JPH0466262A - 鋳ぐるみ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属材料部材、セラミックス材、繊維プリフ
ォーム等の強化材をアルミニウム又はアルミニウム合金
で鋳ぐるんだアルミニウム複合材の製造方法における鋳
ぐるみ方法に関し、特にその鋳ぐるみのさいにおける鋳
型内の強化材の保持手段を改善した鋳ぐるみ方法に関す
る。

〔従来の技術〕

近年、アルミニウム鋳物製品に対し、高強度、高剛性、
高耐摩耗性等の高特性が要求されるに応じて、強度、剛
性、耐摩耗性等に優れた金属材料部材、セラミックス材
、繊維プリフォーム等の強化材をアルミニウム鋳物製品
の必要とされる箇所に鋳ぐるむことにより、「鋳ぐるみ
」アルミニウム複合材の製造が行なわれている。

そして、その強化材をアルミニウム又はアルミニウム合
金に鋳ぐるむにあたっては、鋳型の凹凸部あるいは鋳抜
きピン等を利用し、強化材を鋳型内に直接固定した後、
アルミニウム又はアルミニウム合金溶湯を鋳型内に充填
させることにより、強化材とアルミニウム又はアルミニ
ウム合金とが一体化された鋳ぐるみアルミニウム複合材
が製造されている。

また、このような強化材を鋳ぐるんだアルミニウム複合
材は、内部に強化材を有するために、後で穿孔等の機械
加工することは一般に非常に困難であって、特に複合材
内部にその全体にわたって繊維状の強化材が入っている
場合には難しい、そこで、後で機械加工する部分に機械
加工が容易な金属片を強化材と係止した状態で鋳型内に
配置し、溶融マトリックス金属を導入し、加圧し、凝固
させてアルミニウム複合材を形成させ、前記の金属片が
ある部分を穿孔などの機械加工をして所望の製品を製造
する技術（特開昭５８−７１３４６号公報）が提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記した鋳ぐるみによるアルミニウム複合材の
製造方法においては、強化材を直接鋳型に固定させるた
め、鋳型内の凹凸形状、鋳抜きビンの位置形状等により
、強化材の形状、固定位置、あるいは固定方法に制約が
生じる。また、前記したように強化材を直接鋳型に固定
させているため、その鋳型の金型と接する強化材の表面
は、鋳ぐるみアルミニウム複合材が製造されたとき、そ
の複合材表面に露出することとなる。このため、この強
化材がある面を穴あけ、切削等の機械加工を行なうこと
は一般に非常に困難である。

すなわち、上述の様な従来の製造方法により製造された
アルミニウム複合材においては、強化材の一部が複合材
表面に露出しており、この強化材は高強度、高弾性を有
し、かつアルミニウム又はアルミニウム合金よりも硬度
の高い材料よりなフているため、この強化材を横切って
穴あけ、切削等の機械加工を行なうことは困難である。

また、その機械加工を行ったとしても、アルミニウム部
分と強化材部分との界面部に加工段差を生じたり、加工
工具の摩耗が非常に大きいという問題がある。

なお、強化材と母材との界面は一般に強度が弱く、負荷
時の破壊起点となりやすいため、強化材の一部が複合材
表面に露出されていると、その部分より破壊につながる
ことがある。

特開昭５８−７１３４６号公報による技術においても機
械加工を要する部位に機械加工容易な金属片を強化材に
係止させた後、複合化鋳造を行なっているが、この方法
によると鋳型内への強化材配置は強化材自身を直接鋳型
に固定させることとなるため上記の様に固定方法におけ
る制約や露出した強化材界面部からの破壊原因を有する
といった問題点が考えられる。

本発明は、上記の欠点を解決するためにアルミニウム複
合材の製造にさいし強化材をアルミニウム又はアルミニ
ウム合金で鋳ぐるむ方法において、強化材を鋳型内の凹
凸形状あるいは鋳抜きピンの位置形状により制約される
ことなく鋳型内に保持、固定させることができ、また機
械加工が困難な強化材の一部が複合材表面に露出するこ
とがないようにしうる鋳ぐるみ方法を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、強化材をアルミニウム又はアルミニウム合金
で鋳ぐるむさいに、強化材に保持用金属片を係合させ、
その保持用金属片を介して強化材を鋳型内の所定位置に
保持、固定することにより上記目的を達成することを見
出してなされたものである。

すなわち、本発明は、下記の手段により上記目的を達成
するものである。

（１）　　鋳型内に強化材を配置し、アルミニウム又は
アルミニウム合金溶湯を注入して、強化材をアルミニウ
ム又はアルミニウム合金で鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法におい
て、強化材に係合した保持用金属片により鋳型内に強化
材を保持し、固定することを特徴とする鋳ぐるみ方法。

（２）　前記保持用金属片を機械加工容易な金属材料で
構成することを特徴とする前記（１１項記載の鋳ぐるみ
方法。

（３）　　前記保持用金属片が焼きばめ又はかしめ加工
により強化材と係合していることを特徴とする前記（１
）項又は（２）項記載の鋳ぐるみ方法。

本発明において使用する強化材は、従来アルミニウム複
合材に使用されている強化材のいずれも使用することが
でき、例えば金属材料部材、セラミックス材、繊維プリ
フォーム等を使用することができ、金属材料部材として
は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりも強度など
が大きい金属材料、例えば、鉄、ステンレス鋼、銅など
からなるものを用いることができ、セラミックス材とし
てはアルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素などからなるも
のを用いることができ、繊維プリフォームとしてはボロ
ン、炭素、アルミナ、炭化ケイ素などからなるものを用
いることができる。

この強化材と係合する保持用金属片は、これ自体が鋳型
の凹凸、鋳抜きピンを利用して鋳型内に固定され、この
金属片を介してこれに係合する強化材を鋳型内に保持し
、固定するものであるから、それに適する形状を有して
いなければならない。

例えば、この金属片は、鋳型の凹凸（この金属片を固定
させるために設けられたものも含む）と噛み合う形状を
有するとか、あるいは鋳抜きピンを挿通させ、かつそれ
と嵌合する穴を有するような形状を取ることができる。

しかも、この金属片は従来技術のように強化材がアルミ
ニウム複合材の表面に露出する位置に来ることのないよ
うに、例えば強化材がアルミニウム複合材の中心に来る
ように、強化材を鋳型内に保持、固定することができる
ような形状とすることが好ましい。強化材と母材との界
面は負荷時の破壊起点となりやすいため、強化材を複合
材表面に露出させることなく複合化させる方が強度的に
も優れる等から好ましいことである。

保持用金属片の材質としては、アルミニウム、銅等の機
械加工が容易なものが好ましく用いられる。このような
材質は、後述するようにこの金属片を機械加工をする箇
所に設ける場合には、特に必要である。また、この材質
は後述する金属片と強化材との保合手段に何を用いるか
によって好ましいものを選択することができる。

保持用金属片の強化材への係合手段は、溶接、はんだ付
、ボルト締め、焼きばめ、かしめ加工、接着等の方法が
ある。鋳型内へアルミニウム又はアルミニウム合金の溶
湯が導入されたさいに強化材の位置が移動しないもので
あることが必要なので、保持が確実であり、作業が簡便
であるという点から、特に焼きばめ、かしめ加工による
方法が特に適している。この保合にさいしては、強化材
に焼きばめ、かしめ加工等ができる構造、例えば穴、突
起部等を設けておくのが良い、具体的な態様については
実施例において説明する。

また、前記の保持用金属片は鋳型内に強化材を保持、固
定するためのものであるが、製造されるアルミニウム複
合材は前記したように後で穿孔等の機械加工がされるこ
とがあり、このような場合その機械加工される箇所に上
記した機械加工が容易な保持用金属片を設けて、強化材
の保持、固定を行わせれば、両方の面で有効に行われる
。

このようにして強化材が保持、固定された鋳型内へアル
ミニウム又はアルミニウム合金溶湯を注入して鋳ぐるん
でアルミニウム複合材を製造するが、それに用いるアル
ミニウム又はアルミニウム合金としては、アルミニウム
複合材の製造に用いることができるものがすべて使用す
ることができる。

〔作用〕

本発明では強化材はそれと係合させた保持用金属片によ
り鋳型内に保持、固定されるが、その金属片はあらかじ
め鋳型内の凹凸、鋳抜きピン等に固定できる形状に加工
してあり、この金属片を介して強化材が鋳型の金型内に
固定される。これにより、一般に機械加工が困難な強化
材をそれと係合させた機械加工が容易な保持用金属片に
より保持し、固定した後、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金の溶湯を鋳型内に充填し、前記金属片で保持され
た強化材を鋳ぐるんだアルミニウム複合材を製造するこ
とがで、きる。

このようにして製造されたアルミニウム複合材表面には
鋳型面に接していた機械加工容品な保持用金属片の面が
露出している。このため、アルミニウム複合材の表面を
機械加工するさいに、従来の強化材が表面に露出してい
る形態のアルミニウム複合材では機械加工が困難な強化
材部分を含めて加工しなければならなかったのに比して
、本発明により得られるアルミニウム複合材の場合には
、ｍ波加工が容易な保持用金属片部分を加工すればよい
ことになるので、その機械加工がきわめて容易となり、
加工作業性及びコスト面で非常に有利になる。

さらに、この保持用金属片の材料にアルミニウム又はア
ルミニウム合金のような、アルミニウム又はアルミニウ
ム合金溶湯と溶着しやすい金属を使用すれば、前記金属
片と溶湯とは溶着接合することとなり、強化材は複合材
表面に露出することなく完全に鋳ぐるまれ、複合材表面
に破壊起点となりやすいぜい弱な界面部がなくなること
で強度的に有利となる。

また、複合材の特定の部分表面に大きい硬度などが要求
される場合には、その部分の表面に強化材が露出するよ
うにすることができる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

ただし、本発明は、これらの実施例のみに限定されるも
のではない。

実施例１ 本発明の鋳ぐるみ方法により、ステンレス鋼板強化アル
ミニウム合金複合材自動車用シフトフォークを製造した
。その製造段階を第１〜７図により説明する。

第１図及び第２図は、ステンレス鋼板強化材ｌの正面図
及び側面図を示すものであり、シフトフォークの比強度
、剛性を向上し得る形状に加工され、かつ後加工の施さ
れる部分には金型鋳抜きピンで固定するための固定穴３
を有するアルミニウム裏保持用金属片２が接合されてい
る。前記金属片２の大きさに対応する穴を設けたステン
レス鋼板強化材１を約４００℃に加熱し、それの穴に前
記金属片２をはめ込んだ後、冷却させることにより、焼
きばめによる機械的接合を行った。

前記のステンレス鋼板強化材１を第５図に示すようにダ
イカスト用金型７内に入れて、強化材１に接合した金属
片２の固定穴３に前記金型７の固定側鋳抜きピン５を差
し込む、第５図は前記金型７の正面図を示すものである
。この金型７に対して第６図に示すように金型８を合わ
せて閉じ、それによって金属片２の反対側から前記鋳抜
きピン５と嵌合する可動側鋳抜きピン６を当接させて、
金属片２を両方の鋳抜きピン５及び６によってはさむこ
とにより固定する。これにより金属片２と接合する強化
材ｌは金型７及び８により形成される金型内（キャビテ
ィー９）の中心位置に保持、固定される。第６図は、金
型の一部縦断側面図であって、強化材１の保持、固定状
態が示されており、１０はアルミニウム又はアルミニウ
ム合金溶湯を圧入するためのプランジャーチップ、１１
はプランジャースリーブを示す、第７図は、その金型内
における金属片２を介した強化材１の保持、固定手段の
詳細図を示す。

次いで、第６図のプランジャースリーブ１０の金型外部
に位置する溶湯注入口（図示せず）よりＡＤＣＩＯダイ
カスト用アルミニアルミニウム合金溶湯てプランジャー
チップ１１より金型内９に圧入し、ダイカスト鋳造する
ことにより鋳ぐるみアルミニウム合金複合材が製造され
る。

第１２図に、上記により製造されたアルミニウム合金複
合材自動車用シフトフォークのアルミニウム金属片部１
９とＡＤＣＩＯアルミニウム合金部１８との界面におけ
る金属組織を示す、前記金属片部１９とＡＤＣＩＯアル
ミニウム合金部１８とはダイカスト鋳ぐるみ時に生しる
界面溶着により良好に接合していることがわかる。

第３図及び第４図に、上記により製造されたアルミニウ
ム合金複合材自動車用シフトフォーク４の正面図及び右
側面図を示す。１で示す点線部分は鋳ぐるみされた強化
材であり、２で示す点線部分は鋳ぐるみされた保持用金
属片を示す。

なお、この自動車用シフトフォーク４は、鋳ぐるみ後、
アルミニウム金属片２の部分及びＡＤＣ１０アルミニウ
ム合金部の合金炉加工されて使用に適する所要の形状と
される。

実施例２ 本発明の鋳ぐるみ方法により耐摩耗性セラミックス材鋳
ぐるみアルミニウム合金複合材カムチップを製造した。

その製造段階を第８〜１１図により説明する。

第８図及び第９図は、前記カムチップの摺動部分を形成
するためのＳｉ３Ｎ４耐摩耗性セラミックス強化材１２
に保持用アルミニウム金属片１４が接合されたものの正
面図及び右側面図を示すものであり、前記セラミックス
強化材１２の下部凸部１３に前記金属片１４の上部凹部
を合わせ、前記金属片１４の上部両端部を両側から軽く
圧縮することによりかしめによる機械的接合がなされて
いる。前記金属片１４の中央にはダイカスト金型の固定
側鋳抜きビンを通すための固定穴１５が開いている。

この金属片１４が接合した前記セラミックス強化材１２
を実施例１と同様にダイカスト用金型内に入れ、前記金
属片１４の固定穴１５に金型の固定側鋳抜きピンを差し
込み固定させる。その後、金型を閉じることにより、前
記金属片１４をさらに可動側鋳抜きビンではさみ固定す
ることにより、前記セラミックス強化材１２はダイカス
ト用金型内に保持、固定される。

この金型にＡＤＣＩＯダイカスト用アルミニアルミニウ
ム合金スト鋳造することにより鋳ぐるみアルミニウム合
金複合材が製造される。第１０図及び第１１図に、この
方法により製造されたアルミニウム合金複合材カムチッ
プ１７の正面図及び右側面図を示す。１４で示される点
線部分は前記金属片である。１６は鋳造されたアルミニ
ウム合金部である。

この鋳くるみ方法により製造されたアルミニウム合金複
合材カムチップのアルミニウム金属片１４の部分とアル
ミニウム合金部１６の一部は、後で加工されて使用に適
する所要の形状とされる。

前記の金属片１４をセラミックス強化材１２と接合して
用いることにより、鋳ぐるみのさいに、前記セラミック
ス強化材１２がアルミニウム合金複合材カムチップ１７
の所定の場所に来るように保持、固定することができる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強化材をアルミニウム又はアルミニウ
ム合金で鋳ぐるむ方法において、強化材を鋳型内の凹凸
形状あるいは鋳抜きピンの位置形状より制約されること
なく鋳型内に保持、固定することができる。このため、
強化材をアルミニウム複合材内の好ましい箇所に位置す
るように鋳ぐるむことができる。具体的には、アルミニ
ウム複合材を後加工する場合に、その加工する箇所に強
化材が存在しないようにすることができる。またアルミ
ニウム複合材の特性が最も良くなる位置、あるいは強化
材を存在させたい位置に強化材が来るようにすることが
できる。さらに、保持用金属片を機械加工が容易な金属
から構成し、かつその設置位置を製造後に加工したい箇
所とする場合には、得られたアルミニウム複合材の上記
箇所を容易に機械加工することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の実施例１におけるステン
レス鋼板強化アルミニウム合金複合材自動車用シフトフ
ォークに用いる、アルミニウム金属片を接合した強化材
の正面図及び側面図を示す。 第３図及び第４図は、本発明の実施例１において得られ
たステンレス鋼板強化アルミニウム合金複合材自動車用
シフトフォークの正面図及び側面図を示す、第５図は第
１図の強化材を一方の金型内に設置した状態の金型の正
面図を示す、第６図は第１図の強化材を内部に設置した
状態の金型の一部縦断側面図を示す、第７図は第６図内
における金属片を介した強化材の保持、固定手段の詳細
図を示す、第８図及び第９図は本発明の実施例２で用い
られる、５ｉ３１１４耐摩耗性セラミックス強化材に保
持用アルミニウム金属片が接合されたものの正面図及び
右側面図を示す。第１０図及び第１１図は本発明の実施
例２で得られたアルミニウム合金複合材カムチップの正
面図及び右側面図を示す、第１２図は、本発明の実施例
１において得られたステンレス鋼板強化アルミニウム合
金複合材自動車用シフトフォークのアルミニウム金属片
部とＡＤＣ１Ｏアルミニウム合金部との界面における金
属組織を示す。 符号の説明 １・・・ステンレス鋼板強化材 ２・・・アルミニウム製保持用金属片 ３・・・固定穴 ４・・・ステンレス鋼板強化アルミニウム合金複合材自
動車用シフトフォーク ５・・・固定側鋳抜きピン ６・・・可動側鋳抜きピン　７．８・・・金型９・・・
キャビティー １０・・・プランジャースリーフ １１・・・プランジャーチップ １２・・・セラミックス強化材 １３・・・凸部　　　　　　　１４・・・保持用金属片
１５・・・固定穴 １６・・・アルミニウム合金部 １７・・・アルミニウム合金複合材カムチップ１８・・
・ＡＤＣＩＯアルミニウム合金部１９・・・アルミニウ
ム金属片部 第 １　′ン 図 小 ！２ ＾しＧ　ｊＯア、に７ウノ・、 ７（：ン、ｊニー（１と Ｊ’ｆ °アルミニア・′〜 、金、ｌｉ、］７．Ｙ　４し

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋳型内に強化材を配置し、アルミニウム又はアル
   ミニウム合金溶湯を注入して、強化材をアルミニウム又
   はアルミニウム合金で鋳ぐるむ鋳ぐるみ方法において、
   強化材に係合した保持用金属片により鋳型内に強化材を
   保持し、固定することを特徴とする鋳ぐるみ方法。
2. （２）前記保持用金属片を機械加工容易な金属材料で構
   成することを特徴とする請求項１記載の鋳ぐるみ方法。
3. （３）前記保持用金属片が焼きばめ又はかしめ加工によ
   り強化材と係合していることを特徴とする請求項１又は
   請求項２記載の鋳ぐるみ方法。