JPH0411294B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 鋳型内に溶融軽金属を注入し、溶融金属の凝
固を圧力下で遂行可能に鋳型を保圧状態に閉じ、
鋳型のキヤビテイ内に密実に鋳込んだ成形物品を
鋳型を開いて取り出す金属物品の鋳造方法におい
て、可溶性を有する細粒塩混合物を、溶融金属の
凝固過程で加えられる熱と圧力に対してその完全
性を維持し得る密度と表面仕上とを有するように
等方静圧圧縮によつて形成し、この等方静圧形成
物をコアとして前記キヤビテイ内に溶融金属の注
入に先立つて配置し、キヤビテイ内に鋳込む成形
物品に前記コアの形状に対応する形状を付与し、
前記成形物品を前記キヤビテイから取り出した
後、前記コアを前記成形物品から溶出することを
特徴とする金属物品の鋳造方法。

２ 前記コアが約30000p.s.i.（207MPa）の圧力に
より等方静圧で圧縮成形されている請求項１記載
の金属物品の鋳造方法。

３ 前記コアを構成する塩が、５〜250μｍの粒
径の微粒塩化ナトリウムである請求項１または２
に記載の金属物品の鋳造方法。

４ 前記コアを構成する塩が、乾燥剤を含んでい
る請求項１〜３何れかに記載の金属物品の鋳造方
法。

５ 前記コアを構成する塩が、膨張修正剤を含ん
でいる請求項１〜４何れかに記載の金属物品の鋳
造方法。

６ 膨張修正剤が酸化アルミニウム、ガラス、銅
合金、黒鉛、タルク、アルミノシリケートの群か
ら選ばれる請求項５に記載の金属物品の鋳造方
法。

７ 溶融金属がアルミニウム、マグネシウム、ま
たはそれらの合金である請求項１〜６何れかに記
載の金属物品の鋳造方法。

８ 互いに垂直方向に移動可能な底側鋳型部分と
それに協働する上側パンチとを有する圧搾成形プ
レス内で、コアを底側鋳型部分に配置し、クラウ
ンを下にして内燃機関用ピストンを圧搾成形し
て、ピストンクラウン内に凹みを形成するように
した、内燃機関用ピストンを製造するための請求
項１〜７何れかに記載の金属物品の鋳造方法。

９ 前記コアがピストンクラウン内にアンダーカ
ツト付凹みを形成する形になつている請求項８記
載の金属物品の鋳造方法。

１０ 上側パンチに磁気力を利用した保持手段を
設け、圧搾成形ピストン内に組み込む鉄製膨張挿
入体を支持するようにした請求項８または９何れ
かに記載の金属物品の鋳造方法。

明細書 この発明は、圧搾成形、加圧鋳造、押出鋳造な
どとして知られている成形技術により物品を製造
することに関する。この明細書ならびに請求の範
囲においては、これらの成形技術を「圧搾成形」
の用語で統一する。基本的には、圧搾成形の成形
技術は、鋳型の第１部分に液体金属を注入し、加
圧しながら鋳型を閉じ、この鋳型の密閉により液
体金属が該鋳型のキヤビテイ内を移動して、空気
を巻き込むことなく、該キヤビテイに充満され、
前記液体金属が凝固する間、保圧状態を保ち、こ
れにより、いわゆる単と称される収縮巣の発生を
防止し、鋳型を開いて成形された物品を鋳型から
取り出す工程からなるものである。

アルミニウムやアルミニウム合金に関し、各種
の圧搾成形物品を製造することが公知になつてい
るが、これらの物品は、一般的には、ごく簡単な
形状のものである。したがつて、複雑な形状が要
求される場合、圧搾成形により物品を成形した後
には、何らかの機械加工作業により所望の形状に
後加工しなければならない。

この発明の目的は、圧搾成形の後に、機械加工
する必要がない方法で、複雑な形状の物品を圧搾
成形により製造することができる方法を提供する
ことである。

この発明によれば、圧搾成形により、鋳型内に
溶融金属を注入する前に、成形圧縮された可溶性
塩で、密度ならびに表面仕上げが圧搾成形工程の
間、完全性を維持し、かつ、圧縮成形物品内に形
成されるべき形状を備える塩のコアを圧搾成形プ
レスの鋳型内部分に配置し、ついで、鋳型内に溶
融金属を注入し、加圧状態で該鋳型を閉じ、前記
コアが配置されている鋳型内のキヤビテイに前記
溶融金属を充満させ、前記鋳型を保圧状態に保ち
ながら前記溶融金属を凝固させ、前記鋳型を開
き、圧搾成形された成形物品から前記コアを溶出
させことからなる金属物品の圧搾成形方法が提供
される。

成形されている可溶性コアは、圧搾成形物品内
に凹みや通孔を設けるのに便利である。例えば、
内燃機関のピストンのクラウン内に凹みを設けた
り、無限軌道組立体のリンク内に通孔を設けたり
することができる。

前記塩のコアは、必要な形状に、または、必要
な形状にしてから機械加工を行なうように、等方
静圧で圧縮するのがよい。溶融金属は、アルミニ
ウム、マグネシウム、または、それらの合金など
の軽金属が適している。

この発明の方法は、内燃機関用軽金属ピストン
の製造に利用される。互いに垂直に移動可能な底
側鋳型部分と、これに共働する上側パンチを有す
る圧搾成形プレスで、クラウンを下側にしてピス
トンが形成される。前記のコアは、底側鋳型部分
に配置され、ピストンクラウン内にボウル状の凹
みを形成する形状になつている。

前記コアが水分を吸収しないように、乾燥剤を
添加するのがよい。これによつて、コアとして用
いられる塩の自由流動特性が損なわれず、コア用
の塩は、等方静圧圧縮の間、より密に圧縮され、
高密度の圧縮体となる。乾燥剤は、重量比でコア
の約0.1％の割合いのマグネシウム炭酸塩または
マグネシウムリン酸塩からなる。金属の成形温
度、例えば、アルミニウムの場合、680〜750℃の
温度で分解しないような乾燥剤を選ぶことは、言
うまでもない。コア用塩と乾燥剤は、次の特性を
全て具備することが望ましい。

１ 必要な形状に容易に成形される素材であるこ
と。

２ 取り扱い、および圧搾成形プロセスに必要な
温度と圧力に耐える強度を有する素材であるこ
と。

３ 成形物品からコアを容易に除去できるよう
に、容易に溶ける（好ましくは水に）素材であ
ること。

４ コア素材の溶解によつて、金属の腐蝕が起き
ないか、少ないこと。

５ 再生のために回収できる素材であること。

５〜250ミクロンの粒径の微粒塩化ナトリウム
の使用が好ましい。この材料は、乾燥剤と共に、
約30000p.s.i（207MPa）の圧力で容易に冷間等方
静圧により圧縮成形できる。等方鈴圧圧縮された
塩と乾燥剤の成形品に焼結作業を行う必要はな
い。

さらに、圧搾成形作業の間にコアに静圧力割れ
が生じるのを減らしたり、防止するために、コア
材料に膨張修正剤を加えるのが好ましい。膨張修
正剤としては、例えば、酸化アルミニウム、ガラ
ス粉、銅合金浸透剤、黒鉛タルクや微粒アルミノ
−シリケイト繊維がある。

本発明の他の特徴は、添付の図面と共に以下の
記載から明らかになるが、これらは例示にすぎな
い。

第１図は、ピストンクラウン内に凹みを形成す
る等方静圧で圧縮成形された塩製コアの側面図で
ある。

第２図は、圧搾成形直後のアルミニウムピスト
ンの縦方向断面図で、第１図の成形コアによつて
形づくられた凹みを示す。

第３図は、第２図のものと同様な縦方向断面図
であるが、第２図のものから90°ずれている。

第４図は、第２図の線４−４に沿う横断面図で
ある。

第５図は、第２図と同じ方向の縦方向断面図で
あるが、機械加工で仕上げたピストンを示す。

第６図は、第５図の最終仕上げピストンの同様
な縦方向断面図であるが、90°ずれている図であ
る。

第７図は、第５図の線７−７に沿う横方向断面
図である。

本発明の方法は、普通は複雑になつている形状
の内部に有する金属物品を圧搾成形し、しかもそ
の後に機械加工する必要のないものであるが、以
下の記載は、内燃機関用ピストンの製造に関して
行われる。このようなピストンは、アルミニウム
やその合金で成形されるのが普通であるが、マグ
ネシウムやその合金で作ることもある。

ピストンを成形する圧搾成形プレス（図示せ
ず）は、底側鋳型部分とこれに協働する上側パン
チからなり、これらは互いに垂直方向に可動であ
る。底側鋳型部分を固定にして、上側パンチを底
側鋳型部分に協働するように往復動させるように
できる。上側鋳型部分は２個以上の横方向可動鋳
型部分を有し、互いに閉じ合つて、底側鋳型部分
と鋳型キヤビテイ（空洞）を形成する。図示の例
では、ピストンは２個の鉄製膨張挿入体を組込ん
でおり、圧搾成形の間、パンチの側壁に埋め込ま
れた釦型磁石によつて、膨張挿入体が上側パンチ
に配置される。ピストンは、クラウンを下にした
位置で、クラウンに１つ以上の凹みキヤビテイ
（空洞）を形成するように成形される。このキヤ
ビテイ（空洞）は、第１図の成形塩製コア１０底
側鋳型部分に配置し、底表面から上方へ突出させ
て、作られる。

コア１０は、液体中のウレタンまたはゴムの弾
性袋内で、約30000p.s.i（207MPa）の圧力を加え
て、冷間等方静圧圧縮を行つて作られる。

塩は、５〜250ミクロンの粒径の微粒塩化ナト
リウムであり、マグネシウム炭酸塩やマグネシウ
ムリン酸塩の乾燥剤を混合してある。この混合物
には、膨張修正剤も添加してあり、例えば酸化ア
ルミニウム、ガラス粉、銅合金浸透剤、黒鉛、タ
ルク、微細アルミナシリケート繊維である。冷間
等方静圧圧縮のプロセスで、コアは、第１図の形
に容易になり、圧搾成形作業の間に受ける圧力に
耐える充分な完全性を有し、圧搾成形されたピス
トン内の対応の表面を形成するような仕上面にな
つている。このピストンの面は、機械仕上げする
必要がない。

第１図のコア１０は、圧縮成形後に機械加工で
最終形状にするが、必要な形状の複雑さの程度に
よつては、最終形状までコアを圧縮し、機械仕上
げを省くこともできる。

第１図のコア１０は、圧搾成形プレスの底側鋳
型部分に配置され、膨張挿入体が上側パンチに磁
力で固定され、横方向可動の底側鋳型部分が互い
に固定され、鋳型空洞内に溶融アルミニウムが注
入される。上側パンチが鋳型空洞と協働係合し、
溶融アルミニウムを移動して、パンチと底側鋳型
部分との間のキヤビテイ（空洞）に充満させ、ア
ルミニウムを約10000p.s.i（70MPa）の圧力下に
維持しつつ、凝固させる。次いで鋳型を開いて、
圧搾成形されたピストンを取り出し、例えば温水
の噴出によりコアをピストンから溶出させる。

成形したままのピストン１２が第２図〜第４図
に示されている。凹み１４がピストンのクラウン
１６内に形成されていることがわかる。凹み１４
の形と表面仕上げは、機械加工作業を実施する必
要がないようになつている。更に、第３図、第４
図に示されるように、鉄製の膨張挿入体１８がピ
ストンのスカート部分２０に組込まれている。ま
た、第２図に特に示されているように、直径方向
に向きあつた孔２２がスカート部分２０に成形さ
れている。（スカート部分２０は圧搾成形プレス
の横方向可動鋳型部分内に適当なコア棒で形成さ
れる。）孔２２の配置場所は、通孔が耳軸ピンを
受けるために形成されているところである。

第５〜７図は、仕上加工を完了したピストン２
４である。耳軸ピンを受け入れる通孔２６が形成
され、ピストンリング溝２８がクラウン区域の周
面に形成されている。クラウン１６の上側表面に
垢取り作業も行つてあるが、実際の凹み１４は全
く機械加工されていない。この発明は、図示のよ
うな形の内燃機関ピストンの圧搾形成に特に利用
されているが、この発明が図示の形状の特定の凹
みの形成に制限されないことが理解できるであろ
う。圧搾成形する金属を化学的に侵食しない適当
な形の圧縮可能性コアを設けることによつて多く
の形の圧搾成形物品が得られる。圧縮可溶性コア
は、圧搾成形作業の間に生じる圧力に耐える充分
な完全性と表面仕上げを有し、ここに形成される
物品の形状は、機械加工を必要としない。

例えば、溶融金属の注入前に、鋳型空洞内に円
筒形状の可溶性コア材料を置くことによつて、無
限軌道組立体の圧搾成形リンク内に通孔を設ける
ことができる。また、金属管のまわりに被覆とし
て可溶性コア材料を設けて、成形物品内に円筒形
通し孔を設けるための可溶性コア材料の利用を節
減できる。次いで、可溶性被覆を圧搾成形物品か
ら溶出することにより、細目の金属管を抜き出す
ことができる。