JP5349922B2

JP5349922B2 - 鋳ぐるみ品の製造方法

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Publication number: JP5349922B2
Application number: JP2008301002A
Authority: JP
Inventors: 克也松本; 純友渡邉; 貢金子
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: JP2010125470A

Description

本発明は、半凝固スラリーを固化した際にその固化物がワークの一部を鋳ぐるんだ状態の鋳ぐるみ品を得る鋳ぐるみ品の製造方法に関する。

組成が互いに相違する異種金属材同士を接合して接合成形品を得る手法の１つとして、いわゆる鋳ぐるみが知られている。この手法は、成形型内にワーク（被鋳ぐるみ材）を収容した後、鋳造に準じ、金属溶湯を充填して固化するものである。金属溶湯は成形型のキャビティの形状に従って固化し、この際にワークに接合する。

しかしながら、鋳ぐるみを行う場合、鋳ぐるみ材（金属溶湯）とワークとの接合強度を大きくすることは容易ではない。特許文献１においては、この理由を、ワークと金属溶湯との間の接合界面に酸化膜等が存在するためであると推察し、鋳ぐるみを行う際、固液共存温度とした金属溶湯をワークに押圧することで該ワークの表面の酸化膜を除去することを試みている。

特開平１０−９９９６１号公報

固液共存状態の金属溶湯は流動を起こし難く、このため、該金属溶湯を射出によって成形型内に充填する場合、成形型内で前記金属溶湯が流動中に凝固する傾向がある。仮に流動が停止してしまう程度に凝固が進行すると、成形型内の一部に金属溶湯が到達しない、いわゆる充填不良が発生してしまう。換言すれば、この場合、鋳ぐるみ品を効率よく得ることが容易ではない。

この不都合は、形状が大なるものを作製する際に特に顕著となる。この場合には、成型型内での流動距離が大きくなり、且つ多量の金属溶湯を充填する必要があるからである。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、被鋳ぐるみ材と鋳ぐるみ材との接合強度が大きな鋳ぐるみ品を効率よく得ることが可能な鋳ぐるみ品の製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る鋳ぐるみ品の製造方法は、成形型内に、１個以上の半凝固スラリーと、２個以上のワークとを収容する工程と、
型締めを行うことによって前記半凝固スラリーの各々をキャビティの形状に対応する形状に成形するとともに、前記ワークのそれぞれの被鋳ぐるみ部位まで流動させる工程と、
前記半凝固スラリーを固化する工程と、
を有し、
前記ワークのそれぞれの前記被鋳ぐるみ部位まで流動した前記半凝固スラリーによって前記被鋳ぐるみ部位の各々を鋳ぐるんだ後、該半凝固スラリーを固化することで形成した連結部材を介して前記ワーク同士を連結することを特徴とする。

本発明においては、スタンプ成形時に半凝固スラリーをワークに押接させ、これにより、該半凝固スラリーをワークの被鋳ぐるみ部位に対して摺接させるようにしている。この摺接に伴って半凝固スラリーと被鋳ぐるみ部位との間の摩擦力が大きくなり、その結果、半凝固スラリーの表面に存在する不動態（酸化膜）が破壊され、内部のスラリーが流出する。

このスラリーには、酸化膜が存在しない。このため、被鋳ぐるみ部位に対する濡れ性が良好である。すなわち、本発明によれば、ワークの被鋳ぐるみ部位がスラリーによって良好に濡れるようになり、この状態でスラリーが固化物となることに伴い、該固化物とワークとが堅牢に接合する。換言すれば、異種金属材同士であっても接合強度が優れた鋳ぐるみ品を得ることができる。

しかも、本発明においては、射出成形を行うときのように固液共存状態にある金属溶湯が流動途中で凝固して充填不良が発生することもない。従って、大形状の鋳ぐるみ品を作製する場合であっても、該鋳ぐるみ品を効率よく製造することができる。

なお、半凝固スラリーをワーク同士の間に配置して型締めを行うようにしてもよいし、又は、ワーク上に配置して型締めを行うようにしてもよい。

本発明によれば、ワークの鋳ぐるみ部位によって半凝固スラリーの流動抵抗を上昇させるようにしている。このため、半凝固スラリーと前記鋳ぐるみ部位との間の摩擦力が大きくなり、その結果、半凝固スラリーの表面の酸化膜が破壊されて内部のスラリーが流出する。

このスラリーには酸化膜が存在しないので、該スラリーはワークの鋳ぐるみ部位を良好に濡らすようになる。従って、半凝固スラリーが冷却固化することによって得られた固化物と、ワークの鋳ぐるみ部位とが互いに堅牢に接合した鋳ぐるみ品を得ることができる。

以下、本発明に係る鋳ぐるみ品の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１に鋳ぐるみ品１０の全体概略平面断面図を示す。この鋳ぐるみ品１０は、内部に砂中子が各々充填された３本の金属製中空管１２ａ〜１２ｃと、該金属製中空管１２ａ〜１２ｃ中の隣接するもの同士の間に介在する連結部材１４ａ〜１４ｃとを有し、自動車車体を構成するサブフレームとして使用される。

連結部材１４ａ〜１４ｃは、それぞれ、金属製中空管１２ａ、１２ｂの端部同士、金属製中空管１２ｂ、１２ｃの端部同士、金属製中空管１２ａ、１２ｃの端部同士を連結する。本実施の形態において、金属製中空管１２ａ〜１２ｃ同士は同種の金属材であり、連結部材１４ａ〜１４ｃ同士は同種であって且つ金属製中空管１２ａ〜１２ｃとは別種の金属材である。金属製中空管１２ａ〜１２ｃ及び連結部材１４ａ〜１４ｃの材質の一例としては、それぞれ、アルミニウム合金であるＡ５０５２、ＡＣ４ＣＨ（ともにＪＩＳ）が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

金属製中空管１２ａ、１２ｃは、金属製中空管１２ｂの延在方向に対して略直交する方向に延在し且つ互いに略平行に配置されている。このため、該金属製中空管１２ａ、１２ｃの端部同士を連結する連結部材１４ｃは、残余の連結部材１４ａ、１４ｂに比して著しく長尺である。以下においては、連結部材１４ｃを橋架部材１４ｃと指称することもある。

ここで、図１の矢印Ａ方向からの縦断面図を図２に示す。この図２から諒解されるように、金属製中空管１２ｂの端部は連結部材１４ｂ内に埋入している。この埋入は、後述するように鋳ぐるみによって実現される。図示は省略するが、金属製中空管１２ａ、１２ｂの各端部も連結部材１４ａに鋳ぐるまれており、同様に、金属製中空管１２ｃの端部は連結部材１４ｂに鋳ぐるまれている。また、金属製中空管１２ａ、１２ｃの他端部は橋架部材１４ｃの水平部に鋳ぐるまれている。以上から諒解されるように、鋳ぐるみ品１０においては、連結部材１４ａ〜１４ｃの中の隣接するもの同士の間に金属製中空管１２ａ〜１２ｃのいずれかが介在する。

この鋳ぐるみ品１０は、その前面及び後面の要部概略縦断面が図３及び図４それぞれに示される金型装置２０によって作製することができる。

金型装置２０は、成形型としてのダイ２２とパンチ２４を有する。図３〜図５に示すように、これらダイ２２及びパンチ２４には凹部２６、２８がそれぞれ形成されており、型締めがなされると、凹部２６、２８による空間同士が組み合わされることに伴って鋳ぐるみ品１０の形状に対応した形状のキャビティ３０が画成される（図６及び図７参照）。

図３〜図５に示すように、ダイ２２における所定部位には、前記凹部２６を構成する陥没３２ａ〜３２ｃが形成され、陥没３２ａ〜３２ｃ中の隣接するもの同士の間に載置部３４ａ〜３４ｃが突出形成される。この中の陥没３２ａ〜３２ｃには略円錐体形状の半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄが配置され、一方、載置部３４ａ〜３４ｃの各々には、金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各々が載置される。このため、図５に示すように、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄ中の隣接するもの同士の間に金属製中空管１２ａ〜１２ｃのいずれかが介在する。なお、図５においては、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄ及び金属製中空管１２ａ〜１２ｃの概略配置位置を仮想線で示している。

パンチ２４（図３及び図４参照）は、図示しない昇降機構の作用下にダイ２２に対して接近又は離間することが可能である。すなわち、前記昇降機構によってパンチ２４がダイ２２に対して接近したときに型締めがなされ、これに伴って前記キャビティ３０（図６及び図７参照）が形成される。

パンチ２４（図３及び図４参照）には、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを押圧するためのスラリー押圧部３８ａ〜３８ｃが形成されている。この中、スラリー押圧部３８ａ、３８ｂは半凝固スラリー３６ａ、３６ｂをそれぞれ押圧し（図３参照）、残余のスラリー押圧部３８ｃは、半凝固スラリー３６ｃ、３６ｄの２個を同時に押圧する（図４参照）。

また、パンチ２４には、金属製中空管１２ａ〜１２ｃをシールするためのワークシール部４０ａ〜４０ｃが形成されている（図３参照）。ワークシール部４０ａ〜４０ｃの各々は、金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各々を個別にシールする。また、金属製中空管１２ａ〜１２ｃの内部に半凝固スラリーが流入することを防止する。

本実施の形態に係る鋳ぐるみ品１０の製造方法は、上記のように構成された金型装置２０において以下のようにして実施される。

はじめに、載置部３４ａ〜３４ｃの各々に金属製中空管１２ａ〜１２ｃを載置した後、陥没３２ａ〜３２ｃの各々に半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを載置する。勿論、陥没３２ａ〜３２ｃの各々に半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを載置した後、載置部３４ａ〜３４ｃの各々に金属製中空管１２ａ〜１２ｃを載置するようにしてもよい。

上記したように、金属製中空管１２ａ〜１２ｃとしては、例えば、Ａ５０５２からなるものを選定すればよく、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄとしては、例えば、ＡＣ４ＣＨからなるものを選定すればよい。なお、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの表面には、該表面が大気中の酸素によって酸化されて生成した、いわゆる不動態としての酸化膜が存在する。

次いで、前記昇降機構の作用下にパンチ２４を下降させる。この下降に伴ってスラリー押圧部３８ａ〜３８ｃが半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄに接触し、これにより半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄに押圧力が付与される。その結果、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄが圧潰されて流動を開始する。この場合、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄ中の隣接するもの同士の間に金属製中空管１２ａ〜１２ｃが介在しているため、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄは、金属製中空管１２ａ〜１２ｃ中の近接するものの端部に向かって流動する。

パンチ２４がさらに降下すると、ワークシール部４０ａ〜４０ｃによって金属製中空管１２ａ〜１２ｃがシールされる。場合によっては、このシールとともに、金属製中空管１２ａ〜１２ｃがワークシール部４０ａ〜４０ｃ及び載置用突出部（キャビティ３０）の形状に対応して成形されることもある。

パンチ２４が下降して型締めがなされると、キャビティ３０が形成される（図６及び図７参照）。この際、図６に示すように、半凝固スラリー３６ａは金属製中空管１２ａ、１２ｂの各一端部を囲繞し、半凝固スラリー３６ｂは金属製中空管１２ｂの他端部及び金属製中空管１２ｃの端部を囲繞する。同様に、半凝固スラリー３６ｃ、３６ｄは金属製中空管１２ａ、１２ｃの他端部を囲繞する。

この囲繞の際、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの流動が金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部によって妨げられることになる。従って、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの流動抵抗が上昇する。

半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの流動抵抗が上昇することに伴い、該半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄが金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部を押圧する押圧力が大きくなる。これにより半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄと金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部との間の摩擦力が大きくなり、この摩擦力を受け、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの表面に存在する酸化膜が破壊される。

換言すれば、本実施の形態においては、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄが金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部から摩擦抵抗を受けることで表層が破壊され、これに伴い、内部のスラリーが流出する。このスラリーは酸化しておらず、従って、他の金属材に対する濡れ性も良好である。

濡れ性が良好なスラリーは、金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部に接触する。すなわち、各端部がスラリーによって濡れ密着される。この状態でスラリーを冷却固化させて連結部材１４ａ、１４ｂとすれば、各端部とスラリーとの間に酸化膜が生成することを回避しながら該各端部と連結部材１４ａ、１４ｂとを接合することができ、接合成形品としての鋳ぐるみ品１０が得られる。

同時に、圧潰・成形された半凝固スラリー３６ｃ、３６ｄ同士が互いに接合・冷却固化し、橋架部材１４ｃが形成される。勿論、上記した理由から、この橋架部材１４ｃと金属製中空管１２ａ、１２ｃとの接合強度も大きくなる。

このようにして得られた鋳ぐるみ品１０においては、金属製中空管１２ａ〜１２ｃ中の隣接するもの同士と、その間に介在する連結部材１４ａ〜１４ｃのいずれかとの接合強度が大きい。上記から諒解されるように、金属製中空管１２ａ〜１２ｃと連結部材１４ａ〜１４ｃとの間に酸化膜が介在することが回避されているからである。

以上のように、本実施の形態によれば、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを流動させて金属製中空管１２ａ〜１２ｃの各端部を囲繞し、これにより半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの流動抵抗を上昇させることで半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄの表面の酸化膜を破壊するようにしているので、異種金属材同士を堅牢に接合させることが可能となる。

そして、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを用いる場合、固液共存状態にある金属溶湯を用いて射出成形を行うときに惹起される充填不良が回避される。このため、大形状の鋳ぐるみ品１０であっても効率よく製造することができる。

なお、この実施の形態では、金属製中空管１２ａ〜１２ｃに対して成形を行っていないが、鋳ぐるみ品１０の形状によっては、半凝固スラリーの圧潰・成形と同時に金属製中空管１２ａ〜１２ｃを同時に成形するようにしてもよい。

また、半凝固スラリー３６ｃ、３６ｄ等の間にも金属製中空管を介在させるようにしてもよいことは勿論である。

さらに、この実施の形態では、半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを金属製中空管１２ａ〜１２ｃの間に介在するようにしているが、金属製中空管１２ａ〜１２ｃ上に半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを配置して型締めを行い、これにより半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを金属製中空管１２ａ〜１２ｃ上から鋳ぐるみ箇所まで流動させるようにしてもよい。

さらにまた、この実施の形態では、４個の半凝固スラリー３６ａ〜３６ｄを使用しているが、半凝固スラリーの個数は鋳ぐるみ品の形状に応じて設定すればよく、場合によっては１個でも十分である。

そして、複数個の半凝固スラリーを用いる場合、該半凝固スラリー同士は互いに別種の金属であってもよい。

さらに、上記した実施の形態においては、成形型としてサブフレームを得るものを例示しているが、成形型が特にこれに限定されるものではないことはいうまでもない。勿論、半凝固スラリーによって鋳ぐるまれるワーク（被鋳ぐるみ材）も金属製中空管に特に限定されるものではなく、例えば、中実な柱状部材や鋳物等、各種の成形体を採用することができる。

本実施の形態に係る鋳ぐるみ品の製造方法によって製造された鋳ぐるみ品の全体概略平面断面図である。図１の鋳ぐるみ品の要部拡大縦断面図である。金型装置を構成する成形型の前面の概略縦断面図である。金型装置を構成する成形型の後面の概略縦断面図である。図３の金型装置を構成するダイの全体概略平面図である。図３の金型装置を型締めしたときの成形型の前面の概略縦断面図である。図３の金型装置を型締めしたときの成形型の後面の概略縦断面図である。

符号の説明

１０…鋳ぐるみ品１２ａ〜１２ｃ…金属製中空管
１４ａ〜１４ｃ…連結部材２０…金型装置
２２…ダイ２４…パンチ
３０…キャビティ３２ａ〜３２ｃ…陥没
３４ａ〜３４ｃ…載置部３６ａ〜３６ｄ…半凝固スラリー
３８ａ〜３８ｃ…スラリー押圧部４０ａ〜４０ｃ…ワークシール部

Claims

成形型内に、１個以上の半凝固スラリーと、２個以上のワークとを収容する工程と、
型締めを行うことによって前記半凝固スラリーの各々をキャビティの形状に対応する形状に成形するとともに、前記ワークのそれぞれの被鋳ぐるみ部位まで流動させる工程と、
前記半凝固スラリーを固化する工程と、
を有し、
前記ワークのそれぞれの前記被鋳ぐるみ部位まで流動した前記半凝固スラリーによって前記被鋳ぐるみ部位の各々を鋳ぐるんだ後、該半凝固スラリーを固化することで形成した連結部材を介して前記ワーク同士を連結することを特徴とする鋳ぐるみ品の製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記半凝固スラリーを前記ワーク同士の間に配置して前記型締めを行うことを特徴とする鋳ぐるみ品の製造方法。
請求項１記載の製造方法において、前記半凝固スラリーを前記ワーク上に配置して前記型締めを行うことを特徴とする鋳ぐるみ品の製造方法。