JP4183353B2

JP4183353B2 - シリンダブロックの製造方法及び鋳造用金型

Info

Publication number: JP4183353B2
Application number: JP35580899A
Authority: JP
Inventors: 賢一片平; 高弘末永; 隆井手籠; 和明小林; 亮野田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-15
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP2001170751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両用エンジンのシリンダブロックの製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミ合金製の車両用エンジンのシリンダブロックを製造するにあたり、例えば特開平７−２６９４１０号や特開平９―４２０４９号のように、アルミ合金溶湯を高圧で金型に充填するダイカスト法（ＨＰＤＣ）で鋳造するのが一般的である。
【０００３】
一方、近年では、アルミやマグネシウム合金等を鋳造する技術として、例えば特開平８―５７５８７号や特開平１１―１９７８１４号のように、固液共存状態の半凝固金属を用いた鋳造法が知られており、均質微細な組織や美肌性を得ることが出来、またマクロ偏析や収縮巣の減少を図ることが出来るとともに、凝固収縮が小さく引けが少ないためニヤネットシェイプが可能で、更に金型の熱負担等を軽減出来る等の利点を有していることから脚光を浴びている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばアルミニウム合金製のシリンダブロックを従来一般のダイカスト法（ＨＰＤＣ）で成形するような場合は、アルミ合金溶湯の鋳込み速度（ゲートスピード）が高いため、特に厚肉部等ではガスの巻き込み量が多くて多数の鋳巣が発生するとともに、その形状も大きく、また鋳込み温度が高いため凝固収縮が大きく、このため、例えば図７、図８のシリンダブロックＳの断面図に示すように、特に厚肉内部でウォータジャケットｊと周辺のシリンダヘッドカバー結合孔ｋ等が、鋳巣ｅを介して連通状態となり、ウォータジャケットｊの気密性が損なわれて圧洩れが生じるという問題がある。
【０００５】
これに対して、固液共存状態の半凝固金属を用いて鋳造すると、ガスの巻き込み量が減少するとともに、凝固収縮も抑制されるため、従来のダイカスト法（ＨＰＤＣ）に較べて大幅に鋳巣の発生を抑制出来るものの、複雑形状の鋳造品の場合は、厚肉部等の鋳巣の発生による不具合を防止することが出来ない。
【０００６】
そこで本発明は、シリンダブロックを鋳造する際、鋳造品内部の鋳巣の発生による不具合を防止し、ウォータジャケットの気密性を高めることが出来るようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、ウォータジャケットがデッキ面に開口するシリンダブロックを鋳造用金型で製造する製造方法において、ウォータジャケットを形成するための中子ピンと、この中子ピンの位置に対向する鋳抜きピンとが設けられる鋳造用金型を使用し、鋳造用金型のキャビティ内に半凝固アルミニウム合金を加圧充填し、その凝固過程で前記ウォータジャケット形成用の中子ピンと鋳抜きピンとを所定ストローク前進させ、内部を部分加圧して鋳造するようにした。
また、本発明に係る鋳造用金型は、ウォータジャケットを形成するための中子ピンと、この中子ピンの位置に対向するとともに中子ピンとの間が厚肉部となる鋳抜きピンとを備えており、前記中子ピンと鋳抜ピンは凝固過程で所定ストローク前進して厚肉部を部分加圧して鋳造する構造とした。
【０００８】
このように、金型に対向状態で配設される中子ピンと鋳抜きピンを前進させることで、鋳造品内部に部分加圧を加えるようにし、鋳造品内部の鋳巣の発生を抑止する。
【０００９】
ここで、固液共存状態の半凝固金属を用いた鋳造技術としては、例えばチクソキャスト法やレオキャスト法が代表的であり、前者は半凝固金属を一旦冷却、凝固させて専用の金属ビレット（固体）を作製した後、所定量の金属ビレットを固液共存温度域まで再加熱して半凝固状態の金属スラリーにして成形し、後者は固液共存温度域まで加熱して冷却、凝固させることなくそのまま成形する等の違いがあるが、いずれの方法でも良い。
【００１０】
また、鋳抜きピンとしては、部分加圧用に別途設けるようにしても良く、また、既存の鋳抜きピンを利用するようにしても良い。
【００１１】
また請求項２では、前記鋳抜きピンとして、クランクジャーナル部締付孔を形成するための鋳抜きピンを利用するようにした。
【００１２】
このようなクランクジャーナル部締付孔は、シリンダブロックの厚肉部に形成されることから、鋳巣の発生しやすい厚肉内部を効果的に加圧して内部品質を向上させることが出来る。
またこのような鋳抜きピンは既存の設備であるため、僅かな改良等で対応出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明に係るシリンダブロックの製造方法に使用される製造装置の一例図、図２は鋳造用金型のウォータジャケット形成用中子ピンと鋳抜きピンの位置関係を示す説明図、図３はシリンダブロックの平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５はシリンダブロックの底面図、図６は部分加圧を説明する作用図である。
【００１４】
まず、本発明に使用される製造装置の一例について、図１に基づき説明する。図１に示すように、製造装置１は、アルミ合金溶湯Ａを保持しておく溶湯保持炉２と、ワンショット分の溶湯Ａを汲み出して断熱性るつぼ３に移し替える汲み出しロボット４と、溶湯Ａをるつぼ３に移し替える際にるつぼ３を保持しておく供給ロボット５と、運び込まれるるつぼ３を受入れて溶湯Ａを攪拌しつつ冷却する複数の攪拌機６と、半凝固状態にされた金属スラリーＡからシリンダブロックを成形する鋳造用金型７を備えている。
【００１５】
そして、供給ロボット５は、空のるつぼ３を保持して受取り部１０に差し出しており、汲み出しロボット４から供給される溶湯Ａを当該るつぼ３内に受け入れることが出来るようにされるとともに、るつぼ３内に溶湯Ａが供給されると、当該るつぼ３を攪拌機６の受台６ｕに移載するとともに、受台６ｕ上で溶湯Ａが冷却されて金属スラリーになると、再びるつぼ３を保持して鋳造用金型７のスラリー投入口７ａに移送し、内部の金属スラリーを投入出来るようにされている。
【００１６】
また、前記攪拌機６は、受台６ｕ上のるつぼ３内の溶湯Ａに浸漬されて攪拌する冷し金８を備えており、この冷し金８によって溶湯Ａを攪拌しつつ所定温度まで冷却し、固液共存状態の金属スラリーにするようにしている。
【００１７】
前記鋳造用金型７は、図２に示すように、一方側の金型７ｘからキャビティ内に突出するウォータジャケット形成用中子ピン１１と、他方側の金型７ｙから対向状にキャビティ内に突出する一対の鋳抜きピン１２を備えており、前記中子ピン１１は上方の油圧シリンダ１３によって、前記鋳抜きピン１２は下方の油圧シリンダ１４によって、それぞれ所定ストローク進退動可能にされている。
【００１８】
一方、鋳造されるシリンダブロックＳは、図３及び図４に示すように、シリンダボアｂの周囲を取り囲むような形態で且つデッキ面ｄに開口するウォータジャケットｊと、図５に示すように、デッキ面ｄとは反対側の面に形成されるクランクジャーナル部締付孔ｃを備えており、ウォータジャケットｊは、前記中子ピン１１によって成形するようにされ、またクランクジャーナル部締付孔ｃは、前記鋳抜きピン１２によって成形するようにされている。
【００１９】
また、鋳造されるシリンダブロックＳの内部のうち、特に図３のＡ−Ａ線断面部のように、隣接するシリンダボアｂの境界部分の側壁等は厚肉部となるため、前記の図７、図８に示すように内部に鋳巣ｅが発生しやすくなり、周辺に形成されるシリンダヘッド結合孔ｋを通して圧洩れが生じやすい。そこで、中子ピン１１と鋳抜きピン１２を、以下に述べるような鋳造過程において、鋳造品内部の部分加圧に利用するようにしている。
【００２０】
次に、本発明に係るシリンダブロックの鋳造方法について説明する。
図１に示す溶湯保持炉２のアルミ合金溶湯Ａは、例えば６５０℃程度に保持されており、このような溶湯Ａのワンショット分が汲み出しロボット４により汲み出される。
【００２１】
このとき、供給ロボット５は所定箇所の受台６ｕから空のるつぼ３を受取って受取り部１０で待機させており、このるつぼ３に汲み出しロボット４からワンショット分の溶湯Ａが注入されると、供給ロボット５は溶湯Ａが入ったるつぼ３を元の受台６ｕに戻して載置する。
因みに、この受台６ｕでは、溶湯Ａが一気に冷却されるのを防ぐため、加熱機構により溶湯Ａを所定温度に保持するようにされている。
【００２２】
次に攪拌機６の冷し金８が回転しながら降下し、るつぼ３内の溶湯Ａの中に浸漬され、溶湯Ａを攪拌する。そして溶湯Ａの温度を一定の温度まで冷却し、固液共存状態の金属スラリーが形成されると、冷し金８が引上げられ、このるつぼ３は供給ロボット５により把持されて鋳造用金型７のスラリー投入口７ａに移送される。
【００２３】
そしてるつぼ３が反転されて、金属スラリーがスラリー投入口７ａから投入されると、図６（ａ）に示すように、鋳造用金型７のキャビティ内に加圧充填される。
そして金属スラリーはキャビティ内で凝固し始めるが、金属スラリーを用いた鋳造といえども厚肉内部等に若干の鋳巣ｅが発生する。
【００２４】
そこで、金属スラリーが凝固する過程において、図６（ｂ）に示すように、ウォータジャケット形成用中子ピン１１と鋳抜きピン１２をそれぞれの油圧シリンダ１３、１４によって所定ストローク前進させ、内部を部分的に加圧する。そして実施形態では、ウォータジャケット形成用中子ピン１１を１０ｍｍ前進させ、鋳抜きピン１２を５０ｍｍ前進させるようにしている。
【００２５】
このため、内部に存在していた鋳巣ｅの発生が抑制され、ウォータジャケットｊ内の気密性が改善されて内部品質のよいシリンダブロックＳが鋳造される。
因みに、アルミ溶湯を用いる従来のダイカスト法（ＨＰＤＣ）で、同じ要領により中子ピン１１と鋳抜きピン１２を前進させて部分加圧して鋳造したところ、鋳巣ｅの発生による不具合を完全に防止することが出来ず、このことから特に金属スラリーを用いた鋳造に部分加圧を適用すれば効果が著しいことが判明した。
【００２６】
またこの際、鋳抜きピン１２はクランクジャーナル部締付孔ｃを形成するための既存の設備を利用しているため、僅かな改良等で簡単に構成出来る。
【００２７】
尚、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実質的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば金属スラリーの作製は、専用のビレットを再加熱して作製するようにしても良く、また中子ピン１１と鋳抜きピン１２の前進ストローク量等は一例である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るシリンダブロックの製造方法は、ウォータジャケットを形成するための中子ピンと、この中子ピンに対向する位置に鋳抜きピンが設けられる鋳造用金型を使用し、鋳造用金型のキャビティ内に半凝固アルミニウム合金を加圧充填し、その凝固過程で中子ピンと鋳抜きピンとを所定ストローク前進させ、内部を部分加圧して鋳造するようにしたため、鋳造品内部に発生する鋳巣による不具合を防止することが出来る。
この際、請求項２のように、鋳抜きピンとして、クランクジャーナル部締付孔を形成するための既存の鋳抜きピンを利用するようにすれば、簡易に構成出来て好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリンダブロックの製造方法に使用される製造装置の一例図
【図２】鋳造用金型のウォータジャケット形成用中子ピンと鋳抜きピンの位置関係を示す説明図
【図３】シリンダブロックの平面図
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図
【図５】シルンダブロックの底面図
【図６】部分加圧を説明する作用図
【図７】従来のダイカスト法（ＨＰＤＣ）による鋳巣の発生状態を示す説明図
【図８】従来法におけるウォータジャケットの圧洩れの説明図
【符号の説明】
１…製造装置、７…鋳造用金型、１１…中子ピン、１２…鋳抜きピン、Ｓ…シリンダブロック、ｊ…ウォータジャケット、ｃ…クランクジャーナル部締付孔、ｅ…鋳巣。

Claims

ウォータジャケットがデッキ面に開口するシリンダブロックを鋳造用金型で製造する製造方法であって、前記鋳造用金型は、ウォータジャケットを形成するための中子ピンと、この中子ピンの位置に対向する鋳抜きピンとを備えており、鋳造用金型のキャビティ内に半凝固アルミニウム合金を加圧充填し、その凝固過程で前記ウォータジャケット形成用の中子ピンと鋳抜きピンとを所定ストローク前進させ、対向する前記ウォータジャケット形成用の中子ピンと鋳抜ピンとの間の厚肉部を部分加圧して鋳造することを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、前記鋳抜きピンは、クランクジャーナル部締付孔を形成するための鋳抜きピンであることを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
キャビティ内に半凝固アルミニウム合金を加圧充填してウォータジャケットがデッキ面に開口するシリンダブロックを鋳造する鋳造用金型であって、この鋳造用金型はウォータジャケットを形成するための中子ピンと、この中子ピンの位置に対向するとともに中子ピンとの間が厚肉部となる鋳抜きピンとを備えており、前記中子ピンと鋳抜ピンは凝固過程で所定ストローク前進して厚肉部を部分加圧して鋳造することを特徴とする鋳造用金型。
請求項３に記載の鋳造用金型において、前記鋳抜きピンは、クランクジャーナル部締付孔を形成するための鋳抜きピンであることを特徴とする鋳造用金型。