JP2005500162A - 金属成形部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属成形部品、特に、金属材料製の軽量成形部品の製造方法に関する。密閉した全てを包む表面およびコアとしての内部中空構造を有する金属体は、金型に注入され、溶融金属が次に注入される。金属体の表面領域の平均密度は、金属体の内部よりも１．５〜２０だけ高い。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属成形部品の製造方法に関し、特に、軽金属を含む軽量成形部品に関し、かつ本方法を用いて製造される成形部品および軽金属構造において使用される成形部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
生態上の需要を考慮しつつ、航空機構造や自動車工学あるいは、ある程度静的需要の高いハイテク用途での使用をも考慮すると、金属成形部品の重量を軽減することは極めて重要である。これに関連して、特に軽金属は用途のますます拡大する範囲を確保する材料である。重量を軽減する更なる可能な方法は、発泡金属材料を使用することである。使用される発泡体は、軽量構造、剛性、圧縮強度、特に、改善された機械制動および音響制動により特徴付けられる。発泡金属素材から製造される構成部品もまた公知である。
【０００３】
ＧＥ ８９２９３４は、発泡金属コアおよび密閉した無孔表面を有する複雑な構造体の製造に関する。
【０００４】
ＤＥ １９８ ３２ ７９４ Ｃ１は、金属発泡体で充填された中空断面（ｈｏｌｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅｄ ｓｅｃｔｉｏｎ）の製造方法について記載している。この方法は、下型（ｆｅｍａｌｅ ｍｏｕｌｄ）およびマンドレルを含む押出金型を有する冷間押出によって、クラッド材料から中空断面を押し出す工程と、発泡体材料を含む金属発泡体を、マンドレルに形成される供給ダクトを介して中空断面へと供給する工程とを含む。
【０００５】
ＤＥ ２９７ ２３ ７４９ Ｕ１には、ホイールの内側に曝され、かつホイールの外側に鋳壁を有するような形で配列されている少なくとも１つの金属発泡体コアを含む自動車用ホイールが開示されている。ホイールの鋳造に関しては、発泡アルミニウムの発泡体コアは、鋳造中に外側の鋳造外皮がチル金型と発泡体コアとの間に形成されるように、チル金型に注入され、位置付けられる。
【０００６】
ＤＥ １９５ ０２ ３０７ Ａ１は、エネルギー吸収体として提供される発泡体アルミニウムを含む充填材のハウジングにおける、ひずみ要素について記載している。ハウジングは、金属またはプラスチックからなる場合がある。充填体は、ハウジングへ材料同士（ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｍａｔｅｒｉａｌ）を結合させることなく、単なる差込み部分である。
【０００７】
しかしながら、金属発泡製の鋳造コアの使用は、内部発泡金属成形部品の製造に関して特に関連がある。
【特許文献１】
ＧＥ ８９２９３４
【特許文献２】
ＤＥ １９８ ３２ ７９４ Ｃ１
【特許文献３】
ＤＥ ２９７ ２３ ７４９ Ｕ１
【特許文献４】
ＤＥ １９５ ０２ ３０７ Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、ＤＥ １９５ ０１ ５０８ Ｃ１は、自動車のシャシのための構成要素と、この種の構成要素の製造方法とを請求している。このために、発泡アルミニウム製のコアは、プレス・ダイカスト金型内に導入され、そしてこのコアは、アルミニウムが金型に注入された（コアの原理を失った）後、ダイカストアルミニウム構成要素に残存する。使用される発泡アルミニウムは、アルミニウム粉と発泡剤との混合物から形成され、本質的に多段操作において周知の方法で製造される（この種の方法は、例えば、「発泡アルミニウムの製造のための実用的な生産技術（Ｗｉｒｔｓｃｈａｆｔｌｉｃｈｅ Ｆｅｒｔｉｇｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋｅｎ Ｆｕｅｒ ｄｉｅ Ｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ ｖｏｎ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍｓｃｈａｅｕｍｅｎ）」（アルミニウム、第７６巻、２０００年、ｐ．４９１ ｆｆ）に記載されている）。ＤＥ １９５ ０１ ５０８ Ｃ１によると、０．６〜０．７ｇ／ｃｍ^３の密度および密閉多孔率を有する、このようにして製造される発泡アルミニウム体は次に、低負荷であることが条件である位置にあるキャスティング金型の内壁に対して支持または固定されている発泡アルミニウムのコアを用いて、金型に注入され、これによって、所望の肉厚との一定の距離がコアと金型との間に維持される。この距離をコアと金型との間に維持することによってのみ、製造される成形部品に形成される、密閉しかつ十分に安定した壁を確保することができる。この目的に使用される、金型キャビティにおいてコアを支持するためのコア支持体（Ｃｏｒｅ ｓｕｐｐｏｒｔ）を取り付ける方法は、鋳造方法において長期にわたって常識となっている（シュテファン・ハッセ（Ｓｔｅｐｈａｎ Ｈａｓｓｅ）著、「Ｇｉｅｓｓｅｒｅｉｌｅｘｉｋｏｎ」第１７版、１９９７年、ｐ．６５８および６４０ ｆｆを参照のこと）。使用されるであろうコアに概して必要なのは、金型におけるコアの位置が変化せず、またコアが占める一部の容量が再び充填の最中に解放されないように、プレス・ダイカスト法（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｅ−ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）で用いるために十分に圧力安定化していなければならないか、あるいは低速で進行する鋳造充填法に用いられる液体または半液体金属に対して適切に耐熱性でなければならないばかりでなく、金型キャビティ内で正確に支持するための要件を満たさなければならないということである。これは場合によっては極めて困難である。これは、広範囲な市販のコア支持体から（例えば、「Ｐｈｏｅｂｕｓ Ｋｅｒｎｓｔｕｅｔｚｅｎ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ， Ｄｏｒｔｍｕｎｄ」の配送範囲を参照のこと）、および金型におけるコア体を固定するための補助装置としてのコア支持体接着装置の使用から理解することができる。しかし、特に、金型におけるコアの正確な位置決めのためにコア支持体を使用することにより、金型充填過程のある時点で、対応するコア体の外層のある部分に非常に高い圧力が加えられる。これは、特に軽量発泡体に関しては問題であり、この種の発泡体を、正確な寸法で製造することができず、かつ充填過程に前述の温度および圧力荷重に耐えることができる適切な安定度の外層が、コア支持体が使用されるか否かに関わらず同時に形成されない場合には、問題である。したがって、本発明の目的は、軽量発泡体を鋳造法によって確実に囲む際の問題を解決し、且つ軽量金属成形部品を鋳造方法における更なる加工によって形成するためのこの種の金属体の加工を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本発明の主題は、金属成形部品の製造方法であって、全ての面の表面が密閉されている金属体と内部の中空構造とが金型に注入され、次に、残りの金型キャビティが金属または合金で充填されることである。
【００１０】
この方法において、金属体の表面領域の平均密度は、金属体の内部よりも好ましくは１．５〜２０、好ましくは３〜１５、特に好ましくは５〜１０だけ高い。
【００１１】
金属体（コア）を囲む金属構造が、使用される金属体の平均密度よりも高い密度を有する場合、そこから製造される成形部品は相応して軽重を有する。これが実質的に均一の密度である場合、もちろん減量はないが、比較的高価であり得る材料が、より費用のかからない造形品を埋め込むことによって低コストで製造することができる。
【００１２】
適切な金属体は特に発泡金属コアであり、これは有利には一体発泡構造を有する。金属体は通常、鋳造により液体金属溶融物で囲まれ、これは例えばダイカスト機において行われる場合がある。
【００１３】
金属体はまた、半固体鋳造法に従って、部分的に凝固した状態の金属を用いて鋳造によって囲まれることができる。
【００１４】
金属成形部品の、幾何学的配置および所望のまたは求められている機械的特質に依存して、複数の類似したあるいは異なる金属体を鋳ぐるむことももちろん可能である。
【００１５】
軽金属、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金は、本発明による方法に特に適している。しかし成形部品の製造に用いられる金属または合金は、成形体（ｓｈａｐｅｄ ｂｏｄｙ）に用いられるものとは異なる場合がある。
【００１６】
上述のように、使用される金属体は、文献に通常記載されてきた発泡体とは異なって、均一な発泡形態学を断面に沿って有さない、一体成形金属発泡体であることが望ましい（この種の金属体の製造は、ＤＥ １０１ ０４ ３３９．２に記載されている）。その代わり、成形発泡体は、外域が正確な輪郭で製造されることができ、その外殻は使用される金属または合金の密度に近い。したがってこの一体金属発泡体は真の勾配原料を表す。しかし成形体の内部においては、成形体全体の平均密度が、使用される金属または合金の理論的な密度より低くなるように、気泡の発生により密度が低減される（図）。この場合、成形体外部のミリメートル層の１立方ミリメートル当たりの平均密度は、成形体内部における平均密度よりも、１．５〜２０、好ましくは３〜５、特に好ましくは５〜１０だけ高い。この種の成形体は、例えば、発泡剤を添加した金属から直接ダイカスト法を用いて製造することができる。成形体の外皮の厚さ、およびそれ故に温度および圧力安定度は、特定の使用に従いプロセスパラメータを適切に変化させることによって適用することができ、同時に、形成される成形体の正確な輪郭により、更なる加工の最中に正確な位置決めが可能となる。例えば、本発明に従って使用されるであろう金属体を、完成品の中に残存するコアとして使用することによって、複雑な金属鋳造の重量を軽減するために利用することができる。しかしまた、工業生産工程が故に、使用されるであろうこの種のコアが完成体のコストを削減することは可能だが、これは第一に、それらを容易に製造することができ、第二に、一般的に、後にコアを囲むメタルクラッドよりもより費用のかからない材料から製造することができるからである。それらの特に十分な圧力および温度安定度により、この種のコアは、圧力ダイカスト法などの非常に急速な方法だけでなく、勿論遅い方法にも使用することができるが、遅い方法ではコア体に大きな熱負荷がかかる。結果は、例えば高圧鋳造法などの広範囲な適用範囲、および、例えばチクソ成形法（半固体鋳造法）などの、完全に液体ではない金属または合金で行う鋳造法における使用でさえもある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に従って使用されるであろう一体発泡成形体の特に密閉した外皮により、これらの成形体の減圧鋳造法における使用をも可能にする。これは、形成される表面の質を考慮すると、真空における関連収縮を注視して、連続的な破裂作用を有するコア体の内部からガスが漏洩することなく、完成体を製造するための本発明による方法の最中に金型を真空にすることができるからである。
【００１８】
一体発泡成形コアは、手動でまたは他の慣習的な工業プロセス（例えばロボット）を用いて、使用される金型に注入されることができる。次の鋳ぐるみおよび従って軽量の対象となる加工物の形成は、コア体の外皮の温度および圧力安定度を考慮すると、コア材料の融解温度よりも高い融解温度または高い加工温度を有する金属または合金を用いて、非常に容易に行うことができる。この種の方法は、高融解のクラッド材料の使用を提供し、コア体の外面が部分的に融解し、したがって、後に続く完成体の固形化処理の最中に、コア材料と、完成加工物の周囲の殻材料との間に密接な金属結合が形成される。工業鋳造法の従来の例としては、使用されるコア体の特に最良な圧力安定度は、最終加工物の更なる処理が一般に不要であることを意味する。本発明は、典型的な実施形態を参照して以下により詳細に説明する。唯一の図面は、コアの使用として適切な、一体成形発泡体全体の断面図を示す。
【実施例】
【００１９】
アルミニウム材料製の自動車の構成部品は、市販のプレス・ダイカスト機（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｅ−ｃａｓｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）において、一体的に発泡させた金属体として製造される。このために、第一の工程では、プレス・ダイカスト機の射出スリーブは適量の溶融金属で充填された。粉末状の水素化マグネシウムが、密閉した射出スリーブ内の泡を発生させる発泡剤（ｆｏａｍ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｂｌｏｗｉｎｇ ａｇｅｎｔ）として、液体金属に添加された。ほぼ同時に、発泡剤と溶融金属との混合物を金型キャビティに押し入れ始めた。金型キャビティは定められた量で不完全に充填された。結果として生じた乱流は金型キャビティにおける均質混合および発泡工程により充填されるキャビティとなる。スプレー充填により、鋳壁で金属が凝固し、高密度で均一な金属体の壁を形成した。プロセスパラメータを変化させることにより、肉厚と多孔率との両方、および勾配多孔率を調節することが可能であった。
【００２０】
「射出」は、発泡体の形成前に行われ、発泡工程は「ｉｎ ｓｉｔｕで」金型キャビティにおいて行われた。冷却金型で急速な発泡が起きた。構成部品は、同じ材料から作製された従来のダイカストと比較してほんの約４０％の質量しか有さなかった。実施例に従って製造された金属体を次に、より大きな金型にコアとして注入し、金型を密閉した。次に、標準的なプレス・ダイカスト法を使用して、溶融金属をプレス・ダイカスト機の射出スリーブから金型キャビティ内へ押出した。この充填作業の間、金型キャビティは完全に充填され、余盛は、成形部品の冷却後、射出経路、および射出室の端部から除去された。この工程の結果は、挿入されたコア体の領域において、キャビティを有したが、コアにより充填されなかった構造体の領域における鋳造に対応した、軽量成形部品であった。
【００２１】
金属体の実施例の断面図（図）は、使用された金型に合致する輪郭の正確な適合とともに、成形部品の縁および内部における異なる形態学、かつエジェクタの浅い圧痕跡を考慮したコアの圧力安定度を明らかに示す。
【００２２】
実施例に従って製造された成形部品は、低密度、および対応する固形比較体（ｓｏｌｉｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｏｄｙ）よりも改良された防振挙動を有した。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】金属体の実施例を示す断面図である。

Claims (12)

1. 金属成形部品の製造方法であって、全ての面の表面が密閉されている金属体と内部の中空構造とが金型に注入され、次に、残りの金型キャビティが金属または合金で充填されることを特徴とする方法。
2. 前記金属体の表面領域の平均密度が該金属体の内部よりも、１．５〜２０、好ましくは３〜１５、特に好ましくは５〜１０だけ高い、請求項１に記載の方法。
3. 前記金属体（コア）を囲む金属構造が、使用される前記金属体の平均密度よりも高い密度を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記金属体が、発泡金属コアの形状で、鋳造により液体金属溶融物で囲まれる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 鋳造により前記金属体を囲む作業がダイカスト機において行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 鋳造により前記金属体を囲む作業が、半固体鋳造法に従って、部分的に凝固した状態の金属を用いて行われる、請求項１〜３、および５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記金属体が前記金型に注入された後、および前記金属を前記金型に入れる前に、前記金型を真空にし、かつその時のみに前記金型が充填される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 複数の類似したあるいは異なる金属体を金型に注入し、次に鋳ぐるむ、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 軽金属、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む溶融金属が、前記金型を充填するために使用される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を使用して製造される金属成形部品。
11. 前記金属体の材料が、前記金属体を囲む前記金属とは異なる組成を有する、請求項１０に記載の金属成形部品。
12. 軽金属構造を構築するための、請求項１０または１１に記載の金属成形部品の使用法。

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