DE69809126T2 - Device and its use for producing a cylinder block of an internal combustion engine - Google Patents
Device and its use for producing a cylinder block of an internal combustion engineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Herstellen eines Zylinderblocks einer Verbrennungskraftmaschine und einem Verfahren zur Verwendung desselben. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Gerät zum Herstellen eines Zylinderblocks, der eine Zylinderbohrungsoberfläche hat, die aus einem Metallmatrixverbundwerkstoff (MMC) konstruiert ist.The present invention relates to an apparatus for manufacturing a cylinder block of an internal combustion engine and a method of using the same. More particularly, the present invention relates to an apparatus for manufacturing a cylinder block having a cylinder bore surface constructed of a metal matrix composite (MMC).
Wie in Fig. 11 dargestellt, beinhaltet ein herkömmliches Herstellungsverfahren für einen MMC-Zylinderblock die Schritte: Setzen einer vorgewärmten Vorform (oder eines geformten Elements) 102, die parallel zu einer Achse der Vorform eine konische Innenfläche und eine gerade Außenfläche hat, auf einen Bohrungskern 101, der eine konische Außenfläche hat; Anordnen des Bohrungskerns, so dass er in einem Hohlraum 104, der durch eine Form 103 abgegrenzt wird, befestigt ist; Einspritzen von geschmolzenen Metall 105 aus einem Einspritzzylinder 106; und Drücken des eingespritzten geschmolzenen Metalls mittels eines Kolbens 107, wobei das geschmolzene Metall die Vorform 102 nur von der Außenfläche der Vorform 102 infiltriert (oder tränkt), so dass die Vorform sich in einen MMC verändert. Nach Verfestigung wird das Zylinderblockgussprodukt aus der Form 103 und dem Bohrungskern 101 genommen, wobei dann die MMC- Zylinderbohrungsoberfläche auf einen bestimmten Durchmesser bearbeitet wird, so dass eine gerade zylindrische Zylinderbohrung ausgebildet wird.As shown in Fig. 11, a conventional manufacturing method for an MMC cylinder block includes the steps of: setting a preheated preform (or molded member) 102 having a tapered inner surface and a straight outer surface parallel to an axis of the preform on a bore core 101 having a tapered outer surface; arranging the bore core so that it is fixed in a cavity 104 defined by a mold 103; injecting molten metal 105 from an injection cylinder 106; and pushing the injected molten metal by means of a piston 107, wherein the molten metal infiltrates (or soaks) the preform 102 only from the outer surface of the preform 102, so that the preform changes into an MMC. After solidification, the cylinder block casting product is taken out of the mold 103 and the bore core 101, and then the MMC cylinder bore surface is machined to a certain diameter so that a straight cylindrical cylinder bore is formed.
Dieses herkömmliche Herstellungsverfahren für einen MMC- Zylinderblock hat jedoch die nachstehenden Probleme:However, this conventional manufacturing method for an MMC cylinder block has the following problems:
Erstens ist bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie in Fig. 12 dargestellt, ein Freiraum 108 zwischen dem Bohrungskern 101 und der Vorform 102. Der Freiraum wird zum Beispiel durch einen Unterschied zwischen dem Konuswinkel des Bohrungskerns 101 und dem Konuswinkel der Vorform 102 und einem Unterschied zwischen der Temperatur des Bohrungskerns (zum Beispiel 100-200ºC) und der Temperatur der Vorform (zum Beispiel 500-900ºC) verursacht. In einem Zustand, in dem der Freiraum 108 vorhanden ist, wenn das geschmolzene Aluminium in die Vorform 102, wie in Fig. 13A dargestellt, gepresst und infiltriert wird, entwickeln sich häufig Risse in der Vorform 102, wie solch ein wie in Fig. 13B dargestellter Riss 109. Insbesondere, wenn eine Umfangsspannung in der Vorform, die durch eine radiale Druckkraft verursacht wird, die auf die Außenseite der Vorform wirkt, eine zulässige Schubspannung überschreitet, entwickelt sich ein Schubbruch 109 entlang einer Richtung, die um 45º gegenüber der Richtung der Druckkraft geneigt ist. Ein Knicken tritt entlang der Bruchfläche auf und verursacht einen lokalen Abschnitt mit einer hohen Dichte an Verstärkungsfasern. Wenn ein Kolbenring diesen hochdichten Abschnitt gleitend während gegenwärtigen Motorbetriebs berührt, erhöht sich eine abrasive Abnutzung des Kolbenrings.First, in the conventional manufacturing process, as shown in Fig. 12, there is a clearance 108 between the bore core 101 and the preform 102. The clearance is used to For example, caused by a difference between the taper angle of the bore core 101 and the taper angle of the preform 102 and a difference between the temperature of the bore core (for example, 100-200°C) and the temperature of the preform (for example, 500-900°C). In a state where the clearance 108 exists, when the molten aluminum is pressed and infiltrated into the preform 102 as shown in Fig. 13A, cracks such as a crack 109 shown in Fig. 13B often develop in the preform 102. In particular, when a hoop stress in the preform caused by a radial compressive force acting on the outside of the preform exceeds an allowable shear stress, a shear fracture 109 develops along a direction inclined by 45° to the direction of the compressive force. Buckling occurs along the fracture surface, creating a localized section with a high density of reinforcing fibers. When a piston ring slidingly contacts this high density section during actual engine operation, abrasive wear of the piston ring increases.
Zweitens wird die Vorform 102 gewöhnlich durch Eintauchen einer luftdurchlässigen zylindrischen Hülse in einen Slurry, der Verstärkungsfasern und Partikel enthält und durch Ansaugen des Slurrywassers von einem Inneren der Hülse hergestellt, wodurch eine Schicht aus Verstärkungsfasern und Partikeln auf der äußeren Oberfläche der Hülse ausgebildet wird. Dann wird die Hülse und die Schicht aus Verstärkungsfasern und Partikeln aus dem Slurry genommen und die Schicht aus Verstärkungsfasern und Partikeln getrocknet, um eine Vorform 102 zu bilden, die aus Verstärkungsfasern und Partikeln aufgebaut ist. In der Vorform 102 erstrecken sich die Verstärkungsfasern in Richtungen rechtwinklig zu einer radialen Richtung der Vorform um eine lamellare Wand zu bilden. Folglich ist die Abtrennungswiderstandsfestigkeit von einer Schicht von einer anderen Schicht der lamellaren Wand der Vorform verhältnismäßig niedrig. Folglich neigt ein Riss 109 dazu durch die Schubspannung die Wachstumsrichtung in die Umfangsrichtung der Vorform zu verändern, wodurch ein Umfangsriss 110 (Fig. 14) erzeugt wird. Wenn das geschmolzene Aluminium in den Riss 110 fließt und sich verfestigt und wenn der Rissabschnitt zur Außenseite hin während des Bearbeitens exponiert ist, ruft es einen Abschnitt 111 hervor, der keine Verstärkungsfasern hat, Solch ein Abschnitt 111 wird eine außerordentlich hohe abrasive Abnutzung und Fressen des Kolbenrings während des eigentlichen Betriebs des Motors verursachen.Second, the preform 102 is usually manufactured by immersing an air-permeable cylindrical sleeve in a slurry containing reinforcing fibers and particles and sucking the slurry water from an inside of the sleeve, thereby forming a layer of reinforcing fibers and particles on the outer surface of the sleeve. Then, the sleeve and the layer of reinforcing fibers and particles are taken out of the slurry and the layer of reinforcing fibers and particles are dried to form a preform 102 composed of reinforcing fibers and particles. In the preform 102, the reinforcing fibers extend in directions perpendicular to a radial direction of the preform to form a lamellar wall. Consequently, the separation resistance strength of one layer from another layer of the lamellar wall of the preform is relatively low. Consequently, a crack 109 tends to occur through the Shear stress causes the growth direction to change to the circumferential direction of the preform, thereby generating a circumferential crack 110 (Fig. 14). When the molten aluminum flows into the crack 110 and solidifies, and when the crack portion is exposed to the outside during machining, it gives rise to a portion 111 having no reinforcing fibers. Such a portion 111 will cause extremely high abrasive wear and seizure of the piston ring during actual operation of the engine.
Drittens, da die Vorform 102 in flächigem Kontakt mit dem Bohrungskern 101 ist, wenn sie in die Form gesetzt wird, fällt die Temperatur der Vorform 102 schnell. Folglich neigt das geschmolzene Aluminium nicht dazu reibungslos die Vorform zu infiltrieren, wobei der Druck des geschmolzenen Aluminiums steigt, bevor der Gesamtabschnitt der Vorform mit geschmolzenem Aluminium infiltriert ist, wodurch der nicht infiltrierte Abschnitt der Vorform komprimiert wird (oder gestaucht wird). Zum reibungslosen Entfernen der Vorform von der Hülse ist die innere Oberfläche der Vorform konisch (mehr als 1º). Daher ist, wie in Fig. 16 dargestellt, je kürzer die Vorform in die axiale Richtung, desto größer die Deformation der Vorform durch den Druck. Wenn die Innenfläche einer solchen deformierten Vorform bearbeitet wird, neigt ein Aluminiumabschnitt, der keine Verstärkungsfaser hat, dazu zur Außenseite exponiert zu sein. Der exponierte Abschnitt wird eine außerordentliche abrasive Abnutzung und Fressen eines Kolbenrings während des eigentlichen Motorbetriebs verursachen.Third, since the preform 102 is in face contact with the bore core 101 when it is set in the mold, the temperature of the preform 102 drops rapidly. Consequently, the molten aluminum does not tend to smoothly infiltrate the preform, and the pressure of the molten aluminum increases before the entire portion of the preform is infiltrated with molten aluminum, thereby compressing (or crushing) the non-infiltrated portion of the preform. To smoothly remove the preform from the sleeve, the inner surface of the preform is tapered (more than 1°). Therefore, as shown in Fig. 16, the shorter the preform in the axial direction, the greater the deformation of the preform by the pressure. When the inner surface of such a deformed preform is machined, an aluminum portion having no reinforcing fiber tends to be exposed to the outside. The exposed portion will cause excessive abrasive wear and seizure of a piston ring during actual engine operation.
Desweiteren wird auf die international Veröffentlichung WO 92/15415 verwiesen, die ein Gerät zum Herstellen eines Zylinderblocks einer Verbrennungskraftmaschine offenbart, der eine Zylinderbohrungsoberfläche hat, die aus einem Beschichtungsschüttgutmaterial aufgebaut ist. Das Gerät hat einen Hohlraum, der durch eine Form, die einen Einsatz hat, der auf seiner Außenseite mit mindestens drei in Umfangsrichtung beabstandeten Führungsabsätzen vorgesehen ist, die nach außen vorstehen, um eine im wesentlichen zylindrische Buchse zu tragen, die in den Hohlraum einsetzbar ist. Außer an den Führungsabsätzen, ist ein Freiraum zum Führen des geschmolzenen Metalls zwischen der Innenfläche der Buchse und der Außenfläche des Einsatzes ausgebildet, um dem geschmolzenen Metall zu erlauben, in den Freiraum einzudringen, um an beiden Seiten der Buchse gleichen Druck herzustellen.Furthermore, reference is made to the international publication WO 92/15415 which discloses an apparatus for producing a cylinder block of an internal combustion engine having a cylinder bore surface constructed of a bulk coating material. The apparatus has a cavity formed by a mold having an insert provided on its outside with at least three circumferentially spaced guide shoulders projecting outwardly to support a substantially cylindrical sleeve insertable into the cavity. Except at the guide shoulders, a clearance for guiding the molten metal is formed between the inner surface of the sleeve and the outer surface of the insert to allow the molten metal to penetrate into the clearance to produce equal pressure on both sides of the sleeve.
Die Aufgabe der Erfindung ist ein Gerät zum Herstellen eines Zylinderblocks einer Verbrennungskraftmaschine vorzusehen, der eine Zylinderbohrungsoberfläche aus Metallmatrixverbundwerkstoff (MMC) hat, das mindestens eins der vorstehend beschriebenen drei Probleme lösen kann: das Auftreten eines Schubrisses, ein Umfangswachstum des Schubrisses und Komprimieren eines Abschnitts der Vorform, ebenso wie das Problem des Anhaftens, wenn das Gussprodukts von dem Gerät entfernt wird.The object of the invention is to provide an apparatus for manufacturing a cylinder block of an internal combustion engine having a cylinder bore surface made of metal matrix composite (MMC), which can solve at least one of the three problems described above: the occurrence of a shear crack, circumferential growth of the shear crack and compression of a portion of the preform, as well as the problem of sticking when the cast product is removed from the apparatus.
Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Gerät nach Patentanspruch 1 gelöst.The above object is achieved by a device according to patent claim 1.
Zusätzlich wird ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 in Bezug auf die Verwendung des vorstehenden Gerätes zum Herstellen eines Zylinderblocks einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen.In addition, a method according to claim 9 is provided with respect to the use of the above apparatus for producing a cylinder block of an internal combustion engine.
In dem Gerät gemäß der Erfindung wird die Vorform durch den fixierten und den beweglichen Teil der Form und durch den Bohrungskern an dem mindestens einen Vorsprung nach außen hin zu der Außenfläche des Bohrungskerns vorspringt, gelagert, während geschmolzenes Metall in den Hohlraum zugeführt wird. In diesem Zustand wird das geschmolzene Metall in die Vorform von beiden, der Innenfläche und der Außenfläche der Vorform, infiltriert, wodurch die Vorform in einen Metallmatrixverbundwerkstoff verändert wird.In the apparatus according to the invention, the preform is supported by the fixed and movable parts of the mold and by the bore core on which at least one projection projects outwardly toward the outer surface of the bore core, while molten metal is supplied into the cavity. In this state, the molten metal is infiltrated into the preform from both the inner surface and the outer surface of the preform, thereby changing the preform into a metal matrix composite.
In dem Zylinderblock, da der Druck des geschmolzenen Metalls auf beide, der Innenfläche und der Außenfläche der Vorform, wirkt, ist der Druck, der auf die Vorform wirkt, ausgeglichen. Folglich werden sich Risse durch Schubkräfte in der Vorform nicht entwickeln, wobei Wachstum solcher Schubrisse in Umfangsrichtung nicht auftreten werden. Des weiteren wird, da das geschmolzene Metall die Vorform von Beiden, der Innenfläche und der Außenfläche der Vorform, infiltriert, der gesamte Abschnitt der Vorform leicht mit dem geschmolzenen Metall infiltriert, wobei es keine Komprimierung des nicht infiltrierten Abschnitts der Vorform geben wird. Des Weiteren kann, da die Infiltrationsgeschwindigkeit hoch ist, die Vorwärmtemperatur der Vorform niedriger sein als die bei dem herkömmlichen Verfahren. Da die Vorform den mindestens einen Vorsprung des Bohrungskerns und den fixierten und beweglichen Teil der Form in Linie kontaktiert, wird die Verringerung der Temperatur der Vorform verringert.In the cylinder block, since the pressure of the molten metal acts on both the inner surface and the outer surface of the preform, the pressure acting on the preform is balanced. Consequently, cracks due to shear forces will not develop in the preform, and growth of such shear cracks in the circumferential direction will not occur. Furthermore, since the molten metal infiltrates the preform from both the inner surface and the outer surface of the preform, the entire portion of the preform will be easily infiltrated with the molten metal, and there will be no compression of the non-infiltrated portion of the preform. Furthermore, since the infiltration speed is high, the preheating temperature of the preform can be lower than that in the conventional method. Since the preform contacts the at least one projection of the bore core and the fixed and movable part of the mold in line, the reduction in the temperature of the preform is reduced.
Des Weiteren kann, da mindestens ein Vorsprung von dem Bohrungskern gesondert ausgebildet ist und der Bohrungskern so befestigt ist, dass er in die radiale Richtung relativ zu dem Bohrungskern beweglich ist, durch Absenken des Vorsprungs während des Abnehmens des Gießprodukts von dem Bohrungskern und der Form ein Anhaften an der Spitze des Vorsprungs wirksam verhindert werden.Furthermore, since at least one projection is formed separately from the hole core and the hole core is fixed so as to be movable in the radial direction relative to the hole core, by lowering the projection during removal of the molded product from the hole core and the mold, adhesion to the tip of the projection can be effectively prevented.
Die vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher und werden leichter einschätzbar durch die nachstehende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:The foregoing and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent and will be more readily appreciated from the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings in which:
Fig. 1A eine Querschnittsansicht einer Form und einer Vorform bei einem ersten Schritt (ein Schritt vor dem Einsetzen der Vorform) des Herstellungsverfahrens für einen Zylinderblock ist, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist;Fig. 1A is a cross-sectional view of a mold and a preform in a first step (a step before inserting the preform) of the cylinder block manufacturing method applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 1B eine Querschnittsansicht einer Form und einer Vorform bei einem zweiten Schritt (ein Schritt vor dem Gießen geschmolzenen Metalls) des Herstellungsverfahrens für einen Zylinderblock ist, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist;Fig. 1B is a cross-sectional view of a mold and a preform in a second step (a step before pouring molten metal) of the cylinder block manufacturing method applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 1C eine Querschnittsansicht der Form und der MMC- Schicht bei einem dritten Schritt (einem Schritt vor dem Entfernen eines Gussprodukts von der Form und dem Bohrungskern) des Herstellungsverfahrens für einen Zylinderblock ist, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist;Fig. 1C is a cross-sectional view of the mold and the MMC layer in a third step (a step before removing a cast product from the mold and the bore core) of the cylinder block manufacturing method applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 1D eine Querschnittsansicht einer Form und der MMC- Schicht bei einem vierten Schritt (einem Schritt zum Bearbeiten einer Zylinderbohrungsoberfläche des Gussprodukts) des Herstellungsverfahrens für einen Zylinderblock ist, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist;Fig. 1D is a cross-sectional view of a mold and the MMC layer in a fourth step (a step of machining a cylinder bore surface of the cast product) of the manufacturing method of a cylinder block applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 2 ein Diagramm des Drucks des geschmolzenen Metalls über der Zeit ist, das für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist;Fig. 2 is a graph of molten metal pressure versus time applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines ersten Beispiels eines Geräts ist, das die Merkmale hat, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend sind;Figure 3 is a cross-sectional view of a first example of a device having the features applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 4 eine Draufsicht des Geräts von Fig. 3 aus Richtung P gesehen ist;Fig. 4 is a plan view of the device of Fig. 3 seen from direction P;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels eines Geräts ist, das die Merkmale hat, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend sind;Figure 5 is a cross-sectional view of a second example of a device having the features applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 6 eine Schrägansicht eines Bohrungskerns eines dritten Beispiels eines Geräts ist, das die Merkmale hat, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend sind;Fig. 6 is an oblique view of a bore core of a third example of an apparatus having the features applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines vierten Beispiels des Geräts ist, das die Merkmale hat, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend sind;Figure 7 is a cross-sectional view of a fourth example of the device having the features applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines fünften Beispiels eines Geräts ist, das die Merkmale hat, die für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend sind;Figure 8 is a cross-sectional view of a portion of a fifth example of a device having the features applicable to the embodiment of the present invention;
Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Bohrungskerns ist, der Vorsprünge hat, der Teil eines Geräts gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;Fig. 9 is a cross-sectional view of a bore core having projections which is part of an apparatus according to the embodiment of the present invention;
Fig. 10 eine Teilquerschnittsansicht des Bohrungskerns und der Vorsprünge von Fig. 9 ist;Fig. 10 is a partial cross-sectional view of the bore core and protrusions of Fig. 9;
Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines Geräts zum Ausführens eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für einen Zylinderblock ist;Fig. 11 is a cross-sectional view of an apparatus for carrying out a conventional cylinder block manufacturing process;
Fig. 12 eine Querschnittsansicht eines Bohrungskerns und einer Vorform zum Ausführen des herkömmlichen Verfahrens ist;Fig. 12 is a cross-sectional view of a bore core and a preform for carrying out the conventional method;
Fig. 13A eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Vorform ist, auf der eine Druckkraft aufgebracht ist;Fig. 13A is a cross-sectional view of a portion of the preform to which a compressive force is applied;
Fig. 13B eine Querschnittsansicht des Abschnitts der Vorform ist, bei dem ein Riss durch eine Schubkraft verursacht ist;Fig. 13B is a cross-sectional view of the portion of the preform where a crack is caused by a shear force ;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Vorform ist, bei der ein Umfangsriss verursacht ist;Fig. 14 is a cross-sectional view of a portion of a preform in which a circumferential crack is caused;
Fig. 15 eine Schrägansicht eines Abschnitts der Vorform ist, bei der ein Umfangsriss verursacht ist und zur Außenseite hin beim Bearbeiten exponiert ist; undFig. 15 is an oblique view of a portion of the preform in which a circumferential crack is caused and exposed to the outside during machining; and
Fig. 16 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines gegossenen Zylinderblocks ist, die eine Komprimierung der Vorform darstellt.Figure 16 is a cross-sectional view of a portion of a cast cylinder block illustrating compression of the preform.
Fig. 1A-1D und Fig. 2 stellen ein Herstellungsverfahren für einen Zylinderblock einer Verbrennungskraftmaschine dar, das für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geltend ist; Fig. 3-4 stellen ein erstes Beispiel, Fig. 5 ein zweites Beispiel, Fig. 6 ein drittes Beispiel, Fig. 7 ein viertes Beispiel und Fig. 8 ein fünftes Beispiel dar, die nicht durch den Kern der Erfindung abgedeckt sind, aber Merkmale haben, die für das Ausführungsbeispiel der Erfindung geltend sind. Fig. 9 und 10 stellen das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Abschnitte, die allen Beispielen und dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemeinsam oder ähnlich sind, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.1A-1D and 2 illustrate a manufacturing method for a cylinder block of an internal combustion engine applicable to the embodiment of the present invention; 3-4 illustrate a first example, 5 a second example, 6 a third example, 7 a fourth example, and 8 a fifth example, which are not covered by the gist of the invention but have features applicable to the embodiment of the invention. 9 and 10 illustrate the embodiment of the present invention. Portions common or similar to all the examples and the embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals.
Als erstes werden Abschnitte, die allen Beispielen und dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemeinsam oder ähnlich sind, unter Bezugnahme auf die Fig. 1A-1D und Fig. 2 erklärt werden.First, portions common or similar to all examples and the embodiment of the present invention will be explained with reference to Figs. 1A-1D and Fig. 2.
Ein Herstellungsverfahren für einen Zylinderblock einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt.A manufacturing method for a cylinder block of an internal combustion engine comprises a first step and a second step.
Bei dem ersten Schritt, wie in Fig. 1A dargestellt, wird eine hauptsächlich zylindrische, vorgewärmte Vorform 2, die eine Innenfläche 2a und eine Außenfläche 2b hat, in einen Hohlraum 4 gesetzt, der durch eine Form 3 definiert wird, die einen Bohrungskern 1 enthält, der eine Außenfläche 1a hat, so dass ein Freiraum 8, durch den geschmolzenes Metall geführt wird, zwischen der Innenfläche 2a der Vorform 2 und der Außenfläche 1a des Bohrungskerns 1 ausgebildet wird. Dass geschmolzenes Metall reibungslos in den Freiraum 8 fließen kann, wird es bevorzugt, dass der Freiraum 8 eine Breite gleich oder größer als 0.5 mm hat. Der Freiraum 8 ist über eine gesamten Umfang der Innenfläche der Vorform 2 ausgebildet, mit Ausnahme von Abschnitten, bei denen Vorsprünge den Bohrungskern 1 in einem Fall berühren, in dem die Vorform durch den Bohrungskern gelagert ist.In the first step, as shown in Fig. 1A, a mainly cylindrical, preheated preform 2, which an inner surface 2a and an outer surface 2b is set in a cavity 4 defined by a mold 3 including a bore core 1 having an outer surface 1a, so that a clearance 8 through which molten metal is passed is formed between the inner surface 2a of the preform 2 and the outer surface 1a of the bore core 1. In order that molten metal can flow smoothly into the clearance 8, it is preferable that the clearance 8 has a width equal to or greater than 0.5 mm. The clearance 8 is formed over an entire circumference of the inner surface of the preform 2, except for portions where projections contact the bore core 1 in a case where the preform is supported by the bore core.
Bei dem zweiten Schritt wie in Fig. 1B dargestellt, wird geschmolzenes Metall 5 (geschmolzenes Aluminium) in den Hohlraum 4 zugeführt, so dass das geschmolzene Metall 5 in die Form 2 von beiden Seiten der Innenfläche 2a und der Außenfläche 2b der Vorform 2 injiziert wird, wodurch die Vorform 2 in einen Metallmatrixverbundwerkstoff (MMC) verändert wird.In the second step, as shown in Fig. 1B, molten metal 5 (molten aluminum) is supplied into the cavity 4 so that the molten metal 5 is injected into the mold 2 from both sides of the inner surface 2a and the outer surface 2b of the preform 2, thereby changing the preform 2 into a metal matrix composite (MMC).
Wie in Fig. 1C und 1D dargestellt, könnte das Herstellungsverfahren für einen Zylinderblock einen dritten Schritt und einen vierten Schritt beinhalten.As shown in Figs. 1C and 1D, the manufacturing process for a cylinder block may include a third step and a fourth step.
Bei dem dritten Schritt, wie in Fig. 1C dargestellt, wird ein Zylinderblockgussprodukt 9 aus der Form 3 und dem Bohrungskern 1, nachdem geschmolzenes Metall sich verfestigt hat, genommen.In the third step, as shown in Fig. 1C, a cylinder block casting product 9 is taken out from the mold 3 and the bore core 1 after molten metal has solidified.
Bei dem vierten Schritt, wie in Fig. 1D dargestellt, wird eine Zylinderbohrungsoberfläche des Metallmatrixverbundwerkstoffs jeder Zylinderbohrung des Zylindergussprodukts 9 auf einen bestimmten Durchmesser bearbeitet.In the fourth step, as shown in Fig. 1D, a cylinder bore surface of the metal matrix composite material of each cylinder bore of the cylinder cast product 9 is machined to a certain diameter.
In Fig. 1A-1D wird das geschmolzene Metall in den Hohlraum 4 durch einen Einspritzzylinder 6, der eine Kolbenspitze 7 hat, injiziert. Obwohl der Bohrungskern 1 und die Vorform 2 seitlich in dem Gießgerät angeordnet sind, könnte der Bohrungskern 1 und die Vorform 2 vertikal angeordnet sein. Das geschmolzene Metall ist z. B. geschmolzenes Aluminium, obwohl das geschmolzene Metall nicht auf geschmolzenes Aluminium beschränkt ist.In Fig. 1A-1D, the molten metal is injected into the cavity 4 through an injection cylinder 6 having a plunger tip 7. Although the well core 1 and the preform 2 are arranged laterally in the casting apparatus, the well core 1 and the preform 2 could be arranged vertically. The molten metal is, for example, molten aluminum, although the molten metal is not limited to molten aluminum.
Die Vorwärmtemperatur der Vorform 2 könnte niedriger als die Herkömmliche sein. Insbesondere könnte, während die Vorwärmtemperatur des herkömmlichen Verfahrens bei ungefähr 70000 liegt, wenn die Vorform aus dem Vorwärmofen genommen wurde oder in die Gießform eingesetzt wurde, die Vorwärmtemperatur der Vorform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung gleich oder höher als 300ºC und niedriger als 700ºC sein. Obwohl die Temperatur des Bohrungskerns 1 niedriger als die Temperatur der Vorform ist und z. B. 100 bis 200ºC beträgt, kann, da ein Anstieg der Temperatur der Vorform durch den Freiraum 8 zwischen der Vorform und dem Bohrungskern 1 verzögert ist, die Temperatur der Vorform 2 verhältnismäßig niedrig sein.The preheating temperature of the preform 2 may be lower than the conventional one. Specifically, while the preheating temperature of the conventional method is about 70,000°C when the preform has been taken out of the preheating furnace or set in the mold, the preheating temperature of the preform 2 according to the present invention may be equal to or higher than 300°C and lower than 700°C. Although the temperature of the bore core 1 is lower than the temperature of the preform, for example, 100 to 200°C, since a rise in the temperature of the preform is retarded by the clearance 8 between the preform and the bore core 1, the temperature of the preform 2 may be relatively low.
Fig. 2 stellt eine Beziehung zwischen einer Änderung des Drucks des geschmolzenen Metalls und dem Beginnen und Beenden der Infiltrierung des geschmolzenen Metalls in die Vorform während des zweiten Schrittes dar. Während einer bestimmten Zeitdauer A, wenn das geschmolzene Metall in den Hohlraum zugeführt wird, steigt der Druck des geschmolzenen Metalls in dem Hohlraum fast nicht. Zum Zeitpunkt B, wenn das geschmolzene Metall gerade den Hohlraum gefüllt hat, beginnt der Druck des geschmolzenen Metalls in dem Hohlraum plötzlich zu steigen.Fig. 2 shows a relationship between a change in the pressure of the molten metal and the start and stop of the infiltration of the molten metal into the preform during the second step. During a certain period of time A when the molten metal is supplied into the cavity, the pressure of the molten metal in the cavity almost does not increase. At time B when the molten metal has just filled the cavity, the pressure of the molten metal in the cavity suddenly starts to increase.
Zum Zeitpunkt C, wenn das Einpressen abgeschlossen worden ist, ist der Druck des geschmolzenen Metalls in dem Hohlraum bei 750 bis 850 kg/cm² (73,5 bis 83,3 MPa). Zu einem frühen Stadium des Druckanstiegzeitraums ab dem Punkt B wird die Infiltration von geschmolzenen Metall in die Vorform 2 abgeschlossen sein. In dem Fall, in dem der Druck des geschmolzenen Metalls auf die Vorform von einer radialen Außenseite der Vorform aufgebracht ist, wie in dem herkömmlichen Verfahren, tritt ein Riss durch eine Schubkraft bei ungefähr 3 kg/cm² (0,294 MPa) auf. Im Gegensatz dazu tritt in der vorliegenden Erfindung, da die Drücke, die auf die Außenfläche und die Innenfläche wirken, einander ausgleichen oder fast ausgleichen, keinen Riss durch eine Schubkraft während des Druckerhöhungszeitraums von dem Punkt B zu dem Punkt C in Fig. 2 auf.At time C, when the injection has been completed, the pressure of the molten metal in the cavity is 750 to 850 kg/cm² (73.5 to 83.3 MPa). At an early stage of the pressure increase period from the point B, the infiltration of molten metal into the preform 2 will be completed. In the case where the pressure of the molten metal is applied to the preform from a radially outer side of the preform as in the conventional method, a crack by a thrust force occurs at about 3 kg/cm² (0.294 MPa). In contrast, in the present invention, since the pressures acting on the outer surface and the inner surface balance each other or almost balance each other, a crack by a thrust force does not occur during the pressure increase period from the point B to the point C in Fig. 2.
Die Auswirkung des vorstehend beschriebenen Abschnitts, der allen Beispielen und dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gleich oder ähnlich ist, werden erläutert werden.The effect of the above-described portion which is the same or similar to all examples and the embodiment of the present invention will be explained.
Da der Freiraum 8 zwischen der Vorform 2 und dem Bohrungskern 1 über den gesamten Umfang der Vorform 2 ausgebildet ist, wird der Druck des geschmolzenen Metalls an beiden, der Innenfläche 2a und der Außenfläche 2b der Vorform 2, aufgebracht. Da die Drücke, die auf die Innen- und Außenflächen der Vorform 2 wirken, einander ausgleichen, wird kein Riss durch eine Schubspannung im Gegensatz zum herkömmlichen Fall verursacht, in dem ein Schubriss 109, der in Fig. 13B gezeigt wird, entlang einer Ebene verursacht wird, die 45º gegenüber der Umfangsrichtung der Vorform geneigt ist.Since the clearance 8 between the preform 2 and the bore core 1 is formed over the entire circumference of the preform 2, the pressure of the molten metal is applied to both the inner surface 2a and the outer surface 2b of the preform 2. Since the pressures acting on the inner and outer surfaces of the preform 2 balance each other, no crack is caused by a shear stress unlike the conventional case in which a shear crack 109 shown in Fig. 13B is caused along a plane inclined at 45° to the circumferential direction of the preform.
Des weiteren wird ein Umfangsriss 110, der in Fig. 14 gezeigt wird, der das Ende des Schubrisswachstums einleitet, nicht verursacht werden, da der Schubriss selbst nicht auftritt und da die Vorform 2 von beiden, den Innen- und Außenflächen der Vorform, mit Druck beaufschlagt wird, und sich daher keine Abtrennungskraft, die zwischen den Schichten der Verstärkungsfasern wirkt, ergeben wird.Furthermore, a circumferential crack 110 shown in Fig. 14, which initiates the termination of the shear crack growth, will not be caused since the shear crack itself will not occur and since the preform 2 will be pressurized from both the inner and outer surfaces of the preform and therefore no separation force acting between the layers of the reinforcing fibers will result.
Des Weiteren wird im Gegensatz zum herkömmlichen Fall ein radialer innerer Abschnitt der Vorform wahrscheinlich nicht gestaucht. Der Grund ist wie folgt:Furthermore, unlike the conventional case, a radial inner portion of the preform is not likely to be compressed. The reason is as follows:
Im allgemeinen wird, wenn die Vorform ausreichend Festigkeit hat, um einen Druck gleich oder größer als den Druck zum Zeitpunkt auszuhalten, wenn Infiltration des geschmolzenen Metalls in die Vorform gerade abgeschlossen ist, ein Stauchen der Vorform nicht auftreten. In dem Fall des herkömmlichen Verfahrens ist es jedoch, da der Druck zum Zeitpunkt, wenn Infiltration des geschmolzenen Metalls in die Vorform gerade abgeschlossen ist, hoch ist, schwierig das Stauchen der Vorform zu verhindern. Insbesondere wenn das geschmolzene Metall die Vorform infiltriert, wird die Temperatur des Spitzenabschnitts des geschmolzenen Metalls gesenkt werden, so dass die Viskosität des Spitzenabschnitts des geschmolzenen Metalls erhöht werden wird. Ein Abschnitt nahe des Bohrungskerns der vorgewärmten Vorform wird durch den Bohrungskern gekühlt, wobei der Temperaturanstieg des geschmolzenen Metalls an dem Abschnitt der Vorform nahe des Bohrungskerns groß ist. Das geschmolzene Metall wird sich an dem Abschnitt der Vorform verfestigen, so dass ein großer Druck des geschmolzenen Metalls auf den radial inneren Abschnitt der Vorform wirken wird. Im Gegensatz dazu werden mit der vorstehenden Methode durch den Freiraum 8, der zwischen dem Bohrungskern 1 und der Innenfläche der Vorform 2 vorgesehen ist, die nachstehenden Wirkungen erzielt:In general, if the preform has sufficient strength to withstand a pressure equal to or greater than the pressure at the time when infiltration of the molten metal into the preform is just completed, compression of the preform will not occur. In the case of the conventional method, however, since the pressure at the time when infiltration of the molten metal into the preform is just completed is high, it is difficult to prevent compression of the preform. Particularly, when the molten metal infiltrates the preform, the temperature of the tip portion of the molten metal will be lowered, so that the viscosity of the tip portion of the molten metal will be increased. A portion near the bore core of the preheated preform is cooled by the bore core, and the temperature rise of the molten metal at the portion of the preform near the bore core is large. The molten metal will solidify at the portion of the preform, so that a large pressure of the molten metal will act on the radially inner portion of the preform. In contrast, with the above method, the following effects are achieved by the clearance 8 provided between the bore core 1 and the inner surface of the preform 2:
(1) Da die Vorform 2 den Bohrungskern 1 nicht berührt oder eine Kontaktfläche der Vorform 2 mit dem Bohrungskern 1 minimiert ist, wird die Temperatur der vorgewärmten Vorform 2 wahrscheinlich nicht leicht gesenkt;(1) Since the preform 2 does not contact the bore core 1 or a contact area of the preform 2 with the bore core 1 is minimized, the temperature of the preheated preform 2 is unlikely to be easily lowered;
(2) Da das geschmolzene Metall die Vorform von beiden, der Innen- und Außenflächen der Vorform 2, infiltriert, kann der Abstand, durch den das geschmolzene Metall die Vorform infiltrieren muss, bevor das Stauchen der Vorform beginnt, eine Hälfte des herkömmlichen Falls sein.(2) Since the molten metal infiltrates the preform from both the inner and outer surfaces of the preform 2, the distance through which the molten metal penetrates the preform must infiltrate before the preform compression begins, be half of the conventional case.
(3) Da das geschmolzene Metall die Vorform von nicht nur der Außenfläche, sondern auch von der Innenfläche der Vorform infiltriert, wird der Oberflächenbereich, durch den das geschmolzene Metall die Vorform infiltriert, erhöht. Folglich kann das geschmolzene Metall leicht in die Vorform infiltrieren und ein Abstand, über den das geschmolzene Metall die Vorform infiltriert, groß sein.(3) Since the molten metal infiltrates the preform from not only the outer surface but also the inner surface of the preform, the surface area through which the molten metal infiltrates the preform is increased. Consequently, the molten metal can easily infiltrate into the preform, and a distance over which the molten metal infiltrates the preform can be large.
Aus diesen Gründen tritt ein Stauchen der Vorform unwahrscheinlich auf.For these reasons, compression of the preform is unlikely to occur.
Abschnitte betreffend jedes Beispiels und des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben werden.Sections concerning each example and the embodiment of the present invention will be described below.
Bei dem ersten Beispiel, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wird bei dem ersten Schritt die Vorform 2 durch eine feste Form 3a und eine bewegliche Form 3b der Form 3 gelagert und dazwischen geklemmt. Die Vorform 2 berührt den Bohrungskern 1 nicht, wobei der Freiraum 8 über den gesamten Umfang der Vorform 2 ausgebildet ist. Die feste Form 3a beinhaltet einen Zylinderblocklager bildenden Abschnitt 3c, der entgegengesetzte Oberflächen hat. Um das geschmolzene Metall 5 (siehe Fig. 1A und 1B) in den Freiraum 8 einzuführen, ist eine Öffnung 3d zum Einführen eines Teils des geschmolzenen Metalls 5 zu dem Freiraum 8 innerhalb der Vorform 2 zwischen einem oberen Ende der entgegengesetzten Oberflächen des Zylinderblocklager bildenden Abschnitts 3c und einem unteren Ende der Innenfläche der Vorform 2 ausgebildet. Der Bohrungskern 1 wird durch die bewegliche Form 3b gelagert und wird zusammen mit der beweglichen Form 3b bewegt.In the first example, as shown in Figs. 3 and 4, in the first step, the preform 2 is supported by and clamped between a fixed mold 3a and a movable mold 3b of the mold 3. The preform 2 does not contact the bore core 1, with the clearance 8 being formed over the entire circumference of the preform 2. The fixed mold 3a includes a cylinder block bearing forming portion 3c having opposite surfaces. In order to introduce the molten metal 5 (see Figs. 1A and 1B) into the clearance 8, an opening 3d for introducing a part of the molten metal 5 to the clearance 8 is formed inside the preform 2 between an upper end of the opposite surfaces of the cylinder block bearing forming portion 3c and a lower end of the inner surface of the preform 2. The bore core 1 is supported by the movable mold 3b and is moved together with the movable mold 3b.
Eine Auswirkung des ersten Beispiels ist wie folgt:An effect of the first example is as follows:
Bei dem herkömmlichen Verfahren, in dem eine Vorform 2 durch einen Bohrungskern 1 gelagert wird, gibt es verschiedene Probleme. Insbesondere wenn ein Fremdkörper an dem Bohrungskern 1 anhaftet, könnte die Vorform 2 nicht auf den Bohrungskern 1 setzbar sein. Wenn das geschmolzene Metall nicht in den Freiraum, der zwischen dem Bohrungskern 1 und der Vorform 2 ausgebildet ist, eintreten kann, könnte die Vorform 2 zerstört werden. Wenn der Freiraum 8 zu klein ist, könnte die Vorform während des Einsetzens zerstört werden. Im Gegensatz dazu werden in dem vorliegenden Beispiel, da die Vorform 2 durch die bewegliche Form 3b und die feste Form 3a gelagert ist, die vorstehend beschriebenen Probleme gelöst.In the conventional method in which a preform 2 is supported by a bore core 1, there are various problems. In particular, if a foreign matter adheres to the bore core 1, the preform 2 may not be set on the bore core 1. If the molten metal cannot enter the clearance formed between the bore core 1 and the preform 2, the preform 2 may be destroyed. If the clearance 8 is too small, the preform may be destroyed during setting. In contrast, in the present example, since the preform 2 is supported by the movable mold 3b and the fixed mold 3a, the problems described above are solved.
Bei dem zweiten Beispiel, wie in Fig. 5 dargestellt, hat der Bohrungskern 1 mindestens einen Vorsprung 11, der radial nach außen von der Außenfläche 1a des Bohrungskerns 1 vorspringt und der integral mit dem Bohrungskern 1 ist. Bei dem ersten Schritt ist die Vorform 2 durch den Bohrungskern 1 an dem Vorsprung 11 gelagert. Die Vorform 2 und der Vorsprung 11 sind miteinander in Linienkontakt oder Punktkontakt. Der Freiraum 8 ist an dem Vorsprung 11 unterbrochen. Die Form des Vorsprungs 11 ist so ausgewählt, dass nicht verhindert wird, dass geschmolzenes Metall in den Freiraum 8 gefüllt wird.In the second example, as shown in Fig. 5, the bore core 1 has at least one projection 11 which projects radially outward from the outer surface 1a of the bore core 1 and which is integral with the bore core 1. In the first step, the preform 2 is supported on the projection 11 through the bore core 1. The preform 2 and the projection 11 are in line contact or point contact with each other. The clearance 8 is interrupted at the projection 11. The shape of the projection 11 is selected so as not to prevent molten metal from being filled into the clearance 8.
Durch eine Wirkung des zweiten Beispiels, da die Vorform durch den Bohrungskern 1 über den Vorsprung 11 gelagert ist, ist es leicht, die Dicke des Freiraums 8 zu steuern. Folglich kann die Dicke des Freiraums 8 auf ungefähr 0,5 mm eingestellt werden, die eine minimale Dicke ist, um reibungsloses Einfüllen des geschmolzenen Metalls sicher zu stellen, wodurch der Bearbeitungsaufwand der Zylinderbohrung nach dem Gießen minimiert wird.By an effect of the second example, since the preform is supported by the bore core 1 via the projection 11, it is easy to control the thickness of the clearance 8. Consequently, the thickness of the clearance 8 can be set to about 0.5 mm, which is a minimum thickness to ensure smooth filling of the molten metal, thereby minimizing the machining work of the cylinder bore after casting.
Bei dem dritten Beispiel, wie in Fig. 6 dargestellt, hat der Bohrungskern 1 eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die von der Außenfläche 1a (Fig. 3) des Bohrungskerns vorspringen und die integral mit dem Bohrungskern 1 sind. Die Vorsprünge erstrecken sich in eine axiale (längs gerichtete) Richtung des Bohrungskerns 1. Bei dem ersten Schritt wird die Vorform 2 durch den Bohrungskern 1 über die Vorsprünge 11 gelagert. Vorzugsweise ist die Zahl der Vorsprünge gleich oder größer als drei. Die Vorform 2 und die Vorsprünge 11 sind miteinander in Linienkontakt.In the third example, as shown in Fig. 6, the bore core 1 has a plurality of projections extending from the outer surface 1a (Fig. 3) of the bore core and which are integral with the bore core 1. The projections extend in an axial (longitudinal) direction of the bore core 1. In the first step, the preform 2 is supported by the bore core 1 via the projections 11. Preferably, the number of projections is equal to or greater than three. The preform 2 and the projections 11 are in line contact with each other.
Durch eine Auswirkung des dritten Beispiels, da die Vorsprünge sich in die axiale Richtung des Bohrungskerns 1 erstrecken, verhindern die Vorsprünge nicht, dass geschmolzenes Metall in den Freiraum 8 in die axiale Richtung des Bohrungskerns 1 fließt. Es muss jedoch jeder Freiraumabschnitt zwischen den Vorsprüngen mit der Öffnung (3d in Fig. 4) zum Einführen des geschmolzenen Metalls in den Freiraum kommunizieren.By an effect of the third example, since the protrusions extend in the axial direction of the bore core 1, the protrusions do not prevent molten metal from flowing into the clearance 8 in the axial direction of the bore core 1. However, each clearance portion between the protrusions must communicate with the opening (3d in Fig. 4) for introducing the molten metal into the clearance.
Bei dem vierten Beispiel, wie in Fig. 7 dargestellt, hat der Bohrungskern 1 mindestens einen Vorsprung, der radial nach außen von der Außenfläche 1a des Bohrungskerns vorspringt. Der Vorsprung 11 erstreckt sich in eine axiale (längs gerichtete) Richtung des Bohrungskerns 1.In the fourth example, as shown in Fig. 7, the bore core 1 has at least one projection that projects radially outward from the outer surface 1a of the bore core. The projection 11 extends in an axial (longitudinal) direction of the bore core 1.
Ein Abschnitt des Bohrungskerns, der einem Zylinderblockabschnitt zwischen benachbarten Zylinderbohrungen (einem Abschnitt des Bohrungskerns, der einem Zylinderblockabschnitt gegenüberliegt, der auf einer Linie angeordnet ist, die die Mittelpunkte der benachbarten Zylinderbohrungen auf einer Linie verbindet) ist notwendigerweise mit mindestens einem Vorsprung 11 vorgesehen.A portion of the bore core facing a cylinder block portion between adjacent cylinder bores (a portion of the bore core facing a cylinder block portion arranged on a line connecting the centers of the adjacent cylinder bores on a line) is necessarily provided with at least one projection 11.
Der mindestens eine Vorsprung 11 ist von dem äußeren Abschnitt jeder der zwei äußeren Bohrungskerne der Mehrfachbohrungskerne weggelassen, die in eine Längsrichtung des Zylinderblocks angeordnet sind. Bei dem ersten Schritt ist die Vorform 2 durch den Bohrungskern 1 an mindestens einem Vorsprung 11 gelagert. Die Vorform 2 und der mindestens ein Vorsprung 11 sind miteinander in Linienkontakt. Es gibt einen Freiraum 8 außer an dem mindestens einen Vorsprung.The at least one projection 11 is omitted from the outer portion of each of the two outer bore cores of the multi-bore cores arranged in a longitudinal direction of the cylinder block. In the first step, the Preform 2 is supported by the bore core 1 on at least one projection 11. The preform 2 and the at least one projection 11 are in line contact with each other. There is a free space 8 except on the at least one projection.
Durch eine Auswirkung des vierten Beispiels, wenn das geschmolzene Metall durch einen Abschnitt des Hohlraums zwischen benachbarten Zylinderbohrungen läuft, wird das geschmolzene Metall gedrosselt und beaufschlagt einen größeren Druck auf die Vorform 2 an dem Drosselabschnitt als an anderen Abschnitten. Da die Vorform 2 notwendigerweise durch den Vorsprung 11 gelagert ist, wird ein Bruch der Vorform 2 jedoch verhindert.By an effect of the fourth example, when the molten metal passes through a portion of the cavity between adjacent cylinder bores, the molten metal is throttled and applies a larger pressure to the preform 2 at the throttle portion than at other portions. However, since the preform 2 is necessarily supported by the projection 11, breakage of the preform 2 is prevented.
In dem Fall, in dem der Bohrungskern 1 mit dem Vorsprung 11 vorgesehen ist, haftet Aluminium an der Spitze des Vorsprungs 11 und es wird folglich schwierig, ein Vorformelement 2 an den Vorsprung bei dem nächsten Gießdurchlauf zu setzen. Da Anhaftung von Aluminium, die zu Fressen des Formprodukts mit den Vorsprüngen führt, durch das Schrumpfen bei Verfestigung des Gussprodukts auftritt, neigt sie dazu, an den längsgerichteten gegenüberliegenden Enden des Zylinderblocks aufzutreten. In dem vorliegenden Beispiel tritt, da die Vorsprünge 11 an den äußeren Abschnitten an den äußeren Bohrungskernen weggelassen sind, jedoch Anhaftung und Verfestigung von Aluminium an den Vorsprüngen wahrscheinlich nicht auf.In the case where the bore core 1 is provided with the projection 11, aluminum adheres to the tip of the projection 11, and it thus becomes difficult to set a preform member 2 to the projection in the next casting run. Since adhesion of aluminum, which leads to seizure of the molded product with the projections, occurs due to shrinkage upon solidification of the cast product, it tends to occur at the longitudinally opposite ends of the cylinder block. In the present example, however, since the projections 11 are omitted at the outer portions on the outer bore cores, adhesion and solidification of aluminum to the projections are unlikely to occur.
Bei dem fünften Beispiel, wie in Fig. 8 dargestellt, hat der Bohrungskern 1 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 11, die radial nach außen hin von der Außenfläche 1a des Vorsprungs 11 vorspringen. Die Vorsprünge erstrecken sich in die axiale (Längs gerichtete) Richtung des Bohrungskerns 1. Einer 11' der Vorsprünge 11 ist ferner an einem äußeren Abschnitt eines jeden der zwei äußeren Bohrungskerne der Mehrfachbohrungskerne vorgesehen, die in einer längsgerichteten Richtung eines Zylinderblocks angeordnet sind. Der äußere Vorsprung 11' hat eine Höhe, die niedriger ist als die Höhe von zwei Vorsprüngen, die zu dem äußeren Vorsprung 11' benachbart sind, und der außenliegend von einer Linie vorspringt, die Spitzen der zwei Vorsprünge verbindet, die zu dem äußeren Vorsprung 11' benachbart sind. Bei dem ersten Schritt ist die Vorform 2 durch den Bohrungskern 1 an den Vorsprüngen 11 gelagert. Es gibt einen Freiraum 8 außer an den Vorsprüngen 11.In the fifth example, as shown in Fig. 8, the bore core 1 has a plurality of projections 11 projecting radially outward from the outer surface 1a of the projection 11. The projections extend in the axial (longitudinal) direction of the bore core 1. One 11' of the projections 11 is further provided on an outer portion of each of two outer bore cores of the multi-bore cores arranged in a longitudinal direction of a cylinder block. The outer projection 11' has a height lower than the height of two projections that contribute to the outer projection 11'. adjacent, and which projects outwardly from a line connecting tips of the two projections adjacent to the outer projection 11'. In the first step, the preform 2 is supported by the bore core 1 on the projections 11. There is a clearance 8 except on the projections 11.
Durch eine Auswirkung des fünften Beispiels sind die äußeren Vorsprünge 11' nicht zur Lagerung der Vorform 2 verwendet. Die Vorsprünge 11, die zu den äußeren Vorsprüngen 11' benachbart sind, werden zum Lagern der Vorform 2 verwendet. Der äußere Vorsprung 11' ist ein blinder Vorsprung, an dem geschmolzenes Aluminium anhaftet, wodurch verhindert wird, dass viel Aluminium an den Vorsprüngen, die zu dem äußeren Vorsprung 11' benachbart sind, anhaftet, und um zu verhindern, dass eine außerordentliche Schrumpfkraft auf die Vorsprünge 11, die zu dem äußeren Vorsprung 11' benachbart sind, wirkt. Sogar wenn Aluminium an dem äußeren Vorsprung 11' anhaftet, da der äußere Vorsprung 11' niedrig in der Höhe ist, ist es leicht das Gussprodukt von dem Vorsprung 11' zu entfernen, wobei kein Problem während des Einsetzens der Vorform auf den Bohrungskern bei dem nächsten Durchlauf auftreten wird.By an effect of the fifth example, the outer projections 11' are not used for supporting the preform 2. The projections 11 adjacent to the outer projections 11' are used for supporting the preform 2. The outer projection 11' is a blind projection to which molten aluminum adheres, thereby preventing much aluminum from adhering to the projections adjacent to the outer projection 11' and preventing an extraordinary shrinkage force from acting on the projections 11 adjacent to the outer projection 11'. Even if aluminum adheres to the outer projection 11', since the outer projection 11' is low in height, it is easy to remove the cast product from the projection 11', and no problem will occur during setting the preform on the bore core in the next run.
Bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie in den Fig. 9 und 10 dargestellt, ist der Vorsprung (vorspringendes Element 11) getrennt von dem Bohrungskern 1 ausgebildet und an den Bohrungskern 1 so montiert, dass er in eine radiale Richtung des Bohrungskerns 1 beweglich ist. Ein konisches Element 12 ist zwischen dem Vorsprung 11 und einer Nut, die in dem Bohrungskern 1 ausgebildet ist, vorgesehen, so dass es relativ zu dem Bohrungskern 1 und dem Vorsprung 11 gleitbar ist. Durch Bewegen des konischen Elements 12 in die axiale Richtung des Bohrungskerns 1 wird der Vorsprung 11 in die radiale Richtung des Bohrungskerns 1 bewegt, so dass die Vorsprungshöhe des Vorsprungs 11 von der Außenfläche 1a des Bohrungskerns 1 eingestellt wird.In the embodiment of the present invention, as shown in Figs. 9 and 10, the projection (projecting member 11) is formed separately from the bore core 1 and mounted to the bore core 1 so as to be movable in a radial direction of the bore core 1. A tapered member 12 is provided between the projection 11 and a groove formed in the bore core 1 so as to be slidable relative to the bore core 1 and the projection 11. By moving the tapered member 12 in the axial direction of the bore core 1, the projection 11 is moved in the radial direction of the bore core 1 so that the projection height of the projection 11 from the outer surface 1a of the bore core 1 is adjusted.
Durch eine Auswirkung des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung wird, während die Vorform 2 auf den Bohrungskern 1 gesetzt wird und während das geschmolzene Metall zu dem Hohlraum geführt wird, der Vorsprung 11 zur Einnahme der am meisten vorspringenden Position eingestellt. Während das Gussprodukt von der Form und dem Bohrungskern 1 entfernt wird, wird der Vorsprung 11 zur Einnahme einer am meisten gesenkten Position eingestellt, wodurch der Abnahmewiderstand klein ist und das Gussprodukt reibungslos abgenommen werden kann.By an effect of the embodiment of the present invention, while the preform 2 is set on the core 1 and while the molten metal is supplied to the cavity, the projection 11 is set to take the most protruding position. While the cast product is removed from the mold and the core 1, the projection 11 is set to take a most depressed position, whereby the removal resistance is small and the cast product can be removed smoothly.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die folgenden technischen Vorteile erzielt:According to the present invention, the following technical advantages are achieved:
Erstens, da der Freiraum 8 zwischen der Vorform 2 und dem Bohrungskern 1 ausgebildet ist, gleichen sich die Drücke an der Innen- und der Außenfläche der Vorform 2 aus. Folglich wird ein Riss durch eine Schubkraft wahrscheinlich nicht in der Vorform 2 verursacht, wobei ein umlaufender Riss, der an einer Spitze des Schubrisses eingeleitet wird, nicht auftreten wird. Des Weiteren kann das geschmolzene Metall die Vorform von den Innen- und Außenflächen der Vorform 2 infiltrieren, so dass Kompression eines Abschnitts der Vorform in die Richtung der Dicke der Vorform wahrscheinlich nicht auftritt. Des Weiteren ist durch den Freiraum 8 der Temperaturabfall der Vorform 2 unterdrückt und folglich kann die Vorwärmtemperatur der Vorform 2 im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren niedrig sein.First, since the clearance 8 is formed between the preform 2 and the bore core 1, the pressures on the inner and outer surfaces of the preform 2 are equalized. Consequently, a crack by a shear force is not likely to be caused in the preform 2, and a circumferential crack initiated at a tip of the shear crack will not occur. Furthermore, the molten metal can infiltrate the preform from the inner and outer surfaces of the preform 2, so that compression of a portion of the preform in the direction of the thickness of the preform is not likely to occur. Furthermore, by the clearance 8, the temperature drop of the preform 2 is suppressed, and consequently the preheating temperature of the preform 2 can be low in comparison with the conventional method.
Zweitens berührt in dem Fall, in dem die Vorform durch die obere und die untere Form gelagert ist, die Vorform 2 den Bohrungskern 1 nicht. Folglich muss die Vorform 2 nicht konisch sein, wobei die Vorform 2 so dünn als möglich ausgebildet werden kann.Second, in the case where the preform is supported by the upper and lower molds, the preform 2 does not contact the bore core 1. Consequently, the preform 2 does not need to be tapered, and the preform 2 can be made as thin as possible.
Drittens kann in dem Fall, in dem die Vorform 2 durch den Bohrungskern 1 an dem Vorsprung 11 gelagert ist, die Dicke des Freiraums 8 im Wesentlichen genau auf eine bestimmte Dicke eingestellt werden.Thirdly, in the case where the preform 2 is supported by the bore core 1 on the projection 11, the thickness of the Free space 8 can essentially be adjusted precisely to a certain thickness.
Viertens verhindert in dem Fall, in dem der Vorsprung 11 sich axial in den Bohrungskern 1 erstreckt, der Vorsprung 11 nicht, dass geschmolzenes Metall in den Freiraum 8 fließt.Fourth, in the case where the projection 11 extends axially into the bore core 1, the projection 11 does not prevent molten metal from flowing into the clearance 8.
Fünftens kann die Vorform den Druck in dem. Fall aushalten, in dem der Vorsprung 11 notwendigerweise an einem Abschnitt des Bohrungskerns 1 vorgesehen ist, der einem Abschnitt des Zylinderblocks zwischen benachbarten Zylinderbohrungen gegenüberliegt, wenn ein verhältnismäßig großer Druck des geschmolzenen Metalls, das den Abschnitt füllt, zwischen den Zylinderbohrungen auf die Vorform wirkt.Fifth, the preform can withstand the pressure in the case where the projection 11 is necessarily provided at a portion of the bore core 1 facing a portion of the cylinder block between adjacent cylinder bores, when a relatively large pressure of the molten metal filling the portion between the cylinder bores acts on the preform.
Sechstens tritt in dem Fall, in dem der Vorsprung 11 nicht an dem äußeren Abschnitt des äußeren Bohrungskerns 1 vorgesehen ist, sogar wenn das Zylinderblockmaterial (Gussprodukt) ein Schrumpfen in die längs gerichtete Richtung des Zylinderblocks verursacht, ein Anhaften an der Spitze des äußeren Vorsprungs nicht auf.Sixth, in the case where the projection 11 is not provided at the outer portion of the outer bore core 1, even if the cylinder block material (cast product) causes shrinkage in the longitudinal direction of the cylinder block, sticking to the tip of the outer projection does not occur.
Siebtens wird in dem Fall, in dem der äußere Vorsprung mit einer niedrigen Höhe ausgebildet ist, ein Anhaften an den Spitzen der Vorsprünge, die zu dem äußeren Vorsprung benachbart sind, verhindert und ein Anhaften an der Spitze des äußeren Vorsprungs selbst verhindert.Seventh, in the case where the outer protrusion is formed with a low height, adhesion to the tips of the protrusions adjacent to the outer protrusion is prevented and adhesion to the tip of the outer protrusion itself is prevented.
Letztens, da der Vorsprung getrennt von dem Bohrungskern 1 ausgebildet ist und an dem Bohrungskern 1 so montiert ist, dass er in die radiale Richtung relativ zu dem Bohrungskern 1 beweglich ist, kann durch Absenken des Vorsprungs während des Entfernens des Gussprodukts von dem Bohrungskern 1 und der Form ein Anhaften an der Spitze des Vorsprungs wirksam verhindert werden.Finally, since the projection is formed separately from the bore core 1 and is mounted on the bore core 1 so as to be movable in the radial direction relative to the bore core 1, by lowering the projection during removal of the cast product from the bore core 1 and the mold, sticking to the tip of the projection can be effectively prevented.
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