JP3866636B2

JP3866636B2 - Manufacturing method of aluminum matrix composite liner

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Publication number: JP3866636B2
Application number: JP2002249627A
Authority: JP
Inventors: 靖宏中尾; 広人庄子; 隆治越後; 聡司松浦; 規之難波; 卓小松田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004084622A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のアルミニウム合金製シリンダブロックに採用するアルミニウム基複合材製ライナの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のシリンダブロックには、シリンダ用ライナを取り付けたものがある。シリンダ用ライナを取り付けることで、シリンダブロックとは異なる材質をシリンダに採用することができ、耐摩耗性の向上を図るなどの効果を得ることができる。そのようなシリンダ用ライナの構造としては、例えば、▲１▼特開平１０−９４８６７公報「軽金属鋳物部品へ鋳込むべき他の軽金属部品の素材及びこのような素材の製造方法」や▲２▼特開２００２−８９３５３公報「内燃機関のシリンダブロック」や▲３▼特許第２６１６０５７号公報「シリンダブロックの製造方法」に示されたものがある。
次図で上記▲１▼の素材について説明する。
【０００３】
図１２は従来の軽金属部品の素材（ライナ）の説明図であり、上記▲１▼の図１０を写したものである。
素材９（符号は同公報に記載されたものを流用した。以下同様。）は、ノズル１８からの空気噴流１２内の粒子で外側表面１０の仕上げ程度を粗さ３０〜６０μｍにすると同時に、外側表面１０に外側材料***を形成したもので、外側材料***の先端がクランクケースの軽金属の溶湯により溶融することで、クランクケースと素材９との結合を向上させることができるというものである。
【０００４】
次に、上記▲２▼のシリンダブロックに採用したシリンダライナについて次図で説明する。
図１３は従来のシリンダライナの説明図であり、上記▲２▼の図２を写したものである。
シリンダライナ１４は、シリンダブロック１２に鋳包んでボア１５を形成するもので、上端部１９に傾斜面２０を形成したので、シリンダブロック１２との接触面積が増大し、ボア１５の変形を抑制することができるというものである。
また、シリンダライナ１４は、上端部１９に溝や鍔を形成することで、同様の効果を発揮することができる。
【０００５】
次に、上記▲３▼のシリンダブロックの製造方法に採用したライナを次図で説明する。
図１４（ａ）〜（ｃ）は従来のライナの製造方法の説明図であり、（ａ）は上記▲３▼の第２図、（ｂ）は上記▲３▼の第３図、（ｃ）は上記▲３▼の第１図（Ｂ）を写したものである。
上記▲３▼のシリンダブロックの製造方法では、鋳造前に予め同公報の第２頁右欄第３１行〜第３頁左欄第８行に示される通りシリンダライナを製造する。これらを要約したものを次に示す。
（ａ）：鋳鉄製のシリンダライナ６の外周面全周に円周方向の溝１２を多条に形成する。
（ｂ）：溝加工が施されたシリンダライナ６の外周面にショットピーニング処理を施す。ショットピーニング処理は、鋼球製のショット材で凸部１３を潰して窪み１４を形成する。
窪み１４を形成すると、円周方向に延びる溝１２，１２同士がシリンダライナ６の長手方向にも相互に連通する。その結果、後工程の鋳造の際に、溶湯の流れがよくなるとともに、空気の排出がよくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１２の素材９を採用した鋳造では、部分的に外側材料***の先端を溶融できない心配がある。特に、湯口から遠く離れたところで溶湯が合流する部位で且つ、そこに位置する外側材料***の先端形状が丸いなど外側材料***の先端の温度が上昇し難い条件が重なると、外側材料***の先端の溶融は期待できず、クランクケースと素材９との結合力は低下する。
【０００７】
外側材料***の先端が溶けないところでは、外側表面１０の粗さは３０〜６０μｍのままであり、溝部や突部に較べると結合力は小さい。仮に、例えば、外面に形成した溝部や突出部と３０〜６０μｍの粗さの凹部を組み合わせることも可能であるが、外面の機械加工に手間がかかり、生産コストが嵩む。
【０００８】
上記図１３のシリンダライナ１４では、上端部１９に傾斜面２０や溝を形成する必要があり、傾斜面２０や溝を機械加工するのに手間がかかる。従って、シリンダライナ１４の生産効率は悪く、生産コストが嵩む。
【０００９】
上記図１４のシリンダライナ６の製造方法では、ショットピーニング処理のショット材として、鋼球を用いているが、鋼球で形成した窪み１４に鋼片が付着して、鋳造後にアルミニウム内に異材として介在する心配がある。異材として介在すると、剥離や電食の原因となることがある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、アルミニウム合金との密着性を向上させ、ライナの生産コストを削減し、電食の防止を図るアルミニウム基複合材製ライナの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、アルミニウム合金製シリンダブロックに鋳包むのに際し、アルミナセラミックスを含有させたライナの外周面にショットブラストで、凹凸を形成する凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲で形成するとともに、凹部の深さを７０〜１５０μｍの範囲で形成するアルミニウム基複合材製ライナの製造方法であって、
前記ショットブラスト工程では、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用したことを特徴とする。
【００１２】
凹部のピッチが１００μｍ未満になると、凹部に対するアルミニウム合金の溶湯の湯周り不良が起きやすくなる。つまり、溶湯が侵入しない凹部の数量が多くなり始め、密着強度は向上し難い。
凹部のピッチが３００μｍを超えると、外周面に対する凹部の数量が減少し、所望の密着強度を得ることができない。
このような観点から、凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲とし、アルミニウム合金とアルミニウム基複合材製ライナとの密着性の向上を図る。
【００１３】
凹部の深さが７０μｍ未満になると、凹部内の凝固したアルミニウム合金との結合量が不足してアンカー効果が減少し、所望の密着強度を得ることができない。
凹部の深さが１５０μｍを超えると、ショットブラストでの形成は難しく、機械加工で凹部を加工することになる。機械加工で凹凸を形成すると、ライナの生産コストが嵩む。
つまり、密着性の点から凹部の深さを７０μｍ以上とし、生産コストの点から凹部の深さを１５０μｍ以下とした。
【００１４】
請求項１は、アルミニウム合金製シリンダブロックに鋳包むのに際し、アルミナセラミックスを含有させたライナの外周面をショットブラストで、凹凸を形成する凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲で形成するとともに、前記凹部の深さを７０〜１５０μｍの範囲で形成するアルミニウム基複合材製ライナの製造方法であって、ショットブラスト工程では、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用したことを特徴とする。
【００１５】
平均粒径が４５０μｍ未満になると、粒径が小さく、所望の形状（深さや直径）の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
平均粒径が６５０μｍを超えると、粒径が大きく、所望の形状（間隔や直径）の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
このような観点から、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用し、微細な凹凸の凹部の均一化を図る。
【００１６】
請求項１では、ショット粒は、角錐形状であり、角錐形状の角でショット粒を楔のように外周面に打ち込むことで、所望の形状（深さや直径）の凹部を形成しやすくする。
また、ショット粒は、アルミナ粒であり、鋳包んだ後にシリンダブロックとライナとの間に介在するものは異材とならない。従って、介在物の線膨張係数の違いによる剥離の起点はなく、剥離を防げる。
さらに、アルミナ粒を用いると、異材が介在しないので、電食が起きない。
請求項２では、ショットブラスト工程では、前記外周面に吹き付けたショット粒の一部が刺さり残るように施行することを特徴とする。
外周面に凹凸および微小な突起を形成したので、凹凸とともに、突起が凝固後のアルミニウム合金に埋もれて結合状態となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナを用いた内燃機関の断面図である。
内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１内を摺動するピストン１２と、コネクティングロッド１３と、シリンダブロック１１の上部に取り付けたシリンダヘッド１４と、を備える。
【００１８】
シリンダブロック１１は、シリンダ部１６にライナ２１を取り付けたもので、シリンダブロック１１を鋳造する際にライナ２１を一体的に鋳包んだシリンダである。２２はライナ２１の端に位置する燃焼室、２３はシリンダ壁を示す。
シリンダブロック１１の材質は、アルミニウム合金であり、例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金の一種であるＪＩＳ−ＡＤＣ１２を用いる。
【００１９】
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係るライナの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細を模式的に示した図である。
（ａ）において、ライナ２１は、アルミニウム基複合材製であり、アルミニウム基複合材を用いることで、耐磨耗性の向上および軽量化を図ったものである。
ライナ２１はまた、内周面２５と、外周面２６と、端部２７，２８とからなり、外周面２６に微細な凹凸３１を形成したものである。
【００２０】
（ｂ）において、微細な凹凸３１は、凸部３２・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）と、凸部３２・・・に連なる凹部３３・・・とからなる。Ｓは凹部３３と凹部３３とのピッチ、Ｚは凹部３３の深さを示す。
ピッチＳは、１００〜３００μｍの範囲に設定した。
深さＺは、７０〜１５０μｍの範囲に設定した。
【００２１】
なお、ショットブラストを行わない外周面２６の表面粗さは、例えば、２０μｍＲｙ程度であり、図（ｂ）の模式図では、ショットブラスト前の外周面２６の２０μｍ山および谷を無視してショット粒（アルミナ粒）による凹部３３のみを単純に示した。また、図（ｂ）は、単純明快にするために、ピッチＳを一直線に列べて示した。
【００２２】
以上に述べたアルミニウム基複合材製ライナの作用を次に説明する。
図３は本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナの作用図であり、図１の３部詳細を模式的に示した図である。
ライナ２１の外周面２６に微細な凹凸３１を形成するとともに、凹部３３のピッチＳを１００〜３００μｍの範囲とし、凹部３３の深さＺを７０〜１５０μｍの範囲としたので、凹部３３・・・にアルミニウム合金（シリンダ部１６）の溶湯が侵入するとともに、侵入した状態で溶湯は凝固する。従って、アルミニウム合金との密着性を向上させることができる。
【００２３】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る凹部のピッチの比較図であり、微細な凹凸３１を模式的に示す。
（ａ）は、図２（ｂ）と同様のもので、本発明の凹部３３のピッチＳを２００μｍにした状態を示す。
（ｂ）は、凹部３３のピッチＳを４００μｍにした状態を示す。
図に示すように、ピッチＳが３００μｍを超えると、凹部３３の数が減少し、逆に外周面２６の平坦（表面粗さ２０μｍ）な部分（表面積）が増加する。
【００２４】
図５は本発明に係る凹部のピッチと密着強度の関係を示したグラフであり、横軸を凹部のピッチＳとし、縦軸を密着強度σとしたものである。
凹部３３のピッチＳが約１００μｍ以上では、凹部３３のピッチＳの増加に密着強度σはほぼ反比例して低下する。
ピッチＳが１００μｍ未満になると、凹部３３に対する溶湯の湯周り不良が起きやすく、アルミニウム合金の溶湯が侵入しない凹部３３の数量が多くなり始め、密着強度σは向上し難い。
ピッチＳが３００μｍを超えると、外周面（表面積）に対する凹部３３の数量が減少し、所望の密着強度σ、例えば、０．５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることはできない。
その結果、凹部３３のピッチＳを１００〜３００μｍの範囲とすることで、所望の密着強度を得ることができる。
【００２５】
図６は本発明に係る凹部の深さと密着強度の関係を示したグラフであり、横軸を凹部の深さＺとし、縦軸を密着強度σとしたものである。
凹部３３の深さＺの増加に密着強度σは比例して増加する。
深さＺが７０μｍ未満になると、互いの結合量が不足してアンカー効果が減少し、所望の密着強度σ、例えば、０．５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることはできない。
深さＺが１５０μｍを超えると、ショットブラストでの形成は難しく、機械加工で凹部を加工することになる。機械加工で凹凸を形成すると、ライナの生産コストが嵩む。
その結果、凹部３３の深さＺを７０〜１５０μｍの範囲とすることで、アルミニウム合金との密着性を向上させることができるとともに、ライナの生産コストを削減することができる。
【００２６】
次に、本発明に係るライナの別実施の形態を示す。
図７（ａ），（ｂ）は第１別実施の形態図であり、（ａ）は図１に対応する図、（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細図である。上記図１、図２に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
【００２７】
（ａ）において、シリンダブロック１１Ｂは、シリンダ部１６にライナ２１Ｂを取り付けたもので、シリンダブロック１１Ｂを鋳造する際にアルミニウム合金３５でライナ２１Ｂの燃焼室２２側の端面３６まで鋳包んだシリンダである。
ライナ２１Ｂは、燃焼室２２側に位置する端面３６に微細な凹凸３１（（ｂ）参照）を形成したことを特徴とする。
【００２８】
（ｂ）において、ライナ２１Ｂは、端面３６に微細な凹凸３１を形成した構成なので、シリンダブロック１１Ｂにライナ２１Ｂを鋳包むと、ライナ２１Ｂの端面３６に形成した凹部３３にアルミニウム合金の溶湯が侵入する。
図７に示すように、第１別実施の形態のライナ２１Ｂでは、燃焼室２２側に位置する端面３６に微細な凹凸３１を形成したので、凹凸３１の凹部３３に溶湯が侵入した後、凝固し、端面３６の密着性は向上する。その結果、燃焼室２２の近くで高温に加熱されても、熱によるシリンダ壁２３の変形を抑制することができるとともに、シリンダヘッド１４を取り付けるボルトの締め付け力（軸力）によって応力が生じてもシリンダ壁２３の変形を抑制することができる。その結果、ライナ２１Ｂの薄肉化を図ることができるとともに、軽量化を図ることができる。
【００２９】
また、凹凸３１の凹部３３に溶湯が侵入した後、凝固し、端面３６の密着性は向上するので、シリンダブロック１１Ｂとライナ２１Ｂとの間の熱の伝導性が向上する。特に、多気筒のシリンダブロックの場合、燃焼室２２側の気筒間に位置するライナ２１Ｂの温度上昇を抑制することができる。
【００３０】
図８は第２別実施の形態図であり、図２の外周面２６の形態と図７の端面３６の形態を組み合わせた状態を示す。上記図２、図７に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
ライナ２１Ｃは、外周面２６に微細な凹凸３１を形成するとともに、端面３６に微細な凹凸３１を形成したことを特徴とする。
第２別実施の形態のライナ２１Ｃでは、ライナ２１と同様の効果を発揮すると同時に、ライナ２１Ｂと同様の効果を発揮する。
【００３１】
図９は第３別実施の形態図であり、ライナ２１Ｄの詳細を示す。上記図２に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
ライナ２１Ｄは、外周面２６に微細な凹凸３１を形成するとともに、微小な突起３７を形成したことを特徴とする。
突起３７は、外周面２６にショットブラストのショット粒４１・・・を凸状に取り付けたもので、ショットブラストで外周面２６に微細な凹凸３１を形成すると同時に、外周面２６に固定した。
【００３２】
突起３７の形成要領は、ショットブラストで外周面２６に微細な凹凸３１を形成する過程で、外周面２６に吹き付けたショット粒４１・・・の一部が刺さり残るように吹き付け力などの条件を設定し、ショットブラストを施行する。
ショット粒４１には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の粒を使用した。
【００３３】
第３別実施の形態のライナ２１Ｄは、外周面２６に凹凸３１および微小な突起３７を形成した構造なので、凹凸３１とともに、突起３７が凝固後のアルミニウム合金に埋もれて結合状態となり、密着強度の向上を図ることができる。
【００３４】
次に、本発明に係るライナの製造方法を説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナの製造方法の説明図である。（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細図である。
（ａ）：まず、ライナの素材４２を製造する。素材４２の成形工程は、アルミニウム基複合材のビレットをダイスで引き抜くことで管とし、この管を所定長さに切断することで素材４２を得る（特開２０００−２３３２７１参照）。その次に、素材４２をショットブラスト工程へ送る
【００３５】
ショットブラスト工程は、素材４２をターニング装置４３に固定し、ショットブラスト装置４４で外周面２６にショット粒４５を吹き付けることで凹凸３１の凹部３３（図２（ｂ）参照）を形成する。
【００３６】
（ｂ）：ショット粒４５は、粉砕粉であり、平均粒径Ｄが４５０〜６５０μｍで、形状を角錐形状としたものである。
ショット粒４５の材質は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）である。
【００３７】
このようにショットブラスト工程では、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒４５を使用したので、凹凸３１の凹部３３（図２（ｂ）参照）の均一化を図ることができる。
平均粒径が４５０μｍ未満になると、粒径が小さく、所望の形状（深さや直径）の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
平均粒径が６５０μｍを超えると、粒径が大きく、所望の形状（間隔や直径）の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
【００３８】
ショット粒４５の形状は、角錐形状であり、角錐形状の角を楔のように外周面２６に打ち込むことで、所望の形状（深さや直径）の凹部を形成しやすくする。
【００３９】
ショット粒４５の材質はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であり、ショット粒４５の材質をアルミナにすると、ライナの素材４２の外周面２６にアルミナ粒を衝突させた際に、凹部にショット粒４５が食い込んで残ったり、ショット粒４５の破片が残ったりしても、鋳包んだ後にシリンダブロックとライナの間に介在する材質は異材とならない。その結果、介在物の線膨張係数の違いにより生じるライナの剥離を防止することができる。
また、アルミナ粒を用いると、異材が介在しないので、電食を防止するができる。
【００４０】
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係るライナを鋳包む鋳造工程の説明図である。
（ａ）：ライナ２１・・・をシリンダブロックの鋳型４６内にセットし、ダイカスト機４７でアルミニウム合金（ＡＤＣ１２）の溶湯を充填する。
（ｂ）：ライナ２１・・・を鋳包んだシリンダブロックの鋳物４８を得る。
【００４１】
尚、本発明の実施の形態に示した図２（ｂ）の凹部３３のピッチＳを１００〜３００μｍの範囲としたが、ショットブラスト工程では、一部にピッチＳが１００〜３００μｍの範囲を外れることもある。ここでのピッチＳは、ショットブラスト工程を施行する際に伴うばらつきにより、一部に生じる範囲外のピッチ、例えば、８０μｍや３５０μｍも含める。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、シリンダブロックに鋳包むのに際し、アルミナセラミックスを含有させたライナの外周面にショットブラストで、凹凸を形成する凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲で形成するとともに、凹部の深さを７０〜１５０μｍの範囲で形成するアルミニウム基複合材製ライナの製造方法であって、ショットブラスト工程では、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用した。
凹部のピッチが１００μｍ未満になると、凹部に対する溶湯の湯周り不良が起きやすく、アルミニウム合金の溶湯が侵入しない空いた状態の凹部の数量が多くなり始め、密着強度は向上し難い。
凹部のピッチが３００μｍを超えると、外周面に対する凹部の数量が減少し、所望の密着強度を得ることができない。
その結果、凹凸の凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲とすることで、アルミニウム合金とアルミニウム基複合材製ライナとの密着性を向上させることができる。
【００４３】
凹部の深さが７０μｍ未満になると、互いの結合量が不足し、所望の密着強度を得ることができない。
凹部の深さが１５０μｍを超えると、ショットブラストでの形成は難しく、機械加工で凹部を加工することになる。機械加工で凹凸を形成すると、ライナの生産コストが嵩む。
【００４４】
つまり、密着性の点から凹部の深さを７０μｍ以上とし、生産コストの点から凹部の深さを１５０μｍ以下とした。
その結果、アルミニウム合金との密着性を向上させることができるとともに、ライナの生産コストを削減することができる。
【００４５】
請求項１では、ショットブラスト工程は、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用した。
平均粒径が４５０μｍ未満になると、粒径が小さく、所望の形状の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
平均粒径が６５０μｍを超えると、粒径が大きく、所望の形状の凹部を形成し難く、凹部の均一化を図り難い。
このような観点から、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用したので、微細な凹凸の凹部の均一化を図ることができる。
【００４６】
請求項１では、ショット粒は、角錐形状であり、角錐形状の角でショット粒を楔のように外周面に打ち込むことで、所望の形状（深さや直径）の凹部を形成しやすくする。
また、ショット粒は、アルミナ粒であり、アルミナ粒を用いることで、鋳包んだ後にシリンダブロックとライナとの間に介在するものは異材とならず、線膨張係数の違いによる剥離の起点はなく、剥離防止を図ることができる。
さらに、アルミナ粒を用いると、異材が介在しないので、電食を防止するができる。
請求項２では、ショットブラスト工程では、前記外周面に吹き付けたショット粒の一部が刺さり残るように施行するので、凹凸とともに、刺さって残ったショット粒である突起が凝固後のアルミニウム合金に埋もれて結合状態となり、密着強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナを用いた内燃機関の断面図
【図２】本発明に係るライナの斜視図
【図３】本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナの作用図
【図４】本発明に係る凹部のピッチの比較図
【図５】本発明に係る凹部のピッチと密着強度の関係を示したグラフ
【図６】本発明に係る凹部の深さと密着強度の関係を示したグラフ
【図７】第１別実施の形態図
【図８】第２別実施の形態図
【図９】第３別実施の形態図
【図１０】本発明に係るアルミニウム基複合材製ライナの製造方法の説明図
【図１１】本発明に係るライナを鋳包む鋳造工程の説明図
【図１２】従来の軽金属部品の素材（ライナ）の説明図
【図１３】従来のシリンダライナの説明図
【図１４】従来のライナの製造方法の説明図
【符号の説明】
１１，１１Ｂ…シリンダブロック、２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…ライナ、２６…外周面、３１…凹凸、３３…凹部、４４…ショットブラスト装置、４５…ショット粒、Ｄ…ショット粒の平均粒径、Ｓ…凹部のピッチ、Ｚ…凹部の深さ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a process for producing an aluminum-based composite liner employing the aluminum alloy cylinder block of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Some cylinder blocks of internal combustion engines have cylinder liners attached. By attaching the cylinder liner, a material different from that of the cylinder block can be adopted for the cylinder, and an effect of improving wear resistance can be obtained. Examples of the structure of such a cylinder liner include, for example, (1) Japanese Patent Laid-Open No. 10-94867, “Materials of Other Light Metal Parts to be Casted into Light Metal Cast Parts, and Manufacturing Methods of Such Materials” and (2) Special Features. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-89353 “Cylinder Block of Internal Combustion Engine” and Japanese Patent No. 2616057 “Cylinder Block Manufacturing Method”.
The material (1) will be described with reference to the following figure.
[0003]
FIG. 12 is an explanatory view of a material (liner) of a conventional light metal part, and is a copy of FIG. 10 of the above (1).
The material 9 (symbols are those described in the same publication. The same applies hereinafter) is a particle in the air jet 12 from the nozzle 18 and the outer surface 10 is finished to a roughness of 30 to 60 μm, and at the same time outside The outer material ridge is formed on the surface 10, and the tip of the outer material ridge is melted by the light metal melt of the crankcase, so that the connection between the crankcase and the material 9 can be improved.
[0004]
Next, the cylinder liner employed in the cylinder block (2) will be described with reference to the following diagram.
FIG. 13 is an explanatory view of a conventional cylinder liner, which is a copy of FIG.
The cylinder liner 14 is cast into the cylinder block 12 to form the bore 15. Since the inclined surface 20 is formed at the upper end portion 19, the contact area with the cylinder block 12 is increased and deformation of the bore 15 is suppressed. It can be done.
Moreover, the cylinder liner 14 can exhibit the same effect by forming a groove or a ridge in the upper end portion 19.
[0005]
Next, a liner employed in the cylinder block manufacturing method of the above (3) will be described with reference to the following drawing.
14 (a) to 14 (c) are explanatory views of a conventional method for manufacturing a liner, wherein FIG. 14 (a) is FIG. 2 of FIG. 3 and FIG. 14B is FIG. 3 of FIG. ) Is a copy of FIG. 1 (B) of (3) above.
In the cylinder block manufacturing method of (3) above, the cylinder liner is manufactured in advance as shown in the second page, right column, line 31 to page 3, left column, line 8 of the same publication before casting. A summary of these is shown below.
(A): A plurality of circumferential grooves 12 are formed on the entire outer circumferential surface of the cylinder liner 6 made of cast iron.
(B): Shot peening is performed on the outer peripheral surface of the cylinder liner 6 that has been grooved. In the shot peening process, the projections 13 are crushed with a shot material made of steel balls to form the depressions 14.
When the recess 14 is formed, the grooves 12, 12 extending in the circumferential direction communicate with each other in the longitudinal direction of the cylinder liner 6. As a result, the flow of the molten metal is improved and the air is better discharged during the subsequent casting.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In casting using the material 9 shown in FIG. 12, there is a concern that the tip of the outer material bulge cannot be partially melted. In particular, the tip of the outer material ridge will overlap when conditions where the molten material merges at a location far from the gate and the tip of the outer material ridge located there is round, such as the tip shape of the outer material ridge, is difficult to rise. Therefore, the bonding force between the crankcase and the material 9 decreases.
[0007]
Where the tips of the outer material ridges do not melt, the roughness of the outer surface 10 remains 30-60 μm, and the coupling force is small compared to the grooves and protrusions. For example, although it is possible to combine a groove or protrusion formed on the outer surface and a concave portion having a roughness of 30 to 60 μm, it takes time to machine the outer surface and increases the production cost.
[0008]
In the cylinder liner 14 shown in FIG. 13, it is necessary to form the inclined surface 20 and the groove on the upper end portion 19, and it takes time to machine the inclined surface 20 and the groove. Therefore, the production efficiency of the cylinder liner 14 is poor and the production cost increases.
[0009]
In the manufacturing method of the cylinder liner 6 shown in FIG. 14, a steel ball is used as a shot material for shot peening. However, a steel piece adheres to the recess 14 formed by the steel ball, and as a different material in aluminum after casting. There are concerns about intervention. Intervening as a dissimilar material may cause peeling or electrolytic corrosion.
[0010]
An object of the present invention improves the adhesion to the aluminum alloy, to reduce production costs of the liner is to provide a manufacturing method of an aluminum-based composite liner the Prevention of electrolytic corrosion.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, when casting into an aluminum alloy cylinder block, the pitch of the concave portions forming the concave and convex portions is 100 to 300 μm by shot blasting on the outer peripheral surface of the liner containing alumina ceramics . thereby forming a range, a manufacturing method of an aluminum-based composite liner which forms the depth of the recess in the range of 70～150Myuemu,
In the shot blasting process, shot grains having an average particle diameter of 450 to 650 μm are used .
[0012]
When the pitch of the recesses is less than 100 μm, a defect in the molten aluminum alloy with respect to the recesses tends to occur. That is, the number of recesses into which molten metal does not enter begins to increase, and the adhesion strength is difficult to improve.
When the pitch of the recesses exceeds 300 μm, the number of recesses with respect to the outer peripheral surface decreases, and a desired adhesion strength cannot be obtained.
From such a viewpoint, the pitch of the recesses is set in the range of 100 to 300 μm, and the adhesion between the aluminum alloy and the aluminum matrix composite liner is improved.
[0013]
When the depth of the recess is less than 70 μm, the amount of bonding with the solidified aluminum alloy in the recess is insufficient, the anchor effect is reduced, and the desired adhesion strength cannot be obtained.
If the depth of the recess exceeds 150 μm, formation by shot blasting is difficult, and the recess is processed by machining. Forming irregularities by machining increases the production cost of the liner.
That is, the depth of the recess is set to 70 μm or more from the viewpoint of adhesion, and the depth of the recess is set to 150 μm or less from the viewpoint of production cost.
[0014]
In the first aspect , when the aluminum alloy cylinder block is cast , the outer peripheral surface of the liner containing alumina ceramics is shot blasted, and the pitch of the concave portions forming the concave and convex portions is formed in the range of 100 to 300 μm. An aluminum-based composite liner manufacturing method for forming a recess with a depth of 70 to 150 μm , wherein the shot blasting process uses shot particles having an average particle size of 450 to 650 μm.
[0015]
When the average particle size is less than 450 μm, the particle size is small, and it is difficult to form a recess having a desired shape (depth or diameter), and it is difficult to make the recess uniform.
When the average particle size exceeds 650 μm, the particle size is large, and it is difficult to form recesses having a desired shape (interval or diameter), and it is difficult to make the recesses uniform.
From such a point of view, shot grains having an average particle diameter of 450 to 650 μm are used to make uniform the concaves and convexes with fine irregularities.
[0016]
According to the first aspect of the present invention , the shot grains have a pyramid shape, and the shot grains are driven into the outer peripheral surface like a wedge at the corners of the pyramid shape, so that a concave portion having a desired shape (depth or diameter) can be easily formed.
Moreover, the shot particles are alumina particles, those interposed between the cast cylinder block and liner after wrapped does not become dissimilar. Therefore, there is no starting point of peeling due to a difference in the linear expansion coefficient of inclusions, and peeling can be prevented.
Further, when alumina particles are used, no foreign material is present, so that no electrolytic corrosion occurs.
According to a second aspect of the present invention, the shot blasting process is performed so that a part of the shot grain sprayed on the outer peripheral surface remains stuck.
Since the unevenness and the minute protrusions are formed on the outer peripheral surface, the protrusions are buried in the solidified aluminum alloy together with the unevenness to be in a bonded state.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The drawings are viewed in the direction of the reference numerals.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an internal combustion engine using an aluminum matrix composite liner according to the present invention.
The internal combustion engine 10 includes a cylinder block 11, a piston 12 that slides inside the cylinder block 11, a connecting rod 13, and a cylinder head 14 attached to the upper part of the cylinder block 11.
[0018]
The cylinder block 11 has a liner 21 attached to the cylinder portion 16 and is a cylinder in which the liner 21 is integrally cast when the cylinder block 11 is cast. Reference numeral 22 denotes a combustion chamber located at the end of the liner 21, and 23 denotes a cylinder wall.
The material of the cylinder block 11 is an aluminum alloy, for example, JIS-ADC12 which is a kind of Al—Si—Cu alloy is used.
[0019]
2A and 2B are perspective views of the liner according to the present invention, and FIG. 2B is a diagram schematically showing details of a portion b of FIG.
In (a), the liner 21 is made of an aluminum-based composite material, and the wear resistance is improved and the weight is reduced by using the aluminum-based composite material.
The liner 21 also includes an inner peripheral surface 25, an outer peripheral surface 26, and end portions 27 and 28, and fine irregularities 31 are formed on the outer peripheral surface 26.
[0020]
In (b), the fine unevenness | corrugation 31 consists of convex part 32 ... (... shows two or more. The following is same) and the recessed part 33 ... connected to the convex part 32 .... S indicates the pitch between the recesses 33 and 33, and Z indicates the depth of the recesses 33.
The pitch S was set in the range of 100 to 300 μm.
The depth Z was set in the range of 70 to 150 μm.
[0021]
Note that the surface roughness of the outer peripheral surface 26 where shot blasting is not performed is, for example, about 20 μm Ry, and in the schematic diagram of FIG. Only the concave portion 33 made of (alumina grains) is simply shown. Further, FIG. (B) shows the pitches S arranged in a straight line for simplicity and clarity.
[0022]
The operation of the aluminum matrix composite liner described above will now be described.
FIG. 3 is an operation diagram of the liner made of an aluminum-based composite material according to the present invention, and is a diagram schematically showing details of the three parts in FIG.
Since the fine irregularities 31 are formed on the outer peripheral surface 26 of the liner 21, the pitch S of the concave portions 33 is in the range of 100 to 300 μm, and the depth Z of the concave portions 33 is in the range of 70 to 150 μm. As the molten aluminum alloy (cylinder portion 16) enters, the molten metal solidifies. Accordingly, the adhesion with the aluminum alloy can be improved.
[0023]
4A and 4B are comparative views of the pitches of the concave portions according to the present invention, and schematically show the fine irregularities 31. FIG.
FIG. 2A is the same as FIG. 2B, and shows a state where the pitch S of the recesses 33 of the present invention is 200 μm.
(B) shows a state in which the pitch S of the recesses 33 is set to 400 μm.
As shown in the figure, when the pitch S exceeds 300 μm, the number of the concave portions 33 decreases, and conversely, the flat portion (surface roughness 20 μm) of the outer peripheral surface 26 increases (surface area).
[0024]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pitch of the recesses and the adhesion strength according to the present invention, in which the horizontal axis is the pitch S of the recesses and the vertical axis is the adhesion strength σ.
When the pitch S of the recesses 33 is about 100 μm or more, the adhesion strength σ decreases almost in inverse proportion to the increase of the pitch S of the recesses 33.
When the pitch S is less than 100 μm, the molten metal around the concave portion 33 tends to be defective, the number of the concave portions 33 into which the molten aluminum alloy does not enter starts to increase, and the adhesion strength σ is hardly improved.
When the pitch S exceeds 300 μm, the number of the concave portions 33 with respect to the outer peripheral surface (surface area) decreases, and a desired adhesion strength σ, for example, 0.5 kgf / mm ² cannot be obtained.
As a result, a desired adhesion strength can be obtained by setting the pitch S of the recesses 33 in the range of 100 to 300 μm.
[0025]
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the depth of the recess and the adhesion strength according to the present invention, where the horizontal axis is the depth Z of the recess and the vertical axis is the adhesion strength σ.
As the depth Z of the recess 33 increases, the adhesion strength σ increases in proportion.
When the depth Z is less than 70 μm, the amount of bonding with each other is insufficient, the anchor effect is reduced, and a desired adhesion strength σ, for example, 0.5 kgf / mm ² cannot be obtained.
When the depth Z exceeds 150 μm, it is difficult to form by shot blasting, and the recess is processed by machining. Forming irregularities by machining increases the production cost of the liner.
As a result, by setting the depth Z of the recess 33 in the range of 70 to 150 μm, it is possible to improve the adhesion to the aluminum alloy and reduce the production cost of the liner.
[0026]
Next, another embodiment of the liner according to the present invention will be described.
7 (a) and 7 (b) are diagrams showing a first embodiment, FIG. 7 (a) is a view corresponding to FIG. 1, and FIG. 7 (b) is a detailed view of a portion b of FIG. The same components as those in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0027]
In (a), the cylinder block 11B is a cylinder having a liner 21B attached to the cylinder portion 16, and is a cylinder cast up to the end surface 36 of the liner 21B on the combustion chamber 22 side with an aluminum alloy 35 when the cylinder block 11B is cast. is there.
The liner 21B is characterized in that fine irregularities 31 (see (b)) are formed on the end surface 36 located on the combustion chamber 22 side.
[0028]
In (b), the liner 21B has a configuration in which fine irregularities 31 are formed on the end surface 36. Therefore, when the liner 21B is cast into the cylinder block 11B, the molten aluminum alloy enters the recess 33 formed on the end surface 36 of the liner 21B. To do.
As shown in FIG. 7, in the liner 21 </ b> B of the first alternative embodiment, since the fine irregularities 31 are formed on the end surface 36 located on the combustion chamber 22 side, the molten metal penetrates into the concave portions 33 of the irregularities 31 and then solidifies. In addition, the adhesion of the end face 36 is improved. As a result, even if heated near the combustion chamber 22 to a high temperature, the deformation of the cylinder wall 23 due to heat can be suppressed, and even if stress is generated by the tightening force (axial force) of the bolt to which the cylinder head 14 is attached. Deformation of the cylinder wall 23 can be suppressed. As a result, it is possible to reduce the thickness of the liner 21B and reduce the weight.
[0029]
In addition, since the molten metal enters the concave portion 33 of the concave and convex portion 31 and solidifies and the adhesion of the end surface 36 is improved, the thermal conductivity between the cylinder block 11B and the liner 21B is improved. In particular, in the case of a multi-cylinder cylinder block, the temperature rise of the liner 21B located between the cylinders on the combustion chamber 22 side can be suppressed.
[0030]
FIG. 8 is a second embodiment, and shows a state in which the form of the outer peripheral surface 26 of FIG. 2 and the form of the end face 36 of FIG. 7 are combined. The same components as those in the embodiment shown in FIGS. 2 and 7 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
The liner 21 </ b> C is characterized in that the fine irregularities 31 are formed on the outer peripheral surface 26 and the fine irregularities 31 are formed on the end surface 36.
The liner 21C of the second alternative embodiment exhibits the same effect as the liner 21 and at the same time exhibits the same effect as the liner 21B.
[0031]
FIG. 9 is a third embodiment and shows details of the liner 21D. The same components as those in the embodiment shown in FIG.
The liner 21 </ b> D is characterized in that fine irregularities 31 are formed on the outer peripheral surface 26 and minute projections 37 are formed.
The projections 37 are shot blast shot particles 41... Attached to the outer peripheral surface 26 in a convex shape, and are fixed to the outer peripheral surface 26 at the same time as the fine irregularities 31 are formed on the outer peripheral surface 26 by shot blasting.
[0032]
The process of forming the protrusions 37 is to apply conditions such as spraying force so that a part of the shot grains 41... Sprayed on the outer peripheral surface 26 remains stuck in the process of forming the fine irregularities 31 on the outer peripheral surface 26 by shot blasting. Set and enforce shot blasting.
As the shot grains 41, alumina (Al ₂ O ₃ ) grains were used.
[0033]
The liner 21D of the third alternative embodiment has a structure in which irregularities 31 and minute protrusions 37 are formed on the outer peripheral surface 26. Therefore, together with the irregularities 31, the protrusions 37 are buried in a solidified aluminum alloy to form a bonded state. Improvements can be made.
[0034]
Next, a method for manufacturing a liner according to the present invention will be described.
10 (a) and 10 (b) are explanatory views of a method for producing an aluminum matrix composite liner according to the present invention. (B) is a detailed view of part b of (a).
(A): First, the liner material 42 is manufactured. In the forming process of the material 42, a billet of aluminum-based composite material is drawn out with a die to obtain a tube, and the tube 42 is cut into a predetermined length to obtain the material 42 (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-233271). Next, the material 42 is sent to the shot blasting process.
In the shot blasting process, the material 42 is fixed to the turning device 43, and the shot grains 45 are sprayed onto the outer peripheral surface 26 by the shot blasting device 44, thereby forming the recesses 33 (see FIG. 2B) of the irregularities 31.
[0036]
(B): The shot grain 45 is a pulverized powder having an average particle diameter D of 450 to 650 μm and a pyramid shape.
The material of the shot grain 45 is alumina (Al ₂ O ₃ ).
[0037]
Thus, in the shot blasting process, since the shot grains 45 having an average particle diameter of 450 to 650 μm are used, the concave portions 33 (see FIG. 2B) of the irregularities 31 can be made uniform.
When the average particle size is less than 450 μm, the particle size is small, and it is difficult to form a recess having a desired shape (depth or diameter), and it is difficult to make the recess uniform.
When the average particle size exceeds 650 μm, the particle size is large, and it is difficult to form recesses having a desired shape (interval or diameter), and it is difficult to make the recesses uniform.
[0038]
The shape of the shot grain 45 is a pyramid shape, and a concave portion having a desired shape (depth or diameter) is easily formed by driving corners of the pyramid shape into the outer peripheral surface 26 like a wedge.
[0039]
The material of the shot grains 45 is alumina (Al ₂ O ₃ ). When the material of the shot grains 45 is alumina, the shot grains 45 are formed in the recesses when the alumina grains collide with the outer peripheral surface 26 of the liner material 42. Even if the bite remains or the fragments of the shot grain 45 remain, the material interposed between the cylinder block and the liner after casting is not different. As a result, it is possible to prevent the liner from peeling due to the difference in the coefficient of linear expansion of the inclusions.
In addition, when alumina particles are used, since no foreign material is present, electrolytic corrosion can be prevented.
[0040]
11 (a) and 11 (b) are explanatory views of a casting process for casting the liner according to the present invention.
(A): The liners 21 are set in a mold 46 of a cylinder block, and a molten aluminum alloy (ADC 12) is filled with a die casting machine 47.
(B): A cylinder block casting 48 in which the liners 21 are cast is obtained.
[0041]
In addition, although the pitch S of the recessed part 33 of FIG.2 (b) shown to embodiment of this invention was made into the range of 100-300 micrometers, in the shot blasting process, the pitch S partly remove | deviates from the range of 100-300 micrometers. Sometimes. The pitch S here includes a pitch outside a range that occurs in part due to variations associated with performing the shot blasting process, for example, 80 μm and 350 μm.
[0042]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following effects by the above configuration.
In claim 1, when casting into the cylinder block, the pitch of the concave portions forming the concaves and convexes is formed in the range of 100 to 300 μm by shot blasting on the outer peripheral surface of the liner containing alumina ceramic, and the depth of the concave portions Is a method for producing an aluminum-based composite liner in the range of 70 to 150 μm, and shot grains having an average particle size of 450 to 650 μm were used in the shot blasting process .
When the pitch of the recesses is less than 100 μm, defects in the molten metal around the recesses easily occur, the number of vacant recesses in which the molten aluminum alloy does not enter starts to increase, and the adhesion strength is difficult to improve.
When the pitch of the recesses exceeds 300 μm, the number of recesses with respect to the outer peripheral surface decreases, and a desired adhesion strength cannot be obtained.
As a result, the adhesiveness between the aluminum alloy and the aluminum-based composite material liner can be improved by setting the pitch of the concave and convex portions in the range of 100 to 300 μm.
[0043]
When the depth of the recess is less than 70 μm, the amount of mutual bonding is insufficient, and the desired adhesion strength cannot be obtained.
If the depth of the recess exceeds 150 μm, formation by shot blasting is difficult, and the recess is processed by machining. Forming irregularities by machining increases the production cost of the liner.
[0044]
That is, the depth of the recess is set to 70 μm or more from the viewpoint of adhesion, and the depth of the recess is set to 150 μm or less from the viewpoint of production cost.
As a result, the adhesion with the aluminum alloy can be improved, and the production cost of the liner can be reduced.
[0045]
In claim 1 , the shot blasting process uses shot grains having an average particle diameter of 450 to 650 μm.
When the average particle size is less than 450 μm, the particle size is small, it is difficult to form a recess having a desired shape, and it is difficult to make the recess uniform.
When the average particle size exceeds 650 μm, the particle size is large, and it is difficult to form a recess having a desired shape, and it is difficult to make the recess uniform.
From such a point of view, since shot grains having an average particle diameter of 450 to 650 μm are used, it is possible to make the concave portions having fine irregularities uniform.
[0046]
According to the first aspect of the present invention , the shot grains have a pyramid shape, and the shot grains are driven into the outer peripheral surface like a wedge at the corners of the pyramid shape, so that a concave portion having a desired shape (depth or diameter) can be easily formed.
Moreover, the shot particles are alumina particles, the use of alumina particles, those interposed between the cast cylinder block and liner after wrapped does not become dissimilar not the origin of the peeling due to a difference in linear expansion coefficient It is possible to prevent peeling.
Furthermore, when alumina particles are used, no foreign material is present, so that electrolytic corrosion can be prevented.
According to the second aspect of the present invention, since the shot blasting process is performed so that a part of the shot grains sprayed on the outer peripheral surface remains stuck, the projections which are the remaining shot grains are buried in the solidified aluminum alloy together with the unevenness. As a result, the adhesive strength can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an internal combustion engine using an aluminum matrix composite liner according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the liner according to the present invention. FIG. 4 is a comparative diagram of the pitch of the recesses according to the present invention. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the pitch of the recesses and the adhesion strength according to the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the first embodiment. FIG. 8 is a diagram showing the second embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the third embodiment. FIG. 10 is an aluminum matrix composite according to the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram of a casting process for casting a liner according to the present invention. FIG. 12 is an explanatory diagram of a conventional light metal component material (liner). FIG. 13 is an illustration of a conventional cylinder liner. Explanatory drawing [FIG. 14] Explanatory drawing of a conventional liner manufacturing method [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 11B ... Cylinder block, 21, 21B, 21C, 21D ... Liner, 26 ... Outer peripheral surface, 31 ... Concavity and convexity, 33 ... Concavity, 44 ... Shot blasting apparatus, 45 ... Shot grain, D ... Average grain diameter of shot grain, S: Pitch of recesses, Z: Depth of recesses.

Claims

アルミニウム合金製シリンダブロックに鋳包むのに際し、アルミナセラミックスを含有させたライナの外周面にショットブラストで、凹凸を形成する凹部のピッチを１００〜３００μｍの範囲で形成するとともに、前記凹部の深さを７０〜１５０μｍの範囲で形成するアルミニウム基複合材製ライナの製造方法であって、
前記ショットブラスト工程では、平均粒径が４５０〜６５０μｍのショット粒を使用するとともに、ショット粒は、角錐形状のアルミナ粒としたことを特徴とするアルミニウム基複合材製ライナの製造方法。When casting into an aluminum alloy cylinder block, the pitch of the concave portions forming the concave and convex portions is formed in the range of 100 to 300 μm by shot blasting on the outer peripheral surface of the liner containing alumina ceramic, and the depth of the concave portion is set. A method for producing an aluminum-based composite liner formed in a range of 70 to 150 μm ,
In the shot blasting process, shot grains having an average particle size of 450 to 650 μm are used , and the shot grains are pyramid-shaped alumina grains .

前記ショットブラスト工程では、前記外周面に吹き付けたショット粒の一部が刺さり残るように施行することを特徴とする請求項１記載のアルミニウム基複合材製ライナの製造方法。2. The method for producing an aluminum-based composite liner according to claim 1, wherein the shot blasting step is performed so that a part of the shot grains sprayed on the outer peripheral surface remains stuck.