JPH01130838A - チル層を形成する鋳物製品の鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋳物製品の表面に部分的にチル層を形成して
耐摩耗性等墓向上するようにした鋳物製品の鋳物方法に
関する。

〔従来技術〕

例えば、自動車用エンジンの高出力化に伴ってこれに使
用されるカムシャツ）Ｋは、耐摩耗性、耐ピッチ性、耐
スカッフィング性等の機械的な性質が要求されるように
なってきている。

この要求を満すために、現在ではカムシャフトのカムノ
ーズ部分のみにチル層を形成して、その表面のみを硬化
させることが一般的に行なわれている。

又チル層の形成は、溶湯の冷却固化を急速に行うことに
よって達成される。

従って、チル層を部分的に形成するには、キャビティ内
の溶湯を部分的に急冷する必要がある。

チル層を形成する技術ではないが、ひけ巣やガスホール
等の鋳造の一般的な問題を解決するために、金型と砂型
とを組合せて、キャビティ内の溶湯冷却速度を部分的に
違えたものがある。

例えば実開昭’６２−５４９４９号公報には、冷却速度
の速い金型に、冷却速度の遅い砂型で造られた入子を用
いてひけ巣とガスホールの問題を同時に解決したもの、
又、減圧鋳造技術に関するものとして特開昭６２−３４
６６１号公報には、金型と砂型とを組合せて、通気性の
ある砂型を減圧装置に連通ずるように配設し、ひけ巣等
の鋳物欠陥を防止したもの、又、部分的な冷却ではない
が、特開昭６１−１１９３５１号公報には、金型に冷却
効果の高い銅系合金を用いて、金型の温度を５０℃以下
（急冷）にして減圧鋳造し、微細球状黒鉛を有する鋳鉄
材料を製造する方法が示されている。

このようにキャビティ内の溶湯の冷却速度を部分的に異
ならしめる手段として金型と砂型の組合せが一般的に採
用されている。

さて、チル層を形成する従来技術は、部分的に冷却する
冷却効果の高いチルプレートを比較的熱伝達性の低い砂
型に装着してチルプレートの冷却効果をより高めるよう
にして、チル層を形成するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のチルプレートを用いたチル層の形成は、次の
ような問題がある。

（１１砂型に装着されるチルプレートの大きさに限度が
あるので、チルプレートのみによって冷却効果を高くす
るのは困難な場合がある。

湯管理を厳密に行う必要が生じ、溶湯管理がきわめて厳
しいという問題がある。

（２）　　チル層の深さを均一にするためには、溶湯の
充填速度を均一にする必要がある。

チルプレートは、（１）で述べたように冷却効果が低い
ので、一つのセキ（注湯口）かう注湯した場合は、湯回
り状況によって各チルプレートにおける湯温に差を生じ
冷却速度が不均一になる。そのために、各チルプレート
に対してセキを設けなければならない。その結果、鋳造
方案上−つの砂型で作られる製品の数（ゴメ）が制限さ
れて生産性が低下し、又、鋳造完了後に各セキを除去し
て製品に仕上げる工数が多大であるという問題がある。

（３）砂型にチルプレートを装着する場合に、例えばカ
ムシャフトについて云えば一つのカムに対して４〜１２
ケ程度のチルプレートの装着が必要である。又、上型に
装着するチルプレートは、落下しないようにピンにて固
定される。

そのため、砂型にチルプレートを装着する作業は、煩雑
であり、多大な工数を喪するという問題がある。

（４）　　チル層によって機械的強度が要求される鋳造
品の材料は、例えばＦｅ１２のようなねずみ鋳鉄が使用
される。そして、このねずみ鋳鉄の融点は非常に高いの
で、温度上の強度から金型は使用されず砂型が使用され
る。（金型は融点の低いアルミ鋳造等に使用される）こ
のような理由によシ、砂型を用いるのであるが、砂処理
、造型、砂バラシ等の各工程が必要になる。

その結果、多大な工数を要して他の部品との間で出荷時
期が揃わなくなり、工場全体として生産性が低下すると
いう問題がある、（５）又、金型と砂型とを組合せた鋳
造は、融点の低いアルミ鋳造に使用されるのであるが、
この場合も砂型を併用するので、砂処理、造型、砂バラ
シ等の工程が必要であシ、同様の問題がある。

（６）メチルプレートを用いた砂型又は金型と砂型の組
合せは、砂型は通気性があるので、キャビティ内を減圧
することができず、そのためにキャビティ内の湯回りに
問題が生じて、チル層を形成するのが困難であるという
問題がある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記の問題を解決するために本発明は、砂型を使用せず
に金型のみでチル層を形成するように鋳造するものであ
って、熱伝導性の高い金型と耐熱性であって熱伝導性の
低い金型で形成されたキャビティ内を予め減圧しておき
、このキャビティ内に注湯する。そして熱伝導性の高い
金型のキャビティ内の溶融を急冷してチル層を形成し、
熱伝導性の低い金型のキャビティ内の溶湯を除冷してチ
ル層を形成しないようにしたものである。

〔作用〕

このように構成することにより、鋳型は、金型であるこ
とからキャビティ内は、高真空度で減圧される。そして
このように減圧されたキャビティ内に注湯された溶湯け
、速い流速で流れる。このように潜流れが速いと、キャ
ビティ内面に接触する溶湯の冷却は速められる。

そこでとの溶湯の冷却過梶において、熱伝導性の高い金
型部分においては、溶湯の熱を速やかに奪って溶湯を急
速冷却すると同時に金型自体は、熱伝導がよいので放熱
し溶湯に接触している表面温度はそれほど昇温しない。

一方熱伝導性の低い金型部分は、放熱量が少ないので溶
湯は除冷される。そして金型は耐熱性であるから熱的強
度は十分である。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例について詳細に説明する。第１図
は、カムシャフトについて実験した金型の縦断面図であ
る。この金型は、第２図乃至第４図に示すように二つ割
シの金型である。

金型２Ｆｉ、Ｃ１３９０％以上の銅合金を使用し、湯口
部１、シュリンカ−１０、チル層を形成するカムノーズ
部８ｂ（第３図）、オーバーフロー７を形成し、このオ
ーバー７０−７に連通シテ（Ｌ２＋＋＋ｓ程度のスリッ
ト５、このスリット５に連通する減圧穴４を形成した。

そして、第１図及び第５図に示すように、チル層を形成
するカムノーズ部８を極部的に冷却するための冷却管３
を設けた。６は、金型２を全体に温度調節するための冷
却管である。

一方チル層を形成しない部分には、入子９を設け、第２
図に示すようにピン１３にて金型２に一体に固定した。

この入子９には、黒鉛焼結材を使用した。又、塗型には
黒鉛ススを使用した。

キャビティ８内の減圧度を−１０〜−２００１１１Ｈｇ
−金型表面の初期温度４０℃以下にし、溶湯はねずみ鋳
鉄（Ｆｅ１２）を使用した。

先ず鋳造する前にキャビティ内を減圧しておく。この減
圧において金型であるので（砂型を使用していない）減
圧度を−１０〜−２００ｍＨｇの範囲で保持することが
可能である。

このように減圧保持されたキャビティ８内にＦｅ１２の
溶湯を注湯口１から注湯する。減圧鋳造であるため、金
型表面の初期温度が４０℃以下であっても湯回りがよく
、短時間に充填が完了した。

チル層の形成は、次のように想定される。先ず溶湯は、
金型２及び入子９にて形成されているキャビティ８内に
注入され、表面温度が約４０℃（入子？Ｆｉ温度制御さ
れていない）になっているキャビティ８の表面に接触し
て瞬間的に急冷される。そして、時間の経過と共に入子
９は熱伝導性が低いから、溶湯が接触している表面の温
度は、溶湯の温度に近い温度まで比較的短時間に昇温し
、又、金型２に接触している部分の温度は、はぼ金型２
に近い温度になっている。

従って入子９に接触している部分の冷却は緩慢になる。

一方金型２は、熱伝導性が高く、かつ熱容量が大きいこ
とから、最初の急冷から次第に金型２の温度も昇温し、
溶湯温度と冷却管６によって温度制御されている金型２
の温度との間の温度差、金型２の熱伝導係数、金型２の
形状（キャビティ内に突出した一徨のフィン形状になっ
ている）によるある種の熱伝導要素等の熱力学的な関係
を保って、金型２から熱が奪われて急冷される。

この実験で確認されたことは、冷却管３によって上記温
度差を制御することによりチル層の深さを調整すること
が可能であった。

又、上記熱力学的なヒートバランスによシ、金型２の焼
損はなかった。そして入子９の寿命は、くり返し熱応力
により約１０００シヨツト程度であることが確認された
。金型２については、約４０００シヨツト程度まで可能
である。

鋳造完了後に金型２を第４図に示すＰＴ面より開いて押
出し板１２にて試料を取シ出して検査した。

その結果、カムノーズ部８ｂＫは、１１ぼ均一なチル層
が形成されており、前記チル層形成の相定はほぼ確認さ
れた。又、この均一なチル層の形成は、減圧鋳造の特質
が影響していることも事実である。

又、この実験にて確認された重要な点は、Ｆｅ１２のよ
うな融点の高い鋳造に金型を使用することができたこと
である。

即ち、チル層を形成するために熱伝導性の高い金属を部
分的に使用し、この金型の冷却を積極的に考えたからで
あり、チル層形成との有機的な関係にて金型の使用を可
能にしたものである。

〔発明の効果〕

以上詳述した通り本発明によれば、熱伝導性の高い金属
で作った金型と耐熱性に優れかつ熱伝導性の低い材料で
作った金型との組合によってキャビティを形成して減圧
鋳造したので、融点の高い鋳鉄全減圧鋳造して部分的に
チル層を形成することが可能になシ、これまで砂型を使
用していた問題をことごとく解決することができた。

【図面の簡単な説明】

ＷＪ１図はカムシャフトを例にして本発の方法を実験し
た金型の概略を縦断面して示した図、第２図は第１図の
Ａ−Ａ線における縦断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ線
における縦断面図、第４図は第１図のＣ−Ｃ線における
縦断面図である。 ２・・・熱伝導性の高い金型、９・・・熱伝導性の低い
入子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱伝導性の高い金型と耐熱性であって熱伝導性の低い金
   型で形成されたキヤビティ内を予め減圧しておき、この
   キャビティ内に注湯して、熱伝導性の高い金型のキャビ
   ティ内の溶湯を急冷してチル層を形成し、熱伝導性の低
   い金型のキャビティ内の溶湯は除冷してチル層を形成し
   ないようにしたチル層を形成する鋳物製品の鋳造方法。