JP2018516761A - 自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法 - Google Patents

Abstract

自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法。本発明は、自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法に関し、部品を製造するために、金属または合金をシェルに注入し、シェルを強制的かつ急冷し、部品の取り出し作業を行う。

Description

本発明は、鋳造技術分野に関し、特にアルミニウム、マグネシウム、銅または他の同様の物質の合金に関するものである。より詳細には、本発明は、自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法に係るものである。

サンドシェルモールド法は、当業者にとっては周知の技術である。それは、熱硬化性樹脂により予め被覆された砂を使用し、パターンプレートと接触させて、約２００℃の温度に加熱して数ｍｍの層にわたって硬化させてシェルを構成する。各シェルは半割型に対応し、その後に重合され、次いで接着される。様々なサンドシェルモールド法として、クローネン法、ホットボックス法、コールドボックス法、ウォームボックス法、無機シェル法などが挙げられる。

シェルモールド法にはいくつかの利点があるが、なかでも、非常に複雑な形状を製作できることとともに、自動車のシリンダヘッドのエキゾーストマニホールドなど、当該部品に様々な機能を組み込むことができることが挙げられる。他の利点としては、例えば、製造する部品の重量を低減できることある。さらに、シェルモールドでは、投資が少なくて済み、加工工程の回数を減らすことができる。

反対に、シェルモールド法によって製造される部品は、凝固速度が非常に遅いために、ある応用分野においては、その機械的特性が必ずしも満足できるものではない。したがって、シェルモールド法は、複雑な幾何学的形状を有しているものの良好な機械的特性を必要としない部品の製造に特に適しているようである。

しかし、部品の形状はますます複雑になるだけでなく、その部品の機械的特性が仕様を満たすために高レベルに達しなければならなくなってきている。

したがって、このような従来技術および状況から、非常に複雑な形状を有しながらも良好な機械的特性を有する部品を製造できるために、シェルモールド法を改善することが重要であると考えられる。

この問題を解決するために、本発明による砂型シェルモールド法は、第１の観点によれば、
部品を製造するために、金属または合金をシェルに注入し、
シェルを強制的に急冷し、
部品の取り出し作業を行う
ように設計される。

この方法は、非常に良好な機械的特性を必要とする非常に複雑な形状の部品を製造するために、自動車分野および航空分野において特に有利な用途を有する。シェルは、製造すべき部品の特性に適合した方法（ホットボックス法、コールドボックス法、ウォームボックス法、３Ｄプリント法など）によって、公知の方法で製造される。シェルの厚さも、界面での金属の静力学的圧力と熱抵抗とのバランスを最適にするために、製造すべき部品の特性に適合される。

上記の通り、金属または合金を注いだ後、依然として液体状態にあるか又は凝固した相として金属または合金を含有するサンドシェルを、例えば急冷によって冷却する。周知のとおり、この冷却は、水、油、空気、またはこのような冷却を可能にする他の任意の手段によって行うことができる。「強制的に急冷」とは、合金がまだ液体である間にシェルを急冷することを意味する。非限定的な例として、急冷温度は１００℃未満である。

注入および冷却のこれらの２つの工程は２つの利点を有する。第１は、急冷中に熱勾配を確立することにより凝固先端の方向付けを可能し、第２に凝固速度を高めて結果として部品の機械的特性を向上させることである。

次に、部品は、従来の取り出し作業を単に行わなければならない。取り出し作業は化学的、熱的または機械的なものであってもよい。

本発明による方法の他の観点によれば、シェル内に金属または合金を注入するが、最終部品を製造しないでプリフォームを形成する。シェルの形状をそのように適合させることは明らかである。次いで、上記の通り、シェルを強制的に急冷し、プリフォームを取り出す作業を行う。

本発明による成形方法のこの具体例では、プリフォームはＣＯＢＡＰＲＥＳＳの商標で知られている方法に基づいて、プレスおよび鍛造の組み合わせた工程に供せられる。このＣＯＢＡＰＲＥＳＳ法は、例えば欧州特許第０１１９３６５号の教示に基づいている。

本発明の特徴によるサンドシェルモールド法は、従来技術によるサンドシェルモールド法により得られる機械的特性よりもかなり良好な機械的特性を得ることができる。これは、同一の種類の金属または合金を使って実施した以下に示す試験結果のとおりである。

従来技術によるシェルモールド法
ＳＤＡＳ： ６０〜７０μｍ
Ｒｐ０．２=２００〜２２０ＭＰａ
Ｒｍ=２４０〜２６０ＭＰａ
Ａ％=１〜２％
本発明によるシェルモールド法
ＳＤＡＳ：３０〜３５μｍ
Ｒｐ０．２=２２０〜２６０ＭＰａ
Ｒｍ=２９０〜３１０ＭＰａ
Ａ％=６〜８％
ここで、ＳＤＡＳはデンドライ間隔、Ｒｐは弾性限界、Ｒｍは機械的抵抗、Ａ％は伸びに相当する。

本発明による方法の特徴から、本方法は、サンドシェルに注入する利点と組み合わせて、複雑な形状を有する部品を得ること、軽量化、機械加工行程の削減、上記の比較試験で示されているとおり良好な特性を有することを可能にしていることがわかる。ＣＯＢＡＰＲＥＳＳ法の適用により、気孔率および表皮効果の大きな減少が可能になることも注目される。

Claims (2)

1. 自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法であって、
   部品を製造するために、金属または合金をシェルに注入し、
   前記シェルを強制的に急冷し、
   前記部品の取り出し作業を行う、
   サンドシェルモールド法。
2. 自動車および航空宇宙分野で使用する部品を製造するためのサンドシェルモールド法であって、
   プリフォームを製造するために、金属または合金をシェルに注入し、
   前記シェルを強制的に急冷し、
   前記プリフォームの取り出し作業を行い、
   前記プリフォームにプレスおよび鍛造を組み合わせた工程を行う、
   サンドシェルモールド法。