JPH08108242A - 鍛造ピストン成形用金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金をピストン素材として使用
しながら、押し出し比の大きいピストンのスカート部を
鍛造により形成し、かつ、該スカート部の端部全周に形
成されるばりが全周に渡って均一に形成できるエンジン
用鍛造ピストンの成形金型を提供すること。 【構成】 雄金型４と雌金型２、３とを備えた鍛造ピス
トン成形用金型であって、前記雌金型２の上部に位置
し、前記雄金型４の外周に上下摺動自在に嵌挿するとと
もに、合金素材の成形時の流動を抑制する負荷ストリッ
パ１２を設け、前記負荷ストリッパ１２は円筒状とし、
前記負荷ストリッパ１２の上部には、補助加圧装置１
１、１１を配置し、前記雄金型４と前記雌金型２に加熱
部材を内臓させたもの。 【効果】 ピストンのスカート部の周囲全体の万便なく
前記合金素材の流動を生じさせると共に、該スカート部
端部の周囲全体に均一なばりを形成して、クラック等が
発生せず、成形漏れのない、押し出し比の大きい、薄い
スカート部を有するピストンの鍛造成形品Ｐを製造する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン用鍛造ピスト
ンの成形用金型、特に、アルミニウム合金を素材とする
エンジン用鍛造ピストンの成形用金型の型構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンは、一般に、小型、高
回転、軽量及び低コスト等を要求することから、ピスト
ンをアルミニウム合金とすることが行われている。エン
ジン用ピストンは高温強度、耐摩耗性、小熱膨張率等が
要求されることから、珪素を多く含んだＡｌ−Ｓｉ系ア
ルミニウム合金が多く使用される傾向があり、該合金を
鋳造で製造した場合には、金属組織として粗いものとな
り、珪素の晶出物もおおきくなり、加工性も低下するこ
とから、鋳造方法に比べて組織が微細化するとともに強
度も増し、かじりも発生し難くなる押し出し鋳造方法に
よって、ピストンを製造することが試行されてきてい
る。

【０００３】前記試行されているピストンの押し出し鋳
造は、アルミニウムのインゴット等の金属素材を連続鋳
造をして合金の鋳造素材を製造する。その合金の鋳造素
材を一つのピストンを鍛造するに要する大きさに切断し
た後、加熱して雌金型（ダイ）に入れ、雄金型（マンド
レル）で押圧して、該鋳造素材（合金素材）を熱間鍛造
で押し出し成形するものである。その後、押し出し成形
した鍛造成形品を熱処理して、機械加工・表面の処理を
して、ピストンを完成する行程で行われる。

【０００４】そして、前記エンジン用ピストンは、その
スカート部における円周方向の肉厚が相異することによ
って、鍛造成形時の合金素材の部分的な流動相異に基づ
く成形むら、及び、クラック等の発生を防ぐために、鍛
造成形のための種々の配慮が成されている。例えば、特
開平２−２５５２４１号公報には、ピストンのスカート
部のピンボス部と該ピンボス部と直交するスラスト・反
スラスト部との合金素材の流動抵抗の相異に基づいて生
じるクラックの発生を防止するために、スラスト・反ス
ラスト方向のスカート部の削り代を予め増加させて鍛造
することによって、鍛造時のピンボス部とスラスト・反
スラスト部との断面積の差を少なくしてピストン周方向
の流動抵抗を均一にしたものが提案されている。

【０００５】また、前記の如く、ピストンのスカート部
の部分的な流動抵抗の相異に基づく成形むらを防止する
ために、合金素材をピストンの鍛造に必要な量よりも大
きい素材として置き、鍛造終期に、該ピストンのスカー
ト部の端部から余分な合金素材が、該スカート部の端部
外周方向に流出し、ばりを構成するようにして、金型と
合金素材のスカート部との間に空隙等が生じないよう
に、かつ、ピストンのスカート部の不均一な鍛造をなく
すようにした手段も提案されている。

【０００６】更に、この種の鍛造装置においては、従来
から雌金型（ダイ）の上部で、かつ、雄金型（マンドレ
ル）の外周にストリッパを設けたものも存在している。
これは鍛造後のピストン等の鍛造成形品を金型から外す
等のために使用されるものであり、鍛造用プレス装置の
上部装置、あるいは下部装置にボルト等を介して固定し
た固定ストリッパ、あるいは、ばね等を介して動く可動
ストリッパ等がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のアルミニウ
ム合金を使用したピストンの熱間押し出し鍛造で提案さ
れているスラスト・反スラスト方向のスカート部の削り
代を予め増加させて鍛造する手段は、スカート部を厚く
して鍛造するものであるから、押し出し比が十分に取れ
ず、塑性変形が少なくなることによって、鍛造によりピ
ストンを製造しても薄肉スカート部の強度向上があまり
期待できないばかりか、ピストンのスカート部の肉厚を
予め多くしているものであるから、鍛造後の機械加工を
多く行う必要があり、かつ、合金素材も多く必要と云う
問題点がある。

【０００８】一方、前記合金素材をピストンの鍛造に必
要な量よりも大きい素材として置き、鍛造時に、該ピス
トンのスカート部の端部から余分な素材が、該スカート
部の端部外周方向に流動流出させる手段は、前記ピスト
ンのスカート部が周方向に肉厚の相異があることによ
り、肉厚の厚い部分が早く、該スカート部の端部外周方
向に流動し、肉厚の薄い部分が遅く流動流出することと
なる。この結果、該スカート部の端部外周方向に流動す
る合金素材にむらができるので、スカート部の端部周囲
全体からばりを出し、金型と合金素材のスカート部との
間に空隙等が生じないようにするためには、相当量のば
りを形成しなければならないと共に、ばり自身周方向で
不均一となると言う問題点がある。

【０００９】また、連続鋳造によって合金素材を製造
し、合金素材を一つのピストンを鍛造するに要する大き
さに切断すると、どうしても切断誤差が生じてしまうも
のであるから、その誤差があってもスカート部の端部全
周にばりを形成するためには、それだけ予め大きな合金
素材として置かなければならなかった。本発明は、この
ような従来の熱間押し出し鍛造の問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、アルミニウム合金をピスト
ン素材として使用しながら、押し出し比の大きいピスト
ンのスカート部を鍛造により形成し、かつ、該スカート
部の端部全周に形成されるばりが全周に渡って均一に形
成できるエンジン用鍛造ピストンの成形金型を提供する
ことである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係わる鍛造ピストン成形用金型は、雌金型の上
部に雄金型を配置し、前記雌金型の上部に位置し、前記
雄金型の外周に上下摺動自在に嵌挿すると共に、合金素
材の成形時の流動を抑制する負荷ストリッパを設け、該
負荷ストリッパは円筒状で、上面にストリッパピンを備
えることを特徴とし、かつ、前記負荷ストリッパの上部
に補助加圧装置を配置するとともに、前記雌金型と前記
雄金型とに加熱部材を内臓したことを特徴とする。

【００１１】

【作 用】前記の如く構成された本発明に係わる鍛造ピ
ストン成形用金型は、雌金型と雄金型を加熱部材で加熱
制御しつつ、下部に位置する雌金型内に、ピストン用の
合金素材を電気炉等で加熱して投入し、前記雄金型のラ
ム部で前記合金素材を加圧して鍛造するものである。鍛
造終期においては、前記雌金型と前記雄金型との接触外
周縁部との間から流動し、かつ、漏れ出す前記合金素材
の流動部分を前記負荷ストリッパで受け、該負荷ストリ
ッパの自重等の負荷を前記合金素材の流動部分にかけ
る。この負荷により合金素材の流動部分がばりとなって
雌金型の上面に沿って円周の放射方向に流出されるのが
抑制される。

【００１２】ピストンのスカート部は、周方向に肉厚の
相異があり、肉厚の厚い部分から先に合金素材の流動部
分が上方に流動する傾向があるが、前記負荷ストリッパ
の負荷によって、前記肉厚の厚い部分からの流動が抑制
され、前記ピストンのスカート部の肉厚の薄い部分の上
方への流動を待つ形となる。前記肉厚の薄い部分の鍛造
も進み、該肉厚の薄い部分からも合金素材の流動部分が
上方に流動し、前記サイド金型２の上面の放射方向に流
動流出しようとする状態となると、前記ピストンのスカ
ート部の端部全周に合金素材の放射方向の流動部分が形
成されることとなるので、その全周の流動部分の圧力に
よって、前記負荷ストリッパがその自重等に抗して浮き
上がる状態となる。前記ピストンのスカート部の端部全
周に形成された前記合金素材の流動部分は雌金型の上面
に沿って円周の放射方向に流出され、前記ピストンのス
カート部の端部全周に渡って、均一なばりが形成され
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の鍛造ピストン成形用金型の一
実施例について説明する。図１は、本発明の鍛造ピスト
ン成形用金型を装置したプレス装置の要部の断面図であ
り、図示例は鍛造（押圧）によりピストン鍛造成形品Ｐ
が成形された状態を示している。 プレス装置１の下部
には台盤１０が配備され、該台盤１０の上面部には、雌
金型保持部材９が配置されるとともに、上部には周辺部
に複数の油圧シリンダ１１、１１を保持し、中央に金型
を固定した加圧移動部材である雄金型保持部材８が配置
されている。

【００１４】恒温鍛造用の金型は、雌金型としてのサイ
ド金型２と下金型３及び雄金型４を備えている。サイド
金型２と雄金型４の内部には、金型を恒温に加熱するた
めの加熱部材であるヒータ５、６がそれぞれ内臓されて
いる。前記サイド金型２は周囲を雌金型保持部材９によ
り保持され、中央部には鍛造ピストンの外径に等しく、
下金型３が配置される成形孔２１が穿設されている。

【００１５】前記下金型３は円柱状をしており、鍛造深
さを決定するべく所定の高さを有するとともに、鍛造後
のピストン鍛造成形品Ｐを金型２から取り出すためにサ
イド金型２の前記成形孔２１内を上方に移動できるよう
に作動杆７に固定されている。前記雄金型４は、鍛造成
形品Ｐの内部構造に合致する形状を備えたラム部４１を
下部先端に備え、かつ、前記ラム部４１に続いて鍛造成
形品Ｐの外径にほぼ等しい外径を有する円柱状本体４２
とを備えており、上端が前記雄金型保持部材８に固定さ
れている。

【００１６】前記雄金型４の円柱状本体４２の外周に
は、負荷ストリッパ１２が配備されている。該負荷スト
リッパ１２は、円筒状をしており、前記雄金型４の円柱
状本体４２とは遊びがないように摺動自在に嵌挿されて
いるとともに、該負荷ストリッパ１２の円筒内径は前記
サイド金型２の成形孔２１とほぼ等しい寸法とされてい
る。また、前記負荷ストリッパ１２の上面には複数のス
トリッパピン１３、１３が負荷ストリッパ１２の下面か
ら挿入されたボルト１４によりねじ止め固定されてい
る。

【００１７】前記複数のストリッパピン１３の該当上部
の前記雄金型保持部材８には、補助加圧装置を構成する
複数の油圧シリンダ１１、１１が配備されている。前記
負荷ストリッパ１２は、前述の如く、前記雄金型４の前
記円柱状本体４２の外周に摺動自在に嵌挿されており、
かつ、鍛造時は自重によりサイド金型２上に小間隙を有
して位置しているものであるが、前記雄金型保持部材８
が上昇して雄金型のラム部先端がサイド金型２の上面よ
り上方に移動したところで、該負荷ストリッパ１２のス
トリッパピン１３の上端のフランジ部１３ａが前記雄金
型保持部材８の係止部（図示なし）に係止して前記負荷
ストリッパ１２を前記雄金型保持部材８と一緒に上昇さ
せる構成となっている。

【００１８】図４は、本発明の鍛造ピストン成形用金型
を用いて鍛造した鍛造成形後のピストン鍛造成形品Ｐの
一実施例の断面（中心線を境に左右で９０°断面が異な
る）を示したものである。前記ピストン鍛造成形品Ｐに
おいて、斜線部分はピストン完成品を作るために、後に
機械切削加工により削除する部分である。該ピストン鍛
造成形品Ｐは、大まかにはピストンヘッド５０、スカー
ト部５１、ピストンボス部５２、混合気吸入部５３及び
ばり５４から成っている。

【００１９】ピストン完成品においては、混合気吸入部
５３には肉部はないが、前記ピストン鍛造成形品Ｐのス
カート部５１の端部全周にばり５４を均一に形成して鍛
造の押し出し比を大きくするために、鍛造時には肉厚の
薄い部分として構成して置き、機械加工により、ばり５
４と一緒に削除するものである。それでは、本発明の鍛
造ピストン成形用金型を用い鍛造をその行程に従って説
明する。

【００２０】図５に示されているように、アルミニウム
のインゴット等の金属材料を連続鋳造して製造した合金
素材は、一つのピストンを鍛造するに要する大きさに切
断され後、電気炉４０に入れられ、鍛造に適した温度、
例えば、４５０〜５２０℃に加熱される。加熱された合
金素材Ｐは、シューター４１等を介して雌金型であるサ
イド金型２と下金型３内に投入される。

【００２１】前記雌金型２、３に投入された合金素材Ｐ
は、上方から下降して来る前記雄金型４により押し出し
鍛造されるものであるが、前記雄金型４と一緒に負荷ス
トリッパ１２も下降して、前記雄金型４のラム部４１が
前記合金素材Ｐに接触する以前に前記負荷ストリッパ１
２が前記サイド金型２の上面に僅かな間隙を置いて前記
負荷ストリッパ１２自身の自重により着座する。

【００２２】前記状態で、前記雄金型４のラム部４１を
更に下降して加圧押し出し鍛造成形を始め、下降を続行
すると、まず、ピストンのスカート部５１の肉厚の厚い
部分の合金素材Ｐが両金型２、４の間隙に沿って流動上
昇し、前記負荷ストリッパ１２の内端面に接触するとと
もに、前記サイド金型２の上面の僅かな間隙から漏れ出
し、前記サイド金型２の上面の放射方向に流動しようと
する。しかし、前記負荷ストリッパ１２は自重により下
方に負荷されているので、前記合金素材Ｐの流動部分を
前記負荷ストリッパで受けることとなる。このことは前
記負荷ストリッパの自重（負荷）を前記合金素材の流動
部分にかけることとなり、この負荷により合金素材の流
動部分がばりとなって雌金型（サイド金型２）の上面に
沿って円周の放射方向に流出されるのが抑制される。

【００２３】更に、前記雄金型４の前記ラム部４１が下
降して、前記肉厚の薄い部分の鍛造も進んで該肉厚の薄
い部分からも合金素材の流動部分が前記サイド金型２の
上面の放射方向に流動しようとする状態となると、前記
ピストンのスカート部５１の端部全周に合金素材の流動
部分が到達し、前記負荷ストリッパ１２に圧力をかける
こととなる。この圧力によって、前記負荷ストリッパが
その自重等に抗して浮き上がる状態となり、前記ピスト
ンのスカート部５１の端部全周から前記合金素材の流動
部分が雌金型の上面に沿って円周の放射方向に流出さ
れ、前記ピストンのスカート部の端部全周に渡って、均
一なばり５４が形成される。

【００２４】前記雄金型４のラム部４１が、ピストンヘ
ッド５０の厚さが所定の厚さになる位置まで下降する
と、その位置で合金素材Ｐの成形が完了することにな
る。成形が完了すると、前記雄金型４１を上昇させるこ
ととなるが、前記ピストンの鍛造成形品Ｐが雄金型４の
ラム部４１と離れずに一体となって上昇する傾向がある
ので、該雄金型４１が上昇する時に、補助油圧シリンダ
１１、１１を作動させ、該補助油圧シリンダ１１、１１
のピストン１３ａ、１３ａを下降して、該負荷ストリッ
パ１２のストリッパピン１３の上端のフランジ部１３ａ
に接当し、前記負荷ストリッパ１２を下方に押圧する。
この押圧によって、前記ピストンのスカート部５１の端
部全周に形成されたばり５４が前記負荷ストリッパ１２
とサイド金型２の上面との間に係止される状態になる。

【００２５】この状態において、前記雄金型４１を上昇
させると、前記ピストンの鍛造成形品Ｐが雌金型である
サイド金型２と下金型３に残り、前記雄金型４１のみが
上昇することとなって、前記鍛造成形品Ｐが雄金型４の
ラム部４１から離れる（図２参照）。図２に示す状態か
ら、前記補助油圧シリンダ１１、１１を作動させ、該補
助油圧シリンダ１１、１１のピストン１３ａ、１３ａを
上昇させるとともに、該負荷ストリッパ１２を含む雄金
型保持部材８の全体を上昇させた後、適宜手段により、
前記作動杆７を作動させ、前記下金型３を上昇させるこ
とによって、前記ピストンの鍛造成形品Ｐを前記サイド
金型２の上部に取り出し（図３参照）、鍛造成形品Ｐの
全鍛造行程が終了する。

【００２６】以上、本発明の鍛造ピストン成形用金型の
一実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された
本発明を逸脱することなく、種々の変更を行うことがで
きる。例えば、前記補助油圧シリンダ１１、１１は、金
型４から鍛造成形品Ｐを分離するときに作動するもので
あると説明したが、該補助油圧シリンダ１１、１１は、
前記負荷ストリッパ１２との間にスプリング等を介在さ
せて、鍛造成形時に、該負荷ストリッパ１２を押圧する
べく作動させて、前記負荷ストリッパ１２の負荷量を付
加補正する装置としても機能することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明は、成形時の合金素材の流動を抑制する負荷ストリッ
パ１２を設けたことにより、ピストンのスカート部の周
方向で肉厚の相異があっても、該スカート部の周囲全体
の万便なく前記合金素材の流動を生じさせると共に、該
スカート部端部の周囲全体に均一なばりを形成して、ク
ラック等が発生せず、成形むら、もしくは、成形漏れが
ないと共に、押し出し比の大きい、薄いスカート部を有
するピストンの鍛造成形品Ｐを製造することができる。

【００２８】また、前記負荷ストリッパ１２は摺動自在
で、自重によって雌金型（サイド金型２）上に載置され
ているだけであるから、負荷のために他の部材を何等必
要としないとともに、成形時の合金素材の流動部に絶え
ず同じ負荷を生じさせることができ、結果として、該ス
カート部端部の周囲全体に均一なばりを形成できる。更
に、該スカート部端部には、周囲全体に均一なばりが形
成されるものであることから、一つのピストンを鍛造す
るに要する合金素材は、切断誤差も含めて必要最小量の
大きさとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の鍛造ピストン成形用金型
（雄金型の最下位置）の断面図。

【図２】本発明の一実施例の鍛造ピストン成形用金型
（雄金型が上昇位置で、補助加圧装置の下方作動位置）
の断面図。

【図３】本発明の一実施例の鍛造ピストン成形用金型
（雄金型が上昇位置で、下金型の上昇位置）の断面図。

【図４】本発明の一実施例の鍛造ピストン成形用金型で
鍛造した鍛造成形品の断面図。

【図５】本発明の一実施例の鍛造ピストン成形用金型に
電気炉から合金素材を移送・投入する状態図。

【符号の説明】

Ｐ…鍛造成形品（合金素材） １…鍛造金型 ２…サイド金型 ３…下金型 ４…雄金型 ５…ヒータ ６…ヒータ １１、１１…補助油圧シリンダ １２…負荷ストリッパ １３…ストリッパピン ４１…ラム部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雄金型と雌金型とを備えた鍛造ピストン
   成形用金型において、前記雌金型の上部に位置し、前記
   雄金型の外周に上下摺動自在に嵌挿するとともに、合金
   素材の成形時の流動を抑制する負荷ストリッパを設けた
   ことを特徴とする鍛造ピストン成形用金型。
2. 【請求項２】 前記負荷ストリッパは、円筒状で、上面
   にストリッパピンを備えていることを特徴とする請求項
   １記載の鍛造ピストン成形用金型。
3. 【請求項３】 前記負荷ストリッパの上部には、補助加
   圧装置が配置されていることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の鍛造ピストン成形用金型。
4. 【請求項４】 前記雄金型と前記雌金型とは、加熱部材
   を内臓していることを特徴とする請求項１〜３記載の鍛
   造ピストン成形用金型。