JP2009119473A - Method for casting composite material, and casting device therefor - Google Patents

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Takashi Kuroiwa
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日信工業株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a casting technique which can effectively solve oxidation when preforms are cast-in with a molten metal. <P>SOLUTION: As shown in Fig.(a), a first preform 12 is placed on a lower die 35, a second preform 13 is adsorbed and held to the body part 42 of an upper die, and a prescribed amount of aluminum molten metal 59 is poured into the lower die 35. As shown in (b), the upper die 40 is collectively lowered to a prescribed position, and a cavity formed between the upper die 40 and the lower die 35 is sealed. After the air in the cavity is sucked, so as to form a vacuum state, as shown in (c), when a reducing gas is blown into the cavity, an oxide film on the molten metal 59 is reduced, so as to improve the wettability of the molten metal 59. The oxide film on the molten metal exerting an adverse influence on compounding is reduced. Since the wettability of the molten metal improves, the joining strength in the boundary face so as to be a joined part between the molten metal and each preform improves. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属製基材の両面にプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造技術に関する。   The present invention relates to a composite casting technique in which a preform is integrally formed on both surfaces of a metal base.
車両に装備される制動装置として、例えばディスクロータにブレーキパッドを押し付ける形式のディスクブレーキがある。
ディスクロータの軽量化を図るために母材を、アルミニウム合金などの軽合金で構成することがある。軽合金では耐摩耗性が低下するために、ディスクロータの要部にプリフォームと称する耐摩耗部材を一体形成することが望まれる。
As a braking device installed in a vehicle, for example, there is a disc brake of a type in which a brake pad is pressed against a disc rotor.
In order to reduce the weight of the disk rotor, the base material may be made of a light alloy such as an aluminum alloy. In light alloys, since wear resistance is lowered, it is desirable to integrally form a wear-resistant member called a preform in the main part of the disk rotor.
従来、プリフォームを一体鋳造する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平6−185550号公報(第3頁、図2)
Conventionally, a technique for integrally casting a preform is known (for example, see Patent Document 1).
JP-A-6-185550 (page 3, FIG. 2)
特許文献1を次図に基づいて説明する。
図8は従来の技術の基本原理を説明する図であり、(a)において、下型101に第1の複合材102を配置し、上型103に第2の複合材104を配置する。なお、第1の複合材102及び第2の複合材104は、予めセラミックスにアルミニウム合金を含浸させた材料である。そして、下型101にアルミニウムの溶湯105を入れ、上型103を下げて加圧する。いわゆる、溶湯鍛造法を実施する。この結果、(b)に示すようなディスクロータ106を得ることができる。107は凝固したアルミニウム合金である。
Patent document 1 is demonstrated based on the following figure.
FIG. 8 is a diagram for explaining the basic principle of the conventional technique. In FIG. 8A, the first composite material 102 is disposed on the lower mold 101 and the second composite material 104 is disposed on the upper mold 103. Note that the first composite material 102 and the second composite material 104 are materials in which an aluminum alloy is impregnated in advance with ceramics. Then, molten aluminum 105 is put into the lower mold 101, and the upper mold 103 is lowered and pressurized. A so-called molten forging method is carried out. As a result, a disk rotor 106 as shown in FIG. 107 is a solidified aluminum alloy.
このようにして製造したディスクロータ106には、次に述べる課題があることが判明した。
(c)は(b)のc部拡大図であり、第1の複合材102とアルミニウム合金107との境界108の接合強度が、期待値より低いことが分かった。本発明者らが、詳細に検討したところ、境界108に酸化物が介在していた。酸化物系セラミックスと溶融アルミニウムとの濡れ性が悪いことは周知の通りであり、酸化物が介在したことによって、濡れ性が低下し、接合強度が低下したと考えられる。
It has been found that the disk rotor 106 manufactured in this way has the following problems.
(C) is an enlarged view of part c of (b), and it has been found that the bonding strength at the boundary 108 between the first composite material 102 and the aluminum alloy 107 is lower than expected. When the present inventors examined in detail, the oxide was intervening in the boundary 108. It is well known that the wettability between the oxide ceramics and the molten aluminum is poor, and it is considered that the wettability is lowered and the bonding strength is lowered due to the presence of the oxide.
なお、酸化は複合材102を大気に晒すと進行する。また、下型101に溶湯105を供給した後、上型103を被せる前に、不可避的に溶湯105が酸化される。したがって、従来の技術では、酸化は避けられない。
しかし、ディスクロータ106の強度向上には、酸化を回避する技術が必要となる。
Note that oxidation proceeds when the composite material 102 is exposed to the atmosphere. Moreover, after supplying the molten metal 105 to the lower mold | type 101, before covering the upper mold | type 103, the molten metal 105 is inevitably oxidized. Therefore, oxidation is inevitable with the conventional technology.
However, to improve the strength of the disk rotor 106, a technique for avoiding oxidation is required.
本発明は、プリフォームを溶湯で鋳ぐるむに際して、酸化を有効に解消することができる鋳造技術を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a casting technique that can effectively eliminate oxidation when casting a preform with a molten metal.
請求項1に係る発明は、金属製基材の一方の面に第1のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に第2のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造方法において、
下型のキャビティの底に設けられているプリフォーム載置面に、前記第1のプリフォームを載置する第1のプリフォーム載置工程と、
上型のプリフォーム保持面に前記第2のプリフォームを吸着する第2のプリフォーム吸着工程と、
前記キャビティへ所定量の溶湯を注ぐ注湯工程と、
次に、前記上型を所定の位置まで移動させて前記キャビティを密封し、前記キャビティの空気を吸引して真空状態にする真空引き工程と、
この真空状態となった前記キャビティへ還元ガスを発生させ、前記溶湯上の酸化被膜を還元する還元工程と、
前記下型へ進入する上型を用いて前記溶湯を加圧し、溶湯を第1のプリフォーム及び第2のプリフォームに含浸する溶湯含浸工程と、からなることを特徴とする。
The invention according to claim 1 is a composite material in which a first preform is integrally formed on one surface of a metal substrate, and a second preform is integrally formed on the other surface of the metal substrate. In the casting method of
A first preform placement step of placing the first preform on the preform placement surface provided at the bottom of the lower mold cavity;
A second preform adsorption step for adsorbing the second preform on the upper mold preform holding surface;
A pouring step of pouring a predetermined amount of molten metal into the cavity;
Next, the upper mold is moved to a predetermined position to seal the cavity, and the vacuum drawing step of sucking the air of the cavity to make a vacuum state;
A reducing step of generating a reducing gas in the cavity that is in a vacuum state and reducing an oxide film on the molten metal;
The molten metal impregnation step includes pressurizing the molten metal using an upper mold that enters the lower mold, and impregnating the molten metal into the first preform and the second preform.
請求項2に係る発明では、金属製基材の一方の面に第1のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に第2のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造装置であって、
この鋳造装置は、前記第1のプリフォームを載せるプリフォーム載置面を有する下型と、この下型に相対移動可能に接続され、吸引機構により吸引された前記第2のプリフォームを保持するプリフォーム保持面を有する上型と、
この上型を前記下型に進入させて形成したキャビティ内を真空状態にする真空引き機構と、
前記キャビティ内へ還元ガスを導入する還元ガス導入機構と、
前記上型を前記下型へ相対的に前進させることで、キャビティ内の溶湯を加圧するプレス機構からなることを特徴とする。
In the invention according to claim 2, the first preform is integrally formed on one surface of the metal base material, and the second preform is integrally formed on the other surface of the metal base material. A casting device of
The casting apparatus has a lower mold having a preform placement surface on which the first preform is placed, and is connected to the lower mold so as to be relatively movable, and holds the second preform sucked by a suction mechanism. An upper mold having a preform holding surface;
A vacuum pulling mechanism for making the inside of the cavity formed by allowing the upper mold to enter the lower mold,
A reducing gas introduction mechanism for introducing a reducing gas into the cavity;
It comprises a press mechanism that pressurizes the molten metal in the cavity by relatively advancing the upper mold to the lower mold.
請求項3に係る発明では、上型は、プリフォーム保持面を有する上型本体部と、この上型本体部に対して前後進可能とされた部分型部とから構成され、前記上型本体部に吸引路及び吸引孔が設けられ、この吸引路又は吸引孔は遮断部材を備え、前記部分型部の前進により前記遮断部材が前記吸引路又は吸引孔を遮断するようにしたことを特徴とする。   In the invention according to claim 3, the upper mold is composed of an upper mold main body portion having a preform holding surface and a partial mold portion capable of moving forward and backward with respect to the upper mold main body portion, and the upper mold main body. The suction path and the suction hole are provided in the part, the suction path or the suction hole is provided with a blocking member, and the blocking member blocks the suction path or the suction hole by the advancement of the partial mold part. To do.
請求項4に係る発明では、遮断部材は、吸引路に介設され、部分型部の前進により閉じられる弁であることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that the blocking member is a valve interposed in the suction passage and closed by the advancement of the partial mold portion.
請求項5に係る発明では、遮断部材は、部分型部が兼ね、該部分型部の側面にて吸引孔を閉じることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that the blocking member also serves as a partial mold part, and closes the suction hole on a side surface of the partial mold part.
請求項1に係る発明では、キャビティ内に還元ガスを吹込むことによりプリフォームと溶湯の複合化に悪影響を及ぼす溶湯上の酸化被膜が還元される。酸化被膜がなくなることにより溶湯の濡れ性が向上する。そして、溶湯とプリフォームとの接合部となる境界面における接合強度が向上する。この結果、プリフォームと母材となる金属の接合強度が大きい鋳造品を得ることができる。   In the invention which concerns on Claim 1, the oxide film on a molten metal which has a bad influence on the composite_body | complex of a preform and a molten metal is reduced by blowing a reducing gas in a cavity. By eliminating the oxide film, the wettability of the molten metal is improved. And the joining strength in the interface used as the junction part of a molten metal and a preform improves. As a result, it is possible to obtain a cast product having a high joint strength between the preform and the base metal.
請求項2に係る発明では、下型にキャビティ内を真空状態にする真空引き機構と、還元ガス導入機構を設けることにより、プリフォームに含浸する直前の溶湯上の酸化被膜を効率的に還元することができる。この結果、プリフォームと母材となる金属の接合強度が大きい鋳造品を得ることができる。   According to the second aspect of the present invention, the oxide film on the molten metal immediately before impregnating the preform is efficiently reduced by providing the lower mold with a vacuum drawing mechanism for reducing the inside of the cavity to a vacuum state and a reducing gas introduction mechanism. be able to. As a result, it is possible to obtain a cast product having a high joint strength between the preform and the base metal.
請求項3に係る発明では、上型本体部に設けた吸引路又は吸引孔に遮断部材を備え、部分型の前進により遮断部材が吸引路又は吸引孔を遮断するようにした。本発明によれば、溶湯加圧の前に吸引路又は吸引孔を閉じる動作を、複雑な弁開閉機構を用いることなく行う事ができ、鋳造装置の簡略化を図ることができる。   In the invention according to claim 3, the suction path or suction hole provided in the upper mold main body is provided with a blocking member, and the blocking member blocks the suction path or suction hole by advancing the partial mold. According to the present invention, the operation of closing the suction path or the suction hole before pressurizing the molten metal can be performed without using a complicated valve opening / closing mechanism, and the casting apparatus can be simplified.
請求項4に係る発明では、吸引路に弁が介設され、この弁の閉じ操作は、部分型部の前進により行わせるようにした。本発明によれば、溶湯加圧の前に弁を閉じる動作を、複雑な弁開閉機構を用いることなく行うことができ、鋳造装置の簡略化を図ることができる。   In the invention according to claim 4, a valve is interposed in the suction passage, and the closing operation of the valve is performed by the advancement of the partial mold portion. According to the present invention, the operation of closing the valve before pressurizing the molten metal can be performed without using a complicated valve opening / closing mechanism, and the casting apparatus can be simplified.
請求項5に係る発明では、吸引孔は、部分型部の側面により閉じるようにした。本発明によれば、複雑な弁開閉機構を用いることなく、吸引孔を閉じることができ、鋳造装置の一層の簡略化を図ることができる。   In the invention according to claim 5, the suction hole is closed by the side surface of the partial mold portion. According to the present invention, the suction hole can be closed without using a complicated valve opening / closing mechanism, and the casting apparatus can be further simplified.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、複合材はディスクロータを例に説明する。
図1は本発明に係るディスクロータの断面図であり、複合材としてのディスクロータ10は、アルミニウム製基材11の一方の面に第1のプリフォーム12を一体的に備え、アルミニウム製基材11の他方の面に第2のプリフォーム13を一体的に備えてなり、中央のボルト穴14、14を用いて車両の回転部材に取付けることができる。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The composite material will be described by taking a disk rotor as an example.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a disk rotor according to the present invention. A disk rotor 10 as a composite material is provided with a first preform 12 integrally on one surface of an aluminum substrate 11, and an aluminum substrate. The second preform 13 is integrally provided on the other surface of the motor 11, and can be attached to the rotating member of the vehicle using the bolt holes 14 and 14 at the center.
第1のプリフォーム12は、セラミックス粒子をバインダで一体化した成形品、又はセラミックス繊維を圧縮してなる成形品である。第2のプリフォーム13も同様である。
このような形態のディスクロータ10を製造する鋳造装置の構成を次に説明する。
The first preform 12 is a molded product in which ceramic particles are integrated with a binder, or a molded product formed by compressing ceramic fibers. The same applies to the second preform 13.
Next, the configuration of the casting apparatus for manufacturing the disk rotor 10 having such a configuration will be described.
図2は本発明に係る複合材の鋳造装置の原理図であり、複合材の鋳造装置15は、プレス機構20と、下型35と、上型40と、吸引機構45と、真空引き機構60と、還元ガス導入機構65とで構成される。   FIG. 2 is a principle diagram of a composite material casting apparatus according to the present invention. The composite material casting apparatus 15 includes a press mechanism 20, a lower mold 35, an upper mold 40, a suction mechanism 45, and a vacuuming mechanism 60. And a reducing gas introduction mechanism 65.
プレス機構20は、例えば、基礎21に固定されている下部フレーム22と、この下部フレーム22の両端から立ち上げた支柱23、23と、これらの支柱23、23の下部に水平に渡した下部固定フレーム24と、この下部固定フレーム24を上下に貫通した可動部32と、この可動部32を上下動させる下部シリンダ25と、支柱23、23の上部に水平に渡した上部移動フレーム26と、支柱23、23の上端に水平に渡したトップフレーム27と、このトップフレーム27の中央に設けられ、ロッド28が下方へ延びているセンターシリンダ29と、トップフレーム27から延びて上部移動フレーム26を上下動させるサイドシリンダ31、31とからなる。   The press mechanism 20 includes, for example, a lower frame 22 fixed to the base 21, support columns 23 and 23 raised from both ends of the lower frame 22, and a lower fixing unit that is horizontally passed to the lower portions of the support columns 23 and 23. A frame 24; a movable part 32 vertically passing through the lower fixed frame 24; a lower cylinder 25 for moving the movable part 32 up and down; an upper moving frame 26 horizontally extending above the pillars 23 and 23; The top frame 27 that extends horizontally to the upper ends of the upper and lower ends 23, 23, the center cylinder 29 that is provided at the center of the top frame 27 and has a rod 28 extending downward, and the upper moving frame 26 that extends from the top frame 27 up and down. It consists of the side cylinders 31 and 31 to be moved.
下型35は、下部固定フレーム24に取付けられており、第1のプリフォーム(図1、符号12)を載せるプリフォーム載置面36を有し、横に穿った真空路61と、これとは別に横に穿った還元ガス導入路66とを有している。   The lower die 35 is attached to the lower fixed frame 24, has a preform placement surface 36 on which a first preform (FIG. 1, reference numeral 12) is placed, a vacuum path 61 drilled horizontally, In addition, there is a reducing gas introduction path 66 that is bored horizontally.
真空引き機構60は、前記真空路61と、この真空路61の外側開口部に接続され、吸い出された空気を外部へ通す真空ホース62と、この真空ホース62の他端に接続され、空気の流れの開閉を行う弁63と、この弁63に接続され、前記真空ホース62を介して前記真空路61内を低圧にする真空ポンプ64とからなる。   The evacuation mechanism 60 is connected to the vacuum path 61, an outer opening of the vacuum path 61, a vacuum hose 62 that passes sucked air to the outside, and is connected to the other end of the vacuum hose 62. And a vacuum pump 64 connected to the valve 63 and for lowering the pressure in the vacuum passage 61 via the vacuum hose 62.
還元ガス供給機構65は、前記還元ガス導入路66と、この還元ガス導入路66の外側開口部に接続され、還元ガスを内部へ通す導入ホース67と、この導入ホース67の他端に接続され、還元ガスの流れの開閉を行う弁68と、この弁68に接続され、前記導入ホース67を介して前記還元ガス導入路66へ還元ガスを送り出す還元ガス発生装置69とからなる。   The reducing gas supply mechanism 65 is connected to the reducing gas introduction path 66 and the outer opening of the reducing gas introduction path 66, and is connected to the other end of the introduction hose 67. The valve 68 for opening and closing the flow of the reducing gas, and the reducing gas generator 69 connected to the valve 68 and sending the reducing gas to the reducing gas introduction path 66 through the introduction hose 67.
上型40は、上部移動フレーム26に吊り下げられ、下面に第2のプリフォーム(図1、符号13)を保持するプリフォーム保持面41を有し、筒形を呈する上型本体部42と、センターシリンダ29のロッド28で吊り下げられ、円柱形を呈する部分型部43とからなる。
上型本体部42には、縦に穿った吸引路46と、この吸引路46の途中に介設された弁50と、吸引路46の下端に接続する環状の吸引孔47とが設けられている。
The upper mold 40 is suspended from the upper moving frame 26, has a preform holding surface 41 for holding a second preform (FIG. 1, reference numeral 13) on the lower surface, and has an upper mold main body portion 42 having a cylindrical shape. And a partial mold portion 43 that is suspended by the rod 28 of the center cylinder 29 and has a cylindrical shape.
The upper die main body 42 is provided with a suction passage 46 that is vertically drilled, a valve 50 that is interposed in the middle of the suction passage 46, and an annular suction hole 47 that is connected to the lower end of the suction passage 46. Yes.
吸引路46の上部開口には真空ホース48が接続され、この真空ホース48の他端に真空ポンプ49に接続されている。真空ポンプ49を運転すると、真空ホース48を介して吸引路46内を大気圧より十分に低圧にすることができ、吸引孔47で物を吸着することができる。
すなわち、吸引機構45は、真空ポンプ49、真空ホース48、吸引路46及び吸引孔47で構成される。
A vacuum hose 48 is connected to the upper opening of the suction passage 46, and a vacuum pump 49 is connected to the other end of the vacuum hose 48. When the vacuum pump 49 is operated, the inside of the suction path 46 can be made sufficiently lower than the atmospheric pressure via the vacuum hose 48, and an object can be adsorbed by the suction hole 47.
That is, the suction mechanism 45 includes a vacuum pump 49, a vacuum hose 48, a suction path 46 and a suction hole 47.
図3は図2の3矢視図であり、上型本体部42の先端に形成されているプリフォーム保持面41の中央に、環状溝形状の吸引孔47が設けられている。   FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow 3 in FIG. 2, and an annular groove-shaped suction hole 47 is provided at the center of the preform holding surface 41 formed at the tip of the upper mold main body 42.
図4は図2の4部拡大図であり、弁50は、上型本体部42にピン51で揺動自在に設けられているL字金具52と、このL字金具52の下部に設けられている錘53と、L字金具52の先端に設けられている弁体54と、L字金具52を収納するために上型本体部42に設けられているポケット部55を塞ぐシール板56とからなる。
シール板56は、ばね鋼で構成され、外力が加わらないときには、くの字に変形している。
4 is an enlarged view of four parts in FIG. 2, and the valve 50 is provided in an L-shaped metal fitting 52 that is swingably provided by a pin 51 in the upper mold main body 42 and a lower portion of the L-shaped metal fitting 52. A weight 53, a valve body 54 provided at the tip of the L-shaped metal fitting 52, and a seal plate 56 that closes a pocket portion 55 provided in the upper mold main body portion 42 for housing the L-shaped metal fitting 52. Consists of.
The seal plate 56 is made of spring steel and is deformed into a U shape when no external force is applied.
図では、シール板56はくの字に弾性変形し、L字金具52は錘53の作用で弁体54が吸引路46から外れているため、弁開状態となる。シール板56があるために、吸引路46に外気が矢印(4)のように、侵入する心配はない。   In the figure, the seal plate 56 is elastically deformed into a dogleg shape, and the L-shaped metal fitting 52 is in a valve open state because the valve element 54 is detached from the suction passage 46 by the action of the weight 53. Since there is the seal plate 56, there is no worry that the outside air enters the suction path 46 as shown by the arrow (4).
図5は図4の作用説明図であり、白抜き矢印のように押されるとシール板56は弾性変形して真っすぐになる。このシール板56で押されてL字金具52は図反時計回りに回転する。すると、弁体54が吸引路46を塞ぐ。なお、ピン51に嵌合するL字金具52側のピン穴57を縦長の長孔にしておくと、L字金具52が全体的に矢印(5)の通りに移動する。この結果、弁体54で完全に吸引路46を塞ぐことができる。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 4. When pushed as indicated by the white arrow, the seal plate 56 is elastically deformed and straightens. When pressed by the seal plate 56, the L-shaped metal fitting 52 rotates counterclockwise in the figure. Then, the valve body 54 closes the suction path 46. Note that if the pin hole 57 on the L-shaped metal fitting 52 side to be fitted to the pin 51 is a vertically long hole, the L-shaped metal fitting 52 moves as shown by an arrow (5) as a whole. As a result, the suction passage 46 can be completely blocked by the valve body 54.
以上の述べた鋳造装置を例に、本発明に係る鋳造方法を次に述べる。
図6は本発明に係る第1のプリフォーム載置工程から還元工程までを説明する図であり、(a)に示すように、下型35に第1のプリフォーム12を載せる。また、上型本体部42に第2のプリフォーム13を吸着保持させる。そのためには、部分型部43を相対的に上昇させ、弁50を開いておく。次に、下型35へ所定量のアルミニウム溶湯59を注湯する。
Taking the above-described casting apparatus as an example, the casting method according to the present invention will be described below.
FIG. 6 is a diagram for explaining from the first preform placement step to the reduction step according to the present invention. As shown in FIG. 6A, the first preform 12 is placed on the lower mold 35. Further, the second preform 13 is sucked and held on the upper mold main body 42. For that purpose, the partial mold part 43 is relatively raised and the valve 50 is opened. Next, a predetermined amount of molten aluminum 59 is poured into the lower mold 35.
次に、(b)に示すように、上型40を一括して所定の位置まで下げて、上型40と下型35の間に形成されるキャビティを密封する。次に、真空ポンプ64を運転し、真空ホース62と真空路61とを介して前記キャビティ内の空気を矢印(1)の向きに吸引して真空状態にした後、弁63を閉じる。   Next, as shown in (b), the upper die 40 is collectively lowered to a predetermined position, and the cavity formed between the upper die 40 and the lower die 35 is sealed. Next, the vacuum pump 64 is operated, the air in the cavity is sucked in the direction of the arrow (1) through the vacuum hose 62 and the vacuum path 61, and then the valve 63 is closed.
次に、(c)に示すように、還元ガス発生装置69に接続されている弁68を開ける。すると、導入ホース67と還元ガス導入路66を介して矢印(2)の向きに前記キャビティ内へ還元ガスが導入される。
以降の反応を化学反応式に基づいて説明する。
Next, as shown in (c), the valve 68 connected to the reducing gas generator 69 is opened. Then, reducing gas is introduced into the cavity through the introduction hose 67 and the reducing gas introduction path 66 in the direction of the arrow (2).
The subsequent reaction will be described based on the chemical reaction formula.
還元ガスとしてのMgガスと窒素ガスとがキャビティ内で反応して、窒化マグネシウム(Mg)が生成される。 Mg gas as a reducing gas and nitrogen gas react in the cavity to produce magnesium nitride (Mg 3 N 2 ).
この窒化マグネシウム(Mg)が溶湯59上の酸化被膜(Al)と反応する。 This magnesium nitride (Mg 3 N 2 ) reacts with the oxide film (Al 2 O 3 ) on the molten metal 59.
これにより、溶湯59上の酸化被膜が還元され、溶湯59の濡れ性が向上する。
さらに、(d)に示すように、上型40を一括して下げて、真空路61と還元ガス導入路66とを上型本体部42で塞ぐ。
Thereby, the oxide film on the molten metal 59 is reduced, and the wettability of the molten metal 59 is improved.
Further, as shown in (d), the upper die 40 is lowered at a time, and the vacuum passage 61 and the reducing gas introduction passage 66 are closed by the upper die main body portion 42.
図7は溶湯含浸工程を説明する図であり、(a)に示すように、部分型部43を降下させて、弁50を閉じる。上型本体部42と部分型部43とを揃えた状態で、(b)に示すように下降させる。この下降により溶湯59が圧縮され、圧力が上昇する。圧力上昇により、第1のプリフォーム12及び第2のプリフォーム13へ溶湯59を強制的に含浸させる。弁50が閉じているため、溶湯59が吸引路46へ侵入する心配はない。   FIG. 7 is a view for explaining the molten metal impregnation step. As shown in FIG. 7A, the partial mold portion 43 is lowered and the valve 50 is closed. With the upper mold body 42 and the partial mold 43 aligned, the lower mold body 42 is lowered as shown in FIG. By this descending, the molten metal 59 is compressed and the pressure rises. The molten metal 59 is forcibly impregnated into the first preform 12 and the second preform 13 by the pressure increase. Since the valve 50 is closed, there is no fear that the molten metal 59 enters the suction passage 46.
以上の説明に述べた通り、複合材の鋳造方法は、次のようにまとめることができる。
本発明に係る複合材の鋳造方法は、図6及び図7に示すとおり、金属製基材の一方の面に第1のプリフォーム12を一体形成し、前記金属製基材の他方の面に第2のプリフォーム13を一体形成してなる複合材の鋳造方法において、
下型35のキャビティの底に設けられているプリフォーム載置面36に、前記第1のプリフォーム12を載置する第1のプリフォーム載置工程と(図6(a))、
上型40のプリフォーム保持面41に前記第2のプリフォーム13を吸着する第2のプリフォーム吸着工程と(図6(a))、
前記キャビティへ所定量の溶湯59を注ぐ注湯工程と(図6(a))、
次に、前記上型40を所定の位置まで移動させて前記キャビティを密封し、前記キャビティの空気を吸引して真空状態にする真空引き工程と(図6(b))、
この真空状態となった前記キャビティへ還元ガスを導入し、前記溶湯上の酸化被膜を還元する還元工程と(図6(c))、
前記下型35へ進入する上型40を用いて前記溶湯59を加圧し、溶湯を第1のプリフォーム12及び第2のプリフォーム13に含浸する溶湯含浸工程と(図7)、からなる。
As described in the above description, the casting method of the composite material can be summarized as follows.
As shown in FIGS. 6 and 7, the casting method of the composite material according to the present invention is such that the first preform 12 is integrally formed on one surface of the metal substrate, and the other surface of the metal substrate is formed. In the casting method of the composite material formed by integrally forming the second preform 13,
A first preform placement step of placing the first preform 12 on a preform placement surface 36 provided at the bottom of the cavity of the lower die 35 (FIG. 6A);
A second preform adsorption step for adsorbing the second preform 13 to the preform holding surface 41 of the upper mold 40 (FIG. 6A);
A pouring step of pouring a predetermined amount of molten metal 59 into the cavity (FIG. 6A),
Next, the upper mold 40 is moved to a predetermined position, the cavity is sealed, and the air in the cavity is sucked to make a vacuum state (FIG. 6B),
A reducing step of introducing a reducing gas into the cavity in the vacuum state to reduce the oxide film on the molten metal (FIG. 6C);
A molten metal impregnation step of pressurizing the molten metal 59 using the upper mold 40 entering the lower mold 35 and impregnating the first preform 12 and the second preform 13 with the molten metal (FIG. 7).
キャビティ内に還元ガスを吹込むことによりプリフォームと溶湯の複合化に悪影響を及ぼす溶湯上の酸化被膜が還元される。酸化被膜がなくなることにより溶湯の濡れ性が向上する。そして、溶湯とプリフォームとの接合部となる境界面における接合強度が向上する。この結果、プリフォームと母材となる金属の接合強度が大きい鋳造品を得ることができる。   By blowing a reducing gas into the cavity, the oxide film on the molten metal that adversely affects the composite of the preform and the molten metal is reduced. By eliminating the oxide film, the wettability of the molten metal is improved. And the joining strength in the interface used as the junction part of a molten metal and a preform improves. As a result, it is possible to obtain a cast product having a high joint strength between the preform and the base metal.
次に、本発明の別実施例を説明する。
図9は図1の別実施例図であり、ディスクロータ10Bは、アルミニウム製基材11の一方の面に第1のプリフォーム12を一体的に備え、アルミニウム製基材11の他方の面に第2のプリフォーム13を一体的に備えてなり、ボルト穴14、14を用いて車両の回転部材に取付けることができる。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram of another embodiment of FIG. 1, and the disk rotor 10 </ b> B is integrally provided with a first preform 12 on one surface of the aluminum base material 11, and is provided on the other surface of the aluminum base material 11. The second preform 13 is integrally provided and can be attached to the rotating member of the vehicle using the bolt holes 14 and 14.
図10は複合材の鋳造装置の原理図であり、複合材の鋳造装置15Bは、プリフォーム載置面36を有する下型35と、プリフォーム保持面41を有する上型40と、吸引機構45(吸引機構45は、真空ポンプ49、真空ホース48、吸引路46及び吸引孔47Bからなる。)と、センターシリンダ29及びサイドシリンダ31、31で代表されるプレス機構20とからなる。
上型40、上型本体部42と、部分型部43とからなり、上型本体部42に吸引路46及び吸引孔47Bを有するが、部分型部43の側面と吸引孔47Bとで吸入弁を成している。
FIG. 10 is a principle diagram of a composite material casting apparatus. The composite material casting apparatus 15B includes a lower mold 35 having a preform mounting surface 36, an upper mold 40 having a preform holding surface 41, and a suction mechanism 45. (The suction mechanism 45 includes a vacuum pump 49, a vacuum hose 48, a suction path 46, and a suction hole 47B.) And a press mechanism 20 represented by the center cylinder 29 and the side cylinders 31, 31.
The upper mold body 40 is composed of an upper mold body 40, an upper mold body section 42, and a partial mold section 43. The upper mold body section 42 has a suction passage 46 and a suction hole 47B. Is made.
図11は図10の作用説明図であり、(a)に示すように、下型35に第1のプリフォーム12を載置する。また、上型本体部42に第2のプリフォーム13を吸着保持させる。このときには、部分型部43は、吸引孔47Bを塞がないように上方に後進させておく。そして、下型35へ、所定量のアルミニウム溶湯59を注湯する。次に、(b)に示すように、上型40を一括して下げる。   FIG. 11 is an explanatory diagram of the operation of FIG. 10, and the first preform 12 is placed on the lower mold 35 as shown in FIG. Further, the second preform 13 is sucked and held on the upper mold main body 42. At this time, the partial mold portion 43 is moved backward so as not to block the suction hole 47B. Then, a predetermined amount of molten aluminum 59 is poured into the lower mold 35. Next, as shown in (b), the upper mold 40 is collectively lowered.
さらに、(c)に示すように、上型40を下げるが、途中で部分型部43を下方に前進させて吸引孔47Bを閉じる。上型本体部42に部分型部43が揃ったら、一括して下方に前進させて、溶湯59を加圧する。   Furthermore, as shown in (c), the upper die 40 is lowered, but the partial die portion 43 is advanced downward along the way to close the suction hole 47B. When the partial mold part 43 is aligned with the upper mold main body part 42, the molten metal 59 is pressurized by advancing downward collectively.
この発明では、上型40は、プリフォーム保持面を有する上型本体部42と、この上型本体部42に対して前後進可能とされた部分型部43とから構成され、上型本体部42に吸引路46及び吸引孔47Bが設けられ、この吸引孔47は、部分型部43の側面により閉じるようにしたことを特徴とする。   In the present invention, the upper mold 40 includes an upper mold main body portion 42 having a preform holding surface, and a partial mold portion 43 that can be moved back and forth with respect to the upper mold main body portion 42. A suction path 46 and a suction hole 47 </ b> B are provided in 42, and the suction hole 47 is closed by the side surface of the partial mold portion 43.
また、複雑な弁開閉機構を用いることなく、部分型部43の側面で吸引孔を閉じることができ、鋳造装置の一層の簡略化を図ることができる。   Further, the suction hole can be closed on the side surface of the partial mold portion 43 without using a complicated valve opening / closing mechanism, and the casting apparatus can be further simplified.
尚、基材11を構成する金属材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましいが、他の金属をマトリックスとする合金であってもよい。
また、プレス機構20や弁50の一例を示したものであって、適宜、構成を変更することは差し支えない。
In addition, although the metal material which comprises the base material 11 has preferable aluminum or aluminum alloy, the alloy which uses another metal as a matrix may be sufficient.
Moreover, an example of the press mechanism 20 and the valve 50 is shown, and the configuration may be changed as appropriate.
さらには、本発明の複合材は、車両用ディスクロータに限定するものではなく、車両用ブレーキドラムや他の機械部品であってもよい。   Furthermore, the composite material of the present invention is not limited to a vehicle disk rotor, and may be a vehicle brake drum or other mechanical parts.
本発明は、車両用ディスクロータの鋳造に好適である。   The present invention is suitable for casting a vehicle disk rotor.
本発明に係るディスクロータの断面図である。It is sectional drawing of the disc rotor which concerns on this invention. 本発明に係る複合材の鋳造装置の原理図である。It is a principle figure of the casting apparatus of the composite material which concerns on this invention. 図2の3矢視図である。FIG. 3 is a view taken in the direction of arrow 3 in FIG. 2. 図2の4部拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of part 4 of FIG. 2. 図4の作用説明図である。FIG. 5 is an operation explanatory diagram of FIG. 4. 本発明に係る第1のプリフォーム載置工程から還元工程までを説明する図である。It is a figure explaining from the 1st preform mounting process to a reduction process concerning the present invention. 溶湯含浸工程を説明する図である。It is a figure explaining a molten metal impregnation process. 従来の技術の基本原理を説明する図である。It is a figure explaining the basic principle of the prior art. 図1の別実施例図である。It is another Example figure of FIG. 鋳造装置の原理図である。It is a principle diagram of a casting apparatus. 図10の作用説明図である。It is effect | action explanatory drawing of FIG.
符号の説明Explanation of symbols
10、10B…複合材としてのディスクロータ、11…金属製基材(アルミニウム製基材)、12…第1のプリフォーム、13…第2のプリフォーム、15、15B…複合材の鋳造装置、20…プレス機構、35…下型、36…プリフォーム載置面、40…上型、41…プリフォーム保持面、45…吸引機構、59…溶湯(アルミニウム溶湯)、60…真空引き機構、65…還元ガス導入機構。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10B ... Disc rotor as a composite material, 11 ... Metal base material (aluminum base material), 12 ... 1st preform, 13 ... 2nd preform, 15, 15B ... Composite material casting apparatus, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Press mechanism, 35 ... Lower mold, 36 ... Preform mounting surface, 40 ... Upper mold, 41 ... Preform holding surface, 45 ... Suction mechanism, 59 ... Molten metal (molten aluminum), 60 ... Vacuum evacuation mechanism, 65 ... reducing gas introduction mechanism.

Claims (5)

  1. 金属製基材の一方の面に第1のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に第2のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造方法において、
    下型のキャビティの底に設けられているプリフォーム載置面に、前記第1のプリフォームを載置する第1のプリフォーム載置工程と、
    上型のプリフォーム保持面に前記第2のプリフォームを吸着する第2のプリフォーム吸着工程と、
    前記キャビティへ所定量の溶湯を注ぐ注湯工程と、
    次に、前記上型を所定の位置まで移動させて前記キャビティを密封し、前記キャビティの空気を吸引して真空状態にする真空引き工程と、
    この真空状態となった前記キャビティへ還元ガスを発生させ、前記溶湯上の酸化被膜を還元する還元工程と、
    前記下型へ進入する上型を用いて前記溶湯を加圧し、溶湯を第1のプリフォーム及び第2のプリフォームに含浸する溶湯含浸工程と、からなることを特徴とする複合材の鋳造方法。
    In a casting method of a composite material in which a first preform is integrally formed on one surface of a metal substrate, and a second preform is integrally formed on the other surface of the metal substrate,
    A first preform placement step of placing the first preform on the preform placement surface provided at the bottom of the lower mold cavity;
    A second preform adsorption step for adsorbing the second preform on the upper mold preform holding surface;
    A pouring step of pouring a predetermined amount of molten metal into the cavity;
    Next, the upper mold is moved to a predetermined position to seal the cavity, and the vacuum drawing step of sucking the air of the cavity to make a vacuum state;
    A reducing step of generating a reducing gas in the cavity that is in a vacuum state and reducing an oxide film on the molten metal;
    A method for casting a composite material comprising: a molten metal impregnation step of pressurizing the molten metal using an upper mold that enters the lower mold, and impregnating the molten metal into the first preform and the second preform. .
  2. 金属製基材の一方の面に第1のプリフォームを一体形成し、前記金属製基材の他方の面に第2のプリフォームを一体形成してなる複合材の鋳造装置であって、
    この鋳造装置は、前記第1のプリフォームを載せるプリフォーム載置面を有する下型と、この下型に相対移動可能に接続され、吸引機構により吸引された前記第2のプリフォームを保持するプリフォーム保持面を有する上型と、
    この上型を前記下型に進入させて形成したキャビティ内を真空状態にする真空引き機構と、
    前記キャビティ内へ還元ガスを導入する還元ガス導入機構と、
    前記上型を前記下型へ相対的に前進させることで、キャビティ内の溶湯を加圧するプレス機構からなることを特徴とする複合材の鋳造装置。
    A composite casting apparatus in which a first preform is integrally formed on one surface of a metal substrate, and a second preform is integrally formed on the other surface of the metal substrate,
    The casting apparatus has a lower mold having a preform placement surface on which the first preform is placed, and is connected to the lower mold so as to be relatively movable, and holds the second preform sucked by a suction mechanism. An upper mold having a preform holding surface;
    A vacuum pulling mechanism for making the inside of the cavity formed by allowing the upper mold to enter the lower mold,
    A reducing gas introduction mechanism for introducing a reducing gas into the cavity;
    An apparatus for casting a composite material, comprising a press mechanism that pressurizes the molten metal in the cavity by advancing the upper mold relatively to the lower mold.
  3. 前記上型は、前記第2のプリフォーム保持面を有する上型本体部と、この上型本体部に対して前後進可能とされた部分型部とから構成され、前記上型本体部に吸引路及び吸引孔が設けられ、この吸引路又は吸引孔は遮断部材を備え、前記部分型部の前進により前記遮断部材が前記吸引路又は吸引孔を遮断するようにしたことを特徴とする請求項2記載の複合材の鋳造装置。   The upper mold is composed of an upper mold main body having the second preform holding surface and a partial mold capable of moving back and forth with respect to the upper mold main body, and is sucked into the upper mold main body. A passage and a suction hole are provided, the suction passage or the suction hole includes a blocking member, and the blocking member blocks the suction path or the suction hole by advance of the partial mold part. 3. The composite casting apparatus according to 2.
  4. 前記遮断部材は、前記吸引路に介設され、前記部分型部の前進により閉じられる弁であることを特徴とする請求項3記載の複合材の鋳造装置。   4. The composite casting apparatus according to claim 3, wherein the blocking member is a valve interposed in the suction path and closed by the advancement of the partial mold part.
  5. 前記遮断部材は、前記部分型部が兼ね、該部分型部の側面にて吸引孔を閉じることを特徴とする請求項3記載の複合材の鋳造装置。   4. The composite material casting apparatus according to claim 3, wherein the blocking member serves also as the partial mold part and closes the suction hole at a side surface of the partial mold part.
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