JP3048114B2 - 繊維強化シリンダブロックの製造方法 - Google Patents

繊維強化シリンダブロックの製造方法

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JP3048114B2 JP7008968A JP896895A JP3048114B2 JP 3048114 B2 JP3048114 B2 JP 3048114B2 JP 7008968 A JP7008968 A JP 7008968A JP 896895 A JP896895 A JP 896895A JP 3048114 B2 JP3048114 B2 JP 3048114B2
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祥悟 松木
高弘 末永
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0009Cylinders, pistons

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧鋳造による繊維強
化シリンダブロックの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、複合材の製造方法に関する技術と
しては、特開昭62−6766号公報に記載のように、
シリンダボア回りを繊維成形体により強化したシリンダ
ブロック素材を鋳造するに当り、シリンダボア成形用中
子の外周面に予熱した繊維成形体を装着し、下方よりキ
ャビティ内に溶湯を注入し、複合化する方法が知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたも
のにおいては、低速中圧な加圧鋳造を前提としているた
め、生産性向上の観点より高速高圧で加圧鋳造すると、
図2に示すように、キャビティ100内に注入する溶湯
の圧力等によりボアピン(中子)101にセットした繊
維成形体102が変形したり、または破損したりして正
常なシリンダブロック素材の複合化が図れないという問
題点を有していた。
【0004】本発明は、従来の技術が有するこのような
問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、高速高圧な加圧鋳造下において高品質なシリン
ダブロック素材が得られる繊維強化シリンダブロックの
製造方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、シリンダブロックのボア部を形成する繊維強化
予備成形体を、この繊維強化予備成形体より熱容量が大
きく且つ通気性を有するように金属の焼結材で形成した
形状維持体にセットする第1工程と、前記形状維持体と
共に前記繊維強化予備成形体を所定の温度に予熱する第
2工程と、予熱された前記形状維持体と共に前記繊維強
化予備成形体を型内の所定の箇所にセットする第3工程
と、前記型内で前記繊維強化予備成形体に溶湯を浸透さ
せ複合化させる第4工程と、機械加工により前記形状維
持体を除去すると共に前記複合化した繊維強化予備成形
体にガスケット面とボア面を形成する第5工程とから成
るものである。
【0006】前記形状維持体は、前記繊維強化予備成形
体の保護機能と位置決め機能を有する形状に形成された
ものである。
【0007】
【0008】
【作用】形状維持体の熱容量を繊維強化予備成形体より
大きくした。このため、繊維強化予備成形体の熱を奪う
ことなく、型内にセットされた後においても繊維強化予
備成形体を所望の温度に保つ。 また、形状維持体を通気
性を有する部材で形成した。このため、繊維強化予備成
形体が溶湯と複合化される際に溶湯の繊維強化予備成形
体への溶浸性を向上させる。 従って、高速高圧な加圧鋳
造下において、溶湯圧力等により繊維強化予備成形体が
変形したり、または破損したりせずに、高品質に複合化
されたボア面を有するシリンダブロック素材が成形され
る。さらに、形状維持体を、金属の焼結材である鉄系焼
結材で形成したので、高周波で予備加熱する場合に都合
がよい。
【0009】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図1は本発明に係る繊維強化シリン
ダブロックの製造方法の各工程を示す説明図である。
【0010】繊維強化シリンダブロックの製造方法は、
先ずシリンダブロックのボア面を成形するため、図1
(A)に示すように、セラミック繊維から成る筒状の繊
維強化予備成形体(プリフォーム)1を用意する。繊維
強化予備成形体1は、例えばアルミナ繊維とカーボン繊
維から成り、アルミナ繊維の成分はアルミナ97%、シ
リカ3%程度で、カーボン繊維の成分はカーボン99.
7%である。アルミナ繊維とカーボン繊維の繊維長さ
は、共に平均長さ70〜130μmで、繊維径は平均径
3〜6μmを用いる。
【0011】また、繊維強化予備成形体1の繊維体積率
は12〜21%とし、ボア面としての摺動条件により、
繊維配合比はアルミナ繊維体積率8〜16%、カーボン
繊維体積率4〜5%を混合し、前記した所定の繊維体積
率(12〜21%)に調節する。
【0012】アルミナ繊維とカーボン繊維を前記した繊
維長さ、繊維径にするのは、所定の繊維体積率(12〜
21%)に繊維強化予備成形体1を成形した時に、低融
点合金の溶湯を溶浸するための繊維間の隙間を20〜8
0μmに保つためである。そして、アルミナ繊維とカー
ボン繊維をセラミックバインダーで接着して繊維強化予
備成形体1を成形する。
【0013】繊維強化予備成形体1の厚さは、必要複合
層厚さと機械加工代を考慮して決定される。本実施例に
おいては、複合層の寸法精度として真円度0.05〜
0.2mm/100mmでボア位置精度0.05〜0.
2mmが要求されるので、所望な複合層をなすために最
小加工代0.4mm、最大加工代0.8mmとした。そ
して、必要最小複合層厚さは、0.3mmでよいので、
これより厚い繊維強化予備成形体を成形すればよいが、
本実施例では、繊維強化予備成形体1の厚さは薄肉で、
1.5〜3.0mmを使用する。
【0014】次いで、図1(B)に示すように、繊維強
化予備成形体1を形状維持体2にセットする(第1工
程)。形状維持体2は、繊維強化予備成形体1を保護す
るためと繊維強化予備成形体1の位置決めを兼ねてお
り、繊維強化予備成形体1と同様な筒状でその外周面に
繊維強化予備成形体1の内周面が接するような大きさで
形成されている。また、形状維持体2の一端部には、嵌
合した繊維強化予備成形体1が抜けないように位置決め
用のストッパ3が形成されている。
【0015】形状維持体2は、繊維強化予備成形体1よ
り熱容量(比熱×質量)が大きく、且つ通気性を有する
ようにするため、多孔質で金属の焼結材で形成されてい
る。多孔質で金属の焼結材としては、例えばSUS43
4の100メッシュ以下の粉末から成る焼結材であり、
鉄系焼結材としたのは、繊維強化予備成形体1より比熱
が大きく、また高周波で予備加熱する場合には都合がよ
いからである。
【0016】また、形状維持体2の通気度は、繊維強化
予備成形体1の大きさで決定されるが、2〜3×10
-132で、空孔の大きさは加圧溶湯が侵入しない位の大
きさで3〜15μmが好ましい。3μm未満では所定の
通気性が確保出来ないし、15μmより大きいと加圧溶
湯が侵入して形状維持体2内で不必要な複合化が行われ
るからである。なお、形状維持体2の引張強度は、加圧
鋳造時の溶湯圧力に対抗出来る30〜50kg/mm2
である。
【0017】次いで、図1(C)に示すように、繊維強
化予備成形体1を形状維持体2にセットした状態で、予
熱炉に入れ発熱体4によって、温度400〜500℃で
予熱を行う(第2工程)。400℃未満では繊維強化予
備成形体1への加圧溶湯の侵入が円滑に行われないし、
500℃より高いと繊維強化予備成形体1中のカーボン
が昇華してしまうからである。ここで、形状維持体2
は、繊維強化予備成形体1より熱容量が大きいので、繊
維強化予備成形体1の熱を奪うことなく、型内にセット
された後においても繊維強化予備成形体1を所望な温度
に保つことが出来る。
【0018】次いで、図1(D)に示すように、予熱さ
れた繊維強化予備成形体1を形状維持体2にセットした
状態で可動型5の一部を成すボアピン6にセットし、金
型5,7を閉め状態にする(第3工程)。ボアピン6に
は、可動型5と固定型7によって形成されるシリンダブ
ロックキャビティ8内のエア等のガスを抜くためのガス
抜き溝9が設けてある。
【0019】次いで、図1(E)に示すように、アルミ
ニウム合金(ADC12)の溶湯10をキャビティ8内
に所定の溶湯加圧で注入する加圧鋳造を行い、繊維強化
予備成形体1に溶湯10を浸透させ複合化させる(第4
工程)。ここで、鋳造条件としては、溶湯温度が660
℃、射出スピードが3.2m/sec、鋳造圧力(溶湯
圧力)が880kg/cm2、ゲートスピードが40m
/sec、繊維強化予備成形体1の予熱が400℃など
である。
【0020】形状維持体2によって、加圧鋳造後の内径
の変形量を0.1〜0.3mmに抑えることが出来る。
更に、形状維持体2は、繊維強化予備成形体1の端部よ
り侵入する溶湯10に対してシール機能を発揮し、薄肉
の繊維強化予備成形体1の形状を広範囲にわたって維持
する。また、繊維強化予備成形体1が溶湯10と複合化
される際に、形状維持体2の通気性が溶湯10の繊維強
化予備成形体1への溶浸性を向上させる。
【0021】なお、型閉め後、溶湯10をキャビティ8
内に注入するに際して、キャビティ8内のガスは減圧ポ
ンプ(不図示)によって繊維強化予備成形体1、形状維
持体2、ガス抜き溝9などを介して型5,7の外へ排出
される。
【0022】次いで、図1(F)に示すように、繊維強
化予備成形体1と形状維持体2をシリンダブロック素材
11と共に型5,6,7から取り出し、先ずシリンダブ
ロック素材11等の上面をフライス(不図示)等によっ
て加工し、シリンダブロックのガスケット面12を形成
する。次いで、バイト(不図示)を用いてラフボーリン
グ加工を行うことで形状維持体2の大部分を除去し、更
にバイト(不図示)を用いてファインボーリング加工を
行うことで残存する形状維持体2を除去すると共に繊維
強化予備成形体1をボア形状に加工し、更にホーニング
砥石13を用いてボア形状に加工した繊維強化予備成形
体1のボア内周面を加工し、シリンダブロックのボア面
14を形成する(第5工程)。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
状維持体の熱容量を繊維強化予備成形体より大きくし
た。このため、繊維強化予備成形体の熱を奪うことな
く、型内にセットされた後においても繊維強化予備成形
体を所望の温度に保つことが出来る。 また、形状維持体
を通気性を有する部材で形成した。このため、繊維強化
予備成形体が溶湯と複合化される際に溶湯の繊維強化予
備成形体への溶浸性を向上させることが出来る。この結
果、高速高圧な加圧鋳造下において、複合化が必要な箇
所に薄肉の複合部を成形した高品質なシリンダブロック
素材を得ることが出来る。また、本発明によって成形し
たシリンダブロックは、耐磨耗性や冷却性などに優れて
いるので、高出力のエンジンを製造することが出来る。
さらに、形状維持体を、金属の焼結材である鉄系焼結材
で形成したので、高周波で予備加熱する場合に都合がよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る繊維強化シリンダブロックの製造
方法の各工程を示す説明図
【図2】従来の繊維強化シリンダブロックの製造方法の
一工程を示す説明図
【符号の説明】
1…繊維強化予備成形体、2…形状維持体、3…ストッ
パ、4…発熱体、5…可動型、6…ボアピン、7…固定
型、8…シリンダブロックキャビティ、9…ガス抜き
溝、10…溶湯、11…シリンダブロック素材、12…
シリンダブロックのガスケット面、13…ホーニング砥
石、14…シリンダブロックのボア面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02F 1/00 F02F 1/00 C (72)発明者 及川 浩信 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−11063(JP,A) 特開 平7−132362(JP,A) 特開 平5−96359(JP,A) 特開 平3−138070(JP,A) 特開 平3−460(JP,A) 特開 平2−84247(JP,A) 特開 昭64−15262(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 19/14 B22D 18/02 B22D 19/08 B22D 29/00 F02F 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダブロックのボア部を形成する繊
    維強化予備成形体を、この繊維強化予備成形体より熱容
    量が大きく且つ通気性を有するように金属の焼結材で形
    成した形状維持体にセットする第1工程と、 前記形状維持体と共に前記繊維強化予備成形体を所定の
    温度に予熱する第2工程と、 予熱された前記形状維持体と共に前記繊維強化予備成形
    体を型内の所定の箇所にセットする第3工程と、 前記型内で前記繊維強化予備成形体に溶湯を浸透させ複
    合化させる第4工程と、 機械加工により前記形状維持体を除去すると共に前記複
    合化した繊維強化予備成形体にガスケット面とボア面を
    形成する第5工程とから成ることを特徴とする繊維強化
    シリンダブロックの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記形状維持体は、前記繊維強化予備成
    形体の保護機能及び位置決め機能を有する形状に形成さ
    れた請求項1記載の繊維強化シリンダブロックの製造方
    法。
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JPH1147913A (ja) * 1997-06-02 1999-02-23 Toyota Motor Corp シリンダブロックの製造方法
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