JP2005186150A - シリンダブロック及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 繊維又は粒子からなる金属強化材により形成されピストン摺動面となる内壁1aを構成する円筒形状のプリフォーム1に金型キャビティ用の剛材のホルダー2を嵌挿してプリフォームユニット3を形成する。そして、プリフォームユニット3をシリンダボア型6,7にセットし、ダイカスト法によりシリンダボア型6,7にアルミニウム溶湯5を鋳込んでピストン摺動面となるシリンダ内壁に金属基複合材を有するシリンダブロック8を形成した後、シリンダブロック8からホルダー2を取り外す。
【選択図】 図1
Description
また、特許文献2には、重力鋳造又は低圧鋳造によりシリンダブロックを製造する方法であって、プリフォームに樹脂製のホルダーを嵌挿し、プリフォームを補強した状態でシリンダブロックを製造した後、このホルダーを熱崩壊させて除去するという方法が開示されている。
また、上述したアルミニウム合金製のホルダーや樹脂製のホルダーは、一度使用したら切削加工や熱崩壊により除去してしまうため、ホルダーを再利用することは不可能である。つまり、シリンダブロックの量産化にあたり、ホルダーの製造コスト高を招いてしまうという課題もある。
請求項3記載の本発明のシリンダブロックの製造方法は、請求項1又は2記載の方法において、該プリフォームユニット形成ステップの前に、該ホルダーに離型剤を塗布する離型剤塗布ステップをそなえていることを特徴としている。
請求項4記載の本発明のシリンダブロックによれば、ダイカスト法により円筒形状のプリフォームを内在したシリンダブロックが形成されるので、製造されたシリンダブロックは軽量で、耐摩耗性に優れる。
図1は、本発明の一実施形態としてのシリンダブロックの製造方法を説明するための模式図である。
本実施形態に係るシリンダブロックは、車両等の内燃機関(エンジン)に適用されるものであって、シリンダライナを備えないライナレスシリンダブロックとして構成されている。以下、その具体的な製造方法を図1を参照しながら説明すると、まず、図1(a)に示すように、エンジンのピストンと摺動する面(内壁)1aを有する円筒形状のプリフォーム1をセラミック繊維,粒子等の強化材(繊維又は粒子からなる金属強化材)により形成するとともに、このプリフォーム1を補強するための円筒形状のホルダー2を金型キャビティ用の剛材であるSKD(工具鋼)材により形成する。
次に、図1(b)に示すように、プリフォームユニット3を炉4に入れてプリフォーム1及びホルダー2を加熱する(加熱ステップ)。このようにプリフォーム1を加熱(予熱)しておくことにより、後工程でアルミニウム溶湯5を鋳込んだ時にアルミニウム溶湯5がプリフォーム1に含浸し易くなる。
〔A〕鋳込み条件
(1)射出スピード
「鋳造圧力:73.5MPa、潤滑剤・離型剤:粉体、プリフォーム予熱:常温、ホルダー材:FC(鋳鉄)、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、ダイカスト法によるアルミニウム溶湯5の射出スピードに対するアルミニウム溶湯5の含浸量(プリフォーム表面からの含浸深さ。単位:mm)変化を調べた。この結果を図2に示す。
「射出スピード:0.6m/s、潤滑剤・離型剤:粉体、プリフォーム予熱:常温、ホルダー材:FC(鋳鉄)、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、鋳造圧力に対する含浸量変化を調べた。この結果を図3に示す。
ここでは、鋳造圧力63.7〜83.3MPaの範囲で実験を行なったが、図3に示すように、上記範囲では含浸量は略同等であることがわかる。ただし、鋳造圧力が低すぎると含浸しないおそれがあり、また、高すぎてもプリフォーム1を破壊してしまうおそれがあるため、鋳造圧力値を上記範囲の中間値、即ち73.5MPaに設定することが好ましい。これにより、アルミニウム溶湯5のプリフォーム1への含浸量を確実に確保することが可能となる。
「射出スピード:0.6m/s、鋳造圧力:73.5MPa、プリフォーム予熱:常温、ホルダー材:FC(鋳鉄)、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、潤滑剤及び離型剤の種類に対する含浸量を調べた。この結果を図4に示す。
この図4に示すように、ここでは、「潤滑剤:紛体、離型剤:紛体」,「潤滑剤:紛体、離型剤:湿式紛体」,「潤滑剤:油性、離型剤:湿式紛体」の3つの場合について実験を行なったが、いずれの場合についても含浸量は略同等であった。しかし、上記の「潤滑剤:紛体、離型剤:湿式紛体」,「潤滑剤:油性、離型剤:湿式紛体」の場合、外観鋳肌が悪化したため、潤滑剤及び離型剤はともに紛体であることが好ましい。
(4)プリフォーム予熱
「射出スピード:0.4m/s、鋳造圧力:73.5MPa、潤滑剤・離型剤:紛体、ホルダー材:FC(鋳鉄)、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、プリフォーム予熱に対する含浸量を調べた。この結果を図5に示す。
「射出スピード:0.4m/s、鋳造圧力:73.5MPa、潤滑剤・離型剤:紛体、プリフォーム予熱:420℃、ホルダー材:FC(鋳鉄)、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、プリフォームセット時間に対する含浸量変化を調べた。この結果を図6に示す。なお、ここでいうプリフォームセット時間とは、プリフォーム1の予熱を完了してから、プリフォーム1をシリンダボア型6,7にセットしてアルミニウム溶湯5の射出を開始するまでの時間のことをいう。
(1)ホルダー材質
「潤滑剤・離型剤:紛体、外周面:旋盤加工処理、押し出しタイミング:直後」という条件下で、ホルダー材質に対する押し出し荷重(kN)を調べた。この結果を図7に示す。なお、ここでいう押し出しタイミングとは、シリンダブロック8をシリンダボア型6,7から取り出した時点からホルダー2を押し出す時点までの経過時間のことをいい、ここでいう「直後」とは、シリンダブロック8をシリンダボア型6,7から取り外して直ぐにホルダー2を押し出すことをいう。
「射出スピード:0.4m/s、鋳造圧力:73.5MPa、潤滑剤・離型剤:紛体、プリフォーム予熱:420℃、プリフォームセット時間:30sec、ホルダー材:FC(鋳鉄)」という条件下で、ホルダー2の外周面処理に対する含浸量を調べた。この結果を図8に示す。
「潤滑剤・離型剤:紛体、ホルダー材:SKD、外周面処理:旋盤加工処理」という条件下で、ホルダー2の押し出しタイミングに対する押し出し荷重(kN)を調べた。この結果を図9に示す。
ここでは、シリンダブロック8をシリンダボア型6,7から取り外して直ぐにホルダー2を押し出した場合と、取り出してから10分後にホルダー2を押し出した場合とについて実験を行なったが、10分後に押し出した場合の押し出し荷重は、直後押し出しの場合の押し出し荷重の約2倍であること、即ち、ホルダー2を押し出しにくいことがわかった。また、「10分後押し出し」は、「直後」よりも押し出し荷重のばらつきが大きいことも確認された。したがって、ホルダー押し出しタイミングは、シリンダブロック8を取り外した直後に行なうことが好ましい。
「潤滑剤・離型剤:紛体、ホルダー材:SKD、外周面処理:旋盤加工処理、ホルダー押し出しタイミング:直後」という条件下で、ホルダー2を繰り返し使用し、その時のホルダー2の押し出し荷重(kN)を調べた。この結果を図10に示す。
ここでは、ホルダー2を6回再利用してシリンダブロック8を製造したが、図10に示すように、ホルダー2の押し出し荷重は略同等であった。この結果から、シリンダブロック8量産時のホルダー2の再利用性も期待できるものと考えられる。
上記の実験により得られた最適な鋳込み条件及びホルダー条件、即ち、「射出スピード:0.4m/s、鋳造圧力:73.5MPa、潤滑剤・離型剤:粉体、プリフォーム予熱:420℃、プリフォームセット時間:30sec、ホルダー材:SKD、外周面処理:旋盤加工処理」という条件の下で、ボア間肉厚の異なるシリンダボア型6,7で鋳込みを行ない、含浸量変化を調べた。この結果を図11に示す。
)、(ii)ボア切削加工,仕上げ加工による切削量(MAX1.4mm)、(iii)プリフ
ォーム1,ホルダー2の公差及びプリフォーム1をシリンダボア型6,7にセットした時のずれ(MAX0.5mm)、(iv)ボア切削加工,仕上げ加工位置の公差(MAX0.
1mm)を考慮し、シリンダブロック8を製造するにあたって必要な最低含浸量を2.5mmに設定した。つまり、含浸量が2.5mm以上あれば、そのシリンダブロック8は製品として十分に扱うことができることになる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
1a 内壁
1b 中空部
2 ホルダー
2a 中空部
3 プリフォームユニット
4 炉
5 アルミニウム溶湯
6 可動型
6a 突起部
7 固定型
8 シリンダブロック
9 金属基複合材
Claims (4)
- 繊維又は粒子からなる金属強化材により形成されピストン摺動面となる内壁を構成する円筒形状のプリフォームに金型キャビティ用の剛材のホルダーを嵌挿してプリフォームユニットを形成するプリフォームユニット形成ステップと、
該プリフォームユニットを形成した後、該プリフォームユニットをシリンダボア型にセットするプリフォームセットステップと、
該プリフォームユニットを該シリンダボア型にセットした後、ダイカスト法により該シリンダボア型にアルミニウム溶湯を鋳込んでピストン摺動面となるシリンダ内壁に金属基複合材を有するシリンダブロックを形成するシリンダブロック形成ステップと、
該シリンダブロックを形成した後、該シリンダブロックから該ホルダーを取り外すホルダー取り外しステップとをそなえている
ことを特徴とする、シリンダブロックの製造方法。 - 該プリフォームユニット形成ステップと該プリフォームセットステップとの間に、該プリフォームユニットを加熱する加熱ステップをそなえている
ことを特徴とする、請求項1記載のシリンダブロックの製造方法。 - 該プリフォームユニット形成ステップの前に、該ホルダーに離型剤を塗布する離型剤塗布ステップをそなえている
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のシリンダブロックの製造方法。 - ピストン摺動面となる内壁を構成する円筒形状のプリフォームを内在したシリンダブロックであって、
該プリフォームが繊維又は粒子からなる金属強化材により形成されているとともに、該プリフォームの中空部にホルダーが嵌挿され、ダイカスト法により該プリフォームにアルミニウム溶湯を含浸させることで該ピストン摺動面に金属基複合材が形成される
ことを特徴とする、シリンダブロック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003434087A JP2005186150A (ja) | 2003-12-26 | 2003-12-26 | シリンダブロック及びその製造方法 |
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JP2005186150A true JP2005186150A (ja) | 2005-07-14 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111014622A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 广西大学 | 一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法 |
CN114645796A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-06-21 | 爱柯迪股份有限公司 | 氮化硅纤维增强铝合金发动机缸套及制备方法 |
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2003
- 2003-12-26 JP JP2003434087A patent/JP2005186150A/ja active Pending
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