JP2008142764A

JP2008142764A - 筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法およびその鋳造成形装置

Info

Publication number: JP2008142764A
Application number: JP2006336104A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Masuda; 達也増田; Takayuki Ohashi; 孝行大橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】鋳造成形品の離型を容易にする。
【解決手段】凸部１１１を有するコア型１１０と、凸部１１１が挿入されてその凸部１１１の周囲との間で筒状のキャビティ１２０を形成する凹部１３１を有する主型１３０とを有し、前記キャビティ１２０に注湯することによって筒状部を有する鋳造成形品を成形する鋳造成形装置において、鋳造前にコア型１１０を加熱して膨張させる外部ヒータボックス１５０と、鋳造後、離型前にコア型１１０を冷却して収縮させる冷却装置１６０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１の型と第２の型との間に筒状のキャビティを形成し、このキャビティによって成形される筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法およびその鋳造成形装置に関する。

前記したような第１の型と第２の型とで筒状部、例えば円筒形状部を有する鋳造成形品を成形するには、鋳造成形品の離型を容易にするために、凸部の外周面や凹部の内周面に抜きテーパを設けることが一般的に行われている（例えば、特許文献１など参照）。
特開２０００−３０１３１２号公報

しかしながら、円筒形状部を有する鋳造成形品を成形する際に、鋳造型に抜きテーパを設けたとしても、鋳造成形品と型とは密着した状態にあるので、鋳造成形品を離型する際には、両者相互の接触面における摩擦によって離型が容易にできず、改善が必要とされている。

そこで、本発明は、鋳造成形品の離型を容易にすることを目的としている。

本発明は、少なくとも凸部を有する第１の型と、前記凸部が挿入されてその凸部の周囲との間で筒状のキャビティを形成する凹部を有する第２の型とを有し、前記キャビティに注湯することによって成形される筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法において、前記キャビティに注湯して鋳造した後、型を開く離型工程前に、前記第１の型を冷却して収縮させる収縮工程を有することを特徴とする。

また、本発明は、少なくとも凸部を有する第１の型と、前記凸部が挿入されてその凸部の周囲との間で筒状のキャビティを形成する凹部を有する第２の型とを有し、前記キャビティに注湯することによって筒状部を有する鋳造成形品を成形する鋳造成形装置において、鋳造前に前記第１の型を加熱して膨張させる予熱装置と、鋳造後、離型前に前記第１の型を冷却して収縮させる冷却装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の方法によれば、鋳造後、離型工程直前に、第１の型を冷却して収縮させる収縮工程を行っているので、鋳造成形品と第１の型との間には隙間が生じ、その隙間が離型抵抗を減少させ、鋳造成形品を無理なく型から取り出すことができる。その結果、金型溶損防止のための型表面のコーティング、いわゆる塗型の剥がれを防ぐことができると共に、離型抵抗を小さくするための抜け勾配加工も大きくする必要が無く或いは抜け勾配を無くせ、しかもその加工のための機械加工工数も減らせる。

また、本発明の装置によれば、鋳造前に第１の型を加熱して膨張させる予熱装置と、鋳造後、離型前に第１の型を冷却して収縮させる冷却装置とを備えているので、これら予熱装置と冷却装置にて第１の型を膨張させることも収縮させることもでき、離型性を向上させことができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、円筒部を有する鋳造成形品としてエンジンのシリンダブロックを鋳造する方法と装置に、本発明を適用したものである。

図１〜図５は本実施形態を示し、図１は鋳造成形装置の断面図、図２は鋳造工程の流れを示す工程図、図３は鋳造工程で鋳造成形品とコア型との関係を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す図１中Ｂ部の拡大断面図、図４は予熱装置の断面図、図５は鋳造工程を示す概略構成図である。

本実施形態の鋳造成形装置ＡＰ２は、図１に示すように、低圧鋳造法により円筒部としてのシリンダーボア１０１を有する鋳造成形品であるシリンダーブロック１００を成形するために用いられる。かかる鋳造成形装置ＡＰ２は、前記シリンダーボア１０１を成形する凸部１１１を有する第１の型としてのコア型１１０と、上記凸部１１１が挿入されてその凸部１１１の周囲との間で筒状のキャビティ１２０を形成する凹部１３１を有する第２の型としての主型１３０と、を備えて構成してある。

上記主型１３０は、上記キャビティ１２０の図中下端を閉止する下型１３２と、キャビティ１２０を図中左右側から閉止する左型１３３及び右型１３４と、によって構成してある。一方、上記コア型１１０は、前記凸部１１１を下側に突設してキャビティ１２０の上端を閉止するベース部１１２を設けてある。

そして、前記鋳造成形装置ＡＰ２では、鋳造する際に下型１３２、左型１３３及び右型１３４を組付け、さらにコア型１１０を組付けて型閉じするとともに、離型時には上記下型１３２、左型１３３、右型１３４およびコア型１１０を分離して型開きするようになっている。

また、前記鋳造成形装置ＡＰ２は、低圧鋳造法による鋳造を達成するために、下型１３２の下方にアルミ合金の溶湯Ｆを溜めた密閉状の保持炉１４０が設けられ、その保持炉１４０内に低圧ガスを注入しつつ、溶湯Ｆを導管であるストーク１４１および下型１３２に形成した開口部１３２ａからキャビティ１２０内に注湯するようになっている。

ここで、本実施形態では、鋳造前に、コア型１１０を加熱して膨張させる膨張工程を行い、鋳造後、型を開く離型工程前にコア型１１０を冷却して収縮させる収縮工程を行う。

即ち、上記鋳造成形装置ＡＰ２によりシリンダーブロック１００を製造する工程では、図２に示すように中子セット工程Ｓ１と、型閉じ工程Ｓ２と、鋳造工程Ｓ３と、型開き工程Ｓ４と、製品取出し工程Ｓ５と、を備えるのが一般的となるが、本実施形態では、前記型閉じ工程Ｓ２の前段階で中子セット工程Ｓ１と並行してコア型膨張工程Ｓ１０を設けるとともに、鋳造工程Ｓ３と型開き工程Ｓ４との間に、コア型収縮工程Ｓ１１を設けてある。

なお、中子セット工程Ｓ１は、シリンダーブロック１００のウオータージャケットを形成する中子をセットする工程で、シリンダーボア１０１を形成する上記コア型１１０のセット工程とは別となる。

つまり、前記コア型膨張工程Ｓ１０を実行するために、鋳造前にコア型１１０を加熱して膨張させる予熱装置としての外部ヒータボックス１５０を設けるとともに、前記コア型収縮工程Ｓ１１を実行するために、シリンダーブロック１００の離型前にコア型１１０を冷却して収縮させる冷却装置１６０を設けてある。そして、上記外部ヒータボックス１５０で前記コア型膨張工程Ｓ１０を実行するとともに、冷却装置１６０で前記コア型収縮工程Ｓ１１を実行するようになっている。

従って、本実施形態の鋳造成形装置ＡＰ２では、図３（ａ）に示すように凸部１１１の径が常温若しくはある条件での初期温度（一般に、型温が同じサイクルで回すと、２００℃とか一定の初期温度で安定する）でφｄ０に形成されている場合、図３（ｂ）に示すようにその凸部１１１の外周に溶湯Ｆが鋳込みされると、凸部１１１は鋳造前のコア型膨張工程Ｓ１０で既に熱膨張されており、さらに溶湯Ｆから受け取る熱によって凸部１１１はφｄ１（φｄ１＞φｄ０）に膨張され、その熱膨張された凸部１１１でシリンダーボア１０１が成形される。

そして、その状態で溶湯を放冷することにより、溶湯Ｆ（シリンダーブロック１００）は凝固収縮を伴いつつ凝固し、その凝固が完了した時点で冷却装置１６０を作動してコア型１１０を冷却する。すると、図３（ｃ）に示すように、凸部１１１はφｄ２（φｄ２＜φｄ１）に収縮され、その収縮した凸部１１１とφｄ１で成形された鋳造成形品（シリンダーブロック１００のシリンダーボア１０１）との間に隙間δが形成される。

前記外部ヒータボックス１５０は、図４に示すように、上方が開放された有底筒状の耐熱容器１５１と、この耐熱容器１５１の内側に設けられる環状の高周波コイル１５２と、によって構成してある。

そして、コア型１１０の予熱工程では、高周波コイル１５２に通電した状態で、その高周波コイル１５２の内側に凸部１１１を挿入するようになっており、このとき、コア型１１０のベース部１１２が耐熱容器１５１の上端開放部を閉塞するようになっている。

また、前記冷却装置１６０は、冷媒として冷却水を用いた場合を示し、図１に示すようにコア型１１０の上端中央部から凸部１１１の内部へと形成した冷却水導入凹部１６１と、この冷却水導入凹部１６１内に液密構造をもって挿入される冷却水ノズル１６２と、を備えて構成されている。そして、この冷却装置１６０は、冷却水ノズル１６２に通ずる供給管１６３から供給される冷却水を冷却水導入凹部１６１内に注入するとともに、注入した冷却水は排水管１６４から排出することにより、冷却水が冷却水導入凹部１６１内を循環して前記凸部１１１を冷却するようになっている。なお、冷媒としては、冷却水の他にエア等の流体を使用してもよい。

そして、前記外部ヒータボックス１５０を用いて鋳造前に行うコア型１１０の膨張工程は、型閉じ前にコア型１１０を外部ヒータボックス１５０内に所定時間挿入して加熱して膨張させるようになっている。

前記シリンダーブロック１００の離型は、コア型１１０と主型１３０の型開き信号を受けて前記収縮工程Ｓ１１を実行し、その収縮工程Ｓ１１を経た後に、型開きを実行するようにしてある。

つまり、前記鋳造成形装置ＡＰ２は、図１に示したコア型１１０、主型１３０および保持炉１４０等からなる鋳造機本体は図示省略した制御盤で、図５に示すように注湯・加圧保持工程Ｓ２０、放冷工程Ｓ２１および型開き工程Ｓ２２を行うとともに、加圧信号を受けて温度制御ユニットによる温度制御を行うようになっている。

そして、本実施形態では、前記放冷工程Ｓ２１を経て型開き工程Ｓ２２に型開き信号（鋳造機本体から出力される型開き信号）を出力する際に、その型開き信号をトリガーとして、前記冷却装置１６０を作動させてコア型冷却工程Ｓ２３を実行し、そのコア型１１０の冷却が完了した後に型開き工程Ｓ２２を実行するようになっている。

以上の構成により、本実施形態の鋳造成形方法および鋳造成形装置ＡＰ２では、コア型１１０を加熱して膨張させる外部ヒータボックス１５０と、コア型１１０を冷却して収縮させる冷却装置１６０とを設け、鋳造前にコア型１１０の膨張工程を行い、鋳造後離型前にコア型１１０の収縮工程を行うので、膨張工程によりコア型１１０が膨張した状態で溶湯Ｆを鋳込み、その後、放冷により鋳物が凝固した後に収縮工程によりコア型１１０を収縮させることができるので、図３（ｃ）に示すように凸部１１１と鋳造成形品との間に隙間δが形成され、この状態で型開きをすることにより離型抵抗なくシリンダーブロック１００を離型することができる。

例えば、凸部１１１がφ１０ｃｍである場合、鋳造時の最大金型温度を５００℃として、離型時に１００℃まで温度を下げると、凸部１１１径を０．５ｍｍ程度収縮させることができる。このため、コア型１１０の外面および主型１３０の内面に施した塗型を破損させることなく型開き動作を完了でき、その塗型の補修作業を省略、若しくは大幅に減少させることができるため、金型のメンテナンス経費を低減することができる。

また、本実施形態では、シリンダーブロック１００の離型は、コア型１１０と主型１３０の型開き信号を受けて収縮工程Ｓ１１を実行し、その収縮工程Ｓ１１で冷却させた後に型開きを実行するようにしたので、シリンダーブロック１００の凝固が確実に完了した後にコア型１１０を収縮させることができるので、それら両者間に確実に隙間δを形成して、離型作用を容易にすることができる。

さらに、外部ヒータボックス１５０を用いて鋳造前に行うコア型１１０の膨張工程は、型閉じ前にコア型１１０を外部ヒータボックス１５０内に所定時間挿入して加熱して膨張させることができるので、コア型１１０を確実に膨張させた状態で溶湯を鋳込むことができるとともに、膨張工程に外部ヒータボックス１５０を用いたことにより、コア型１１０を簡単かつ確実に膨張させることができる。

さらにまた、本実施形態の鋳造成形装置ＡＰ２は、円筒部となるシリンダーボア１０１を有するシリンダーブロック１００を成形するために用いたので、抜きテーパを設ける必要が無くなるため、シリンダーボア１０１の後加工が容易になる。

また、前記外部ヒータボックス１５０は、高周波コイル１５２を内蔵して構成したので、コア型１１０を加熱して膨張させるための装置を簡素化することができる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本実施形態は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

例えば、予熱装置をコア型１１０の外部に設けた外部ヒータボックス１５０としたが、このコア型１１０自体に高周波コイルを内蔵させるいわゆる内部型構造とするようにしてもよい。そすれば、コア型１１０を外部ヒータボックス１５０に配置して加熱する工程を無くせる。

この他、前記したコア型膨張工程Ｓ１０とコア型収縮工程Ｓ１１を行わずに、鋳造工程Ｓ３後に、鋳造成形品が所望の温度（１００℃程度）になった時点で、高周波コイルを主型１３０の外周囲に設け、その高周波コイルで主型１３０を加熱すると共に、コア型１１０に設けた冷却装置１６０でこのコア型１１０を冷却するようにする。主型１３０の外周囲に設けた高周波コイルで加熱すると、主型１３０は鋳造成形品から離れる方向（外側）に膨張し、一方、冷却装置１６０でコア型１１０を冷却すると鋳造成形品から離れる方向（内側）に収縮することから、鋳造成形品と型との間に隙間が生じて離型を容易なものとできる。

また、上述の実施の形態では、低圧鋳造法を例にとり説明したが、重力鋳造法に本発明を適用しても同様の効果がある。

本実施形態における鋳造成形装置の断面図である。本実施形態における鋳造工程の流れを示す工程図である。本実施形態における鋳造工程で鋳造成形品とコア型との関係を（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す図１中Ｂ部の拡大断面図である。本実施形態における予熱装置の断面図である。本実施形態における鋳造工程を示す概略構成図である。

符号の説明

１１０コア型（第１の型）
１１１コア型の凸部
１３０主型（第２の型）
１３１主型の凹部
１２０キャビティ
１６０冷却装置（温度制御手段）
１００シリンダーブロック（鋳造成形品）
１０１シリンダーボア（円筒部）
１５０外部ヒータボックス（予熱装置）
１５２高周波コイル
ＡＰ２鋳造成形装置

Claims

少なくとも凸部を有する第１の型と、前記凸部が挿入されてその凸部の周囲との間で筒状のキャビティを形成する凹部を有する第２の型とを有し、前記キャビティに注湯することによって成形される筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法において、
前記キャビティに注湯して鋳造した後、型を開く離型工程前に、前記第１の型を冷却して収縮させる収縮工程を有する
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法。
請求項１に記載の筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法であって、
前記鋳造前に、前記第１の型を加熱して膨張させる膨張工程を有する
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法。
請求項１または請求項２に記載の筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法であって、
前記離型工程は、型開き信号を受けて前記収縮工程を経た後である
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法。
請求項１から請求項３の何れかに記載の筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法であって、
前記筒状部を有する鋳造成形品は、エンジンのシリンダーブロックである
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形方法。
少なくとも凸部を有する第１の型と、前記凸部が挿入されてその凸部の周囲との間で筒状のキャビティを形成する凹部を有する第２の型とを有し、前記キャビティに注湯することによって筒状部を有する鋳造成形品を成形する鋳造成形装置において、
鋳造前に前記第１の型を加熱して膨張させる予熱装置と、
鋳造後、離型前に前記第１の型を冷却して収縮させる冷却装置とを備えた
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形装置。
請求項５に記載の筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形装置であって、
前記予熱装置は、前記第１の型に高周波コイルを内蔵したものか、または、高周波コイルを内蔵した外部ヒータボックスである
ことを特徴とする筒状部を有する鋳造成形品の鋳造成形装置。