JPH08270502A - 内燃機関用ピストンの製造方法 - Google Patents
内燃機関用ピストンの製造方法Info
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- JPH08270502A JPH08270502A JP7072182A JP7218295A JPH08270502A JP H08270502 A JPH08270502 A JP H08270502A JP 7072182 A JP7072182 A JP 7072182A JP 7218295 A JP7218295 A JP 7218295A JP H08270502 A JPH08270502 A JP H08270502A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 トップリング用のリング溝の周囲をクラッド
構造化したピストンのトップランド厚さを可及的に小さ
くする。 【構成】 ピストン1の円筒外周面1aに予め形成した
周溝8にレーザ肉盛り加工法によって肉盛り層14を形
成した上、肉盛り層14に溝加工を施してリング溝3を
形成する。その際、ピストン1のヘッド部1b側および
円筒外周面1a側に予め駄肉部9a,9bを設定してお
き、肉盛り加工後にその駄肉部9a,9bを切削除去す
る。
構造化したピストンのトップランド厚さを可及的に小さ
くする。 【構成】 ピストン1の円筒外周面1aに予め形成した
周溝8にレーザ肉盛り加工法によって肉盛り層14を形
成した上、肉盛り層14に溝加工を施してリング溝3を
形成する。その際、ピストン1のヘッド部1b側および
円筒外周面1a側に予め駄肉部9a,9bを設定してお
き、肉盛り加工後にその駄肉部9a,9bを切削除去す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用ピストンの
製造方法に関し、特にトップリングが装着されるリング
溝近傍の耐熱性,耐摩耗性向上のためにその部分をクラ
ッド構造にするための方法に関する。
製造方法に関し、特にトップリングが装着されるリング
溝近傍の耐熱性,耐摩耗性向上のためにその部分をクラ
ッド構造にするための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジン用のピストンとし
て、図5に示すように、トップリング(ピストンリン
グ)2が装着されるリング溝3の周囲に耐摩耗性,耐凝
着性に優れたニレジスト鋳鉄よりなる耐摩耗性リング4
を鋳包み鋳造法によって一体に形成したクラッド構造の
ピストン1が知られている。なお、前記トップリング2
は周知のようにシリンダ壁面5に圧接することになる。
て、図5に示すように、トップリング(ピストンリン
グ)2が装着されるリング溝3の周囲に耐摩耗性,耐凝
着性に優れたニレジスト鋳鉄よりなる耐摩耗性リング4
を鋳包み鋳造法によって一体に形成したクラッド構造の
ピストン1が知られている。なお、前記トップリング2
は周知のようにシリンダ壁面5に圧接することになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の構
造においては、耐摩耗性リング4とピストン1の母材で
あるアルミニウム合金との接合をその接合強度が比較的
弱いとされる鋳包み鋳造法に頼っているために、両者の
接合面積を可及的に大きく確保するためにはその耐摩耗
性リング4の断面形状がある程度大きくならざるを得な
い。その結果、ピストン1全体の重量が増加することと
なって好ましくない。
造においては、耐摩耗性リング4とピストン1の母材で
あるアルミニウム合金との接合をその接合強度が比較的
弱いとされる鋳包み鋳造法に頼っているために、両者の
接合面積を可及的に大きく確保するためにはその耐摩耗
性リング4の断面形状がある程度大きくならざるを得な
い。その結果、ピストン1全体の重量が増加することと
なって好ましくない。
【0004】その上、上記のように耐摩耗性リング4の
断面形状が大きくなるのに伴って、この耐摩耗性リング
4を鋳包むのに必要な母材肉厚も大きくならざるを得
ず、特にトップランド部6の厚さhの縮小化に限界があ
る。その結果、トップランド厚さhを可及的に小さくす
ることによって燃焼室におけるクレビスボリュームを小
さくし、それによってHC等の排気ガスを低減するとい
う最近の要請に応えることができなくなる。
断面形状が大きくなるのに伴って、この耐摩耗性リング
4を鋳包むのに必要な母材肉厚も大きくならざるを得
ず、特にトップランド部6の厚さhの縮小化に限界があ
る。その結果、トップランド厚さhを可及的に小さくす
ることによって燃焼室におけるクレビスボリュームを小
さくし、それによってHC等の排気ガスを低減するとい
う最近の要請に応えることができなくなる。
【0005】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、その目的とするところは、トップリング装
着用のリング溝の周囲をクラッド構造化しつつ、ピスト
ン全体の軽量化とトップランド厚さの縮小化を可能とし
たピストンの製造方法を提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、トップリング装
着用のリング溝の周囲をクラッド構造化しつつ、ピスト
ン全体の軽量化とトップランド厚さの縮小化を可能とし
たピストンの製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、アルミニウム合金よりなるピストンの円筒外周面の
うちトップリング用のリング溝が形成される部分にその
円周方向に沿って周溝を形成する工程と、前記周溝に銅
系合金材料の粉末を供給しながらレーザビームを照射す
るとともにピストンとレーザビームとを相対移動させ
て、前記粉末を溶融させることにより周溝に沿って肉盛
り層を形成する工程と、前記レーザ肉盛り加工後にその
肉盛り層に機械加工を施してトップリング装着用のリン
グ溝を形成する工程とを含み、前記レーザ肉盛り加工前
のピストンのうち少なくともそのヘッド部側に予め駄肉
部を形成しておき、前記レーザ肉盛り加工後の機械加工
によってこの駄肉部を切削除去することを特徴としてい
る。
は、アルミニウム合金よりなるピストンの円筒外周面の
うちトップリング用のリング溝が形成される部分にその
円周方向に沿って周溝を形成する工程と、前記周溝に銅
系合金材料の粉末を供給しながらレーザビームを照射す
るとともにピストンとレーザビームとを相対移動させ
て、前記粉末を溶融させることにより周溝に沿って肉盛
り層を形成する工程と、前記レーザ肉盛り加工後にその
肉盛り層に機械加工を施してトップリング装着用のリン
グ溝を形成する工程とを含み、前記レーザ肉盛り加工前
のピストンのうち少なくともそのヘッド部側に予め駄肉
部を形成しておき、前記レーザ肉盛り加工後の機械加工
によってこの駄肉部を切削除去することを特徴としてい
る。
【0007】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の構成に加えて、ピストンのヘッド部側および円筒外周
面側にピストンのトップランド部の最終加工径よりも大
きな駄肉部がそれぞれ形成されていることを特徴として
いる。
の構成に加えて、ピストンのヘッド部側および円筒外周
面側にピストンのトップランド部の最終加工径よりも大
きな駄肉部がそれぞれ形成されていることを特徴として
いる。
【0008】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の構成に加えて、前記ピストンのヘッド部側の駄肉部が
円筒外周面側の駄肉部よりも厚肉に形成されていること
を特徴としている。
の構成に加えて、前記ピストンのヘッド部側の駄肉部が
円筒外周面側の駄肉部よりも厚肉に形成されていること
を特徴としている。
【0009】請求項4に記載の発明は、請求項1〜3の
いずれかに記載の構成に加えて、前記レーザ肉盛り加工
は、周溝の全周に肉盛り層が形成されるのを一回として
複数回行うことを特徴としている。
いずれかに記載の構成に加えて、前記レーザ肉盛り加工
は、周溝の全周に肉盛り層が形成されるのを一回として
複数回行うことを特徴としている。
【0010】
【作用】請求項1記載の発明によると、ピストンの円筒
外周面のうちトップリング用のリング溝が形成される部
分に周溝を予め形成しておき、この周溝にレーザ肉盛り
加工法によって肉盛り層を形成する。この肉盛り層の断
面形状は、上記のようにレーザ肉盛り加工法によって形
成するために従来の鋳包みタイプの耐摩耗リングよりも
小さくて済むものの、入熱量が大きいためにピストン母
材側の熱容量をある程度大きくしておく必要がある。
外周面のうちトップリング用のリング溝が形成される部
分に周溝を予め形成しておき、この周溝にレーザ肉盛り
加工法によって肉盛り層を形成する。この肉盛り層の断
面形状は、上記のようにレーザ肉盛り加工法によって形
成するために従来の鋳包みタイプの耐摩耗リングよりも
小さくて済むものの、入熱量が大きいためにピストン母
材側の熱容量をある程度大きくしておく必要がある。
【0011】そこで、レーザ肉盛り加工前のピストンの
うち少なくともそのヘッド側に予め駄肉部を形成してお
くことにより、この駄肉部がピストン母材側の熱容量の
増大に大きく貢献して、必要充分な熱容量を確保するこ
とができる。
うち少なくともそのヘッド側に予め駄肉部を形成してお
くことにより、この駄肉部がピストン母材側の熱容量の
増大に大きく貢献して、必要充分な熱容量を確保するこ
とができる。
【0012】一方、上記の駄肉部はレーザ肉盛り加工が
終了してしまえばその機能を失うことから、レーザ肉盛
り加工後に機械加工によって上記の駄肉部を切削除去す
る。
終了してしまえばその機能を失うことから、レーザ肉盛
り加工後に機械加工によって上記の駄肉部を切削除去す
る。
【0013】その結果、上記のレーザ肉盛り加工法によ
って形成されるところの肉盛り層の断面積が従来の鋳鉄
製の耐摩耗性リングよりも小さくなるために、ピストン
のトップランド厚さを必要最小限まで小さくできるとと
もに、ピストン全体の軽量化も併せて達成できるように
なる。
って形成されるところの肉盛り層の断面積が従来の鋳鉄
製の耐摩耗性リングよりも小さくなるために、ピストン
のトップランド厚さを必要最小限まで小さくできるとと
もに、ピストン全体の軽量化も併せて達成できるように
なる。
【0014】請求項2に記載の発明によると、ピストン
のヘッド部側および円筒外周面側のそれぞれにトップラ
ンド部の最終加工径よりも大きな駄肉部が形成されてい
ることから、レーザ肉盛り加工時におけるより一層の熱
容量の増大が図れるようになる。
のヘッド部側および円筒外周面側のそれぞれにトップラ
ンド部の最終加工径よりも大きな駄肉部が形成されてい
ることから、レーザ肉盛り加工時におけるより一層の熱
容量の増大が図れるようになる。
【0015】請求項3に記載の発明によると、ピストン
のヘッド部側の駄肉部の肉厚が円筒外周面側の駄肉部の
それよりも予め大きく形成されているため、特にピスト
ンのヘッド部側の熱容量を一段と大きく確保できるよう
になる。
のヘッド部側の駄肉部の肉厚が円筒外周面側の駄肉部の
それよりも予め大きく形成されているため、特にピスト
ンのヘッド部側の熱容量を一段と大きく確保できるよう
になる。
【0016】上記のようなピストン母材側の熱容量の増
大はレーザ肉盛り加工を行う上できわめて重要な要素で
あり、その熱容量が充分でないと母材側への入熱量が大
きくなり過ぎて、その母材自体が肉盛り層側に溶け込ん
で母材希釈と称される欠陥を生じ、ひどい場合にはその
母材希釈部分で肉盛り層にクラックが発生することがあ
るが、充分な熱容量が増大が図られる上記の各発明では
そのような欠陥の発生を未然に防止できる。
大はレーザ肉盛り加工を行う上できわめて重要な要素で
あり、その熱容量が充分でないと母材側への入熱量が大
きくなり過ぎて、その母材自体が肉盛り層側に溶け込ん
で母材希釈と称される欠陥を生じ、ひどい場合にはその
母材希釈部分で肉盛り層にクラックが発生することがあ
るが、充分な熱容量が増大が図られる上記の各発明では
そのような欠陥の発生を未然に防止できる。
【0017】請求項4に記載の発明によると、周溝の全
周に肉盛りするための加工を複数回行うことにより、よ
り大きな肉盛り層の厚みを確保できるほか、一回の肉盛
り加工で所定の厚みを得ようとすると、必然的にレーザ
ビームエネルギーも大きくせざるを得ないために、例え
ば母材側の熱容量の小さい部分では粉末の溶融と同時に
母材側までも溶融して、肉盛り層の中に母材質が溶け込
んで上記と同様に母材希釈と称される欠陥が発生するこ
とがあるが、請求項4に記載の発明ではそのような不具
合がなくなる。
周に肉盛りするための加工を複数回行うことにより、よ
り大きな肉盛り層の厚みを確保できるほか、一回の肉盛
り加工で所定の厚みを得ようとすると、必然的にレーザ
ビームエネルギーも大きくせざるを得ないために、例え
ば母材側の熱容量の小さい部分では粉末の溶融と同時に
母材側までも溶融して、肉盛り層の中に母材質が溶け込
んで上記と同様に母材希釈と称される欠陥が発生するこ
とがあるが、請求項4に記載の発明ではそのような不具
合がなくなる。
【0018】
【実施例】図3,4は本発明の製造方法によって得られ
たディーゼルエンジン用のピストン1の一例を示す図で
ある。
たディーゼルエンジン用のピストン1の一例を示す図で
ある。
【0019】同図に示すように、ピストン1のうちトッ
プリング2(図5参照)が装着される断面矩形状のリン
グ溝3の周囲には銅系合金等からなる耐摩耗性材質層7
が後述するレーザ肉盛り加工法によって一体に形成され
ている。そして、この耐摩耗性材質層7によってリング
溝3に対して必要充分な耐摩耗性が付与されて、特にリ
ング溝3と図5に示したトップリング2との凝着が防止
されるようになっている。なお、6はトップランド部で
ある。
プリング2(図5参照)が装着される断面矩形状のリン
グ溝3の周囲には銅系合金等からなる耐摩耗性材質層7
が後述するレーザ肉盛り加工法によって一体に形成され
ている。そして、この耐摩耗性材質層7によってリング
溝3に対して必要充分な耐摩耗性が付与されて、特にリ
ング溝3と図5に示したトップリング2との凝着が防止
されるようになっている。なお、6はトップランド部で
ある。
【0020】次に、上記のような耐摩耗性材質層7を有
するピストン1を製造するための本発明の一実施例を詳
細に説明する。
するピストン1を製造するための本発明の一実施例を詳
細に説明する。
【0021】先ず、図2に示すように、ピストン1とな
るべきピストン粗材11の形状をピストン1の最終加工
形状よりも一回り大きな形状に予め設定しておき、その
ピストン粗材11の円筒外周面11aのうち図3,4の
トップリング用のリング溝3が形成される部分に、その
円周方向に沿って断面略逆台形状の周溝8を予め形成し
ておく。
るべきピストン粗材11の形状をピストン1の最終加工
形状よりも一回り大きな形状に予め設定しておき、その
ピストン粗材11の円筒外周面11aのうち図3,4の
トップリング用のリング溝3が形成される部分に、その
円周方向に沿って断面略逆台形状の周溝8を予め形成し
ておく。
【0022】すなわち、上記のピストン粗材11の形状
として、ピストン1のヘッド部1b側にトップランド部
6の最終加工径よりも大径の所定厚みa1の駄肉部9a
を予め設定し、かつその駄肉部9aをピストン1の円筒
外周面1a側まで連続させてその円筒外周面1a側にも
所定厚みa2の駄肉部9bを予め設定しておく。この
時、ヘッド部1b側の駄肉部9aの肉厚a1は、円筒外
周面1a側の駄肉部9bの肉厚a2よりも大きく設定さ
れている。
として、ピストン1のヘッド部1b側にトップランド部
6の最終加工径よりも大径の所定厚みa1の駄肉部9a
を予め設定し、かつその駄肉部9aをピストン1の円筒
外周面1a側まで連続させてその円筒外周面1a側にも
所定厚みa2の駄肉部9bを予め設定しておく。この
時、ヘッド部1b側の駄肉部9aの肉厚a1は、円筒外
周面1a側の駄肉部9bの肉厚a2よりも大きく設定さ
れている。
【0023】次に、図1の(A)に示すように、上記の
ピストン粗材11を水平姿勢にして図示外の治具に位置
決め固定し、周溝8に対して粉末供給ノズル10から銅
系合金材料の粉末12を連続供給してその周溝8を粉末
12で満たしながら、該粉末12の上からレーザビーム
13を照射する一方、同時にピストン粗材11をその軸
心を回転中心として所定速度で回転させてそのピストン
粗材11とレーザビーム13とを相対回転させる。
ピストン粗材11を水平姿勢にして図示外の治具に位置
決め固定し、周溝8に対して粉末供給ノズル10から銅
系合金材料の粉末12を連続供給してその周溝8を粉末
12で満たしながら、該粉末12の上からレーザビーム
13を照射する一方、同時にピストン粗材11をその軸
心を回転中心として所定速度で回転させてそのピストン
粗材11とレーザビーム13とを相対回転させる。
【0024】これにより、周溝8に盛られた粉末12を
レーザビームエネルギーにより一旦溶融させた上で固化
させて、周溝8に沿って銅系合金の肉盛り層14を形成
する。
レーザビームエネルギーにより一旦溶融させた上で固化
させて、周溝8に沿って銅系合金の肉盛り層14を形成
する。
【0025】その後、図1の(B)に示すように、肉盛
り層14を充分に冷却させた上でピストン粗材11に機
械加工を施し、駄肉部9a,9bをそれぞれ切削除去し
てピストン1を所定寸法に仕上げるとともに、肉盛り層
14に溝加工を施してリング溝3を形成する。
り層14を充分に冷却させた上でピストン粗材11に機
械加工を施し、駄肉部9a,9bをそれぞれ切削除去し
てピストン1を所定寸法に仕上げるとともに、肉盛り層
14に溝加工を施してリング溝3を形成する。
【0026】これにより、リング溝3の周囲がクラッド
構造のものとなって、図3,4にも示すようにこのリン
グ溝3の周囲に銅系合金の肉盛り層14たる耐摩耗性材
質層7が形成される。
構造のものとなって、図3,4にも示すようにこのリン
グ溝3の周囲に銅系合金の肉盛り層14たる耐摩耗性材
質層7が形成される。
【0027】ここで、銅系合金の耐摩耗性材質層7は上
記のように粉末12を溶融させることによって形成する
方法であるため、ピストン母材であるアルミニウム合金
に対するぬれ性および界面での接合強度が高く、その断
面積としては従来の鋳鉄タイプの耐摩耗性リング4(図
5参照)よりも大幅に小さくて済み、それによってリン
グ溝3からヘッド部1bまでの距離であるトップランド
部6の厚さh1も従来よりも大幅に小さくなる。
記のように粉末12を溶融させることによって形成する
方法であるため、ピストン母材であるアルミニウム合金
に対するぬれ性および界面での接合強度が高く、その断
面積としては従来の鋳鉄タイプの耐摩耗性リング4(図
5参照)よりも大幅に小さくて済み、それによってリン
グ溝3からヘッド部1bまでの距離であるトップランド
部6の厚さh1も従来よりも大幅に小さくなる。
【0028】また、上記のようにピストン粗材11の形
状として駄肉部9a,9bを予め見込んだ形状とするこ
とは材料歩留まりの上では不利になるものの、耐摩耗性
材質層7の品質向上の上できわめて重要な意味をもつこ
とになる。
状として駄肉部9a,9bを予め見込んだ形状とするこ
とは材料歩留まりの上では不利になるものの、耐摩耗性
材質層7の品質向上の上できわめて重要な意味をもつこ
とになる。
【0029】例えば、上記のようなレーザ肉盛り加工に
際して、駄肉部9a,9bが全く設定されていなかった
り、あるいは駄肉部9a,9bが設定してあったとして
も特にヘッド部1b側の駄肉部9aの径がトップランド
部6の最終加工径よりも小さい場合や、各駄肉部9a,
9bの肉厚a1,a2がきわめて小さいような場合には、
トップランド部6の熱容量が小さいために、レーザ肉盛
り加工時にピストン母材側への入熱量が大きくなり過ぎ
て、肉盛り層14となるべき粉末12の溶融と同時に母
材自体も溶融してそのピストン母材であるアルミニウム
合金が肉盛り層14側に溶け込んで肉盛り層14に母材
希釈と称される欠陥が発生する。そして、母材希釈が発
生すると、肉盛り層14のその部分にクラックが発生し
て不良品となる。
際して、駄肉部9a,9bが全く設定されていなかった
り、あるいは駄肉部9a,9bが設定してあったとして
も特にヘッド部1b側の駄肉部9aの径がトップランド
部6の最終加工径よりも小さい場合や、各駄肉部9a,
9bの肉厚a1,a2がきわめて小さいような場合には、
トップランド部6の熱容量が小さいために、レーザ肉盛
り加工時にピストン母材側への入熱量が大きくなり過ぎ
て、肉盛り層14となるべき粉末12の溶融と同時に母
材自体も溶融してそのピストン母材であるアルミニウム
合金が肉盛り層14側に溶け込んで肉盛り層14に母材
希釈と称される欠陥が発生する。そして、母材希釈が発
生すると、肉盛り層14のその部分にクラックが発生し
て不良品となる。
【0030】その点、上記実施例では、ピストン1のヘ
ッド部1b側および円筒外周面1a側にそれぞれ所定厚
みa1,a2の駄肉部9a,9bを予め設定しているため
に、必要充分な熱容量の増大が図れて、上記のような欠
陥を確実に防止できるようになる。
ッド部1b側および円筒外周面1a側にそれぞれ所定厚
みa1,a2の駄肉部9a,9bを予め設定しているため
に、必要充分な熱容量の増大が図れて、上記のような欠
陥を確実に防止できるようになる。
【0031】本実施例では、図1,2に示すように、A
C8C材(JIS規格)よりなるアルミニウム合金製の
ピストン粗材11に予めヘッド部1b側の駄肉部9aと
円筒外周面1a側の駄肉部9bとを設定した上、溝底の
幅W1が3mm、溝深さH1が4.7mm、開先角θが6
0°の断面略逆台形状の周溝8を形成した。上記のヘッ
ド部1b側の駄肉部9aの肉厚a1は5mm程度に設定
し、同じく円筒外周面1a側の駄肉部9bの肉厚a2は
1mm程度に設定した。
C8C材(JIS規格)よりなるアルミニウム合金製の
ピストン粗材11に予めヘッド部1b側の駄肉部9aと
円筒外周面1a側の駄肉部9bとを設定した上、溝底の
幅W1が3mm、溝深さH1が4.7mm、開先角θが6
0°の断面略逆台形状の周溝8を形成した。上記のヘッ
ド部1b側の駄肉部9aの肉厚a1は5mm程度に設定
し、同じく円筒外周面1a側の駄肉部9bの肉厚a2は
1mm程度に設定した。
【0032】次に、上記のピストン粗材11を水平姿勢
にして、周溝8に対して粉末供給ノズル10からアルミ
ブロンズの粉末を45g/minで連続供給しながら
4.0kWのレーザビーム13を照射し、加工速度0.
6m/minでピストン粗材11を回転させながら肉盛
り加工を行って肉盛り層14を形成した。ここで使用さ
れるアルミブロンズの粉末は、例えば、Al−10%、
Ni−5%,Fe−3%,Cu−残部、の組成のものと
した。
にして、周溝8に対して粉末供給ノズル10からアルミ
ブロンズの粉末を45g/minで連続供給しながら
4.0kWのレーザビーム13を照射し、加工速度0.
6m/minでピストン粗材11を回転させながら肉盛
り加工を行って肉盛り層14を形成した。ここで使用さ
れるアルミブロンズの粉末は、例えば、Al−10%、
Ni−5%,Fe−3%,Cu−残部、の組成のものと
した。
【0033】また、前記周溝8の断面形状を略逆台形状
のものとしているのは、その台形状の脚部に相当する周
溝8の側壁面に対して肉盛り加工時にレーザビーム13
を満遍なく照射して、特にその周溝8の側壁面に相当す
る部分での肉盛り層14とピストン母材との密着性をよ
くするためである。
のものとしているのは、その台形状の脚部に相当する周
溝8の側壁面に対して肉盛り加工時にレーザビーム13
を満遍なく照射して、特にその周溝8の側壁面に相当す
る部分での肉盛り層14とピストン母材との密着性をよ
くするためである。
【0034】上記レーザビーム13は、照射位置での形
状が6mm×2mmの長方形状となるように光学的処理
を施した上で、その長辺を周溝8の溝幅方向と一致させ
て照射した。
状が6mm×2mmの長方形状となるように光学的処理
を施した上で、その長辺を周溝8の溝幅方向と一致させ
て照射した。
【0035】上記の肉盛り加工は二回行い、一回目の肉
盛り加工後であって二回目の肉盛り加工開始前に肉盛り
層14を含むピストン粗材11全体を充分に冷却させ
た。なお、図1の(A)に示すように一回目にできた肉
盛り層を符号14aで示し、二回目にできた肉盛り層を
符号14bで示す。
盛り加工後であって二回目の肉盛り加工開始前に肉盛り
層14を含むピストン粗材11全体を充分に冷却させ
た。なお、図1の(A)に示すように一回目にできた肉
盛り層を符号14aで示し、二回目にできた肉盛り層を
符号14bで示す。
【0036】その後、駄肉部9a,9bをそれぞれ切削
除去してピストン1を所定寸法に仕上げるとともに、残
された肉盛り層14に溝加工を施して溝幅W2が2mm
で溝深さH2が3.7mmのリング溝3を形成した。こ
れにより、リング溝3の周囲に銅系合金の肉盛り層14
なる耐摩耗性材質層7を形成した。
除去してピストン1を所定寸法に仕上げるとともに、残
された肉盛り層14に溝加工を施して溝幅W2が2mm
で溝深さH2が3.7mmのリング溝3を形成した。こ
れにより、リング溝3の周囲に銅系合金の肉盛り層14
なる耐摩耗性材質層7を形成した。
【0037】本発明者が試作を行ったところ、図5に示
した従来のピストン1ではトップランド部6の厚さhが
13mm程度であったものが、本実施例では同一サイズ
のピストン1でトップランド部6の厚さh1が6mm程
度まで小さくできることが確認できた。
した従来のピストン1ではトップランド部6の厚さhが
13mm程度であったものが、本実施例では同一サイズ
のピストン1でトップランド部6の厚さh1が6mm程
度まで小さくできることが確認できた。
【0038】
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、レーザ
による肉盛り加工前に、ピストンのうち少なくともその
ヘッド部側に予め駄肉部を形成したおき、肉盛り加工後
にこの駄肉部を切削除去するようにしたため、レーザ肉
盛り加工時の熱容量の増大が図れて、ピストン母材との
接合強度の高い必要最小限の大きさの肉盛り層を形成す
ることができ、従来の鋳鉄鋳包みタイプのものと比べて
ピストンの重量を軽減できるとともに、トップランド厚
さを大幅に小さくすることができる。特に、トップラン
ド厚さの縮小化により燃焼室のいわゆるクレビスボリュ
ームを小さくすることができるために、HC等の排気ガ
スの低減化に大きく貢献できる。
による肉盛り加工前に、ピストンのうち少なくともその
ヘッド部側に予め駄肉部を形成したおき、肉盛り加工後
にこの駄肉部を切削除去するようにしたため、レーザ肉
盛り加工時の熱容量の増大が図れて、ピストン母材との
接合強度の高い必要最小限の大きさの肉盛り層を形成す
ることができ、従来の鋳鉄鋳包みタイプのものと比べて
ピストンの重量を軽減できるとともに、トップランド厚
さを大幅に小さくすることができる。特に、トップラン
ド厚さの縮小化により燃焼室のいわゆるクレビスボリュ
ームを小さくすることができるために、HC等の排気ガ
スの低減化に大きく貢献できる。
【0039】請求項2に記載の発明によれば、ピストン
のヘッド部側および円筒外周面側にピストンのトップラ
ンド部の最終加工径よりも大きな駄肉部がそれぞれ形成
されているため、レーザ肉盛り加工時における一層の熱
容量の増大が図れるようになって、特に肉盛り層の母材
希釈あるいはそれに伴うクラックの発生を未然に防止し
て肉盛り層の品質向上に貢献できる。
のヘッド部側および円筒外周面側にピストンのトップラ
ンド部の最終加工径よりも大きな駄肉部がそれぞれ形成
されているため、レーザ肉盛り加工時における一層の熱
容量の増大が図れるようになって、特に肉盛り層の母材
希釈あるいはそれに伴うクラックの発生を未然に防止し
て肉盛り層の品質向上に貢献できる。
【0040】請求項3に記載の発明によれば、ピストン
のヘッド部側の駄肉部の肉厚が円筒外周面側の駄肉部の
肉厚よりも予め大きく形成されているため、特にトップ
ランド部側の熱容量を一段と大きく確保して、肉盛り層
の品質向上に貢献できる利点がある。
のヘッド部側の駄肉部の肉厚が円筒外周面側の駄肉部の
肉厚よりも予め大きく形成されているため、特にトップ
ランド部側の熱容量を一段と大きく確保して、肉盛り層
の品質向上に貢献できる利点がある。
【0041】請求項4に記載の発明によれば、周溝の全
周に肉盛りする肉盛り加工を複数回行うことにより、よ
り大きな肉盛り層の厚みを確保できるほか、所定の厚み
の肉盛り層を一回の肉盛り加工で得る場合と比べて、母
材の溶融によってその母材が肉盛り層側に溶け込む母材
希釈と称される欠陥を未然に防止することができ、肉盛
り加工品質の向上が図れる。
周に肉盛りする肉盛り加工を複数回行うことにより、よ
り大きな肉盛り層の厚みを確保できるほか、所定の厚み
の肉盛り層を一回の肉盛り加工で得る場合と比べて、母
材の溶融によってその母材が肉盛り層側に溶け込む母材
希釈と称される欠陥を未然に防止することができ、肉盛
り加工品質の向上が図れる。
【図1】本発明の製造方法の一実施例を示す図で、
(A)はレーザ肉盛り加工時の要部拡大断面図、(B)
は機械加工後のリング溝周辺の要部拡大断面図。
(A)はレーザ肉盛り加工時の要部拡大断面図、(B)
は機械加工後のリング溝周辺の要部拡大断面図。
【図2】レーザ肉盛り加工前のピストン粗材の要部拡大
断面図。
断面図。
【図3】本発明の製造方法によって加工されたピストン
の説明図。
の説明図。
【図4】図4の要部拡大断面図。
【図5】従来のピストンの一例を示す要部拡大断面図。
1…ピストン 1a…ヘッド部 1b…円筒外周面 2…トップリング 3…リング溝 6…トップランド部 7…耐摩耗性材質層 8…周溝 9a,9b…駄肉部 10…粉末供給ノズル 11…ピストン粗材 12…粉末 13…レーザビーム 14,14a,14b…肉盛り層
Claims (4)
- 【請求項1】 アルミニウム合金よりなるピストンの円
筒外周面のうちトップリング用のリング溝が形成される
部分にその円周方向に沿って周溝を形成する工程と、 前記周溝に銅系合金材料の粉末を供給しながらレーザビ
ームを照射するとともにピストンとレーザビームとを相
対移動させて、前記粉末を溶融させることにより周溝に
沿って肉盛り層を形成する工程と、 前記レーザ肉盛り加工後にその肉盛り層に機械加工を施
してトップリング装着用のリング溝を形成する工程とを
含み、 前記レーザ肉盛り加工前のピストンのうち少なくともそ
のヘッド部側に予め駄肉部を形成しておき、前記レーザ
肉盛り加工後の機械加工によってこの駄肉部を切削除去
することを特徴とする内燃機関用ピストンの製造方法。 - 【請求項2】 ピストンのヘッド部側および円筒外周面
側にピストンのトップランド部の最終加工径よりも大き
な駄肉部がそれぞれ形成されていることを特徴とする請
求項1記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 - 【請求項3】 前記ピストンのヘッド部側の駄肉部が円
筒外周面側の駄肉部よりも厚肉に形成されていることを
特徴とする請求項2記載の内燃機関用ピストンの製造方
法。 - 【請求項4】 前記レーザ肉盛り加工は、周溝の全周に
肉盛り層が形成されるのを一回として複数回行うことを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関用
ピストンの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7072182A JPH08270502A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7072182A JPH08270502A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08270502A true JPH08270502A (ja) | 1996-10-15 |
Family
ID=13481829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7072182A Pending JPH08270502A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 内燃機関用ピストンの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08270502A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2409507A (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-29 | Caterpillar Inc | Method of repairing a part, particularly a piston, using laser cladding |
JP2013126668A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 肉盛溶接方法および肉盛溶接装置 |
-
1995
- 1995-03-30 JP JP7072182A patent/JPH08270502A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2409507A (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-29 | Caterpillar Inc | Method of repairing a part, particularly a piston, using laser cladding |
JP2013126668A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 肉盛溶接方法および肉盛溶接装置 |
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