JP2005297031A - シリンダブロック鋳造用中子 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、クローズドシリンダブロックのウォータジャケットの形状を精度良く形成することができるシリンダブロック鋳造用中子を提供することを課題とする。
【解決手段】 リンダブロックのウォータジャケット部を形成するために、準備する鋳造用中子１２において、この中子１２は、設計上のウォータジャケット部の形状に対して、鋳造圧力の影響で変形する変形量δを見込んだ歪な形状に造型した。すなわち中子１２は、鋳造時に溶湯の圧力を中子１２の内側及び外側に受けるが、鋳造金型の配設方向及び溶湯注入口の影響により、全体として中子１２の内側の面１４に溶湯圧力がかかる。この溶湯圧力Ｆは、中子１２のセット角度θ１を打ち消す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリンダブロックを鋳造するダイカスト鋳造用金型の内部に配設し、前記シリンダブロックにウォータジャケット部を形成するシリンダブロック製造用中子に関する。

従来シリンダブロックにウォータジャケットを形成するため使用するシリンダブロック鋳造用中子として、中子の側面にサイド巾木を有する中子（砂中子ともいう。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１９１０４８公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１２は従来の技術の基本構成を説明した図であり、シリンダブロック鋳造用砂中子１０１は、ウォータジャケット形成部１０２の側面に設けるサイド巾木１０３・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）と、ウォータジャケット形成部１０２に設け鋳造金型に突き当てる端面巾木１０４・・・とを有する砂中子である。

このサイド巾木１０３・・・を鋳造金型の一部により支持しつつ鋳造金型を閉じ、金型のキャビティ内に溶湯を充填し、キャビティ内の溶湯を固化させた後、金型内から砂中子と一体の鋳物を取出し、鋳物内の砂中子を崩壊させ、除去して、目的物としてのシリンダブロック１０５を得るというものである。

従来、一般に高圧鋳造に砂中子を使用することは、砂中子の破損（又は折損）や変形が発生するため不向きであるとされており、砂中子を使用して鋳造する際は、低圧鋳造又は中圧鋳造が主に用いられてきた。

砂中子の折損に対しては、中子造型の際、高圧力により砂中子を固めて砂中子の強度を上げることで砂中子の耐折損性は向上し、折損の起きにくい砂中子を得ることができる。
しかし、高圧の溶湯は砂中子を変形させ、金型内で砂中子の変形を引き起こす場合があるため、ウォータジャケットの形状を精度良く形成することは困難であった。

そこで本発明は、シリンダブロックのウォータジャケットの形状を精度良く形成できるシリンダブロック鋳造用中子を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、シリンダブロックのウォータジャケット部を形成するために、準備する鋳造用中子において、この中子は、設計上のウォータジャケット部の形状に対して、鋳造圧力の影響で変形する変形量を見込んだ歪な形状にしたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、中子は、中子造型に必要な抜き勾配を備え、且つこの勾配を増減することで歪な形状にしたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、あらかじめ、中子の形状を設計上のウォータジャケット部の形状に対して、鋳造圧力の影響で変形する変形量を見込んだ歪な形状にしたので、シリンダブロック内にウォータジャケットを精度良く形成することができるという利点がある。

請求項２に係る発明では、中子の歪な形状は、既存の抜き勾配に変量分を増減するだけで行える。
既存の抜き勾配を変化させるだけであり、中子に簡便に反映することがでる。
この結果、中子造型コストの高騰化を抑えることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明の原理を説明する図（鋳造前における中子の形状）であり、シリンダブロック１０のウォータジャケット部１１を形成するために、準備する鋳造用中子１２において、鋳造圧力の影響により変形する変形量をあらかじめ見込んだ見込み量δをもたせて造型したシリンダブロック鋳造用中子１２の断面形状を示す。原理を分かり易く説明するため、実際の形状よりも中子の見込み量δは大目に設定した。なお、軸Ｘ−Ｘはシリンダブロックの軸である。

鋳造金型のキャビティ内部において、中子１２の一部を構成するサイド巾木部１３により中子１２を支持する。中子１２は、シリンダブロックの軸Ｘ−Ｘに対し見込み量δで鋳造金型のキャビティ内に配置する。

鋳造時に中子１２の内側の面１４及び外側の面１５に溶湯の圧力を受けるが、中子１２のキャビティ内の配設位置、鋳造金型の配設方向及び溶湯注入口位置の違いにより、中子１２の内側の面１４に溶湯圧力がかかる。キャビティの内部で、中子１２を支持する部位は、サイド巾木部１３であり、鋳造前の中子１２に反映した見込み量δを減らす向きの力Ｆがかかる。

図２は本発明の原理を説明する図（鋳造後における中子の形状）であり、鋳造圧力の影響を受けた後のシリンダブロック鋳造用中子の形状を示す。
すなわち、鋳造金型のキャビティ内に配置され、溶湯による鋳造圧力Ｆを受け、鋳造完了時の中子１２の見込み量δはゼロになり、所定の形状のウオータジャケットを有するシリンダブロックを得ることができるというものである。

図３は本発明に係るシリンダブロックの鋳造フロー図であり、ＳＴＸＸはステップ番号を示す。
ＳＴ０１：（仮中子造型工程）：仮中子を造型する。
ＳＴ０２：（仮中子配置工程）：鋳造金型に仮中子を配置する。
ＳＴ０３：（予備ダイカスト鋳造工程）：仮中子を配置した鋳造金型で予備ダイカスト鋳造を行う。

ＳＴ０４：（ウォータジャケット形状測定工程）：ＳＴ０３により鋳造したシリンダブロックを切断し、ウォータジャケットの形状を測定する。
ＳＴ０５：（仮中子の変形算出工程）：仮中子工程で造型した仮中子の形状とウォータジャケットの形状とを比較し、仮中子の変形量を算出する。そして、この変形量を見込んだ修整仮中子の形状を過去の中子データと経験とから算出する。

ＳＴ０６：（修整仮中子造型工程）：仮中子の変形量を見込んだ修整仮中子を造型する。
ＳＴ０７：（修整仮中子配置工程）：鋳造金型に造型した修整仮中子を配置する。
ＳＴ０８：（予備ダイカスト鋳造工程）：修整仮中子を配置した鋳造金型で予備ダイカスト鋳造を行う。

ＳＴ０９：（ウォータジャケット形状測定工程）：ＳＴ０８で修整仮中子により鋳造したシリンダブロックを切断し、ウォータジャケットの形状を測定する。
ＳＴ１０：（ウォータジャケット形状判定工程）：ウォータジャケットの形状が所定の公差範囲内にあるかどうかを判定する。所定の公差範囲内にあればＳＴ１１に移る。
もし、所定の公差範囲外であれば、ＳＴ０５に戻る。
ＳＴ１１：（本鋳造工程）：修整仮中子を本中子として本鋳造する。すなわち、量産体制に入る。

以下、仮中子の変形反映前の予備ダイカスト鋳造（ＳＴ０３）と仮中子の変形反映後の予備ダイカスト鋳造（ＳＴ０８）とを取上げ、あらかじめ高圧鋳造による中子の変形を見込んだ見込み量を中子に反映することで、高圧鋳造後に所定の形状をもつウォータジャケット部を得ることができることを詳しく説明する。
図４は予備ダイカスト鋳造（仮中子の変形反映前）を示す作用図であり、シリンダブロックの鋳造フロー図のＳＴ０３を説明したものである。

鋳造金型２０は、溶湯注入ゲート２１を含む固定キャビティ２２と、固定キャビティ２２の左方からセットしたボアピン２３と、このボアピン２３を取付けた抑え部材２４と、上方からセットした第１スライドコア２５と、下方からセットした第２スライドコア２６とからなる部材である。そして、ボアピン２３の周囲にシリンダライナー２７を嵌め、シリンダライナー２７の周囲に形成したキャビティ２８に、本発明の中子１２を配設し、溶湯注入ゲート２１から溶湯の注入する状態である。図矢印２９は溶湯の流れる湯回り方向を示す。

溶湯の湯回りは、溶湯注入ゲート２１の配置とキャビティ２２の断面形状とに大きく影響される。
中子の内側の面１４は、時間当たりの流れる溶湯の流量が多いメイン通路に面しているため、外側の面１５に比べて内側の面１４に溶湯が流れ込み易く、溶湯の湯回りは、断面図の下側の中子１２の内側の面１４が、中子の外側の面１５に比べ早いといえる。

この結果、溶湯は中子１２の内側の面１４により早く回るため、内側の面１４と外側の面１５とで溶湯が充填されるタイミングにずれが生ずる。
この結果、中子の一端３１に図上から下向きに力Ｆ１がかかり、中子１２の一端３１は下側に変形する。
すなわち、８５ＭＰａ〜１００ＭＰａという圧力で溶湯を注入する高圧鋳造において、溶湯圧力が中子１２にかかり、中子１２に変形が発生する場合がある。

図５は図４の５−５線断面図である。但し、第１スライドコア２５と第２スライドコア２６は省略した。
ＳＴ０３において、高圧の溶湯が鋳造金型のキャビティに入り、中子１２の一端３１に下向きの力Ｆ１を受け、鋳造後の中子１２の一端３１に図下向きの変形量ｄ１が発生したことを示す。

図６は予備ダイカスト鋳造（仮中子の変形反映後）を示す作用図であり、シリンダブロックの鋳造フロー図のＳＴ０８を説明したものである。
高圧の溶湯が鋳造金型２０のキャビティ２８に入り、中子１２の一端に図下向きに押し下げる力Ｆ２が加わる。この中子１２は、変形を見込んだ見込み量δを反映した仮中子１２である。

図７は図６の７−７線断面図であり、変形反映後の仮中子１２をキャビティ２８内に配設し、予備ダイカスト鋳造をしたときの中子の変形ｄ２を説明するものであり、図５において発生した仮中子の変形ｄ１とを比較すると、ｄ２≪ｄ１と大幅に減らすことができることを示す。
あらかじめ、中子１２の形状を設計上のウォータジャケット部の形状に対して、鋳造圧力の影響で変形する変形量を見込んだ歪な形状にしたので、シリンダブロック１０内にウォータジャケット部１１を精度良く形成することができる。

図８は図１の別実施例図であり、鋳造圧力の影響により変形する変形量をあらかじめ見込んだ形状に造型したシリンダブロック鋳造用中子の形状を示す。
図において、原理を分かり易く説明するため、実際の形状よりも見込み角度θは大目に設定した。

鋳造金型のキャビティ内において、サイド巾木部１３で鋳造時の中子１２を支持する。中子は、シリンダの軸１１に対し見込み角度θで鋳造金型のキャビティ内に配置する。
この見込み角度θは、中子造型に必要な抜き勾配θ１に鋳造圧力により変形する中子１２の変量とは逆の向きにθ２だけ反映した角度である。

鋳造時に溶湯の圧力を中子１２の内側の面１４及び外側の面１５に受けるが、鋳造金型の配設方向及び溶湯注入口の影響により、全体として中子１２の内側の面１４に溶湯圧力がかかる。キャビティの内部で、中子１２を支持するのは、中子の他端４１に備えるサイド巾木部１３であり、中子の一端３１に中子１２の見込み角度θを減らす方向に力Ｆ３がかかる。

図９は図２の別実施例図であり、鋳造圧力の影響を受けた後のシリンダブロック鋳造用中子の形状を示す。
すなわち、鋳造金型のキャビティ内に配置した鋳造圧力を見込んだ形状に造型した中子は、溶湯による鋳造圧力を受け変形し、所定の形状のウオータジャケットを有するシリンダブロックを得ることができる。

すなわち、中子１２は、中子造型に必要な抜き勾配４４（図８参照）を備えているが、この抜き勾配４４を増減することで中子の変形量を見込んだ歪な形状に造型する。
中子１２の歪な形状は、既存の抜き勾配４４の角度θ１に変量分θ２を増減するだけであり、既存の抜き勾配４４の角度θ１を変化させるだけで中子１２に簡便に反映することができる。この結果、中子造型コストの高騰化を抑えることができる。

図１０は図３の別実施例図であり、図３のシリンダブロックの鋳造フロー図と異なる点は、ＳＴ０６において、仮中子１２の変形の算出結果を仮中子１２の抜き勾配の増減に換算し、この抜き勾配の増減を反映した仮中子１２を造型する工程を追加したという点であり、他は同じである。

図１１は仮中子の抜き勾配の増減を反映した仮中子を造型する造型フロー図であり、シリンダブロックの鋳造フロー図のＳＴ０７を説明したものである。
（ａ）において、中子造型金型５０は、第１中子造型ホルダ５１と、このホルダ５１に対向して配置する第２中子造型ホルダ５２と、中子コア型５３とから構成する部材である。

中子造型金型５０の内部に造型砂５４を充填し、第１中子造型ホルダ５１と、第２中子造型ホルダ５２とを図矢印Ａ方向に摺動つつ、双方のホルダ５１、５２を合せ、鋳造圧力による変量を算出し、この変量から仮中子の抜き勾配の増減を反映した抜き勾配を有する中子１２を造型する。
このとき、中子コア型５３は所定の抜き勾配を有するので、中子成型後に抜くことができるため、中子の造型を行うことができる。

（ｂ）において、第１中子造型ホルダ５１と、第２中子造型ホルダ５２と、中子コア型５３とを合わせ所定の抜き勾配をもつ中子１２を造型することを示す。
（ｃ）において、第１中子造型ホルダ５１と、第２中子造型ホルダ５２と、中子コア型５３とを外した状態であり、見込み角度θの中子１２の造型が完了したことを示す。中子コア型５３は所定の抜き勾配を有するので、成型後の中子１２を抜くことができる。

中子１２の歪な形状は、既存の抜き勾配に変量分を増減するだけで行える。
既存の抜き勾配を変化させるだけであり、中子１２に簡便に反映することがでる。
この結果、中子造型コストの高騰化を抑えることができる。

尚、請求項１において、鋳造圧力の影響で変形する変形量を見込んだ中子の歪な形状は、あらかじめ中子造型用の金型に反映する抜き勾配でなくても良い。
また、本発明のシリンダブロック鋳造用中子は、実施の形態ではクローズドデッキ形シリンダブロックに適用したが、セミクローズドデッキ形シリンダブロックにも適用可能であり、オープンデッキ形シリンダブロックに適用することは差し支えない。

本発明のシリンダブロック鋳造用中子は、クローズドデッキ形シリンダブロックの鋳造に好適である。

本発明の原理を説明する図（鋳造前における中子の形状）である。 本発明の原理を説明する図（鋳造後における中子の形状）である。 本発明に係るシリンダブロックの鋳造フロー図である。 予備ダイカスト鋳造（仮中子の変形反映前）を示す作用図である。 図４の５−５線断面図である。 予備ダイカスト鋳造（仮中子の変形反映後）を示す作用図である。 図６の７−７線断面図である。 図１の別実施例図である。 図２の別実施例図である。 図３の別実施例図である。 仮中子の抜き勾配の増減を反映した仮中子を造型する造型フロー図である。 従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…シリンダブロック、１１…ウォータジャケット部、１２…中子、１３…サイド巾木部、２０…鋳造金型、３１…中子の一端、４１…中子の他端、４４…抜き勾配、５０…中子造型金型、見込み量…δ、見込み角度…θ。

Claims (2)

1. シリンダブロックのウォータジャケット部を形成するために、準備する鋳造用中子において、
   この中子は、設計上のウォータジャケット部の形状に対して、鋳造圧力の影響で変形する変形量を見込んだ歪な形状にしたことを特徴とするシリンダブロック鋳造用中子。
2. 前記中子は、中子造型に必要な抜き勾配を備え、且つこの勾配を増減することで前記歪な形状にしたことを特徴とする請求項１記載のシリンダブロック鋳造用中子。
   

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