JPH02149640A - 耐摩耗性部材及びその製造方法 - 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） 本発明はカムシャフト等の耐摩耗性部材とその製造方法
に関する。

（従来の技術） カムシャフトのように一部を他の部材と接触する慴接部
とし、他の部分をセンター穴やスプライン溝等の機械加
工を施す軸部とした耐摩耗性部材にあっては、慴接部に
おける耐摩耗性を向上すべく慴接部を高硬度とし、軸部
については加工性を考慮して低硬度とするのが好ましい
。

このように部分的に硬度が異なる部材を鋳造によって得
るには、砂型内に冷し金をセットし、この冷し金と接触
する溶湯を急冷してチル化する方法が知られているが、
この方法だと量産性がなく、コスト的にも不利となる。

そこで金型を用いた鋳造法が特開昭６３−１７４７７５
号として提案されている。

この方法はカムシャフト等の鋳物を鋳造するにあたり、
金型のキャピテイ内に溶湯を充填した後、溶湯の表層を
急冷して殻状の凝固層とし、この時点で離型することで
、金型に変形や摩耗を生じることなく、表層が高硬度の
チル組織となったカムシャフトが得られる。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように金型な用いてカムシャフト等を鋳造すれ
ば、砂型を用いた場合に比べ、効率良く且つコスト的に
も有利に鋳物が得られる。

しかしながら金型を使用する場合には、砂型に冷し金を
セットする場合と異なり、鋳物の表層全体がチル化し、
鋳造後にセンター穴やスプライン溝を加工すべき部分の
硬度が硬くなり過ぎ、刃具の寿命等の点で不利が生じる
。

（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、金型鋳造によって表層
部全体がチル化した耐摩耗性部材を鋳造し、この鋳造後
に部材の一部を高周波誘導加熱等によって焼鈍軟化せし
めるようにした。

（作用） 金型を用いて鋳造するとともに離型のタイミングを表層
に殻状の凝固層が形成された時点とすることで慴接部を
高硬度チル組織とした耐摩耗性部材を効率よく製造でと
、しかも鋳造後に耐摩耗性部材の軸部を焼鈍することで
当該部分の機械加工が容易となる。

（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。

第１図は本発明方法を実施する鋳造装置の斜視図、第２
図は第１図のＩＩ　−ＩＩ線矢視図、第３図は第２図の
ＩＩＴ　−ＩＩＩ線断面図である。

鋳造装置は一対の金型１．１と、これら金型１．１に付
設した加熱回路８，８、冷却回路９゜９及びノックアウ
ト手段１０．１０からなる。ここで金型１．１、加熱回
路８．８、冷却回路９゜９及びノックアウト手段１０．
１０は左右一対設けられ、いずれも略凹−であるため、
以下に一方のみについて説明する。

先ず、金型１は０．８〜４．Ｏｗｔ零のＣ「を含有する
Ｃｕ−Ｃｒ合金（熱伝導率は０．４〜０．８　ｃａｕ／
ｃｍ−ｓ・℃）にて構成され、合せ面には湯口３、ラン
ナ４、ゲート５、カムシャフト成形用キャビティ６及び
ガス抜き孔７がそれぞれ形成されている。

加熱回路８は、金型１に穿設された複数の挿入孔１１と
、各挿入孔１１に挿入保持された棒状ヒータ１２とより
構成される。各挿入孔１１は、その一部が金型１におい
てカムシャフト２（左半分を硬度分布図とした第４図参
照）の各軸部２ａを成形する部分に接近するように配設
される。

冷却回路９は、金型１の上部において水平に穿設された
導入路１４、その中間部において水平に穿設された排出
路１５およびそれらを接続すべく互いに交差して水平お
よび垂直に延びるように金型１に穿設された複数の連通
路１６ａ、１６ｂを備え、導入路１４に導入された冷却
水を各連通路１６ａ、１６ｂを経て排出路１５より排出
するようになっている。導入路１４、排出路１５および
水平な各連通路１６ａは、それらの一部が金型１におい
てカムシャフト２のチル部であるカム部２ｂのノーズｎ
を成形する部分に接近するように配設される。

加熱回路８の各ヒータ１２は加熱制御器Ｃｈｉに接続さ
れる。その加熱制御器Ｃｈｉは注湯に先立って加熱回路
８を作動、したがって各ヒータ１２に通電して金型１を
加熱し、また注湯開始後加熱回路８を不作動、したがっ
て各ヒータ１２への通電を停止する機能を備えている。

前記加熱時において、各ヒータ１２が金型１の、ノーズ
ｎを成形する部分よりも離間しているので、その部分の
温度は他の部分よりも低温になる。

冷却回路９の導入路１４および排出路１５は冷却制御器
Ｃｃ１に接続される。その冷却制御器Ｃｃｌは注湯開始
後冷却回路９を作動、したがって冷却回路９に冷却水を
流通して金型１を冷却し、その金型１に接するカムシャ
フト２の表層を急冷してその表層を殻状の凝固層に変え
る機能を備えている。

前記冷却時において、導入路１４、排出路１５および水
平な各連通路１６ａが金型１のノーズｎを成形する部分
に接近しており、また加熱段隋ではその部分が他の部分
より低温であることもあって、ノーズｎを急速に冷却し
てそのチル化を確実に達成することができる。

ノックアウト手段１０は、複数のピン１７、それらピン
１７の一端を支持する支持板１８およびその支持板１８
に連結された作動部材１９を備え、各ピン１７は金型１
に形成された湯口３、ランナ４およびキャビティ６に開
口する各挿入孔２０に摺合され、各挿入孔２０の開口部
はカムシャフト２の各ジャーナル２Ｃを成形する部分に
配設される。

次に、前記金型鋳造装置によるカムシャフト２の鋳造作
業について説明する。

先ず、［表］に示す、ＪＩＳ　ＦＣ２０〜ＦＣ３０相当
の鋳鉄成分の溶湯を調整する。

（以下余白） ［表層 方、金型１は、注湯に先立って加熱回路８により加熱さ
れ、軸部２ａを成形する部分は略４５０℃に、またノー
ズｎを成形する部分は略１５０℃にそれぞれ維持される
。この金型１に、接種後の溶湯を温度１３８０〜１４２
０℃にて注入し、カムシャフト２を鋳造する。この時の
鋳込重量は５ｋｇである。

前記のように金型１を加熱しておくと、注湯時湯流れ性
を良好にし、また溶湯の急激な冷却に起因したカムシャ
フト２の割れ等を回避することができる。

また、注湯開始後、加熱回路８による金型１の加熱を停
止し、同時に冷却回路９により金型１の冷却を開始する
。

金型１の冷却作用を受けてカムシャフト２の表層が急冷
され、その表層温度が共晶線まで降下すると、カムシャ
フト２は凝固状態となり、その表層が殻状の凝固層に変
化する。この後内部が凝固しないうちに型開きを行い、
ノックアウト手段１０を作動してカムシャフト２を離型
する。

このようにして鋳造されたカムシャフト２は、表層部が
ＨＲＣ４０〜５０（特にカム部はＨＲＣ４５以上）のチ
ル組織となり、芯部がＨＲＣ４０以下の組織となってい
る。

以上のカムシャフト２の一部、例えば両端のジャーナル
部２ｃを軟化せしめるには、高周波誘導加熱部材３０に
よって行う。この加熱部材３０による加熱方法は第６図
に示すように、昇温工程、保持工程及び放冷工程を連続
的に実施する。

即ち、昇温工程にあってはジャーナル部２ｃを１０５０
〜１１００℃まで加熱し、次ぐ保持工程にあっては上記
の温度で６０〜１２０秒間維持し、この後放冷によって
徐冷することで硬度分布図である第５図に示すように、
両端のジャーナル部２ｃが焼鈍されＨＲＣ４０以下の組
織となる。

第７図は加熱パターンの別実施例を示し、この実施例に
あっては昇温工程を前半の第１昇温工程と後半の第２工
程に分け、第１昇温工程にあっては昇温速度を１５〜ｂ 〜ｂ てジャーナル部を３００〜４５０℃まで加熱し、第２昇
温工程゛にあっては昇温速度を４６℃／ｓｅｃ以上と速
くし且つ第２昇温工程によってジャーナル部をｔｏｓｏ
〜１１００℃まで加熱する。このように第１昇温工程の
昇温速度を遅くすることでジャーナル部２ｃの内部と表
層との温度差を小さくでき、クラックを防止でき、また
第２昇温工程の昇温速度を速くすることでジャーナル部
以外の部分への伝熱を抑制できる。

一方、チル組織の形成及びマトリックスの強化を目的と
して前記した［表］の成分に対しＮ、を０．４〜０．６
ｗｔ％、Ｃｒを０，５〜１．０ｗｔ％、Ｍｏを０．５〜
１．０ｗｔ％添加してもよい。しかしながらこの場合に
は前述したような放冷工程とすると空気焼入れが生じ、
所望の硬度までジャーナル部を軟化させることができな
い。そこで、この場合には第８図に示す工程による。

即ち、二段階で昇温せしめた後に１０５０〜１１００℃
で６０〜７０秒保持するまでは前記工程と同様であるが
、これに引き続いて常温まで放冷した後再び６００℃程
度まで加熱し、この温度で３０分〜２時間維持する。こ
のように１０５０〜１１００℃で６０〜７０秒維持する
第１の保持工程の次にこれよりも低い温度で維持する第
２の保持工程を設けることで、空気焼入れを防止できる
。

第９図は更なる別実施例の工程を示すブロック図、第１
０図及び第１１図は第９図に示した実施例の加熱パター
ンを示すグラフである。

即ち、第９図に示す実施例にあっては前記殻状凝固層が
形成された時点での離型と、局部軟化を行うための焼鈍
工程との間にゲートや湯口の切断或いは曲がりを直すた
めの形状矯正工程を介在させ、これら各工程を高温下で
行うようにしている。

具体的にはカムシャフト以外のＪＩＳ　Ｆｅ２０〜３０
相当の部材については第１０図に示すように、離型後で
鋳物の温度が８００℃程度の状態のときに矯正を行い、
次いで鋳物の一部を１０５０〜１１００℃に高周波加熱
した後放冷する。ここでこの別実施例にあっては局部加
熱前の鋳物の表面と内部の温度差が小さく、内部温度の
方が表面よりも高いため内部からのクランクの発生のお
それがなく、２段階昇温は不要となる。

また、鋳物がカムシャフトの場合には、仕上加工前にタ
フトライド処理をしているため、第１１図に示すように
１０５０〜１１００℃で６０〜７０秒維持する第１の保
持工程の後に６００℃程度で３０〜２時間維持する第２
の保持工程を設け、歪取りを行う必要がある。

（発明の効果） 以上に説明したように本発明によれば、カムシャフト等
の耐摩耗性部材の一部を簡単且つ効率良く高硬度のチル
組織とし、他の一部を低硬度のソルバイト組織とするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金型鋳造装置の斜視図、第２図は第１図のＩＩ
　−ＴＩ線矢視図、第３図は第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ
線矢視図、第４図及び第５図はカムシャフトの硬度分布
を示す要部を断面とした図、第６図乃至第８図は鋳造後
の加熱パターンを示すグラフ、第９図は更なる別実施例
の工程を示すブロック図、第１０図及び第１１図は第９
図に示した実施例の加熱パターンを示すグラフである。 尚、図面中１は金型、２はカムシャフト、８は加熱回路
、９は冷却回路、３０は高周波誘導加熱部材である。 第１図 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代　理　
人　弁理士　　　下　　１）容−即問　　　　弁理士　
　　　大　　橋　　邦　　音間　　　　弁理士　　　　
小　　山　　　　　　有第３図 第４図 第５図 第９図 第１０図 持 ンメン・

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）他の部材に接触する慴接部と機械加工が施される
   軸部とを備えた耐摩耗性部材において、前記慴接部の表
   層は金型鋳造の際の急冷により高硬度チル組織となって
   おり、前記軸部は鋳造後にチル組織を焼鈍することで形
   成される低硬度組織となっていることを特徴とする耐摩
   耗性部材。
2. （２）金型のキャビティ内に注湯した後急冷し、キャビ
   ティと接触する溶湯表層部が高硬度チル組織の殻状凝固
   層となった時点で離型し、この後離型した鋳物のうち機
   械加工が施される部分を局部的に加熱して焼鈍するよう
   にしたことを特徴とする耐摩耗性部材の製造方法。
3. （３）前記離型と焼鈍との間に鋳物の形状矯正工程を設
   け、これら各工程を、高温状態下で連結して行うように
   したことを特徴とする請求項（２）に記載の耐摩耗性部
   材の製造方法。