JP2013035053A - Mold for forming water jacket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリンダブロックのウォータジャケットを成形するための金型に関する。 The present invention relates to a mold for forming a water jacket of a cylinder block.
日本においては、一般的にシリンダブロック素材はダイカスト法(HPDC)で製造されている。このとき、金型には、局所的な過熱及び冷却の繰り返しにより、熱疲労クラック(ヒートクラック)が発生する。 In Japan, the cylinder block material is generally manufactured by the die casting method (HPDC). At this time, thermal fatigue cracks (heat cracks) occur in the mold due to repeated local overheating and cooling.
従来から、十分な冷却を行えばヒートクラックの発生及び進行を抑制できることが知られている。シリンダブロックのウォータジャケットを成形するための金型(以下、「W/J金型」という。)を冷却する方法として、外部からと内部からの冷却が考えられる。しかし、外部からの冷却は構造的に困難な部位があり、内部からの冷却も薄肉部では困難である。 Conventionally, it is known that generation and progression of heat cracks can be suppressed if sufficient cooling is performed. As a method of cooling a mold for forming the water jacket of the cylinder block (hereinafter referred to as “W / J mold”), cooling from the outside and the inside can be considered. However, there are structurally difficult parts to cool from the outside, and cooling from the inside is also difficult at the thin wall portion.
そのため、従来、比較的厚肉の軸間部や基端部を内部から冷却することは比較的行われている。例えば、特許文献1には、シリンダの軸方向に直線的な穴を軸間部に形成し、この穴に水パイプを挿入することが記載されている。 For this reason, conventionally, it has been comparatively performed to cool the relatively thick-walled interaxial portion and the base end portion from the inside. For example, Patent Document 1 describes that a hole that is linear in the axial direction of the cylinder is formed in the inter-axis portion, and a water pipe is inserted into this hole.
以上のように、W/J金型の薄肉部を内部から冷却することは行われていない。なお、W/J金型の周壁部先端側(クランクケース側)は薄肉ではあるが、レイアウト的には細い冷却路を内部に配置することができ、機械加工でシリンダの軸方向に直線的な穴を形成することは可能である。 As described above, the thin portion of the W / J mold is not cooled from the inside. Although the W / J mold tip side (crankcase side) is thin, a thin cooling path can be placed inside in terms of layout and is linear in the axial direction of the cylinder by machining. It is possible to form a hole.
しかしながら、機械加工でシリンダの軸方向に直線的な穴を形成して細い冷却路を配置する構成では、冷却路のレイアウトに制約があるため、W/J金型全体を十分に冷却することができない。また、多数の直線状の冷却路を配置する必要があり金型構造が複雑になるので、押しピンや型固定ボルトの配置などのためにレイアウト的に冷却できない部位が生じる。 However, in a configuration in which a thin cooling path is formed by forming a straight hole in the axial direction of the cylinder by machining, the layout of the cooling path is limited, so that the entire W / J mold can be sufficiently cooled. Can not. Further, since it is necessary to arrange a large number of linear cooling paths, the mold structure becomes complicated, and therefore there are portions that cannot be cooled in terms of layout due to the arrangement of push pins and mold fixing bolts.
さらに、シリンダの軸方向に直線状の冷却路を配置すると、外部冷却時、型表面に発生する引張応力の方向と、型内部に発生する応力の方向とが一致するので、型表面に発生したヒートクラックが冷却路先端方向に向って進展しやすく、破壊に対する剛性が大幅に低下するおそれもある。 Furthermore, when a linear cooling path is arranged in the axial direction of the cylinder, the direction of the tensile stress generated on the mold surface coincides with the direction of the stress generated inside the mold during external cooling. Heat cracks tend to progress toward the cooling path tip, and the rigidity against breakage may be significantly reduced.
本発明は、以上の点に鑑み、内部から全体を均一に冷却することが可能な冷却機構を、剛性低下を極力抑えて設けたウォータジャケット成形用金型を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a water jacket molding die provided with a cooling mechanism capable of uniformly cooling the whole from the inside while suppressing a decrease in rigidity as much as possible.
本発明は、複数の円筒部が連結された、シリンダブロックのウォータジャケット成形用金型であって、前記円筒部の周壁部内に周方向に沿って形成され、シリンダの軸方向に離間した複数段の周方向流路を含む冷却回路を備えることを特徴とする。 The present invention is a water block molding die for a cylinder block in which a plurality of cylindrical portions are connected, and is formed in the circumferential wall portion of the cylindrical portion along the circumferential direction and spaced apart in the axial direction of the cylinder. A cooling circuit including a circumferential flow path is provided.
本発明によれば、周方向流路が周壁部内に複数段形成されているので、ウォータジャケット成形用金型全体を均一に冷却することが可能となる。また、後述するように、シリンダの軸方向に穴を形成すると、ヒートクラックの発生、進行が促進されるおそれがある。しかし、周方向流路は周壁部の周方向に沿って形成されているので、周方向流路を起点とするヒートクラックが発生するおそれは少ない。 According to the present invention, since the circumferential flow path is formed in a plurality of stages in the peripheral wall portion, the entire water jacket molding die can be cooled uniformly. In addition, as described later, when a hole is formed in the axial direction of the cylinder, there is a possibility that the generation and progress of heat cracks are promoted. However, since the circumferential flow path is formed along the circumferential direction of the circumferential wall portion, there is little possibility of heat cracks starting from the circumferential flow path.
本発明において、前記冷却回路は、前記シリンダの軸方向に隣接する前記周方向流路を接続し、前記シリンダの軸方向に沿って延びる複数の連結流路を含み、前記複数の連結流路は、前記周壁部の周方向にずれて形成されていることが好ましい。 In the present invention, the cooling circuit includes a plurality of connecting flow paths that connect the circumferential flow paths adjacent to each other in the axial direction of the cylinder and extend along the axial direction of the cylinders. It is preferable that the circumferential wall portion is formed so as to be shifted in the circumferential direction.
この場合、各連結流路は、シリンダの軸方向に沿って形成されているが、それぞれの長さは短く、且つ周方向にずれて形成されているのでシリンダの軸方向に一直線状には形成されていない。よって、連結流路を起点とするヒートクラックが発生するおそれは少ない。 In this case, each connecting flow path is formed along the axial direction of the cylinder, but each length is short and is shifted in the circumferential direction, so it is formed in a straight line in the axial direction of the cylinder. It has not been. Therefore, there is little possibility that the heat crack starting from the connection channel will occur.
本発明において、前記冷却回路は、基端側の厚肉部内にそれぞれ形成された1本の流入流路と1本の排出流路とを含むことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the cooling circuit includes one inflow channel and one exhaust channel formed in the thick portion on the proximal end side.
この場合、流入流路及び排出流路は厚肉部内に形成されているので、これら流路を起点とするヒートクラックが発生するおそれは少なく、ウォータジャケット成形用金型の剛性低下も小さい。 In this case, since the inflow channel and the exhaust channel are formed in the thick wall portion, there is little possibility of heat cracks starting from these channels, and the reduction in rigidity of the water jacket molding die is small.
ところで、ウォータジャケット成形用金型の先端部は、鋳造成型品形成部の内部に近く、且つ抜き勾配のため薄肉となっているので、熱が溜まりやすい。冷却時にこの先端部が局所的に高温になると、ウォータジェット成形用金型が均等に収縮せず、鋳造成型品であるシリンダブロック素材に不本意な変形が生じるおそれがある。 By the way, the tip of the water jacket molding die is close to the inside of the cast molded product forming part and is thin due to the draft, so that heat tends to accumulate. If this tip portion becomes locally hot during cooling, the water jet mold does not shrink evenly, and there is a risk that unintentional deformation may occur in the cylinder block material that is a cast product.
そこで、本発明において、前記複数段の周方向流路は、基端側から先端側に向って、それぞれの断面積が大きくなるように形成されていることが好ましい。 Therefore, in the present invention, it is preferable that the plurality of circumferential flow paths are formed so that their respective cross-sectional areas increase from the proximal end side to the distal end side.
また、本発明において、前記複数段の周方向流路は、基端側から先端側に向って、シリンダの軸方向に沿った間隔が密になるように形成されていることも好ましい。 In the present invention, it is also preferable that the plurality of circumferential flow paths are formed so that the distance along the axial direction of the cylinder becomes dense from the proximal end side toward the distal end side.
以下、本発明の実施形態に係るウォータジャケット成形用金型(以下、「W/J金型」という。)10について説明する。 Hereinafter, a water jacket mold (hereinafter referred to as “W / J mold”) 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
W/J金型10は、ダイカスト法(HPDC)で車両用のシリンダブロック用の素材(以下、「シリンダブッロク素材」という。)を成形するための金型の一部を構成する入子金型である。シリンダブロック素材を成形するための金型の全体構成は、例えば上記特許文献1に記載された周知のものと同様であるので、説明を省略する。
The W /
図1に示すように、W/J金型10は、全体として、複数、ここでは4つの円筒部11の周壁部12が横方向(X軸方向)に連結して配列された略連接円筒状に構成されている。
As shown in FIG. 1, the W /
図1及び図2に示すように、各周壁部12は、ガスケット面側、すなわち基端側(Z軸負方向側)のクランクシャフトジャーナル受け部に対応する近傍部位に設けられ、比較的厚肉に形成された厚肉周壁部12aと、厚肉周壁部12aからクランクケース側、すなわち先端側(Y軸正方向側)に連続して、厚肉周壁部12aに比べて薄肉に形成された薄肉周壁部12bとからなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, each
そして、隣接する円筒部11の周壁部12同士が接続された部分は、軸間部13として、厚肉に形成されている。各軸間部13は、厚肉周壁部12a同士が接続された厚肉軸間部13aと、薄肉周壁部12b同士が接続され、厚肉軸間部13aに比べて薄肉ではあるが、薄肉周壁部12bに比べて厚肉に形成された薄肉軸間部13bとからなっている。なお、薄肉軸間部13bは、厚肉軸間部13aから連続した比較的短い部分にのみ存在しており、各円筒部11の内部空間の先端側の略半分は連通している。
A portion where the
W/J金型10の内部には、水などの冷却用流体からなる冷却媒体が流れる冷却回路20が形成されている。ここでは、冷却回路20は、Y軸方向に対称に、2つ形成されている。
Inside the W /
各冷却回路20は、冷却媒体を外部からW/J金型10の内部に流入させる流入側の直線状の流路である1本の流入流路21と、冷却媒体をW/J金型10の外部に排出させる排出側の直線状の流路である1本の排出流路22と、冷却媒体を各円筒部11の周壁部12の内部を周方向に流通させるための複数本の周方向流路23と、周方向流路23を連結するための複数本の連結流路24とから構成されている。
Each
そして、冷却回路20は、これら流路21〜24が連続した1本の流路として形成されており、分岐部、突き当り部などを有していない。
And the
流入流路21は、軸間部13の基端側端面、すなわち厚肉軸間部13aの底面から、厚肉軸間部13aの先端側端部付近までZ軸方向に直線状に延びるように形成されている。流入流路21は、略同一の円形断面形状を有している。
The
排出流路22は、周壁部12の基端側端面、すなわち厚肉周壁部12aの底面から、厚肉周壁部12aの先端側端部付近までZ軸方向に直線状に延びるように、流入流路21に隣接して形成されている。排出流路22は、略同一の円形断面形状を有している。
The
各周方向流路23は、周壁部12の内部に周方向に水平に形成されている。ここでは、各周方向流路23は、2つの隣接する円筒部11のそれぞれの周壁部12とこれら周壁部12を接続する軸間部13とに亘って形成されている。なお、最上段の周方向流路23のみ、4つの互いに隣接する円筒部11のそれぞれの周壁部12とこれら周壁部12を接続する3つの軸間部13とに亘って形成されている。
Each
そして、周方向流路23は、シリンダの軸方向(Y軸方向)に離間して平行に、複数段、ここでは4段形成されている。そして、1段目(最下段)の2つの周方向流路23のうち、一方に流入流路21の上端部が、他方に排出流路22の上端部がそれぞれ接続されている。
And the circumferential
なお、周方向流路23は、基端側から先端側に向って、それぞれの断面積が大きくなるように形成されている。ここでは、周方向流路23は、円形状の断面を有しており、1段目、2段目、3段目、4段目(最上段)の周方向流路23の断面直径をそれぞれD1、D2、D3、D4としたとき、D1<D2<D3<D4となっている。
In addition, the circumferential
また、周方向流路23は、基端側から先端側に向って、間隔が密になるように形成されている。すなわち、1段目と2段目、2段目と3段目、3段目と4段目の周方向流路23のY軸方向の間隔をそれぞれH1−2、H2−3、H3−4としたとき、H1−2>H2−3>H3−4となっている。
Further, the
各連結流路24は、上下に隣接する周方向流路23の端部同士を接続するようにZ軸方向に直線状に形成されている。
Each connecting
具体的には、1段目と2段目の周方向流路23が、厚肉周壁部12aの先端側端部付近から薄肉周壁部12b内に直線状に延びる第1の連結流路24aによって接続されている。2段目と3段目の周方向流路23が、薄肉軸間部13b又は薄肉周壁部12b内を直線状に延びる第2の連結流路24bによって接続されている。さらに、3段目と4段目の周方向流路23が、薄肉周壁部12b内を直線状に延びる第3の連結流路24cによって接続されている。
Specifically, the first-stage and second-stage
なお、薄肉周壁部12b内に形成された連結流路24は、Z軸方向に一直線状に位置しないように、周壁部12の周方向にずれて形成されている。具体的には、第1の連結流路24aは、第3の連結流路24cに対して、周壁部12の周方向にX軸方向内側にずれて形成されている。
The connecting
W/J金型10は、ラピッドプロトタイピング(近年では、アディティブマニュファクチャリングともいう)によって製造されている。具体的には、W/J金型10は、素材金属粉末を層状に敷き詰め、高出力のレーザービームなどで直接焼結する粉末焼結積層法によって製造されている。そのため、冷却回路20が複雑な3次元形状であっても、W/J金型10を製造する工程で同時に形成され、製造効率が優れている。ただし、ダイレクトボンディング等の接合など他の製造方法によって、W/J金型10を製造してもよい。
The W /
以上のように、W/J金型10の周壁部12及び軸間部13の全体に亘って内部に冷却回路20が形成されているので、W/J金型10全体を均一に冷却することができる。これにより、W/J金型10の局所的な過熱を防止することが可能となり、ヒートクラックの発生及びクラックの進展を低減することができる。よって、W/J金型10の型寿命の延長が図られ、型償却費を低減することが可能となる。
As described above, since the
また、W/J金型10を迅速に冷却することが可能となるため、鋳造素材の凝固収縮メカニズムによって鋳造成型品であるシリンダブッロク素材の表面に巣が発生するおそれが少なくなる。よって、シリンダブロック素材の圧漏れ不良が低減され、品質が向上する。
In addition, since the W /
ところで、鋳造時の入熱によってW/J金型10の表面にZ軸方向に圧縮応力が発生し、その後、鋳造成型品の取出後に冷却スプレーや離型剤の塗布によってW/J金型10の表面にZ軸方向に引張応力が発生する。このような熱応力の繰り返しによって、W/J金型10の素材自体の降伏応力より発生応力が大きくなったときに、クラックの起点が発生する。その後、クラックが広範囲に進行し、冷却回路20に到達したときに水漏れが起こる。
By the way, a compressive stress is generated in the Z-axis direction on the surface of the W /
従って、このような熱疲労クラック(ヒートクラック)の発生、進行を防止するためには、Z軸方向に延びる穴を極力少なくすることが好ましい。 Therefore, in order to prevent the occurrence and progression of such thermal fatigue cracks (heat cracks), it is preferable to reduce the number of holes extending in the Z-axis direction as much as possible.
W/J金型10が備える冷却回路20において、周方向流路23は、周壁部12の周方向に沿って形成されており、Z軸方向と直交して配置されているので、ヒートクラックの発生が緩和される。
In the
なお、流入流路21、排出流路22及び連結流路24はZ軸方向に延びている。しかし、流入流路21及び排出流路22は、それぞれ厚肉の厚肉軸間部13a、厚肉周壁部12a内に形成されている。そして、各連結流路24の長さは短く、且つ第1の連結流路24aと第3の連結流路24cとは周壁部12の周方向にずれて形成されている。そのため、これら流路21,22,24を起点とするヒートクラックが発生するおそれは少ない。
In addition, the
従って、これらの観点からも、冷却回路20を起点とするヒートクラックの発生、進行が防止されており、W/J金型10の型寿命の延長化が図られている。
Therefore, also from these viewpoints, generation and progression of heat cracks starting from the cooling
また、冷却回路20は1本の連続した流路であり、冷却回路20に冷却媒体を供給するなどのために、W/J金型10に対する主型に形成する必要がある穴の数は少ない。そのため、主型の剛性低下は小さく、主型の型寿命も良好なものとなる。
The
また、冷却回路20は、1本の連続した流路であり、分岐部や突き当り部を有していない。そのため、上記特許文献1に記載されたような従来の直線的なスポット冷却とは異なり、カルキ成分や錆びによる詰まりを低減することができる。また、冷却媒体の滞留箇所も各流路21〜24の接続部のみであるので、流速の低下は小さく、熱交換効率が優れたものとなる。
Moreover, the cooling
また、周方向流路23は、基端側から先端側に向って、それぞれの断面積が大きくなるように、且つ、間隔が密になるように形成されている。これは、W/J金型10の先端部は、鋳造成型品形成部の内部に近く、且つ抜き勾配により薄肉になっているため、熱が溜まりやすく、この熱を周方向流路23を流れる冷却媒体によって除去する必要があるからである。
Moreover, the circumferential
このように周方向流路23を構成することにより、W/J金型10全体を均一に冷却することが可能となる。これにより冷却時にW/J金型10が均等に収縮するので、鋳造成型品であるシリンダブロック素材の変形を抑制して、真円度や円筒度などを良好なものとなる。よって、シリンダブロック素材がニアネットとなり、加工取代を削減することが可能となる。
By configuring the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、W/J金型10にY軸方向に対称の2つの冷却回路20を形成する場合について説明したが、これに限定されない。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, although the case where two cooling
例えば、図3に示すように、W/J金型10に冷却回路20を1つのみ形成してもよい。これにより、冷却能力は低下するが、W/J金型10や前記主型の剛性は向上する。
For example, as shown in FIG. 3, only one
また、図4に示すように、W/J金型10に4つの冷却回路20を形成してもよい。これにより、W/J金型10や前記主型の剛性は低下するが、冷却能力は向上する。
Further, as shown in FIG. 4, four
さらに、冷却回路20の流入流路21と排出流路22とを隣接して形成する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、図5に示すように、流入流路21と排出流路22とを隣接させず、2つの流入流路21同士及び排出流路22同士を隣接させて形成してもよい。
Furthermore, although the case where the
さらに、周方向流路23を水平に形成し、隣接する周方向流路23の端部をZ軸方向に直線的に延びる連結流路24で接続する場合について説明したが、これに限定されない。例えば、図示しないが、周方向流路23を斜めに形成し、連結流路24が存在しないものであってもよい。この場合、周方向流路23は螺旋状の連続したものとなる。
Furthermore, although the
また、冷却回路20の断面形状は目的に応じて任意の形状に形成してもよい。例えば、円形状に変えて、豆粒形状、楕円形状、長円形状等としてもよい。
Moreover, you may form the cross-sectional shape of the
さらに、W/J金型10の形状や構造は、図示したものに限定されず、他の周知の任意の形状や構造を採用することができる。
Furthermore, the shape and structure of the W /
10…W/J金型(ウォータジャケット成形用金型)、 11…円筒部、 12…周壁部、 12a…厚肉周壁部(厚肉部)、 12b…薄肉周壁部、 13…軸間部、 13a…厚肉軸間部(厚肉部)、 13b…薄肉軸間部、 20…冷却回路、 21…流入流路、 22…排出流路、 23…周方向流路、 24…連結流路。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記円筒部の周壁部内に周方向に沿って形成され、シリンダの軸方向に離間した複数段の周方向流路を含む冷却回路を備えることを特徴とするウォータジャケット成形用金型。 A water block molding die for a cylinder block in which a plurality of cylindrical portions are connected,
A water jacket molding die comprising a cooling circuit formed in a circumferential wall portion of the cylindrical portion along the circumferential direction and including a plurality of circumferential flow paths spaced in the axial direction of the cylinder.
前記複数の連結流路は、前記周壁部の周方向にずれて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のウォータジャケット成形用金型。 The cooling circuit includes a plurality of connecting flow paths that connect the circumferential flow paths adjacent in the axial direction of the cylinder and extend along the axial direction of the cylinder,
2. The water jacket molding die according to claim 1, wherein the plurality of connection channels are formed to be shifted in a circumferential direction of the peripheral wall portion.
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