(57)【要約】  アルミニウム製移動体構成要素を形成するのに使用される高圧ダイカスト装置のスチール製ショットスリーブのためのインサートが提供される。インサートは、付加製造、例えば、レーザ焼結によって形成され、ショットスリーブの注入孔の反対側に配置される。インサートは、構成要素を鋳造している間に引き起こされるショットスリーブに対する損傷を低減するよう設計された、金属及びセラミックから形成される複数の層を含む。例えば、ショットスリーブの円筒本体は、スチールから形成することができ、インサートは、スチールから形成されたベース層を含むことができる。インサートは、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金と、酸化ジルコニウムとの混合物から形成された中間層を含むことができる。インサートはまた、酸化ジルコニウムから形成された内側層を含むことができる。内側層に向かう方向で、セラミックの量は増加し、金属の量は減少する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイカスト装置のショットスリーブのためのインサートであって、
金属を含むベース層と、
セラミックを含む内側層と、
前記ベース層と前記内側層との間の少なくとも１つの中間層と、を備え、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層の金属の量よりも多く、前記ベース層の金属の量よりも少ない量の金属を含み、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層のセラミックの量よりも少なく、前記ベース層のセラミックの量よりも多い量のセラミックを含む、
ことを特徴とするインサート。
【請求項２】
前記ベース層の金属及び前記少なくとも１つの中間層の金属がスチールを含み、前記少なくとも１つの中間層の金属が更に、クロム、鉄及びモリブデンの合金を含み、前記少なくとも１つの中間層のセラミック及び前記内側層のセラミックが酸化ジルコニウムを含む、
請求項１に記載のインサート。
【請求項３】
前記少なくとも１つの中間層が、第１の中間層、第２の中間層、第３の中間層、及び第４の中間層を含み、
前記第１の中間層が、前記内側層と前記第２の中間層との間に配置され、前記第１の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金とを含み、
前記第２の中間層が、前記第１の中間層と前記第３の中間層との間に配置され、前記第２の中間層が、前記第１の中間層における前記合金の量よりも多い量でクロム、鉄及びモリブデンの合金を含み、
前記第３の中間層が、前記第２の中間層と前記第４の中間層との間に配置され、前記第３の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金と、酸化ジルコニウムとを含み、
前記第４の中間層が、前記第３の中間層と前記内側層との間に配置され、前記第４の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金と、前記第３の中間層における酸化ジルコニウムの量よりも多い量で酸化ジルコニウムと、を含む、
請求項２に記載のインサート。
【請求項４】
前記層が湾曲している、
請求項１に記載のインサート。
【請求項５】
ショットスリーブであって、
中心軸の周りで円周方向に且つ第１の端部から第２の端部に長手方向に延びる本体であって、前記本体が本体内側面及び本体外側面を提示し、前記本体が注入孔を含む、本体と、
前記注入孔の反対に配置されたインサートと、を備え、
前記インサートが、ベース層と、内側層と、前記ベース層と前記内側層との間の少なくとも１つの中間層とを含み、
前記内側層が、前記本体内側面に隣接するインサート内側面を提示し、
前記ベース層が金属を含み、
前記内側層がセラミックを含み、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層の金属の量よりも多く、前記ベース層の金属の量よりも少ない量の金属を含み、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層のセラミックの量よりも少なく、前記ベース層のセラミックの量よりも多い量のセラミックを含む、
ことを特徴とするショットスリーブ。
【請求項６】
前記インサートが、前記注入孔の反対に配置された前記ショットスリーブの本体の開口部に溶接され、
前記ベース層が、前記本体外側面に隣接し且つ囲まれるベース外側面を提示する、
請求項５に記載のショットスリーブ。
【請求項７】
前記インサートが、前記本体内側面上に配置され、前記インサートを所定位置に保持するために前記インサートに隣接する前記ショットスリーブの前記第１の端部にリングが配置される、
請求項５に記載のショットスリーブ。
【請求項８】
前記ベース層の金属及び前記少なくとも１つの中間層の金属がスチールを含み、前記少なくとも１つの中間層の金属が更に、クロム、鉄及びモリブデンの合金を含み、前記少なくとも１つの中間層のセラミック及び前記内側層のセラミックが酸化ジルコニウムを含む、  請求項５に記載のショットスリーブ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの中間層が、第１の中間層、第２の中間層、第３の中間層、及び第４の中間層を含み、
前記第１の中間層が、前記内側層と前記第２の中間層との間に配置され、前記第１の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金とを含み、
前記第２の中間層が、前記第１の中間層と前記第３の中間層との間に配置され、前記第２の中間層が、前記第１の中間層の量よりも多い量でクロム、鉄及びモリブデンの合金を含み、
前記第３の中間層が、前記第２の中間層と前記第４の中間層との間に配置され、前記第３の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金と、酸化ジルコニウムとを含み、
前記第４の中間層が、前記第３の中間層と前記内側層との間に配置され、前記第４の中間層が、スチールと、クロム、鉄及びモリブデンの合金と、前記第３の中間層の量よりも多い量で酸化ジルコニウムと、を含む、
請求項８に記載のショットスリーブ。
【請求項１０】
ダイカスト装置のショットスリーブのためのインサートを製造する方法であって、
金属を含むベース層を形成するステップと、
前記ベース層上に少なくとも１つの中間層を形成するステップと、
前記少なくとも１つの中間層上にセラミックを含む内側層を形成するステップであって、前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層の金属の量よりも多い量で金属を含み、前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層のセラミックの量よりも少ない量でセラミックを含む、ステップと、を含み、
前記ベース層、前記少なくとも１つの中間層、及び前記内側層を形成するステップが、付加製造プロセスを含む、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記層の金属及びセラミックが粒子の形態であり、前記層を形成するステップが、前記粒子にレーザを印加するステップを含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記粒子に超音波振動及び磁場を印加するステップを更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ダイカスト装置のショットスリーブを製造する方法であって、
付加製造プロセスによってインサートを製造するステップを含み、
前記付加製造プロセスが、
金属を含むベース層を形成するステップと、
前記ベース層上に少なくとも１つの中間層を形成するステップと、
前記少なくとも１つの中間層上にセラミックを含む内側層を形成するステップであって、前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層の金属の量よりも多い量で金属を含み、前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層のセラミックの量よりも少ない量でセラミックを含む、ステップと、を含み、
前記方法が更に、
中心軸の周りに円周方向に延びて注入孔を含むショットスリーブの本体に前記インサートを結合するステップを含み、
前記インサートが、前記注入孔の反対側に配置される、
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記ショットスリーブの本体に前記インサートを結合するステップが、前記注入孔の反対側に配置された前記ショットスリーブの本体の開口部に前記インサートを溶接するステップを含む、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
移動体用の構成要素を製造する方法であって、
ダイカスト装置のキャビティに結合されたショットスリーブに溶融アルミニウム又はアルミニウム合金を注入するステップを含み、
前記ショットスリーブが、中心軸の周りで円周方向に且つ第１の端部から第２の端部に長手方向に延びる本体であって、前記本体が本体内側面及び本体外側面を提示し、前記本体が注入孔を含む、本体と、前記注入孔の反対に配置されたインサートと、を含み、
前記インサートが、ベース層と、内側層と、前記ベース層と前記内側層との間の少なくとも１つの中間層とを含み、
前記内側層が、前記本体内側面に隣接するインサート内側面を提示し、
前記ベース層が金属を含み、
前記内側層がセラミックを含み、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層の金属の量よりも多い量の金属を含み、
前記少なくとも１つの中間層が、前記内側層のセラミックの量よりも少ない量のセラミックを含み、
前記方法が更に、
前記ダイカスト装置のキャビティに溶融アルミニウム又はアルミニウム合金を形成するステップを含む、
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本ＰＣＴ特許出願は、２０１８年５月１１日に提出され、名称が「付加製造金属マトリックス複合材料インサートによる高圧ダイカストショットスリーブを改良する方法」である米国特許仮出願第６２／６７０，０６４号の利益を主張し、その開示内容全体が引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、全体的に、高圧ダイカスト装置のショットスリーブのためのインサート、インサートを含むショットスリーブ、インサート及びショットスリーブを製造する方法、及びインサートを含むショットスリーブを用いて移動体構成要素を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
金属構成要素、例えば、アルミニウムから形成されて移動体で用いるよう設計された構成要素は、高圧ダイカストプロセスによって形成されることが多い。このプロセスは典型的には、溶融金属をショットスリーブに注入するステップと、次いで、高速高圧下で溶融金属をダイ組立体に押し込み、溶融金属を所望の形状に形成するステップと、を含む。
【０００４】
高圧ダイカストによって発生する可能性のある問題は、形成される溶融金属を受け入れるショットスリーブの損傷又は故障である。発生する可能性がある複数の故障モードが存在する。故障モードの１つはウォッシュアウトと呼ばれ、これは、損傷及び／又は浸食によるショットスリーブの材料の漸次的消失である。もう１つの故障モードははんだ付けであり、これは、スチール製ショットスリーブの表面上に溶融材料が付着及び蓄積することを含む。他の故障モードは、変形（不均一な熱膨張を引き起こす、ショットスリーブの下部と上部の間の温度勾配）、クロスクラッキング（ショットスリーブのプランジャーの先端の熱衝撃又は重度の目詰まり）、熱疲労クラッキング（繰り返しの熱サイクル、すなわち応力／ひずみによって引き起こされるショットスリーブ表面のクラッキング）、及び熱損失（早期凝固を引き起こす急速な熱抽出）を含む。
【０００５】
ショットスリーブに対する損傷を防ぐために使用される１つの方法は、ショットスリーブにモリブデンコーティングを施工するステップを含む。しかしながら、モリブデン（Ｍｏ）コーティングは、大きなモリブデン分子を含み、モリブデンとスチールの結合強度は高くない。モリブデンコーティングは、熱膨張（α）が約４．８×１０-6／Ｋで、スチールの熱膨張よりも低いことに起因して、直ぐに摩耗する可能性がある。
【０００６】
ショットスリーブの損傷を低減する試みで使用される別の方法は、ショットスリーブに（ＴｉＡｌ）ＮＰＶＤコーティングを施工するステップを含む。しかしながら、（ＴｉＡｌ）ＮＰＶＤコーティングの厚さは、約１０ミクロン（０．０１ｍｍ）に制限される。この薄いコーティングもまた、直ぐに摩耗する傾向がある。別のコーティングは、Ｓｔｅｌｌｉｔｅ（登録商標）−６などのコバルトベースの合金を含むが、このタイプの材料は典型的には、溶融アルミニウムへのコバルトの溶解性に起因して、溶融アルミニウムに晒されるとショットスリーブから直ぐに摩耗する。従って、高圧ダイカストシステムにおけるショットスリーブの損傷を防ぐ技術の改良が必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、高圧ダイカスト装置のショットスリーブのためのインサートを提供する。インサートは、ショットスリーブに対する損傷及び浸食を低減するよう設計された異なる材料の複数の層を含む。
【０００８】
本発明の別の態様は、高圧ダイカスト装置のためのショットスリーブを提供する。ショットスリーブは、鋳造プロセス中に溶融金属を受け入れるための注入孔の反対側に配置されたインサートを含む。インサートは、ショットスリーブに対する損傷及び浸食を低減するよう設計された異なる材料の複数の層を含む。
【０００９】
本発明の更に別の態様は、付加製造プロセスを用いて高圧ダイカスト装置のショットスリーブのためのインサートを製造する方法を提供する。
【００１０】
本発明の別の態様は、付加製造プロセスによって形成される異なる材料の複数の層を含むインサートを備えたショットスリーブを製造する方法を提供する。
【００１１】
本発明の更に別の態様は、インサートを含むショットスリーブを用いて移動体構成要素を製造する方法を提供する。
【００１２】
本発明の他の利点は、添付図面に関連して考慮されたときに以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるようになるので、容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】高圧ダイカスト装置用のショットスリーブの断面図であり、ショットスリーブは、例示的な実施形態によるインサートを含む。
【図１Ｂ】図１Ａのショットスリーブの斜視図である。
【図２Ａ】例示的な実施形態による、注入孔の反対側にインサートを含むショットスリーブの端面断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのショットスリーブの側断面図である。
【図２Ｃ】図２Ａのショットスリーブの上面断面図である。
【図３】例示的な実施形態によるインサートを形成する金属、金属とセラミック、又は金属の複数の層を示す図である。
【図４】別の例示的な実施形態による、インサート及びプランジャーを含むショットスリーブの側断面図である。
【図５】例示的な実施形態によるインサートを形成するために使用されるシステム及び機器を示す図である。
【図６】例示的な実施形態によるインサートを形成するために使用されるシステム及び機器を示す図である。
【図７】例示的な実施形態による、インサートを備えたショットスリーブを含む高圧ダイカスト装置を示す図である。
【図８】例示的な実施形態による、ショットスリーブの内側に形成された溝又はノッチに配置されたインサートを含む、より大きなダイ組立体用のショットスリーブの例である。
【図９】溶融金属が例示的な実施形態によるショットスリーブに注がれたときのショットスリーブに沿った温度変化を示す図である。
【図１０】溶融金属が例示的な実施形態によるショットスリーブに注がれたときのショットスリーブに沿った温度変化を示す図である。
【図１１】溶融金属が例示的な実施形態によるショットスリーブに注がれたときのショットスリーブに沿った温度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一態様は、スチールから形成された本体を含み且つ本体に結合された金属マトリックス複合材料インサート１２を含むショットスリーブ１０であって、金属マトリックス複合材料インサート１２は、アルミニウム又はアルミニウム合金の移動体構成要素を形成するための高圧ダイカストプロセスの際にショットスリーブ１０が使用されるときに、ショットスリーブ１０への損傷を低減することができるショットスリーブ１０を提供する。インサート１２は、付加製造プロセスによって形成された異なる金属及びセラミック材料の層１４を含む。インサート１２は、アルミニウムへの溶解度が低く、従って、ウォッシュアウトを防ぐことができる。インサート１２はまた、耐摩耗性があり、高い硬度及び疲労強度を含む、高い強度を提供する。インサート１２の熱膨張率及び伝導率は、ショットスリーブの本体のスチールと同様である。インサート１２のセラミックはまた、はんだ付けを低減することができる。インサート１２はまた、動作中にショットスリーブ１０のスチール本体との強い結合を維持する。
【００１５】
ショットスリーブ１０の例が図１Ａ〜図２Ｃに示されるが、ショットスリーブ１０は、他の寸法及び設計を有することができる。例示的な実施形態では、ショットスリーブ１０は、本体内側面１６と本体外側面１８とを有する本体を含む。本体は、第１の端部２０から第２の端部２２まで長手方向に延び、中心軸の周りに円周方向に延びる。ショットスリーブ１０の本体は、ダイカストプロセス中に、溶融金属（例えばアルミニウム）を受け入れるために、片側に沿った注入孔２４を含む。例示的な実施形態では、注入孔４は、ダイパーティング面に近いショットスリーブ１０の第２の端部２２よりも第１の端部２０に近い。インサート１２は、ショットスリーブ１０の注入孔２４の正反対に配置されており、インサート１２は典型的には、ショットスリーブ１０の本体に溶接されている。インサート１２は、本体内側面１６に隣接して囲まれたインサート内側面２５を含む。図１Ａ〜１Ｃの実施形態では、インサート外側面２７は、本体外側面１８に隣接して囲まれて配置されている。インサート外側面２７はまた、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本体内側面１６に溶接することもできる。或いは、ショットスリーブ１０は、内側構成要素と外側構成要素とから構成され、インサート１２は、図８に示すように、より大きなショットスリーブの外側構成要素に挿入される内側構成要素の一部である。この場合、インサート１２の厚みは１９ｍｍ、ショットスリーブ１０全体の厚みは５ｍｍである。この実施形態では、インサート外側面２７は、本体内側面１に配置されている。また、この実施形態では、ショットスリーブ１０の端部にリング７０が配置され、インサート１２を所定位置に保持している。
【００１６】
ショットスリーブ１２の本体は、典型的には、スチール、例えば、クロム及びモリブデンと合金化されたＨ１３と呼ばれるタイプのスチールから形成されている。Ｈ１３スチールはまた、クロム熱間加工スチールとも呼ばれる。Ｈ１３スチールは、靭性及び疲労強度の優れた組み合わせに起因して、ショットスリーブ１０のベースライン材料である。インサート１２の寸法及び形状は、ショットスリーブ１０の本体及び注入孔４のサイズに応じて異なることができる。図１Ａ〜図１Ｃの実施形態では、インサート１２の厚さは約１９ｍｍであり、インサート１２の長さはその幅よりも僅かに長い。図２Ａ〜図２Ｃの実施形態では、インサート１２は、長さ３．２５インチ、幅２．５インチ、厚さが０．７５インチである。図２Ａに示すように、インサート１２の少なくとも幾つかの層は、半径Ｒが０．５０の湾曲した側壁を有することができる。インサート１２の寸法は、直径３．７５インチの注入孔の寸法よりも僅かに小さい。この例示的な実施形態のショットスリーブ１０の厚さは、０．７５インチである。
【００１７】
インサート１２は、付加製造プロセスによって形成され、金属及びセラミック材料の複数の層１４を含む。インサート１２は、ショットスリーブ１０の本体外側面１８上に配置されるベース層１４ａと、ショットスリーブ１０の本体内側面１６に沿って配置される内側層１４ｆと、少なくとも１つの中間層、ただし典型的には複数の中間層１４ｂ−１４ｅと、を含む。複数の内側層を含むインサート１２の実施例が図３に示される。１つの実施形態によれば、インサート１２の熱膨張及び伝導率は、ショットスリーブの本体のスチールと同様とすることができる。別の実施形態によれば、インサート１２の熱膨張及び伝導率は、ショットスリーブ１０とプランジャー先端との間のクリアランス変動の量を最小限に抑えるように調整することができる。
【００１８】
インサート１２のベース層１４ａは、典型的には、完全に金属で形成されており、例えば、ショットスリーブ１０の本体を形成するために使用されるのと同じ金属である。図３の実施例では、インサート１２のベース層１４ａとショットスリーブ１０の本体部分は、Ｈ１３スチールで形成されており、高い靭性及び耐疲労性の優れた組み合わせを提供する。ベース層１４ａを形成するのに使用される材料は、典型的には、中間層１４ｂ−１４ｅに存在するが、当該材料の量は、内側層１４ｆに向かう方向において減少する。少なくとも１つの中間層１４ｂ−１４ｅは、典型的には、異なる金属の組み合わせ及び／又は金属とセラミックの組み合わせを含む。ベース層１４ａに最も近い中間層１４ｂ−１４ｅは、典型的には、異なる金属の組み合わせ、例えば、Ｈ１３スチールとＨａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘの組み合わせを含む。しかしながら、他のタイプの金属を使用することもできる。Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘは、ニッケル、クロム、鉄、モリブデンを含む合金であり、突出した耐酸化性及び高強度性を有しているので、高温用途での使用が推奨される。Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘの量は、典型的には、Ｈ３１スチールの量が減少するにつれて、内側層に向かう方向において増加する。内側層（中間層）１４ｆに最も近い中間層１４ｂ−１４ｅは、典型的には、金属とセラミックの組み合わせを含む。例えば、これら中間層１４ｂ−１４ｅは、Ｈ１３、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ、及びセラミックの組み合わせを含むことができる。セラミックの実施例は、断熱性に優れ、高亀裂進展抵抗を有する酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）である。しかしながら、他のタイプのセラミックを使用することもできる。インサート１２がセラミックを含有する複数の層を含む場合、内側層１４ｆに向かう方向において、セラミックの量は典型的には増加し、金属の量は、典型的には減少する。
【００１９】
図３の例示的な実施形態では、インサート１２は、Ｈ１３スチール、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ、及びＺｒＯ2の異なる層を組み合わせる。より具体的には、インサート１２は、ベース層１４ａ、４つの中間層４ｂ−１４ｅ、及び内側層１４ｆを含む。ベース層１４ａは、１００％Ｈ１３スチールから形成される。ベース層１４ａに最も近く配置された第１の中間層１４ｂは、第１の中間層１４ｂの総重量に基づいて、７５％のＨ１３スチールと２５％のＨａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘから形成される。第２の中間層１４ｃは、第２の中間層１４ｃの総重量に基づいて、５０％Ｈ１３スチールと５０％Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘから形成される。第３の中間層１４ｄは、第３の中間層１４ｄの総重量に基づいて、９５％の金属と５％のＺｒＯ2から形成される。第４の中間層１４ｅは、第４の中間層１４ｅの総重量に基づいて、９０％の金属と１０％のＺｒＯ2から形成される。内側層１４ｆは、内側層１４ｆの総重量に基づいて、８５％の金属と１５％のＺｒＯ2から形成される。第３、第４、及び第５の中間層１４ｃ−１４ｄの金属は、層の金属部分の総重量に基づいて、５０％のＨ１３スチールと５０％のＨａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘを含む。Ｈ１３、Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｘ、ＺｒＯ2は全て、熱膨張（α）が約４．８×１０-6／Ｋを有する。セラミックの間に金属マトリックスを織り込むことで、インサートがＨ３１３スチールと同様の熱伝導率を有することができる。
【００２０】
ショットスリーブ１０のインサート１２は、アルミニウムへの溶解度が低いことを含む多くの利点を提供し、ウォッシュアウトを防ぐことができる。インサート１２はまた、耐摩耗性があり、高い硬度及び強度、並びに優れた疲労強度を提供する。インサート１２の熱膨張及び伝導率は、ショットスリーブ１０のスチール、例えば、Ｈ１３と同様である。インサート１２のセラミックはまた、はんだ付けを低減することができる。インサート１２は、ショットスリーブの故障、特に高圧ダイカストプロセス中にショットスリーブ１０に注入された溶融金属によって引き起こされる注入孔２４の下の損傷を低減することができる。
【００２１】
本発明の別の態様は、インサート１０を備えたショットスリーブ１０を製造する方法を提供する。上記のように、インサート１２の層１４は、付加製造プロセスによって形成され、次いで、完成したインサート１２は、スチール製ショットスリーブ１０の本体に溶接又は他の方法で接合される。インサート１２は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、注入孔２４の反対側のショットスリーブの開口部に溶接されたプラグの形態とすることができ、又はインサート１２は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、注入孔２４の反対側の位置においてショットスリーブ１０の本体内側面１６に溶接することができる。
【００２２】
本発明の別の態様は、付加製造プロセスを実行してインサート１２を形成することができるシステム２６を提供する。インサート１２を形成するのに使用されるシステム２６の実施例が図５及び６に示されるが、他のシステムを使用して、インサート１２及びインサート１２を備えたショットスリーブ１０を形成することができる。図５及び図６の例示的なシステムでは、インサート１２の異なる層１４は、金属粉末をセラミック粒子と整列させて堅牢な構造を生成するために、超音波振動及び回転磁場を伴うレーザ焼結プロセスを使用して金属及びセラミックの粉末又は粒子から構築される。図５に示すように、例示的なシステム２６は、層１４を生成するのに使用される金属及びセラミック粉末供給部２８を含む。システム２６はまた、レーザビーム３２を放出するレーザ３０、レンズ３４、Ｘ−Ｙスキャニングミラー３６、リコータアーム３８、回転磁場４０、超音波振動４２を含む。レーザビーム３２は、ベース層１４ａを構築する金属の粒子、少なくとも１つの中間層１４ｂ−１４ｅを形成する金属及びセラミック混合物の粒子、及び内側層１４ｆを形成するセラミックの粒子を溶融する。本システムは、好ましくは、セラミック及び金属粉末供給トレイから層当たりに特定の比率で金属及びセラミック粉末を敷設するためのクリエイティブリコータアームを含む。
【００２３】
インサート１２における残留応力を最小限に抑えて良好な特性を実現するには、レーザ焼結プロセス自体が、複数のスポット／ステージにおいて同時にセラミックにより集中させる必要がある。セラミック微粒子の整列を制御できない場合がある。しかしながら、磁場と超音波振動を利用してセラミックの周囲の粉末金属を制御することは可能であり、これにより一般的に粉末の動き及び充填密度を改善することができる。本方法は、金属及びセラミックの粒子に超音波振動及び磁場を印加するステップを含むことができる。図６は、金属及びセラミックの粒子に磁場を印加するために、例示的な実施形態のシステムで使用されるソレノイド３を示している。
【００２４】
本発明の別の態様は、インサート１２を備えたショットスリーブ１０を含む高圧ダイカスト装置４６、及び高圧ダイカスト装置４２を使用して構成要素を製造する方法を提供する。装置４６の実施例が図７に示されるが、上記のショット１０スリーブ及びインサート１２と共に他のタイプの鋳造装置を使用することができる。本装置は、ダイ組立体４８、油圧シリンダ５０、プランジャー５２、ショットスリーブ１０、及び溶融金属をショットスリーブ１０に注入するためのレードル５６を含む。通常は、プランジャー５２の先端とショットスリーブ１０との間のクリアランスは、０．００２インチから０．００５インチ（０．０５１ｍｍから０．１２７ｍｍ）の間である。０．００２インチよりも小さいクリアランスは、プランジャー先端の固着を生じる可能性がある。０．００５インチよりも大きなクリアランスは、フラッシュが発生し、プランジャーの先端がフラッシュに固着する可能性がある。
【００２５】
図７のインサート１２は、ショットスリーブ１０の注入孔４の反対側に配置される。ショットスリーブ１０は、ダイ組立体４８に結合され、油圧シリンダ５０は、溶融金属（例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金）をショットスリーブ１２を通ってダイ組立体４に押し込む。ダイ組立４８は、固定プラテン５８、ダイキャビティ６０、エジェクタプラテン６２、カバーダイ６４、エジェクタダイ６６、及びエジェクタボックス６８を含む。構成要素の製造方法は、ダイキャビティに溶融材料を形成するステップと、溶融材料をダイキャビティ内で所望の形状（例えば、自動車車両用構成要素の形状）に形成するステップとを含む。
【００２６】
ショットスリーブ１０のサイズは、ダイ組立体４８のサイズに依存する。サイズの異なる高圧ダイカストマシン又は組立体に対して異なるサイズのショットスリーブ１０が存在する。例えば、より大きなダイ組立体の場合、図８に示すように、インサート１２は、別個の部品として形成されて、次いでショットスリーブ１０の内側に形成された溝又はノッチに適合させることができる。小さいダイ組立体の場合、図１Ａ〜図２Ｃ、及び図４に示すように、インサート１２は、ショットスリーブ１０自体の本体の一部とすることができる。
【００２７】
図９及び図１０に示すように、注入孔２４を介して溶融金属をショットスリーブ１０に注入すると、注入孔４の真下の領域は、一般に離れた（ダイパーティング面に向かって）領域よりも高温になる。また、プランジャー先端とショットスリーブ１０との間の温度変化及びショットスリーブ１０自体に沿った温度変化が存在する。ショットスリーブ１０が異なる場所において温度が異なる場合、ショットスリーブ１０の形状並びにサイズが変化する。図１１に示すように、ショットスリーブ１０の一部の領域は、温度が異なることに起因して、他の領域よりも大きくなる。
【００２８】
実施形態の上述の説明は、例示の目的で提供されていることを理解されたい。言い換えれば、本開示は、網羅的であること又は開示を限定することを意図するものではない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般に、当該特定の実施形態に限定されないが、適切な場合には同義的であり、具体的に示されていない又は説明されていない場合でも、選択された実施形態において用いることができる。同じことが多くの点で異なる場合もある。このような変形形態は、本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、このような全ての変更は、本開示の範囲に含まれるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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