JPH11269574A - Manufacture of machine member formed of whisker reinforced alloy, and machine member formed of whisker reinforced alloy - Google Patents
Manufacture of machine member formed of whisker reinforced alloy, and machine member formed of whisker reinforced alloyInfo
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- JPH11269574A JPH11269574A JP7038298A JP7038298A JPH11269574A JP H11269574 A JPH11269574 A JP H11269574A JP 7038298 A JP7038298 A JP 7038298A JP 7038298 A JP7038298 A JP 7038298A JP H11269574 A JPH11269574 A JP H11269574A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属基複合材の技
術分野に属し、特にウィスカ強化合金製機械部材の製造
方法の技術分野に属する。本発明はまた、機械部材の技
術分野に属し、特に上記製造方法によって製造されるウ
ィスカ強化合金製機械部材の技術分野にも属する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of metal matrix composites, and more particularly to the technical field of a method for manufacturing a whisker reinforced alloy machine member. The present invention also belongs to the technical field of mechanical members, and particularly to the technical field of whisker reinforced alloy mechanical members manufactured by the above-described manufacturing method.
【0002】[0002]
【従来の技術】工作機械を含む各種機械装置の高速化お
よび加速減速の急速化に伴い、同機械装置を構成してい
る部材のうち回転や並進運動などを行う移動部材には、
要求される特性を満たしながらより軽量であることが求
められている。ここで要求される特性には、高強度、高
剛性、低熱膨張率および良好な加工性などが含まれる。2. Description of the Related Art With the speeding up and acceleration and deceleration of various types of machinery including machine tools, moving members that perform rotation or translational movement among the members constituting the machinery include:
It is required to be lighter while satisfying the required properties. The properties required here include high strength, high rigidity, low coefficient of thermal expansion, good workability, and the like.
【0003】これらの特性を満たす軽量部材のうちの一
つとして、ホウ酸アルミニウム・ウィスカ強化アルミニ
ウム合金複合材料があり、生産性に優れた加圧鋳造法に
よって製造される同複合材料が有望視されている。同複
合材料は、ホウ酸アルミニウム・ウィスカのプリフォー
ム中に母材のアルミニウム合金を加圧含浸した複合材料
であって、強度、剛性、熱膨張率、耐摩耗性などの特性
に優れているうえに、価格面でも比較的低コストであ
る。同複合材料に関する文献としては、たとえば「ほう
酸アルミニウムウィスカ強化AC8Aアルミニウム合金
複合材料の強度と耐熱性評価」(菅沼克昭他、軽金属、
1991年、第41巻第4号、270〜275頁)など
がある。As one of the lightweight members satisfying these characteristics, there is an aluminum borate / whisker reinforced aluminum alloy composite material, and the composite material produced by the pressure casting method which is excellent in productivity is considered promising. ing. The composite material is a preform of aluminum borate whiskers impregnated with a base aluminum alloy under pressure and has excellent properties such as strength, rigidity, coefficient of thermal expansion, and wear resistance. In addition, the cost is relatively low. As literatures on the composite material, for example, “Evaluation of strength and heat resistance of aluminum borate whisker reinforced AC8A aluminum alloy composite material” (Katsuaki Suganuma et al., Light Metal,
1991, Vol. 41, No. 4, pp. 270-275).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術としての前述の加圧鋳造によるホウ酸アルミニウム・
ウィスカ強化アルミニウム合金複合材料では、大型で複
雑な形状のホウ酸アルミニウム・ウィスカのプリフォー
ムの製造が非常に困難である。それゆえ、従来技術によ
り製造されているホウ酸アルミニウム・ウィスカのプリ
フォームは単純形状に限定されており、単純形状の素材
以外の製造は困難である。すなわち、従来技術によって
は、丸無垢材、中空円筒材、角材等の極めて単純な形状
の素材しか上記複合材料で製造されておらず、大型で比
較的複雑な形状の素材を製造することは困難である。However, aluminum borate by the above-described pressure casting as the prior art has been proposed.
With whisker reinforced aluminum alloy composites, it is very difficult to produce large and complex shaped aluminum borate whisker preforms. Therefore, the preform of aluminum borate whiskers manufactured by the prior art is limited to a simple shape, and it is difficult to manufacture a material other than a material having a simple shape. That is, depending on the prior art, only a material having an extremely simple shape such as a solid round material, a hollow cylindrical material, and a square material is manufactured from the composite material, and it is difficult to manufacture a large-sized material having a relatively complicated shape. It is.
【0005】そのうえ、上記複合材料は比較的加工性が
良いとはいえ、通常の鋳鉄や鋼材と同様な高能率で切削
したり研削したりすることはできないので、工作機械の
主軸等の比較的複雑な形状の機械部材を切削または研削
で製造するには工数がかかる。また、単純形状の素材か
ら比較的複雑な機械部材を削り出すと、比較的高価なウ
ィスカの歩留まり率も低くなるので、ウィスカの歩留ま
り率の点からも不利である。すなわち、ウィスカを含む
単純形状の複合材素材から比較的複雑な機械部材を削り
出すと、加工工数の点でもウィスカの歩留まり率の点で
も、コストの上昇につながるという不都合がある。[0005] In addition, although the above-mentioned composite material has relatively good workability, it cannot be cut or ground with the same high efficiency as ordinary cast iron or steel, so that the composite material such as the main shaft of a machine tool can be used. Manufacture of a machine member having a complicated shape by cutting or grinding requires many man-hours. In addition, if a relatively complicated machine member is cut out from a material having a simple shape, the yield rate of a relatively expensive whisker decreases, which is disadvantageous in terms of the whisker yield rate. That is, if a relatively complicated mechanical member is cut out of a composite material having a simple shape including a whisker, there is an inconvenience that the cost increases in terms of the number of processing steps and the yield rate of the whisker.
【0006】そこで本発明は、比較的複雑な形状の大型
機械部材を従来技術よりも安価に製造することができる
ウィスカ強化合金製機械部材の製造方法を提供すること
を、解決すべき課題とする。また、同製造方法によって
より安価に製造されるウィスカ強化合金製機械部材を提
供することをも、解決すべき課題とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a whisker reinforced alloy machine member capable of manufacturing a large machine member having a relatively complicated shape at a lower cost than in the prior art. . Another object of the present invention is to provide a mechanical member made of a whisker reinforced alloy which is manufactured at a lower cost by the manufacturing method.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 [製造方法の発明] (第1手段)本発明の第1手段は、請求項1記載のウィ
スカ強化合金製機械部材の製造方法である。Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects In order to solve the above problems, the inventors have invented the following means. [Invention of Manufacturing Method] (First Means) A first means of the present invention is a method for manufacturing a mechanical member made of a whisker-reinforced alloy according to claim 1.
【0008】本手段では、プリフォーム製造工程と強化
材プリフォーム形成工程と鋳造工程とが順次行われて、
ウィスカ強化合金製機械部材が製造される。すなわち先
ず、プリフォーム製造工程では、所望の機械部材の概略
形状を分割した複数の単純形状にウィスカが成形され、
ウィスカからなる複数のプリフォームが製造される。前
述のように、ウィスカからなるプリフォームを複雑な形
状に形成することは困難であるが、単純形状のプリフォ
ームを製造することは特に大きな困難を伴わないので、
本工程は容易かつ安価に実施される。In this means, a preform manufacturing process, a reinforcing material preform forming process, and a casting process are sequentially performed.
A whisker reinforced alloy machine component is manufactured. That is, first, in the preform manufacturing process, whiskers are formed into a plurality of simple shapes obtained by dividing the schematic shape of a desired mechanical member,
A plurality of preforms made of whiskers are manufactured. As described above, it is difficult to form a preform made of whiskers into a complicated shape, but it is not particularly difficult to manufacture a preform having a simple shape.
This step is performed easily and inexpensively.
【0009】次に、強化材プリフォーム形成工程では、
複数のプリフォームを所望の機械部材の概略形状に組み
合わせて固定し、ウィスカからなる所望の機械部材の概
略形状をした強化材プリフォームが形成される。この
際、通常は複数のプリフォームが互いに圧着されて固定
されるので、互いに隣り合うプリフォームの互いに当接
する当接面では、両プリフォームのウィスカがある程度
互いに入り組み、絡まり合って一体的に強化材プリフォ
ームが形成される。それゆえ、鋳造後の複合材におい
て、各プリフォームの接合面での強度低下はあまり大き
くはなく、接合部以外での強度に近い強度が各プリフォ
ームの接合面でも得られる。Next, in the reinforcing material preform forming step,
A plurality of preforms are combined and secured to the desired shape of the mechanical member to form a reinforced preform of the desired shape of the whisker. At this time, since a plurality of preforms are usually pressed and fixed to each other, the whiskers of both preforms are entangled with each other to some extent on the abutting surfaces of the adjacent preforms, and are entangled and integrally formed. A reinforcement preform is formed. Therefore, in the composite material after casting, the strength decrease at the joint surface of each preform is not so large, and a strength close to the strength at a portion other than the joint is obtained at the joint surface of each preform.
【0010】さらに鋳造工程では、所望の機械部材の概
略形状をした強化材プリフォームが鋳型内に挿置された
状態で、母材合金の溶湯が、強化材プリフォームを収容
している鋳型内に注湯される。そして、鋳型内の溶湯が
加圧され、母材合金の溶湯は強化材プリフォームの微細
空間にまで含浸させされる。そのうえで溶湯は冷却して
固化させられ、溶湯が固化した母材合金とウィスカから
なる強化材プリフォームとの複合材が、所望の機械部材
の概略形状に鋳造される。Further, in the casting step, while the reinforcing material preform having a general shape of a desired mechanical member is inserted in the mold, the molten metal of the base metal alloy is poured into the mold containing the reinforcing material preform. It is poured into. Then, the molten metal in the mold is pressurized, and the molten metal of the base metal alloy is impregnated into the minute space of the reinforcing material preform. Then, the molten metal is cooled and solidified, and a composite material of the solidified base metal alloy and the reinforcing material preform made of whiskers is cast into a general shape of a desired mechanical member.
【0011】本手段では、以上のように、単純形状のプ
リフォームを複数個成形してこれらを組み合わせること
によって、所望の機械部材の概略形状にウィスカからな
る強化材プリフォームが形成される。すなわち本手段で
は、所望の機械部材の概略形状に初めからウィスカから
なるプリフォームを成形することなしに、ウィスカから
なる単純形状のプリフォームを組み合わせることによっ
て、所望の機械部材の概略形状に強化材プリフォームが
形成される。それゆえ、鋳造工程の結果、ウィスカから
なる強化材と母材合金との複合材は、所望の機械部材の
概略形状に形成されている。According to the present invention, as described above, by forming a plurality of preforms of a simple shape and combining them, a reinforcing material preform made of whiskers is formed into a general shape of a desired mechanical member. That is, in the present means, the reinforcing material is formed into the desired shape of the mechanical member by combining the simple shape preform of the whisker without forming the whisker preform into the desired shape of the mechanical member from the beginning. A preform is formed. Therefore, as a result of the casting process, the composite material of the reinforcing material composed of whiskers and the base metal alloy is formed in a general shape of a desired mechanical member.
【0012】その結果、初めからウィスカからなるプリ
フォームを所望の機械部材の概略形状に成形する必要が
ないので、プリフォームを製造する工程に困難がなく、
プリフォームの形成工程における製造コストが低減され
る。しかも、鋳造工程の結果得られる強化材プリフォー
ムと母材合金との複合材は、所望の機械部材の概略形状
に形成されているので、切削が比較的困難な複合材部分
を切削する工程は、最低限に抑制され、工数低減にな
る。また、プリフォームの部分の切削が少なくなるの
で、高価なプリフォームの歩留まり率が向上し、高価な
ウィスカ材料の材料費の節減になる。すなわち、工数の
低減効果と材料費の節減効果とにより、コストダウンが
可能になる。As a result, there is no need to mold the preform made of whiskers into a desired shape of a mechanical member from the beginning, so that there is no difficulty in the process of manufacturing the preform.
The manufacturing cost in the preform forming step is reduced. In addition, since the composite material of the reinforcing material preform and the base metal alloy obtained as a result of the casting process is formed in the approximate shape of the desired mechanical member, the step of cutting the composite material portion which is relatively difficult to cut is performed. , And the man-hour is reduced. Further, since the cutting of the preform portion is reduced, the yield rate of the expensive preform is improved, and the material cost of the expensive whisker material is reduced. That is, the cost can be reduced by the effect of reducing the number of steps and the effect of reducing the material cost.
【0013】したがって本手段によれば、比較的複雑な
形状の大型機械部材を、従来技術よりも安価に製造する
ことができるウィスカ強化合金製機械部材の製造方法を
提供することができるという効果がある。 (第2手段)本発明の第2手段は、請求項2記載のウィ
スカ強化合金製機械部材の製造方法である。Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a whisker reinforced alloy mechanical member capable of manufacturing a relatively complicated large-sized mechanical member at a lower cost than in the prior art. is there. (Second Means) A second means of the present invention is a method for producing a whisker reinforced alloy machine member according to the second aspect.
【0014】本手段では、ウィスカは、ホウ酸アルミニ
ウム・ウィスカであるか、あるいは少なくともアルミナ
短繊維を含むホウ酸アルミニウム・ウィスカであり、母
材合金は、アルミニウム合金である。それゆえ、強化材
プリフォームを形成するウィスカと母材合金との濡れ性
が高く、鋳造工程で互いに良くなじむので、より強固な
複合材が形成される。また、アルミニウム合金の比重は
鋼材の三分の一程度であり、ホウ酸アルミニウム・ウィ
スカの比重もアルミニウム合金と同程度なので、製造さ
れるウィスカ強化合金製機械部材の比重は鉄鋼の三分の
一程度になり、高い軽量化効果が得られる。[0014] In this means, the whisker is an aluminum borate whisker or an aluminum borate whisker containing at least alumina short fibers, and the base material alloy is an aluminum alloy. Therefore, the wettability of the whisker forming the reinforcement preform and the base metal alloy is high, and the whisker and the base metal alloy are compatible with each other in the casting process, so that a stronger composite material is formed. The specific gravity of aluminum alloy is about one-third that of steel, and the specific gravity of aluminum borate / whisker is also about the same as aluminum alloy. And a high weight saving effect can be obtained.
【0015】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、よりいっそう高強度低比重のウィス
カ強化合金製機械部材を製造することができるという効
果がある。 (第3手段)本発明の第3手段は、請求項3記載のウィ
スカ強化合金製機械部材の製造方法である。Therefore, according to this means, in addition to the effect of the above-described first means, there is an effect that a mechanical member made of a whisker reinforced alloy having higher strength and lower specific gravity can be manufactured. (Third Means) A third means of the present invention is a method of manufacturing a mechanical member made of a whisker reinforced alloy according to claim 3.
【0016】本手段では、強化材プリフォーム形成工程
では、鋳型内に固定される中子に中子に嵌合する孔が形
成された複数のプリフォームが順次はめ込まれて固定さ
れ、プリフォームが積み重ねられて固定された強化材プ
リフォームが形成されるに至る。すなわち、中子にプリ
フォームをはめ込んで積層することにより、たとえば回
転対称形の大型機械部材を製造する場合、中子が複数の
プリフォームの軸心を合わせて同軸に固定する作用を果
たす。その結果、プリフォームが積層された強化材プリ
フォームは精度良く同軸に形成されるうえに、鋳造工程
の結果できあがる複合材が中子の形状に中空部が形成さ
れた中空部材として形成されるので、仕上げ工程で中ぐ
り加工が少なくて済むようになる。According to this means, in the reinforcing material preform forming step, a plurality of preforms each having a hole fixed to the core and fixed in the mold are sequentially fitted and fixed, and the preform is fixed. Stacked and fixed reinforcement preforms are formed. That is, when a preform is inserted into the core and laminated, for example, when a rotationally symmetrical large-sized mechanical member is manufactured, the core performs the function of aligning the axes of the plurality of preforms and coaxially fixing them. As a result, the reinforcing material preform in which the preforms are laminated is accurately formed coaxially, and the composite material formed as a result of the casting process is formed as a hollow member having a hollow portion in the shape of a core. Therefore, less boring is required in the finishing process.
【0017】したがって本手段によれば、前述の第1手
段の効果に加えて、中空部材が寸法精度良く、かつ安価
に製造することができるようになるという効果がある。 (第4手段)本発明の第4手段は、請求項4記載のウィ
スカ強化合金製機械部材の製造方法である。Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means, there is an effect that the hollow member can be manufactured with high dimensional accuracy and at low cost. (Fourth Means) A fourth means of the present invention is a method for producing a mechanical member made of a whisker reinforced alloy according to the fourth aspect.
【0018】本手段では、鋳造工程の後に、鋳造された
複合材を切削して荒加工したのち、複合材を熱処理して
から精密な切削または研削による仕上げ加工を行う仕上
げ工程をさらに有する。すなわち、鋳造されたままの状
態では、鋳造部材の中には、母材合金だけからなる部分
と複合材からなる部分とが併存している。それゆえ、鋳
造部材をこのままの状態にして熱処理を加えると、母材
合金だけからなる部分と複合材からなる部分との間で互
いに異なる熱膨張率に起因して、鋳造部材が割れること
がある。そこで、荒加工により母材合金だけからなる部
分を削り落としてしまい、複合材からなる部分だけで仕
上がり寸法よりもやや余裕がある外形寸法に部材外形を
整えるようにする。この荒加工により、複合材の周りに
付いている母材合金だけからなる部分を削り落としてあ
るので、熱処理を施した際にも、熱膨張率の差違に起因
して鋳造部材が割れることが防止される。This means further includes, after the casting step, a finishing step in which the cast composite material is cut and rough-processed, and then the composite material is heat-treated and then subjected to finishing by precision cutting or grinding. That is, in the as-cast state, the cast member has both a portion composed of the base alloy and a portion composed of the composite material. Therefore, if the heat treatment is performed while the cast member is left as it is, the cast member may be cracked due to the different thermal expansion coefficients between the portion composed only of the base material alloy and the portion composed of the composite material. . Therefore, a portion consisting only of the base material alloy is cut off by the roughing, and the outer shape of the member is adjusted to an outer size slightly more than the finished size only by the portion consisting of the composite material. By this roughing, the part consisting only of the base metal alloy around the composite material has been shaved off, so even when subjected to heat treatment, the cast member may crack due to the difference in the coefficient of thermal expansion. Is prevented.
【0019】しかる後、熱処理を施せば、母材合金が鋼
材であれば焼き入れおよび焼き鈍しなどが可能である
し、母材合金がアルミニウム合金である場合には、時効
硬化の促進が可能である。いずれの材料の場合でも、熱
処理により内部応力が緩和され、製品の強度を向上させ
る効果が期待できる。内部応力が緩和されていれば、以
後の変形が未然に防止されるので、寸法精度が向上す
る。Thereafter, if heat treatment is performed, quenching and annealing can be performed if the base material alloy is a steel material, and age hardening can be promoted if the base material alloy is an aluminum alloy. . In any case, the effect of relaxing the internal stress by heat treatment and improving the strength of the product can be expected. If the internal stress is relaxed, subsequent deformation is prevented beforehand, so that dimensional accuracy is improved.
【0020】そして最後に精密な切削または研削による
仕上げ加工を行えば、寸法精度を向上させることができ
るだけではなく、経年変化による変形をも熱処理によっ
て抑制することができ、長期間に渡っての寸法精度の維
持が期待できる。したがって本手段によれば、前述の第
1手段の効果に加えて、熱処理時の割れを防止しながら
熱処理による材質の改善ができ、長期間に渡る製品の寸
法精度も向上するという効果がある。[0020] Finally, if the finishing process is performed by precision cutting or grinding, not only the dimensional accuracy can be improved, but also the deformation due to aging can be suppressed by heat treatment, and the dimensional accuracy over a long period of time can be reduced. You can expect to maintain accuracy. Therefore, according to this means, in addition to the effect of the first means described above, the material can be improved by heat treatment while preventing cracks during heat treatment, and the dimensional accuracy of the product over a long period of time can be improved.
【0021】[物の発明] (第5手段)本発明の第5手段は、請求項5記載のウィ
スカ強化合金製機械部材である。本手段は、ウィスカか
らなる単純な形状の複数の部分が一体に接合されて成形
されている強化材プリフォームと、各部分を互いに接合
するとともに強化材プリフォームのウィスカの間の微細
な空間を満たす母材合金とからなる。それゆえ本手段
は、前述の実施例1と同様な理由で安価に製造される。[Invention of a product] (Fifth means) A fifth means of the present invention is a mechanical member made of a whisker reinforced alloy according to claim 5. This means is to form a reinforcing material preform in which a plurality of parts of a simple shape made of whiskers are integrally joined and formed, and a fine space between the whiskers of the reinforcing material preform by joining the respective parts together. And a base metal alloy to be satisfied. Therefore, this means is manufactured at low cost for the same reason as in the first embodiment.
【0022】したがって本手段によれば、より安価に製
造されるウィスカ強化合金製機械部材を提供することが
できるという効果がある。Therefore, according to this means, there is an effect that a mechanical member made of a whisker reinforced alloy which can be manufactured at lower cost can be provided.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態および実施例】本発明のウィスカ強
化合金製機械部材の製造方法およびウィスカ強化合金製
機械部材の実施の形態については、当業者に実施可能な
理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説
明する。 [実施例1] (実施例1の製造方法)本発明の実施例1としてのウィ
スカ強化合金製機械部材の製造方法は、図1に示すよう
な完成形状をもつウィスカ強化合金製の工作機械の主軸
ハウジング部材100を製造する方法である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The method of manufacturing a whisker reinforced alloy mechanical member and the embodiment of the whisker reinforced alloy mechanical member of the present invention will be described below so that those skilled in the art can understand the present invention. The examples are clear and sufficient. [Example 1] (Manufacturing method of Example 1) A method of manufacturing a whisker reinforced alloy machine member as Example 1 of the present invention is a method of manufacturing a whisker reinforced alloy machine tool having a completed shape as shown in FIG. This is a method for manufacturing the spindle housing member 100.
【0024】本発明のウィスカ強化合金製機械部材であ
る主軸ハウジング部材100を従来技術によって製造し
ようとすると、破線100’で示す外形の中空円筒体の
ウィスカ強化合金製の複合材を素材として主軸ハウジン
グ部材100を削り出すことになる。すると、合金材に
比べて切削性が劣る複合材を多量に削り出すのに工数が
かかるとともに、ウィスカ強化複合材部分を多量に削り
出すので高価なウィスカ材の歩留まり率が悪くなる。そ
の結果、従来技術の製造方法によっては、製造コストお
よび材料コストともに高くなるので、このような形状の
主軸ハウジング部材100は高価な製品にならざるを得
ない。To manufacture the spindle housing member 100, which is a mechanical member made of a whisker-reinforced alloy of the present invention, by a conventional technique, a spindle housing made of a composite material made of a hollow cylindrical whisker-reinforced alloy having an outer shape shown by a broken line 100 'is used as a material. The member 100 will be cut out. Then, it takes a lot of time to cut out a large amount of the composite material having poor machinability as compared with the alloy material, and the whisker-reinforced composite material portion is cut out in a large amount, so that the yield rate of the expensive whisker material is deteriorated. As a result, both the manufacturing cost and the material cost are increased depending on the manufacturing method of the related art, so that the spindle housing member 100 having such a shape has to be an expensive product.
【0025】そこで、本発明のウィスカ強化合金製機械
部材の製造方法では、プリフォーム製造工程と強化材プ
リフォーム形成工程と鋳造工程と仕上げ工程とが順次行
われて、ウィスカ強化合金製機械部材(回転部材)であ
る主軸ハウジング部材100が製造される。すなわち先
ず、プリフォーム製造工程では、図2に示すように、主
軸ハウジング部材100の概略形状を分割した複数の単
純形状にホウ酸アルミニウム・ウィスカが成形され、同
ウィスカからなる複数のプリフォーム11〜16が製造
される。前述のように、ウィスカからなるプリフォーム
を複雑な形状に形成することは困難であるが、単純な略
中空円筒状のプリフォーム11〜16を製造することは
特に大きな困難を伴わないので、本工程は容易かつ安価
に実施される。Therefore, in the method for manufacturing a whisker reinforced alloy machine member of the present invention, a preform manufacturing step, a reinforcing material preform forming step, a casting step, and a finishing step are sequentially performed, and the whisker reinforced alloy machine member ( A spindle housing member 100 that is a rotating member) is manufactured. That is, first, in the preform manufacturing process, as shown in FIG. 2, aluminum borate whiskers are formed into a plurality of simple shapes obtained by dividing the schematic shape of the spindle housing member 100, and a plurality of preforms 11 to 11 made of the same whiskers are formed. 16 are manufactured. As described above, it is difficult to form a preform made of whiskers into a complicated shape, but it is not particularly difficult to manufacture simple preforms 11 to 16 having a substantially hollow cylindrical shape. The process is performed easily and inexpensively.
【0026】ここで、繊維状のホウ酸アルミニウム・ウ
ィスカの材料から固形のプリフォーム11〜16を成形
するには、図3(a)〜(b)に示すように、容器状の
成形治具3を使用する。この成形治具3を使用してプリ
フォーム11〜16の成形を行う手順は、一例としてプ
リフォーム14を取り上げ、図4を参照して説明する
と、次の通りである。Here, in order to form solid preforms 11 to 16 from a fibrous aluminum borate whisker material, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), a container-like forming jig is used. Use 3. The procedure for molding the preforms 11 to 16 using the molding jig 3 will be described below with reference to FIG. 4 taking the preform 14 as an example.
【0027】すなわち先ず、に示すように、フランジ
部311と中子部312とからなる中子31にリング状
のドーナツ型32をはめ込んで一体化し、に示すよう
に、蝶番で開閉できるようになっている側面型33を開
き、中子32の周囲を覆う。そして、に示すように、
側面型33を閉じて止め金具34で固定した後、側面型
33の中の中子部312の周囲に、原料としてのホウ酸
アルミニウム・ウィスカ等を投入する。ウィスカの投入
後、ウィスカの表面を平均的にならして振動を加え、ウ
ィスカを互いに入り組ませてウィスカの占める容積をあ
る程度減らしておく。That is, first, as shown in FIG. 1, a ring-shaped donut shape 32 is fitted into a core 31 comprising a flange portion 311 and a core portion 312 to be integrated, and as shown in FIG. The side mold 33 is opened to cover the periphery of the core 32. And, as shown in
After the side mold 33 is closed and fixed with the stoppers 34, an aluminum borate whisker or the like as a raw material is introduced around the core 312 in the side mold 33. After the whisker is inserted, the surface of the whisker is averaged and vibrated to make the whiskers intrude each other to reduce the volume occupied by the whiskers to some extent.
【0028】ここで、上記原材料は、ホウ酸アルミニウ
ム・ウィスカが78%、アルミナ繊維が22%の混合物
から構成されており、さらに上記原材料には、微量のシ
リカバインダが加えられている。ホウ酸アルミニウム・
ウィスカにアルミナ短繊維を混入する目的は、プリフォ
ームの成形性および強度を高め、後工程でのプリフォー
ムのハンドリング性を向上させることである。Here, the raw material is composed of a mixture of aluminum borate whiskers of 78% and alumina fibers of 22%, and a small amount of silica binder is added to the raw material. Aluminum borate
The purpose of mixing the alumina short fibers into the whiskers is to improve the moldability and strength of the preform and to improve the handling of the preform in a subsequent step.
【0029】しかる後、に示すように、中子31およ
び側面型33に上蓋型35を被せ、上蓋型35でウィス
カを所定の形状および容積になるように、圧縮してウィ
スカを固定する。この状態は、前述の図3(b)に示す
状態であって、ウィスカは圧力によって、中子部31
2、側面型33、ドーナツ型32および上蓋型35によ
って形成されている略中空円筒状の空間内で、プリフォ
ーム14に押し固められる。なお、ウィスカによって形
成されるプリフォーム14の略中空円筒体は、内周面が
少しテーパした円錐面によって形成されている。Thereafter, as shown in (1), the core 31 and the side mold 33 are covered with the upper lid mold 35, and the whiskers are compressed and fixed by the upper lid mold 35 so as to have a predetermined shape and volume. This state is the state shown in FIG. 3B, and the whisker is pressed by the core 31
2. In the substantially hollow cylindrical space formed by the side mold 33, the donut mold 32, and the upper lid mold 35, the preform 14 is compacted. The substantially hollow cylindrical body of the preform 14 formed by the whiskers is formed by a conical surface whose inner peripheral surface is slightly tapered.
【0030】所定時間後、ウィスカがプリフォーム14
に押し固められた段階で、に示すように、上蓋型35
と側面型33とを順に外し、さらにに示すように、突
起361が付いた皿型36を下に置いて、中子31のフ
ランジ部311の貫通孔310に嵌合させる。そして、
に示すように、プリフォーム14とドーナツ型32と
を、中子31から取り外し、に示すように、プリフォ
ーム14とドーナツ型32とを裏返した後、ドーナツ型
32を取り外せば、プリフォーム14が完成する。After a predetermined time, the whisker is moved to the preform 14.
At the stage of compacting, as shown in FIG.
And the side mold 33 are sequentially removed, and as shown further, the dish mold 36 with the projection 361 is placed below and fitted into the through hole 310 of the flange portion 311 of the core 31. And
As shown in (1), the preform (14) and the donut mold (32) are removed from the core (31), and the preform (14) and the donut mold (32) are turned over as shown in (2). Complete.
【0031】全てのプリフォーム11〜16は、以上の
ようにして形成されるが、プリフォーム11〜16のう
ち主軸ハウジング部材100の中間フランジ部102
(図1参照)を形成するプリフォーム13だけには内径
がより大きな側面型が使用される。他のプリフォーム1
1,12,14〜16には、同じ側面型33が使用され
るが、中子の中子部の外径が異なっている。その結果、
再び図2に示すように、同一のテーパー角をもち互いに
隣り合うプリフォーム11〜16と内径が等しいプリフ
ォーム11〜16が形成される。以上をもって、プリフ
ォーム製造工程は完了である。All the preforms 11 to 16 are formed as described above, but the intermediate flange portion 102 of the spindle housing member 100 of the preforms 11 to 16 is formed.
A side mold having a larger inner diameter is used only for the preform 13 that forms (see FIG. 1). Other preform 1
The same side mold 33 is used for 1, 12, 14 to 16, but the outer diameter of the core of the core is different. as a result,
As shown in FIG. 2 again, preforms 11 to 16 having the same taper angle and the same inner diameter as the adjacent preforms 11 to 16 are formed. With the above, the preform manufacturing process is completed.
【0032】次に、強化材プリフォーム形成工程では、
複数のプリフォーム11〜16を主軸ハウジング部材1
00の概略形状に組み合わせて固定し、ウィスカからな
る主軸ハウジング部材100の概略形状をした強化材プ
リフォーム1が形成される。すなわち、図5に示すよう
に、鋳型(モールド)41が300℃に予熱され、中子
42が350℃に、各プリフォーム11〜16が800
℃に、パンチ44が300℃に、それぞれ予熱される。
しかる後、図6に示すように、台座に水平に置かれた鋳
型41に中子42が挿置され、鋳型41内に固定された
中子42に対し、中子42に嵌合する孔が形成された六
個のプリフォーム11〜16が順次はめ込まれて固定さ
れる。すなわち、中子42に全てのプリフォーム11〜
16が嵌装された後、ボルト止めの押さえ金具43によ
ってプリフォーム11〜16は軸線方向に所定の寸法に
まで圧縮され、プリフォーム11〜16が積み重ねられ
て固定された強化材プリフォーム1が形成されるに至
る。この際、中子42にプリフォーム11〜16をはめ
込んで積層することにより、中子42が各プリフォーム
11〜16の軸心を合わせて同軸に固定する作用を果た
す。その結果、プリフォーム11〜16が積層された強
化材プリフォーム1は、精度良く同軸に形成される。そ
れゆえ、その後の鋳造工程の結果できあがる複合材は、
回転対称形の主軸ハウジング部材100の素材として好
適である。そのうえ、中子の形状に中空部が形成された
中空部材として形成されるので、仕上げ工程で中ぐり加
工が少なくて済むようになる。Next, in the reinforcing material preform forming step,
A plurality of preforms 11 to 16 are connected to the spindle housing member 1.
The reinforcement preform 1 is formed by combining and fixing with the general shape of 00, and having the general shape of the main shaft housing member 100 made of whiskers. That is, as shown in FIG. 5, the mold (mold) 41 is preheated to 300 ° C., the core 42 is heated to 350 ° C., and each of the preforms 11 to 16 is heated to 800 ° C.
C. and the punch 44 is preheated to 300.degree.
Thereafter, as shown in FIG. 6, the core 42 is inserted into the mold 41 placed horizontally on the pedestal, and a hole for fitting the core 42 is formed in the core 42 fixed in the mold 41. The formed six preforms 11 to 16 are sequentially fitted and fixed. That is, all the preforms 11 to
After the 16 is fitted, the preforms 11 to 16 are compressed to predetermined dimensions in the axial direction by the holding metal fittings 43 for bolting, and the reinforcing material preform 1 in which the preforms 11 to 16 are stacked and fixed is formed. Leads to formation. At this time, by fitting the preforms 11 to 16 into the core 42 and stacking the cores, the core 42 performs the function of aligning the axes of the preforms 11 to 16 and coaxially fixing them. As a result, the reinforcing material preform 1 in which the preforms 11 to 16 are stacked is formed coaxially with high precision. Therefore, the composite material resulting from the subsequent casting process is:
It is suitable as a material for the rotationally symmetric main shaft housing member 100. In addition, since the hollow member is formed in the shape of a core and a hollow portion is formed, less boring is required in the finishing step.
【0033】また、各プリフォーム11〜16が互いに
圧着されて固定されるので、それぞれの当接面では、互
いに当接するプリフォームのウィスカがある程度互いに
入り組み、絡まり合って一体的に強化材プリフォーム1
が形成される。それゆえ、鋳造後の複合材200(図1
0参照)において、各プリフォーム11〜16の接合面
での強度低下はあまり大きくはなく、接合部以外での強
度に近い強度が各プリフォーム11〜16の接合面でも
得られる。Also, since the preforms 11 to 16 are pressed and fixed to each other, the whiskers of the preforms that come into contact with each other are entangled with each other to some extent on their respective contact surfaces, and are entangled to form a reinforcing material plate. Reform 1
Is formed. Therefore, the composite material 200 after casting (FIG. 1)
0), the strength reduction at the joint surfaces of the preforms 11 to 16 is not so large, and a strength close to the strength at a portion other than the joint is obtained at the joint surfaces of the preforms 11 to 16.
【0034】さらに鋳造工程では、図7に示すように、
主軸ハウジング部材100の概略形状をした強化材プリ
フォーム1が鋳型41内に挿置された状態で、アルミニ
ウム合金からなる母材合金2の溶湯2’が、強化材プリ
フォーム1を収容している鋳型41内に注湯される。こ
こで、母材合金2であるアルミニウム合金の主要成分
は、アルミニウム87%、ケイ素11%、銅2%であ
り、溶湯2’の温度は850℃である。Further, in the casting step, as shown in FIG.
With the reinforcing material preform 1 having the general shape of the main shaft housing member 100 inserted in the mold 41, the molten metal 2 ′ of the base metal alloy 2 made of an aluminum alloy contains the reinforcing material preform 1. The molten metal is poured into the mold 41. Here, the main components of the aluminum alloy which is the base metal alloy 2 are aluminum 87%, silicon 11%, and copper 2%, and the temperature of the molten metal 2 'is 850 ° C.
【0035】そして、図8に示すように、パンチ44に
より鋳型41内の溶湯2’が約100MPaに加圧さ
れ、母材合金2の溶湯2’は強化材プリフォーム1の微
細空間にまで含浸させされる。そのうえで溶湯2’が冷
却して固化したのち、図9に示すように、パンチ44が
取り除かれ、ノックアウトピストン45により鋳造物2
00が鋳型41から取り出される。なお、この取り出し
を容易にする目的で、鋳型41の内周面は、わずかに末
広がりのテーパー面に形成されている。Then, as shown in FIG. 8, the molten metal 2 ′ in the mold 41 is pressed to about 100 MPa by the punch 44, and the molten metal 2 ′ of the base metal alloy 2 is impregnated into the minute space of the reinforcing material preform 1. Let me do. Then, after the molten metal 2 ′ is cooled and solidified, the punch 44 is removed as shown in FIG.
00 is removed from the mold 41. Note that, for the purpose of facilitating the removal, the inner peripheral surface of the mold 41 is formed as a slightly divergent tapered surface.
【0036】しかる後、押さえ金具43部分を削り落と
して中子42を取り外せば、図10に示すように、溶湯
27が固化した母材合金2とウィスカからなる強化材プ
リフォーム1との複合材21が、主軸ハウジング部材1
00の概略形状に鋳造される。なお、鋳造物200のう
ち、複合材部分21の外周には、アルミニウム合金だけ
からなる合金部分22が形成されている。Thereafter, if the holding metal 43 is scraped off and the core 42 is removed, as shown in FIG. 10, a composite material of the base metal alloy 2 in which the molten metal 27 is solidified and the reinforcing material preform 1 made of whiskers is formed. 21 is the spindle housing member 1
It is cast to a general shape of 00. In the casting 200, an alloy portion 22 made of only an aluminum alloy is formed on the outer periphery of the composite material portion 21.
【0037】最後に、仕上げ工程では、鋳造物200を
切削して荒加工したのち、複合材21を熱処理してから
精密な研削を行う仕上げ加工が行われる。すなわち、鋳
造されたままの状態では、再び図10に示すように、鋳
造物200は、母材合金だけからなる部分22と複合材
からなる部分21とが併存している。それゆえ、鋳造物
200をこのままの状態にして熱処理を加えると、母材
合金だけからなる部分22と複合材からなる部分21と
の間で互いに異なる熱膨張率に起因して、鋳造物200
に割れが発生することがある。そこで、荒加工によって
母材合金だけからなる部分22を削り落としてしまい、
複合材21からなる部分だけで仕上がり寸法よりも2〜
3mm程度の余裕がある外形寸法に部材外形を整えるよ
うにする。この荒加工により、複合材21の周りに付い
ている母材合金だけからなる部分22は削り落とされて
いるので、熱処理が施された際にも、熱膨張率の差違に
起因して鋳造物200の複合材21が割れることは、防
止されている。Finally, in the finishing step, after the casting 200 is cut and rough-processed, a finishing process is performed in which the composite material 21 is heat-treated and then subjected to precise grinding. That is, in the as-cast state, as shown in FIG. 10 again, in the casting 200, the part 22 composed of only the base alloy and the part 21 composed of the composite material coexist. Therefore, if the casting 200 is left as it is and subjected to a heat treatment, the casting 200 has a different thermal expansion coefficient between the portion 22 composed of the base metal alloy alone and the portion 21 composed of the composite material.
Cracks may occur. Therefore, the part 22 consisting only of the base metal alloy is shaved off by roughing,
Only the part composed of the composite material 21 is 2 to 2
The outer shape of the member is adjusted to an outer size having a margin of about 3 mm. As a result of this roughing, the portion 22 consisting only of the base metal alloy attached to the periphery of the composite material 21 has been shaved off. Breaking of the composite material 200 is prevented.
【0038】しかる後、熱処理を施せば、アルミニウム
合金の母材合金2に、時効硬化の促進と内部応力の緩和
とが行われ、製品である主軸ハウジング部材100の強
度を向上させる効果が期待できる。熱処理では、T6熱
処理が施され、溶体化処理(525℃×8h)後、時効
処理(160℃×10h)が行われる。また、熱処理に
より主軸ハウジング部材100の内部応力が緩和されて
いれば、以後の変形が未然に防止されるので、寸法精度
が向上するうえ、強度も向上する。さらに、熱処理によ
り熱膨張のヒステリシスが低減されるという効果もあ
る。Thereafter, when heat treatment is performed, the age hardening is promoted and the internal stress is reduced in the base alloy 2 of the aluminum alloy, and the effect of improving the strength of the spindle housing member 100 as a product can be expected. . In the heat treatment, a T6 heat treatment is performed. After a solution treatment (525 ° C. × 8 h), an aging treatment (160 ° C. × 10 h) is performed. Further, if the internal stress of the spindle housing member 100 is relaxed by the heat treatment, subsequent deformation is prevented, so that the dimensional accuracy is improved and the strength is also improved. Furthermore, the heat treatment also has the effect of reducing the hysteresis of thermal expansion.
【0039】そして最後に精密な研削による仕上げ加工
を施して主軸ハウジング部材100を完成させれば、寸
法精度を向上させることができるだけではなく、経年変
化による変形をも熱処理によって抑制することができ、
長期間に渡っての寸法精度の維持が期待できる。なお、
以上の製造方法のうち、鋳造工程の型バラシまでにかか
る時間は約8時間であり、工数は5〜6マンアワー程度
である。Finally, if the spindle housing member 100 is completed by performing a finishing process by precision grinding, not only the dimensional accuracy can be improved, but also deformation due to aging can be suppressed by heat treatment.
It is expected that dimensional accuracy will be maintained over a long period of time. In addition,
In the above-mentioned manufacturing method, the time required until the mold is dispersed in the casting process is about 8 hours, and the number of steps is about 5 to 6 man hours.
【0040】(実施例1の作用効果)本実施例のウィス
カ強化合金製機械部材の製造方法は、以上のように実施
されるので、以下のような作用効果を発揮する。すなわ
ち、本実施例のウィスカ強化合金製機械部材の製造方法
では、以上のように、単純形状のプリフォーム11〜1
6を成形してこれらを組み合わせることによって、主軸
ハウジング部材100の概略形状にウィスカ等からなる
強化材プリフォーム1が形成される。すなわち、主軸ハ
ウジング部材100の比較的複雑な概略形状に初めから
ウィスカ等からなるプリフォームを成形することなし
に、単純形状のプリフォーム11〜16を組み合わせる
ことによって、主軸ハウジング部材100の概略形状に
強化材プリフォーム1が形成される。それゆえ、鋳造工
程の結果得られる鋳造物200のうち、ウィスカ等から
なる強化材プリフォーム1と母材合金2との複合材21
は、主軸ハウジング部材100の概略形状に形成されて
いる。(Operation and Effect of First Embodiment) The method of manufacturing a whisker reinforced alloy mechanical member of the present embodiment is implemented as described above, and thus has the following operation and effect. That is, in the method for manufacturing a whisker reinforced alloy mechanical member of the present embodiment, as described above, the simple-shaped preforms 11 to 1 are used.
By forming and combining these, the reinforcing material preform 1 made of whiskers or the like is formed in the general shape of the main shaft housing member 100. That is, by combining preforms 11 to 16 having a simple shape without forming a preform such as a whisker into the relatively complicated schematic shape of the spindle housing member 100 from the beginning, the schematic shape of the spindle housing member 100 can be obtained. A reinforcement preform 1 is formed. Therefore, in the casting 200 obtained as a result of the casting process, the composite material 21 of the reinforcing material preform 1 made of whiskers or the like and the base material alloy 2 is used.
Is formed in a schematic shape of the spindle housing member 100.
【0041】その結果、初めからウィスカからなるプリ
フォームを主軸ハウジング部材100の概略形状に成形
する必要がないので、プリフォームを製造する工程に困
難がなく、プリフォーム11〜16の形成工程における
製造コストが低減される。しかも、鋳造工程の結果得ら
れる強化材プリフォーム1と母材合金2との複合材21
は、主軸ハウジング部材100の概略形状に形成されて
いるので、切削が比較的困難な複合材部分21を切削す
る工程は、最低限に抑制され、工数低減になる。また、
複合材部分21の部分の切削が少なくなるので、ウィス
カの歩留まり率が向上し、高価なウィスカ材料の材料費
の節減になる。すなわち、工数の低減効果と材料費の節
減効果とにより、コストダウンが可能になる。As a result, there is no need to mold the preform made of whiskers into the general shape of the main shaft housing member 100 from the beginning, so that there is no difficulty in the process of manufacturing the preform, and the manufacturing in the process of forming the preforms 11 to 16 is not difficult. Cost is reduced. Moreover, the composite material 21 of the reinforcing material preform 1 and the base material alloy 2 obtained as a result of the casting process
Is formed in the general shape of the main shaft housing member 100, so that the step of cutting the composite material portion 21, which is relatively difficult to cut, is suppressed to a minimum and the number of steps is reduced. Also,
Since the cutting of the portion of the composite material portion 21 is reduced, the yield rate of the whisker is improved, and the material cost of the expensive whisker material is reduced. That is, the cost can be reduced by the effect of reducing the number of steps and the effect of reducing the material cost.
【0042】したがって、本実施例のウィスカ強化合金
製機械部材の製造方法によれば、主軸ハウジング部材1
00などのように比較的複雑な形状の大型機械部材を、
従来技術よりも安価に製造することができるという効果
がある。次に、本実施例のウィスカ強化合金製機械部材
の製造方法では、ウィスカ1はアルミナ短繊維を含むホ
ウ酸アルミニウム・ウィスカ(ホウ酸アルミニウム・ウ
ィスカだけでも良い)であり、母材合金2はアルミニウ
ム合金であり、いずれもアルミニウム系の材料である。
それゆえ、強化材プリフォーム1を形成するウィスカと
母材合金2との濡れ性が高く、鋳造工程で互いに良くな
じむので、より強固な複合材21が形成される。また、
アルミニウム合金の比重は鋼材の約三分の一と低く、ホ
ウ酸アルミニウム・ウィスカの比重もアルミニウム合金
程度であるので、製造されるウィスカ強化合金製機械部
材の比重は鉄鋼の三分の一程度になり、高い軽量化効果
が得られるという効果がある。Therefore, according to the method of manufacturing a whisker reinforced alloy mechanical member of the present embodiment, the spindle housing member 1
Large machine parts with relatively complicated shapes such as 00
There is an effect that it can be manufactured at a lower cost than the prior art. Next, in the method of manufacturing a mechanical member made of a whisker-reinforced alloy according to the present embodiment, the whisker 1 is an aluminum borate whisker containing short alumina fibers (only aluminum borate whisker may be used), and the base metal alloy 2 is aluminum. Alloys, all of which are aluminum-based materials.
Therefore, the wettability of the whisker forming the reinforcing material preform 1 and the base material alloy 2 are high, and the whisker and the base material alloy 2 are compatible with each other in the casting process, so that a stronger composite material 21 is formed. Also,
The specific gravity of aluminum alloy is about one-third that of steel, and the specific gravity of aluminum borate whiskers is about the same as aluminum alloys.The specific gravity of whisker reinforced alloy machine parts to be manufactured is about one-third that of steel. Therefore, there is an effect that a high lightening effect can be obtained.
【0043】具体的には、複合材21から形成された主
軸ハウジング部材100の比重は、2.7〜2.8程度
にしか過ぎず、鉄鋼の比重の約三分の一である。また、
ヤング率は120〜130MPa程度、引っ張り強度は
400MPa程度と見積もられており、高強度高剛性が
達成される。さらに、熱膨張率は10×10-6/℃程度
であると見積もられている。すなわち、主軸ハウジング
部材100を形成する複合材においては、比重は鉄鋼の
三分の一であり、強度および熱膨張率は鋳鉄並みである
うえ、振動の減衰効果は鉄鋼材料よりも良好である。Specifically, the specific gravity of the main shaft housing member 100 formed of the composite material 21 is only about 2.7 to 2.8, which is about one third of the specific gravity of steel. Also,
It is estimated that the Young's modulus is about 120 to 130 MPa and the tensile strength is about 400 MPa, and high strength and high rigidity are achieved. Further, the coefficient of thermal expansion is estimated to be about 10 × 10 −6 / ° C. That is, in the composite material forming the spindle housing member 100, the specific gravity is one-third that of steel, the strength and the coefficient of thermal expansion are similar to those of cast iron, and the vibration damping effect is better than that of steel.
【0044】(実施例1の製品)本発明の実施例1とし
てのウィスカ強化合金製機械部材は、前述の製造方法に
より製造された主軸ハウジング部材100である。主軸
ハウジング部材100は、再び図1に示すように、ウィ
スカ等からなる単純な形状の複数の部分11〜16が一
体に接合されて成形されている強化材プリフォームと、
各部分11〜16を互いに接合するとともに強化材プリ
フォームの間の微細な空間を満たす母材合金とからなる
複合材で形成されている。(Product of Embodiment 1) A mechanical member made of a whisker reinforced alloy as Embodiment 1 of the present invention is the main shaft housing member 100 manufactured by the above-described manufacturing method. As shown in FIG. 1 again, the main shaft housing member 100 includes a reinforcing material preform formed by integrally joining a plurality of portions 11 to 16 each having a simple shape made of a whisker or the like;
Each of the portions 11 to 16 is formed of a composite material composed of a base metal alloy that joins each other and fills a fine space between the reinforcement preforms.
【0045】各部分11〜16の接合面は、前述のよう
に、母材合金で接合されているばかりではなく、ウィス
カ等の強化材プリフォームも互いに入り組んでいるの
で、実用上問題がない引っ張り強度を有している。ま
た、図1中の複合材部分13が示すように、部分12と
の接合面および部分14との接合面は、中間フランジ部
102が形成する隅部(応力が集中する)から外れてい
るので、これらの隅部から割れが発生することは防止さ
れている。As described above, the joining surfaces of the portions 11 to 16 are not only joined by the base metal alloy, but also include reinforcing material preforms such as whiskers. Has strength. Also, as shown by the composite material portion 13 in FIG. 1, the joining surface with the portion 12 and the joining surface with the portion 14 are off the corners (where stress is concentrated) formed by the intermediate flange portion 102. The occurrence of cracks from these corners is prevented.
【0046】したがって、本実施例のウィスカ強化合金
製機械部材によれば、従来技術よりも安価でありながら
従来技術と同程度の力学的特性を有する回転部材を提供
することができるという効果がある。 (実施例1の変形態様1)本実施例の変形態様1とし
て、再び図1に示すように、小径部101と中間フラン
ジ部102と大径部103とに対応する三つのプリフォ
ームだけを使用して、ウィスカ強化合金製の主軸ハウジ
ング部材100を製造することが可能である。すなわ
ち、図2において、プリフォーム11,12を接合した
一体形状のプリフォームと、プリフォーム13と、プリ
フォーム14〜16を接合した一体形状のプリフォーム
とを形成する。このようにプリフォーム製造工程におけ
るプリフォームの数を低減し、前述の実施例1と同様の
強化材プリフォーム形成工程、鋳造工程および仕上げ工
程を施すことにより、接合部が少なくより強度が高い主
軸ハウジング部材100を製造することが可能になる。Therefore, according to the mechanical member made of the whisker reinforced alloy of this embodiment, it is possible to provide a rotating member which is less expensive than the conventional technology but has the same mechanical characteristics as the conventional technology. . (Modification 1 of Embodiment 1) As Modification 1 of this embodiment, as shown in FIG. 1 again, only three preforms corresponding to the small diameter portion 101, the intermediate flange portion 102, and the large diameter portion 103 are used. Thus, it is possible to manufacture the main shaft housing member 100 made of the whisker reinforced alloy. That is, in FIG. 2, an integral preform in which the preforms 11 and 12 are joined, a preform 13 and an integral preform in which the preforms 14 to 16 are joined are formed. In this way, by reducing the number of preforms in the preform manufacturing process and performing the same reinforcing material preform forming process, casting process, and finishing process as in Example 1 described above, the main shaft with fewer joints and higher strength The housing member 100 can be manufactured.
【図1】 実施例1の主軸ハウジング部材の完成形状を
示す断面図FIG. 1 is a sectional view showing a completed shape of a spindle housing member according to a first embodiment.
【図2】 実施例1の各プリフォームの形状を示す断面
図FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shape of each preform of Example 1.
【図3】 実施例1のプリフォームを形成する治具の構
成を示す組図 (a)平面図 (b)側断面図FIG. 3 is a set diagram showing a configuration of a jig for forming a preform of Example 1 (a) Plan view (b) Side sectional view
【図4】 実施例1のプリフォーム製造工程の手順を示
す説明図FIG. 4 is an explanatory view showing a procedure of a preform manufacturing process of Example 1.
【図5】 実施例1の鋳造工程での各部の予熱温度を示
す断面図FIG. 5 is a cross-sectional view showing a preheating temperature of each part in a casting process of Example 1.
【図6】 実施例1の強化材プリフォーム形成工程を示
す断面図FIG. 6 is a cross-sectional view showing a reinforcing material preform forming step of Example 1.
【図7】 実施例1の鋳造工程での注湯を示す模式図FIG. 7 is a schematic view showing pouring in a casting process in Example 1.
【図8】 実施例1の鋳造工程での加圧鋳造を示す断面
図FIG. 8 is a cross-sectional view showing pressure casting in the casting step of Example 1.
【図9】 実施例1の鋳造工程での型出しを示す断面図FIG. 9 is a cross-sectional view showing the molding in the casting step of Example 1.
【図10】実施例1の鋳造工程後の鋳造物の構成を示す
断面図FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a casting after a casting step in Example 1.
1:強化材プリフォーム 11〜16:プリフォーム(ホウ酸アルミニウム・ウィ
スカ製) 2:アルミニウム合金(母材合金として) 2’:溶
湯 3:プリフォーム形成用治具 31:中子 310:貫通孔 311:フランジ部 312:中
子部 32:ドーナツ型 33:側面型 34:止め金具 35:上蓋型 36:皿形 361:突起部 40:キャビティー 41:鋳型(モールド) 4
2:中子 43:押さえ金具 44:パンチ 45:ノックア
ウトピストン 100:主軸ハウジング部材(ホウ酸アルミニウム・ウ
ィスカ強化アルミニウム合金製) 101:小径部 102:中間フランジ部 10
3:大径部 100’:従来技術による中空円筒状の素材形状 200:鋳造物 20:中空部 21:複合材部分 22:合金部分1: Reinforcing material preform 11 to 16: Preform (made of aluminum borate whisker) 2: Aluminum alloy (as base material alloy) 2 ': Melt 3: Preform forming jig 31: Core 310: Through hole 311: Flange 312: Core 32: Donut 33: Side 34: Clamp 35: Top lid 36: Dish 361: Protrusion 40: Cavity 41: Mold 4
2: Core 43: Holder 44: Punch 45: Knockout piston 100: Main shaft housing member (made of aluminum borate / whisker reinforced aluminum alloy) 101: Small diameter portion 102: Intermediate flange portion 10
3: Large diameter portion 100 ': Hollow cylindrical material shape by conventional technology 200: Casting 20: Hollow portion 21: Composite material portion 22: Alloy portion
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深見 肇 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 竹内 勝彦 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 今西 耕造 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 西野 直久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 砥綿 真一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1株式会社豊田中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hajime Fukami 1-1-1, Asahi-cho, Kariya-shi, Aichi, Japan Toyota Machine Works Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko 1-1-1, Asahi-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Toyota Machine Works Co., Ltd. (72) Inventor Kozo Imanishi 1-1-1, Asahi-cho, Kariya-shi, Aichi Pref.Toyota Machine Works Co., Ltd. Inside the Toyota Central Research Institute (72) Inventor Shinichi Towa 41-41, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture
Claims (5)
の単純形状にウィスカを成形し、該ウィスカからなる複
数のプリフォームを製造するプリフォーム製造工程と、 該複数のプリフォームを該概略形状に組み合わせて固定
し、該ウィスカからなる該概略形状の強化材プリフォー
ムを形成する強化材プリフォーム形成工程と、 該強化材プリフォームが挿置された鋳型内に母材合金の
溶湯を注湯し、該鋳型内の該溶湯を加圧して該母材合金
の溶湯を該強化材プリフォーム中に含浸させたうえで該
溶湯を冷却して固化させ、該母材合金と該ウィスカとの
複合材を鋳造する鋳造工程と、を有することを特徴とす
るウィスカ強化合金製機械部材の製造方法。1. A preform manufacturing step of forming a whisker into a plurality of simple shapes obtained by dividing a general shape of a desired mechanical member and manufacturing a plurality of preforms comprising the whiskers; A reinforcing material preform forming step of forming and reinforcing the roughly shaped reinforcing material preform made of the whiskers in combination with a shape, and pouring a molten metal of the base material alloy into a mold in which the reinforcing material preform is inserted. After the molten metal in the mold is pressurized to impregnate the molten metal of the base metal alloy into the reinforcing material preform, the molten metal is cooled and solidified, and the molten metal of the base metal alloy and the whiskers are formed. A method for producing a whisker reinforced alloy machine member, comprising: a casting step of casting a composite material.
ィスカであるか、あるいは少なくともアルミナ短繊維を
含むホウ酸アルミニウム・ウィスカであり、 前記母材合金は、アルミニウム合金である、 請求項1記載のウィスカ強化合金製機械部材の製造方
法。2. The whisker according to claim 1, wherein the whisker is an aluminum borate whisker or an aluminum borate whisker containing at least short alumina fibers, and wherein the base material alloy is an aluminum alloy. A method for manufacturing a mechanical member made of a reinforced alloy.
鋳型内に固定される中子に該中子に嵌合する孔が形成さ
れた前記複数のプリフォームを順次はめ込んで固定し、
該プリフォームが積み重ねられて固定された前記強化材
プリフォームを形成する工程である、 請求項1または2に記載のウィスカ強化合金製機械部材
の製造方法。3. The reinforcing material preform forming step includes: sequentially inserting and fixing the plurality of preforms having holes formed therein to be fitted into the core fixed in the mold;
The method for producing a mechanical member made of a whisker-reinforced alloy according to claim 1 or 2, wherein the step is a step of forming the reinforcing material preform in which the preforms are stacked and fixed.
材を切削して荒加工したのち、該複合材を熱処理してか
ら精密な切削または研削による仕上げ加工を行う仕上げ
工程をさらに有する、 請求項1ないし3に記載のウィスカ強化合金製機械部材
の製造方法。4. The method according to claim 1, further comprising: after the casting step, after cutting and roughing the cast composite material, heat treating the composite material, and then performing a finishing process by precision cutting or grinding. A method for producing a mechanical member made of a whisker-reinforced alloy according to claim 1.
が一体に接合されて成形されている強化材プリフォーム
と、各該部分を互いに接合するとともに該ウィスカの間
の微細な空間を満たす母材合金とからなることを特徴と
するウィスカ強化合金製機械部材。5. A reinforcing material preform in which a plurality of parts of a simple shape made of whiskers are integrally joined and formed, and a mother body which joins the respective parts together and fills a fine space between the whiskers. A mechanical member made of a whisker reinforced alloy, comprising a material alloy.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7038298A JPH11269574A (en) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | Manufacture of machine member formed of whisker reinforced alloy, and machine member formed of whisker reinforced alloy |
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JP7038298A JPH11269574A (en) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | Manufacture of machine member formed of whisker reinforced alloy, and machine member formed of whisker reinforced alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11269574A true JPH11269574A (en) | 1999-10-05 |
Family
ID=13429850
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7038298A Pending JPH11269574A (en) | 1998-03-19 | 1998-03-19 | Manufacture of machine member formed of whisker reinforced alloy, and machine member formed of whisker reinforced alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH11269574A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002348623A (en) * | 2001-05-21 | 2002-12-04 | Taiheiyo Cement Corp | Method for manufacturing metal-ceramic composite material having hollow structure |
US7635514B2 (en) | 2003-07-23 | 2009-12-22 | Nhk Spring Co., Ltd. | Reinforcing member, production method therefor, and engine block |
KR101444354B1 (en) * | 2013-01-21 | 2014-09-24 | 주식회사 티앤머티리얼스 | Mold which is useful to pressure-impregnation process |
WO2020251108A1 (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-17 | 주식회사 디에이티신소재 | Pressure infiltration mold and method for manufacturing pressure infiltration mold |
-
1998
- 1998-03-19 JP JP7038298A patent/JPH11269574A/en active Pending
Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
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WO2020251108A1 (en) * | 2019-06-12 | 2020-12-17 | 주식회사 디에이티신소재 | Pressure infiltration mold and method for manufacturing pressure infiltration mold |
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