JP2016097433A - 鋳造用金型 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却用水路形成用の入子に生じる熱応力を低減し、該入子の寿命を延長させる鋳造用金型を提供することである。【解決手段】鋳造用金型１０は、シリンダブロックに冷却用水路を形成するためのウォータージャケット入子３４と、ウォータージャケット入子３４の筒部３４ａの下部及び基部３４ｂが嵌合される弾性金属部材３３と、弾性金属部材３３の外面が嵌合される、シリンダを形成するためのベース入子３２と、ベース入子３２の外面が嵌合される母型３１と、シリンダボアを形成するためにウォータージャケット入子３４の内部に配置されるボア入子３５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、冷却用水路を備えたシリンダブロックを鋳造する鋳造用金型に関する。

エンジンのシリンダブロックには、高温になるシリンダを冷却するために、ボアの周囲に冷媒（例えば水）を通す空間、いわゆるウォータージャケット（冷却用水路）を備えたタイプがある。このシリンダブロックは、一般的に鋳造にて製造される。そして、シリンダブロックを形成するための鋳造用金型には、ウォータージャケット形成用の入子（以下、ウォータージャケット入子と記すことがある）と、シリンダ形成用の入子（以下、ベース入子と記すことがある）とを備えたものがある（特許文献１参照）。ウォータージャケット入子は、シリンダブロックのボア数に応じた数の略円筒形状の筒部が連設された形状であり、ベース入子に嵌合されて用いられる。

特開２０１２−１２５７７３号公報

上記のような第１及び第２入子を用いる鋳造用金型において、ウォータージャケット入子は繰り返し行われる鋳造により特に激しい熱振幅にさらされる。ウォータージャケット入子は嵌合部分でベース入子に拘束されており、溶湯の熱によってウォータージャケット入子及びベース入子が熱膨張するとその拘束力が増し、ウォータージャケット入子に熱応力が発生する。この熱応力によって、ウォータージャケット入子には早期に亀裂等が発生しやすい。そのため、ウォータージャケット入子はシリンダブロック形成用の他の金型に比べて短寿命であった。

本発明の解決しようとする課題は、冷却用水路形成用の入子に生じる熱応力を低減し、該入子の寿命を延長させる鋳造用金型を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、シリンダブロックに冷却用水路を形成するための第１入子と、第１入子が嵌合される第２入子と、第１入子と第２入子との嵌合部に介在される弾性金属部材とを備えた鋳造用金型とする。

本発明によれば、第１及び第２入子の熱膨張による応力を弾性金属部材が弾性変形して吸収することにより、第２入子が第１入子を拘束する拘束力が緩和される。よって、第１入子への圧縮応力が緩和され、第１入子の亀裂の発生を抑制できる。その結果、第１入子の寿命を延長することができる。

本発明の一実施形態における鋳造用金型の模式断面図である。 本発明の一実施形態におけるベース入子と弾性金属部材とウォータージャケット入子との平面図である。 本発明の一実施形態における弾性金属部材の斜視図である。

以下では、アルミニウム合金製の４気筒エンジンのシリンダブロックをダイカスト鋳造法により鋳造する場合の鋳造用金型を例に説明する。図１は、本実施形態の鋳造用金型の模式断面図である。図１は金型を閉じたとき（金型同士を密着させたとき）の状態を示している。図２は、本実施形態の鋳造用金型におけるベース入子と弾性金属部材とウォータージャケット入子との平面図である。図３は、本実施形態の鋳造用金型における弾性金属部材の斜視図である。

鋳造用金型１０は、シリンダボアの周囲に冷却用水路を備えたエンジンのシリンダブロックを鋳造するための金型である。鋳造用金型１０は、主に、固定金型２０と可動金型３０とを備える。鋳造用金型１０は、固定金型２０と可動金型３０とを組み合わせることで形成される。

固定金型２０及び可動金型３０は、例えば合金鋼製の金型である。固定金型２０は固定盤（不図示）に、可動金型３０は可動盤（不図示）にそれぞれ固定される。可動盤の移動に伴って可動金型３０が固定金型２０と密着又は離間する。可動金型３０が固定金型２０と密着することにより、固定金型２０と可動金型３０との間に、シリンダブロックを鋳造するためのキャビティ４０が形成される。

固定金型２０は、従来のシリンダブロック鋳造用の固定金型に用いられているものと同様である。可動金型３０は、可動盤に固定される母型３１と、母型３１に組み付けられるベース入子（第２入子）３２と、ベース入子３２に組み付けられる弾性金属部材３３と、弾性金属部材３３に組み付けられるウォータージャケット入子（第１入子）３４と、ウォータージャケット入子３４、弾性金属部材３３及びベース入子３２に組み付けられるボア入子３５とを有する。

母型３１は、ベース入子３２を嵌め込む金型であり、キャビティは彫り込まれていない。ベース入子３２は、シリンダを形成するための入子であり、母型３１に嵌め込まれる。ベース入子３２の固定金型２０と対向する面には、弾性金属部材３３が嵌め込まれる（嵌合される）凹部３２ａが彫り込まれている。凹部３２ａは、図２に示すように、ボア数に応じた数（本実施形態では４つ）の略円筒形状の窪みが連設された形状である。

弾性金属部材３３は、ウォータージャケット入子３４に生じる熱応力を吸収して亀裂の発生を抑制するための部材である。弾性金属部材３３は、ベース入子３２の凹部３２ａに沿った形状であり（図３参照）、ベース入子３２の凹部３２ａに嵌め込まれる。弾性金属部材３３の固定金型２０と対向する面には、ウォータージャケット入子３４の外面の一部が嵌め込まれる（嵌合される）凹部３３ａが彫り込まれている。凹部３３ａは、図２及び図３に示すように、ボア数に応じた数（本実施形態では４つ）の略円筒形状の窪みが連設された形状である。弾性金属部材３３の上端面（固定金型２０側の端面）は、ベース入子３２の上端面と面一に形成されている。

このように、可動金型３０は、ベース入子３２とウォータージャケット入子３４とを直接嵌合させずに、ベース入子３２とウォータージャケット入子３４との嵌合部に弾性金属部材３３を介在させる構成としている。換言すれば、従来のベース入子において、ウォータージャケット入子３４との嵌合部分を弾性金属部材３３で構成したともいえる。

弾性金属部材３３は弾性金属で形成される。弾性金属は弾性を有する金属であり、合金であっても純金属であってもよい。弾性金属部材３３の材料として用いる弾性金属は、ウォータージャケット入子３４に生じる熱応力の一部又は全てを弾性変形にて吸収できる程度の弾性を有していればよい。すなわち、溶湯の熱によってウォータージャケット入子３４及びベース入子３２が膨張したときに、ウォータージャケット入子３４の拘束力が増すことでウォータージャケット入子３４に熱応力が生じるので、弾性金属部材３３の弾性変形にてその熱応力を抑制できればよい。

弾性金属部材３３の材料として用いることができる弾性金属の弾性の程度は、例えば弾性率（ヤング率）や弾性変形能を指標とすることができる。弾性金属部材３３の材料として好ましい弾性率は、ベース入子３２の弾性率よりも低い値であり、さらに好ましくは、ベース入子３２及びウォータージャケット入子３４の弾性率よりも低い値である。一方、弾性金属部材３３の材料として好ましい弾性変形能は、ベース入子３２の弾性変形能よりも高い値であり、さらに好ましくは、ベース入子３２及びウォータージャケット入子３４の弾性変形能よりも高い値である。

このような弾性金属としては、例えばチタン合金が挙げられ、製品としてはゴムメタル（登録商標）がある。ゴムメタルは、マグネシウム合金並みの超低ヤング率（例えば３０〜６０ＧＰａ）と高強度の両立、大弾性変形能（例えば２．２〜２．６％）、室温で加工しても全く加工硬化しないなどの特性を有する。

弾性金属部材３３の厚みは、ウォータージャケット入子３４及びベース入子３２の熱膨張によって生じるウォータージャケット入子３４の熱応力を弾性変形にて吸収できる厚みであればよい。したがって、弾性金属部材３３の厚みは、ウォータージャケット入子３４及びベース入子３２の熱膨張率と、用いる弾性金属の弾性変形能とを考慮して適宜設計することができる。また、弾性金属部材３３は、ダイカストサイクルで弾性変形を繰り返すので、製品形状に影響を与えず、鋳バリが発生しない。

ウォータージャケット入子３４は、シリンダブロックに冷却用水路を形成するための入子であり、弾性金属部材３３の凹部３３ａに嵌め込まれる。ウォータージャケット入子３４は、ボア数に応じた数（本実施形態では４つ）の略円筒形状の筒部３４ａが連設され（図２参照）、それぞれの筒部３４ａの下端に基部３４ｂが一体形成されたものである。

筒部３４ａは、薄壁状であり、その上部はベース入子３２及び弾性金属部材３３から突出して内外面ともにキャビティ４０に露出し、その下部は外面が弾性金属部材３３に密着し、内面がキャビティ４０に露出する。つまり、筒部３４ａがウォータージャケットを形成するためのキャビティ面に相当する。

一方、基部３４ｂは、ウォータージャケット入子３４の底部を構成する部位であって、弾性金属部材３３に埋没する。基部３４ｂは略柱状に形成され、ボア入子３５を収容して保持するための保持孔３４ｃが形成されている。保持孔３４ｃは、開口端が平面視略矩形に形成されており、基部３４ｂの上面から下面まで貫通している。

ボア入子３５は、シリンダボアを形成するためにウォータージャケット入子３４の内部に配置される入子である。ボア入子３５は、略円柱状の軸部３５ａと、軸部３５ａの下端に一体形成された基部３５ｂとを有する。

軸部３５ａは、基部３５ｂより半径方向長さが大きく、キャビティ４０に露出してシリンダボアを形成する。一方、基部３５ｂは、ボア入子３５の底部を構成する部位であって、ウォータージャケット入子３４の保持孔３４ｃに埋没する。ボア入子３５は筒部３４ａに空隙を有して挿入され、基部３５ｂが保持孔３４ｃに挿嵌されることで位置決めされる。

上述した可動金型３０を構成する可動盤、母型３１、ベース入子３２、弾性金属部材３３、ウォータージャケット入子３４及びボア入子３５は、脱落しないようにボルトやピン等の係止具を用いて適宜固定されている。

このような鋳造用金型１０によれば、ウォータージャケット入子３４及びベース入子３２の熱膨張による応力を弾性金属部材３３が弾性変形して吸収することにより、ベース入子３２がウォータージャケット入子３４を拘束する拘束力が緩和される。よって、ウォータージャケット入子３４への圧縮応力が緩和され、ウォータージャケット入子３４の亀裂の発生を抑制でき、ウォータージャケット入子３４の寿命を延長することができる。

次に、上記の鋳造用金型１０を用いたシリンダブロックの鋳造方法について説明する。まず、作業者は、固定盤に固定された固定金型２０に対向配置された可動盤に、可動金型３０を構成する母型３１、ベース入子３２、弾性金属部材３３、ウォータージャケット入子３４、ボア入子３５を組み付ける。組み付ける順序には特に限定はなく、例えば、母型３１に、ベース入子３２、弾性金属部材３３、ウォータージャケット入子３４、ボア入子３５を順に組み付けることができる。また、母型３１に、ベース入子３２、弾性金属部材３３を順に組み付け、ウォータージャケット入子３４にボア入子３５を予め挿入しておき、そのウォータージャケット入子３４を弾性金属部材３３に組み付けるようにしてもよい。

次に、可動盤を移動させて可動金型３０を固定金型２０に密着させることで鋳造用金型１０を閉じる。これにより、鋳造用金型１０内にキャビティ４０が形成される。その後、キャビティ４０内に溶湯を高速・高圧で射出して充填する。溶湯が凝固すると鋳造が終了し、可動盤を移動させて可動金型３０を固定金型２０から離間させることで鋳造用金型１０を開き、鋳造されたシリンダブロックを離型してシリンダブロックを得る。

鋳造法としては、上述したダイカスト鋳造法の他に、遠心鋳造法、高圧鋳造法、低圧鋳造法などの各種鋳造法を用いることができる。また、鋳造金属としては、アルミニウム合金の他に、マグネシウムや銅又はそれらの合金、鉄系合金などの各種金属を用いることができる。

上記の実施形態では、可動金型３０がベース入子３２と弾性金属部材３３とウォータージャケット入子３４とボア入子３５とを備える構成としたが、これに代えて、固定金型２０がベース入子３２と弾性金属部材３３とウォータージャケット入子３４とボア入子３５とを備える構成としてもよい。

上記の実施形態では言及していないが、ベース入子３２は、さらに、キャビティ４０内で鋳造されるシリンダブロックを押し出すための押出しピンを備えていてもよい。押出しピンは弾性金属部材３３に設けられた貫通孔に挿嵌すればよい。

１０ 鋳造用金型
３２ ベース入子（第２入子）
３３ 弾性金属部材
３４ ウォータージャケット入子（第１入子）

Claims (1)

1. シリンダブロックに冷却用水路を形成するための第１入子と、
   第１入子が嵌合される第２入子と、
   第１入子と第２入子との嵌合部に介在される弾性金属部材とを備えた鋳造用金型。

Images