JPH0755366B2 - 鋳造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋳ぐるみ品を鋳造する方法及びその装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

鋳物に母材とは異なった材質の金属やセラミック等から
なるピースを鋳ぐるみ、局部的に強度や耐摩耗性や耐熱
性等を向上させる方法がよく知られている。例えば、ア
ルミニウムロッカアームでは、カムと摺動する部分にク
ロム鋳鉄等を鋳ぐるみ、耐摩耗性を向上させたり、ディ
ーゼルエンジンのアルミニウムピストンヘッドでは頭頂
部にクラウン状の鋳鉄部材を鋳ぐるんで耐熱性を向上さ
せたりしている。

この鋳ぐるみは、例えばピストンの場合、従来、第11図
（ａ）に示すように、ピストンヘッドである鋳ぐるみ部
材7cを上型1cと下型2cとからなる鋳型3cのキャビティ６
の所定位置に配置し、次いで第11図（ｂ）に示すよう
に、溶湯10cを湯道9cを通してキャビティ6c内に充てん
することによって行っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記したように、鋳ぐるみ部材を鋳型の
キャビティに配置したのちに、溶湯をキャビティに充て
んすると、鋳ぐるみ部材により湯回り性が悪化し、特
に、該鋳ぐるみ部材の裏側などに欠陥が発生しやすいと
いう問題がある。また、溶湯と鋳ぐるみ部材とを完全に
密着させることはむずかしく、すき間があく。更にま
た、鋳ぐるみ部材と、溶湯を構成する母材金属との熱膨
張率の差により、得られた鋳ぐるみ品の鋳ぐるみ部材と
母材金属との間にすき間が発生し、強度や熱伝導性等に
問題が生じることがある。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、湯回り性
を悪化させずに鋳ぐるむことができ、かつ鋳ぐるみ部材
が強固に密着した鋳ぐるみ品を得ることができる鋳造方
法及びその装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鋳造方法は、金型のキャビティに溶湯を充てん
したのち、該溶湯が完全に凝固する前に鋳ぐるみ部材を
該溶湯中に加圧挿入して鋳ぐるむことを特徴とするもの
である。

また、本発明は、鋳ぐるみ部材を保持する保持部と該鋳
ぐるみ部材を溶湯中に加圧挿入する加圧機構とで構成さ
れた加圧挿入装置と、該鋳ぐるみ部材をキャビティへ通
すことができる開口部を有する金型とからなる鋳造装置
をも提供するものである。

本発明の鋳造方法では、上記したように、溶湯を充てん
したのちに、鋳ぐるみ部材を加圧挿入するが、溶湯の充
てん直後に鋳ぐるみ部材を加圧挿入した場合、溶湯が完
全に溶融しているため、鋳ぐるみ部材にあまり圧力がか
からず、鋳ぐるみ部材と母材金属との密着性があまり向
上しないので、充てんされた溶湯が凝固し始めてから鋳
ぐるみ部材を加圧挿入することが好ましい。また、凝固
が完全に進むと、鋳ぐるみ部材の加圧挿入ができなくな
るため、完全に凝固する前に鋳ぐる部材を加圧挿入す
る。

本発明で用いる溶湯の材質としては、特に限定されず、
鋳造に慣用される金属又は合金を用いることができ、例
えば鋳鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが
挙げられる。

また、鋳ぐるみ部材としては慣用の鋳鉄、鋼鉄、焼結合
金、セラミックなどからなるものが挙げられる。

また、本発明において、鋳ぐるみ部材を溶湯中に加圧挿
入する際に、鋳ぐるみ部材を挿入するための金型の開口
部から溶湯がもれないように、該開口部をシールする必
要があるが、そのシールは、挿入する鋳ぐるみ部材によ
って行ってもよいし、該鋳ぐるみ部材を保持する保持部
によって行ってもよいし、その両者によって達成しても
よい。

〔作 用〕

本発明方法では、金型のキャビティに溶湯を充てんした
のち、該溶湯が完全に凝固する前（半溶融状態）に鋳ぐ
るみ部材を該溶湯中に加圧挿入するが、溶湯が完全に凝
固する前に行うため、鋳ぐるみ部材を溶湯中に挿入する
ことができ、溶湯がすでにキャビティ内に充てんされて
いるため、湯回り性が悪化せず、その湯回り性に加え
て、鋳ぐるみ部材を加圧挿入するため、局部的に溶湯が
加圧され鋳ぐるみ部材の回りの母材金属の密度が局部的
に高くなるとともに該鋳ぐるみ部材と母材金属との密着
性が向上する。

また、本発明の鋳造装置では、加圧挿入装置の保持部が
鋳ぐるみ部材を保持し、加圧機構によって該鋳ぐるみ部
材を溶湯中の所定位置に加圧挿入することができ、金型
が鋳ぐるみ部材をキャビティへ通す開口部を有するた
め、鋳ぐるみ部材を該開口部からキャビティ内の溶湯中
に挿入することができる。そして、上記保持部は、場合
により、単独で又は鋳ぐるみ部材と一緒になって、金型
の開口部をシールして、溶湯が該開口部から漏れるのを
防ぐ。

〔実施例〕

本発明を実施例により図面を参照して説明する。

実施例１ 本実施例で用いる鋳造装置は、竪形加圧鋳造装置で、第
１図に示すように、上型１と下型２とからなる金型３
と、ピストンの先端に保持部４を有する油圧シリンダ５
で概略構成されており、上型１と下型２とによりキャビ
ティ６が形成され、上型１には鋳ぐるみ部材７をキャビ
ティ６に通すための開口部８が設けられている。図中、
９は湯道を示す。

該鋳造装置を用いる鋳ぐるみ工程を説明する。

まず、鋼材S55Cからなるリング状の鋳ぐるみ部材８を油
圧シリンダ５のピストンの先端の保持部４に装着する。
該保持部４は１〜3.゜のテーパを有し、鋳ぐるみ部材７
と該保持部４とのクリアランスは径で0.01〜0.03mmであ
る。油圧シリンダ５を調節して鋳ぐるみ部材７が製品部
キャビティ６の外で、該部材の先端と型面がほぼ面一と
なるように、金型３の開口部８に位置させる。次に、第
２図に示すように、アルミニウム合金JIS AC8Aの溶湯10
（740℃）を型温150℃、鋳造圧力500Kg/cm²の条件で、
キャビティに充てんする。その後、溶湯が凝固し始め、
完全に凝固する前に、油圧シリンダ５によって保持部４
を前進させて鋳ぐるみ部材７を1500Kg/cm²の圧力で加圧
挿入する。図中、11は凝固した溶湯を示す。次に、第４
図に示すように、溶湯が完全に凝固したのち、油圧シリ
ンダ５によって保持部４を後退させ、鋳ぐるみ品12を取
り出す。

比較例 第５図に示すように、金型3aは上型1aと下型2aによって
実施例１と同様のキャビティ6aが形成されている。該金
型3aの鋳抜きピストン4aに実施例１と同様の形状及び材
質の鋳ぐるみ部材7aを取り付けて、キャビティ6a内に配
置する。次いで実施例１で用いたのと同様の溶湯10aを
実施例１と同条件で該キャビティ6aに充てんする。図
中、9aは湯道を示す。次いで溶湯が完全に凝固したの
ち、鋳ぐるみ品を取り出す。

上記実施例１及び比較例に従って製造した鋳ぐるみ品の
鋳ぐるみ部分の断面金属組織顕微鏡写真をそれぞれ第７
図（ａ）及び（ｂ）に示す。実施例１は溶湯をキャビテ
ィに充てんしたのちに鋳ぐるみ部材を加圧挿入したた
め、湯回り性が悪化せず、鋳ぐるみ部材の周辺の母材金
属の組織も微細化している。これに対して、鋳ぐるみ部
材を型内に配置してから注湯して鋳ぐるんだ比較例は、
すき間が見られ、また鋳ぐるみ部材の周辺の母材金属の
組織が荒く、乱れている。このため、実施例１は比較例
に比べて鋳ぐるみ部材の引き抜き強度が約50％向上し
た。

試験例 鋳ぐるみ部材の加圧挿入のタイミングを溶湯をキャビテ
ィに充てんした直後から溶湯が凝固して該鋳ぐるみ部材
を挿入できなくなる６秒後までの間で変えて実施例１と
同様にして鋳ぐるみ品を得た。この鋳ぐるみ品の鋳ぐる
み部分の電気抵抗率を調べ、比較例に従って得た鋳ぐる
み品の鋳ぐるみ部分の電気抵抗率と比較した。実施例の
鋳ぐるみ品の電気抵抗率は第８図の電気抵抗減少率と加
圧挿入タイミングの関係のグラフに示すように、比較例
に比して、溶湯の充てん直後で13％減少し、２〜６秒後
で43〜46％減少した。これは、キャビティに溶湯を充て
んしたのちに、鋳ぐるみ部材を加圧挿入することによ
り、鋳ぐるみ部材と母材金属との密着性が向上したこと
を示すもので、特に、充てん直後の、溶湯が完全に溶融
状態のときよりも溶湯が凝固し始めてから加圧挿入した
方が、鋳ぐるみ部材周辺の圧力が局部的に高くなり、密
着性が更に良好となる。したがって、該実施例の場合、
鋳ぐるみ部材の加圧挿入のタイミングは、溶湯充てん後
〜６秒、好ましくは２〜６秒、特に好ましくは４〜６秒
である。

上記したように本実施例は、湯回り性が悪化しないた
め、第９図の不良率のグラフに示すように、比較例が、
不良率4.3％であるのに対して、不良率0.3％と不良率が
格段に減少した。

実施例２ 本実施例は本発明を内燃機関のピストンに適用した例で
ある。

鋳造装置は、第10図（ａ）に示すようにピストンの下部
に相当するキャビティを有する上型1bとピストンの頭部
に相当する円柱形のキャビティを有する下型2bとからな
る金型3bを備えている。下型2bのキャビティはピストン
ヘッドである鋳ぐるみ部材7bを加圧挿入するための開口
部8bと同形状で連通している。該開口部8bには加圧挿入
装置の保持部4bが摺動自在に装着され、該保持部4bには
鋼材S45Cからなる鋳ぐるみ部材7bを載置している。

この上型1bと下型2bと鋳ぐるみ部材7bとによって形成さ
れたキャビティにアルミニウム合金JISAC8Cの溶湯10bを
金型鋳造法により充てんする。充てんした溶湯10bが凝
固し始め、完全に凝固する前である、充てん５〜10秒後
に油圧シリンダ（図示略）によって保持部4bを上昇させ
て、該鋳ぐるみ部材7bを加圧挿入する。第10図（ｂ）に
示すように、溶湯が完全に凝固したのち、型開きして、
鋳ぐるんだピストン12bを取り出す。なお、図中、11bは
凝固した溶湯、9bは湯道を示す。

上記したように、溶湯を充てんしたのち、鋳ぐるみ部材
であるピストンヘッドを加圧挿入して鋳ぐるんだピスト
ンは、ピストンヘッド周辺で圧力が局部的に高まり、鋳
ぐるみ部材であるピストンヘッドと母材金属との密着性
が向上するため、内燃機関に使用した場合、ピストンヘ
ッドからピストン本体への熱伝導性が優れ、したがって
ピントンヘッドから本体へ熱が逃げ、ピストンヘッドの
温度を低下させることができる。

なお、本実施例では金型鋳造法に適用したが、本発明
は、低圧鋳造法、ダイカスト鋳造法、溶湯鍛造法、竪形
加圧鋳造法等の多くの鋳造法に適用できる。

〔発明の効果〕

本発明は、上記したように、溶湯を充てんしたのち、溶
湯中に鋳ぐるみ部材を加圧挿入するため、湯回り性が悪
化せず、鋳ぐるみ品の欠陥を低減することができるとと
もに、鋳ぐるみ部材と母材金属の密着性が向上する。更
に、局部加圧による鋳ぐるみ部材周辺の母材金属の密度
が向上し、巣が低減し、強度が向上する。更にまた、鋳
ぐるみ部材を加圧挿入するため、局部加圧ピンのかじり
を低減できるなど多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の鋳造装置の断面図、 第２図は溶湯充てん後の第１図の鋳造装置の断面図、 第３図は鋳ぐるみ部材を溶湯中に挿入したときの第１図
の鋳造装置の断面図、 第４図は溶湯凝固時の第１図の鋳造装置の断面図、 第５図は従来の鋳造装置の断面図、 第６図は溶湯充てん後の第５図の鋳造装置の断面図、 第７図（ａ）は実施例１の鋳ぐるみ品の断面金属組織顕
微鏡写真、第７図（ｂ）は比較例の鋳ぐるみ品の断面金
属組織顕微鏡写真、 第８図は鋳ぐるみ品の電気抵抗減少率と加圧挿入タイミ
ングの関係のグラフ、 第９図は鋳ぐるみ品の不良率のグラフ、 第10図（ａ）は本発明の実施例２の溶湯充てん後の鋳造
装置の断面図、第10図（ｂ）は溶湯凝固時の第10図
（ａ）の鋳造装置の断面図、 第11図（ａ）は従来の鋳ぐるみ部材を型内に配置した鋳
造装置の断面図、第11図（ｂ）は溶湯充てん後の第11図
（ａ）の鋳造装置の断面図を表わす。 図中、 ３……金型、４……保持部 ５……油圧シリンダ、６……キャビティ ７……鋳ぐるみ部材、８……開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金型のキャビティに溶湯を充てんしたの
   ち、該溶湯が完全に凝固する前に鋳ぐるみ部材を該溶湯
   中に加圧挿入して鋳ぐるむことを特徴とする鋳造方法。
2. 【請求項２】鋳ぐるみ部材を保持する保持部と該鋳ぐる
   み部材を溶湯中に加圧挿入する加圧機構とで構成された
   加圧挿入装置と、該鋳ぐるみ部材をキャビティへ通すこ
   とができる開口部を有する金型とからなる鋳造装置。