JP2648497B2 - Manufacturing method of casting and manufacturing method of cylinder head - Google Patents

Manufacturing method of casting and manufacturing method of cylinder head

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はシリンダヘッド等の鋳造品の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a casting such as a cylinder head.

(従来の技術) 近年、エンジンの高出力化に伴い、エンジンのシリン
ダヘッドの熱負荷が高くなり、特に熱負荷の高い燃焼室
部における吸排気孔間部やプラグ孔周辺部等は熱疲労に
よるクラックが発生しやすく、通常の方法で鋳造された
アルミニウム合金鋳物の機械的強度では不十分である。
また、鋳造方法の中でも生産性の良い低圧鋳造法による
と、一般に型温が高い為、シリンダヘッド素材の鋳造組
織が粗くなり、熱疲労強度が劣るという問題がある。
(Prior Art) In recent years, as the output of an engine has increased, the thermal load on the cylinder head of the engine has increased. And the mechanical strength of an aluminum alloy casting cast by a usual method is insufficient.
Further, among the casting methods, the low-pressure casting method with good productivity has a problem that the mold temperature is generally high, so that the casting structure of the cylinder head material becomes coarse and the thermal fatigue strength is poor.

これらの問題に対しては、従来から熱疲労特性が要求
される部分に冷し金或いは水冷金型を置き冷却速度を速
くすることによりシリンダヘッド素材の材質の改善を図
る方法が知られている。特に、所望部位を強化する方法
としては、上記方法よりも制約が少なく効果が大きいこ
とから、特開昭61−193773号公報に示されるような、シ
リンダヘッドの所望部位に高エネルギービームを照射
し、加熱して再溶融させることによりチル組織を得る方
法が提案されている。
In order to solve these problems, there has been conventionally known a method of improving the material of a cylinder head material by placing a cooling die or a water-cooled die in a portion where thermal fatigue characteristics are required and increasing a cooling rate. . In particular, as a method of strengthening a desired portion, a high-energy beam is applied to a desired portion of a cylinder head as disclosed in JP-A-61-193773, since the method is less restrictive and more effective than the above method. A method of obtaining a chill structure by heating and re-melting has been proposed.

(発明が解決しようとする課題) ところが、後者の再溶融の方法によると、第6図に示
すように、再溶融部aが凝固する際に周囲の溶湯を引き
寄せる為、再溶融終了部の溶融量が不足し、この部分に
クレータbが生じるという問題がある。このクレータb
の発生は、シリンダヘッドの場合には圧縮比の低下や異
常燃焼の発生等の原因になり、特に再溶融処理後に燃焼
室内の表面処理加工を行わないガソリンエンジン用のシ
リンダヘッドにおいてはその問題が顕著である。
(Problems to be Solved by the Invention) However, according to the latter re-melting method, as shown in FIG. 6, the surrounding molten metal is drawn when the re-melted portion a is solidified, so that the re-melting end portion is melted. There is a problem that the amount is insufficient and crater b is generated in this portion. This crater b
In the case of a cylinder head, this causes a reduction in the compression ratio or the occurrence of abnormal combustion.This problem is particularly encountered in a gasoline engine cylinder head that does not perform surface treatment in the combustion chamber after remelting. Notable.

このように問題のあるクレータbの発生を抑制する方
法としては、高エネルギービームを使用して再溶融する
場合に、再溶融終了部付近でアーク電流を小さくするス
ロープ機構を用いたり、アークの移動速度を大きくした
りする方法が知られているが、これらの方法によっても
クレータbの発生を根本的に避けることはできない。
As a method of suppressing the occurrence of such a problematic crater b, when re-melting using a high-energy beam, a slope mechanism for reducing the arc current near the re-melting end portion, or a method of moving the arc is used. Although methods for increasing the speed are known, the generation of the crater b cannot be fundamentally avoided by these methods.

(発明の目的) 上記に鑑みて本発明は、シリンダヘッド等の鋳造品素
材をエネルギービームによって再溶融するにも拘らず、
得られる鋳造品にはクレータが存在しないようにしたシ
リンダヘッド等の鋳造品の製造方法を提供することを目
的とする。
(Objects of the Invention) In view of the above, the present invention has been made in spite of re-melting a casting material such as a cylinder head by an energy beam.
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cast product such as a cylinder head in which a crater is not present in the obtained cast product.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明はエネルギービー
ムによる再溶融の終了部を加工により除去するものであ
る。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention is to remove an end portion of remelting by an energy beam by processing.

具体的に、請求項1の発明の講じた解決手段は、金属
溶湯を鋳型に注入して鋳造品素材を形成したのち、該鋳
造品素材の所定部分をエネルギービームにより再溶融す
ると共に、この再溶融を加工部位に対応する部位にて終
了し、その後、この再溶融終了部に加工を施すものとす
る。そして、請求項2の発明では、上記鋳造品はシリン
ダヘッドであり、請求項3の発明では、上記加工は孔加
工である。
Specifically, a solution taken by the invention of claim 1 is that, after casting a molten metal into a mold to form a casting material, a predetermined portion of the casting material is re-melted by an energy beam, and the re-melting is performed. It is assumed that the melting ends at a portion corresponding to the processing portion, and thereafter, the remelting end portion is processed. In the invention of claim 2, the casting is a cylinder head, and in the invention of claim 3, the processing is drilling.

さらに、請求項4の発明の講じた解決手段は、シリン
ダヘッドの鋳造方法として、金属溶湯を鋳型に注入して
シリンダヘッド素材を形成したのち、該シリンダヘッド
素材における熱疲労特性の要求される部分を高エネルギ
ービームにより連続して再溶融すると共に、この再溶融
をプラグ用又は噴射ノズル用の孔加工部に対応する部位
で終了し、その後、この再溶融終了部に孔加工を施す構
成としたものである。
Further, a solution taken by the invention of claim 4 is a method of casting a cylinder head, comprising: injecting a molten metal into a mold to form a cylinder head material; Was continuously remelted by a high energy beam, and the remelting was terminated at a portion corresponding to the hole processing portion for the plug or the injection nozzle, and thereafter, the hole was formed at the remelting end portion. Things.

(作用) 上記の構成により、請求項1〜4の発明では、シリン
ダヘッド等の鋳造品素材をエネルギービームにて再溶融
する場合の再溶融終了部に発生するクレータは、孔加工
等の加工を施すことで除去される。
(Operation) With the above configuration, in the inventions of claims 1 to 4, the crater generated at the remelting end portion when the casting material such as the cylinder head is remelted by the energy beam performs processing such as hole processing. It is removed by applying.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を第1図〜第5図に基づいて
説明する。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

まず、JIS規格AC4Bのアルミニウム合金の溶湯を鋳型
に注入し、低圧鋳造法により第1図に示すようなガソリ
ンエンジン用のシリンダヘッド素材1を形成する。
First, a molten metal of an aluminum alloy of JIS standard AC4B is poured into a mold, and a cylinder head material 1 for a gasoline engine as shown in FIG. 1 is formed by a low pressure casting method.

次に、X−Yテーブルにシリンダヘッド素材1を載置
し、高エネルギービームであるTIGアーク3を、交流TIG
溶接機を使用して使用電極が直径4.8mmの純タングステ
ンで、アルゴンガス流量が15/分である照射条件の下
で、X−Yテーブルを移動させながら第2図に示すよう
にシリンダヘッド素材1における熱疲労特性の要求され
る部分に照射する。この照射は第3図に示すように、シ
リンダヘッド素材1における吸気孔11と排気孔12との間
部であってプラグ用の孔加工部13の反対側端部であるA
点から始め、吸気孔11と排気孔12との間部であって孔加
工部13の端部であるB点、及び、孔加工部13の近傍であ
るC点を経て、孔加工部13の内部に位置し、再溶融終了
部であるD点で終了する。この場合においてA→B→C
→Dの溶融範囲に亘ってアーク電流値は300A、加工速度
は0.3m/分であって、これにより生じるD点でのクレー
タの深さは3.5mmであった。
Next, the cylinder head material 1 is placed on the XY table, and the TIG arc 3 which is a high energy beam is
Using a welding machine, the electrode used was pure tungsten having a diameter of 4.8 mm, and the cylinder head material was moved as shown in FIG. 2 while moving the XY table under irradiation conditions in which the argon gas flow rate was 15 / min. Irradiation is applied to a portion requiring thermal fatigue characteristics in 1. As shown in FIG. 3, this irradiation is performed between the intake hole 11 and the exhaust hole 12 in the cylinder head blank 1 and at the opposite end of the hole processing portion 13 for the plug.
Starting from the point, the point B between the intake hole 11 and the exhaust hole 12 and the end of the hole processing portion 13, and the point C near the hole processing portion 13, It is located inside and ends at point D, which is the end of remelting. In this case, A → B → C
→ Over the melting range of D, the arc current value was 300 A, the processing speed was 0.3 m / min, and the resulting crater depth at point D was 3.5 mm.

このようにして第4図に示すように、熱疲労特性の要
求される部分、すなわち、吸気孔11と排気孔12との間の
部分及びプラグ用の孔加工部13の周辺部分に再溶融部14
を形成し、その後、このシリンダヘッド素材1を535℃
の温度下で4時間保持した後、水冷し、再び加熱して18
0℃の温度下で6時間保持してT6処理を施す。さらに、
このシリンダヘッド素材1の再溶融終了部に機械加工に
よりプラグ孔15を穿設した後ASSYをして、第5図に示す
ようなシリンダヘッド2を得る。
In this way, as shown in FIG. 4, the re-melted portion is formed in the portion where the thermal fatigue property is required, that is, in the portion between the intake hole 11 and the exhaust hole 12 and in the peripheral portion of the hole 13 for the plug. 14
Then, the cylinder head material 1 is heated to 535 ° C.
, And then cooled with water and heated again to
The T6 treatment is performed while maintaining the temperature at 0 ° C. for 6 hours. further,
After drilling a plug hole 15 in the remelted end portion of the cylinder head blank 1 by machining, ASSY is performed to obtain a cylinder head 2 as shown in FIG.

なお、高エネルギービームとしては上記実施例のTIG
アーク3の他にプラズマアーク、レーザ、電子ビーム等
を使用することができると共に、シリンダヘッド素材1
の種類によっては、再溶融終了部を上記実施例に代えて
噴射ノズル用の孔加工部としてもよい。
The high-energy beam is the TIG of the above embodiment.
In addition to the arc 3, a plasma arc, a laser, an electron beam, or the like can be used.
Depending on the type, the remelting end portion may be a hole processing portion for an injection nozzle instead of the above embodiment.

以下、比較例について説明する。 Hereinafter, a comparative example will be described.

比較例1〜4はいずれも上記実施例と同様にJIS規格A
C4Bのアルミニウム合金を低圧鋳造してシリンダヘッド
素材を形成し、このシリンダヘッド素材に上記実施例に
おけるA点→B点→C点と同じ範囲に、上記と同様の電
極及びアルゴンガス流量の下でTIGアーク3を照射した
ものであって、A点→B点間及びB点→C点間において
は次のような条件下で照射し、C点において次のような
クレータを得た。
In Comparative Examples 1 to 4, JIS standard A
C4B aluminum alloy is cast at low pressure to form a cylinder head material, and this cylinder head material is formed in the same range as point A → point B → point C in the above embodiment under the same electrode and argon gas flow as above. Irradiated with the TIG arc 3, the irradiation was performed under the following conditions between point A → point B and between point B → point C, and the following crater was obtained at point C.

比較例1: A点→B点間: アーク電流値300A 加工速度0.3m/分 B点→C点間: アーク電流値300A 加工速度0.3m/分 クレータ深さ:3.5mm 比較例2: A点→B点間: アーク電流値300A 加工速度0.3m/分 B点→C点間: アーク電流値300A→0Aへスロープダウン 加工速度0.5m/分 クレータ深さ:1.7mm 比較例3: A点→B点間: アーク電流値320A 加工速度0.3m/分 B点→C点間: アーク電流値300A 加工速度0.5m/分 クレータ深さ:2.7mm 比較例4: A点→B点間: アーク電流値280A 加工速度0.3m/分 B点→C点間: アーク電流値100A→0Aへスロープダウン クレータ深さ:0.8mm 以上の結果から明らかなように、比較例1及び3にお
いてはC点に大きなクレータが発生し、比較例2及び4
においてはTIG電流値を徐々に低下させるスロープ機構
を用いたので深さは浅いがクレータがやはり発生した。
なお、比較例2及び4のようにスロープ機構を使用する
と、この部分の再溶融深さが浅くなり、再溶融処理の効
果が低減するので好ましくない。これに対して、上記実
施例のようにプラグ用の孔加工部13を再溶融終了部にす
ると、プラグ用孔15穿設後のシリンダヘッド2にはクレ
ータが残存しないし、また、クレータを小さくするため
にスロープ機構を使用する必要もないので吸非気孔間及
びプラグ用孔周辺部を所定量の深さまで再溶融すること
ができる。
Comparative Example 1: Between point A and point B: Arc current value 300A Processing speed 0.3m / min Between point B and point C: Arc current value 300A Processing speed 0.3m / min Crater depth: 3.5mm Comparative example 2: Point A → Between points B: Arc current value 300A Processing speed 0.3m / min. Between points B and C: Arc current value 300A → Slope down to 0A Processing speed 0.5m / min Crater depth: 1.7mm Comparative example 3: Point A → Between points B: Arc current value 320A Processing speed 0.3m / min Between points B and C: Arc current value 300A Processing speed 0.5m / min Crater depth: 2.7mm Comparative Example 4: Between points A and B: Arc current Value 280A Working speed 0.3m / min Between point B and point C: Slope down from 100A to 0A arc current Crater depth: 0.8mm As is clear from the results above, in Comparative Examples 1 and 3, the point was larger at point C. Craters occurred, and Comparative Examples 2 and 4
In, a crater still occurred although the depth was shallow because a slope mechanism that gradually reduced the TIG current value was used.
It is not preferable to use the slope mechanism as in Comparative Examples 2 and 4, since the remelting depth in this portion becomes shallow and the effect of the remelting treatment is reduced. On the other hand, if the re-melting end portion is formed in the plug hole processing portion 13 as in the above embodiment, no crater remains on the cylinder head 2 after the plug hole 15 is formed, and the crater is reduced in size. Therefore, it is not necessary to use a slope mechanism, so that it is possible to re-melt the gap between the non-sucking pores and the periphery of the plug hole to a predetermined depth.

(発明の効果) 以上説明したように請求項1〜4の発明に係るシリン
ダヘッド等の鋳造品の製造方法によると、鋳造品素材に
おける再溶融終了部で発生するクレータが孔加工等の加
工により除去されるため、得られる鋳造品にはクレータ
が存在しないので、クレータによる諸問題を解消でき、
特にシリンダヘッドの場合には圧縮比の低下や異常燃焼
の発生等を防止することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the method for manufacturing a cast product such as a cylinder head according to the invention of claims 1 to 4, the crater generated at the end of remelting of the cast material is processed by hole processing or the like. Because it is removed, there are no craters in the obtained cast product, so it is possible to eliminate various problems due to craters,
In particular, in the case of a cylinder head, it is possible to prevent a reduction in the compression ratio and the occurrence of abnormal combustion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の製造方法によって得られるシリンダヘ
ッド素材の平面図、第2図は上記方法における再溶融工
程を示す斜視図、第3図は上記再溶融工程の順序を示す
平面図、第4図は上記再溶融工程により得られるシリン
ダヘッド素材の平面図、第5図は上記方法により得られ
るシリンダヘッドの平面図、第6図は従来の方法により
得られるシリンダヘッドの拡大断面図である。 1……シリンダヘッド素材、2……シリンダヘッド、3
……TIGアーク、11……吸気孔、12……排気孔、13……
孔加工部、14……再溶融部、15……プラグ用孔。
FIG. 1 is a plan view of a cylinder head material obtained by the manufacturing method of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a remelting step in the above method, FIG. FIG. 4 is a plan view of the cylinder head material obtained by the re-melting step, FIG. 5 is a plan view of the cylinder head obtained by the above method, and FIG. 6 is an enlarged sectional view of the cylinder head obtained by the conventional method. . 1 ... Cylinder head material, 2 ... Cylinder head, 3
…… TIG arc, 11 …… Intake hole, 12 …… Exhaust hole, 13 ……
Hole processing part, 14: Re-melted part, 15: Hole for plug.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】金属溶湯を鋳型に注入して鋳造品素材を形
成したのち、該鋳造品素材の所定部分をエネルギービー
ムにより再溶融すると共に、この再溶融を加工部位に対
応する部位にて終了し、その後、この再溶融終了部に加
工を施すことを特徴とする鋳造品の製造方法。
After a molten metal is poured into a mold to form a casting material, a predetermined portion of the casting material is re-melted by an energy beam, and the re-melting is terminated at a portion corresponding to a processing portion. And then processing the remelted end portion.
【請求項2】上記鋳造品はシリンダヘッドである請求項
1記載の鋳造品の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the casting is a cylinder head.
【請求項3】上記加工は孔加工である請求項1又は2記
載の鋳造品の製造方法。
3. The method for manufacturing a cast product according to claim 1, wherein said processing is hole processing.
【請求項4】金属溶湯を鋳型に注入してシリンダヘッド
素材を形成したのち、該シリンダヘッド素材における熱
疲労特性の要求される部分を高エネルギービームにより
連続して再溶融すると共に、この再溶融をプラグ用又は
噴射ノズル用の孔加工部に対応する部位で終了し、その
後、この再溶融終了部に孔加工を施すことを特徴とする
シリンダヘッドの製造方法。
4. A cylinder head material is formed by injecting a molten metal into a mold, and a portion of the cylinder head material requiring thermal fatigue characteristics is continuously re-melted by a high energy beam. End at a portion corresponding to a hole processing portion for a plug or an injection nozzle, and thereafter, a hole processing is performed on the remelted end portion.
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