JP5332472B2 - 鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造方法に関する。

従来から、円形の穴に相当するシリンダボアを備えたシリンダブロックを鋳造成形する際に、シリンダライナ部も一体成形し、その後シリンダボア内面をメッキや溶射により表面処理するライナレスシリンダブロックの開発が進められている。このようなライナレスシリンダブロックの製造では、基端部が金型に固定されたシリンダブロック鋳造用ボアピン（ボア成形型）の先端側を、キャビティ内に突出させてその周囲に溶湯が鋳ぐるまれてシリンダボアが形成される（下記特許文献１参照）。
特開２００４−２５２４８号公報（段落０００１，０００２）

ところで、シリンダブロックを鋳造成形する際に、特に鋳造サイクルが短く生産性の高いダイカスト鋳造法にあっては、薄肉で精密な鋳物製品を大量に生産できる反面、鋳巣の発生が課題となっている。この鋳巣は製品の表面側ほど少なく内部ほど多くなる傾向にあるため、鋳造時におけるボア成形型の抜け勾配をできるだけ小さくしてボア表面の後工程での機械加工代を少なくすることで、鋳巣の露出をより少なくすることができる。

ところが、鋳造時の抜け勾配が小さ過ぎると、溶湯金属の凝固収縮に伴うボア成形型への抱き付き力の増加や、焼き付きによる抜け抵抗増加によって、ボア成形型の抜き力が過大となり、ボア成形型の変形や破損が発生しやすくなるという問題がある。

このため、特に量産化する上では、抜け勾配をあまり小さくすることができず（一般的には１〜２°程度）、したがってボア表面の後工程での機械加工代が大きくなって、その分鋳巣の露出量が多くなり、その後のメッキや溶射などによる表面処理作業に支障を来すことになる。

そこで、本発明は、円形の穴を有する製品を鋳造成形する際に、鋳造時の抜け勾配を極力小さくして円形の穴の内面の後工程での機械加工代を少なくし、もって鋳巣の露出量を少なくすることを目的としている。

本発明は、製品の円形の穴を形成する位置にインサート材を配置した状態の鋳造型で製品を鋳造成形し、この鋳造成形した製品からインサート材を除去する鋳造方法であって、円形の穴の内面を形成するインサート材の外表面の、円形の穴の中心軸線に対する傾斜角度を０．５度以下として、インサート材を製品に対して傾斜角度が拡がる方向に相対移動させて除去することを特徴とする。

本発明によれば、鋳造成形後にインサート材を製品から除去するようにしたので、円形の穴を成形する成形型を使用して円形の穴を成形する場合のように、円形の穴の内面の抜け勾配が小さくなることによる成形型の変形や破損を回避でき、円形の穴の内面の抜け勾配を極力小さくできることから、後工程での機械加工代を小さくして鋳巣の露出を少なく抑えることができる。
また、インサート材を、その外表面の円形の穴の中心軸線に対する傾斜角度を０．５度以下としている。このため、溶湯金属の凝固収縮に伴う円形の穴のインサート材に対する抱き付き力が小さくなり、インサート材を円形の穴に対して相対移動させることによる除去作業が容易となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、第１の実施形態に係わる自動車用Ｖ型エンジンのアルミ合金製のライナレスシリンダブロック（以下単にシリンダブロックとする）１の断面図で、この製品としてのシリンダブロック１のシリンダボア３を成形する部位にインサート材５をインサート成形してシリンダブロック１を鋳造成形した状態を示す。この状態から、図２の斜視図に示すように、インサート材５を円形の穴であるシリンダボア３から除去する。

すなわち、ここでは図示しない鋳造型のシリンダボア３を形成する位置にインサート材５を配置した状態でシリンダブロック１を鋳造成形し、前記鋳造型のキャビティに供給した溶湯金属が凝固した状態でインサート材５をシリンダブロック１から除去するものとしている。

インサート材５は、図３に単体の断面図として示すように、中空の円筒形状としてあり、ＳＫＤ６１やＳＫＤ１１などの熱間工具鋼であることが望ましく、また、そのシリンダボア３の内面３ａを形成する外表面５ａは、窒化や溶射などで平滑面となるよう表面処理することが望ましい。この際、表面処理による外表面５ａの粗さＲａは、Ｒａ≦２．５以下であることが望ましい。

また、インサート材５の外表面５ａは、シリンダボア３の中心軸線７（図１）に対し０．５度以下の角度で、クランクケース９と反対側が拡開するように傾斜する抜け勾配を持たせている。なお、この抜け勾配はなくてもよい。

図１のようにインサート材５を鋳ぐるんでシリンダブロック１を鋳造成形した後に、シリンダブロック１を適宜固定保持しつつ、シリンダブロック１のクランクケース９側から、例えばシリンダ装置１１などを利用して円筒部５ｂの被押圧部となる端部５ｃを押圧する。これによりインサート材５は、シリンダボア３に対して相対移動するようにしてスライドしながら押し出され、図２のようにシリンダブロック１から除去されることになる。除去後のインサート材５は、次にシリンダブロックを製造する際に、再度繰り返して利用することができる。

なお、インサート材５は、シリンダ装置１１などを利用して押圧するだけでなく、クランクケース９と反対側から引き抜くようにしてもよい。引き抜く際には、例えばインサート材５の内面に凹部を形成し、この凹部に図示しない引き抜き装置のフックを引っ掛けてシリンダ装置などの駆動機構を利用して引き抜くことが考えられる。

上記したように、インサート材５をシリンダボア３に対して相対移動させて除去する際に、本実施形態では、インサート材５を、その外表面５ａのシリンダボア３の中心軸線７に対する傾斜角度を０．５度以下としている。このため、溶湯金属の凝固収縮に伴うシリンダボア３のインサート材５に対する抱き付き力が小さくなり、インサート材５をシリンダボア３に対して相対移動させることによる除去作業が容易となる。

その結果、ボア成形型を使用して鋳造成形する場合のように、ボア表面の抜け勾配が小さくなることによるボア成形型の変形や破損を回避でき、ボア表面の抜け勾配を０．５度以下と極力小さくできることから、後工程での機械加工代を小さくして鋳巣の露出を少なく抑えることができ、その後のメッキや溶射などによる表面処理作業に支障を来すことを抑制できる。

また、本実施形態では、インサート材５を熱間工具鋼とすることで、鋳造時の高温で大きな影響を受けることなく精度を出しやすくシリンダボア３の真円度も容易に確保することができるとともに、耐熱、耐摩耗性及び強度が高まるので、再利用する上でも有効となる。

また、本実施形態では、インサート材３の外周側のシリンダボア形成面である外表面５ａを、平滑面となるよう表面処理することで、外表面５ａとシリンダボア３の内面３ａとの間の摩擦抵抗が小さくなり、インサート材５を相対移動させて除去する作業が容易となる。

この際、インサート材５の外表面５ａの表面粗さＲａは、Ｒａ≦２．５以下とすることで、シリンダボア３の内面３ａとの間の摩擦抵抗がより小さくなり、インサート材５を相対移動させて除去する作業がさらに容易となる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示すインサート材１３の断面図である。このインサート材１３は、シリンダボア３を形成する中空の円筒部１３ａと、この円筒部１３ａのクランクケース９側の端部に設けた被押圧部となる端板部１３ｂとを有して全体としてカップ形状を呈している。

なお、上記図４のインサート材１３においても、図３のものと同様に、熱間工具鋼で構成するとともに、シリンダボア３を形成する外表面１３ｃは、窒化や溶射などで平滑面となるよう表面処理し、さらにこの表面処理による外表面１３ｃの粗さＲａを、Ｒａ≦２．５以下とする。また、インサート材１３の外表面１３ｃの抜け勾配についても、０．５度以下とする。

上記した第２の実施形態によれば、前記図１に示したように、例えばシリンダ装置１１を利用してインサート材１３を押し出す際に、円板状の端板部１３ｂを押圧できるので、インサート材１３を押し出す作業がより確実に行え、除去作業を容易に行うことができる。

図５（ａ）は、本発明の第３の実施形態を示すインサート材１５の断面図である。このインサート材１５は、中空の円筒部１５ａと、この円筒部１５ａのクランクケース９側の端部に設けた被押圧部となる端板部１５ｂとを有して全体としてカップ形状を呈するとともに、端板部１５ｂ上の円筒部１５ａの内部側に補強部としてのリブ１７を形成している。

リブ１７は、インサート材１５の平面図である図５（ｂ）に示すように、端板部１５ｂから、端板部１５ｂと反対の開口側に向けて立ち上がる壁部１７ａを、円周方向等間隔に４つ備え、この４つの壁部１７ａにより平面視で全体として十字形状としてある。

第３の実施形態は、リブ１７を設けることで、端板部１５ｂや円筒部１５ａが補強されて強度が向上するので、インサート材１５を押し出す作業がより一層確実に行えるとともに、インサート材１５の変形もより一層抑制できるので、再利用する上でさらに有効である。

なお、上記図５のインサート材１５においても、図３のものと同様に、熱間工具鋼で構成するとともに、シリンダボア３を形成する外表面１５ｃは、窒化や溶射などで平滑面となるよう表面処理し、さらにこの表面処理による外表面１５ｃの粗さＲａを、Ｒａ≦２．５以下とする。また、インサート材１５の外表面１５ｃの抜け勾配についても、０．５度以下とする。

図６は、本発明の第４の実施形態に係わるシリンダブロック１の一部を示す断面図である。第４の実施形態のインサート材１９は、シリンダブロック１を構成するアルミニウム合金よりも低融点の材料で構成している。具体的には、融点が約３００℃の鉛や、融点が約４００℃の亜鉛を使用する。

ここで鋳造時には、キャビティに供給したアルミニウム合金の溶湯が低融点材料のインサート材１９に接触することで、インサート材１９の溶融が始まる。一方、アルミニウム合金の溶湯が冷却凝固する過程で、図６（ａ）に示す凝固収縮巣（ひけ巣）２１が発生する。この凝固収縮巣２１の内部は、冷却による体積の収縮により減圧された状態にあるので、前記溶融したインサート材１９の一部が凝固収縮巣２１に吸い込まれるようにして入り込み、凝固収縮巣２１に図６（ｂ）に示すようにインサート材１９の溶融物２３が充填されて穴埋め効果をもたらす。

すなわち、本実施形態では、インサート材１９を、溶湯金属によって一部が溶融する低融点の材料で構成していることになる。

上記した第４の実施形態においては、一部が溶融したインサート材１９を、ボーリング加工によって切削して除去する。この際、インサート材１９を完全に除去するために、シリンダボア３となる素材のアルミ合金部分の一部も除去する。

これにより第４の実施形態では、シリンダブロックの鋳造成形後に行う一般的なボーリング加工によってインサート材１９を除去できるので、前記した各実施形態におけるようなインサート材に対する押し出し作業が不要となり、作業効率が向上する。

また、シリンダブロックの鋳造成形後に行う一般的なボーリング加工は、機械加工代が大きいことなどによりラフボーリング加工とファインボーリング加工を順次行っているが、本実施形態では、素材に対する機械加工代が小さくて済むので、ラフボーリング加工を特に実施する必要がなくファインボーリング加工のみでよく、作業効率がより一層向上する。

また、このインサート材１９の外表面１９ａは、シリンダボア３の中心軸線７（図１）に対して傾斜する抜け勾配を設ける必要がないので、抜け勾配を設けた場合に比較して、さらに機械加工代を少なくすることができる。

なお、インサート材をボーリング加工により切削して除去するのは、上記した第４の実施形態のような低融点材料のインサート材１９に限ることはない。

本発明の第１の実施形態に係わるアルミ合金製のシリンダブロックの断面図である。 図１のシリンダブロックの斜視図である。 第１の実施形態によるインサート材の断面図である。 第２の実施形態によるインサート材の断面図である。 （ａ）は第３の実施形態によるインサート材の断面図、（ｂ）は（ａ）のインサート材の平面図である。 第４の実施形態によるシリンダブロックの一部を示す断面図で、（ａ）は鋳造時に凝固収縮巣が形成された状態を示し、（ｂ）は凝固収縮巣にインサート材の溶融物が入り込んだ状態を示す。

符号の説明

１ シリンダブロック（製品）
３ シリンダボア（円形の穴）
３ａ シリンダボアの内面（円形の穴の内面）
５，１３，１５，１９ インサート材
５ａ，１３ｃ，１５ｃ，１９ａ インサート材の外表面
５ｂ，１３ａ，１５ａ インサート材の円筒部
５ｃ インサート材の端部（被押圧部）
７ シリンダボアの中心軸線
１３ｂ，１５ｂ インサート材の端板部（被押圧部）
１７ インサート材のリブ（補強部）

Claims (7)

1. 製品の円形の穴を形成する位置にインサート材を配置した状態の鋳造型で前記製品を鋳造成形し、前記鋳造型のキャビティに供給した溶湯金属が凝固した状態で前記インサート材を前記製品から除去する鋳造方法であって、
   前記円形の穴の内面を形成する前記インサート材の外表面の、前記円形の穴の中心軸線に対する傾斜角度を０．５度以下として、前記インサート材を前記製品に対して前記傾斜角度が拡がる方向に相対移動させて除去することを特徴とする鋳造方法。
2. 前記インサート材は、前記円形の穴を形成する円筒部と、該円筒部の軸方向端部に設けた被押圧部とをそれぞれ有し、前記インサート材を前記製品から除去する際に、前記被押圧部を押圧して押し出すことを特徴とする請求項１に記載の鋳造方法。
3. 前記被押圧部は、前記円筒部の軸方向端部に設けた端板部であることを特徴とする請求項２に記載の鋳造方法。
4. 前記端板部の前記円筒部内側に補強部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の鋳造方法。
5. 前記インサート材は、熱間工具鋼であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鋳造方法。
6. 前記インサート材の外表面を、表面粗さＲａが２．５以下の平滑面となるよう表面処理することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鋳造方法。
7. 前記円形の穴は、シリンダブロックのシリンダボアであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の鋳造方法。

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