JP5416515B2

JP5416515B2 - Casting method using a core

Info

Publication number: JP5416515B2
Application number: JP2009210562A
Authority: JP
Inventors: 知也荻野
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP2011056559A

Description

本発明は，例えば，内燃機関における鋳鉄製シリンダブロック等のような中空の鋳造物を，中子を使用して鋳造する場合における鋳造方法に関するものである。 The present invention relates to a casting method in the case of casting a hollow casting such as a cast iron cylinder block in an internal combustion engine using a core.

内燃機関におけるシリンダブロック等のような中空状の鋳造物を鋳造するに際しては，この中空状鋳造物の内部を形成することのために中子を使用していることは周知の通りであるが，前記中子の略全体は，注入した高温の金属溶湯にて囲まれて高温になり，この中子の熱伝導率は鋳造物の熱伝導率よりも遥かに低いために，その冷却性は，前記鋳造物の外側を形成する外鋳型よりも著しく低くなり，前記中子の冷却に長い時間を必要とする。 As is well known, when a hollow casting such as a cylinder block in an internal combustion engine is cast, a core is used to form the inside of the hollow casting. Nearly the entire core is surrounded by the injected high-temperature molten metal and becomes hot, and the thermal conductivity of the core is much lower than the thermal conductivity of the casting. It is significantly lower than the outer mold that forms the outside of the casting, and it takes a long time to cool the core.

そこで，先行技術としての特許文献１は，前記中子の内部に，流体通路を設けて，この流体通路に，空気等の冷却用流体を流すことにより，前記中子の冷却を促進することを提案している。 Therefore, Patent Document 1 as a prior art provides a fluid passage in the core and promotes cooling of the core by flowing a cooling fluid such as air through the fluid passage. is suggesting.

特開昭５９−１７９２６３号公報JP 59-179263 A

この先行技術によると，前記中子の内部に流体通路を形成することによって，前記中子の冷却を大幅に促進できることに加えて，中子から発生するガスのガス抜きを促進できるという利点を有する。 According to this prior art, by forming a fluid passage in the core, the cooling of the core can be greatly promoted, and the degassing of the gas generated from the core can be promoted. .

しかし，その反面，前記中子は，鋳物砂等の耐熱性粒子を樹脂又は糊にて固めた構成であることにより，この中子の内部に形成した流体通路は，前記中子の鋳物砂を互いに連結するように固めている有機性樹脂によるバインダが高温の金属溶湯の注入にて劣化又は焼失したときにおける中子の型崩れによって詰まることになるから，その機能を発揮することができない事態になるおそれが大きいという問題がある。 However, on the other hand, the core has a structure in which heat-resistant particles such as foundry sand are hardened with resin or glue, so that the fluid passage formed inside the core is free from the foundry sand of the core. Since the binder made of organic resin hardened so as to be connected to each other is clogged due to the shape loss of the core when it is deteriorated or burned out by pouring high-temperature molten metal, the function cannot be exhibited. There is a problem that there is a large risk of becoming.

しかも，前記中子の強度は，その内部に形成した流体通路にて低下することにより，前記流体通路は，前記中子の直径に比べて十分に小さい内径にしなければならないから，前記流体通路を形成したことによる冷却性能の向上の効果が低いという問題もあった。 In addition, since the strength of the core decreases in the fluid passage formed therein, the fluid passage must have an inner diameter sufficiently smaller than the diameter of the core. There was also a problem that the effect of improving the cooling performance due to the formation was low.

本発明は，これら問題を解消した鋳造方法を提供することを技術的課題とするものである。 An object of the present invention is to provide a casting method that solves these problems.

この技術的課題を達成するため請求項１は，
「中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，耐熱性材料にて構成したパイプ体を，当該パイプ体のうち少なくとも一部が前記外鋳型及び中子を貫通して大気に連通するように埋設し，前記外鋳型内に金属溶湯を注入したのち，前記パイプ体の内部に，冷却用流体としての水を供給し，
前記中子における温度が所定温度になった時点で，前記中子の内部における前記パイプ体への水の供給を停止するか，或いは，前記水の供給量を減少することによって，前記中子を，外鋳型における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度になるように制御する。」
ことを特徴としている。 In order to achieve this technical problem, claim 1
“A pipe body made of a heat-resistant material is placed inside the core installed in the outer mold that forms the outside of the hollow casting, and at least a part of the pipe body contains the outer mold and the core. It is buried so as to penetrate through and communicate with the atmosphere, and after pouring a molten metal into the outer mold, water as a cooling fluid is supplied into the pipe body ,
When the temperature in the core reaches a predetermined temperature, the supply of water to the pipe body inside the core is stopped, or the supply amount of the water is reduced to reduce the core. The temperature is controlled to be equal to or close to the temperature in the outer mold . "
It is characterized by that.

請求項１によると，中子の内部に埋設したパイプ体内に，冷却用流体としての水を供給して，当該パイプ体のうち大気に連通する部分から排出することにより，前記中子を急速に冷却することができる。 Rapidly According to claim 1, a pipe body which is embedded in the core, by supplying water as cold却用fluid, by discharging from the portion which communicates with the atmosphere of the pipe, the core Can be cooled to.

前記中子の内部に埋設したパイプ体は，耐熱性材料にて構成されていることにより，前記中子における型崩れを阻止するから，前記中子の水による冷却性能が，当該中子の型崩れに起因して低下することを確実に防止できる。 Since the pipe body embedded in the core is made of a heat-resistant material, it prevents the core from collapsing, so that the cooling performance of the core with water is limited by the core mold. It is possible to reliably prevent a drop due to collapse.

しかも，前記中子の内部に埋設したパイプ体は前記中子を補強することにより，当該パイプ体の内径を，前記中子の直径に近づけるように大きくすることができるから，前記中子の水による冷却性能を大幅に向上できる。 Moreover, by the pipe embedded in the interior of the core is to reinforce the core, the inner diameter of the pipe, can be made large so as to approach the diameter of the core, the water of the core Can greatly improve the cooling performance.

また，中子の冷却に際して，外鋳型との間における温度差を小さくした状態に維持できるから，前記鋳造物における残留応力が非常に小さくなり，その結果，場合によっては，前記鋳造物に対する焼鈍工程を省略できる。 Also, when the middle element cooling, because they can maintain the reduced state the temperature difference between the outer mold, the residual stress in the casting becomes very small, resulting in some cases, annealing for the casting process Can be omitted.

鋳造物の一つの例としてのシリンダブロックを示す縦断正面図である。It is a vertical front view which shows the cylinder block as one example of a casting. 図１のII−II視断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1. 前記シリンダブロックを鋳造する鋳造型を示す縦断正面図である。It is a vertical front view which shows the casting mold which casts the said cylinder block. 図３のIV−IV視平断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3. 中子に埋設するパイプ体の一例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows an example of the pipe body embed | buried under a core. 中子に埋設するパイプ体の別例を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows another example of the pipe body embed | buried under a core.

以下，本発明の実施の形態を，中空状鋳造物の一つの例として，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロックを鋳造する場合について説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in the case of casting a cast iron cylinder block in an internal combustion engine as an example of a hollow casting.

図１及び図２は，内燃機関における鋳鉄製のシリンダブロック１を示しており，このシリンダブロック１は，シリンダボア２ａが嵌め込まれる二つのシリンダ中空部２ｂと，この各シリンダ中空部２ｂの各々に対するクランク室３とを備えている。 FIGS. 1 and 2 show a cast iron cylinder block 1 in an internal combustion engine. The cylinder block 1 includes two cylinder hollow portions 2b into which cylinder bores 2a are fitted, and a crank for each of the cylinder hollow portions 2b. And a chamber 3.

図３及び図４は，前記シリンダブロック１を横向きにして鋳造する場合における鋳造型４を示している。 3 and 4 show a casting mold 4 in the case where the cylinder block 1 is cast sideways.

この鋳造型４は，前記横向きしたシリンダブロック１における下半分の外側を形成するための下外鋳型５と，前記シリンダブロック１における上半分の外側を形成するための上外鋳型６と，前記シリンダブロック１におけるシリンダ中空部２ｂ及びクランク室３の内部を形成するための中子７とによって構成され，前記中子７は，前記上下両外鋳型５，６の内部，これらにて支持するように配設されている。 The casting mold 4 includes a lower outer mold 5 for forming the outer side of the lower half of the sideways cylinder block 1, an upper outer mold 6 for forming the outer side of the upper half of the cylinder block 1, and the cylinder The cylinder 1 is constituted by a cylinder hollow portion 2b in the block 1 and a core 7 for forming the inside of the crank chamber 3. The core 7 is supported inside and above the upper and lower outer molds 5 and 6. It is arranged.

なお，前記図３及び図４において，符号８は，金属溶湯を注ぎ込むための湯口を，符号９は，湯あがり口を各々示している。 3 and 4, reference numeral 8 indicates a gate for pouring molten metal, and reference numeral 9 indicates a hot water outlet.

前記中子７の内部には，炭素鋼等のような耐熱性材料製のメインパイプ体１０が，前記シリンダボア２ａの軸線の方向に延びるように埋設されているほか，同じく炭素鋼等のような耐熱性材料製で，前記メインパイプ体１０から上向きに延びるサブパイプ体１１が埋設されている。 A main pipe body 10 made of a heat resistant material such as carbon steel is embedded in the core 7 so as to extend in the direction of the axis of the cylinder bore 2a. A sub pipe body 11 made of a heat resistant material and extending upward from the main pipe body 10 is embedded.

前記サブパイプ体１１は，その上端が前記上外鋳型６の上面に埋設した大径の大気への連通管１２内に開口し，その下端が前記メインパイプ体１０内に連通しており，このサブパイプ体１１は，前記メインパイプ体１０と別体の構成にすることができるし，前記メインパイプ体１０と一体の構成にすることができる。 The sub-pipe body 11 has an upper end opened into a communication pipe 12 to the large-diameter atmosphere embedded in the upper surface of the upper outer mold 6 and a lower end communicated with the main pipe body 10. The body 11 can be configured separately from the main pipe body 10 or can be configured integrally with the main pipe body 10.

一方，前記メインパイプ体１０内には，当該メインパイプ体１０内に空気又は水等の冷却用流体を供給するための冷却用流体供給管１３が差し込まれている。 On the other hand, a cooling fluid supply pipe 13 for supplying a cooling fluid such as air or water into the main pipe body 10 is inserted into the main pipe body 10.

なお，前記両パイプ体１０，１１を中子７の内部に埋設するに際しては，鋳物砂を前記中子７に固め成形するときに，この中子７内に同時に埋め込むようにすることができるほか，前記中子７を固め成形するときにパイプ体挿入孔を形成するか，或いは，前記中子７を固め成形したあとで，これにパイプ体挿入孔を機械加工にて穿設して，このパイプ体挿入孔内に，前記パイプ体１０，１１を差し込むという方法を採用できる。 When the pipe bodies 10 and 11 are embedded in the core 7, the molding sand 7 can be simultaneously embedded in the core 7 when molding sand is solidified in the core 7. The pipe body insertion hole is formed when the core 7 is hardened or molded, or after the core 7 is hardened and formed, the pipe body insertion hole is formed by machining, the pipe body insertion hole, can be adopted a method called write-free insert the pipe member 10, 11.

前記メインパイプ体１０及びサブパイプ体１１の両方は，その内外への連通孔１４，１５を全長にわたって無数に設けることによって多孔質に構成されている。 Both the main pipe body 10 and the sub pipe body 11 are made porous by providing innumerable communication holes 14 and 15 to the inside and outside thereof.

具体的には，図５に示すように，その内外への連通孔１４を，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない程度の小径にすることによって多孔質にするか，或いは，図６に示すように，その内外への連通孔１５を大径にし，外周又は内周に，前記中子７に使用する砂粒子が通過しない細かい網目（６０メッシュより細かい網目）の金網１６を設けることによって多孔質にするという構成であり，そのほかに，例えば，両パイプ体１０，１１を，例えば，粒子の焼結体にて構成することによって多孔質にするというように，他の手段にて多孔質に構成しても良いことは勿論である。 Specifically, as shown in FIG. 5, the inner and outer communication holes 14 are made porous by making the diameter small enough to prevent sand particles used in the core 7 from passing through, or FIG. As shown in Fig. 2, the inner and outer communication holes 15 are made larger in diameter, and a fine mesh (mesh finer than 60 mesh) that does not allow sand particles to be used for the core 7 to pass through is provided on the outer periphery or inner periphery. In addition to this, for example, both pipe bodies 10 and 11 are made porous by, for example, forming a sintered body of particles. Of course, it may be constructed in quality.

そして，前記シリンダブロック１の鋳造に際しては，先ず，前記上下両外鋳型５，６と，前記中子７との間に形成される空間に，金属溶湯を湯口８より注ぎ込む。 When casting the cylinder block 1, first, molten metal is poured into the space formed between the upper and lower outer molds 5, 6 and the core 7 from the gate 8.

前記金属溶湯の注ぎ込みに伴い中子から発生するガスは，前記中子７に埋設した多孔質のメインパイプ体１０及びサブパイプ体１１の内部に入り，このメインパイプ体１０及びサブパイプ体１１内を経て大気に排出されることになるから，鋳造物であるシリンダブロック１にガス欠陥が発生することを防止できる。 The gas generated from the core when the molten metal is poured enters the porous main pipe body 10 and the sub pipe body 11 embedded in the core 7, and passes through the main pipe body 10 and the sub pipe body 11. Since it is discharged to the atmosphere, it is possible to prevent the occurrence of gas defects in the cylinder block 1 that is a casting.

前記金属溶湯の注ぎ込みが終わると，前記メインパイプ体１０の内部に，冷却用流体を，前記冷却用流体供給管１３から供給することにより，この冷却用流体は，前記メインパイプ体１０内を経てサブパイプ体１１内を流れるとき，前記中子７における熱を奪ったのち，大径の大気への連通管１２から大気中に排出されるから，前記中子７を冷却することができる。 When pouring of the molten metal is finished, a cooling fluid is supplied into the main pipe body 10 from the cooling fluid supply pipe 13 so that the cooling fluid passes through the main pipe body 10. Since the core 7 is deprived of heat when flowing through the sub-pipe body 11, the core 7 can be cooled because it is discharged into the atmosphere from the large-diameter communication pipe 12.

前記メインパイプ体１０内に供給する冷却用流体としては，空気等のガス体を使用することができるほか，ガス体に比べて熱容量の大きい水等の液体を使用して，前記中子７の冷却性能を促進することができる。 As the cooling fluid to be supplied into the main pipe body 10, a gas body such as air can be used, and a liquid such as water having a larger heat capacity than the gas body can be used. Cooling performance can be promoted.

本発明者の実験例によると，前記鋳鉄製のシリンダブロック１を鋳造するに際して，冷却用流体として空気を使用した場合，この空気の供給量を，鋳鉄の１Ｋｇ当たり，約５００ｍｌ／ｈｒ以上に設定することが好ましかった。 According to the experimental example of the present inventor, when air is used as a cooling fluid when casting the cast iron cylinder block 1, the supply amount of air is set to about 500 ml / hr or more per 1 kg of cast iron. I liked to do it.

これに対し，前記冷却用流体として液体をした場合，この液体は中子７に浸透したのち，まだ高い温度を保っているシリンダブロック１に接触することになるから，前記シリンダブロック１に割れ等の欠陥が発生するおそれがある。 On the other hand, when a liquid is used as the cooling fluid, the liquid penetrates the core 7 and then contacts the cylinder block 1 that is still kept at a high temperature. May cause defects.

そこで，本発明者は，前記冷却用流体として水を使用する場合には，当該冷却用水が前記両パイプ体１０，１１の内部において蒸発して蒸気に気化するように供給することにした。 Therefore, the present inventor has decided to supply water so that the cooling water evaporates and vaporizes in the pipe bodies 10 and 11 when water is used as the cooling fluid.

すなわち，前記メインパイプ体１０内への水の供給を，この供給したものから順番に蒸発するようにして行なうというように，換言すると，当該冷却用水が前記メインパイプ体１０内の底に液体の状態のままで溜まるのを極力少なくし，その殆ど全てが供給されたものから順次蒸発して蒸気に気化して，前記大気への連通管１２から大気中に排出されるというように，適宜量ずつ所定の時間をかけて行なうことにした。 That is, the cooling water is supplied to the bottom of the main pipe body 10 in such a manner that the water is supplied into the main pipe body 10 so as to evaporate in order from the supplied water. As much as possible, it is possible to minimize the accumulation in the state, evaporate sequentially from what has been supplied, evaporate into vapor, and discharge into the atmosphere from the communication pipe 12 to the atmosphere. It was decided to take a certain amount of time.

これにより，前記中子７を，前記冷却用水が前記メインパイプ体１０及びサブパイプ体１１内での蒸発にて蒸気に気化するときの潜熱によって，当該中子７の冷却を大幅に促進することができるものでありながら，前記冷却用水の前記中子７への浸透を確実に回避することができる。 Thereby, the cooling of the core 7 is greatly promoted by latent heat when the cooling water evaporates into steam by evaporation in the main pipe body 10 and the sub pipe body 11. Although it is possible, the penetration of the cooling water into the core 7 can be reliably avoided.

本発明者の実験例によると，前記鋳鉄製のシリンダブロック１を鋳造するに際し，その中子７に対する冷却用流体として水を使用した場合，この水の供給量は，鋳鉄の１Ｋｇ当たり，約１０ｍｌ／ｈｒ〜１００ｍｌ／ｈｒに設定するのが好ましかった。 According to the experimental example of the present inventor, when water is used as a cooling fluid for the core 7 when casting the cylinder block 1 made of cast iron, the amount of water supplied is about 10 ml per 1 kg of cast iron. It was preferable to set to / hr to 100 ml / hr.

水の供給量が鋳鉄１Ｋｇ当たり１０ｍｌ／ｈｒ未満であるときには，中子７に所定の冷却効果を得ることができず，水の供給量が鋳鉄１Ｋｇ当たり１００ｍｌ／ｈｒを越えるときに，水が中子７に浸透して，シリンダブロック１に割れが発生する現象が認められた。 When the supply amount of water is less than 10 ml / hr per 1 kg of cast iron, the predetermined cooling effect cannot be obtained in the core 7, and when the supply amount of water exceeds 100 ml / hr per 1 kg of cast iron, A phenomenon was observed in which the cylinder block 1 cracked when it penetrated into the child 7.

また，本発明者の実験例によると，前記冷却用流体として水を使用する場合，この水の供給は，前記メインパイプ体１０内における温度が，金属溶湯の注ぎ込みによって１００℃以上に上昇した時点から開始することが好ましく，これにより，前記冷却用水の前記両パイプ体１０，１１内での蒸発を，当該冷却用水の供給開始の当初から行なうことができるから，中子７への水の浸透をより確実に回避することができる。 In addition, according to the experimental example of the present inventor, when water is used as the cooling fluid, the water supply is performed when the temperature in the main pipe body 10 rises to 100 ° C. or more by pouring molten metal. From this, it is possible to evaporate the cooling water in the pipe bodies 10 and 11 from the beginning of the supply of the cooling water, so that water penetrates into the core 7. Can be avoided more reliably.

そして，前記したように，鋳鉄製のシリンダブロック１の鋳造する場合においては，前記中子７における温度が５５０℃になった時点で，その内部における前記両パイプ体１０，１１への冷却用流体の供給を停止するように制御するか，或いは，前記冷却用流体の供給量を減少するように制御することにより，前記中子７を，当該中子７における温度が前記両外鋳型５，６における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度に維持しながら冷却することにした。 As described above, in the case of casting the cast iron cylinder block 1, when the temperature in the core 7 reaches 550 ° C., the cooling fluid to the pipe bodies 10 and 11 inside the core 7 is obtained. Is controlled so as to stop the supply of the cooling fluid, or the supply amount of the cooling fluid is decreased, so that the temperature of the core 7 is controlled by the temperature of the outer molds 5 and 6. It was decided that the temperature would be equal to the temperature at or that the temperature was approximated.

これにより，鋳造されたシリンダブロック１における残留応力が非常に小さくなり，鋳造後における焼鈍工程を省略できるのであった。 Thereby, the residual stress in the cast cylinder block 1 becomes very small, and the annealing process after casting can be omitted.

１内燃機関におけるシリンダブロック
２ａシリンダブロックにおけるシリンダボア
２ｂシリンダ中空部
４鋳造型
５下外鋳型
６上外鋳型
７中子
８湯口
９湯あがり口
１０メインパイプ体
１１サブパイプ体
１２大気への連通管
１３冷却用流体供給管
１４，１５連通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder block in an internal combustion engine 2a Cylinder bore in cylinder block 2b Cylinder hollow part 4 Casting type 5 Lower outer mold 6 Upper outer mold 7 Core 8 Spout 9 Hot water outlet 10 Main pipe body 11 Sub pipe body 12 Communication pipe to atmosphere 13 For cooling Fluid supply pipe 14, 15 communication hole

Claims

中空状鋳造物の外側を形成する外鋳型内に設置される中子の内部に，耐熱性材料にて構成したパイプ体を，当該パイプ体のうち少なくとも一部が前記外鋳型及び前記中子を貫通して大気に連通するように埋設し，前記外鋳型内に金属溶湯を注入したのち，前記パイプ体の内部に，冷却用流体としての水を供給し，
前記中子における温度が所定温度になった時点で，前記中子の内部における前記パイプ体への水の供給を停止するか，或いは，前記水の供給量を減少することによって，前記中子を，外鋳型における温度と等しい温度になるか，或いは，近似する温度になるように制御することを特徴とする中子を使用した鋳造方法。 Inside the core installed in the outer mold that forms the outside of the hollow casting, a pipe body made of a heat-resistant material is provided, and at least a part of the pipe body includes the outer mold and the core. It is buried so as to penetrate through and communicate with the atmosphere, and after pouring a molten metal into the outer mold, water as a cooling fluid is supplied into the pipe body ,
When the temperature in the core reaches a predetermined temperature, the supply of water to the pipe body inside the core is stopped, or the supply amount of the water is reduced to reduce the core. A casting method using a core, wherein the temperature is controlled to be equal to or close to the temperature in the outer mold .