JP3803808B2 - チルプレートおよび積層鋳型 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チルプレートを鋳型に埋め込む鋳型構造に適用されるチルプレートおよび積層鋳型に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳造の際、チルプレートを用い、部分的に強制冷硬鋳造によりチル組織をもつ鋳鉄複合材料は多方面に利用される。代表的な利面分野は、内燃機関のカムシャフトであろう。実際、日本および欧州において大型船舶用を除く中・小型内燃機関のうち７０％を越える内燃機関に、部分的な強制冷硬鋳造によるカム部のみチル組織をもつ鋳鉄複合材料からなるカムシャフトが使用されている。カム部全周チルドあるいは軸部中空化することによりチル部硬度とミクロ組織の改良が可能となり、さらにその利用が拡大される傾向にある。現状における日本および欧州で生産されているチルド・カムシャフトの鋳造システムには（１）機械的つき固めによる生型高圧鋳型鋳造（２）化学粘結材による硬化鋳型鋳造に大別され、いずれも鋳造と同時にカム部を強制冷硬させるチルプレートを鋳型に埋め込まれた鋳型構造となっている。尚、米国では、この鋳造システムのチルプレート埋設自動化ができないため焼き入れ硬化カムシャフトで対応している。
【０００３】
最近の自動車の高性能化にともなって、動弁機構が複雑化し、カムシャフトの一定長さ内に多くのカムを配設することおよび多カムの面を高硬度させることを要求する。このため、チルプレートを用いる鋳造法が一層注目される。チルプレートを鋳型に埋設する鋳造において、水分と粘結材添加生砂の単なる機械的つき固めの生型高圧鋳造では、この多カム化に対して製品設計適性の限界があり、併せて生砂の保有する水分とチルプレートに接する鋳込み溶湯との反応に因り内部ガス欠陥の偶発がカム数の増加に比例して増加することなどから追随できなくなってきている。これらの要因から高生産性の生型高圧鋳型鋳造に対し、ネア・ネット・シェイプ化が容易な製品設計適性の優れた化学硬化鋳型鋳造の方が有利となり、日本および欧州のチルド・カムシャフト生産工場は化学硬化鋳型のシェル・モールド法あるいはコールド・ボックス法による鋳造が大半を占め、生型高圧鋳型鋳造は限定された設計形状アイテムを対象にごく一部の工場に限られている。
【０００４】
化学硬化鋳型のうち自動車内燃機関用チルド・カムシャフトは、シェル・モールド法で生産されているが、上型と下型を単独に造型しチルプレートを手動にて埋設のうえ各々がクロージング接着される。これらは、水平鋳込み横配列複数個取り、垂直鋳込み横配列多数個取り、垂直鋳込み縦配列複数個取り、垂直鋳込み積層鋳造横配列多数個取り等のゲーテングシステムが採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来技術において、積層鋳造横配列システムが、チル硬度、軸硬度、軸中空化、重量歩留り、造型生産性、鋳込み生産性で、他のシステムに比しカムシャフト鋳造に有利性を示し、軸曲がり、鋳造欠陥やチルプレートの埋設自動化の面で問題を残し、サンドメタル比の点で一層の改善が望まれる。特に、このサンドメタル比は、積層鋳型のコンパクト化を困難とさせている。本発明は、前述した如き問題点や改善すべき事を解消させることを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前述した解決すべき課題が、チルプレートの形状に原因すると本発明者は考え、この改良に目を向けた。図４は従来のチルプレート１を示す。図示される如く、従来の鋳型は、一個のカムプロフィール２に対して、分割チルプレート３、４が一組用意され、鋳型５の分割面に下チルプレート４を埋め込みかつ下チルプレート４に組付けられ分割面より突出する上チルプレート３相当部を受ける空所６を下チルプレート４の下方に設ける構成となっていることから、積層される上下鋳型が相当に厚くなり、鋳型を積層立体化したとき、大型化する。
【０００７】
改良された本発明のチルプレートは、鋳型高さと実質的に同一の高さを有し、その上面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の半割形相当のキャビティを有しかつその下面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の残りの半割形相当のキャビティを有する構成である。本発明の一例である図１と従来例とを対比すれば理解される如く、本発明の一例の対のチルプレートの組合せは、実質的に２個のカムプロフィールを作るのに、従来例では１つのカムプロフィールのみ作り、この面からも、本発明のチルプレートは鋳型のコンパクト化に多大に寄与する。
【０００８】
本発明の積層鋳型は、横列されたチルプレートが互いに千鳥状に長手方向に配列され、鋳型分割面と２分割チルプレート自身の分割面とを一致させ、チルプレートの上面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の半割形相当のキャビティを有しかつチルプレートの下面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の残りの半割形相当のキャビティを設け、この鋳型を積層する構成を有す。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一例のチルプレート１０を示す。チルプレート１０は、チルドカムシャフトのカムプロフィールの下半分に相当する上キャビティ１１と、カムプロフィールの上半分に相当する下キャビティ１２とをその上下に有し、上下の縁１３、１４を鋳型の分割面と一致させた外郭を矩形に統一した形状とする。
【００１０】
図２と図３を参照して、図１のチルプレート１０を用いる化学硬化鋳型砂１６を用いる鋳型１５を示す。カムシャフトの軸部１７に相当するキャビティを複数個その長手方向を並行として横列させ、軸部１７の半分形状をその上下面に位置させるよう鋳型１５内に砂１６により形成する。軸部１７に直交するように所定位置にチルプレートを配す。チルプレート１０の上下縁１３、１４が鋳型１５の分割面と一致し、キャビティ１１、１２を上下に開放させる。隣り合う軸部１７に配するチルプレート１０は、千鳥状となるよう互いにずれた関係とさせる。これにより、隣り合う軸部１７、１７間を接近させ、鋳造されるカムシャフトの数に比し、鋳型１５をコンパクトにできる。
【００１１】
鋳型１５の積層は、図２に示される如く、鋳型１５の分割面を合せるだけで、その分割面にカムプロフィールと軸部とに相当するキャビティが画定される。
【００１２】
【効果】
本発明によれば、カムプロフィール（チルド処理される部材に相当）は、チルプレート１個の中に上下に分割したカムプロフィールを共存した構造のため、従来に比し、チルプレートの埋設数を半減させ、総鋳型の高さと幅寸法を小とさせ得る。鋳型分割面と２分割チルプレートとの分割面を一致させていることから、鋳型の分割面からの突出もなく、機械化による上段鋳型の自動クロージングが可能となる。
【００１３】
チルプレートの外郭形状は矩形の単純構造とし、各々のカムの位置決めは両側に高さと幅を函数とする小さい段差を設ける構造としてある。選別・整列は外郭形状の矩形により安定し、自動選別は平面余白部に標識の設置により画像処理で迅速確実に行える構造にできる。チルプレートの外郭形状は高さが一定の矩形の単純構造となっており、格納マガジンの構造は極めて単純化される。また、チルプレートは矩形の上下同一平面でありそのまま積層格納することができ、鋳型平面へ一括自動挿入による埋設機構が容易にできる。各々が鋳型高さと同一の高さのチルプレートで積層された鋳型構成で立体化しており、溶湯凝固後に熱による鋳型の強度劣化あるいは鋳型壁の崩壊が生じても、最下段下パレット上にカム数と同数のチルプレートを支柱としてカム全周を拘束した剛体構造が構築され、製品自身自由変形が不可能となり曲がり変形量は激減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のチルプレートの正面図である。
【図２】鋳型の積層例を示す断面図である。
【図３】鋳型の平面図である。
【図４】従来のチルプレートを用いた鋳型の断面図である。
【符号の説明】
１０ チルプレート
１１、１２ カムキャビティ
１３、１４ 縁
１５ 鋳型
１６ 砂
１７ 軸部

Claims (5)

1. 鋳型高さと実質的に同一の高さを有し、その上面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の半割形相当のキャビティを有しかつその下面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の残りの半割形相当のキャビティを有するチルプレート
2. 鋳型分割面と２分割チルプレート自身の分割面とを一致させた請求項１記載のチルプレート。
3. 横列されたチルプレートが互いに千鳥状に長手方向に配列され、鋳型分割面と２分割チルプレート自身の分割面とを一致させ、チルプレートの上面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の半割形相当のキャビティを有しかつチルプレートの下面側にチルド処理されるカムシャフトのカム部の残りの半割形相当のキャビティを設け、この鋳型を積層することを特徴とする積層鋳型。
4. チルプレートの外郭形状を同一形状の矩形とさせた請求項３記載の積層鋳型。
5. 化学硬化鋳型である請求項３記載の積層鋳型。

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