力を800Kg／cm2とし、また繊維の成
形体１を用いた場合には上部パンチ６の加圧力を
1100Kg／cm2に、押しラム５の加圧力を940Kg／cm2
とする。尚、押しラム５の押し出すタイミングは
注湯前あるいは同時でもよく、この場合には上部
パンチ６に対して押しラム５の加圧力が小さいた
め、上部パンチ６で加圧された湯圧によつて、湯
中に出た押しラム５は湯７の所定の圧力になるま
で自動的に型本体２の方に戻される。 このようにして押しラム５は湯７の凝固が完了
するまで加圧を続ける。凝固後、上部パンチ６は
型本体２上方の元の位置へ戻されると共に押しラ
ム５も引き戻される。この時、押しラム５先端は
型本体２内面よりも若干凹んだ状態となる。その
後、図示しないが通常のノツクアウト装置によつ
てノツクアウトダイ３を持ち上げ鋳造したピスト
ンが取り出され、全ての工程を終了する。尚、前
記粒子あるい無機質短繊維成形体１の材料として
はアルミナ、シリカ・アルミナ、炭化ケイ素等を
用い、またアルミナ粒子と炭化けい素ウイスカー
を組合せて用いても良く、アルミナ繊維のみを単
独に用いても良い。しかし粒子の場合、平均粒子
径としては10μｍ以下のものが望ましく、10μｍ
以上になると異物として作用する恐れがあるので
注意を要す。 次に本発明の製造法によつて製作されたセラミ
ツク強化ピストンと、従来の切削加工を施す製造
法によつて製作されたセラミツク強化ピストンと
の耐熱疲労を比較する。 耐熱疲労実験例 それぞれの強化ピストンを、第３図に示す試験
方法の耐熱疲労試験過程を１サイクル（＝30秒）
として冠面にクラツクが最初に現われるまで耐熱
疲労試験を行い、その試験結果のサイクル数を表
に示した。 尚、従来の製造法による強化ピストンは、所定
の製品寸法を得るために冠面の厚みＡ−Ａが２mm
切削加工されたものを使用。
短繊維の成形体あるいは粒子等を複合させて機械
強度、耐摩耗性、耐熱性等を増大させると共に大
量生産を可能とするセラミツク強化ピストンの製
造法に関する。 （従来の技術） 従来、セラミツク強化ピストンの製造法に関し
ては、特開昭和52年第128832号には、無機質繊維
の成形体を高圧凝固鋳造法又は高圧鋳造法とクラ
ビテイ鋳造法を併用してアルミニウム又はマグネ
シウム合金鋳造物の少なくとも一部に複合させた
断熱性を有する鋳造物の製造方法が、又、特開昭
和58年第93560号に製品の補強したい部位の形状
に合せて、且つ、加工後削り取られる部位に合せ
て繊維の成形体を成形し、該繊維の成形体を鋳型
内の所定位置にセツトした後鋳造する繊維複合金
属材料の製造方法が、更に本発明者が提案した特
願昭和62年第22457号では、予め多数の毛玉状に
凝集した無機質短繊維材を結合剤をもつて所定の
形状に結合成形し、該成形体を鋳型内の所定の位
置に設置しておいて、これに金属溶湯を鋳造する
繊維強化複合体の製造法が、同じく本発明者が提
案した特願昭和62年第270032号では、予め水平方
向に堆積した無機質短繊維材に結合剤をもつて所
定形状の成形体に成形させ、該成形体を鋳型内の
所定位置にセツトした後、その鋳型にアルミニウ
ム合金等の金属を注いで鋳造する繊維強化複合鋳
造体の製造法等がそれぞれ開示されている。しか
しながら、これら上記従来の製造法は第１図に示
す如く、加熱された型本体２とノツクアウトダイ
３との鋳型に予めセラミツクの粒子あるいは無機
質短繊維の成形体１を所定の位置に置き、その鋳
型内に湯７を注いで、上部パンチ６にて圧力を加
えながら前記成形体１中にアルミニウム合金等の
湯７を浸透させ、凝固させて冠面のみを部分的強
化する製造方法である。 （発明が解決しようとする問題点） この方法では湯の僅かな注湯量のバラツキによ
つて冠面の厚みＡ−Ａにバラツキを生じ、しかも
注湯量が少ないと、湯の圧力が不足し冠面部の成
形体に湯が充分に浸透しなかつたり、内部に巣を
発生する等の内部欠陥が起き易い。このため内部
欠陥が起きぬように、所定ピストンの成形に必要
な湯量よりも若干多めにして冠面の厚みＡ−Ａを
所定の厚さよりも厚く形成させ、その後、機械加
工を行つて冠面を切削し所定の厚さに仕上げてい
た。この冠面の切削は、敢えて成形体で強化した
部分を切削することになり、機械強度、耐摩耗
性、耐熱性等が所期性能よりも劣化を招き、また
前記冠面は短繊維のセラミツク等で強化されてい
るので切削性が非常に悪く、しかも切削工具の消
耗も早く大量の切削は極めて困難であり、大量生
産が出来ない等の問題があつた。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記従来の問題を解決するためになさ
れたものであつて、通常ピストンはピストンピン
が嵌入するピストンピン穴を有し、このピストン
ピン穴は鋳造工程後の機械加工工程で開けられ
る。そこでピストンのピストンピン穴に相当する
位置は凹んでも何ら問題ないことに着目し、注湯
量のバラツキをこの凹み具合によつて吸収するこ
とで上記従来の問題を解決せんとするものであ
る。 （作用） 本発明は、予め加熱されたセラミツクの粒子あ
るいは無機質短繊維の成形体を加熱した鋳型内の
所定位置に適宜量入れるかあるいは載置した後、
この鋳型内にアルミニウム合金等の金属湯を注い
で、上部パンチを所定の位置にとどめ、更にピス
トンピン用穴位置に相当する型本体の横方向から
出し入れ自在な押しラムを適宜に押し出して鋳型
内の湯を加圧しながら凝固させる。この際、押し
ラムの押し出される量によつて湯の注湯量のバラ
ツキを吸収することができる。その結果、得られ
たピストンの冠面はセラミツクによつて強化さ
れ、更に所定の冠面の厚みＡ−Ａが一定するため
難削性の強化層を後加工することなく製造出来る
のである。 （実施例） 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。先ず、予め無機質製のルツボに入れて800℃
に加熱した∝−アルミナ100％で平均粒径63μｍ
のアルミナ粒子を、あるいは700℃に加熱した平
均径3μｍで平均長さ0.7mmのアルミナ質短繊維材
で成形された厚さ10mmの繊維の成形体１を、300
℃に加熱された型本体２とノツクアウトダイ３と
の鋳型内にそれを高さ10mmになるように投入する
か又はセツトし、その後、JIS−AC8A合金の湯
７を750℃にて所定ピストンの成形に必要な湯量
よりも若干少なめに鋳型内へ注ぐ。尚、この時、
前記粒子あるい無機質短繊維の成形体１の加熱温
度はアルミニウム合金の融点よりも高く、しかも
800℃以下が望ましい。 注湯直後、上部パンチ６を型本体２上面の受板
４に当接する迄降下させる。上部パンチ６が停止
すると同時に、ピストンピン穴位置に相当する型
本体２の横方向から湯７中に向つて一対の押しラ
ム５が押し出される。この際に押しラム５の加圧
力は上部パンチ６の加圧力よりも若干小さく設定
させている。しかして鋳型内の湯７の圧力が押し
ラム５によつて上昇し、所定の圧力迄押しラム５
は押し出される。従つて湯７は粒子あるいは繊維
の成形体１の強化部に充分浸透される。この押し
ラム５の移動量がピストンピン穴部の凹みとな
り、該凹み具合によつて湯７の注湯量のバラツキ
を吸収した最良状態でピストンが鋳造される。こ
の時の加圧力は、粒子を用いた場合と、繊維の成
形体１を用いた場合とで異り、粒子を用いた場合
には上部パンチ６の加圧力を950Kg／cm2に、押し
ラム５の加圧力を800Kg／cm2とし、また繊維の成
形体１を用いた場合には上部パンチ６の加圧力を
1100Kg／cm2に、押しラム５の加圧力を940Kg／cm2
とする。尚、押しラム５の押し出すタイミングは
注湯前あるいは同時でもよく、この場合には上部
パンチ６に対して押しラム５の加圧力が小さいた
め、上部パンチ６で加圧された湯圧によつて、湯
中に出た押しラム５は湯７の所定の圧力になるま
で自動的に型本体２の方に戻される。 このようにして押しラム５は湯７の凝固が完了
するまで加圧を続ける。凝固後、上部パンチ６は
型本体２上方の元の位置へ戻されると共に押しラ
ム５も引き戻される。この時、押しラム５先端は
型本体２内面よりも若干凹んだ状態となる。その
後、図示しないが通常のノツクアウト装置によつ
てノツクアウトダイ３を持ち上げ鋳造したピスト
ンが取り出され、全ての工程を終了する。尚、前
記粒子あるい無機質短繊維成形体１の材料として
はアルミナ、シリカ・アルミナ、炭化ケイ素等を
用い、またアルミナ粒子と炭化けい素ウイスカー
を組合せて用いても良く、アルミナ繊維のみを単
独に用いても良い。しかし粒子の場合、平均粒子
径としては10μｍ以下のものが望ましく、10μｍ
以上になると異物として作用する恐れがあるので
注意を要す。 次に本発明の製造法によつて製作されたセラミ
ツク強化ピストンと、従来の切削加工を施す製造
法によつて製作されたセラミツク強化ピストンと
の耐熱疲労を比較する。 耐熱疲労実験例 それぞれの強化ピストンを、第３図に示す試験
方法の耐熱疲労試験過程を１サイクル（＝30秒）
として冠面にクラツクが最初に現われるまで耐熱
疲労試験を行い、その試験結果のサイクル数を表
に示した。 尚、従来の製造法による強化ピストンは、所定
の製品寸法を得るために冠面の厚みＡ−Ａが２mm
切削加工されたものを使用。
【表】
本発明の製造法によつて強化されたピストンは
所期通りの冠面の厚さＡ−Ａに形成できるので、
切削加工を行わぬため耐熱疲労強度が従来に比べ
て1.5倍の大幅な増大を得ることが出来ると共に
精度の良い鋳造体を製造することも出来た。 （発明の効果） このように本発明の製造法はセラミツクの粒子
あるいは無機質短繊維の成形体１を溶湯鋳造法を
用いてセラミツク強化ピストンを製造するに当
り、注湯量のバラツキを押しラム５の押し出し具
合の量で吸収することが可能となると共に湯７を
加圧しながら凝固させるため、従来の如き注湯量
の少ない際に発生していた巣等による内部欠陥が
起きて不良品となる恐れが全くない。又、ピスト
ンの冠面の厚さＡ−Ａの寸法精度が極めて良く、
一定した厚さに形成出来るので難削性の強化層の
切削加工が不要となり、セラミツク強化ピストン
の大量生産が可能となると共に切削するための部
分の無駄な材料も不要となつて製造法が合理的で
且つ経済的に行われる。更に最適な冠面の厚さを
確保できるので機械強度、耐摩耗性、耐熱性等の
低下がなく所期性能を充分に満足させ、尚且つ耐
熱疲労特性の改善が顕著である。他方押しラム５
によつてピストンピンの位置に凹みが出来るので
ピストンピンの穴あけ作業が簡単となる。
所期通りの冠面の厚さＡ−Ａに形成できるので、
切削加工を行わぬため耐熱疲労強度が従来に比べ
て1.5倍の大幅な増大を得ることが出来ると共に
精度の良い鋳造体を製造することも出来た。 （発明の効果） このように本発明の製造法はセラミツクの粒子
あるいは無機質短繊維の成形体１を溶湯鋳造法を
用いてセラミツク強化ピストンを製造するに当
り、注湯量のバラツキを押しラム５の押し出し具
合の量で吸収することが可能となると共に湯７を
加圧しながら凝固させるため、従来の如き注湯量
の少ない際に発生していた巣等による内部欠陥が
起きて不良品となる恐れが全くない。又、ピスト
ンの冠面の厚さＡ−Ａの寸法精度が極めて良く、
一定した厚さに形成出来るので難削性の強化層の
切削加工が不要となり、セラミツク強化ピストン
の大量生産が可能となると共に切削するための部
分の無駄な材料も不要となつて製造法が合理的で
且つ経済的に行われる。更に最適な冠面の厚さを
確保できるので機械強度、耐摩耗性、耐熱性等の
低下がなく所期性能を充分に満足させ、尚且つ耐
熱疲労特性の改善が顕著である。他方押しラム５
によつてピストンピンの位置に凹みが出来るので
ピストンピンの穴あけ作業が簡単となる。
第１図はセラミツク強化ピストンが従来法で製
造される状態を示す断面図、第２図は本発明の製
造法によつて製造される状態を示す断面図、第３
図は耐熱疲労試験内容を示す図である。 １……成形体、２……型本体、３……ノツクア
ツトダイ、５……押しラム、６……上部パンチ、
７……湯。
造される状態を示す断面図、第２図は本発明の製
造法によつて製造される状態を示す断面図、第３
図は耐熱疲労試験内容を示す図である。 １……成形体、２……型本体、３……ノツクア
ツトダイ、５……押しラム、６……上部パンチ、
７……湯。
Claims (1)
- １ 予め加熱されたセラミツクの粒子あるいは無
機質短繊維の成形体１を加熱した型本体２とノツ
クアウトダイ３との鋳型内の所定位置に適宜量入
れるかあるいは載置した後、その鋳型内にアルミ
ニウム合金等の湯７を注いで、上部パンチ６を所
定の位置にとどめ、更にピストンピン用穴位置で
前記型本体２に出し入れ自在な押しラム５を適宜
に押し出して鋳型内の湯７を加圧しながら凝固さ
せたことを特徴とするセラミツク強化ピストンの
製造法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30102487A JPH0228703B2 (ja) | 1987-11-28 | 1987-11-28 | Seramitsukukyokapisutonnoseizoho |
| US07/538,673 US5074352A (en) | 1987-11-28 | 1990-06-13 | Method for manufacturing ceramic reinforced piston |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30102487A JPH0228703B2 (ja) | 1987-11-28 | 1987-11-28 | Seramitsukukyokapisutonnoseizoho |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01142244A JPH01142244A (ja) | 1989-06-05 |
| JPH0228703B2 true JPH0228703B2 (ja) | 1990-06-26 |
Family
ID=17891927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30102487A Expired - Lifetime JPH0228703B2 (ja) | 1987-11-28 | 1987-11-28 | Seramitsukukyokapisutonnoseizoho |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0228703B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-28 JP JP30102487A patent/JPH0228703B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01142244A (ja) | 1989-06-05 |
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