JP2020189317A - 鋳型構造 - Google Patents
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Abstract
Description
このような長尺状の中子を鋳型内に組み付ける場合、一般に、中子の両端部に夫々巾木を設け、これらの巾木を介して中子を鋳型に対して位置決め支持している。
しかし、特許文献1の技術では、製品である鋳物の寸法精度を確保できない虞がある。
即ち、ウォータジャケット中子の第2係合部と鋳型の第2係合部対応部分に局所的に集中した相対的な位置関係のずれに起因して鋳物構造に構造的(寸法的)な誤差が生じ、最終的な鋳物の寸法精度を確保することができない。
前記中間巾木は、前記長手方向、前記鋳物の長手方向に直交する短手方向、及び上下方向の移動を拘束可能な係合部を介して前記鋳型に支持されているため、鋳型と中子との間に発生する熱膨張量の差を中子の両方の端部側部分に夫々分散することができ、鋳型と中子との相対的な位置関係のずれを長手方向全域に亙って抑制することができる。
この構成によれば、中子の中間部を基準とした長手方向及び短手方向の中子の移動を簡単な構成で拘束することができる。
この構成によれば、鋳物の短手方向の寸法精度を確保することができる。
この構成によれば、薄肉のウォータジャケット中子の位置決め精度を高めつつ、溶湯熱によるウォータジャケット中子の熱膨張を阻害せず、膨張差によって中子端部に生じる反力による中子変形を抑制することができる。
この構成によれば、押湯部によってウォータジャケット中子周囲の溶湯の凝固速度が遅くなり溶湯の熱影響を受け熱膨張量が大きくなる際もウォータジャケット中子の熱膨張を阻害せず、膨張差によって中子端部に生じる反力による中子変形を抑制することができる。
本実施例1の鋳型は、火花点火式の水冷式直列4気筒エンジンのシリンダヘッド1を鋳造するための鋳造用鋳型である。尚、エンジンの気筒数や気筒配置、着火方式、冷却水の循環システムについては、特に限定されるものではない。
シリンダヘッド1は、アルミ合金材料により形成され、エンジンのシリンダブロックの上にガスケットを介して取り付けられている(何れも図示略)。
図1に示すように、シリンダヘッド1は、下端部分にペントルーフ型凹部形状に形成された燃焼室2と、吸気バルブ(図示略)を介して燃焼室2に連通すると共に左方に向けて緩湾曲状に延びる吸気ポート3と、排気バルブ(図示略)を介して燃焼室2に連通すると共に右方に向けて緩湾曲状に延びる排気ポート4と、シリンダヘッド1の上部において前後に延びる左右2本のカムシャフト5と、シリンダヘッド1の下半部において前後に延びる第1〜第3ウォータジャケット6〜8及びオイルジャケット9等を備えている。
以下、図において、矢印Fで示す長手方向における前側巾木31(図6参照)側を前方とし、矢印Lで示す短手方向における吸気側を左方とし、矢印Uで示す上下方向上側を上方として説明する。
1対の第1ウォータジャケット6は、燃焼室2の頂部及び左右両側の近傍で且つ吸排気ポート3,4の下方に夫々形成され、第2ウォータジャケット7は、右側(排気側)第1ウォータジャケット6の右側且つ排気ポート4の下方に形成され、第3ウォータジャケット8は、第2ウォータジャケット7に対して排気ポート4を間に挟んで上方に形成されている。オイルジャケット9は、エンジン冷却用オイルを流すための通路部である。このオイルジャケット9は、燃焼室2の上側の隔壁部の上方空間部に形成されている。
図2,図3,図4に示すように、鋳型10は、金属製冷却プレート11(下型)と、カバー12(上型)と、ベース13と、前壁部14と、この前壁部14に対向配置された後壁部15と、互いに向かい合う左右壁部16,17とを備え、内部に空間を有する略直方体状に構成されている。鋳型10の底部を構成する冷却プレート11は、燃焼室2の空間形状が形成されている。これらの構成部材は、ロ字状枠体に形成されたベース13を除き、何れの壁部12,14〜17についても略板状構造体として形成されている。
前記カバー12(上型)と第1ヘッドカバー中子24及び第2ヘッドカバー中子25によって形成された空間に押湯部18(図5参照)が形成されている。
第3ウォータジャケット中子30は、冷却プレート11から所定距離上方に離隔して配置され、第2ヘッドカバー中子25によって第3ウォータジャケット中子30の周囲に押湯部18(図5参照)が形成されている。
コールドボックス鋳型法は、鋳物砂と常温硬化バインダ(例えば、フェノール樹脂等の粘結材)とを混錬した後、所定形状に成形して各々の構成部材の中間体を形成する。これら中間体にアミンガスを通気させて鋳物砂を常温硬化させているため、コールドボックス鋳型法は、シェルモールド法よりも成形サイクルが短く、生産性が高い。
図4に示すように、鋳型10の各々の構成部材は、基台となる冷却プレート11上に載置されたベース13に対して組み付けられている。
まず、前後に延びる第2ウォータジャケット中子26が、ベース13に対して組み付けられる((b))。次に、ベース13の左側部分に吸気ポート中子21が設置され、第2ウォータジャケット中子26の上側且つベース13の右側部分に排気ポート中子22が設置される((c))。排気ポート中子22の上側には、ベース13の前端部から後端部に亙って架設される第3ウォータジャケット中子30が組み付けられる((d))。
図5に示すように、組立工程(鋳型セット)を終えた鋳型10には、鋳造装置Mによって溶湯(溶融金属)が供給(注湯)される。
この鋳造装置Mは、鋳造装置40と、鋳型10の反転装置(図示略)等を備えている。
鋳造装置40は、溶融したアルミ合金を貯蔵する保持炉41と、溶湯を鋳型10に供給可能な電磁ポンプ42等を主な構成要素としている。ポンプ42は、周囲にヒータ手段が配置された吸入ノズルと、第2ヘッドカバー中子25の湯口にフィルタを介して回動自在に連結された注湯部等を有する。
初期位置に配設された鋳型10に対して溶湯が供給され、溶湯が鋳型10に対して略満充填されたとき、溶湯は熱伝達率が高い冷却プレート11に接触しているため、初期位置において上部の溶湯は他の部分に位置する溶湯よりも冷却速度が速くなる。
溶湯充填後、所定のタイミングで反転装置を用いて鋳型10を180°反転させる。
これにより、他の部分よりも温度の低い溶湯を鋳型10の上部相当位置に保持したまま冷却プレート11が下方に移動するため、冷却プレート11の近くに配置された第2ウォータジャケット中子26周囲の溶湯の凝固速度は速くなり、第2ウォータジャケット中子26の熱膨張量が少なく変形も抑制される。
前述したように、第3ウォータジャケット中子30は、排気ポート4の上部を前後(気筒配列方向)に略ストレート状に延びる第3ウォータジャケット8を形成するための中子である。図6に示すように、第3ウォータジャケット中子30は、第3ウォータジャケット8と同形状の本体30aと、この本体30aの前端部に設けられた前側巾木31(第1端部巾木)と、本体30aの後端部に設けられた後側巾木32(第2端部巾木)と、本体30aの途中部(例えば、前後方向中央部)に設けられた中間巾木33等を備えている。
図6,図7,図10に示すように、前側巾木31は、ベース13と、前壁部14と、第2ウォータジャケット中子26とによって囲まれている。前側巾木31の前端部には、下方に突出した凸部31aが形成されている。凸部31aは、ベース13に形成された第1凹部13aに係合されている。
図6,図8,図11に示すように、後側巾木32は、ベース13と、右壁部17とによって囲まれている。後側巾木32の下部には、上方に凹入した凹部32aが形成されている。凹部32aは、ベース13に形成された凸部13cに係合されている。
図6,図9,図12に示すように、中間巾木33は、ベース13と、右壁部17と、排気ポート中子22とによって囲まれている。中間巾木33は、下端部33a(楔形状部)と、段差部33bと、中間部33cと、上端部33dを備えている。
下端部33aは、中間部33cよりも前後及び左右寸法が小さく設定され、下方程前後及び左右寸法が小さい略楔形状に形成されている。この下端部33aは、ベース13に形成された第2凹部13bに係合される。中間部33cは、左右断面が略楔状になるように形成され、上端部33dは、右壁部17に形成された凹部17aに係合されている。
作用、効果の説明にあたり、比較例モデルM1〜M3と実施例1と同仕様の実施例モデルM4を準備し、モデルM1〜M4の熱膨張変形に係る検証実験をCAE(Computer Aided Engineering)を用いて行った。
モデルM1は、前側巾木を本体前端部の前側、後側巾木を本体後端部の右側、中間巾木を本体中央部の右側に夫々形成した。全ての巾木は、前後左右上下移動が拘束されている。
モデルM2は、前側巾木を本体前端部の前側、後側巾木を本体後端部の後側、中間巾木を本体中央部の右側に夫々形成した。全ての巾木は、前後左右上下移動が拘束されている。
モデルM3は、前側巾木を本体前端部の右側、後側巾木を本体後端部の右側、中間巾木を本体中央部の右側に夫々形成した。全ての巾木は、前後左右上下移動が拘束されている。
モデルM4は、前側巾木を本体前端部の前側、後側巾木を本体後端部の右側、中間巾木を本体中央部の右側に夫々形成した。前側及び後側巾木は、前後移動可能、中間巾木は、前後左右上下移動が拘束されている。
上記モデルM1〜M4に対して注湯時相当の温度を付与し、複数の計測点における前後左右上下方向の熱膨張変形量(X,Y,Z)(mm)の平均値を解析した。
前後方向(X)では、モデルM2(1.5mm)を除き、モデルM1(0.6mm)、モデルM3(0.7mm)、モデルM4(1.0mm)は略同程度の変形量であった。
左右方向(Y)では、モデルM1(0.5mm)、モデルM2(1.7mm)を除き、モデルM3(0.3mm)、モデルM4(0.1mm)は略同程度の変形量であった。
上下方向(Z)では、モデルM4(0.1mm)が、モデルM1(1.6mm)、モデルM2(0.6mm)、モデルM3(1.1mm)よりも格段に変形量が小さかった。
以上のように、実施例モデルM4は、比較例モデルM1〜M3よりも熱膨張変形量が小さいことが確認された。
中間巾木33は、前後左右上下方向の移動を拘束可能な係合部としての下端部33a、段差部33b及び下端部33aに対応した上端部33dの部分を介して鋳型10に支持されているため、鋳型10と第3ウォータジャケット中子30との間に発生する熱膨張量の差を第3ウォータジャケット中子30の両方の端部側部分に夫々分散することができ、鋳型10と第3ウォータジャケット中子30との相対的な位置関係のずれを前後方向全域に亙って抑制することができる。
1〕前記実施形態においては、鋳物がシリンダヘッド1である例を説明したが、少なくとも、長手方向と短手方向を有すると共に内部に長手方向に延びる中子を備えるものであれば任意に適用することが可能である。また、シリンダヘッド1の場合、気筒数やエンジンの型式等は任意である。
2 燃焼室
4 排気ポート
11 冷却プレート
13b 第2凹部
18 押湯部
30 第3ウォータジャケット中子
31 前側巾木
32 後側巾木
33 中間巾木
33a 下端部
33b 段差部
33d 上端部
Claims (5)
- 鋳物を鋳造するための鋳型と、この鋳型内に配置され且つ前記鋳物の長手方向に延びる通路を形成するための中子とを備えた鋳型構造において、
前記中子の前記長手方向両端部と長手方向中間部に前記鋳型に支持される第1,第2端部巾木と中間巾木とを夫々設け、
前記第1,第2端部巾木は、前記長手方向に移動可能に前記鋳型に支持されると共に、
前記中間巾木は、前記長手方向、前記鋳物の長手方向に直交する短手方向、及び上下方向の移動を拘束可能な係合部を介して前記鋳型に支持されたことを特徴とする鋳型構造。 - 前記係合部は、前記長手方向及び短手方向に直交する断面が楔形状部を有し、
前記鋳型は、前記係合部に係合可能な凹部を有することを特徴とする請求項1に記載の鋳型構造。 - 前記第1,第2端部巾木は、前記短手方向の移動が拘束されると共に、前記長手方向から視て短手方向にオフセットするように配設されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の鋳型構造。
- 前記鋳物が、多気筒エンジンのシリンダヘッドであり、前記中子が、排気ポートの上部に気筒配列方向に延びるウォータジャケット中子であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の鋳型構造。
- 前記鋳型が、シリンダヘッドの燃焼室を形成する金型からなる下型と、この下型から離隔して配置された前記ウォータジャケット中子近傍に形成された押湯部とを備えたことを特徴とする請求項4に記載の鋳型構造。
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