JP2020163446A - 異種金属接合中空部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】肉厚の薄い異種金属接合中空部品の製造に適した異種金属接合中空部品の製造方法を提供する。【解決手段】中実構造の第１金属部材１０と第２金属部材２０とを拡散接合し、中実構造の異種金属接合体Ａを成形する拡散接合工程と、中実構造の異種金属接合体に中空孔を穿設する切削工程とを備える異種金属接合中空部品の製造方法による。中実構造の金属部材同士を拡散接合してから中空孔を穿設するので、肉厚に関係なく異種金属同士を接合した形態の中空部品を製造することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、中空構造を有する異種金属部材同士を接合して成る異種金属接合中空部品の製造方法に関する。

従来から、異種金属同士を接合した中空構造を有するシャフトとしては、特許文献１に示すものがある。この異種金属接合シャフトは、中空構造を有する第１シャフトの内部に第２シャフトを圧入接合する。このため、第１シャフトの内周面と第２シャフトの外周面は、軸方向に関し重複部分を有する構造となる。

特開２０１７−３２１３１号公報

しかしながら、上記接合方法は、圧入による接合であるため、シャフトの肉厚が薄いもの同士は接合できない問題を有していた。

本発明は、上記問題に鑑みて創成されたものであり、肉厚の薄い異種金属接合中空部品の製造に適した異種金属接合中空部品の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題は、中実構造の第１金属部材と第２金属部材とを拡散接合し、中実構造の異種金属接合体を成形する拡散接合工程と、中実構造の異種金属接合体に中空孔を穿設する切削工程とを備える異種金属接合中空部品の製造方法による。

なお、拡散接合工程の前工程として、中実構造の第１金属部材と第２金属部材とを機械的に接合する機械的接合工程が加えられることが好ましい。

なお、機械的接合工程は、第１金属部材の一端に設けられた凹部に第２金属部材の一端に設けられた凸部を嵌合させた状態で、両部材を嵌合強度を高める方向に圧縮させることにより接合することが好ましい。

本発明によれば、中実構造の金属部材同士を拡散接合してから中空孔を穿設するので、肉厚に関係なく異種金属同士を接合した形態の中空部品を製造することができる。

本発明に係る異種金属接合中空部品の製造方法の機械的接合工程を示す図である。 本発明に係る異種金属接合中空部品の製造方法の拡散接合工程を示す図である。 本発明に係る異種金属接合中空部品の製造方法の切削工程を示す図である。 本発明に係る異種金属接合中空部品の製造方法の他の実施形態を示す図である。

以下、本発明である異種金属接合中空部品の製造方法を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本製造方法は、機械的接合工程と、拡散接合工程と、切削工程とを備える。

図１は、機械的接合工程を示し、機械的接合工程は、銅材料でなる第１金属部材１０と、鉄材でなる第２金属部材２０とを接合する工程である。これら第１金属部材１０および第２金属部材２０は、予め別個に成形され準備されるものであり、中実構造の棒状部材である。第１金属部材１０は、一端に凹部１１を有し、第２金属部材２０は一端に凸部２１を有する。

第１金属部材１０の凹部１１と第２金属部材２０の凸部２１とを嵌合させた状態で受け型１の挿入孔１ａに挿入する。このとき、受け型１の挿入孔１ａの下方にはノックアウトピン２が配置されているため、両部材１０，２０は、位置決めされる。

続いて、受け型１の挿入孔１ａに挿通可能なパンチピン３を下方に前進させて第１金属部材を軸方向に圧縮することにより、第１金属部材１０の凹部１１と第２金属部材２０の凸部２１とによる嵌合部の嵌合強度を高める方向に塑性変形させることにより、部材同士を密着させて合する。このようにして、機械的に接合された中実構造の異種金属接合体Ａが成形される。

最後に、ノックアウトピン２を上方へ前進させることにより、異種金属接合体Ａは、受け型から排出される。

次に、図２に示すように、拡散接合工程においては、機械的接合工程において接合された接合体Ａが加熱炉４に投入される。加熱炉４は、投入された１又は複数の接合体Ａを加熱する構造であればよく、これを大気雰囲気で４００〜５００℃で２時間以上、好ましくは４時間程度加熱して接合体Ａの接合界面に生成された新生面に拡散層を生成するように構成されている。このようにして、拡散接合された中実構造の異種金属接合体Ａが成形される。なお、本発明の拡散接合工程においては、周知の拡散接合とは異なり、加熱炉４内で両部材を加圧することはしない。

最後に、図３に示すように、切削工程は、拡散接合工程を終えて加熱炉から取り出した異種金属接合体Ａに、例えばマシニングセンタ（図示せず）などによって穴あけを行うものであり、第１金属部材１０と第２金属部材２０との中心線上に貫通孔３０を穿設する。この貫通孔３０は、第２金属部材２０の凸部２１が全て切削される程度の内径に穿設される。このようにして、異種金属接合中空部品が製造される。

なお、切削工程において穿設される孔は、非貫通孔であってもよい。

従来の拡散接合方法においては、部材同士の加圧密着と熱処理の両方が行える専用設備として拡散接合用ホットプレスが必要であった。これに対し、上述した異種金属接合中空部品の製造方法によれば、機械的接合工程において、第１金属部材１０と第２金属体２０とを密着させてから、加熱炉４に投入する。このため、拡散接合工程において、加圧密着が不要になるので、汎用の加熱炉で拡散接合を実現することができる。

なお、上述した実施形態においては、２部品の接合例を示したが、３部品の接合も可能である。その一例として、図４に示すように、銅材料でなる第１金属部材１１０と、鉄材料でなる第２金属部材１２０と、鋼材である第３金属部材１３０は、いずれも中実構造の棒状部材である。第１金属部材１１０は、一端に凹部１１１を有し、第２金属部材２０は両端にに凸部１２１ａ，１２１ｂを有し、第３金属部材１３０は、一端に凹部１３１を有する。

まず、第１金属部材１１０の凹部１１１と第２金属部材１２０の一端の凸部１２１ａとを嵌合させ、第２金属部材１２０の他端の凸部１２１ｂと第３金属部材１３０の凹部１３１とを嵌合させた状態で受け型１の挿入孔１ａに挿入し、上述の機械的接合工程と同様の手順で、中実構造の異種金属接合体Ｂを成形する。

続いて、異種金属接合体Ｂを上述の拡散接合工程と同様の手順で熱処理することにより、拡散接合された中実構造の異種金属接合体Ｂが成形される。

最後に、異種金属接合体Ｂの中心線上に貫通孔１４０を穿設することにより、異種金属接合中空部品が製造される。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

１ 受け型
１ａ 挿入孔
２ ノックアウトピン
３ パンチピン
４ 加熱炉
１０ 第１金属部材
１１ 凹部
２０ 第２金属部材
２１ 凸部
３０ 貫通孔

Claims (3)

1. 中実構造の第１金属部材と第２金属部材とを拡散接合し、中実構造の異種金属接合体を成形する拡散接合工程と、
   中実構造の異種金属接合体に中空孔を穿設する切削工程と、
   を備えることを特徴とする異種金属接合中空部品の製造方法。
2. 拡散接合工程の前工程として、中実構造の第１金属部材と第２金属部材とを機械的に接合する機械的接合工程が加えられることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合中空部品の製造方法。
3. 機械的接合工程は、第１金属部材の一端に設けられた凹部に第２金属部材の一端に設けられた凸部を嵌合させた状態で、両部材を嵌合強度を高める方向に圧縮させることにより接合することを特徴とする請求項２に記載の異種金属接合中空部品の製造方法。
   

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