JP4154754B2 - 複合金属部材の製造方法 - Google Patents
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【発明の属する技術分野】
本発明は、複合金属部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
複合金属部材の製造においては、強度の向上を図ると共に冷却用空洞を鋳造品に形成すべく、特開昭60−13955号公報に示すように、型内へのセット前に、湾曲(公報では円環状に形成)した複合化用予備成形体の内側部(公報では内周面)に中子部材を保持し、その状態で複合化用予備成形体と中子部材とを型内にセットすることが行われている。具体的には、複合化用予備成形体の内側部に中子部材を保持するに際しては、複合化用予備成形体の内側部を切り欠いて段部を形成し、その段部に中子部材を着座させると共に、セット時や鋳造の途中に中子部材が脱落することを防止するために、接着剤やワイヤ等の補助的固定手段を用いることにより中子部材を複合化用予備成形体に固定することが行われている。
【0003】
一方、上記特開昭60−13955号公報の内容では、接着剤やワイヤ等の補助的固定手段を別途、用意しなければならないばかりか、中子部材と複合化用予備成形体との固定作業が煩雑にならざるを得ないことに鑑み、それを是正すべく、複合化用予備成形体の内側部に中子部材を圧入することが検討されている。この方法によれば、単に圧入作業だけで、複合化用予備成形体と中子部材とが保持状態(圧入状態)となり、補助的固定手段を別途、用意する必要はなくなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、複合化用予備成形体の内側部に中子部材を圧入する場合、圧入開始当初から圧入終了位置(所定の進入度合いの圧入状態)になるまでの圧入過程(挿入過程)の間、一貫して、複合化用予備成形体及び中子部材は、互いに大きな力を及ぼしあい、それに基づき、複合化用予備成形体、中子部材は、変形、破損するおそれがある。
【0005】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、複合金属部材の製造方法において、複合化用予備成形体に中子部材を保持させるに際して、損傷等を生じさせることなく、中子部材を複合化用予備成形体に簡単に保持させることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を達成するために本発明(請求項1の発明)にあっては、
鋳造型内に環状の複合化用予備成形体及び環状の中子部材をセットするに先立ち、該環状の複合化用予備成形体内に該環状の中子部材を挿入作業により圧入保持させる複合金属部材の製造方法において、
前記複合化用予備成形体として、該複合化用予備成形体の内径が該複合化用予備成形体の軸心方向一方側から他方側に向うに従って均一勾配をもって拡径されたものを用意し、
前記中子部材として、該中子部材の外径が該中子部材の軸心方向一方側から他方側に向うに従って前記複合化用予備成形体と同じ勾配をもって拡径されていると共に、該中子部材の軸心方向一方側の外径が前記複合化用予備成形体の軸心方向一方側の内径よりも嵌合代分だけ大きくされたものを用意し、
前記複合化用予備成形体内に前記中子部材を圧入保持させる際、前記中子部材の軸心方向一方側を、該複合化用予備成形体内に、該複合化用予備成形体の軸心方向他方側から該複合化用予備成形体の軸心方向一方側に向けて挿入する構成としてある。
【0007】
請求項1の好ましい態様としては請求項2〜4の記載の通りとなる。
【0008】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、環状の複合化用予備成形体に環状の中子部材を挿入する作業の下、複合化用予備成形体の内周面(傾斜面)に、その軸心方向他方側から一方側に向けて、中子部材の外周面(傾斜面)を、その軸心方向一方側を挿入先端側として挿入することから、複合化用予備成形体の傾斜面、中子部材の傾斜面に基づき、挿入過程の終了段階において初めて、複合化用予備成形体の内側面に中子部材が密嵌合(圧入)され、挿入過程の開始から終了段階までの間においては、複合化用予備成形体と中子部材とは、互いに力を及ぼし合わないことになる。このため、複合化用予備成形体に中子部材を保持させるに際して、損傷等を生じさせることなく、中子部材を複合化用予備成形体に簡単に保持させることができることになる。
【0009】
請求項2の発明によれば、複合化用予備成形体に対して中子部材を挿入させるに際して、該複合化用予備成形体を位置決め治具の第1規制面に載置しておき、該複合化用予備成形体に対する中子部材の挿入を位置決め治具の第2規制面により規制することから、上下方向において相対的に異なる位置をとる第1、第2規制面の関係を利用して、中子部材の挿入作業だけで、簡単且つ正確に、複合化用予備成形体と中子部材との位置決めを行うことができることになる。
【0010】
請求項3の発明によれば、型が合わせ型とされ、型内への複合化用予備成形体及び中子部材のセットに際して、該複合化用予備成形体の外周部を合わせ型の合わせ面部において挟持することから、中子部材を複合化用予備成形体を介して簡単且つ確実に保持できると共に、鋳造時に複合化用予備成形体内のエアを合わせ面部を利用して確実に排出して未複合部のない健全な複合金属部材を製造できることになる。
【0011】
請求項4の発明によれば、注湯口からの注湯後において、該注湯口を閉塞しつつ、該型内を気体により加圧することから、高圧に耐える型を用いなくても、溶湯を簡単且つ適正に複合化用予備成形体内に含浸させることができることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
【0013】
図1において、符号1は、複合金属部材としてのピストンで、このピストン1においては、ピストンリング溝部相当部分が複合化されて部分的に複合部2が形成され、その複合部2の一方側(ピストン外周面側)にピストンリング溝3が形成されており、複合部2の他方側(ピストン内部側)には、ピストン1内部において、オイル冷却空洞4が隣接配置されている。
【0014】
このようなピストンの製造は、次のようにして行われる。
【0015】
先ず、リング状の複合化用予備成形体5(図2参照)とリング状の中子部材としての塩中子6(図3参照)とを用意する。複合部2の材料、オイル冷却空洞4形成のための材料を準備するためである。
具体的に説明すれば、上記複合化用予備成形体5は多孔性を有しており、その内周面は、その軸心O1方向一方側(図2中、上側)の内径D1が軸心O1方向他方側(図2中、下側)の内径D2よりも縮径されるように傾斜された平坦な傾斜面7とされている。この傾斜面7は、図2に示すように、その周方向全周に亘って、軸心O1方向に対して均一勾配θ1をもって傾斜されており、その勾配θ1は、本実施形態においては、3度とされている。
上記塩中子6の外周面は、その軸心O2方向一方側(図3中、上側)の外径d1が軸心O2方向他方側(図3中、下側)の外径d2よりも縮径されるように傾斜された平坦な傾斜面8とされている。この傾斜面8は、図3に示すように、その周方向全周に亘って、軸心O2方向に対して均一勾配θ2をもって傾斜されており、その勾配θ2は、本実施形態においては、3度とされている。この塩中子6の外径d1は、前記複合化用予備成形体5の内径D1よりも幾分大きくされて嵌合代が設定されており(締りばめ)、その嵌合代は、本実施形態においては、−0.2(=複合化用予備成形体5の基準内径(例えば68.5mm)D−塩中子6の基準外径(例えば68.7mm)d)とされている。
【0016】
次に、図4に示すように、位置決め治具9上に複合化用予備成形体5を載置し、その複合化用予備成形体5内に塩中子6を挿入する。複合化用予備成形体5に対して塩中子6を所定の嵌合度合いで嵌合保持させるためである。
具体的に説明すれば、上記位置決め治具9は、その上面に第1規制面11と、第2規制面10とを有しており、第1、第2規制面11、10は、いずれも平坦面とされている。第2規制面10は、複合化用予備成形体5の内部に略収まる大きさをもって第1規制面11よりも若干高く設定されており、この第1規制面11と第2規制面10との上下方向における差は、複合化用予備成形体5に対する塩中子6の嵌合度合いを所定のものにするために設けられている。上記位置決め治具9上への複合化用予備成形体5の載置は、該複合化用予備成形体5の内径D1側を下方側に向けて、該複合化用予備成形体5の内部に第2規制面10を収納しつつ、該複合化用予備成形体5を第1規制面11上に載置することにより行われる。
上記複合化用予備成形体5内への塩中子6の挿入は、塩中子6の外径d1側を下方側に向けつつ、該塩中子6が第2規制面10に当接されて挿入動が規制されるまで行われる。これにより、塩中子6は、複合化用予備成形体5内の所定位置までほとんど摩擦抵抗を生じさせることなく挿入され、その所定位置を過ぎた頃から、塩中子6は、複合化用予備成形体5内に圧入され、複合化用予備成形体5に対する塩中子6の嵌合度合いは所定のものとなる。
【0017】
具体的には、前述の如く、複合化用予備成形体5の内周面及び塩中子6の外周面の勾配を3度、嵌合代を0.2とした場合には、図5の特性線f1に示すように、挿入過程の終了段階まで圧入力はほぼ0となり、その終了段階以降において、圧入力が上昇し始めることになり、それに基づき複合化用予備成形体5内に塩中子6が嵌合保持されることになる。一方、図6に示すように、複合化用予備成形体50の内周面及び塩中子60の外周面の勾配を0度(傾斜面を形成しない場合)、嵌合代を0.2とした場合には、図5の特性線f2に示すように、複合化用予備成形体50内への塩中子60の挿入当初から挿入終了まで圧入状態となり、複合化用予備成形体50と塩中子60とは、互いに力を及ぼしあうことになって、両者50、60は、損傷する可能性が生じることになる。
【0018】
次に、塩中子6を保持した複合化用予備成形体5の内径D2側を下方に向けた状態で(図7参照)、該複合化用予備成形体5の外周部を、サイド型(一対のサイド型)12と上型13との合わせ面部12a、13aに挟持する。サイド型12と上型13との合わせ面部12a、13aに複合化用予備成形体5の外周部を挟持するのは、サイド型12と上型13との合わせ面部12a、13aを利用して、型12、13への複合化用予備成形体5のセットを容易にするだけでなく、その合わせ面部12a、13aを利用して、複合化時(鋳造時)に、該複合化用予備成形体5内のエアを確実に排出できるようにするためである。このため、合わせ面部12aを切欠いて、複合化用予備成形体5の外周部を保持するための保持溝14が形成され、また、上型13とサイド型12との間に隙間等を形成してエア排出通路15が形成されることになっている。勿論、このエア排出通路15は、エアを排出することができるだけでなく、エア排出後、そのエア排出路15内に流出する溶湯を迅速に凝固させる機能をも有している。
【0019】
次に、サイド型12の湯道16の湯口17を湯口シール18により塞ぎ、上型13の気体導入パイプ19から気体を導入して、型12、13内の溶湯を加圧する。溶湯を多孔性複合化用予備成形体5内に含浸させて、複合部2を形成するためである。ここで、加圧手段として、気体を用いているのは、高圧に耐える型を用いなくてもよいようにしたり、塩中子が過度の圧力により破損することを防ぐ等のためである。
【0020】
次に、溶湯の凝固後、鋳造品(ピストン素材)を取り出し、その鋳造品に水注入通路(図示略)を加工し、その水注入通路を介して水を注入することにより塩中子6を排除すると共に、複合部2の切削加工を行ってピストンリング溝3を形成する。これにより、所望のピストン1が得られることになる。
【0021】
以上実施形態について説明したが本発明にあっては、複合化用予備成形体5、塩中子6が環状である場合に限らず、湾曲したもの(切欠き円環状のもの)をも含む。
【0022】
尚、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましい或いは利点として載されたものに対応したものを提供することをも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたピストンを説明する説明図。
【図2】実施形態に係る複合化用予備成形体を示す縦断面図。
【図3】実施形態に係る塩中子を示す縦断面図。
【図4】図2の複合化用予備成形体に対して図3の塩中子を所定の嵌合保持状態に嵌合保持する方法を説明する説明図。
【図5】複合化用予備成形体に対する塩中子の圧入力に関し、複合化用予備成形体の内周面及び塩中子の外周面に勾配を持たせる場合と持たせない場合とを比較した特性線図。
【図6】複合化用予備成形体の内周面及び塩中子の外周面に勾配を持たせない場合において、その複合化用予備成形体と塩中子とを嵌合保持した状態を示す図。
【図7】型へのセット時における複合化用予備成形体及び塩中子の姿勢を示す図。
【図8】型を用いて実施形態に係るピストンの製造を説明する説明図。
【符号の説明】
1 ピストン
5 複合化用予備成形体
6 塩中子
7 複合化用予備成形体の傾斜面(内周面)
8 塩中子の傾斜面(外周面)
9 位置決め治具
11 第1規制面
10 第2規制面
12 サイド型
12a サイド型の合わせ面部
13 上型
13a 上型の合わせ面部
19 気体導入パイプ
O1 複合化用予備成形体の軸心
O2 塩中子の軸心
Claims (4)
- 鋳造型内に環状の複合化用予備成形体及び環状の中子部材をセットするに先立ち、該環状の複合化用予備成形体内に該環状の中子部材を挿入作業により圧入保持させる複合金属部材の製造方法において、
前記複合化用予備成形体として、該複合化用予備成形体の内径が該複合化用予備成形体の軸心方向一方側から他方側に向うに従って均一勾配をもって拡径されたものを用意し、
前記中子部材として、該中子部材の外径が該中子部材の軸心方向一方側から他方側に向うに従って前記複合化用予備成形体と同じ勾配をもって拡径されていると共に、該中子部材の軸心方向一方側の外径が前記複合化用予備成形体の軸心方向一方側の内径よりも嵌合代分だけ大きくされたものを用意し、
前記複合化用予備成形体内に前記中子部材を圧入保持させる際、前記中子部材の軸心方向一方側を、該複合化用予備成形体内に、該複合化用予備成形体の軸心方向他方側から該複合化用予備成形体の軸心方向一方側に向けて挿入する、
ことを特徴とする複合金属部材の製造方法。 - 請求項1において、
位置決め治具として、第1規制面と、該第1規制面よりも上下方向において相対的に異なる位置をとる第2規制面とを有するものを用意し、
前記複合化用予備成形体に対して前記中子部材を挿入させるに際して、該複合化用予備成形体を前記第1規制面に載置しておき、該複合化用予備成形体に対する前記中子部材の挿入を前記第2規制面により規制する、
ことを特徴とする複合金属部材の製造方法。 - 請求項1又は2において、
前記型が合わせ型とされ、
前記型内への前記複合化用予備成形体及び前記中子部材のセットに際して、該複合化用予備成形体の外周部を前記合わせ型の合わせ面部において挟持する、
ことを特徴とする複合金属部材の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
注湯口からの注湯後において、該注湯口を閉塞しつつ、該型内を気体により加圧する、
ことを特徴とする複合金属部材の製造方法。
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