JP2005305480A - Method and apparatus for repair-processing casting defect in aluminum alloy casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法と補修処理装置に関し、特にアルミニウム合金鋳物であるシリンダブロックのボア内周面に荒加工を施した後に鋳巣(巣穴)やピンホール等の鋳物欠陥が発見された場合に、それを補修処理する方法と装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE
アルミニウム合金製のシリンダブロックのシリンダボア部にシリンダライナーを使用しないいわゆるライナーレスタイプのものや、ボア内周面の表層部を溶射皮膜にて皮膜処理するタイプのものでは、ボア内周面あるいは溶射下地表面上に生じた鋳巣やピンホール等の鋳物欠陥はエンジンオイル消費量の増加やブローバイガス量増加の原因となることから、これらを除去あるいは低減することが品質向上の上で重要となる。 The so-called linerless type that does not use a cylinder liner for the cylinder bore of the cylinder block made of aluminum alloy, or the type that coats the surface of the inner peripheral surface of the bore with a thermal spray coating, the inner peripheral surface of the bore or the thermal spray base Cast defects such as cast holes and pinholes generated on the surface cause an increase in engine oil consumption and an increase in blow-by gas. Therefore, removal or reduction of these is important for quality improvement.
その対策として、ボア内周面の鋳巣等を解消するべく、例えば特許文献1および2に記載のものが提案されている。
As countermeasures, for example, those described in
特許文献1に記載の技術では、アルミニウム合金製のシリンダブロックのボア内周面に向けて真空アークを放電してその表層部を溶融させ、この溶融金属を鋳巣内部に流し込むことで鋳巣を封鎖するとともに、ボア内周面の表層部にケイ素を主成分とする硬化層を形成し、さらにその上から溶射処理による溶射層を形成するようにしている。
In the technique described in
また、特許文献2に記載の技術では、シリンダボアの内部に入り得る大きさの回転軸に特殊工具を取り付けて、回転軸をその軸線周りに回転させながら軸心方向の送りを与えることにより、工具のすくい面および前切れ面にて鋳巣の周辺の材料を塑性変形させて鋳巣を補修するようにしている。
特許文献1に記載の技術では、ボア内周面の全域を加熱,溶融処理することになるため、処理範囲が広大でその処理に長時間を要するほか、加熱に伴う組織変化により強度が低下することが危惧されるために慎重に作業を行わなければならず、生産性が極端に低下することとなって好ましくない。
In the technique described in
また、特許文献2に記載の技術では、ボア内周面の全域を処理することになるため、上記特許文献1に記載のものと同様に処理範囲が広大でその処理に長時間を要し、生産性の低下が危惧される。
Further, in the technique described in
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に処理時間を短縮してその生産性を大幅に改善したアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理技術を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such problems, and in particular, provides a repairing technique for a casting defect in an aluminum alloy casting in which the processing time is shortened and the productivity is greatly improved.
請求項1に記載の発明は、アルミニウム合金鋳物の表面に荒加工を施した後であって且つ仕上げ加工を施す前に、そのアルミニウム合金鋳物の表面における鋳巣等の鋳物欠陥の有無とその位置を検出し、鋳物欠陥が存在する部分のみに選択的に塑性加工を施して鋳物欠陥を除去することを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the presence or absence of a casting defect such as a casting hole on the surface of the aluminum alloy casting and the position thereof after the roughing is performed on the surface of the aluminum alloy casting and before the finishing is performed. Is detected, and plastic processing is selectively performed only on the portion where the casting defect exists, thereby removing the casting defect.
上記塑性加工としては、例えば請求項2に記載のように、鋳物欠陥が存在する部分を半溶融状態にて塑性流動させることにより鋳物欠陥を消去するものとし、より具体的には、請求項3に記載のように、鋳物欠陥が存在する部分を回転式工具による摩擦熱で半溶融状態としながら塑性流動させるものとする。
As the plastic working, for example, as described in
また、上記鋳物欠陥の有無とその位置の検出は、請求項4に記載のように、例えばCCDカメラ、すなわち二次元のイメージセンサ等のような撮像素子をセンサとする画像処理にて行うか、もしくは渦流探傷法や超音波探傷法にて行うものとする。
In addition, the presence or absence of the casting defect and the detection of the position thereof are performed by image processing using, for example, an image sensor such as a CCD camera, that is, a two-dimensional image sensor, as described in
また、請求項6に記載の発明は、請求項3に記載の鋳物欠陥の補修処理に用いる装置として、産業要ロボット等の多自由度型のベースマシンの先端に、アルミニウム合金鋳物の表面における鋳物欠陥の有無とその位置を検出する検出手段と、回転駆動される回転式工具とを設けたことを特徴とする。
Further, the invention described in
したがって、請求項1に記載の発明では、鋳巣等の鋳物欠陥を検出しながらその都度該当する部分のみに塑性加工を施すことで、鋳物欠陥が封鎖もしくは消去される。したがって、アルミニウム合金鋳物の表面全体に処理を施す必要はなくなる。 Therefore, in the first aspect of the invention, the casting defect is blocked or eliminated by performing plastic working only on the corresponding part each time while detecting the casting defect such as a cast hole. Therefore, it is not necessary to treat the entire surface of the aluminum alloy casting.
また、請求項6に記載の発明では、検出手段が検出した鋳巣等の鋳物欠陥の発生位置に回転式工具を移動させて、その回転式工具による摩擦熱で半溶融状態としながら塑性流動させることで鋳物欠陥が封鎖もしくは消去されることになる。
In the invention described in
請求項1に記載の発明によれば、鋳物欠陥が検出された部分のみに選択的に塑性加工を施すことにより、処理範囲の縮小化と処理時間の大幅な短縮化が可能となり、生産性が飛躍的に向上する。また、アルミニウム合金鋳物の表面全体を加熱処理する場合と異なり、組織変化のおそれもない。 According to the first aspect of the present invention, by selectively performing plastic working only on a portion where a casting defect is detected, the processing range can be reduced and the processing time can be greatly shortened. Improve dramatically. Further, unlike the case where the entire surface of the aluminum alloy casting is heat-treated, there is no risk of structural change.
請求項6に記載の発明によれば、検出手段が検出した鋳物欠陥の位置に回転式工具を移動させて処理を施す構造であることから、短時間のうちに効率良く処理を行える。 According to the sixth aspect of the present invention, since the rotary tool is moved to the position of the casting defect detected by the detecting means and the processing is performed, the processing can be performed efficiently in a short time.
図1〜4は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、アルミニウム合金鋳物製のシリンダブロックのボア内周面について、ボア荒加工後であって且つ仕上げ加工前に行われる鋳巣除去処理に適用した場合の例を示している。なお、上記のボア荒加工および仕上げ加工は共にボーリング加工等の機械加工処理であることは言うまでもない。 FIGS. 1 to 4 are diagrams showing a more specific embodiment of the present invention, in which the inner peripheral surface of a cylinder block made of an aluminum alloy casting is cast after roughing the bore and before finishing. The example at the time of applying to a nest removal process is shown. Needless to say, the bore roughing and finishing are both machining processes such as boring.
図1はシステム全体の概略構成を示す図であり、1はアルミニウム合金鋳物製のシリンダブロックを、4は多自由度型もベースマシン(母機)として機能することになる多関節型の産業用ロボット(以下、単にロボットという)をそれぞれ示している。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the entire system, where 1 is a cylinder block made of cast aluminum alloy, 4 is an articulated industrial robot that functions as a base machine (base machine) and a multi-degree-of-freedom type. (Hereinafter simply referred to as a robot).
ロボット4はロボット制御装置5により例えばティーチング−プレイバック方式にて制御されるようになっている一方、そのアーム6先端にはθ方向の首振り旋回自由度を有するハンド7が装着されていて、このハンド7は図2,4に示すようにシリンダボア2のボア内周面2aの内側に入り得る大きさの略角筒状のハンドフレーム8を主要素として構成されている。
The
ハンドフレーム8の下端部には、図1のほか図2,3に示すように、回転式工具として鋼棒製の棒状ツール9がスラストベアリング10およびラジアルベアリング11を介して軸受ボックス12に回転可能に支持されている。この棒状ツール9にはドリブン側となるベベルギヤ13が装着されている一方、ハンドフレーム8上端のモータボックス14にはモータ制御装置15にて制御される駆動モータ16が内蔵されていて、この駆動モータ16にて駆動される鉛直姿勢のドライブシャフト17の下端にはベベルギヤ13に噛み合うドライブ側のベベルギヤ18が装着されている。これにより、棒状ツール9は駆動モータ16の起動によりドライブシャフト17と双方のベベルギヤ18,13を介して回転駆動されるようになっていて、棒状ツール9は後述するようにその回転状態のままでボア内周面2aに押し付けられることになる。
As shown in FIGS. 2 and 3 in addition to FIG. 1, a rod-
棒状ツール9を支持している軸受ボックス12には圧力センサ19が内蔵されていて、先に述べたようにボア内周面2aに対する棒状ツール9の押付力の反力をこの圧力センサ19をもって検出することができ、この検出出力はロボット制御装置5に取り込まれるようになっている。
The
また、ハンドフレーム8の下端部には、図4に示すように、左右一対の照明用の光源20ととともにセンサもしくは撮像素子である二次元のイメージセンサを主要素とするCCDカメラ21が配置されていて、このCCDカメラ21によりボア内周面2aを撮像することができるようになっているとともに、その撮像画像が画像処理装置22に取り込まれることになる。
As shown in FIG. 4, a
ここで、棒状ツール9はボア内周面2aに塑性加工を施すものであるから、その棒状ツール9の先端面はボア内周面2aの曲率に応じた球面状のものとして形成されている。例えば荒加工(粗加工)である荒ボーリング加工後のボア内周面の直径がφ90mmとした場合には、棒状ツール9の先端面は半径が45mmの球面をもって形成されている。
Here, since the rod-
このように構成されたシステムによれば、図5に示すようにシリンダブロック1における各シリンダボア2の荒加工後であって且つ仕上げ加工前に、鋳巣等の鋳物欠陥の検出とその除去もしくは消去を目的として所定の作業が実行される。
According to the system configured as described above, as shown in FIG. 5, after the rough machining of each cylinder bore 2 in the
例えば図4に示すようにボア内周面2aを円周方向でn等分して複数の領域N1,N2…Nnに分けた上で、ハンド7のθ方向の首振り旋回自由度を使って各領域N1,N2…Nnごとにボア内周面2aの上方から下方、もしくは下方から上方に向かって順次ハンド7を移動させて、鋳巣等の鋳物欠陥3の有無とその位置の特定を行いながら塑性加工によるその鋳巣の消去を行う。
For example, as shown in FIG. 4, the bore inner
より詳しくは、図4に示すように、棒状ツール9を回転駆動させた状態でハンド7を処理対象となるシリンダボア2の内部に入れて、CCDカメラ21にてボア内周面2aを撮像しながらそのハンド7を上方から下方に所定速度で連続的に移動させる。そして、CCDカメラ21が捉えた画像はリアルタイムで画像処理装置22に取り込まれて、例えばパターンマッチング等の手法より画像中に含まれる鋳巣等の鋳物欠陥3の有無とその位置が特定される。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
鋳物欠陥3の存在とその位置が特定された場合には、ロボット4はハンド7を動かして該当する鋳物欠陥3の位置に棒状ツール9を押し付けて、その鋳物欠陥3の消去もしくは除去を行う。
When the presence of the
図6は、位置が特定された鋳巣等の鋳物欠陥3を消去もしくは除去する際の詳細を示しており、ボア内周面2aの鋳物欠陥3に対し、回転している棒状ツール9を押し付け、同時にロボット4自体の自由度を使って棒状ツール9を微小量だけ上下方向に往復駆動させる(同図(A)および(B)参照)この場合、棒状ツール9の押し付け反力がその棒状ツール9に付帯している図3の圧力センサ19によって検出され、いわゆる力フィードバック制御によりボア内周面2aに対する棒状ツール9の押し付け力が常に一定となるように制御される。なお、棒状ツール9の回転数は500〜2000rpm、ロボット4による棒状ツール9の移動速度は60〜300mm/min程度とする。
FIG. 6 shows details when erasing or removing a
上記のように、回転駆動されている棒状ツール9をボア内周面2aに押し付けると、棒状ツール9との摩擦熱により鋳物欠陥3の近傍の材料が半溶融状態となって塑性流動が起こり、同図(C)に示すようにその塑性流動した材料Mをもって鋳物欠陥3を埋めることで鋳物欠陥3が消失もしくは除去される。
As described above, when the
そして、所定時間だけ棒状ツール9をボア内周面2aに押し付けたならば、同図(D)に示すように、その棒状ツール9を直ちに且つ急速にボア内周面2aから離間させた上で、再びハンド7を所定速度で下方に向けて移動させ、以降は鋳物欠陥3が検出された時点でその都度上記のような動作を繰り返す。なお、ボア内周面2aから棒状ツール9を離間させる際にその動作をより高速化することで、被処理面での凹凸の発生を抑制することができ、ひいては後工程である仕上げ加工時の取り代を削減することが可能となる。
Then, if the rod-shaped
ここで、図7に示すように、上記のような鋳物欠陥3の消去に先立つボア荒加工の取り代(削り代)Qを例えば2〜5mm、鋳物欠陥3の消去後のボア仕上げ加工の取り代Rを0.3〜0.5mm程度とすると、ボア内周面2aに対する棒状ツール9の押し込み量Sを0.2〜0.3mm程度に設定すれば、直径および深さ共に0.3mm程度までの大きさの鋳物欠陥3は確実に消去される。また、仕上げ加工後にはその仕上げ加工時の取り代Rの同程度の膜厚をもって後工程にて溶射皮膜23が形成される。なお、ボア荒加工の取り代(削り代)Qが下方に向かって漸次増大しているのは、鋳造時の抜き勾配を有しているためである。
Here, as shown in FIG. 7, for example, the machining allowance Q of the bore roughing (cutting allowance) prior to erasing the
この後、図4にも示すように、ハンド7を特定のシリンダボア2の領域N1,N2…Nnうちいずれかの領域についてその下端まで移動し終えたならば、一旦ハンド7を引き上げて、以降は隣接する次なる領域について同様な動作を繰り返す。
Thereafter, as shown in FIG. 4, when the
このように本実施の形態によれば、ボア内周面2aをCCDカメラ21にて撮像しながら鋳巣等の鋳物欠陥3の有無とその位置を特定して、鋳物欠陥3が存在する部分のみに塑性加工を施してその鋳物欠陥3を消去するようにしているので、ボア内周面2aの全面に処理を施す場合と比べてその処理時間を大幅に短縮して生産性の向上に寄与できる。
As described above, according to the present embodiment, the presence / absence and position of the
なお、本実施の形態ではシリンダブロック1のボア内周面2aでの処理を例にとって説明したが、シリンダブロック1以外のアルミニウム合金鋳物製品の機械加工面に同様に適用できることは言うまでもない。また、鋳物欠陥3の有無とその位置を特定する方法として、CCDカメラによる撮像方式に代えて超音波探傷法もしくは渦流探傷法等を用いることももちろん可能である。
In the present embodiment, the processing on the bore inner
1…シリンダブロック(アルミニウム合金鋳物)
2…シリンダボア
2a…ボア内周面
3…鋳物欠陥
4…産業用ロボット(ベースマシン)
5…ロボット制御装置
7…ハンド
8…ハンドフレーム
9…棒状ツール(回転式工具)
19…圧力センサ(圧力検出手段)
21…CCDカメラ(検出手段またはセンサとしての撮像素子)
22…画像処理装置
M…塑性流動した材料
1 ... Cylinder block (aluminum alloy casting)
2 ... Cylinder bore 2a ... Bore
5 ...
19 ... Pressure sensor (pressure detection means)
21 ... CCD camera (imaging device as detection means or sensor)
22 ... Image processing device M ... Plastic flow material
Claims (9)
鋳物欠陥が存在する部分のみに選択的に塑性加工を施して鋳物欠陥を除去することを特徴とするアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理方法。 After the roughing of the surface of the aluminum alloy casting and before the finishing, the presence or absence and the position of casting defects on the surface of the aluminum alloy casting are detected,
A method for repairing a casting defect in an aluminum alloy casting, wherein the casting defect is removed by selectively subjecting only a portion where the casting defect is present.
多自由度型のベースマシンの先端に、アルミニウム合金鋳物の表面における鋳物欠陥の有無とその位置を検出する検出手段と、回転駆動される回転式工具とを設けたことを特徴とするアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。 An apparatus used for repairing a casting defect according to claim 3,
An aluminum alloy casting characterized in that a detecting means for detecting the presence and position of a casting defect on the surface of the aluminum alloy casting and a rotary tool driven to rotate are provided at the tip of the multi-degree-of-freedom base machine. Repair equipment for casting defects in Japan.
回転式工具の接触圧が常時均等なものとなるように圧力検出手段の検出出力に基づき上記接触圧がフィードバック制御されるものであることを特徴とする請求項7に記載のアルミニウム合金鋳物における鋳物欠陥の補修処理装置。 Pressure detecting means for detecting the contact pressure of the rotary tool against the surface of the aluminum alloy casting,
8. The casting in an aluminum alloy casting according to claim 7, wherein the contact pressure is feedback-controlled based on the detection output of the pressure detection means so that the contact pressure of the rotary tool is always uniform. Defect repair processing equipment.
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