JPH07500291A - アルミニウム合金からエンジン部品、とくにシリンダーヘッドを鋳造する方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称ニアルミニウム合金からエンジン部品、とくにシリンダーヘッドを鋳 造する方法。

詳細な説明： 本発明は、アルミニウム合金から、複数のコア部からなる鋳型の手段により、エ ンジン部品とくにシリンダーヘッドを鋳造する方法に関する。

アルミニウム合金からなるエンジン部品については、高い機械的荷重の負荷領域 において、エレメントを挿入することが必要である。例えば、シリンダーヘッド のバルブシートに対するバルブシートリングは異なる材料からなり、負荷される 応力に耐えることができなければならない、とくに、かかるバルブシートリング の適用は、鋳造作業ののち、シリンダーヘッドのそれぞれの領域にそれぞれ凹所 が機械加工される方法で行われている。装着されるべきバルブシートリングは、 例えば液体窒素で急速冷却されて機械加工された凹所に挿入される。挿入された バルブシートリングは再加温の結果として膨張し、シリンダーへ、ドの凹所に強 固に固定され、収縮結合を形成する。この方法の欠点は、かかる収縮結合におい ては、凹所の内径と挿入されるべきバルブシートリングの外径との間に比較的厳 密な寸法公差が必要とされるため、凹所がきわめて正確に加工されなければなら ないということである。そのため、通常使用されるエンジン、とくに１つのシリ ンダー当たり２つ以上のバルブを有する最新型エンジンでは、製造コストが高く なる。また、バルブシートリングが脱落してエンジンに損傷が生じるという問題 もある。バルブガイディングスリーブのような他のエレメントを挿入する場合は 、鋳造後シリンダーヘッドを機械加工しなければならない。

Ｄ、　Ｅ、　３，９３７，４０２　Ａ　Ｉには、バルブシートリングが、外表面 に切り込み領域を具えたシリンダーヘッド内に、機械加工されるべきブランクの 形状に直接鋳造されることが開示されている。しかしながら、切り込み領域によ り行われる結合にもかかわらず、満足すべき結果が達成できないことが見出され た。その理由は、これまで使用７された鋳型では、挿入されるべきバルブシート リングブランクを正確に位置させることができず、従って、位置の違いにより、 後工程のバルブシート表面の機械加工がセンターリングに関して著しい偏差を生 じる結果となるか本発明の目的は、アルミニウム合金からエンジン部品、とくに シリンダーヘッドを製造する場合、エンジン部品の基材とは異なり且つ基材より も強力な材料からなるエレメントの導入を簡単化し、配設する位置の正確度を改 良する方法に関する。

本発明の目的は、個々のコア部を形成する操作を完了した後、それらの鋳型がコ ア部が鋳型部に１つに結合して残されているように開かれ、エレメントが開かれ たコア部に挿入され、結合されるべき各コア部が、鋳型部を互いに相対的に動か すことにより、それらの鋳型部と互いに結合されることによって達成される。

この方式の利点は、いわゆるコア成形技術を適用することにより精度よく製造で きるという事実にある。その過程において、実際の鋳型は、液状で硬化し得る材 料からコアと同様につくられ、鋳型は全体として複数のコア部からなる。高い正 確度は、各コア部が少なくとも２つの鋳型部からなるコア鋳型内で個々に製造さ れ、個々の鋳型部を形成する過程を完了した後、それらの鋳型が、コア部が鋳型 部の１つと結合したままの状態で開かれ、続いて結合されるべき各コア部が鋳型 部を移動して互いに結合されることによって達成される。エンジンブロック、シ リンダーへノドなどを製造する場合、上記の記載で「コア」といわれる鋳型は、 ２つ以上のコア部からなり、従って、基本のコア部として定義されるコア部に対 する鋳型部は、キャリアーとして結合したまま残されており、それらの鋳型部に よりコア部が基本のコア部に位置されるすべての結合操作の完了後までセンター リングエレメントとして作用する。それから完成されたコア、すなわち完成され た鋳型はキャリアーエレメントから分離される。この方法では、結合操作に必要 な幾何学的結合および結果として生じるコア部の相対的動きは、鋳型部の相対的 な配列と動きに影響され、コア部自身により影響されない。鋳型部中に保持され るコア部は最適な方法で配列されるから、結合作業は優れた正確度で行われる。

造型材料あるいはコア砂の結合剤が温度によってではな（化学触媒作用により反 応する造型工程の場合は、個々の造型機が略同じ温度で作動するから、熱膨張の 結果として鋳型部の相対的な寸法変位が生じないという利点がある。従って、各 鋳型部にガイディングおよびセンターリング面の作用を行わせることができ、そ れによって、鋳型部を介して、コア部が非金属造型材料からなる完成鋳型を形成 するために結合されるときの正確度が改善される。鋳型の全ての部分が新しくつ くられ、優れた正確度で結合されるので、異なる材料からなるエレメントを直接 鋳包むことが可能となり、製造されるエンジン部品に強固に結合される。すなわ ち、シリンダーヘッド上のバルブシートリングは、高い正確度で配置される。唯 一の要求される手段は、鋳型の各部に、鋳型を結合するときエレメントが配置さ れる固定点を提供することである。この方法において、円錐形状の外面を有する バルブシートリングは強固に鋳包まれることができる。エレメント、とくにバル ブシートリングは最適形状、最適寸法を具えることができ、前記利点を確保しな がら、たった１ｍｍの外形増大を行うこともできる。バルブシートリングは強固 に保持されるので、シリンダーへノドに永久に結合した状態を保つ。

本発明の１つの実施態様によれば、エレメントは鋳型に挿入される前に加熱され 、それによって、周囲のアルミニウム合金の組織に不利な影響を与える温度差が 生じるのを解消する。この方法は、鋳型を形成するためのすべての結合作業が機 械化できるため便利である。予備加熱されたエレメント、とくにバルブシートリ ングは結合装置に組込まれたマニピュレーターによりコア部に導入されることが てきる。鋳型は非金属造型材料からなるので、鋳造作業が開始される時点までの 熱損失は比較的少ない。

本発明の他の実施態様によれば、エレメントは鋳型内に挿入された後において、 電気誘導によって加熱される。この方法では、バルブシートリングの導入操作は 、例えば常温で行われることができるので、簡単化される。加熱は、バルブシー トリングが配設された後、つぎの段階において行われる。エレメントが鋳型内で 電気誘導加熱されることも可能である。全体として、鋳型は金属ではな（非金属 造型材料またはコア砂からなり、完全にあるいは部分的に結合された鋳型内でエ レメント、よくにバルブシートリングが唯一の金属部材を構成するためである、 好ましくは鋳造作業直前において、接触させずに加熱操作を行うこともまた可能 である。

原理的に、鋳型がまだ開いているときに、鋳型内に導入されたエレメントを、電 気誘導により加熱することができる。これはエレメントの形状により行われる、 本発明のとくに好ましい実施態様においては、鋳型が完全に結合された後に、外 部から電気誘導によりエレメントを加熱することが提案される。この方法におい ては、鋳型が完全に結合されるまで、鋳型に対し、加熱されたエレメントからの 熱の流れにより生じる温度の影響がないから、形状の変化が生じない。本発明の さらに好ましい実施態様は、加熱操作を行うに先立って、鋳型のキャビティに保 護雰囲気ガスを流入させることである。この利点は、鉄系材料からなるエレメン トが、導入される溶湯の温度、例えば約８００℃まで、鋳造表面が酸化されるこ となしに、加熱されることである。これにより、エレメントと鋳造材料との間の 純金属表面接触が達成される。鋳型が結合された後に加熱を行う利点は、さらに 、鋳型中におけるエレメントの位置により、とくに、上部鋳型の場合、鋳造作業 は加熱がまだ進行している間に開始されることができることである。この場合、 加熱されるエレメントの最終必要温度は溶湯との接触時点で達成される。

本発明は、図面により詳細に説明される。

図１は、工程を示すダイヤグラムである。

図２は、鋳型に導入されるバルブシートリングの一部垂直断面図である。

図３は、鋳込まれたバルブシートリングからなる完成されたシリンダーヘッドを 示す。

多数の切り込みおよびチャンネルのため、コア造型砂からつくられるシリンダー ヘッド用鋳型は、多数のコア部から形成されなければならない０個々のコア部は 別のコア造型機によりつくられ、互いに結合される。図１による工程図は、２つ のコア部のみからなる鋳型に対する単純化された方法を示す、最初のコア部３は 、通常の方法、例えばコールドボックスプロセスに従って、鋳型部１．２＠ｎえ た造型ボックスからなるコア造型機！で、適当な鋳型部からつくられる。コア部 ３とともに完成された鋳型を形成するコア部４は、鋳型部５．６をからなるコア 鋳型を具えた造型機■でつくられる。２つのコア部３．４が成形されると、コア 鋳型が開かれる。コア部３はコア造型機■の鋳型部に残っており、第１の結合ス テーシロン■に移動する。エレメント７、例えばバルブシートリングは、マニピ ュレーターにより開かれたコア部３上に配置される。結合ステージ菅ン逗におい て行われる続いての工程において、あるいはつぎの結合ステージ請ン■において 、コア造型機■はなお鋳型部５に結合されているコア部４を移動配置し、ついで コア部４をコア部３上に降下させ、あるいはコア部３を上昇させる。この操作に より、２つのコア部３．４は結合し、完成鋳型を形成する。鋳型部５は、ついで コア部４から分離され、ステーシーン■において、挿入されたバルブシートリン グ７を装着した完成鋳型３−４は、鋳型部ｌから分離される。鋳型部１は、全工 程の間、センタリングおよびガイド装置として作用する。完成鋳型３−４は鋳造 ステーシロン■に移動され、鋳造作業が行われる。冷却後、鋳型は壊され、工程 中において得られた造型砂は再使用される。ここに例示された工程の場合、バル ブシートリング７は、好ましくは最初に加熱され、ついでマニピュレーターによ り配設される。鋳型は非金属材料からなり、結合作業および鋳造ステーシーン■ までの移動に多くの時間を必要としないので、バルブシートリングが溶湯と接触 するまての温度低下はきわめて少ない。

バルブシートリングが縫包まれる場合において、例えば、縫包まれるエレメント を加熱する工程は、さらに改良されることができる。すなわち、シリンダーヘッ ドは比較的平坦なエレメントであるから、例えば鋳型がすでに完成され、鋳造装 置と接触状態にある時にでも、高過ぎるエネルギー消費を生じることなしに、外 側から電気誘導加熱することができる。拡大部分断面を示す図２に例示されるよ うに、バルブシートリング７は、コア部３のコアマーク８上に配置されるので、 図１のステーシロン■に示される完成鋳型３−４において、バルブチャンネルは コア部４の結合部９により自由に保持され、同時に、バルブシートブランクは鋳 型内に固定される９図２に示すように、バルブシートリング７の外面は円鐘形状 であるから、図３に示すように、鋳型が除去されても製造された鋳物内に強固に 保持される。

挿入されたバルブシートリング７が、鋳造ステーシロン■で鋳型に装着されたま ま電気誘導加熱できるようにするために、コア部３は、下方に開放された空所１ １を具え、該空所ｌｌ内に水冷誘導コイルを、その自由端が加熱されるべきバル ブシートリングと直接面するように装入、保持し、且つ鉄コア１３を配設する。

この種の加熱方式は、挿入されたエレメント、この場合はバルブシートリング７ から離れており、鋳型３−４が金属部分を含まないために可能となる。鋳型３− ４が閉じられた時点で、鋳型キャビティ１４に最初に保護雰囲気ガス、例えば窒 素ガスを流すことができる。この操作により、バルブシートリング７は、酸化す ることなく８００℃までの温度に加熱することができる。バルブシートリングは 質量が小さいため、数秒で加熱されるので、鋳造作業は加熱工程の間に開始され ることができる。従って、必要とされる最終温度での加熱は、鋳型内に流入した 溶湯が縫包まれるエレメント、バルブシートリング７と接触する時点で達成され る。加熱の最終段階および鋳造の開始段階が重複するので、鋳造工程に要する時 間を減少させることができ、大量生産の観点から好ましいものとなる。

図２、図３に例示される１シリンダー当たり４つのバルブを有するエンジン用シ リンダーヘッドの実施例においては、工程上の生産技術的利点が重要であること を示す。バルブブランク７は所定の位置に正確に縫包まれるから、後工程の機械 仕上げ作業は簡単化される。

図２ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８．）平成５年１０月８日 諷

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．複数のコア部からなる鋳型により、アルミニウム合金からエンジン部品、と くにシリンダーヘッドを鋳造する方法であり、鋳型のコア部３、４は非金属造型 材料からなり、アルミニウム合金より高い融点を有するアルミニウム合金とは異 なる材料からなり且つ鋳造されるエンジン部品と強固に結合されるエレメント７ が、鋳造部が完成鋳型を形成するために結合された時鋳型中の所定の固定点に配 置されるよう挿入され、その後に鋳造作業が行われることを特徴とするアルミニ ウム合金からエンジン部品、とくにシリンダーヘッドを鋳造する方法。
2. ２．エレメント７が鋳型に挿入される前に加熱されることを特徴とする請求項１ 記載の方法
3. ３．エレメント７が、鋳型に挿入された後に、電気誘導加熱されることを特徴と する請求項１記載の方法。
4. ４．十分結合された鋳型３−４内のエレメント７が外側から電気誘導加熱される ことを特徴とする請求項１および３記載の方法。
5. ５．前記加熱を行うに先立ち、鋳型３−４のキャビティ１４に保護雰囲気ガスが 流入されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. ６．鋳造作業が前記加熱が終了する前に開始されることを特徴とする請求項１〜 ５記載の方法。