CN103492105B - 铸销 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铸销，其具有能够设置在任意部位的环形槽。铸销(10)具有：外管(11)，其形成为中空体的顶端被堵住的形态；内管(20)，其被插入该外管(11)；冷却管(30)，其被插入该内管(20)，并且向内管(20)内供给冷却剂。在内管(20)的外周面(21)形成有例如沿长度方向具有规定间隔的三个环形槽(22)。使刀具从内管(20)的径向外侧抵在内管(20)的外周面(21)上，从而在外周面(21)形成环形槽(22)。

Description

铸销

技术领域

本发明涉及一种改良后的冷却式铸销（鋳抜きピン）。

背景技术

在铸造的同时，在铸件上开设铸孔（鋳抜き穴）时需要用到铸销。与通过由钻头等进行的机械加工在铸件上开孔相比，精加工铸孔的加工余量更小，能够缩短机械加工的工时，并且材料的成品率也更好。

需要说明的是，由于铸销被插入型腔，被高温的熔融金属包围，所以铸销受到的热负荷变大。作为对策，推荐通过水等冷却剂来冷却的冷却式铸销（例如，参照专利文献1）。图18表示专利文献1所公开的铸销中的外销的截面。

参照图18，外销100在其内周面101上设有环形槽102。环形槽102一般是通过镗削法加工而成。即，利用钻头等在毛坯上开设中心孔。然后，将在刀杆103的顶端具有刃部104的镗刀105从中心孔的入口106插入该中心孔的内周面101，使镗刀与毛坯相对旋转，从而切削出环形槽102。

镗刀105的顶端的最大长度L小于入口106的直径是必要条件。入口106的直径越小，刀杆103的外径越小。刀杆103的外径越小，越容易发生刃部在刀杆103顶端的挠曲。因此，在镗削法中，环形槽102的加工精度变低。总之，在外销100的顶端107（远离入口106的部位）附近很难设置环形槽102。

但是，存在还需要在铸销的顶端107附近设置环形槽102的情况。因此，需要一种能够在任意部位设置环形槽102的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开2000-94115公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种能够容易地在任意部位设置环形槽的铸销（鋳抜きピン）。

用于解决技术问题的技术方案

根据第一方面发明，提供一种铸销，其具有：外管，其形成为中空体的顶端被堵住的形态；内管，其以使外周面与所述外管的内周面接触的方式被插入所述外管；冷却管，其以使外周面与所述内管的内周面保持规定的距离的方式被插入所述内管，并且向所述内管内供给冷却剂，在所述外管与所述内管之间设有隔热室，所述隔热室由形成在所述内管的外周面的环形槽和覆盖所述环形槽的所述外管的所述内周面形成。

在第二方面发明中，优选的是，所述外管由铁类材料制造，所述内管由铜类材料制造，常温时在所述外管的内周面与所述内管的外周面之间设有缝隙，以使得浇注熔融金属时所述内管的外周面与所述外管的内周面紧密接触。

在第三方面发明中，优选的是，所述内管被分为需要热传导的部位和需要保温的部位，所述需要热传导的部位由热传导率比所述需要保温的部位高的材料制造，通过接合所述需要热传导的部位与所述需要保温的部位而形成一体。

在第四方面发明中，优选的是，所述外管由铁类材料制造，所述内管中的需要热传导的部位由铜类材料制造，常温时在所述外管的内周面与所述需要热传导的部位的外周面之间设有缝隙，以使得浇注熔融金属时所述需要热传导的部位的外周面与所述外管的内周面紧密接触。

在第五方面发明中，所述铸销安装在模具上，所述模具在所述外管的周围形成制品薄壁部和比所述制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部，在所述制品薄壁部的附近设有所述隔热室。

在第六方面发明中，优选的是，所述铸销安装在模具上，所述模具在所述外管的周围形成制品薄壁部和比所述制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部，并且被插入所述模具的型腔的所述外管与所述模具局部地接触，在所述制品薄壁部的附近设有所述隔热室，并且在与所述模具接触的部位设有所述隔热室。

发明效果

在第一方面的发明中，环形槽形成在内管的外周面。使刀具从内管的径向外侧抵在内管的外周面上，能够在外周面形成环形槽。与镗削法不同，通过该方法，能够在内管的任意部位设置环形槽。由于无需担心刀具的挠曲，所以使环形槽的加工精度良好。

在第二方面发明中，外管由铁类材料制造，内管由铜类材料制造。常温时在外管与内管之间设有缝隙，浇注熔融金属时内管的外周面与外管的内周面紧密接触。由于铜的热膨胀系数是铁的大约1.5倍，所以能够实现紧密接触、缝隙。

在浇注熔融金属时，除环形槽之外由于内管与外管紧密接触，所以熔融金属的热量按照外管、内管的顺序顺畅地传递，并且被冷却剂吸收。

在熔融金属凝固后，作为脱模的一个环节，将铸销从铸件分离。于是，内管被冷却剂冷却，能够在外管与内管之间产生缝隙。随后，内管被冷却剂冷却，但是外管却没有被冷却剂冷却。外管的冷却变得缓慢，在保持高温的状态下被用于接下来的铸造。

铸造前在外管上涂敷液体状脱模剂。利用外管的潜伏热，使该脱模剂在接下来的浇注前被充分地干燥。假设，如果外管处于低温状态，液体状脱模剂几乎没有被干燥。如果在这种状态下进行浇注，脱模剂所含有的液体由于熔融金属的热量气化，会产生气孔等铸造缺陷。就这一点而言，在本发明中，由于无需担心从脱模剂产生气体，所以能够使铸造品质良好。

在第三方面发明中，内管被分为需要保温的部位和需要热传导的部位，需要热传导的部位由热传导率比需要保温的部位高的材料制造，通过接合需要热传导的部位与需要保温的部位而形成一体。由于需要保温的部位的热传导率低，所以能够发挥保温效果。由于需要热传导的部位的热传导率高，能够得到好的热传导。

在第四方面发明中，外管由铁类材料制造，内管中的需要热传导的部位由铜类材料制造，常温时在外管的内周面与需要热传导的部位的外周面之间设有缝隙，以使得浇注熔融金属时需要热传导的部位的外周面与外管的内周面紧密接触。在浇注熔融金属时，由于除环形槽之外，内管与外管紧密接触，所以熔融金属的热量按照外管、内管的顺序顺畅地传递，并且被冷却剂吸收。

在熔融金属凝固后，作为脱模的一个环节，将铸销从铸件分离。于是，内管被冷却剂冷却，能够外管与内管之间产生缝隙。随后，内管被冷却剂冷却，但是外管却没有被冷却剂冷却。外管的冷却变得缓慢，在保持高温的状态下被用于接下来的铸造。

铸造前在外管上涂敷液体状脱模剂。利用外管的潜伏热，使该脱模剂在接下来的浇注前被充分地干燥。假设，如果外管处于低温状态，则液体状脱模剂几乎没有被干燥。如果在这种状态下进行浇注，脱模剂中含有的液体由于熔融金属的热量而气化，会产生气孔等铸造缺陷。就这一点而言，在本发明中，由于无需担心从脱模剂中产生气体，所以能够使铸造品质良好。

在第五方面发明中，在制品薄壁部的附近设有隔热室。如果比制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部在进行铰孔等加工时形成气孔等，则会产生加工时的钻头弯曲、漏压等缺陷，所以希望在制品壁厚部的中央形成最后凝固部。因此，需要使与模具相接的表层部快速冷却。另外，由于熔融金属难以填充制品薄壁部，所以设置隔热层来进行保温。其结果是，无论制品的壁厚如何变化，都能够在一根冷却销的周围使冷却能发生变化。

在第六方面发明中，铸销装置安装在模具上，所述模具在所述外管的周围形成制品薄壁部和比该制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部，并且被插入型腔的外管与模具局部地接触，在制品薄壁部的附近设有隔热室，并且在与模具接触的部位设有隔热室。

如果比制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部在进行铰孔等加工时形成气孔等，会产生加工时的钻头弯曲、漏压等缺陷，所以希望在制品壁厚部的中央形成最后凝固部。因此，需要使与模具相接的表层部快速冷却。另外，由于熔融金属难以填充制品薄壁部，所以设置隔热层来进行保温。其结果是，无论制品的壁厚如何变化，都能够在一根冷却销的周围使冷却能发生变化。

附图说明

图1是基于本发明的实施例的铸销的分解图。

图2是图1所示的铸销的剖面图。

图3是沿图2的3-3线的放大剖面图。

图4是表示图3中所示的铸销在浇注后，在外管与内管之间产生缝隙的状态的剖面图。

图5是图1所示的铸销的变更例的分解图。

图6是基于图5所示的变更例的铸销的剖面图。

图7是沿图6的7-7线的放大剖面图。

图8是表示在图7所示的铸销在浇注后，在外管与内管之间产生缝隙的状态的剖面图。

图9是气缸体的立体图。

图10是放大气缸体的一部分的剖面图。

图11是放大气缸体用模具的一部分的剖面图。

图12是表示将熔融金属注入图11所示的模具的型腔的剖面图。

图13是表示从图12的状态对模具进行脱模的状态的分解剖面图。

图14是沿图13的14-14线的剖面放大图。

图15是气缸盖的剖面图。

图16是图15所示的气缸盖用模具的剖面图。

图17是放大图16所示的气缸盖用模具的一部分的剖面图。

图18是现有的铸销中的外销的剖面图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明优选的实施例进行说明。基于图1～图4说明本发明第一、二方面发明，基于图5～图8说明本发明第三、四方面发明，基于图9～图14说明本发明第五方面发明，基于图15～图17说明本发明第六方面发明。

【实施例】

如图1所示，铸销10包括：外管11，其形成为中空体的顶端被堵住的形态；内管20,其以使外周面21与该外管11的内周面12接触的方式被插入外管11；冷却管30，其以使外周面33与内管20的内周面23保持规定的距离（图3所示的缝隙32）的方式被插入内管20，并且向内管20内供给冷却剂。

内管20具有形成在外周面21上的例如三个环形槽22。使刀具从内管20的径向外侧抵在内管20的外周面21上，从而能够在外周面21上形成环形槽22。与镗削法不同，通过该方法，能够在内管20的任意部位设置环形槽22。由于无需担心刀具的挠曲，所以能够使环形槽22的加工精度良好。

铸销10的成品的形态如图2所示。通过外管11的内周面12堵住设在内管20的外周面的环形槽22，从而形成矩形截面的隔热室24。水等冷却剂从中央的冷却管30内流向顶端部31，并且从顶端部31被供给到内管20内。冷却剂翻转而通过冷却管30与内管20之间的缝隙32地流动，并且对内管20进行强制冷却。通过内管20冷却外管11。

如图3所示，在常温时，在外管11的内周面12与内管20的外周面21之间设有缝隙25，并且内管20的内周面23与冷却管30的外周面33之间设有缝隙32。优选内管20为铜合金制品。铜合金的热膨胀系数为17.7×10^-6（mm/mm·K），热传导率为372（W/m·K）。

优选外管11为钢制品。热作工具钢的热膨胀系数为12.1×10^-6（mm/mm·K），热传导率为32.7（W/m·K）。

在图3中，在外管11被660℃以上的高温熔融铝包围时，外管11变得高温，由于承受该热量而使内管20的温度也上升。假设常温时外管11的内径为10mm，假设其达到400℃。

常温（25℃）时内周面的周长为10π（mm）。400℃时内周面的周长通过10π[1+12.1×10^-6×(400-25)]=10π×1.0045=10.045π的计算，求得10.045π（mm）。将其换算成直径，400℃时外管11的内径为10.045mm。

另一方面，虽然利用冷却剂对内管20进行了冷却，但是预测内管20在刚浇注之后的温度能够达到与外管11的内周面大致相同的400℃左右。假设常温时内管20的外径为9.98mm，假设其达到400℃。

常温（25℃）时外周面的周长为9.98π（mm）。400℃时外周面的周长通过9.98π[1+17.7×10^-6×(400-25)]=9.98π×1.0066=10.046π的计算，求得10.046π（mm）。将其换算成直径，400℃时内管20的外径为10.046mm。该值与外管11的内径（10.045mm）近似。

通过(10-9.98)/2=0.01的计算，在常温时，能够确保外管11与内管20之间具有1/100mm的缝隙25。

在浇注后，如图4所示，基于热膨胀系数的差，缝隙消失，从外管11向内管20的热传递变得强烈，能够抑制外管11的温度上升。

接下来，基于图5～图8说明铸销的变更例。如图5所示，基于变更例的铸销10B包括：外管11，其形成为中空体的顶端被堵住的形态；内管20B，其以使外周面21与该外管11的内周面12接触的方式被插入外管11；冷却管30，其以使外周面33与内管20B的内周面23保持规定的距离（图7所示的缝隙32）的方式被插入内管20B，并且向内管20B内供给冷却剂。

外管11是热膨胀系数为12.1×10^-6（mm/mm·K）的热作工具钢制品。根据铸件侧的要求，沿轴向被分为需要热传导的部位Z1和需要保温的部位Z2。内管20B以铜制的端帽26为需要热传导的部位Z1，以不锈钢管27为需要保温的部位Z2。即，使端帽26与不锈钢管27的一端嵌合，并且通过钎焊（ろう付け）一体化。由于其他结构与图1相同，在此沿用图1的附图标记并且省略说明。

铸销10B的成品的形态如图6所示，通过外管11的内周面12堵住设在内管20B的外周面的环形槽22，从而形成矩形截面的隔热室24。水等冷却剂在中央的冷却管30内流向顶端部31，并且从顶端部31被供给到内管20内。冷却剂翻转而通过冷却管30与内管20B之间的缝隙32地流动，从而对内管20B进行强制冷却。通过内管20B冷却外管11。

构成端帽26的铜合金的热传导率为372（W/m·K）。不锈钢管27的热传导率为16.7（W/m·K，SUS304）。不锈钢管27的热传导率是端帽26的1/20以下，除此以外，由于具有隔热室24，热传导性较差。即，不锈钢管27的保温性能较好，适合于需要保温的部位Z2。端帽26的热传导率是不锈钢管27的20倍以上，所以其热传导性较好，适合于需要热传导的部位Z1。

如图7所示，常温时能够确保在外管11与端帽26之间具有1/100mm（0.01mm）左右的缝隙25。如图8所示，在浇注熔融金属时，由于热膨胀系数的差，端帽26与外管11紧密接触，从外管11向端帽26的热传导变得强烈，能够抑制外管11的温度上升。

图9表示铸件的代表例即气缸体40。气缸体40在气缸套41的周围具有水套42，在该水套42的外侧具有多个（在该例子中为10个）螺栓孔43，在该螺栓孔43的外侧具有油道44。

如图10所示，螺栓孔43的顶端被切削出内螺纹部45。因此，螺栓孔43的深处的直径较小，其他部分的直径较大。其结果是，内螺纹部45附近的壁厚T2变厚，其他部位的壁厚T1变薄。

下面，对铸造这种形态的气缸体40的模具的结构进行说明。如图11所示，气缸体用模具50包括：包围气缸体的侧面的侧模51和覆盖该侧模51的可动模52。在可动模52突出地设有水套形成部53和油道形成部54，并且在水套形成部53与油道形成部54之间设有铸销装置10B。观察包围铸销装置10B的型腔55，顶端的缝隙的大小T2比其他部位的缝隙的大小T1大。

如图12所示，若向型腔55浇注熔融铝，在缝隙为T1的区域，由于在外管11与内管20B之间设有隔热室24，所以热量的传导被限制。在缝隙为T2的区域，由于端帽26是铜制品且热传导率大，所以热量的传导变得强烈。

通常，由于在厚壁部的表层附近存在气孔（鋳巣），所以会产生以下缺陷。在进行铰孔等机械加工时，孔与气孔连通，会产生漏压。另外，钻头在加工时发生弯曲。

在本发明中，快速冷却厚壁部，即一般厚壁部。于是，表层部产生白口层（チル層）。由于该白口层的加工性良好并且组织致密，所以即使壁厚中央存在气孔也无需担心气孔与螺栓孔连通。也无需担心钻头弯曲。因此，为了使厚壁部的壁厚中央部具有最后凝固部，对厚壁部（一般厚壁部）进行快速冷却。

另外，由于薄壁部的型腔空间狭窄，所以熔融金属的充填很难。如果熔融金属在没有充填到型腔角落时发生凝固，容易产生缺肉。在本发明中，通过隔热室对制品薄壁部进行保温，从而抑制熔融金属的温度下降。通过保温来确保熔融金属的流动，能够防止缺肉的产生。

即，如果比制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部在进行铰孔等加工时形成气孔等，会产生加工时的钻头弯曲、漏压等缺陷，所以希望在制品壁厚部的中央形成最后凝固部。因此，需要使与模具接触的表层部快速冷却。另外，由于熔融金属难以填充制品薄壁部，所以设置隔热层进行保温。其结果是，无论制品的壁厚是否按T1～T2变化，都能够在一根冷却销的周围使冷却能发生变化。

如果熔融金属凝固，则如图13所示，按照箭头方向从气缸体40分离侧模51和可动模52。

如图14（a）所示，从浇注熔融金属至冷却的初期，因为熔融金属的热量良好地传导至外管11和端帽26，所以由于热膨胀差，端帽26与外管11紧密接触。

从铸造周期的末期至开模期间，由于熔融金属的温度降低或凝固，向外管的热传导（吸热）急剧减少。另外，端帽26被冷却剂冷却。

使外管11的内周面下降至300℃。300℃时内周面的周长通过10π[1+12.1×10^-6×(300-25)]=10π×1.0033=10.033π的计算，求得10.033π（mm）。将其换算成直径，300℃时外管11的内径为10.033mm。

另外，由于端帽26被冷却剂冷却，所以预测其温度变为100℃左右。100℃时外周面的周长通过9.98π[1+17.7×10^-6×(100-25)]=9.993π的计算，求得9.993π（mm）。将其换算成直径，100℃时端帽26的外径为9.993mm。

通过（外管的内径-端帽的外径）/2=(10.033-9.993)/2=0.02的计算，即如图14（b）所示，产生0.02mm的缝隙25。由于该缝隙25发挥了隔热作用，所以只有端帽26被冷却剂冷却，缝隙25增大。但是，由于缝隙25的存在，外管11的温度并没有下降那么多。

在图13中，外管11在保持高温的状态下被用于接下来的铸造。铸造前在外管11上涂敷液体状的脱模剂。利用外管11的潜伏热（保有熱），该脱模剂在接下来的浇注前被充分地干燥。

假设，如果外管11处于低温，液体状脱模剂几乎没有被干燥。如果在这种状态下进行浇注，脱模剂所含有的液体被熔融金属的热量气化，产生气孔等铸造缺陷。

就这一点而言，在本发明中，利用外管11的潜伏热，使脱模剂在接下来的浇注前被充分地干燥，无需担心从脱模剂产生气体，能够提高铸造品质。

在图5中，变更例的内管20B由铜合金制的端帽26和不锈钢管27构成。铜合金的热膨胀系数为17.7×10^-6（mm/mm·K）。另外，不锈钢的热膨胀系数为17.6×10^-6（mm/mm·K），不锈钢管27和端帽26的热膨胀系数几乎是相等的。

其结果是，在铁类的外管11与不锈钢管27之间产生与由图14（a）、图14（b）说明的作用相同的作用。即，铁类的外管11和不锈钢管27在浇注时如图14（a）所示的那样紧密接触，凝固后如图14（b）所示的那样产生缝隙25，从而维持外管11的高温性。

接下来，对将本发明适用于铸件的其他代表例即气缸盖的例子进行说明。如图15所示，气缸盖60具有支承凸轮轴的第一～第五轴支承部61～65。如图所示，由于第一轴支承部61和第五轴支承部65的体积大，所以称其为一般壁厚部。另外，由于第二～第四轴支承部62～64比一般壁厚部的体积小，所以称其为制品薄壁部。

为了铸造这样的气缸盖60，采用了图16所示的气缸盖用模具70。即，气缸盖用模具70由下模71和上模72构成，在上模72上设有第一～第四突部73～76。

通过第一突部73的图中左侧的第一型腔81和第四突部76的图中右侧的第五型腔85形成一般壁厚部。通过第一突部73与第二突部74之间的第二型腔82、第二突部74与第三突部75之间的第三型腔83以及第三突部75与第四突部76之间的第四型腔84形成制品薄壁部。

而且，以贯通第一～第五轴支承部61～65的方式从左右两侧插入铸销装置10C、10D。

利用图17详细说明图中左侧的铸销10C和模具70。由于图中右侧的铸销装置10D与铸销10C具有相同的形状，所以省略了对铸销装置10D与模具70之间的关联的说明。

如图17所示，铸销10C由外管11、内管20和冷却管30构成，但是设在内管20外周面的环形槽22并没有设在与第一型腔81对应的部位，而是设在与第二型腔82对应的部位和与第一～第二突部73、74接触的部位。

即，铸销10C安装在模具70上，并且被插入型腔的外管11与模具（第一～第二突部73、74）局部接触，所述模具70能够在外管11的周围形成制品薄壁部（通过第二型腔82形成）、比该制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部（通过第一型腔81形成），在所述铸销10C中，在制品薄壁部（通过第二型腔82形成）的附近和与模具接触的部位（第一～第二突部73、74）形成有隔热室24。

如果比制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部在进行铰孔等加工时形成气孔等，则会产生加工时的钻头弯曲、漏压等缺陷，因此，希望在制品壁厚部的中央形成最后凝固部。因此，需要使与模具相接的表层部快速冷却。另外，由于熔融金属难以填充制品薄壁部，所以设置隔热层来进行保温。其结果是，无论制品的壁厚如何变化，都能够在一根冷却销的周围使冷却能发生变化。

在实施例中，例示了将本发明的铸销适用于气缸体、气缸盖的例子，但是本发明的铸销也可以供其他铸件的铸造使用。

工业实用性

本发明的铸销特别适用于气缸体的铸造。

附图标记说明

10，10B，10C，10D…铸销，

11…外管，

12…外管的内周面，

20，20B…内管，

21…内管的外周面，

22…环形槽，

23…内管的内周面，

24…隔热室，

25…外管与内管之间的缝隙，

30…冷却管，

32…内管与冷却管之间的缝隙，33…冷却管的外周面，

50…模具（气缸体用模具），

70…模具（气缸盖用模具），

Z1…需要热传导的部位，

Z2…需要保温的部位。

Claims (3)

1.一种铸销，其特征在于，具有：

外管，其形成为中空体的顶端被堵住的形态；

内管，其以使外周面与所述外管的内周面接触的方式被插入所述外管；

冷却管，其以使外周面与所述内管的内周面保持规定的距离的方式被插入所述内管，并且向所述内管内供给冷却剂，

在所述外管与所述内管之间设有隔热室，

所述隔热室由形成在所述内管的外周面的环形槽和覆盖所述环形槽的所述外管的所述内周面形成，

所述外管由铁类材料制造；

所述内管分为由不锈钢制造的部位和铜类材料制造的部位，且所述不锈钢制造的部位和铜类材料制造的部位通过接合而一体化，

所述内管的由不锈钢制造的部位为需要保温的部位，所述内管的由铜类材料制造的部位为需要热传导的部位，所述需要热传导的部位由热传导率比所述需要保温的部位高的材料制造，

所述内管中的需要热传导的部位在常温时在所述外管的内周面与所述需要热传导的部位的外周面之间设有缝隙，以使得浇注熔融金属时所述需要热传导的部位的外周面与所述外管的内周面紧密接触。

2.根据权利要求1所述的铸销，其特征在于，

所述铸销安装在模具上，所述模具在所述外管的周围形成制品薄壁部和比所述制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部，在所述制品薄壁部的附近设有所述隔热室。

3.根据权利要求1所述的铸销，其特征在于，

所述铸销安装在模具上，所述模具在所述外管的周围形成制品薄壁部和比所述制品薄壁部的壁部厚的一般壁厚部，并且被插入所述模具的型腔的所述外管与所述模具局部地接触，在所述制品薄壁部的附近设有所述隔热室，并且在与所述模具接触的部位设有所述隔热室。