JP3369009B2 - ピストンの鍛造方法 - Google Patents
ピストンの鍛造方法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F2200/00—Manufacturing
- F02F2200/04—Forging of engine parts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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- Forging (AREA)
- Lubricants (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン用鍛造ピスト
ンの製造方法、特に、アルミニウム合金を素材とするエ
ンジン用ピストンの鍛造方法に関する。
ンの製造方法、特に、アルミニウム合金を素材とするエ
ンジン用ピストンの鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンは、一般に、小型、高
回転、軽量及び低コスト化等の要求がされることから、
ピストンをアルミニウム合金で製造することが行われて
いる。従来からアルミニウム合金を素材として、ピスト
ンを製造する方法として金型鋳造と押し出し鍛造との方
法がある。ピストンは高温強度、耐摩耗性、小熱膨張率
等が要求されることから、珪素（Ｓｉ）を多く含んだＡ
ｌ−Ｓｉ系合金が多く使われる傾向がある。このＡｌ−
Ｓｉ系合金を鋳造で製造した場合には、金属組織として
粗いものとなり、珪素の晶出物も大きくなるとともに、
加工性も低下することから、鋳造方法に比べて組織が微
細化するとともに強度も増加し、かじりも発生し難くな
る押し出し鍛造方法によりピストンを製造することが試
行されてきている。
回転、軽量及び低コスト化等の要求がされることから、
ピストンをアルミニウム合金で製造することが行われて
いる。従来からアルミニウム合金を素材として、ピスト
ンを製造する方法として金型鋳造と押し出し鍛造との方
法がある。ピストンは高温強度、耐摩耗性、小熱膨張率
等が要求されることから、珪素（Ｓｉ）を多く含んだＡ
ｌ−Ｓｉ系合金が多く使われる傾向がある。このＡｌ−
Ｓｉ系合金を鋳造で製造した場合には、金属組織として
粗いものとなり、珪素の晶出物も大きくなるとともに、
加工性も低下することから、鋳造方法に比べて組織が微
細化するとともに強度も増加し、かじりも発生し難くな
る押し出し鍛造方法によりピストンを製造することが試
行されてきている。
【０００３】この種のアルミニウム合金の従来一般に実
施されている押し出し鍛造方法としては、アルミニウム
のインゴット等の金属素材を溶解し、連続鋳造して合金
の鋳造素材を製造する。この合金の鋳造素材を加熱して
雌金型（ダイ）に入れ、雄金型（マンドレル）で押圧し
て、鋳造素材を熱間鍛造で押し出し成形する。その後、
該押し出し成形した鍛造成形品を熱処理して、機械加工
・表面処理をして、完成品に仕上げる方法で行われてい
る。
施されている押し出し鍛造方法としては、アルミニウム
のインゴット等の金属素材を溶解し、連続鋳造して合金
の鋳造素材を製造する。この合金の鋳造素材を加熱して
雌金型（ダイ）に入れ、雄金型（マンドレル）で押圧し
て、鋳造素材を熱間鍛造で押し出し成形する。その後、
該押し出し成形した鍛造成形品を熱処理して、機械加工
・表面処理をして、完成品に仕上げる方法で行われてい
る。
【０００４】ピストンをアルミニウム合金で鍛造する従
来方法としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系の急冷凝固アルミ
粉末合金を押し出し成形し、得られた円柱状の押し出し
素材を４５０℃に加熱して雌金型の空間部内にセットし
た後に、雄金型（マンドレル）で押出鍛造成形してピス
トン成形用の鍛造成形品を製造する方法（特開平２−２
５５２４１号公報）が提案されている。前記方法は、ピ
ストンを鍛造成形する際に、ピストンのピンボス部とス
ラスト・反スラスト部との材料の流動抵抗の大きさの違
いから生じるクラック発生を防止するべく、ピストンの
ピンボス部と直交する方向となるスラスト・反スラスト
方向のスカート部における削り代を増加させて鍛造する
ことにより、鍛造時のピンボス部とスラスト・ハンスラ
スト部との断面積の差異を少なくして、ピストン周方向
の流動抵抗を均一にしている。
来方法としては、Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系の急冷凝固アルミ
粉末合金を押し出し成形し、得られた円柱状の押し出し
素材を４５０℃に加熱して雌金型の空間部内にセットし
た後に、雄金型（マンドレル）で押出鍛造成形してピス
トン成形用の鍛造成形品を製造する方法（特開平２−２
５５２４１号公報）が提案されている。前記方法は、ピ
ストンを鍛造成形する際に、ピストンのピンボス部とス
ラスト・反スラスト部との材料の流動抵抗の大きさの違
いから生じるクラック発生を防止するべく、ピストンの
ピンボス部と直交する方向となるスラスト・反スラスト
方向のスカート部における削り代を増加させて鍛造する
ことにより、鍛造時のピンボス部とスラスト・ハンスラ
スト部との断面積の差異を少なくして、ピストン周方向
の流動抵抗を均一にしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記ピストンをアルミ
ニウム合金で熱間押出鍛造する従来方法は、鍛造によっ
て素材に塑性変形を一定以上の圧力で与えることによ
り、組織の結晶粒を細かくして、組織中のＳｉがＡｌ中
に均一に、かつ、微細に分散した組織に変えることがで
きるが、Ｓｉの含有率の高いアルミニウム合金は、伸び
が少なく、かつ、Ｓｉは硬いために鍛造時に金型とかじ
り安く、ピストンのスカート部にクラックが発生する傾
向があるという不都合があった。従来の熱間押出鍛造に
おいては、前記のようにピストンのスカート部の肉厚を
全周もしくは必要部分について厚くする方法で前記不都
合に対処している。
ニウム合金で熱間押出鍛造する従来方法は、鍛造によっ
て素材に塑性変形を一定以上の圧力で与えることによ
り、組織の結晶粒を細かくして、組織中のＳｉがＡｌ中
に均一に、かつ、微細に分散した組織に変えることがで
きるが、Ｓｉの含有率の高いアルミニウム合金は、伸び
が少なく、かつ、Ｓｉは硬いために鍛造時に金型とかじ
り安く、ピストンのスカート部にクラックが発生する傾
向があるという不都合があった。従来の熱間押出鍛造に
おいては、前記のようにピストンのスカート部の肉厚を
全周もしくは必要部分について厚くする方法で前記不都
合に対処している。
【０００６】しかしながら、前記方法では、製品の歩留
まりが悪い上に、押し出し比が十分に取れず、塑性変形
が少なくなることにより、鍛造方法により製造しても薄
肉スカート部の強度向上があまり期待できないとという
問題点があった。更に、前記方法では、鍛造時に合金素
材が金型にかじりつくという現象を解消していないし、
ピストンのスカート部の肉厚を予め多くしているもので
あるから鍛造後の機械加工を多くする必要があり、か
つ、合金素材も多く必要としていた。
まりが悪い上に、押し出し比が十分に取れず、塑性変形
が少なくなることにより、鍛造方法により製造しても薄
肉スカート部の強度向上があまり期待できないとという
問題点があった。更に、前記方法では、鍛造時に合金素
材が金型にかじりつくという現象を解消していないし、
ピストンのスカート部の肉厚を予め多くしているもので
あるから鍛造後の機械加工を多くする必要があり、か
つ、合金素材も多く必要としていた。
【０００７】更にまた、従来の方法では、鍛造時の合金
素材の温度、金型温度について厳密に配慮がなされてい
ないので、最適状態での鍛造処理がなされていなかっ
た。本発明は、このような従来の熱間押出鍛造方法の問
題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特に、
鍛造時における合金素材の金型へのかじりを無くすると
ともに、最適の合金素材の温度、最適な金型温度で熱間
押出鍛造を行うことにより、薄肉で高強度、かつ、摩耗
に強く寸法精度の高いエンジン用ピストンの製造方法を
提供することである。
素材の温度、金型温度について厳密に配慮がなされてい
ないので、最適状態での鍛造処理がなされていなかっ
た。本発明は、このような従来の熱間押出鍛造方法の問
題に鑑みてなされたものであって、その目的は、特に、
鍛造時における合金素材の金型へのかじりを無くすると
ともに、最適の合金素材の温度、最適な金型温度で熱間
押出鍛造を行うことにより、薄肉で高強度、かつ、摩耗
に強く寸法精度の高いエンジン用ピストンの製造方法を
提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係るピストンの鍛造方法は、アルミニウム合金
素材を加熱し、金型により押出成形するピストンの鍛造
方法であって、金型を一定温度範囲内に制御するととも
に、前記金型へのアルミニウム合金素材の投入前に前記
金型に離型剤を複数回に渡って塗布することを特徴とし
ており、前記アルミニウム合金素材は４５０〜５２０℃
の範囲内に加熱され、前記金型の制御温度は２５０〜４
５０℃の範囲内とするとともに、前記離型剤は黒鉛含有
のオイルであって黒鉛の平均粒径が２μｍ以下であり、
かつ、前記離型剤は金型温度が３００〜４５０℃の範囲
内で塗布することを特徴としている。
本発明に係るピストンの鍛造方法は、アルミニウム合金
素材を加熱し、金型により押出成形するピストンの鍛造
方法であって、金型を一定温度範囲内に制御するととも
に、前記金型へのアルミニウム合金素材の投入前に前記
金型に離型剤を複数回に渡って塗布することを特徴とし
ており、前記アルミニウム合金素材は４５０〜５２０℃
の範囲内に加熱され、前記金型の制御温度は２５０〜４
５０℃の範囲内とするとともに、前記離型剤は黒鉛含有
のオイルであって黒鉛の平均粒径が２μｍ以下であり、
かつ、前記離型剤は金型温度が３００〜４５０℃の範囲
内で塗布することを特徴としている。
【０００９】本発明のピストンに使用されるアルミニウ
ム合金の素材は、ローエックス（ＡＣ８Ａ）、ＡＣ９Ｂ
等のＳｉを多く含んだ合金素材であるが、これらの合金
はＹ合金に比べて高温強度はやや低いが、熱膨張係数及
び比重は小さく、かつ、耐摩耗性、耐かじり性に優れて
いる。そして、これらの合金は、他の合金に比して伸び
が少なく高負荷鍛造がしにくいが、４００℃以上になる
と伸びが大きくなってくる。しかし、５２０℃を越える
と合金が柔らかくなり過ぎ、共晶融解してしまうとの知
見を得たので、前記アルミニウム合金素材は４５０〜５
２０℃の範囲内に加熱して鍛造するのが良い。
ム合金の素材は、ローエックス（ＡＣ８Ａ）、ＡＣ９Ｂ
等のＳｉを多く含んだ合金素材であるが、これらの合金
はＹ合金に比べて高温強度はやや低いが、熱膨張係数及
び比重は小さく、かつ、耐摩耗性、耐かじり性に優れて
いる。そして、これらの合金は、他の合金に比して伸び
が少なく高負荷鍛造がしにくいが、４００℃以上になる
と伸びが大きくなってくる。しかし、５２０℃を越える
と合金が柔らかくなり過ぎ、共晶融解してしまうとの知
見を得たので、前記アルミニウム合金素材は４５０〜５
２０℃の範囲内に加熱して鍛造するのが良い。
【００１０】金型の温度は、金型に投入される前記アル
ミニウム合金素材の温度に影響を与え、金型温度が低い
と投入アルミニウム合金素材の温度が鍛造適温の４５０
℃以下なってしまい、十分な鍛造結果を得ることができ
ないという現象を来たし、離型剤の塗布によっても金型
温度は下がる。また、金型の温度が４５０℃以上になる
と合金素材の焼き付きが起き安くなる。したがって、投
入アルミニウム合金素材の温度が鍛造適温の４５０℃以
下とならず、かつ、金型の温度が４５０℃以上にならな
いように、金型温度を調整することが必要であるとの知
見に基づいて、金型温度は２５０〜４５０℃の範囲内に
調整・制御するのが良い。
ミニウム合金素材の温度に影響を与え、金型温度が低い
と投入アルミニウム合金素材の温度が鍛造適温の４５０
℃以下なってしまい、十分な鍛造結果を得ることができ
ないという現象を来たし、離型剤の塗布によっても金型
温度は下がる。また、金型の温度が４５０℃以上になる
と合金素材の焼き付きが起き安くなる。したがって、投
入アルミニウム合金素材の温度が鍛造適温の４５０℃以
下とならず、かつ、金型の温度が４５０℃以上にならな
いように、金型温度を調整することが必要であるとの知
見に基づいて、金型温度は２５０〜４５０℃の範囲内に
調整・制御するのが良い。
【００１１】離型剤は、黒鉛含有のオイルであり、黒鉛
が金型に付着することにより、金型と合金素材の離型性
を良くするものである。この離型性は、黒鉛の粒子の平
均粒径の小さい程良好であること、即ち、５μｍより２
μｍ、２μｍより１μｍの平均粒径の粒子のほうが離型
性がよい。なお、２５０℃以上の温度で離型性が最も優
れているのは黒鉛であるため黒鉛を使用した。
が金型に付着することにより、金型と合金素材の離型性
を良くするものである。この離型性は、黒鉛の粒子の平
均粒径の小さい程良好であること、即ち、５μｍより２
μｍ、２μｍより１μｍの平均粒径の粒子のほうが離型
性がよい。なお、２５０℃以上の温度で離型性が最も優
れているのは黒鉛であるため黒鉛を使用した。
【００１２】離型剤の金型への塗布は、黒鉛が万便なく
薄被膜として多層に金型に塗布されるのが良く、薄被膜
として多層に万便なく塗布するには、一回に多量に塗布
するよりも、数回に分けて塗布するのが良い。更に、塗
布するごとにオイルを蒸発させ、黒鉛のみが付着した状
態となつた後に、次の塗布を行うように、粒状黒鉛の薄
被膜の多層状態を金型に作るような方法が離型性の良い
塗布となる。前回塗布したオイルが蒸発しない内に次の
塗布を行うと粒状黒鉛の薄被膜の多層状態が形成されな
くなる。塗布後にオイルを素早く蒸発させるためには、
金型温度がある程度以上高いことが必要であり、そのオ
イルの迅速な蒸発を得るためには、金型温度が３００〜
４５０℃の範囲である時に塗布するのが良い。
薄被膜として多層に金型に塗布されるのが良く、薄被膜
として多層に万便なく塗布するには、一回に多量に塗布
するよりも、数回に分けて塗布するのが良い。更に、塗
布するごとにオイルを蒸発させ、黒鉛のみが付着した状
態となつた後に、次の塗布を行うように、粒状黒鉛の薄
被膜の多層状態を金型に作るような方法が離型性の良い
塗布となる。前回塗布したオイルが蒸発しない内に次の
塗布を行うと粒状黒鉛の薄被膜の多層状態が形成されな
くなる。塗布後にオイルを素早く蒸発させるためには、
金型温度がある程度以上高いことが必要であり、そのオ
イルの迅速な蒸発を得るためには、金型温度が３００〜
４５０℃の範囲である時に塗布するのが良い。
【００１３】
【実施例】本発明の一実施例のピストンの鍛造方法につ
いて説明する。本実施例においては、ＪＩＳ規格のＡＣ
９Ｂのアルミニゥム合金を使用する。本発明の前記実施
例である恒温鍛造方法を含むピストンの製造方法の全行
程は、概略、図１記載の順序で実施される。
いて説明する。本実施例においては、ＪＩＳ規格のＡＣ
９Ｂのアルミニゥム合金を使用する。本発明の前記実施
例である恒温鍛造方法を含むピストンの製造方法の全行
程は、概略、図１記載の順序で実施される。
【００１４】アルミニゥムインゴット等の原材料が、溶
解され、連続鋳造されて棒状鋳造体合金素材に作られる
（ステップ１（Ｓ１））。この棒状鋳造体は一つのピス
トンを製造するための大きさに切断され（Ｓ２）、離型
剤を塗布された（Ｓ３）後に、電気炉で加熱され（Ｓ
４）、金型に投入されて金型により恒温鍛造される（Ｓ
５）。恒温鍛造された鍛造ピストンは、所望のピストン
形状に機械切削加工され（Ｓ７）た後、表面処理されて
（Ｓ８）、ピストンを完成するものである。
解され、連続鋳造されて棒状鋳造体合金素材に作られる
（ステップ１（Ｓ１））。この棒状鋳造体は一つのピス
トンを製造するための大きさに切断され（Ｓ２）、離型
剤を塗布された（Ｓ３）後に、電気炉で加熱され（Ｓ
４）、金型に投入されて金型により恒温鍛造される（Ｓ
５）。恒温鍛造された鍛造ピストンは、所望のピストン
形状に機械切削加工され（Ｓ７）た後、表面処理されて
（Ｓ８）、ピストンを完成するものである。
【００１５】次に、本実施例の恒温鍛造方法（Ｓ４、Ｓ
５）について詳説する。図２は、加熱温度と伸び率・最
高引張強度との関係図であり、該図２から理解できるよ
うに、ＡＣ９ＢのＳｉを多く含んだアルミニゥム合金
は、３００℃くらいまでは伸び率が小さいが、３００℃
以上になると伸び率がだんだん大きくなり、４５０〜５
２０℃にかけて大きな伸び率となる。そして、５２０℃
を越えると合金が柔らかくなり過ぎ、共晶融解してしま
う状態となる。また、伸び率の小さい低温域で高負荷鍛
造を行うとアルミニウム合金素材にクラック等を発生す
る。
５）について詳説する。図２は、加熱温度と伸び率・最
高引張強度との関係図であり、該図２から理解できるよ
うに、ＡＣ９ＢのＳｉを多く含んだアルミニゥム合金
は、３００℃くらいまでは伸び率が小さいが、３００℃
以上になると伸び率がだんだん大きくなり、４５０〜５
２０℃にかけて大きな伸び率となる。そして、５２０℃
を越えると合金が柔らかくなり過ぎ、共晶融解してしま
う状態となる。また、伸び率の小さい低温域で高負荷鍛
造を行うとアルミニウム合金素材にクラック等を発生す
る。
【００１６】そこで、前記ＡＣ９Ｂのアルミニウム合金
素材の鍛造加熱温度は、４５０〜５２０℃の範囲内に加
熱するのが良い。前記合金素材を電気炉で４５０〜５２
０℃の範囲内に加熱（Ｓ４）した後、恒温鍛造行程（Ｓ
５）に移送する。図３は、恒温鍛造用の金型１であり、
雌金型としてのサイド金型２と下金型３及び雄金型４か
ら成っている。雄金型４及びサイド金型２は、それぞれ
ヒータ５、５と熱伝対６、６を備えている。
素材の鍛造加熱温度は、４５０〜５２０℃の範囲内に加
熱するのが良い。前記合金素材を電気炉で４５０〜５２
０℃の範囲内に加熱（Ｓ４）した後、恒温鍛造行程（Ｓ
５）に移送する。図３は、恒温鍛造用の金型１であり、
雌金型としてのサイド金型２と下金型３及び雄金型４か
ら成っている。雄金型４及びサイド金型２は、それぞれ
ヒータ５、５と熱伝対６、６を備えている。
【００１７】両金型２、３、４の温度が低いと、該金型
２、３、４に投入される前記ＡＣ９Ｂのアルミニウム合
金素材の鍛造温度に影響を与え、鍛造適温の４５０℃以
下としてしまう傾向があり、十分な鍛造結果を得ること
ができないと云う現象を生じる。また、離型剤の金型へ
の塗布によっても金型温度は下がる。このため金型の温
度は前記アルミニウム合金素材の鍛造時の冷却速度と鍛
造時間、さらには離型剤の塗布温度等を考慮して最低２
５０℃以上にして置くことが必要である。一方、金型の
温度が４５０℃以上になると合金素材の焼き付きが起き
安くなることから、前記合金素材の温度が鍛造適温の４
５０℃以下とならず、かつ、金型の温度が４５０℃以上
にならないように、金型温度を調整するために、前記ヒ
ータ５、５で金型２、４を加熱するとともに、熱伝対
６、６を用いて、金型２、４の温度を検出してマイコン
等の制御手段を用いて、前記ヒータ５、５の加熱量を調
整して金型の温度が２５０〜４５０℃の範囲内になるよ
うに調整・制御する。
２、３、４に投入される前記ＡＣ９Ｂのアルミニウム合
金素材の鍛造温度に影響を与え、鍛造適温の４５０℃以
下としてしまう傾向があり、十分な鍛造結果を得ること
ができないと云う現象を生じる。また、離型剤の金型へ
の塗布によっても金型温度は下がる。このため金型の温
度は前記アルミニウム合金素材の鍛造時の冷却速度と鍛
造時間、さらには離型剤の塗布温度等を考慮して最低２
５０℃以上にして置くことが必要である。一方、金型の
温度が４５０℃以上になると合金素材の焼き付きが起き
安くなることから、前記合金素材の温度が鍛造適温の４
５０℃以下とならず、かつ、金型の温度が４５０℃以上
にならないように、金型温度を調整するために、前記ヒ
ータ５、５で金型２、４を加熱するとともに、熱伝対
６、６を用いて、金型２、４の温度を検出してマイコン
等の制御手段を用いて、前記ヒータ５、５の加熱量を調
整して金型の温度が２５０〜４５０℃の範囲内になるよ
うに調整・制御する。
【００１８】離型剤は、黒鉛含有のオイル（鉱油）を使
用し、雌金型２、３に前記合金を投入前に、数回に渡っ
て両金型２、３、４に塗布する。図４は、金型温度と離
型剤の塗布時期との関係を示したものであり、金型が、
合金素材の鍛造成形を行うことにより、温度が下がった
状態から回復して金型の最高温度である４５０℃近辺に
なった時、オイル（鉱油）の塗布を始め、その後、数回
塗布を行う。塗布は薄く、前回の塗布のオイル（鉱油）
が蒸発した状態の後に次の塗布を行うようにし、金型に
黒鉛の多層の被膜層を形成する。オイル（鉱油）の塗布
により、金型の温度が低下するが、ヒータ５、５によっ
て加熱し金型温度を調整し、該金型に合金素材を投入し
て、次のピストン素材のアルミニウム合金の鍛造成形を
行う。
用し、雌金型２、３に前記合金を投入前に、数回に渡っ
て両金型２、３、４に塗布する。図４は、金型温度と離
型剤の塗布時期との関係を示したものであり、金型が、
合金素材の鍛造成形を行うことにより、温度が下がった
状態から回復して金型の最高温度である４５０℃近辺に
なった時、オイル（鉱油）の塗布を始め、その後、数回
塗布を行う。塗布は薄く、前回の塗布のオイル（鉱油）
が蒸発した状態の後に次の塗布を行うようにし、金型に
黒鉛の多層の被膜層を形成する。オイル（鉱油）の塗布
により、金型の温度が低下するが、ヒータ５、５によっ
て加熱し金型温度を調整し、該金型に合金素材を投入し
て、次のピストン素材のアルミニウム合金の鍛造成形を
行う。
【００１９】図５は、雄金型４のラム部４１の雌金型
２、３に対する変位と鍛造成形の進行行程の状態を示し
たものであり、本実施例の恒温鍛造は、次のＡ〜Ｅの行
程を経て行われる。Ａはラム部４１が低速下降中で、ま
だ合金素材Ｐに達していない状態を示している。Ｂは合
金素材Ｐであるピストンのピンボス部の成形中であり、
Ｃはピストンのスカート部Ｐ1 の成形状態、、Ｄはピス
トンのスカート部Ｐ1 の端部の成形、及び、スカート部
Ｐ1 の端部から更に金型２、４の外周方向延びるばりＰ
2 の成形状態を示しており、Ｅは成形終了後の雄金型４
のラム部４１の上昇状態を示している。
２、３に対する変位と鍛造成形の進行行程の状態を示し
たものであり、本実施例の恒温鍛造は、次のＡ〜Ｅの行
程を経て行われる。Ａはラム部４１が低速下降中で、ま
だ合金素材Ｐに達していない状態を示している。Ｂは合
金素材Ｐであるピストンのピンボス部の成形中であり、
Ｃはピストンのスカート部Ｐ1 の成形状態、、Ｄはピス
トンのスカート部Ｐ1 の端部の成形、及び、スカート部
Ｐ1 の端部から更に金型２、４の外周方向延びるばりＰ
2 の成形状態を示しており、Ｅは成形終了後の雄金型４
のラム部４１の上昇状態を示している。
【００２０】図６は、本実施例の鍛造方法によって実施
した前記鍛造成形の進行行程の状態Ａ〜Ｆを、雄金型４
のラム部４１の雌金型２、３に対する変位とプレス油圧
圧力との関係で示したものである。図６の鍛造の実施に
おいて、（イ）は離型剤として平均粒径５μｍの黒鉛を
含有するオイル（鉱油）を使用した場合であり、（ロ）
は離型剤として平均粒径１．５〜２μｍの黒鉛を含有す
るオイル（鉱油）を使用した場合である。そして、離型
剤の塗布は、本発明の前記実施例に沿って行われたもの
であり、粒状黒鉛を含有するオイル（鉱油）を複数回に
渡って金型２、３、４に塗布したものである。
した前記鍛造成形の進行行程の状態Ａ〜Ｆを、雄金型４
のラム部４１の雌金型２、３に対する変位とプレス油圧
圧力との関係で示したものである。図６の鍛造の実施に
おいて、（イ）は離型剤として平均粒径５μｍの黒鉛を
含有するオイル（鉱油）を使用した場合であり、（ロ）
は離型剤として平均粒径１．５〜２μｍの黒鉛を含有す
るオイル（鉱油）を使用した場合である。そして、離型
剤の塗布は、本発明の前記実施例に沿って行われたもの
であり、粒状黒鉛を含有するオイル（鉱油）を複数回に
渡って金型２、３、４に塗布したものである。
【００２１】前記図６から読み取れることは、鍛造成形
の進行行程の状態ＢとＣ、即ち、ピストンのピンボス部
の成形、及び、スカート部Ｐ1 の成形では、黒鉛の平均
粒径の違いに基づくプレス油圧圧力の相違が出ていると
云うことである。同じ鍛造成形をするのにプレス油圧圧
力が少なくて良いということは、それだけ合金素材Ｐの
すべりが良いということであり、離型性が良いと云える
ものである。
の進行行程の状態ＢとＣ、即ち、ピストンのピンボス部
の成形、及び、スカート部Ｐ1 の成形では、黒鉛の平均
粒径の違いに基づくプレス油圧圧力の相違が出ていると
云うことである。同じ鍛造成形をするのにプレス油圧圧
力が少なくて良いということは、それだけ合金素材Ｐの
すべりが良いということであり、離型性が良いと云える
ものである。
【００２２】平均粒径黒鉛１．５〜２μｍの粒状黒鉛を
含有するオイル（鉱油）の方が平均粒径５μｍの粒状黒
鉛を含有するオイル（鉱油）より明らかに離型性が良い
こと、即ち、平均粒径の小さいほど、離型性が良いとい
うことが理解できる。一般に、この種の鍛造成形におい
ては、その鍛造成形の善し悪しは、押し出し比で表され
ている。押し出し比は、図７のような中空筒状体を鍛造
成形する時、その外径面積Ｓに対する外径面積Ｓから内
径面積を引いた面積ｓ（図７の斜線の面積）との比Ｓ／
ｓで表され、押し出し比Ｓ／ｓの大きいほどよいことに
なる。
含有するオイル（鉱油）の方が平均粒径５μｍの粒状黒
鉛を含有するオイル（鉱油）より明らかに離型性が良い
こと、即ち、平均粒径の小さいほど、離型性が良いとい
うことが理解できる。一般に、この種の鍛造成形におい
ては、その鍛造成形の善し悪しは、押し出し比で表され
ている。押し出し比は、図７のような中空筒状体を鍛造
成形する時、その外径面積Ｓに対する外径面積Ｓから内
径面積を引いた面積ｓ（図７の斜線の面積）との比Ｓ／
ｓで表され、押し出し比Ｓ／ｓの大きいほどよいことに
なる。
【００２３】ピストンの鍛造成形においては、スカート
部Ｐ1 の成形が重要であり、スカート部Ｐ1 が薄く成形
できること、即ち、スカート部Ｐ1 の押し出し比Ｓ／ｓ
の大きいほど良いピストンの鍛造成形ができることを意
味する。図８は、発明の前記一実施例、即ち、アルミニ
ウム合金素材が４５０〜５２０℃の範囲内に加熱され、
金型の温度が２５０〜４５０℃の範囲内に制御されると
ともに、前記離型剤が平均粒径２μｍ以下の粒状黒鉛含
有のオイルであり、かつ、前記離型剤を金型温度が３０
０〜４５０℃の範囲内で複数回に渡って金型に塗布した
場合において、ピストン直径の異なる各ピストンの押し
出し比Ｓ／ｓを示したものである。
部Ｐ1 の成形が重要であり、スカート部Ｐ1 が薄く成形
できること、即ち、スカート部Ｐ1 の押し出し比Ｓ／ｓ
の大きいほど良いピストンの鍛造成形ができることを意
味する。図８は、発明の前記一実施例、即ち、アルミニ
ウム合金素材が４５０〜５２０℃の範囲内に加熱され、
金型の温度が２５０〜４５０℃の範囲内に制御されると
ともに、前記離型剤が平均粒径２μｍ以下の粒状黒鉛含
有のオイルであり、かつ、前記離型剤を金型温度が３０
０〜４５０℃の範囲内で複数回に渡って金型に塗布した
場合において、ピストン直径の異なる各ピストンの押し
出し比Ｓ／ｓを示したものである。
【００２４】この図８に示されている押し出し比は、従
来の鍛造ピストンに比べて十分大きいものであって、ス
カート部の薄いピストンを鍛造成形できる。以上、本発
明のピストンの鍛造方法の一実施例について詳述した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することな
く、種々の変更を行うことができる。
来の鍛造ピストンに比べて十分大きいものであって、ス
カート部の薄いピストンを鍛造成形できる。以上、本発
明のピストンの鍛造方法の一実施例について詳述した
が、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することな
く、種々の変更を行うことができる。
【００２５】また、本発明の構成要件であるアルミニウ
ム合金素材の温度、金型の制御温度、離型剤の平均黒鉛
粒径、離型剤の塗布回数、及び、離型剤塗布の金型温度
は、その全体の構成要件の組み合わせの総合作用によ
り、最高の作用効果を発揮するものであるが、前記個々
の構成要件の単独、もしくは、２〜３の構成要件の組み
合わせによっても、従来のピストン鍛造方法に比べて前
述のような顕著な作用が期待できるものである。
ム合金素材の温度、金型の制御温度、離型剤の平均黒鉛
粒径、離型剤の塗布回数、及び、離型剤塗布の金型温度
は、その全体の構成要件の組み合わせの総合作用によ
り、最高の作用効果を発揮するものであるが、前記個々
の構成要件の単独、もしくは、２〜３の構成要件の組み
合わせによっても、従来のピストン鍛造方法に比べて前
述のような顕著な作用が期待できるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の鍛造方法によれば、伸びが少なく、かつ、硬いＳｉ
の含有率の高いアルミニウム合金でありながら、鍛造時
の合金素材の加熱温度、金型温度、及び、オイルの塗布
温度を設定し、かつ、オイルに含有する粒状黒鉛の平均
粒径を特定して該オイルを数回に渡り金型に塗布するこ
とにより、かじりがなく、離型性の良いピストンの鍛造
が可能となり、その結果として、ピストンのスカート部
の押し出し比を大きくでき、クラックの発生のない、引
っ張り強度のある薄肉のピストンスカート部を鍛造でき
る。
明の鍛造方法によれば、伸びが少なく、かつ、硬いＳｉ
の含有率の高いアルミニウム合金でありながら、鍛造時
の合金素材の加熱温度、金型温度、及び、オイルの塗布
温度を設定し、かつ、オイルに含有する粒状黒鉛の平均
粒径を特定して該オイルを数回に渡り金型に塗布するこ
とにより、かじりがなく、離型性の良いピストンの鍛造
が可能となり、その結果として、ピストンのスカート部
の押し出し比を大きくでき、クラックの発生のない、引
っ張り強度のある薄肉のピストンスカート部を鍛造でき
る。
【図１】本発明の一実施例の鋳造方法を含むピストン製
造方法の全行程の概略図。
造方法の全行程の概略図。
【図２】本発明の一実施例に使用されるアルミニウム合
金の加熱温度と伸び率の相関図。
金の加熱温度と伸び率の相関図。
【図３】本発明の一実施例に使用される金型装置。
【図４】金型温度と離型剤の塗布時期との関係図。
【図５】ピストンの恒温鍛造の各行程における作動図。
【図６】ピストンの恒温鍛造の各行程におけるプレス圧
力と金型のラム部の変位の関係図。
力と金型のラム部の変位の関係図。
【図７】鍛造における押し出し比の説明図。
【図８】本発明の一実施例の鋳造方法によるピストンの
スカート部の押し出し比。
スカート部の押し出し比。
１…金型
２…サイド金型
３…下金型
４…雄金型
５…ヒータ
６…熱電対
４１…雄金型のラム部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
// Ｃ１０Ｍ 101/02 Ｃ１０Ｍ 101/02
Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｃ１０Ｎ 20:06 Ｚ
40:24 40:24 Ａ
40:36 40:36
(56)参考文献 特開 平３−165948（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−138043（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−255241（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−128061（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−1994（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−30597（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−75839（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B21J 1/00 - 13/14
B21J 17/00 - 19/04
B21K 1/00 - 31/00
F02F 3/00
Claims (4)
- 【請求項１】 アルミニウム合金素材を加熱し、金型に
より押出成形するピストンの鍛造方法において、 前記金型を２５０〜４５０℃の温度範囲内に加熱制御す
ると共に、黒鉛含有のオイルからなる離型剤を金型温度
が３００〜４５０℃の範囲内で、前回のオイルが蒸発し
てから次のオイルの塗布を行うことにより複数回に渡っ
て塗布し、前記離型剤に含まれる粒状黒鉛の多層被膜を
前記金型表面に形成し、その後、前記金型への前記アル
ミニウム合金素材を投入することを特徴とするピストン
の鍛造方法。 - 【請求項２】 前記離型剤に含まれる黒鉛の平均粒径が
２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のピ
ストンの鍛造方法。 - 【請求項３】 前記アルミニウム合金素材は、４５０〜
５２０℃の範囲内に加熱されて、前記金型に投入される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のピストンの鍛
造方法。 - 【請求項４】 前記アルミニウム合金は、Ｓｉを多く含
んだＡｌ−Ｓｉ系合金であることを特徴とする請求項１
から請求項３のいずれか一項に記載のピストンの鍛造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24427794A JP3369009B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ピストンの鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24427794A JP3369009B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ピストンの鍛造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08108243A JPH08108243A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3369009B2 true JP3369009B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=17116359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24427794A Expired - Lifetime JP3369009B2 (ja) | 1994-10-07 | 1994-10-07 | ピストンの鍛造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3369009B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3942129B2 (ja) * | 1998-07-09 | 2007-07-11 | ヤマハ発動機株式会社 | 鍛造ピストンの製造方法および鍛造用金型 |
| JP4611625B2 (ja) * | 2003-11-26 | 2011-01-12 | 本田技研工業株式会社 | 鍛造成形方法 |
| JP5027407B2 (ja) * | 2005-12-02 | 2012-09-19 | 昭和電工株式会社 | 鍛造による素形材の製造方法 |
| JP4893668B2 (ja) * | 2008-03-14 | 2012-03-07 | 日本軽金属株式会社 | 鍛造方法およびピストンの鍛造方法 |
| JP4893670B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2012-03-07 | 日本軽金属株式会社 | 鍛造用金型およびピストン鍛造用金型 |
| JP5688704B2 (ja) * | 2008-11-13 | 2015-03-25 | 株式会社戸畑タ−レット工作所 | アルミニウム合金部品の恒温鍛造成型方法及びアルミニウム合金部品の恒温鍛造成型装置 |
| CN102029348A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-27 | 重庆理工大学 | 40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法及模具 |
| CN102049456B (zh) * | 2010-11-30 | 2012-11-14 | 重庆理工大学 | 40Cr钢机体座类零件多向模锻工艺方法及模具 |
| DE102011115048A1 (de) * | 2011-10-07 | 2013-04-11 | Mahle International Gmbh | Schmiedevorrichtung zur Herstellung eines Kolbenrohlings und Verfahren zur Herstellung des Kolbenrohlings unter Verwendung der Schmiedevorrichtung |
| JP5247873B2 (ja) * | 2011-11-25 | 2013-07-24 | 昭和電工株式会社 | 鍛造による素形材の製造方法 |
| MX2017003083A (es) * | 2014-09-12 | 2017-10-11 | Imerys Graphite & Carbon Switzerland Sa | Mejoras en metodos y sistemas que requieren lubricacion. |
| CN112872272A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-06-01 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种带加热机构的大型圆模座及大型圆模座的加热方法 |
| CN114749597A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-15 | 力野精密工业（深圳）有限公司 | 一种汽车新型压缩机活塞体精密锻造工艺 |
-
1994
- 1994-10-07 JP JP24427794A patent/JP3369009B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08108243A (ja) | 1996-04-30 |
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