トップ :: B 処理操作 運輸 :: B21 本質的には材料の除去が行なわれない機械的金属加工;金属の打抜き




【発明の名称】 構造部材の製造方法
【発明者】 【氏名】鈴木 都志充

【氏名】高橋 恭

【氏名】萩原 好敏

【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】 主体部(4)と、前記主体部(4)を囲繞し、且つその主体部(4)とは特性を異にする外周部(8)とを備えた構造部材を製造するに当り、第1の圧粉体(9)と、その第1の圧粉体(9)とは特性を異にする第2の圧粉体(10)とよりなる二層構造のビレット(11)を得る工程と、前記ビレット(11)に押出し加工を施して、前記第1および第2の圧粉体(9,10)の一方より形成された内側領域(18)が前記主体部(4)に対応し、また他方より形成された外側領域(19)が前記外周部(8)に対応する押出し材(16)を得る工程と、前記押出し材(16)に、その押出し方向(a)と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材(20)を得る工程と、前記素材(20)に鍛造加工を施す工程と、を用いることを特徴とする構造部材の製造方法。
【請求項2】 前記ビレット(11)において、前記第1の圧粉体(9)は円柱状および管状の一方の形態を有し、また前記第2の圧粉体(10)は管状をなすと共に前記第1の圧粉体(9)を嵌合されている、請求項1記載の構造部材の製造方法。
【請求項3】 主体部(4)と、前記主体部(4)を囲繞し、且つその主体部(4)とは特性を異にする外周部(8)とを備えた構造部材を製造するに当り、金属製中空体(28)と、前記中空体(28)内を充たし、且つその中空体(28)とは特性を異にする金属粉末(29)の集合体とよりなるビレット(11)を得る工程と、前記ビレット(11)に押出し加工を施して、前記集合体より形成された内側領域(18)が前記主体部(4)に対応し、また前記中空体(28)より形成された外側領域(19)が前記外周部に対応する押出し材(16)を得る工程と、前記押出し材(16)に、その押出し方向(a)と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材(20)を得る工程と、前記素材(20)に鍛造加工を施す工程と、を用いることを特徴とする構造部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は構造部材、特に、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えた構造部材の製造方法に関する。
【0002】前記構造部材としては、例えば、Al合金よりなる内燃機関用ピストンを挙げることができる。この場合、主体部は耐熱性を具備し、また外周部は耐摩耗性および耐焼付き性を具備することが要求される。
【0003】
【従来の技術】従来、ピストンの鍛造用素材としては、例えば耐熱性Al合金よりなる円板と、耐摩耗性Al合金よりなる円柱体とが用いられている。
【0004】そして、鍛造加工において、円板よりヘッド部を成形し、また円柱体よりピンボス部を有するスカート部を成形し、同時にヘッド部とスカート部との接合を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法によると、鍛造用素材が溶製材(溶解工程を経て得られた材料の意)であることから、その材質改良に対する制約が大きく、したがってヘッド部およびスカート部の特性向上を図る上で自ずと限界がある。
【0006】また鍛造加工によるヘッド部とスカート部との接合強度は比較的低く、そのため接合強度の一層の向上が望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記構造部材において、その主体部および外周部の特性向上に容易に応ずることが可能であり、また主体部と外周部との接合強度を高めることが可能な前記製造方法を提供することを目的とする。
【0008】前記目的を達成するため本発明によれば、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えた構造部材を製造するに当り、第1の圧粉体と、その第1の圧粉体とは特性を異にする第2の圧粉体とよりなる二層構造のビレットを得る工程と、前記ビレットに押出し加工を施して、前記第1および第2の圧粉体の一方より形成された内側領域が前記主体部に対応し、また他方より形成された外側領域が前記外周部に対応する押出し材を得る工程と、前記押出し材に、その押出し方向と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材を得る工程と、前記素材に鍛造加工を施す工程と、を用いる構造部材の製造方法が提供される。
【0009】前記手段を採用すると、構造部材における主体部および外周部の特性向上に対し、粉末の配合を変えることで容易に応ずることが可能である。
【0010】また第1および第2の圧粉体より形成される内側および外側領域の接合が押出し加工により行われるので、内側領域が対応する主体部と外側領域が対応する外周部との接合強度が高く、その信頼性も高い。
【0011】さらに、押出し材より複数の鍛造用素材が得られるので、構造部材の量産性向上を図る上で有効である。
【0012】また本発明は、前記と略同様の利点を備えた前記製造方法を提供することを目的とする。
【0013】前記目的を達成するため本発明によれば、主体部と、前記主体部を囲繞し、且つその主体部とは特性を異にする外周部とを備えた構造部材を製造するに当り、金属製中空体と、前記中空体内を充たし、且つその中空体とは特性を異にする金属粉末の集合体とよりなるビレットを得る工程と、前記ビレットに押出し加工を施して、前記集合体より形成された内側領域が前記主体部に対応し、また前記中空体より形成された外側領域が前記外周部に対応する押出し材を得る工程と、前記押出し材に、その押出し方向と交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材を得る工程と、前記素材に鍛造加工を施す工程と、を用いる構造部材の製造方法が提供される。
【0014】前記手段を採用すると、構造部材の外周部における特性向上については制約があるが、主体部の特性向上には容易に応ずることが可能であり、また主体部と外周部との接合強度の向上および構造部材の量産性向上を図ることが可能である。
【0015】さらに金属粉末の集合体という概念には、圧粉体の外に、金属粉末をそのままの状態で用いる場合も含まれるので、これによれば、ビレットの製造を簡便にすることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】図1において、構造部材としての内燃機関用ピストン1はAl合金よりなり、ヘッド部2および両ピンボス部3を構成する円筒状主体部4と、その主体部4を囲繞すると共にトップランド部5、リング地帯6およびスカート部7を構成する外周部8とを備える。主体部4は、例えば、3重量%未満の合金元素を含有するAl合金より構成されて耐熱性を有し、また外周部8は、例えば、10重量%以上のSi、0.5重量%以上のCu、Mg、NiおよびFeを含有するAl合金、JIS 4000系Al合金等より構成されて耐摩耗性および耐焼付き性を有する。
【0017】以下、ピストン1の製造について、実施例により具体的に説明する。なお、実施例1において、( )内の数値は上限値、下限値または好適範囲を示す。
〔実施例1〕
A.鍛造用素材の製造(1) 図2に示すように、耐熱性を考慮して、組成がAl−2重量%C−0.2重量%Oである、粒径0.6mm以下(1mm以下)のAl合金粉末を用い、圧力2700bar (2000bar 以上)の条件で冷間静水圧プレス(CIP)を行うことにより、直径約76mm、長さ165mmの円柱状をなす第1の圧粉体9を得た。
(2) 図3に示すように、耐摩耗性および耐焼付き性を考慮して、組成がAl−12重量%Si−3重量%Cu−1重量%Mg−5重量%Feである、粒径80μm以下(100μm以下)のAl合金粉末を用い、圧力2700bar (2000bar 以上)の条件で冷間静水圧プレス(CIP)を行うことにより、外径145mm、内径約76mm、長さ165mmの管状をなす第2の圧粉体10を得た。
(3) 図4に示すように、第2の圧粉体10に第1の圧粉体9を嵌合して、内外二層構造のビレット11を得た。
(4) ビレット11を、加熱炉内に設置して5.5時間(2時間以上、好ましくは5〜6時間)保持することにより脱ガス処理を行うと共に押出し温度である470℃(300℃以上、好ましくは420〜520℃)に昇温した。
(5) 図5に示すように、ビレット11を押出し機12のコンテナ13内に設置し、次いでラム14を作動させてビレット11を、ダイス17のダイス孔15より押出し比6.4(4以上、好ましくは6.25〜11.0)にて押出し、図6に示す外径57mmの押出し材16を得た。この押出し材16においては押出し方向前側の部分と押残り部分は切除されている。
【0018】押出し材16において、第1の圧粉体9より形成された内側領域18はピストン1の主体部4に対応し、また第2の圧粉体10より形成された外側領域19はピストン1の外周部8に対応する。
(6) 図7に示すように、押出し材16に、その押出し方向aと交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材20を得た。この場合、素材20の長さは45mmに設定された。
B.ピストンの製造(1) 鍛造用素材20を、加熱炉内に設置して90分間(120分間以下、高周波加熱の場合は0.5分間程度)保持することにより鍛造温度である420℃(300℃以上)に昇温した。
(2) 図8に示すように、鍛造機21のダイス22におけるダイス孔23内に鍛造用素材20を、その外側領域19がダイス孔23内周面に対向するように設置した。
(3) 図9に示すように、ポンチ24を下降させ、圧縮圧24.7t/cm2 (20t/cm2 以上)の条件で素材20に鍛造加工を施して、耐熱性を有するAl合金より構成された円筒状主体部4と、耐摩耗性および耐焼付き性を有するAl合金より構成された外周部8とを備えたピストン素材25を得た。
(4) ピストン素材25に所定の機械加工を施してピストン1を得た。
【0019】前記手段を採用すると、ピストン1における主体部4および外周部8の特性向上に対し、粉末の配合を変えることで容易に応ずることが可能である。
【0020】また第1および第2の圧粉体9,10より形成される内側および外側領域18,19の接合が押出し加工により行われるので、内側領域18が対応する主体部4と外側領域19が対応する外周部8との接合強度が高く、その信頼性も高い。
【0021】さらに、押出し材16より複数の鍛造用素材20が得られるので、ピストン1の量産性向上を図る上で有効である。
【0022】第1および第2の圧粉体9,10の心合せのために、それら9,10をテーパ嵌合する、といった手段も考えられる。
〔実施例2〕
A.鍛造用素材の製造(1) 図10,11に示すように、耐摩耗性および耐焼付き性を考慮して、Al合金であるJIS 4032よりなる筒状部26と同材質の蓋部27とを備えた中空体(金属製中空体)28を用意した。筒状部26の外径は145mm、内径は76mm、長さは165mmである。
【0023】耐熱性を考慮して、実施例1同様に、組成がAl−2重量%C−0.2重量%Oである、粒径0.6μm以下のAl合金粉末(金属粉末)29を用意し、これを筒状部26内に充填し、次いで筒状部26の開口を蓋部27により閉じ、その後筒状部26と蓋部27とを溶接して内外二層構造のビレット11を得た。
(2) ビレット11を、加熱炉内に設置して5.5時間保持することにより押出し温度である470℃に昇温した。
(3) 実施例1同様に、図5に示すごとく、ビレット11を押出し機12のコンテナ13内に設置し、次いでラム14の作動によりビレット11を、ダイス孔15より押出し比6.4にて押出し、実施例1同様に図6に示す外径57mmの押出し材16を得た。
【0024】押出し材16において、Al合金粉末29より形成された内側領域18はピストン1の主体部4に対応し、また中空体28より形成された外側領域19はピストン1の外周部8に対応する。
(4) 実施例1同様に図7に示すごとく、押出し材16に、その押出し方向aと交差する方向の切断加工を施して複数の鍛造用素材20を得た。この場合、素材20の長さは45mmに設定された。
B.ピストンの製造(1) 鍛造用素材20を、加熱炉内に設置して90分間保持することにより鍛造温度である420℃に昇温した。
(2) 実施例1同様に図8に示すごとく、鍛造機21のダイス22におけるダイス孔23内に鍛造用素材20を、その外側領域19がダイス孔23内周面に対向するように設置した。
(3) 実施例1同様に図9に示すごとく、ポンチ24を下降させ、圧縮圧24.7t/cm2 の条件で素材20に鍛造加工を施して、耐熱性を有するAl合金より構成された円筒状主体部4と、耐摩耗性および耐焼付き性を有するAl合金より構成された外周部8とを備えたピストン素材25を得た。
(4) ピストン素材25に所定の機械加工を施してピストン1を得た。
【0025】前記手段を採用すると、ピストン1の外周部8における特性向上については比較的大きな制約があるが、主体部4の特性向上には容易に応ずることが可能であり、また主体部4と外周部8との接合強度の向上およびピストン1の量産性向上を図ることが可能である。
【0026】さらにAl合金粉末29をそのままの状態で用いるので、ビレット11の製造を簡便にすることができる。なお、前記Al合金粉末よりなる圧粉体を中空体28に嵌合するようにしてもよい。
【0027】図12に示すように、管状をなす第1,第2の圧粉体9,10より内外二層構造のビレット11を構成し、押出し加工に当りマンドレルを用いて押出し材を二重管状に形成することも可能である。また実施例1において、両圧粉体9,10を肉厚の円板状に成形し、第2の圧粉体10を押出し方向前側に位置させて押出し加工を行うことにより、内、外二層構造の押出し材を得ることも可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定された手段を採用することによって、構造部材における主体部および外周部、または主体部の特性向上に容易に応ずることが可能であると共にそれら主体部および外周部間の接合強度を高めることが可能である、量産性の良好な製造方法を提供することができる。
【出願人】 【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【出願日】 平成7年(1995)9月18日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】落合 健 (外1名)
【公開番号】 特開平9−76042
【公開日】 平成9年(1997)3月25日
【出願番号】 特願平7−238674