JP3420572B2 - 部品を製造するためのダイおよび方法 - Google Patents
部品を製造するためのダイおよび方法Info
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- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
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Description
【０００１】本発明は、請求項１および１０に記載の部
品を製造するためのダイおよび方法に関する。
品を製造するためのダイおよび方法に関する。
【０００２】部品の質量を減らすために現在、例えばア
ルミニウムまたはマグネシウムといった軽金属から圧力
型鋳造方法を用いて、比較的大型の個別部品を製造する
努力がなされている。これは、自動車のギヤ・ケーシン
グおよびエンジン・ブロックを軽金属から製造すること
が増えている自動車産業に特に適用される。しかし軽金
属を使用すると、部品の機械的な負荷がかかる部域の強
度、耐クリープ性、および耐摩耗性は、比較的高い温度
を受ける区域において特に不十分となる。したがって、
この形式の軽金属部品の機械的負荷容量は限定される。
ルミニウムまたはマグネシウムといった軽金属から圧力
型鋳造方法を用いて、比較的大型の個別部品を製造する
努力がなされている。これは、自動車のギヤ・ケーシン
グおよびエンジン・ブロックを軽金属から製造すること
が増えている自動車産業に特に適用される。しかし軽金
属を使用すると、部品の機械的な負荷がかかる部域の強
度、耐クリープ性、および耐摩耗性は、比較的高い温度
を受ける区域において特に不十分となる。したがって、
この形式の軽金属部品の機械的負荷容量は限定される。
【０００３】一般形式の方法がＤＥ１９７１０６７１Ｃ
２によって知られている。この文書は、セラミック材料
で作られた多孔質の犠牲体（インサート）をダイ（ｄｉ
ｅ）の所定の位置に配して、圧力をかけた状態で溶融金
属（鋳込み金属）で溶浸する方法を開示している。鋳込
み金属によるインサートの溶浸は、インサート個所にお
ける金属セラミック複合材料（補強部材）の形成をもた
らす。次に鋳物部品を、補強部材内においてセラミック
材料と鋳込み金属との間に反応が起るように加熱し、こ
の結果、耐摩耗性と強度の点では補強部材よりもすぐれ
た、セラミック相と金属間材料相とを含む複合材料とな
る。しかしながら、特に局部的補強の場合には、部品の
加熱は高い技術的支出と高い製造費を伴ってのみ達成す
ることができる。さらにまた方法条件は、曲げ応力が溶
浸中にインサートに対して損傷を与える恐れがあること
を意味する。
２によって知られている。この文書は、セラミック材料
で作られた多孔質の犠牲体（インサート）をダイ（ｄｉ
ｅ）の所定の位置に配して、圧力をかけた状態で溶融金
属（鋳込み金属）で溶浸する方法を開示している。鋳込
み金属によるインサートの溶浸は、インサート個所にお
ける金属セラミック複合材料（補強部材）の形成をもた
らす。次に鋳物部品を、補強部材内においてセラミック
材料と鋳込み金属との間に反応が起るように加熱し、こ
の結果、耐摩耗性と強度の点では補強部材よりもすぐれ
た、セラミック相と金属間材料相とを含む複合材料とな
る。しかしながら、特に局部的補強の場合には、部品の
加熱は高い技術的支出と高い製造費を伴ってのみ達成す
ることができる。さらにまた方法条件は、曲げ応力が溶
浸中にインサートに対して損傷を与える恐れがあること
を意味する。
【０００４】したがって本発明の目的は、機械的負荷容
量を向上させた、特に耐クリープ性を向上させた軽金属
部品を容易に低コストで製造することができるように、
ダイおよびさらに改善された上記形式の方法を提供する
ことである。
量を向上させた、特に耐クリープ性を向上させた軽金属
部品を容易に低コストで製造することができるように、
ダイおよびさらに改善された上記形式の方法を提供する
ことである。
【０００５】この目的の解決法は、請求項１に記載の特
徴を有する装置（ダイ）と請求項１０に記載の方法にあ
る。
徴を有する装置（ダイ）と請求項１０に記載の方法にあ
る。
【０００６】請求項１に記載の本発明による装置は、所
定の仕方でインサートを位置決めする固定部材がダイの
中にあることで区別される。固定部材は、インサートに
作用する曲げモーメントが最小限に抑えられるように設
計されている。本発明によれば、これは、インサートに
作用する力を固定部材によって共線力（ｃｏｌｌｉｎｅ
ａｒ ｆｏｒｃｅ）で補償することによって達成され
る。これは、対向する力線が１本の直線の上にあること
を意味する。本発明による固定部材の他に、インサート
は、これが鋳込み金属の伝搬流の中に直接置かれないよ
うに、鋳型空間の中に位置決めされる。これを達成する
ために、遮蔽部材を使用する。理想的には、これらの遮
蔽部材は、部品の外形によって決定される例えば縁部ま
たは壁などの、鋳型空間輪郭を有する部品である。しか
しながら、追加の固定部材を設計して、これらがインサ
ートに対して鋳込み金属の流れを遮蔽するようにするこ
ともできる。固定部材と遮蔽部材は共にセラミック製イ
ンサートに対する損傷を防ぎ、これによって補強軽金属
部品の一連の製造におけるスクラップ発生率を減少する
（請求項１）。
定の仕方でインサートを位置決めする固定部材がダイの
中にあることで区別される。固定部材は、インサートに
作用する曲げモーメントが最小限に抑えられるように設
計されている。本発明によれば、これは、インサートに
作用する力を固定部材によって共線力（ｃｏｌｌｉｎｅ
ａｒ ｆｏｒｃｅ）で補償することによって達成され
る。これは、対向する力線が１本の直線の上にあること
を意味する。本発明による固定部材の他に、インサート
は、これが鋳込み金属の伝搬流の中に直接置かれないよ
うに、鋳型空間の中に位置決めされる。これを達成する
ために、遮蔽部材を使用する。理想的には、これらの遮
蔽部材は、部品の外形によって決定される例えば縁部ま
たは壁などの、鋳型空間輪郭を有する部品である。しか
しながら、追加の固定部材を設計して、これらがインサ
ートに対して鋳込み金属の流れを遮蔽するようにするこ
ともできる。固定部材と遮蔽部材は共にセラミック製イ
ンサートに対する損傷を防ぎ、これによって補強軽金属
部品の一連の製造におけるスクラップ発生率を減少する
（請求項１）。
【０００７】インサートは鋳造機に対して固定されたダ
イの片側に位置決めされることが好ましい。これは、イ
ンサ−トはダイが閉じているときにはその位置を動かす
可能性のある動きを全く受けないことを意味するからで
ある。部品の外形および／またはダイの外形が必要とす
る場合には、インサートをダイの可動側またはスライド
の上に位置決めすることが可能である。さらにまた、複
数のインサートをダイの中に位置決めすることが可能
で、これらのインサートを固定側および／または可動側
および／またはスライドの上に置くことができる（請求
項２）。
イの片側に位置決めされることが好ましい。これは、イ
ンサ−トはダイが閉じているときにはその位置を動かす
可能性のある動きを全く受けないことを意味するからで
ある。部品の外形および／またはダイの外形が必要とす
る場合には、インサートをダイの可動側またはスライド
の上に位置決めすることが可能である。さらにまた、複
数のインサートをダイの中に位置決めすることが可能
で、これらのインサートを固定側および／または可動側
および／またはスライドの上に置くことができる（請求
項２）。
【０００８】インサートに作用する曲げモーメントを最
小限に抑えるために、インサートを鋳型空間の壁の上に
位置決めすることは有用である。この場合には、正確に
固定する仕方でダイ壁の表面を満たすことはインサート
のために重要である。ダイ壁は平面状の表面であること
が理想的である（請求項３）。
小限に抑えるために、インサートを鋳型空間の壁の上に
位置決めすることは有用である。この場合には、正確に
固定する仕方でダイ壁の表面を満たすことはインサート
のために重要である。ダイ壁は平面状の表面であること
が理想的である（請求項３）。
【０００９】インサートの決定的な固定はダイが閉じて
いる間に行われる。この目的のために、ラグ、ピン、エ
ッジ、および／または遮蔽部材（固定部材）を、インサ
ートと反対側にあるツール側（インサートが固定側に位
置決めされている場合には可動側）またはスライド上に
挿入することができる（請求項４）。
いる間に行われる。この目的のために、ラグ、ピン、エ
ッジ、および／または遮蔽部材（固定部材）を、インサ
ートと反対側にあるツール側（インサートが固定側に位
置決めされている場合には可動側）またはスライド上に
挿入することができる（請求項４）。
【００１０】インサートが正確に固定する仕方で鋳型空
間の壁に対して位置決めされた場合には、鋳込み金属が
インサートと鋳型空間との間を決して貫通しないことが
重要である。これはインサートの持上げ離間をもたら
し、固定部材の力の作用とともに、インサートを壊すこ
ともある曲げモーメントを引き起こす。これは、例えば
インサートと鋳型空間の間の接触表面が反対側の型側面
の縁部によって密封される場合には、防止することがで
きる（請求項５）。
間の壁に対して位置決めされた場合には、鋳込み金属が
インサートと鋳型空間との間を決して貫通しないことが
重要である。これはインサートの持上げ離間をもたら
し、固定部材の力の作用とともに、インサートを壊すこ
ともある曲げモーメントを引き起こす。これは、例えば
インサートと鋳型空間の間の接触表面が反対側の型側面
の縁部によって密封される場合には、防止することがで
きる（請求項５）。
【００１１】さまざまな部品において、インサートは鋳
型空間のチャンバの中に自由に位置決めされることが重
要である。この場合には、固定は同様に固定部材によっ
て準備される。鋳型空間が完全に満たされた後、インサ
ートの溶浸が全ての側から均一に、すなわち均衡を保っ
て行われる。均衡な溶浸は、インサートに作用する曲げ
モーメントが最小限に抑えられるという利点を有する
（請求項６）。
型空間のチャンバの中に自由に位置決めされることが重
要である。この場合には、固定は同様に固定部材によっ
て準備される。鋳型空間が完全に満たされた後、インサ
ートの溶浸が全ての側から均一に、すなわち均衡を保っ
て行われる。均衡な溶浸は、インサートに作用する曲げ
モーメントが最小限に抑えられるという利点を有する
（請求項６）。
【００１２】代替案として、および／または外部から作
用する固定部材を支援するために、インサートに孔を設
けて、これを固定側または可動側またはスライドの上に
置かれたピンに正確に位置決めすることが可能である。
これは、製造すべき部品の設計が、部品の中で空洞とし
て反映する固定部材が鋳型空間の中にあることを位置的
に容認しない場合には、有利である（請求項７）。
用する固定部材を支援するために、インサートに孔を設
けて、これを固定側または可動側またはスライドの上に
置かれたピンに正確に位置決めすることが可能である。
これは、製造すべき部品の設計が、部品の中で空洞とし
て反映する固定部材が鋳型空間の中にあることを位置的
に容認しない場合には、有利である（請求項７）。
【００１３】鋳込み金属を送り出す鋳造プランジャの断
面は、鋳型空間の開口部（ゲート）の断面よりも一般に
大きい。この結果、鋳込み金属は、これが一定の鋳造プ
ランジャの速度で鋳型空間に入ると加速されることにな
る。インサートを鋳込み金属から防護するためには、遮
蔽部材に加えて、鋳込み金属の速度を低く維持すること
が得策である。実際には、インサートの領域における鋳
込み金属の速度が最高鋳造プランジャ速度の８倍を越え
てはならないことが明らかになった。したがって、ゲー
トの断面は鋳造プランジャの断面の約８分の１以下であ
ってはならない（請求項８）。
面は、鋳型空間の開口部（ゲート）の断面よりも一般に
大きい。この結果、鋳込み金属は、これが一定の鋳造プ
ランジャの速度で鋳型空間に入ると加速されることにな
る。インサートを鋳込み金属から防護するためには、遮
蔽部材に加えて、鋳込み金属の速度を低く維持すること
が得策である。実際には、インサートの領域における鋳
込み金属の速度が最高鋳造プランジャ速度の８倍を越え
てはならないことが明らかになった。したがって、ゲー
トの断面は鋳造プランジャの断面の約８分の１以下であ
ってはならない（請求項８）。
【００１４】内燃機関および変速機の部品は、本発明に
よる装置を使用する軽金属部品の局部的補強に特に適し
ている。これらの部品では、使用される材料の特性に対
して非常に高い要求が課される。言及すべき特性は、曲
げ強度、弾性率、膨張率、および耐摩耗性である。局部
的補強は、シリンダ・クランクケースの中で使用される
シリンダ・ライナで特に採用される。シリンダ・ライナ
では、先ず耐摩耗性、次にライナの剛性が重要である。
これは小さなシリンダ間隔すなわち狭いウェブ幅ととも
に重要である。それは、この場合には補強がなければラ
イナの望ましくない***が発生し、これがシリンダとラ
イナの間に形成するギャップをもたらし、このギャップ
を通って未燃の燃料が逸出する（吹抜け効果）可能性が
あるからである。クランクシャフトの（例えばシリンダ
・クランクケースにおける、および／またはクランクケ
ースの下半分における、および／またはベアリング・キ
ャップにおける）基底ベアリング領域、およびギヤ・ケ
ーシングにおけるベアリング領域は、局部補強のさらに
別の適用分野である。この場合には、補強されていない
軽金属と比較して補強部材の高い剛性と、低い膨張率
と、高い耐クリープ性を利用することができる。補強部
材の摩耗に対するすぐれた耐性のため、これらがベアリ
ング・ブロックにおけるベアリング・シェルに取って代
わることも考えられる。
よる装置を使用する軽金属部品の局部的補強に特に適し
ている。これらの部品では、使用される材料の特性に対
して非常に高い要求が課される。言及すべき特性は、曲
げ強度、弾性率、膨張率、および耐摩耗性である。局部
的補強は、シリンダ・クランクケースの中で使用される
シリンダ・ライナで特に採用される。シリンダ・ライナ
では、先ず耐摩耗性、次にライナの剛性が重要である。
これは小さなシリンダ間隔すなわち狭いウェブ幅ととも
に重要である。それは、この場合には補強がなければラ
イナの望ましくない***が発生し、これがシリンダとラ
イナの間に形成するギャップをもたらし、このギャップ
を通って未燃の燃料が逸出する（吹抜け効果）可能性が
あるからである。クランクシャフトの（例えばシリンダ
・クランクケースにおける、および／またはクランクケ
ースの下半分における、および／またはベアリング・キ
ャップにおける）基底ベアリング領域、およびギヤ・ケ
ーシングにおけるベアリング領域は、局部補強のさらに
別の適用分野である。この場合には、補強されていない
軽金属と比較して補強部材の高い剛性と、低い膨張率
と、高い耐クリープ性を利用することができる。補強部
材の摩耗に対するすぐれた耐性のため、これらがベアリ
ング・ブロックにおけるベアリング・シェルに取って代
わることも考えられる。
【００１５】補強部材によって補強できるさらに機械的
に負荷を受ける部品または機能要素は、例えば集合ロッ
ド、排気タービン過給機ブレード、または変速機シフテ
ィング・フォーク上のスライディング・ブロックであ
る。さらにまた、ブレーキ・ディスクを摩擦リングの領
域で補強して、軽金属の耐摩耗性よりも高い補強部材の
耐摩耗性を利用することができる。
に負荷を受ける部品または機能要素は、例えば集合ロッ
ド、排気タービン過給機ブレード、または変速機シフテ
ィング・フォーク上のスライディング・ブロックであ
る。さらにまた、ブレーキ・ディスクを摩擦リングの領
域で補強して、軽金属の耐摩耗性よりも高い補強部材の
耐摩耗性を利用することができる。
【００１６】さらにまた、インサートの出発組成を選択
制御することによって、本発明による装置を使用して、
高い熱伝導率と同時に組み合わせた低い膨張率を有する
ヒート・シンクの形で部品を製造することが可能である
（請求項９）。
制御することによって、本発明による装置を使用して、
高い熱伝導率と同時に組み合わせた低い膨張率を有する
ヒート・シンクの形で部品を製造することが可能である
（請求項９）。
【００１７】鋳造作業を３段階、すなわち予備区間、充
填移動、および標準的な圧力型鋳造において通例である
再圧縮成形に分割することが、請求項１０に記載の、本
発明による方法において変更された形で採用される。こ
れらの３段階は、ダイが鋳込み金属によって充填される
程度の関数としての鋳造プランジャの速度によって定義
される。標準的圧力型鋳造の特徴は、鋳込み金属が鋳型
空間に達するまで（予備区間）、それから鋳造プランジ
ャを加速するために（充填移動）、鋳造プランジャがゆ
るやかに動かされる。しかしながら、鋳型空間の中に多
孔質のインサートがある場合には、インサートがすでに
鋳込み金属によって取り囲まれているときに鋳造プラン
ジャを加速するだけであることは有利である。これはイ
ンサートに対する損傷を防止し、スクラップ発生率を減
少する。充填が始まったときの鋳型空間の充填程度は、
部品におけるインサートの位置に依存し、実際には１０
％〜９０％であり、これは鋳型空間については、充填移
動の開始時において充満状態の５０％〜８０％であるこ
とが特に好都合であると証明されている。
填移動、および標準的な圧力型鋳造において通例である
再圧縮成形に分割することが、請求項１０に記載の、本
発明による方法において変更された形で採用される。こ
れらの３段階は、ダイが鋳込み金属によって充填される
程度の関数としての鋳造プランジャの速度によって定義
される。標準的圧力型鋳造の特徴は、鋳込み金属が鋳型
空間に達するまで（予備区間）、それから鋳造プランジ
ャを加速するために（充填移動）、鋳造プランジャがゆ
るやかに動かされる。しかしながら、鋳型空間の中に多
孔質のインサートがある場合には、インサートがすでに
鋳込み金属によって取り囲まれているときに鋳造プラン
ジャを加速するだけであることは有利である。これはイ
ンサートに対する損傷を防止し、スクラップ発生率を減
少する。充填が始まったときの鋳型空間の充填程度は、
部品におけるインサートの位置に依存し、実際には１０
％〜９０％であり、これは鋳型空間については、充填移
動の開始時において充満状態の５０％〜８０％であるこ
とが特に好都合であると証明されている。
【００１８】多孔質セラミック・インサートを鋳込み金
属で溶浸すると、貫入構造が形成される。これは、イン
サートの互いに通路を通じて連結された開細孔が鋳込み
金属によって充填されていることを意味する。したがっ
て、各材料相はそれ自体の三次元枠組を形成し、２つの
枠組は、緻密な物体すなわち補強部材が形成されるよう
に互いに織り合わされる。この形式の補強部材が例えば
ねずみ鋳鉄によって作られたモノリシック補強部材に対
して勝る１つの利点は、重量が減ることに加えて、部品
と補強部材材料との間に規定の境界がないことである。
むしろ、部品の金属は補強部材の金属と同じものであ
り、これは連続的に接合している（請求項１１）。
属で溶浸すると、貫入構造が形成される。これは、イン
サートの互いに通路を通じて連結された開細孔が鋳込み
金属によって充填されていることを意味する。したがっ
て、各材料相はそれ自体の三次元枠組を形成し、２つの
枠組は、緻密な物体すなわち補強部材が形成されるよう
に互いに織り合わされる。この形式の補強部材が例えば
ねずみ鋳鉄によって作られたモノリシック補強部材に対
して勝る１つの利点は、重量が減ることに加えて、部品
と補強部材材料との間に規定の境界がないことである。
むしろ、部品の金属は補強部材の金属と同じものであ
り、これは連続的に接合している（請求項１１）。
【００１９】補強部材の特性にはさまざまな要求が課さ
れており、したがって、さまざまな適用のための先駆物
質としてさまざまな原セラミック粉を使用することが、
本発明に関連して得策である。例えば、高い硬度または
耐摩耗性を必要とする場合には、原粉として炭化珪素ま
たは炭化チタンを使用することが有利である。熱伝導率
が高いことを必要とする部品の場合には、炭化珪素また
は窒化アルミニウムが適当な原セラミック粉となる。多
くの場合に、強度、弾性率、対クリープ性、または耐摩
耗性などの機械的特性は、原料コストを考慮して補強部
材の作用方式に関して重要である。これらの基準に応じ
て、酸化チタン、スピネル、ムライト、珪酸アルミニウ
ム、または粘度鉱物などの原粉が使用される（請求項１
２）。
れており、したがって、さまざまな適用のための先駆物
質としてさまざまな原セラミック粉を使用することが、
本発明に関連して得策である。例えば、高い硬度または
耐摩耗性を必要とする場合には、原粉として炭化珪素ま
たは炭化チタンを使用することが有利である。熱伝導率
が高いことを必要とする部品の場合には、炭化珪素また
は窒化アルミニウムが適当な原セラミック粉となる。多
くの場合に、強度、弾性率、対クリープ性、または耐摩
耗性などの機械的特性は、原料コストを考慮して補強部
材の作用方式に関して重要である。これらの基準に応じ
て、酸化チタン、スピネル、ムライト、珪酸アルミニウ
ム、または粘度鉱物などの原粉が使用される（請求項１
２）。
【００２０】複合材料におけるファイバの使用は一般
に、複合材料の延性を向上させる。これは、ファイバが
亀裂のエネルギーを吸収し、したがって複合材料が高い
耐破壊性を有することに由来する。この場合、ファイバ
と基質との間の接合が特に重要である。本発明による方
法では特に高い耐破壊性が金属繊維によって、特に鉄、
クロム、アルミニウム、およびイットリウムに基づく金
属繊維によって達成されることが明らかになっている。
ファイバの有利な厚さは２０μｍ〜２００μｍ、特に３
５μｍ〜５０μｍの範囲にある（請求項１３）。
に、複合材料の延性を向上させる。これは、ファイバが
亀裂のエネルギーを吸収し、したがって複合材料が高い
耐破壊性を有することに由来する。この場合、ファイバ
と基質との間の接合が特に重要である。本発明による方
法では特に高い耐破壊性が金属繊維によって、特に鉄、
クロム、アルミニウム、およびイットリウムに基づく金
属繊維によって達成されることが明らかになっている。
ファイバの有利な厚さは２０μｍ〜２００μｍ、特に３
５μｍ〜５０μｍの範囲にある（請求項１３）。
【００２１】ダイの充填度合に応じて、鋳造プランジャ
の速度は本発明による方法のための重要なパラメータで
ある。予備区間中の鋳造プランジャの速度は０．１ｍ／
秒〜２ｍ／秒が有利であることがわかっている。この速
度範囲が充填作業のために適切である場合には、鋳造プ
ランジャの速度は予備区間中にこの範囲内で増加する。
充填移動中の鋳造プランジャの速度は、本発明によれば
１ｍ／秒〜５ｍ／秒の間にあるので、予備区間における
低速度は充填移動中の低速度に連係する。最適速度は各
場合において鋳型空間の外形に依存し、したがってダイ
に特有のものである。一般に、部品が欠陥なしに製造さ
れることを保証する指定された範囲内でのできるだけ低
い鋳造プランジャ速度が、予備区間中に選択されること
を保証すべきである。充填移動は、指定された範囲内の
できるだけ高い速度で実施されるべきである。記載した
範囲内での最適速度は各部品の外形について個別に決定
すべきである（請求項１４）。
の速度は本発明による方法のための重要なパラメータで
ある。予備区間中の鋳造プランジャの速度は０．１ｍ／
秒〜２ｍ／秒が有利であることがわかっている。この速
度範囲が充填作業のために適切である場合には、鋳造プ
ランジャの速度は予備区間中にこの範囲内で増加する。
充填移動中の鋳造プランジャの速度は、本発明によれば
１ｍ／秒〜５ｍ／秒の間にあるので、予備区間における
低速度は充填移動中の低速度に連係する。最適速度は各
場合において鋳型空間の外形に依存し、したがってダイ
に特有のものである。一般に、部品が欠陥なしに製造さ
れることを保証する指定された範囲内でのできるだけ低
い鋳造プランジャ速度が、予備区間中に選択されること
を保証すべきである。充填移動は、指定された範囲内の
できるだけ高い速度で実施されるべきである。記載した
範囲内での最適速度は各部品の外形について個別に決定
すべきである（請求項１４）。
【００２２】再圧縮成形の圧力は、充填移動中の鋳造プ
ランジャの速度から、および充填移動中の鋳造プランジ
ャの押しのけ容積から得られる。本発明による方法を使
用すると、充填移動は従来のダイ鋳造方法におけるより
も遅く始まり、したがって再圧縮成形中に達成される最
高圧力は従来のダイ鋳造方法におけるよりも低い。これ
は一般に６００バール〜１２００バールで、ほとんどの
場合には７００バール〜９００バールであり、すぐれた
溶浸を達成するためには、できるだけ高い圧力を目指す
べきである（請求項１５）。
ランジャの速度から、および充填移動中の鋳造プランジ
ャの押しのけ容積から得られる。本発明による方法を使
用すると、充填移動は従来のダイ鋳造方法におけるより
も遅く始まり、したがって再圧縮成形中に達成される最
高圧力は従来のダイ鋳造方法におけるよりも低い。これ
は一般に６００バール〜１２００バールで、ほとんどの
場合には７００バール〜９００バールであり、すぐれた
溶浸を達成するためには、できるだけ高い圧力を目指す
べきである（請求項１５）。
【００２３】本発明による方法では、アルミニウム合金
またはマグネシウム合金を使用するときには特に、鋳込
み金属の温度は６８０℃〜７８０℃である。鋳型空間の
充填中と特にインサートの溶浸中に鋳込み金属が十分に
熱くて液相温度以上のままであるように、すなわち液体
の形のままであって、インサートの細孔を塞ぐことにな
る凝固が始まらないように、温度をできるだけ高く選択
しなければならない。鋳込み金属がアルムニウム合金か
ら成る場合には、７４０℃以上の温度において金属は空
気から水素を取り込み、これはこの合金から鋳造される
べき部品の品質に対して悪い影響を与える。この理由
で、鋳込み金属の最適温度は７００℃〜７４０℃である
（請求項１６）。
またはマグネシウム合金を使用するときには特に、鋳込
み金属の温度は６８０℃〜７８０℃である。鋳型空間の
充填中と特にインサートの溶浸中に鋳込み金属が十分に
熱くて液相温度以上のままであるように、すなわち液体
の形のままであって、インサートの細孔を塞ぐことにな
る凝固が始まらないように、温度をできるだけ高く選択
しなければならない。鋳込み金属がアルムニウム合金か
ら成る場合には、７４０℃以上の温度において金属は空
気から水素を取り込み、これはこの合金から鋳造される
べき部品の品質に対して悪い影響を与える。この理由
で、鋳込み金属の最適温度は７００℃〜７４０℃である
（請求項１６）。
【００２４】また溶浸の前に鋳込み金属が凝固すること
を防ぐためにも、インサートを５００℃〜８００℃間に
ある温度に予備加熱することは有利である。６００℃〜
７００℃間にある予備加熱温度は、鋳込み金属とインサ
ートとの間に化学反応が起る可能性を防ぎ、同時に鋳込
み金属の凝固を遅らせるので、特に有利である（請求項
１７）。
を防ぐためにも、インサートを５００℃〜８００℃間に
ある温度に予備加熱することは有利である。６００℃〜
７００℃間にある予備加熱温度は、鋳込み金属とインサ
ートとの間に化学反応が起る可能性を防ぎ、同時に鋳込
み金属の凝固を遅らせるので、特に有利である（請求項
１７）。
【００２５】インサートの予備加熱は、少数の部品を製
造するときには得策である電熱室炉で行うことができ
る。しかし、連続製造方法を使用するときには、連続炉
が特に適している。これは、製造に必要とされるインサ
ートの連続的な供給を確実にし、さらにまたインサート
の一定温度が確立できるようにする（請求項１８）。方
法順序を続けながら、インサートを鋳造ロボットで取り
出して、ダイの中に置くことができる。これは手動によ
る挿入よりも時間短縮になり、インサートがダイの中で
正確に位置決めされることを保証する（請求項１９）。
造するときには得策である電熱室炉で行うことができ
る。しかし、連続製造方法を使用するときには、連続炉
が特に適している。これは、製造に必要とされるインサ
ートの連続的な供給を確実にし、さらにまたインサート
の一定温度が確立できるようにする（請求項１８）。方
法順序を続けながら、インサートを鋳造ロボットで取り
出して、ダイの中に置くことができる。これは手動によ
る挿入よりも時間短縮になり、インサートがダイの中で
正確に位置決めされることを保証する（請求項１９）。
【００２６】本発明による方法を適用するために、使用
される鋳込み金属のためには、アルミニウムまたはマグ
ネシウムまたはこれらの金属の合金であることが特に有
利である。これらの金属は低い密度を有し、圧力ダイ鋳
造方法を使用する鋳造には特に適している（請求項２
０）。
される鋳込み金属のためには、アルミニウムまたはマグ
ネシウムまたはこれらの金属の合金であることが特に有
利である。これらの金属は低い密度を有し、圧力ダイ鋳
造方法を使用する鋳造には特に適している（請求項２
０）。
【００２７】インサートが３０％〜８０％の孔隙率を有
する場合には、このインサートは鋳込み金属によって特
にうまく溶浸され、非常に良好な溶浸は特に５０％の孔
隙率において達成でき、インサートは比較的高い強度を
有する。インサートの最適細孔径は１μｍ〜１００μｍ
の間にあり、好ましくは２０μｍである（請求項２
１）。
する場合には、このインサートは鋳込み金属によって特
にうまく溶浸され、非常に良好な溶浸は特に５０％の孔
隙率において達成でき、インサートは比較的高い強度を
有する。インサートの最適細孔径は１μｍ〜１００μｍ
の間にあり、好ましくは２０μｍである（請求項２
１）。
【００２８】次の本文において、添付の図面に図解され
た６つの例示的な実施形態を参照して本発明をさらに詳
しく説明する。
た６つの例示的な実施形態を参照して本発明をさらに詳
しく説明する。
【００２９】図１は、ランナ２と、断面が規定のゲート
３と、鋳型空間４とを包含するダイ１を有し、固定部材
７によってインサート５を位置決めするための装置を有
する鋳造機１２の概略図を示す。さらにまた、ダイ１
は、鋳造の準備ができているときには型割面１５におい
て互いに接触する２つの部分を包含する。これらの部分
の１つは、ダイ１が開かれると鋳造機１２に対して静止
位置に残る固定側１６であり、別の１つは、ダイ１が開
かれると鋳造機１２に対して矢印の方向に移動する可動
側１７を含む。
３と、鋳型空間４とを包含するダイ１を有し、固定部材
７によってインサート５を位置決めするための装置を有
する鋳造機１２の概略図を示す。さらにまた、ダイ１
は、鋳造の準備ができているときには型割面１５におい
て互いに接触する２つの部分を包含する。これらの部分
の１つは、ダイ１が開かれると鋳造機１２に対して静止
位置に残る固定側１６であり、別の１つは、ダイ１が開
かれると鋳造機１２に対して矢印の方向に移動する可動
側１７を含む。
【００３０】ダイは鋳造機１２に取り付けられており、
この鋳造機１２は断面が規定の鋳造プランジャ１１を具
備し、鋳造プランジャ１１は、鋳込み金属１３を規定の
速度でランナ２の中に押し込め、ゲート３を通じてこれ
を続けながらダイ１の鋳型空間４の中に押し込める。
この鋳造機１２は断面が規定の鋳造プランジャ１１を具
備し、鋳造プランジャ１１は、鋳込み金属１３を規定の
速度でランナ２の中に押し込め、ゲート３を通じてこれ
を続けながらダイ１の鋳型空間４の中に押し込める。
【００３１】鋳込み金属１３によってダイ１を最適に充
填するために、妨げられることなく鋳型空間４のすべて
の領域に到達できることが、鋳込み金属１３にとって必
要である。この運動エネルギーは、鋳込み金属１３がイ
ンサート５に力を行使することを意味し、この力はイン
サート５の強度を越えることもある曲げモーメントを発
生させることがある。この理由で、本発明によれば、遮
蔽部材６によってインサート５は鋳込み金属１３から保
護され、こうして鋳込み金属１３はインサート５の周り
を横方向に流れる。この仕方で、インサート５に対する
力の作用は軽減される。
填するために、妨げられることなく鋳型空間４のすべて
の領域に到達できることが、鋳込み金属１３にとって必
要である。この運動エネルギーは、鋳込み金属１３がイ
ンサート５に力を行使することを意味し、この力はイン
サート５の強度を越えることもある曲げモーメントを発
生させることがある。この理由で、本発明によれば、遮
蔽部材６によってインサート５は鋳込み金属１３から保
護され、こうして鋳込み金属１３はインサート５の周り
を横方向に流れる。この仕方で、インサート５に対する
力の作用は軽減される。
【００３２】図１は、遮蔽部材６を鋳型空間６の壁の形
で示す。インサート５に対して作用する力をさらに減ら
すために、固定の結果として作用する力ができるだけ低
い曲げモーメントを生じさせるように固定されること
が、インサート５にとって必要であり、本発明によれ
ば、これは、共線力が実質的に固定部材によってインサ
ート５に発生する力を打ち消すこと、すなわち２つの力
が１本の直線上にあることによって達成される。
で示す。インサート５に対して作用する力をさらに減ら
すために、固定の結果として作用する力ができるだけ低
い曲げモーメントを生じさせるように固定されること
が、インサート５にとって必要であり、本発明によれ
ば、これは、共線力が実質的に固定部材によってインサ
ート５に発生する力を打ち消すこと、すなわち２つの力
が１本の直線上にあることによって達成される。
【００３３】図１では、インサート５は、ラグ８と、遮
蔽部材６として同時に機能する鋳型空間６の下壁とによ
って一方向に固定される。これに直角に、インサート５
がピン９と鋳型空間４の横壁１８とによって固定され
る。前記両方向に、インサートに作用する力の力線は１
本の直線上にある。共線力の力線がある直線は、互いに
対して任意の望みの空間角度を呈することができる。
蔽部材６として同時に機能する鋳型空間６の下壁とによ
って一方向に固定される。これに直角に、インサート５
がピン９と鋳型空間４の横壁１８とによって固定され
る。前記両方向に、インサートに作用する力の力線は１
本の直線上にある。共線力の力線がある直線は、互いに
対して任意の望みの空間角度を呈することができる。
【００３４】ダイ１の中にインサート５を位置決めする
とき、設計は、図１に示すように遮蔽部材として部品の
外形を形成するために役立つ鋳型空間の輪郭の使用を確
かめなければならない。このオプションが設計上の理由
で存在しない場合には、図２および図３に示すような遮
蔽部材が使用される。
とき、設計は、図１に示すように遮蔽部材として部品の
外形を形成するために役立つ鋳型空間の輪郭の使用を確
かめなければならない。このオプションが設計上の理由
で存在しない場合には、図２および図３に示すような遮
蔽部材が使用される。
【００３５】図２に示すような別の例では、矩形のイン
サート５が遮蔽部材６によって下から固定され、遮蔽部
材６はこの例ではエッジ１０の形に設計されている。反
対側には、同様にエッジ１０によって力の共線性を考慮
して固定が行われる。インサートの水平固定はピン９に
よって行われる。
サート５が遮蔽部材６によって下から固定され、遮蔽部
材６はこの例ではエッジ１０の形に設計されている。反
対側には、同様にエッジ１０によって力の共線性を考慮
して固定が行われる。インサートの水平固定はピン９に
よって行われる。
【００３６】図３は、環状インサート５を図示するさら
に別の例を示しており、このインサート５はダイ１の固
定側１６でピン９の上に押されており、固定側１６にお
ける鋳型空間４の壁１８に対して、可動側１７に配置さ
れたさらに別のピン９によって圧されている。ランナ２
がインサートの直下に位置し、鋳込み金属１３が鋳型空
間４に入ると、これは遮蔽部材６によってインサート５
を通り過ぎて導かれる。
に別の例を示しており、このインサート５はダイ１の固
定側１６でピン９の上に押されており、固定側１６にお
ける鋳型空間４の壁１８に対して、可動側１７に配置さ
れたさらに別のピン９によって圧されている。ランナ２
がインサートの直下に位置し、鋳込み金属１３が鋳型空
間４に入ると、これは遮蔽部材６によってインサート５
を通り過ぎて導かれる。
【００３７】図４は、本発明によるさらに別の例示的実
施形態を示し、ここでは固定側１６の型割面が示されて
いる。円筒状インサート５が２個の円錐状スライド１４
の上にはめられている。これらのスライドは固定側１６
に取り付けられるか、または可動側１７に取り付けら
れ、鋳型空間４から十分に引っ込められて、これから離
れ、部品をダイから除去することが可能になる。可動側
と固定側を、型割面１５において明確にロックする方式
で互いに接触状態とし、部品をダイから除去するために
分離することができる。遮蔽部材６はインサート５の下
に置かれ、この例では２部分設計となっており、一方の
部分は固定側１６の中に位置し、他方の部分は可動側１
７の中に位置する。図４に示す例示的実施形態の原理
は、補強部材としてシリンダ・クランクケースの中にラ
イナを形成するために適する。スライドを１つだけ使用
して、これにインサートをその全長にわたってはめ込む
ことが可能である。
施形態を示し、ここでは固定側１６の型割面が示されて
いる。円筒状インサート５が２個の円錐状スライド１４
の上にはめられている。これらのスライドは固定側１６
に取り付けられるか、または可動側１７に取り付けら
れ、鋳型空間４から十分に引っ込められて、これから離
れ、部品をダイから除去することが可能になる。可動側
と固定側を、型割面１５において明確にロックする方式
で互いに接触状態とし、部品をダイから除去するために
分離することができる。遮蔽部材６はインサート５の下
に置かれ、この例では２部分設計となっており、一方の
部分は固定側１６の中に位置し、他方の部分は可動側１
７の中に位置する。図４に示す例示的実施形態の原理
は、補強部材としてシリンダ・クランクケースの中にラ
イナを形成するために適する。スライドを１つだけ使用
して、これにインサートをその全長にわたってはめ込む
ことが可能である。
【００３８】図５は、固定側１６の中に位置決めされた
環状インサート５を示す。固定側１６の鋳型空間４とイ
ンサート５とは合致する設計であるから、製造許容誤差
内で遊びはない。しかし、液状の鋳込み金属は小さな隙
間（＞０．１ｍｍ）を貫通することができる。多孔質の
セラミック・インサートを使用すると、高い支出レベル
を伴って＞０．１ｍｍの許容誤差を保証することが可能
であるのみで、これは、鋳型空間がダイから型割面に面
する表面２９において部品を除去するために傾斜を有す
ることを考慮する場合には、特に真実である。したがっ
て原則として、前記の条件の下で表面２９と（曲げモー
メントを引き起こすはずである）インサート５との間に
到達することは、鋳込み金属にとっては可能である。こ
れは、可動側１７の固定部材として同時に機能するエッ
ジ１０によって防止される。図５では、型割面に面する
鋳型空間４の表面２９が遮蔽部材６として役立つよう
に、インサートが位置決めされている。
環状インサート５を示す。固定側１６の鋳型空間４とイ
ンサート５とは合致する設計であるから、製造許容誤差
内で遊びはない。しかし、液状の鋳込み金属は小さな隙
間（＞０．１ｍｍ）を貫通することができる。多孔質の
セラミック・インサートを使用すると、高い支出レベル
を伴って＞０．１ｍｍの許容誤差を保証することが可能
であるのみで、これは、鋳型空間がダイから型割面に面
する表面２９において部品を除去するために傾斜を有す
ることを考慮する場合には、特に真実である。したがっ
て原則として、前記の条件の下で表面２９と（曲げモー
メントを引き起こすはずである）インサート５との間に
到達することは、鋳込み金属にとっては可能である。こ
れは、可動側１７の固定部材として同時に機能するエッ
ジ１０によって防止される。図５では、型割面に面する
鋳型空間４の表面２９が遮蔽部材６として役立つよう
に、インサートが位置決めされている。
【００３９】図６は鋳型空間４の断面図を示し、この図
では孔を備えたインサート５が、ダイの固定側１６に確
保されたピン９の上にはめ込まれている。さらに別のピ
ン９が可動側１７に確保されてインサート５を固定し、
インサート５に作用する力の共線性を保証する。図６に
示すようなインサート５の固定は、部品の条件が、外部
固定部材が一定の個所で受け入れ不能であることを意味
する場合には、得策である。図５に示す可動側１７上の
ピン９も、本発明によればエッジまたはラグによって形
成することができる。さらにまた、可動側１７の鋳型空
間の壁１８が直接インサート５を圧迫してインサートを
固定するように、鋳型空間４を設計することは可能であ
る。この例では、遮蔽部材６は、インサート５に触れな
いようにインサート５の下に配置されている。
では孔を備えたインサート５が、ダイの固定側１６に確
保されたピン９の上にはめ込まれている。さらに別のピ
ン９が可動側１７に確保されてインサート５を固定し、
インサート５に作用する力の共線性を保証する。図６に
示すようなインサート５の固定は、部品の条件が、外部
固定部材が一定の個所で受け入れ不能であることを意味
する場合には、得策である。図５に示す可動側１７上の
ピン９も、本発明によればエッジまたはラグによって形
成することができる。さらにまた、可動側１７の鋳型空
間の壁１８が直接インサート５を圧迫してインサートを
固定するように、鋳型空間４を設計することは可能であ
る。この例では、遮蔽部材６は、インサート５に触れな
いようにインサート５の下に配置されている。
【００４０】次の本文において、図７ａ〜７ｃに図示す
る本発明による方法を説明する。時間的に、従来の圧力
ダイ鋳造作業は３つの段階に分けられる。第１段階で
は、鋳造プランジャ１１（図１を参照）は、ダイ１のラ
ンナ２が鋳込み金属１３で充填されるまで、一定の速度
で移動する（予備区間）。第２段階すなわち充填移動で
は、鋳造プランジャ１１は加速され、鋳型空間４は鋳込
み金属１３で充填される。第３段階では、ダイ１の全体
が鋳込み金属１３で充填されるので鋳造プランジャ１１
は突然減速され、同時に、１２００バールにまで達する
こともある圧力がダイ１における鋳込み金属１３に発生
する（再圧縮成形）。再圧縮成形は鋳込み金属１３の固
化を通じて部品の収縮を防止し、同時に、本発明によれ
ば、鋳込み金属１３の圧力はインサート５の溶浸のため
に使用される。
る本発明による方法を説明する。時間的に、従来の圧力
ダイ鋳造作業は３つの段階に分けられる。第１段階で
は、鋳造プランジャ１１（図１を参照）は、ダイ１のラ
ンナ２が鋳込み金属１３で充填されるまで、一定の速度
で移動する（予備区間）。第２段階すなわち充填移動で
は、鋳造プランジャ１１は加速され、鋳型空間４は鋳込
み金属１３で充填される。第３段階では、ダイ１の全体
が鋳込み金属１３で充填されるので鋳造プランジャ１１
は突然減速され、同時に、１２００バールにまで達する
こともある圧力がダイ１における鋳込み金属１３に発生
する（再圧縮成形）。再圧縮成形は鋳込み金属１３の固
化を通じて部品の収縮を防止し、同時に、本発明によれ
ば、鋳込み金属１３の圧力はインサート５の溶浸のため
に使用される。
【００４１】ダイ１の設計に応じて、充填移動中の鋳込
み金属１３の速度は、予備区間における速度の１０倍に
もなることがある。ゲート３における充填移動速度は通
常３０ｍ／秒〜５０ｍ／秒の間にある。ゲートｖＡにお
ける鋳込み金属の速度は、一般に次の式を使用して計算
される。
み金属１３の速度は、予備区間における速度の１０倍に
もなることがある。ゲート３における充填移動速度は通
常３０ｍ／秒〜５０ｍ／秒の間にある。ゲートｖＡにお
ける鋳込み金属の速度は、一般に次の式を使用して計算
される。
【００４２】
【数１】
【００４３】ただし、ＳＧ＝鋳造プランジャの断面積
［ｍ２］ ｖＧ＝鋳造プランジャの速度［ｍ／秒］ ＳＡ＝ゲートの断面積［ｍ２］ ｖＡ＝ゲートにおける鋳込み金属の速度［ｍ／秒］
［ｍ２］ ｖＧ＝鋳造プランジャの速度［ｍ／秒］ ＳＡ＝ゲートの断面積［ｍ２］ ｖＡ＝ゲートにおける鋳込み金属の速度［ｍ／秒］
【００４４】方法中に鋳込み金属１３が所有する運動エ
ネルギーは、インサート５に損傷を与えることがある。
これを防ぐために本発明によれば、予備区間は、インサ
ート５が鋳込み金属で取り囲まれてしまうまで鋳造プラ
ンジャの低速ｖＶ（０．１ｍ／秒〜１．５ｍ／秒）によ
って充填することを含む。鋳型空間４の充填レベル２６
は、例えば約８０％である（図７ａ）。次に、鋳造プラ
ンジャ１１は充填移動中に加速され、鋳型空間は鋳造プ
ランジャのより高い速度ｖＦ（１ｍ／秒〜５ｍ／秒）で
鋳込み金属によって１００％まで充填される（図７
ｂ）。図７ｃは、鋳造プランジャ１１の速度ｖＧを鋳造
プランジャによって覆われる距離ＳＧの関数として示
す。予備区間の第１行程ＳＶは、図７ａに示す鋳型空間
２６の充填レベルまで低速ｖＶで起る。次に、鋳造プラ
ンジャ１１は速度ｖＦに加速され、この速度は鋳型空間
が完全に充填されるまで充填移動の距離ＳＦにわたって
維持される（図７ｂ）。次に、鋳造プランジャ１１は突
然減速され（再圧縮成形）、速度はｖＮにまで低下し、
鋳造プランジャ１１は鋳込み金属を再圧縮成形ＳＮする
ために、さらにわずかに移動する。この再圧縮成形段階
に、インサートは鋳込み金属によって溶浸され、これは
鋳造プランジャ１１の移動ＳＮを起させる。充填移動の
開始時における充填レベル２６は、鋳型空間４における
インサート５の位置と部品の外形に依存し、１０％〜９
０％の間にある。インサート５は、充填移動中に加速が
ないとすれば、最低可能な負荷を経験することになろ
う。しかしこれは、鋳込み金属１３による鋳型空間４の
最適充填を保証することはできないはずである。鋳型空
間４の最適充填とインサート５の機械的負荷容量は、充
填移動中において鋳込み金属１３の速度によって直接で
あるが反対方向に影響される２つの基準である。この両
基準を満たすことができるためには、実際には５０％〜
８０％の充填レベルが適切であることがわかっている。
ネルギーは、インサート５に損傷を与えることがある。
これを防ぐために本発明によれば、予備区間は、インサ
ート５が鋳込み金属で取り囲まれてしまうまで鋳造プラ
ンジャの低速ｖＶ（０．１ｍ／秒〜１．５ｍ／秒）によ
って充填することを含む。鋳型空間４の充填レベル２６
は、例えば約８０％である（図７ａ）。次に、鋳造プラ
ンジャ１１は充填移動中に加速され、鋳型空間は鋳造プ
ランジャのより高い速度ｖＦ（１ｍ／秒〜５ｍ／秒）で
鋳込み金属によって１００％まで充填される（図７
ｂ）。図７ｃは、鋳造プランジャ１１の速度ｖＧを鋳造
プランジャによって覆われる距離ＳＧの関数として示
す。予備区間の第１行程ＳＶは、図７ａに示す鋳型空間
２６の充填レベルまで低速ｖＶで起る。次に、鋳造プラ
ンジャ１１は速度ｖＦに加速され、この速度は鋳型空間
が完全に充填されるまで充填移動の距離ＳＦにわたって
維持される（図７ｂ）。次に、鋳造プランジャ１１は突
然減速され（再圧縮成形）、速度はｖＮにまで低下し、
鋳造プランジャ１１は鋳込み金属を再圧縮成形ＳＮする
ために、さらにわずかに移動する。この再圧縮成形段階
に、インサートは鋳込み金属によって溶浸され、これは
鋳造プランジャ１１の移動ＳＮを起させる。充填移動の
開始時における充填レベル２６は、鋳型空間４における
インサート５の位置と部品の外形に依存し、１０％〜９
０％の間にある。インサート５は、充填移動中に加速が
ないとすれば、最低可能な負荷を経験することになろ
う。しかしこれは、鋳込み金属１３による鋳型空間４の
最適充填を保証することはできないはずである。鋳型空
間４の最適充填とインサート５の機械的負荷容量は、充
填移動中において鋳込み金属１３の速度によって直接で
あるが反対方向に影響される２つの基準である。この両
基準を満たすことができるためには、実際には５０％〜
８０％の充填レベルが適切であることがわかっている。
【００４５】図８は、補強部材２５の貫入構造を拡大し
て示す線図である。補強部材２５のセラミック材料相２
７は三次元的につながれて、溶浸された鋳込み金属すな
わち金属材料相２８によって完全に充填された開細孔組
織を有する。貫入構造の中に存在する金属は、部品が形
成された固化した鋳込み金属と同一であり、遷移層にお
いて部品と連続的に接合している。２つの材料層は共
に、密で細孔のない貫入構造を形成する。
て示す線図である。補強部材２５のセラミック材料相２
７は三次元的につながれて、溶浸された鋳込み金属すな
わち金属材料相２８によって完全に充填された開細孔組
織を有する。貫入構造の中に存在する金属は、部品が形
成された固化した鋳込み金属と同一であり、遷移層にお
いて部品と連続的に接合している。２つの材料層は共
に、密で細孔のない貫入構造を形成する。
【００４６】次の本文において、本方法に関する例示的
実施形態を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
実施形態を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
【００４７】実施例１
１．インサートの製造
粉体を準備するために、セラミック粉として９５重量％
のＴｉＯ２および５重量％のカーボン粉を、レベルＩＩ
において１５秒間およびレベルＩにおいて１分間、星形
ロータ・ミキサの中でバインダとして（セラミックカー
ボン混合物を基にして）１５重量％のＰＥＧ粉と混合し
た。結果的に得られた混合物の嵩密度は０．７５０ｇ／
ｃｍ３であった。（この混合物を基にして）水を３重量
％だけ加え、レベルＩＩにおいて１５秒間およびレベル
Ｉにおいて１分間、星形ロータ・ミキサの中で混合を続
けた。すると結果的に得られた粉体の嵩密度は０．９４
２ｇ／ｃｍ３であった。粉体を再循環するために、上記
組成の粉体をレベルＩＩにおいて５分間混合した。する
と粉体の嵩密度は１．３１５ｇ／ｃｍ３になった。
のＴｉＯ２および５重量％のカーボン粉を、レベルＩＩ
において１５秒間およびレベルＩにおいて１分間、星形
ロータ・ミキサの中でバインダとして（セラミックカー
ボン混合物を基にして）１５重量％のＰＥＧ粉と混合し
た。結果的に得られた混合物の嵩密度は０．７５０ｇ／
ｃｍ３であった。（この混合物を基にして）水を３重量
％だけ加え、レベルＩＩにおいて１５秒間およびレベル
Ｉにおいて１分間、星形ロータ・ミキサの中で混合を続
けた。すると結果的に得られた粉体の嵩密度は０．９４
２ｇ／ｃｍ３であった。粉体を再循環するために、上記
組成の粉体をレベルＩＩにおいて５分間混合した。する
と粉体の嵩密度は１．３１５ｇ／ｃｍ３になった。
【００４８】嵩密度が０．９４２ｇ／ｃｍ３または１．
３１５ｇ／ｃｍ３のこの粉体を、７５℃に加熱されたプ
レスダイに常温で加えた。エア・ポケットは除去され
た。プレスを真空下で閉じ、３００ＫＮと６００ＫＮで
５分間応力除去処理を行った。次に、真空下の一軸圧縮
を１５００ＫＮの圧縮力の下で２分間実施した。プレス
をゆっくり開いた。結果は、ほぼ正味形状に圧縮された
粉体プリフォームであり、これを乾燥炉において６０℃
で乾燥し、それからその最終寸法に再切削した。これは
任意に、乾燥の後および最終機械切削の前に冷間均衡圧
縮にかけることもできる。
３１５ｇ／ｃｍ３のこの粉体を、７５℃に加熱されたプ
レスダイに常温で加えた。エア・ポケットは除去され
た。プレスを真空下で閉じ、３００ＫＮと６００ＫＮで
５分間応力除去処理を行った。次に、真空下の一軸圧縮
を１５００ＫＮの圧縮力の下で２分間実施した。プレス
をゆっくり開いた。結果は、ほぼ正味形状に圧縮された
粉体プリフォームであり、これを乾燥炉において６０℃
で乾燥し、それからその最終寸法に再切削した。これは
任意に、乾燥の後および最終機械切削の前に冷間均衡圧
縮にかけることもできる。
【００４９】有機成分を排除するために（「切離
し」）、乾燥した粉体プリフォームをトンネル炉の中で
加熱し、空気は６０分間にわたって１００℃まで許さ
れ、この温度で９０分間加熱し、次いでさらなる温度上
昇が続き、３００分間で４００℃になり、さらに６０分
間で５５０℃になる。この点で、１１５０℃までの粉体
プリフォームのさらなる加熱が可能であり、これは粉体
プリフォームの強度向上に貢献する。それから５５０℃
の温度で処理された常温の粉体プリフォームは、約１５
ＭＰａの圧縮強度、３ＭＰａの曲げ強度、および約４５
％の孔隙率を有した。１１５０℃で１時間焼きなましさ
れた粉体プリフォームは、３０ＭＰａの曲げ強度および
約３５％の孔隙率を有した。記載した方法によって製造
され機械切削された粉体プリフォームを、以下の本文で
はインサートと呼ぶ。
し」）、乾燥した粉体プリフォームをトンネル炉の中で
加熱し、空気は６０分間にわたって１００℃まで許さ
れ、この温度で９０分間加熱し、次いでさらなる温度上
昇が続き、３００分間で４００℃になり、さらに６０分
間で５５０℃になる。この点で、１１５０℃までの粉体
プリフォームのさらなる加熱が可能であり、これは粉体
プリフォームの強度向上に貢献する。それから５５０℃
の温度で処理された常温の粉体プリフォームは、約１５
ＭＰａの圧縮強度、３ＭＰａの曲げ強度、および約４５
％の孔隙率を有した。１１５０℃で１時間焼きなましさ
れた粉体プリフォームは、３０ＭＰａの曲げ強度および
約３５％の孔隙率を有した。記載した方法によって製造
され機械切削された粉体プリフォームを、以下の本文で
はインサートと呼ぶ。
【００５０】２．圧力溶浸
鋳込み金属の早期冷却をインサートによって防止するた
めに、多孔質セラミック・インサート５を５００℃の温
度に予備加熱した。それから、これをダイ内の所定の位
置に置き、本発明に従って固定した。次にダイを閉じ
て、部品全体を形成するために鋳型空間をアルミニウム
またはアルミニウム合金によって充填した。例として、
圧力ダイ鋳造（例えばＧＤ２２６またはＧＤ２３１）に
適する９９．９％純度のアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金をこの目的のために使用することができる。詳し
くは、鋳造方法中にダイの温度は３００℃に設定され
た。鋳込み金属の比圧力は６００〜８００バールの間に
あり、温度は約６８０〜７５０℃の間であった。充填移
動中の圧力形成は、ダイが６０％満たされた後に起っ
た。ダイの充填継続時間は、約０．２ｍ／秒（予備区
間）〜１．８ｍ／秒（充填移動）のプランジャ速度につ
いて、１００ミリ秒であった。ダイが閉じた状態に保持
された時間は約１０秒〜４０秒であった。この例示的な
実施形態では、４００ＭＰａの曲げ強度、約６０Ｗ／ｍ
Ｋの熱伝導率、および約３．１ｇ／ｃｍ３の密度を有す
る、酸化チタンおよびアルミニウムで作られた補強部材
を有するダイカスト・アルミニウム部品が得られた。
めに、多孔質セラミック・インサート５を５００℃の温
度に予備加熱した。それから、これをダイ内の所定の位
置に置き、本発明に従って固定した。次にダイを閉じ
て、部品全体を形成するために鋳型空間をアルミニウム
またはアルミニウム合金によって充填した。例として、
圧力ダイ鋳造（例えばＧＤ２２６またはＧＤ２３１）に
適する９９．９％純度のアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金をこの目的のために使用することができる。詳し
くは、鋳造方法中にダイの温度は３００℃に設定され
た。鋳込み金属の比圧力は６００〜８００バールの間に
あり、温度は約６８０〜７５０℃の間であった。充填移
動中の圧力形成は、ダイが６０％満たされた後に起っ
た。ダイの充填継続時間は、約０．２ｍ／秒（予備区
間）〜１．８ｍ／秒（充填移動）のプランジャ速度につ
いて、１００ミリ秒であった。ダイが閉じた状態に保持
された時間は約１０秒〜４０秒であった。この例示的な
実施形態では、４００ＭＰａの曲げ強度、約６０Ｗ／ｍ
Ｋの熱伝導率、および約３．１ｇ／ｃｍ３の密度を有す
る、酸化チタンおよびアルミニウムで作られた補強部材
を有するダイカスト・アルミニウム部品が得られた。
【００５１】ダイの充填中に、インサートはアルミニウ
ム合金ＡｌＳｉ９Ｃｕ３（ＧＤ２２６）によって溶浸さ
れ、同時に、インサートを持たないダイ中の残りの介在
領域は金属によって充填された。この方法では、製造し
ようとする部品はこの意図される目的に適切に適合可能
である。例えば、シリンダ・ライナ間に補強ウェブを有
するシリンダ・クランクケースを製造することが可能で
あり、この場合、正味形状に近く適当に形成されたイン
サートは本発明によってダイの中に位置決めされ、続い
てこの領域でウェブを形成する。ダイの残りの空き領域
は次のクランクケースを囲み、それから介在領域を形成
する。
ム合金ＡｌＳｉ９Ｃｕ３（ＧＤ２２６）によって溶浸さ
れ、同時に、インサートを持たないダイ中の残りの介在
領域は金属によって充填された。この方法では、製造し
ようとする部品はこの意図される目的に適切に適合可能
である。例えば、シリンダ・ライナ間に補強ウェブを有
するシリンダ・クランクケースを製造することが可能で
あり、この場合、正味形状に近く適当に形成されたイン
サートは本発明によってダイの中に位置決めされ、続い
てこの領域でウェブを形成する。ダイの残りの空き領域
は次のクランクケースを囲み、それから介在領域を形成
する。
【００５２】ダイの充填またはインサートの溶浸は、鋳
込み金属の液状温度以上であるがセラミック・インサー
トと反応がないように十分に低い充填温度で行われる。
充填金属としてアルミニウムを使用するときには特に、
充填温度は７５０℃以下である。ブレーキ・ディスクを
製造するときには、充填の後に結果的に得られるブレー
キ・ディスクを、それ自体知られた仕方で、金属間セラ
ミック複合材料が形成される反応温度またはそれ以上の
温度で、次の摩擦リングの摩擦表面領域で加熱すること
ができる。したがってブレーキ・ディスクに関しては、
加熱は選択的に行われる。それは誘導加熱またはレーザ
加熱により行うことができる。補強部材のセラミック金
属複合材料が金属間セラミック複合材料の中に継目なく
合流するグラディエントが結果的に得られるように、エ
ネルギーの導入を制御することができる。
込み金属の液状温度以上であるがセラミック・インサー
トと反応がないように十分に低い充填温度で行われる。
充填金属としてアルミニウムを使用するときには特に、
充填温度は７５０℃以下である。ブレーキ・ディスクを
製造するときには、充填の後に結果的に得られるブレー
キ・ディスクを、それ自体知られた仕方で、金属間セラ
ミック複合材料が形成される反応温度またはそれ以上の
温度で、次の摩擦リングの摩擦表面領域で加熱すること
ができる。したがってブレーキ・ディスクに関しては、
加熱は選択的に行われる。それは誘導加熱またはレーザ
加熱により行うことができる。補強部材のセラミック金
属複合材料が金属間セラミック複合材料の中に継目なく
合流するグラディエントが結果的に得られるように、エ
ネルギーの導入を制御することができる。
【００５３】実施例２
実施例１と同様な仕方で、セラミック粉体としてＡＩＮ
を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し、同
じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。ダイは、電
力電子機器のためのヒート・シンクを製造した。セラミ
ック母材はヒート・シンクの上部領域を補強し、この結
果、電子基板とヒート・シンクとの間の膨張率は合致
し、同時に高い熱伝導率を達成した。
を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し、同
じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。ダイは、電
力電子機器のためのヒート・シンクを製造した。セラミ
ック母材はヒート・シンクの上部領域を補強し、この結
果、電子基板とヒート・シンクとの間の膨張率は合致
し、同時に高い熱伝導率を達成した。
【００５４】実施例３
実施例２と同様な仕方で、原料粉体としてＳｉＣを使用
して多孔質セラミック・インサートを製造し、同じ条件
でアルミニウムによって溶浸した。
して多孔質セラミック・インサートを製造し、同じ条件
でアルミニウムによって溶浸した。
【００５５】実施例４
実施例１と同様な仕方で、セラミック粉体としてＴｉＯ
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し、
同じ条件下でマグネシウム合金（ＡＺ９１）によって溶
浸した。
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し、
同じ条件下でマグネシウム合金（ＡＺ９１）によって溶
浸した。
【００５６】実施例５
実施例１と同様な仕方で、セラミック粉体としてＴｉＯ
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し
た。この場合、長さ３〜１５ｍｍの短繊維形状の補強カ
ーボン・ファイバを３０容積％（粉体全体の容積に基づ
く）だけ混合物に加えた。この多孔質セラミック・イン
サートを同じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し
た。この場合、長さ３〜１５ｍｍの短繊維形状の補強カ
ーボン・ファイバを３０容積％（粉体全体の容積に基づ
く）だけ混合物に加えた。この多孔質セラミック・イン
サートを同じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。
【００５７】実施例６
実施例１と同様な仕方で、セラミック粉体としてＴｉＯ
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し
た。インサートをシリンダの形で冷間均衡圧縮にかけ、
同じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。結果的に
得られた部品は、補強部材によって形成されたシリンダ
・ライナを有するシリンダ・クランクケースである。 ［図面の簡単な説明］
２を使用して多孔質セラミック・インサートを製造し
た。インサートをシリンダの形で冷間均衡圧縮にかけ、
同じ条件下でアルミニウムによって溶浸した。結果的に
得られた部品は、補強部材によって形成されたシリンダ
・ライナを有するシリンダ・クランクケースである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】ダイを断面で示した、インサートと鋳造プラン
ジャを有する圧力ダイ鋳造機の第１実施例を示す概略図
である。
ジャを有する圧力ダイ鋳造機の第１実施例を示す概略図
である。
【図２】インサート、固定部材、および遮蔽部材が中に
配置されている、ダイの第２実施例を示す拡大断面図で
ある。
配置されている、ダイの第２実施例を示す拡大断面図で
ある。
【図３】インサート、固定部材、および遮蔽部材を有す
るダイの第３実施例を示す拡大断面図である。
るダイの第３実施例を示す拡大断面図である。
【図４】遮蔽部材と、ダイのスライドの上に位置決めさ
れたインサートとが示されている、ダイの第４例として
示す拡大断面図である。
れたインサートとが示されている、ダイの第４例として
示す拡大断面図である。
【図５】環状インサートと固定部材とを有する、ダイの
第５実施例を示す拡大断面図である。
第５実施例を示す拡大断面図である。
【図６】孔のあるインサートを有し、インサートはダイ
の固定部材の上にはめ込まれている、ダイの第６実施例
を示す拡大断面図である。
の固定部材の上にはめ込まれている、ダイの第６実施例
を示す拡大断面図である。
【図７】ａ〜ｃは鋳型空間が鋳込み金属によって充填さ
れている方式を示す概略線図である。
れている方式を示す概略線図である。
【図８】金属材料相とセラミック材料相とを有する貫入
構造を示す図である。
構造を示す図である。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｂ２２Ｄ 17/32 Ｂ２２Ｄ 17/32 Ｂ
21/04 21/04 Ａ
Ｂ
(72)発明者 レープシュトック，コルヤ
ドイツ国 Ｄ−89073 ウルム レフラ
ーシュトラーセ 16
(72)発明者 シェイデッカー，ミカエル
ドイツ国 Ｄ−89278 ネルジンゲン
マイセンヴェーク １
(72)発明者 ヴァルタース，マルクス
ドイツ国 Ｄ−89233 ブルラフィンゲ
ン タルフィンガー シュトラーセ 26
(56)参考文献 特開 昭63−312931（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−165265（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−66262（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−224314（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−102259（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−220754（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−100236（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−147769（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−213350（ＪＰ，Ａ)
実開 昭52−89409（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭62−3257（ＪＰ，Ｕ)
実開 平４−17349（ＪＰ，Ｕ)
独国特許出願公開19719671（ＤＥ，Ａ
１)
***国特許出願公開3444214（ＤＥ,
Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B22D 19/00
B22C 9/22
B22D 17/00
B22D 17/22
B22D 17/32
B22D 21/04
Claims (21)
- 【請求項１】 インサート（５）によって局部的に補強
された部品の製造のための、固定手段およびインサート
（５）を有するダイ（１）であって、ダイ（１）が遮蔽
部材（６）を有し、遮蔽部材（６）によって、インサー
トが鋳造作業中に鋳込み金属（１３）の主要な伝搬流か
ら遮蔽されるものにおいて、 インサート（５）が多孔質セラミック・インサート
（５）であり、３０％〜８０％の孔隙率を有し、および
鋳込み金属（１３）の溶浸に適合しており、 ダイ（１）が圧力ダイカスト・ダイであり、インサート
（５）を位置決めするための固定部材（７、８、９、１
０）を有し、インサート（５）に作用する力が、前記固
定部材によって共線力で補償され得ることを特徴とする
ダイ（１）。 - 【請求項２】 インサートを、ダイの固定側（１６）、
および／またはダイの可動側（１７）、および／または
ダイのスライド（１４）の中に位置決めすることができ
ることを特徴とする請求項１に記載のダイ（１）。 - 【請求項３】 インサート（５）が、密接に嵌合する方
式で、鋳型空間（４）の壁（１８）を圧迫することを特
徴とする請求項１または２に記載のダイ（１）。 - 【請求項４】 ダイ（１）におけるインサート（５）の
最終位置付けと固定が、ダイ（１）が閉じているときに
行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一
項に記載のダイ（１）。 - 【請求項５】 インサート（５）とこれに隣接する鋳型
空間（４）の壁（１８）との間における接触表面を、ダ
イの前記接触表面に対応する部分のエッジ（１０）によ
って、および／またはスライド（１４）によって、鋳込
み金属に対して密封できることを特徴とする請求項１か
ら４のいずれか一項に記載のダイ（１）。 - 【請求項６】 インサート（５）がダイ（１）のチャン
バ内に自在に位置決めされ、ピン（９）および／または
ラグ（８）および／またはエッジ（１０）によって保持
され、すべての側から均衡溶浸を行うことができること
を特徴とする請求項１または２に記載のダイ（１）。 - 【請求項７】 インサート（５）が孔（１９）を備えて
おり、ダイ（１）のピン（９）の上にはまることができ
ることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記
載のダイ（１）。 - 【請求項８】 ダイ（１）が、鋳型空間（４）を充填す
るための確定された断面積を有するゲート（３）を含む
こと、およびこの断面積が、鋳込み金属（１３）の速度
が鋳型空間（４）内への流入に基づく鋳造プランジャ
（１１）の速度の８倍以下になるような大きさに選択さ
れることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に
記載のダイ（１）。 - 【請求項９】 部品が、内燃機関、自動車のギアボック
スまたはブレーキ・ディスク、またはヒート・シンクの
機能部品であることを特徴とする請求項１から８のいず
れか一項に記載のダイ（１）。 - 【請求項１０】 金属セラミック複合材料から作られた
局部的補強部材（２５）を有する部品を製造するための
方法において、 ランナ（２）、ゲート（３）、および鋳型空間（４）を
有するダイ（１）の中にインサート（５）を局部的に位
置決めするステップ、 局部補強部材を形成するために、ダイ（１）を鋳造プラ
ンジャ（１１）によって鋳込み金属（１３）で充填する
ステップを含む方法であって、 インサート（５）がセラミック先駆物質から製造され、
３０％〜８０％の孔隙率を有し、 ダイが鋳造プランジャにより充填され、鋳込み金属が鋳型空間に達するまでの 予備区間が、鋳込
み金属（１３）によるランナ（２）の充填、および鋳型
空間（４）の少なくとも１０％の充填を含むこと、およ
び 予備区間中の鋳造プランジャ（１１）の速度が充填移動
中より低く、 補強部材（２５）を形成するために、インサート（５）
が高められた圧力で鋳込み金属で溶浸されることを特徴
とする方法。 - 【請求項１１】 部品の局部補強部材（２５）がセラミ
ック材料相（２７）と金属材料相（２８）とを含み、各
材料相はそれ自体の三次元枠組みを有し、２つの材料相
は共に貫入構造の形をなすことを特徴とする請求項１０
に記載の方法。 - 【請求項１２】 セラミック先駆物質の原料粉体が次の
成分、すなわちＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＴｉＣ、ＳｉＣ、
スピネル、ムライト、珪酸アルミニウム、または粘度鉱
物のいずれか単体、またはこれらの混合物から成ること
を特徴とする請求項１０または１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 長繊維または短繊維の形でインサート
（５）のセラミック・ファイバ、金属ファイバ、鉱物フ
ァイバ、またはカーボン・ファイバを製造するために、
フェルトまたは織物をセラミック先駆物質に加えること
を特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載
の方法。 - 【請求項１４】 予備区間中の鋳造プランジャ（１１）
の速度が０．１ｍ／秒〜２ｍ／秒であり、充填移動中は
１ｍ／秒〜５ｍ／秒であることを特徴とする請求項１０
から１３のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項１５】 鋳込み金属にかかる最大圧力が６００
バール〜１２００バールであることを特徴とする請求項
１０から１４のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項１６】 アルミニウム合金またはマグネシウム
合金用の鋳込み金属（１３）の温度が６８０℃〜７８０
℃であることを特徴とする請求項１０から１５のいずれ
か一項に記載の方法。 - 【請求項１７】 インサート（５）が５００℃〜８００
℃の温度に予備加熱されることを特徴とする請求項１０
から１６のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項１８】 インサートの予備加熱が室炉の中また
は連続炉の中で行われることを特徴とする請求項１７に
記載の方法。 - 【請求項１９】 インサート（５）が鋳造ロボットの助
けによってダイ（１）の中に置かれることを特徴とする
請求項１０から１８のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項２０】 鋳込み金属（１３）がアルミニウム、
またはマグネシウム、またはアルミニウム合金、または
マグネシウム合金から成ることを特徴とする請求項１０
から１９のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項２１】 インサートの細孔の直径が１μｍ〜１
００μｍの間にあることを特徴とする請求項１０から２
０のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| DE19917175.0 | 1999-04-16 | ||
| DE19917175A DE19917175A1 (de) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | Verfahren zum Herstellen eines Bauteiles und Bauteil |
| PCT/EP2000/002935 WO2000062959A1 (de) | 1999-04-16 | 2000-04-01 | Giesswerkzeug und verfahren zur herstellung eines bauteils |
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|---|---|
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| JP3420572B2 true JP3420572B2 (ja) | 2003-06-23 |
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|---|---|---|---|
| JP2000612086A Expired - Fee Related JP3420572B2 (ja) | 1999-04-16 | 2000-04-01 | 部品を製造するためのダイおよび方法 |
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