JP5976118B2 - ピストン素材を製造する鍛造装置および該鍛造装置を使用してピストン素材を製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ピストンクラウンと、該ピストンクラウンに設けられた、ボックスウォールを介して互いに結合されているスカートエレメントとを有するピストン素材を製造する鍛造装置であって、当該鍛造装置が、ピストン素材の半径方向の外面に相当する、ほぼ円筒状の一貫した切欠きを備えた鍛造型と、該切欠きの一方の側を画定する鍛造底部と、センタポンチとを備え、該センタポンチが、マンドレルと、該マンドレルに設けられた、ピストン素材の内面に相当する形状を有する円錐状に先細りになった付設部とから成っており、さらに前記センタポンチが、前記切欠きの他方の側を介して、前記付設部を先頭にして前記鍛造型内に導入可能である、ピストン素材を製造する鍛造装置に関する。

さらに本発明は、ピストンクラウンと、該ピストンクラウンに設けられた、ボックスウォールを介して互いに結合されているスカートエレメントとを有するピストン素材を鍛造する方法であって、
− 鍛造したいピストン素材の原料となる、加熱された据込み素材を、鍛造装置に設けられたほぼ円筒状の切欠き内に、前記据込み素材が、前記切欠きの一方の側に配置された鍛造底部に載着するように導入するステップと、
− マンドレルと、該マンドレルに設けられた、ピストン素材の内面に相当する形状を有する、円錐状に先細りになった付設部とから成るセンタポンチを、前記付設部を先頭にして前記切欠きの他方の側に導入し、この場合、前記付設部が前記据込み素材に作用して、ボックスウォールと、該ボックスウォールに結合されたスカートエレメントとが形成されるステップと、
− 前記鍛造装置の前記切欠きから前記センタポンチを引き出すステップと、
− ピストン素材をエジェクトするステップと、
を実施する、ピストン素材を鍛造する方法に関する。

冒頭で述べた形式の、ピストン素材を製造する鍛造装置および該鍛造装置を使用してピストン素材を鍛造する方法は、特開２０００−５８４０号公報に基づき公知である。この場合に不都合となるのは、鍛造型が２つの半部から成っており、両半部は、鍛造プロセスの終了後に半径方向で互いに引き離され、これによりピストン素材を取り出すことができる。公知の鍛造型を使用して、据込み素材の上側に、ボックスウォールの半径方向外側で環状に延びるクーリングポケットを加工成形することは不可能である。なぜならば、このようなクーリングポケットは、半径方向における鍛造型の引き離しを阻止してしまうからである。

本発明の課題は、冒頭で述べた形式の鍛造装置を改良して、据込み素材の上側にボックスウォールの半径方向外側で、環状に延びるクーリングポケットが加工成形可能となるような鍛造装置を提供することである。さらに本発明の課題は、鍛造装置を使用してピストン素材を鍛造する方法を改良して、据込み素材の上側にボックスウォールの半径方向外側で、環状に延びるクーリングポケットが加工成形されるような方法を提供することである。

上記課題は第１に、前記鍛造型が、前記ボックスウォールの半径方向外側の面を成形するために、かつ前記ボックスウォールの半径方向外側で前記ピストンクラウンに配置された環状のクーリングポケットを成形するために、２つのサイドジョー（側方顎）を有しており、該サイドジョーは、当該鍛造装置内で、当該鍛造装置の長手方向軸線に対して斜めに、斜めに位置する矢印により表示可能な方向に可動に支承されており、前記斜めに位置する矢印は、当該鍛造装置の長手方向軸線に対して鋭角な角度を成していることにより解決される。

鍛造装置を使用してピストン素材を鍛造する場合、上記課題は第２に、以下に挙げる方法ステップ：
− 前記ボックスウォールの半径方向の外面の形状を有する内面を備え、かつ前記鍛造装置内に、前記鍛造装置の長手方向軸線に対して斜めに、斜めに位置する矢印により表示可能な方向に可動に支承されている２つのサイドジョーを使用して、該サイドジョーを前記据込み素材に押し付けてプレスすることにより、前記据込み素材に環状のクーリングポケットを加工成形し、この場合、前記斜めに位置する矢印は、前記鍛造装置の長手方向軸線に対してα≦２５°の角度を成していて、前記鍛造底部に向かって互いに接近する方向に延びているステップと、
− 前記斜めに位置する矢印に対して逆向きの方向で前記鍛造装置から前記サイドジョーを引き出すステップと、
を実施することにより解決される。

本発明の有利な実施態様は、従属項形式の請求項の対象である。

以下に、本発明の１実施形態を図面につき詳しく説明する。

アルミニウムから成る装入された据込み素材（この据込み素材から、鍛造プロセスの途中でピストン素材が製造される）を備えた鍛造装置の一部を初期位置で示す概略図である。 ピストンを製造するために鍛造装置で実施される第１のプロセスステップを示す概略図である。 ピストンを製造するために鍛造装置で実施される第２のプロセスステップを示す概略図である。 ピストンを製造するために鍛造装置で実施される第３のプロセスステップを示す概略図である。 ピストンを製造するために鍛造装置で実施される第４のプロセスステップを示す概略図である。 鍛造装置において製造されたピストンの断面図である。

図１には、プレス鍛造のための鍛造装置１が示されている。この鍛造装置１は型周壁２を有する。この型周壁２は、長手方向軸線３の方向に移動可能に型プレート４に結合されている。型周壁２は中心に円形の開口６を有する。この開口６内には、型ブシュ７が配置されている。この型ブシュ７の機能は、鍛造底部８とセンタポンチ１４とを案内することにある。さらに、型ブシュ７の内径を介して、ピストン素材２８（図６）の外径が規定される。型周壁２と型プレート４と型ブシュ７とはこの場合、下型５を生ぜしめる。

型ブシュ７の内部に位置する鍛造底部８は、型プレート４に載置されている。鍛造底部８には、据込み素材（アップセット素材）９が格納されており、この据込み素材９からピストン素材２８（図６）が製造される。据込み素材９は、ＡｌＳｉ１２ＣｕＭｇＮｉまたはＡｌＳｉ１２Ｃｕ３Ｎｉ２Ｍｇから成っていて、４８０℃の温度を有している。

鍛造装置１の別の部分、すなわちサイドジョー（側方顎）１０，１１および押さえ１２，１３は、センタポンチ１４に並んで、ハイドロリック装置（図１には図示しない）に取り付けられている。ハイドロリック装置に押さえ１２，１３およびセンタポンチ１４が、鍛造装置１の長手方向軸線３に対して平行に位置する矢印１５の方向に可動に支承されているのに対して、サイドジョー１０，１１は、斜めに位置する矢印１６，１７の方向に可動に支承されており、この場合、斜めに位置する矢印１６，１７は長手方向軸線３に対してα＝２０°の角度を成していて、下型５の方向で互いに接近する方向に延びている。サイドジョー１０，１１とセンタポンチ１４とはこの場合、上型１８を形成する。上型１８は本実施形態では、３つの部分から形成されている。サイドジョー１０，１１と押さえ１２，１３とセンタポンチ１４とは、鍛造装置１の長手方向軸線３に対して対称的に配置されている。

ピストン素材２８を鍛造する方法の枠内では、まずサイドジョー１０，１１が、斜めに位置する矢印１６，１７（図１）の方向で、下方に向かって移動させられ、この場合、サイドジョー１０，１１は、型周壁２に載着するまで移動させられる（図２参照）。

これに続いて、押さえ１２，１３が、矢印１５の方向で下方に向かってサイドジョー１０，１１に接近する方向に移動させられ（図２）、この場合、押さえ１２，１３はサイドジョー１０，１１に載着するまで移動させられる（図３参照）。次いで、型周壁２が、サイドジョー１０，１１および押さえ１２，１３と一緒に、鍛造装置１の長手方向軸線３に対して平行に位置する矢印１９（図２）の方向で型プレート４に接近する方向に移動させられ、この場合、型周壁２は型プレート４に載着するまで移動させられる（図３参照）。この場合、サイドジョー１０，１１によって据込み素材９に、冷却用の環状のクーリングポケット２０が加工成形される。クーリングポケット２０は図６から良く判る。

次の方法ステップにおいて（図３）、センタポンチ１４が、矢印１５の方向で鍛造装置１に接近する方向に移動させられ、この場合、サイドジョー１０，１１の間の開口２２内にマンドレル２１が進入し、そして図４に図示されているように、据込み素材９に作用し、この場合、センタポンチ１４のマンドレル２１とサイドジョー１０，１１との間にスカートエレメント２３とボックスウォール（スリッパウォール）２７，２７′とが形成される（図６）。

このためには、マンドレル２１が、円錐状に下方に向かって先細りになった付設部２４を有する。この付設部２４が、サイドジョー１０，１１の、同じく下方に向かって円錐状に先細りになった内壁２５，２６と協働することにより、図６に図示されているように、ピストン素材２８のボックスウォール２７，２７′が斜めに位置して、ピストン素材２８のピストンクラウン２９に向かって円錐状に先細りになる。

ピストン素材２８の外面は、サイドジョー１０，１１と型ブシュ７とから成る鍛造型により成形される。ピストンクラウン２９の半径方向外側の円筒状の外周面３０は、型ブシュ７によって成形され、それに対して、ボックスウォール２７，２７′の半径方向外側の面および環状のクーリングポケット２０の成形のためには、サイドジョー１０，１１が働く。

図５には、鍛造過程の終了後における鍛造装置１の開放時におけるステップが示されている：
１ａ：センタポンチ１４が上方へ移動する。

２ａ：押さえ１２，１３が上方に移動する。

３ａ：型周壁２が上方へ移動し、この場合、型プレート４はその場に留まる。

４ａ：サイドジョー１０，１１が、ピストン素材２８に対して相対的に斜め上方へ引き出される。

５ａ：ピストン素材２８がエジェクトされる。

図６には、上で説明した鍛造プロセスの枠内で製造された、アルミニウムから成るピストン素材２８が図示されている。

鍛造導入された環状のクーリングポケット２０の他に、ピストン素材２８はピストンクラウン２９の方向で互いに接近する方向に延びる斜めのボックスウォール２７，２７′を有する。これらのボックスウォール２７，２７′はスカートエレメント２３を互いに結合している。このようなボックスウォール２７，２７′を備えたピストン素材には、このピストン素材２８から切削加工による製作方法を使用して製造されたピストンが、平行に位置するボックスウォールを備えたピストンよりもはるかに高い負荷耐性を有するという利点がある。

１ａ，２ａ，３ａ，４ａ，５ａ 鍛造装置１の開放時におけるステップ
１ 鍛造装置
２ 型周壁
３ 長手方向軸線
４ 型プレート
５ 下型
６ 開口
７ 型ブシュ
８ 鍛造底部
９ 据込み素材
１０，１１ サイドジョー
１２，１３ 押さえ
１４ センタポンチ
１５，１６ 斜めに位置する矢印
１７ 矢印
１８ 上型
１９ 矢印
２０ クーリングポケット
２１ センタポンチ１４のマンドレル
２２ サイドジョー１０，１１の間の開口
２３ スカートエレメント
２４ マンドレル２１の付設部
２５，２６ サイドジョー１０，１１の内壁
２７，２７′ ボックスウォール
２８ ピストン素材
２９ ピストンクラウン
３０ ピストンクラウン２９の半径方向外側の周面

Claims (6)

1. ピストンクラウン（２９）と、該ピストンクラウン（２９）に設けられた、ボックスウォール（２７，２７′）を介して互いに結合されているスカートエレメント（２３）とを有するピストン素材（２８）を製造する鍛造装置（１）であって、
   − ピストン素材（２８）の半径方向の外面に相当する、ほぼ円筒状の一貫した切欠きを備えた鍛造型（７，１０，１１）を備え、
   − 該切欠きの一方の側を画定する鍛造底部（８）を備え、
   − センタポンチ（１４）を備え、該センタポンチ（１４）が、マンドレル（２１）と、該マンドレル（２１）に設けられた、ピストン素材（２８）の内面に相当する形状を有する円錐状に先細りになった付設部（２４）とから成っており、さらに前記センタポンチ（１４）が、前記切欠きの他方の側を介して、前記付設部（２４）を先頭にして前記鍛造型（７，１０，１１）内に導入可能である、
   ピストン素材（２８）を製造する鍛造装置（１）において、
   前記鍛造型（７，１０，１１）が、前記ボックスウォール（２７，２７′）の半径方向外側の面を成形するために、かつ前記ボックスウォール（２７，２７′）の半径方向外側で前記ピストンクラウン（２９）に配置された環状のクーリングポケット（２０）を成形するために、２つのサイドジョー（１０，１１）を有しており、該サイドジョー（１０，１１）は、当該鍛造装置（１）内で、当該鍛造装置（１）の長手方向軸線（３）に対して斜めに、斜めに位置する矢印（１６，１７）により表示可能な方向に可動に支承されており、前記斜めに位置する矢印（１６，１７）は、当該鍛造装置（１）の長手方向軸線（３）に対してα≦２５°の角度を成していて、前記鍛造底部（８）に向かって互いに接近する方向に延びていることを特徴とする、ピストン素材を製造する鍛造装置。
2. 前記鍛造型（７，１０，１１）は、前記切欠きの一方の側に配置された、前記ピストンクラウン（２９）の半径方向外側の外周面（３０）を成形するための管状の型ブシュ（７）を有している、請求項１記載の鍛造装置。
3. ピストンクラウン（２９）と、該ピストンクラウン（２９）に設けられた、ボックスウォール（２７，２７′）を介して互いに結合されているスカートエレメント（２３）とを有するピストン素材（２８）を、請求項１記載の鍛造装置（１）を使用して鍛造する方法において、
   − 鍛造したいピストン素材（２８）の原料となる、加熱された据込み素材（９）を、鍛造装置（１）に設けられたほぼ円筒状の切欠き内に、前記据込み素材（９）が、前記切欠きの一方の側に配置された鍛造底部（８）に載着するように導入するステップと、
   − 前記ボックスウォール（２７，２７′）の半径方向の外面の形状を有する内面を備え、かつ前記鍛造装置（１）内に、前記鍛造装置（１）の長手方向軸線（３）に対して斜めに、斜めに位置する矢印（１６，１７）により表示可能な方向に可動に支承されている２つのサイドジョー（１０，１１）を使用して、該サイドジョー（１０，１１）を前記据込み素材（９）に押し付けてプレスすることにより、前記据込み素材（９）に環状のクーリングポケット（２０）を加工成形し、この場合、前記斜めに位置する矢印（１６，１７）は、前記鍛造装置（１）の長手方向軸線（３）に対してα≦２５°の角度を成していて、前記鍛造底部（８）に向かって互いに接近する方向に延びているステップと、
   − マンドレル（２１）と、該マンドレル（２１）に設けられた、ピストン素材（２８）の内面に相当する形状を有する、円錐状に先細りになった付設部（２４）とから成るセンタポンチ（１４）を、前記付設部（２４）を先頭にして前記切欠きの他方の側に導入し、この場合、前記付設部（２４）が前記据込み素材（９）に作用して、前記ボックスウォール（２７，２７′）と、該ボックスウォールに結合された前記スカートエレメント（２３）とが形成されるステップと、
   − 前記鍛造装置（１）の前記切欠きから前記センタポンチ（１４）を引き出すステップと、
   − 前記斜めに位置する矢印（１６，１７）に対して逆向きの方向で前記鍛造装置（１）から前記サイドジョー（１０，１１）を引き出すステップと、
   − ピストン素材（２８）をエジェクトするステップと、
   を実施することを特徴とする、ピストン素材を鍛造する方法。
4. 前記据込み素材（９）はアルミニウム合金から成り、前記据込み素材（９）を４８０℃の温度に加熱する、請求項３記載のピストン素材（２８）を鍛造する方法。
5. 前記据込み素材（９）のために、合金ＡｌＳｉ１２ＣｕＭｇＮｉを選択する、請求項４記載のピストン素材（２８）を鍛造する方法。
6. 前記据込み素材（９）のために、合金ＡｌＳｉ１２Ｃｕ３Ｎｉ２Ｍｇを選択する、請求項４記載のピストン素材（２８）を鍛造する方法。

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