JPH10216900A

JPH10216900A - 鋳造用鋳型

Info

Publication number: JPH10216900A
Application number: JP2494297A
Authority: JP
Inventors: Yoji Asakura; 陽治朝倉
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの中空カムシャフトのような鋳造製
品におけるセンターチルの発生を阻止し、鋳造後の中空
部形成のための機械加工に要するコストを可能な限り低
減する。【解決手段】複数の湯道を介して製品部キャビティー
内に溶湯が注入される鋳造用鋳型において、従来センタ
ーチルが生じやすかった各湯道からの溶湯が合流する合
流部以後のキャビティー部外周に空気層又はヒータより
なる保熱部を設け、同合流部以後のキャビティー部にお
ける冷却度を可能な限り抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、鋳造用鋳型の構
造に関し、例えば鋳鉄製のエンジン用カムシャフトのよ
うな、鋳造後に中空構造に機械加工される製品の鋳造に
好適な鋳造用鋳型の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば鋳鉄製エンジンカムシ
ャフトの鋳造においては、カムシャフトを上下方向に立
てた状態で鋳造する縦型の鋳込み方法が採用されている
（縦型の鋳込方法については、例えば特開平３−２０７
５４８号公報等参照）。

【０００３】この縦型の鋳込み方法による鋳型は、図７
に概略的に示すように、例えばシェル型のものとして形
成された鋳型１内に製品部キャビティー２が上下に細長
く形成され、それと並列に湯口３から主湯道４が上下方
向に延び、同主湯道４の下部が上記製品部キャビティー
２の下部に接続されて相互に連通されているとともに、
さらに当該主湯道４の途中から分岐した第１〜第３の複
数の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃの各々が上記製品部キャビ
ティー２の上下方向所定部位に上下に所定の間隔を保っ
て整列した状態でそれぞれ接続されている。そして、上
記製品部キャビティー２の最上端部には、凝固時の引け
を防止するための押し湯部６が設けられている。

【０００４】上記第１〜第３の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃ
は、一般に「迎え堰」と呼ばれ、通常、鋳造後に製品部
から破断するのが容易なように絞り部が設けられる。

【０００５】このように迎え堰を設けると、上記エンジ
ンカムシャフトのように細長い製品を鋳造する場合に、
製品部キャビティー２内の溶湯に上部と下部との間で温
度差が生じるのを防止するのに有効となる。

【０００６】ところで、このような複数の湯道を有する
鋳型により鋳造されたエンジンカムシャフトは、鋳造完
了後、ガンドリルと呼ばれる工具によってその軸中心部
が中空に機械加工（穿孔）されて最終的に軽量の中空カ
ムシャフトに形成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にして鋳造されたカムシャフトにおいては、特に製品部
の所定の部位において軸中心部にセンターチルと呼ばれ
る硬質チル組織が生成し、この硬質チル組織に孔あけ加
工することによって、上記ガンドリルの寿命が著しく短
かくなり、機械加工コストが増大するという問題があっ
た。

【０００８】そこで、上記図７に示すように、カムシャ
フト鋳造用製品部キャビティー２の軸中心部において、
上記第１〜第３の枝湯道５ａ〜５ｃから導入された溶湯
と主湯道４の下部から導入された溶湯とが出会う第１〜
第３の合流部位Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃと、その上下の当該合
流以後の第１〜第４の部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとの合計７個
所の部位に関して、上記センターチルの生成し易さを測
定した結果、図８に示すように、上記第１〜第３の合流
部位Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃではセンターチルがほとんど生成
しないが、一方第１〜第４の合流以後の部位Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄでは、センターチルが生成し易いことが判明し
た。

【０００９】そして、上記センターチルが生成しやすい
第１〜第４の４箇所の合流以後の部位における凝固形態
は、図９に示すように、高温層と低温層の２層構造とな
っていた。これは上記鋳型１の周囲を一般にスチールシ
ョットで保持していることから、上記主湯道４の下部お
よび第１〜第３の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃの各々から製
品部キャビティー２内に導入された溶湯が合流後所定距
離流れた合流以後の部位Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで、その周面付
近を急激に冷却され、軸心部付近の高温の溶湯との間に
所定の温度差を生じた結果であると判断される。

【００１０】また、この現象は、上記製品部キャビティ
ー２のカムフォーム付近には、一般にカムフォーム部チ
ル化のために冷し金が設けられていることによって、よ
り顕著となる。

【００１１】これに対し、センターチルが生成しにくい
第１〜第３の合流部位Ｐａ〜Ｐｃにおける凝固形態は、
図１０に示すように、全体に亘って温度がほぼ均一な高
温層となっている。これは、該部位では、上記主湯道４
の下部から製品部キャビティー２内に導入されてくる溶
湯と上記第１〜第３の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃを介して
導入される溶湯とが合流するので、その周面部付近と軸
心部付近との間に殆んど温度差が生じない結果であると
判断される。

【００１２】このような知見に基き、本願発明は、上記
のような鋳造製品における上記合流部以後の部位のセン
ターチルの発生を阻止し、鋳造後の機械加工に要するコ
ストを可能な限り低減することができる鋳造用鋳型を提
供することを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願発明は、上記の目的
を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構
成されている。

【００１４】すなわち、本願発明では、複数の湯道を介
して製品部キャビティー内に溶湯が注入される鋳造用鋳
型において、各湯道からの溶湯が合流する合流部以後の
キャビティー部外周に保熱部を設けて構成されている。

【００１５】したがって、該構成によれば、各湯道から
の溶湯が合流した後のキャビティー部内においても、保
熱部によって溶湯周面付近の温度の急激な低下が阻止さ
れ、軸心部付近の溶湯との温度差の発生が防止される。

【００１６】その結果、製品部キャビティー全体の冷却
特性を平均化することができ、局部的なセンターチル層
の発生を抑制することが可能となる。

【００１７】そして、さらに具体的には、同構成におけ
る上記保熱部は、空気層により形成されるか、又はヒー
タなどにより形成される。

【００１８】空気層により保熱部を形成するようにした
場合、例えば中心となる鋳型をシェル型の主型により構
成し、当該保熱部を形成する空気層を、同主型内におい
て同主型との間に所定の間隔を置いて空気層を形成する
補助鋳型を組込むことにより実現する。

【００１９】このように上述の保熱部を空気層により形
成すると、該空気層が断熱空間として作用し、各湯道か
らの溶湯の合流部以後のキャビティー部における鋳型周
辺への熱の伝達（放熱）をカットし、同部分における溶
湯周面付近の温度の急激な低下を阻止する。そして、そ
れによって軸心部付近の溶湯との温度差の発生が防止さ
れる。

【００２０】その結果、製品部キャビティー全体の冷却
特性を平均化することができ、極部的なセンターチル層
の発生を抑制することが可能となる。

【００２１】そして、その場合において、上記空気層
が、補助鋳型により主型との間に形成される構成を採用
した場合、鋳型造形時に容易に空気層を形成できるよう
になり、型バラシ後の処理も容易となる。

【００２２】一方、上記保熱部をヒータにより形成した
場合、保熱温度のコントロールが可能となるので、上記
の作用をより効果的に実現することができるようにな
る。

【００２３】また、上記各構成を採用した場合におい
て、上記製品部キャビティーは、例えばエンジンの中空
カムシャフト鋳造用の縦型のものとして構成される。

【００２４】上記のような複数の湯道、すなわち迎え堰
を設けた鋳型による鋳造方法は、例えばエンジンの中空
カムシャフトのように細長い製品を鋳造する場合におい
て、製品部キャビティー内の溶湯に上部と下部とで温度
差が生じるのを防止するために有効である。そして、同
方法で鋳造されたカムシャフトは、鋳造後にガンドリル
と呼ばれる工具によって軸中心部が中空に機械加工され
るから、上述のように鋳造後の製品にセンターチル層が
発生しにくい鋳型構造を採用するのに適している。

【００２５】

【発明の効果】以上の結果、本願発明の鋳造用鋳型によ
ると、製品部キャビティー内に複数の湯道を介して導入
され、所定の部位で合流される溶湯の当該合流部以後の
キャビティー部における溶湯の中心部付近と外周部付近
との温度差が可及的に小さくなるようにし、製品部キャ
ビティー全体の冷却特性を均一に設定したので、従来の
ような局部的なセンターチルの発生が阻止され、ガンド
リルの摩耗等鋳造後の機械加工に要するコストを可及的
に低減することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１〜図６は、例えばエンジンカ
ムシャフトの鋳造に適用した本願発明の実施の形態に係
る鋳造用鋳型の構造を示している。

【００２７】この実施の形態における鋳造用鋳型は、例
えば図１に示すように、図示しないスチールショットに
よって保持されたシェル型の鋳型（主型）１内にエンジ
ンカムシャフトの構造に対応した製品部キャビティー２
が上下方向に細長く延びて形成され、それと並列に湯口
３から主湯道４が下方向に延び、同主湯道４の下部が上
記製品部キャビティー２の下部に接続されて相互に連通
されているとともに、さらに当該主湯道４の途中３ケ所
から分岐した第１〜第３の複数の枝湯道５ａ，５ｂ，５
ｃの各々が上記製品部キャビティー２の上下方向の所定
部位に上下に所定の間隔を保って整列した状態でそれぞ
れ接続されて溶湯が合流するようになっている。そし
て、上記製品部キャビティー２の最上端部には、凝固時
の引けを防止するための押し湯部６が設けられている。

【００２８】上記第１〜第３の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃ
は、前述の如く一般には「迎え堰」と呼ばれ、通常、鋳
造後に製品部から破断するのが容易なように絞り部が設
けられている（図示省略）。

【００２９】このように迎え堰と呼ばれる第１〜第３の
枝湯道５ａ〜５ｃを設けると、当該鋳造製品であるエン
ジンカムシャフトのように細長い製品を縦型鋳造する場
合において、上述した縦方向の製品部キャビティー２内
の溶湯の上部のものと下部のものとの間で温度差が生じ
るのを防止するのに有効となる。

【００３０】上記製品部キャビティー２は、図示のよう
に、上下方向の全体に亘って延びる小径の軸部形成部２
ａと該軸部形成部２ａの長手方向に予じめ設定された所
定の間隔を保って設けられた複数のカムフォーム形成部
２ｂ，２ｂ・・・とからなり、上記主湯道４の途中から
延びる第１〜第３の枝湯道５ａ〜５ｃは、上記カムフォ
ーム形成部２ｂ，２ｂ・・・との中間部位に所定ピッチ
を置いて（１段置きに）接続連通され、該接続連通され
た部分において、前述した製品部キャビティー２内下方
側からの溶湯との合流部（前述した図７のＰａ，Ｐｂ，
Ｐｃ参照）を形成している。該溶湯合流部部分の上記製
品部キャビティー２の軸部形成部２ａの構造は、例えば
鋳型（主型）１のみによって図３に示すように構成され
ている。

【００３１】また、同製品部キャビティー２の上記カム
フォーム形成部２ｂ，２ｂ・・・部分の構造は、例えば
鋳型（主型）１のみによって図４に示すように構成され
ている。そして、図示はしないが、該各カムフォーム形
成部２ｂ，２ｂ・・・外周の鋳型１内には、カムフォー
ム形成部２ｂ，２ｂ・・・内の凝固溶湯をチル化させる
ための冷し金が設けられている。

【００３２】一方、上記製品部キャビティー２の第１〜
第３の枝湯道５ａ，５ｂ，５ｃが接続連通された上記合
流部の上下に位置する４組のカムフォーム形成部２ｂ，
２ｂ、２ｂ，２ｂ、２ｂ，２ｂ、２ｂ，２ｂ間の軸部形
成部２ａ，２ａ・・部分（４ケ所）は、例えば図２に示
すように、その前後（鋳型１の扁平方向）外周面側に鋳
型（主型）１側に形成された凹部１３，１３との間で所
定の間隔を置くことによって各々空気層（断熱空間）１
２，１２を形成する筒状の補助鋳型１１，１１・・・に
よって構成されている。なお、図２〜図４中の符号１０
は、鋳型１の合わせ面を示している。

【００３３】そして、同補助鋳型１１，１１・・・の前
後両側に形成された上記空気層１２，１２、１２，１
２、１２，１２、１２，１２により、上記主湯道４下部
からの溶湯と第１〜第３の枝湯道５ａ〜５ｃからの溶湯
との合流部から当該合流後軸部形成部２ａ，２ａ・・内
に供給された溶湯のキャビティー内外周面部付近の温度
がスチールショットによって保持された上記シェル型の
鋳型１側への放熱によって急激に低下しないように保熱
されるようになっている。つまり、同空気層１２，１２
・・・が、上記製品部キャビティー２の下部側および上
記第１〜第３の各枝湯道５ａ〜５ｃから供給される溶湯
が相互に合流して供給される合流部以後の部位の溶湯の
温度低下を防止する保熱部として機能するようになって
いる。

【００３４】そして、それにより同部分において、鋳型
１の外周に充填された鋳型保持用のスチールショット側
への放熱機能を低減するとともにカムフォーム形成部２
ｂ，２ｂ・・・外周の冷し金による吸熱作用による溶湯
温度の低下をも抑制して、上記合流部の溶湯温度との均
一化を図り、製品部キャビティー２全体の溶湯冷却特性
の均一化を実現している。

【００３５】すなわち、本願発明の鋳造用鋳型の構成で
は、複数の湯道である主湯道４および第１〜第３の枝湯
道５ａ〜５ｃを介して製品部キャビティー２内に溶湯が
注入される鋳造用鋳型１において、主湯道４と第１〜第
３の枝湯道５ａ〜５ｃからの溶湯が合流する合流部以後
のキャビティー２の軸部形成部２ａ，２ａ・・外周に保
熱部となる空気層１２，１２を設けて構成されている。

【００３６】したがって、該構成によれば、主湯道４と
各枝湯道５ａ〜５ｃからの溶湯が合流した後のキャビテ
ィー部内においても、保熱部である空気層１２，１２・
・・によって溶湯周面付近の温度の急激な低下が阻止さ
れ、キャビティー内軸心部付近の溶湯との温度差の発生
が防止される。

【００３７】そして、上記構成では、上述のように空気
層１２，１２・・・により保熱部を形成するに際し、例
えば中心となる上記鋳型１をシェル型の主型により構成
し、当該保熱部を形成する空気層１２，１２・・・を、
同主型内において同主型凹部１３，１３・・・との間に
所定の間隔を置くことにより空気層１２，１２・・・を
形成する補助鋳型１１，１１・・・を組込むことにより
実現している。

【００３８】このような構成を採用した場合、鋳型造形
時に容易に空気層１２，１２・・・を形成できるように
なり、また型バラシ後の処理も容易となる。

【００３９】以上の結果、本願発明の鋳造用鋳型による
と、製品部キャビティー内に複数の湯道を介して導入さ
れ、所定の部位で合流される溶湯の当該合流部以後のキ
ャビティー部における溶湯の中心部付近と外周部付近と
の温度差が可及的に小さくなるようにし、製品部キャビ
ティー全体の冷却特性を均一に設定したので、従来のよ
うな局部的なセンターチルの発生が阻止され、ガンドリ
ルの摩耗等鋳造後の機械加工に要するコストを可及的に
低減することができる。

【００４０】（他の実施の形態）一方、上記保熱部とし
ての空気層１２，１２は、例えばヒータ構造に変更する
こともできる。そのようにした場合、保熱温度のコント
ロールが可能となるので、上記の作用をより効果的に実
現することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の形態に係る鋳造用鋳型の構造
を示す全体図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】図２のＤ−Ｄ断面図である。

【図６】図２のＥ−Ｅ断面図である。

【図７】従来の鋳造用鋳型の構造を示す全体図である。

【図８】同従来の鋳造用鋳型の製品部キャビティー各部
位におけるセンターチル生成量測定結果を示すグラフで
ある。

【図９】同従来の鋳造用鋳型の製品部キャビティーのセ
ンターチル生成量多量部の溶湯凝固状態を示す説明図で
ある。

【図１０】同従来の鋳造用鋳型の製品部キャビティーの
センターチル非生成部の溶湯凝固状態を示す説明図であ
る。

【符号の説明】１は鋳型、２は製品部キャビティー、３は湯口、４は主
湯道、５ａ〜５ｃは第１〜第３の枝湯道、１１は補助鋳
型、１２は空気層である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の湯道を介して製品部キャビティー
内に溶湯が注入される鋳造用鋳型において、各湯道から
の溶湯が合流する合流部以後のキャビティー部外周に保
熱部を設けたことを特徴とする鋳造用鋳型。
【請求項２】保熱部は、空気層により形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造用鋳型。
【請求項３】鋳型がシェル型の主型により構成され、
空気層は、同主型内において同主型との間に所定の間隔
を置いて空気層を形成する補助鋳型を組込むことにより
形成されていることを特徴とする請求項２記載の鋳造用
鋳型。
【請求項４】保熱部は、ヒータにより形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の鋳造用鋳型。
【請求項５】製品部キャビティーは、エンジンの中空
カムシャフト鋳造用の縦型のものとして構成されている
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の鋳造用
鋳型。