JP2016516597A - 二層材の機械加工方法及び回転式工具 - Google Patents

Abstract

被加工物自体よりも硬い材料で被加工物の外面と同一平面に内張りされた筒状開口部（１２）を含む二層材の被加工物（１１）を回転式ミーリング工具で機械加工する二層材機械加工方法であって、回転式ミーリング工具は、筒状開口部（１２）の中へ軸方向に突き通されるシングルパスで、被加工物に形成される荒仕上げのボアと内張り部に形成される荒仕上げのボアとがむき出しになった二層材カウンタボアを開口部（１２）の頂部に作製するとともに、筒状開口部（１２）の中央に向いた面取り部（１６）を内張り部（１３）の上端に作製することを特徴とする二層材機械加工方法。【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物、特に内燃エンジンのシリンダーブロックの上面の機械加工に関する。

具体的には、被加工物自体よりも硬い材料で被加工物の外面と同一平面に内張りされた筒状開口部を含む二層材の被加工物を回転式ミーリング工具で機械加工する二層材機械加工方法である。

本発明はまた、上記方法を実施するようにした、二層材の回転式機械加工工具である。

本発明は、非限定的に、鋳鉄の内張り材を有するアルミニウム製のエンジンのシリンダーブロックの機械加工の用途に適している。

幾つかの動力車の内燃エンジンには、シリンダーブロックとして、軟質金属性、特にアルミニウムベースの本体を備えるものが装備されており、シリンダーブロックにはボアやシリンダーが配設され、シリンダには、硬質金属性、特に鋳鉄ベースの内張り材が形成されている。この種の二層材シリンダーブロックは、アルミニウム製の鋳造品であって、鋳鉄の筒状内張り材用のプリフォームで作製される。完成すると、アルミニウム製のブロックの上面が、鋳鉄製の各内張り材の端面と同一平面となる。

二層材機械加工である上面の表面加工は、表面加工ミーリング工具を使用するだけで実施することができる。しかしながら、通常のミーリング工具では、ひっかき傷を作る危険性を無視できないために、要求される品質レベルの燃焼面を保証できない。

二層材の被加工物に対する機械加工は、２つの対象材料が硬さや機械特性の点で相違する場合などに、特に繊細な工程が必要となる。この工程には専用の工具が必要であり、この工具の寿命は一般に、切削パーツ間に摩耗の違いがあることから制約される。二層材の機械加工に関連する諸問題は、一部が鉄鋼材で、一部が非鉄材であるような全ての被加工物（例えば鋳鉄とアルミニウムあるいは鋳鉄と鋼鉄）で発生するものである。特に、シリンダーが鋳鉄の内張り材で内張りされた、アルミニウム製のエンジンのシリンダーブロックの上面で生じる現象である。

本発明は、ミーリング工具の寿命を延ばすことを目的とする。内燃エンジンのシリンダーブロックの場合では、表面加工工程の信頼性を高めることによって、燃焼面にひっかき傷が発生する危険性を減らすことが可能になる。

この目的を達成するために、本発明の工具は、シリンダーの中へ軸方向にプランジングが行われるシングルパスで、被加工物に形成される荒仕上げのボアと内張り部に形成される荒仕上げのボアとがむき出しになった二層材カウンタボアを開口部の頂部に作製するとともに、シリンダの中央に向いた面取り部を内張り部の上端に作製する。

このために、工具は、第１の一連のカウンタボア作製先端部を備え、この一連のカウンタボア作製先端部により、被加工物と内張り材に平坦な底部を有するボアを作製するようにする。さらに工具は、一連のカウンタボア作製先端部に対して工具本体の方向にオフセットされた一連の第２の先端部を備える。第２の先端部は、第１の先端部よりも更に深く内張り材の材料の中に侵入して、開口部の内部に向いた面取り部を内張り材の上端に作製する。

本発明は、添付図面を参照しつつ下記の非限定的実施形態の説明に接することにより、より良く理解されるであろう。

提案に係る工具の全体図である。 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃは先端部のオフセットを示す図である。 ３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは本方法を示す図である。

図１に、被加工物の面に対して開放し、被加工物よりも硬い材料で内張りされた筒状開口部の軸と同軸であるボアを、プランジングによって作製するために、二層材の被加工物の面を機械加工する、本発明による回転式工具を示す。工具の本体１は、回転式駆動機械（図示せず）に取り付けられる肩部２と、クランプ手段４付の４つの先端部ホルダーカートリッジ３とを有している。カートリッジは、直径調節手段６と、厚さ調節手段７とを有する。先端部には、三角形先端部８と四角形先端部９の２種類のものがある。三角形先端部８は、シリンダーブロック、被加工物１１の材料、及び内張り材１３の材料に、平坦な底部を有するボアを作製するカウンタボア作製先端部である。第２の一連の先端部９は、第１の一連の先端部に対して工具本体の軸方向にオフセット配置されていて、内張り材の材料の中に更に深く侵入して、面取り部を内張り材の材料の上端に作製する。シリンダーの内部に向いた面取り部１６は、図３Ｂ及び３Ｃに示される。

４つの先端部を示す図１の工具は、図２Ａ、２Ｂ及び図２Ｃの断面図に示すように、正反対に対峙する２つのカウンタボア作製先端部８と、正反対に対峙する２つの面取り先端部９をと備えている。図２Ｂと２Ｃに、カウンタボア作製先端部８に対して面取り先端部９の軸方向のオフセット（ｅ）を示す。図示した例では、被加工物はアルミニウム製の内燃エンジンのシリンダーブロックであり、上記のシリンダーは、鋳鉄の内張り材で内張りされている。３つの図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、シリンダー１２の直径面におけるシリンダーブロック１１の部分垂直断面図である。図３Ａでは、ブロックの上面１１ａは（製造欠陥以外は）基本的に平面である。例えば鋳鉄でできた内張り材１３の上端は、面１１ａと同一平面である。図３Ｂに、シリンダーブロック１１の材料と内張り材１３の材料において実施されるカウンタボア作製と「面取り」を組み合わせた工程を示す。シリンダー１２に対して軸方向に固定された工具は、シングルパスのプランジングにより、被加工物と内張り材に荒仕上げのボアがむき出しになった二層材のカウンタボアがシリンダー１２の頂部を作製するとともに、公称高さが先端部８、９間の軸方向のオフセットに対応している面取り部１６を作製する。

「プランジング」中に、カウンタボア作製先端部８は、要求される許容値内の肉厚部の機械加工から退場する。それと同時に、材料の中へ更に深く侵入する面取り先端部９が、面取り部１６を作製する。工程の結果は、直線的エッジ１４ｂとブロック１１に平坦な底部１４ａとを有するボアと、面取り部１６付の内張り材１３とであり、面取り部は内張り材１３のみに形成されている（図３Ｃ参照）。

かくして、提案に係る二層材機械加工方法では、工具のシングルパスによって、シリンダーブロックの二層材のカウンタボアの作製と、面取り部の機械加工とを達成することが可能になる。表面加工のミーリング工程は、工具の２回目のパスの間に行うことができ、パスの深さは０．２０〜０．３０ｍｍである。提案の方法により、鋳鉄部分のパスの深さを浅くすることができる。これを浅くしたことにより、工具の寿命が延び、より良い表面品質が確保される。これは、シリンダーブロックの上面を機械加工する際に特に利点となる。本方法は、一般に、高精度の表面加工が必要な、全ての二層材機械加工に適用することができる。自動車の分野において、対象は、例えばシリンダーブロック（又はクランク室）、シリンダーヘッド、ギアボックスのケーシング、ポンプ、様々なスペアパーツ等の被加工物を意味する。本発明はまた、航空等の他の分野において、例えばマグネシウムとアルミニウム等からできた二層材の被加工物を機械加工する際にも適用することができる。ほとんどの場合、二層材の機械加工は、実効的に、熱の拡散を良好にして、被加工物が高温にさらされた場合の破壊や亀裂の危険性を防止することが可能になる。

Claims (9)

1. 工具被加工物自体よりも硬い材料で被加工物の外面と同一平面に内張りされた筒状開口部（１２）を含む二層材の被加工物（１１）を回転式ミーリング工具で機械加工する二層材機械加工方法であって、
   前記回転式ミーリング工具は、前記筒状開口部（１２）の中へ軸方向にプランジングが行われるシングルパスで、前記被加工物に形成される荒仕上げのボアと前記内張り部に形成される荒仕上げのボアとがむき出しになった二層材カウンタボアを前記開口部（１２）の頂部に作製するとともに、前記筒状開口部（１２）の中央に向いた面取り部（１６）を前記内張り部（１３）の上端に作製することを特徴とする二層材機械加工方法。
2. 前記カウンタボアの作製及び面取り部の作製はそれぞれ、カウンタボア作製先端部（８）と、前記カウンタボア作製先端部に対して軸方向にオフセットされていて、材料の厚さ方向に前者よりも深く侵入する面取り先端部（９）とによって実現されることを特徴とする、請求項１に記載の二層材機械加工方法。
3. 前記回転式ミーリング工具のパスの結果が、前記被加工物（１１）の材料に形成される直線的エッジ（１４ｂ）と平坦な底部（１４ａ）とを有するボアと、前記内張り部（１３）とであり、前記内張り部（１３）には、前記筒状開口部（１２）の中央に向いた面取り部（１６）が斜めに形成されることを特徴とする、請求項２に記載の二層材機械加工方法。
4. 前記面取り部（１６）の公称高さは、前記回転式ミーリング工具の先端部（８、９）間の軸方向のオフセットに一致することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の二層材機械加工方法。
5. 前記被加工物（１１）は、アルミニウム製の内燃エンジンのシリンダーブロックであり、前記シリンダーブロックのシリンダー（１２）は、鋳鉄製の内張り材（１３）で内張りされたものであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の二層材機械加工方法。
6. 二層材の被加工物（１１）の面を機械加工するための回転式機械加工工具であって、前記被加工物の面（１１ａ）に対して開放している筒状開口部（１２）であって、前記被加工物よりも硬い材料（１３）で内張り部が形成された筒状開口部（１２）の軸と同軸であるボアを、プランジングによって作製し、回転式機械加工工具は、第１の一連の三角形カウンタボア作製先端部（８）を備え、前記第１の一連の三角形カウンタボア作製先端部により、前記被加工物に平坦な底部を有するとともに前記内張り部に平坦な底部を有するボアを作製するようにし、さらに回転式機械加工工具は、前記第１の一連の三角形カウンタボア作製先端部（８）に対して工具本体の軸方向にオフセットされた四角形の第２の一連の面取り先端部（９）を備え、前記四角形の第２の一連の面取り先端部（９）により、前記内張り材（１３）の材料の中へ更に深く侵入して、前記開口部（１２）の内部に向いた面取り部（１６）を前記内張り材（１３）の材料の上端に作製するようにしたことを特徴とする、回転式機械加工工具。
7. 正反対に対峙する２つのカウンタボア作製先端部（８）と、正反対に対峙する２つの面取り先端部（９）とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の回転式機械加工工具。
8. 前記面取り部（１６）の公称高さは、前記先端部（８、９）間の軸方向のオフセット（ｅ）によって決まることを特徴とする、請求項６又は７に記載の回転式機械加工工具。
9. 前記先端部（８、９）間が軸方向にオフセットされていて、シングルパスで、アルミニウム製の内燃エンジンのシリンダーブロック（１１）であって、シリンダーが鋳鉄製の内張り材（１３）で内張りされている、シリンダーブロックの表面を機械加工するとともに、前記シリンダーの内側に向いた面取り部（１６）を前記内張り材（１３）の上端に斜めに形成することを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載の回転式機械加工工具。

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