JPH03140413A - 鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法 - Google Patents
鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法Info
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- JPH03140413A JPH03140413A JP28030089A JP28030089A JPH03140413A JP H03140413 A JPH03140413 A JP H03140413A JP 28030089 A JP28030089 A JP 28030089A JP 28030089 A JP28030089 A JP 28030089A JP H03140413 A JPH03140413 A JP H03140413A
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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。
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
この発明はディーゼルエンジン等の内燃機関に使用され
る鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法に関するものである
。
る鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法に関するものである
。
従来の技術
一般にディーゼルエンジンのシリンダヘッドでは、弁間
部、すなわち例えば第３図に示すようなシリンダヘッド
本体１における吸気ボート２と排気ボート３との間の部
分４、あるいは２ヶ以上の吸気弁を有する場合の隣り合
う吸気ボートの相互間の部分、さらには２ヶ以上の排気
弁を有する場合の隣り合う排気ボートの相互間の部分に
、繰返し加熱−冷却サイクルによる大きな熱負荷が加わ
り、そのため弁間部では熱負荷により亀裂が発生し易い
問題がある。
部、すなわち例えば第３図に示すようなシリンダヘッド
本体１における吸気ボート２と排気ボート３との間の部
分４、あるいは２ヶ以上の吸気弁を有する場合の隣り合
う吸気ボートの相互間の部分、さらには２ヶ以上の排気
弁を有する場合の隣り合う排気ボートの相互間の部分に
、繰返し加熱−冷却サイクルによる大きな熱負荷が加わ
り、そのため弁間部では熱負荷により亀裂が発生し易い
問題がある。
このような弁間部の耐亀裂性を改善するための方法、特
に鋳鉄製シリンダヘッドにおける弁間部の耐亀裂性を向
上させるための方法としては、ＣｒやＭｏ等の合金元素
を添加することによって母材鋳鉄を強化する方法（例え
ば文献「内燃機関」Ｖｏｌ、１７．Ｎａ２Ｏ５，ｐ３０
参照）、あるいは弁間部の内部に機械加工によって冷却
水通路を形成しておき、弁間部を内部から水冷すること
によって熱負荷を軽減する方法（例えば文献「日産技報
」Ｖｏｌ、１６．５５５−１２．ｐ７９）などが知られ
ている。
に鋳鉄製シリンダヘッドにおける弁間部の耐亀裂性を向
上させるための方法としては、ＣｒやＭｏ等の合金元素
を添加することによって母材鋳鉄を強化する方法（例え
ば文献「内燃機関」Ｖｏｌ、１７．Ｎａ２Ｏ５，ｐ３０
参照）、あるいは弁間部の内部に機械加工によって冷却
水通路を形成しておき、弁間部を内部から水冷すること
によって熱負荷を軽減する方法（例えば文献「日産技報
」Ｖｏｌ、１６．５５５−１２．ｐ７９）などが知られ
ている。
発明が解決しようとする課題
前述のような弁間部における耐亀裂性向上のための従来
方法のうち、前者のＣｒ ＪＰ Ｍ ｏ等の合金元素の
添加により鋳鉄母材そのものを強化する方法では、コス
ト上昇を招くばかりでなく、硬さ上昇やチルの増加によ
る加工性の悪化および鋳造性の悪化を招く問題がある。
方法のうち、前者のＣｒ ＪＰ Ｍ ｏ等の合金元素の
添加により鋳鉄母材そのものを強化する方法では、コス
ト上昇を招くばかりでなく、硬さ上昇やチルの増加によ
る加工性の悪化および鋳造性の悪化を招く問題がある。
一方、後者の弁間部の内部に冷却水通路を機械加工によ
って形成しておく方法では、弁間部が狭いため加工が極
めて難しく、加工費用が嵩み、また亀裂が発生した場合
には肉厚が少ないため早期に水洩れ事故を招く問題もあ
る。
って形成しておく方法では、弁間部が狭いため加工が極
めて難しく、加工費用が嵩み、また亀裂が発生した場合
には肉厚が少ないため早期に水洩れ事故を招く問題もあ
る。
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、前
述のような諸問題を招くことなく、弁間部の耐亀裂性を
向上させ得るようにした鋳鉄製シリンダヘッドの製造方
法、すなわち特殊な合金元素の添加や弁間部内部への冷
却水通路の形成を行なうことなく弁間部の耐亀裂性を向
上させ得るようにした鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法
を提供することを目的とするものである。
述のような諸問題を招くことなく、弁間部の耐亀裂性を
向上させ得るようにした鋳鉄製シリンダヘッドの製造方
法、すなわち特殊な合金元素の添加や弁間部内部への冷
却水通路の形成を行なうことなく弁間部の耐亀裂性を向
上させ得るようにした鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法
を提供することを目的とするものである。
課題を解決するための手段
この発明の方法では、鋳鉄製シリンダヘッドを鋳型内で
鋳造した後、鋳型から取出して６００〜８５０℃の温度
領域にある状態から弁間部のみ局部的に強制冷却して、
弁間部に８〜１６ｋｇｆ／−の範囲内の残留圧縮応力を
付与することによって、前述の課題を解決している。
鋳造した後、鋳型から取出して６００〜８５０℃の温度
領域にある状態から弁間部のみ局部的に強制冷却して、
弁間部に８〜１６ｋｇｆ／−の範囲内の残留圧縮応力を
付与することによって、前述の課題を解決している。
作 用
砂型等の鋳型にて鋳鉄製シリンダヘッドを鋳造した後、
シリンダヘッド本体の鋳物を鋳型から取出して、シリン
ダヘッド本体が鋳造後の冷却過程における ５００〜８
５０℃の温度領域にあるときに弁間部のみを局部的に強
制冷却させる。これによって弁間部には残留圧縮応力が
付与される。このように残留圧縮応力が弁間部に付与さ
れ゛たシリンダヘッドにおいては、弁間部における耐亀
裂性が向上し、繰返し加熱−冷却サイクルが加わっても
弁間部に亀裂が発生するおそれが少なくなる。
シリンダヘッド本体の鋳物を鋳型から取出して、シリン
ダヘッド本体が鋳造後の冷却過程における ５００〜８
５０℃の温度領域にあるときに弁間部のみを局部的に強
制冷却させる。これによって弁間部には残留圧縮応力が
付与される。このように残留圧縮応力が弁間部に付与さ
れ゛たシリンダヘッドにおいては、弁間部における耐亀
裂性が向上し、繰返し加熱−冷却サイクルが加わっても
弁間部に亀裂が発生するおそれが少なくなる。
ここで、強制冷却開始温度が６００℃より低い場合には
、強制冷却を行なっても残留圧縮応力の付与は少なく、
弁間部の耐亀裂性を充分に向上させることは困難である
。一方強制冷却開始温度が８５０℃以上である場合には
、残留圧縮応力が過大となり、弁間部以外の部分の引張
り残留応力が大きくなって、逆に弁間部以外の部分に亀
裂が発生し易くなる。したがって強制冷却の開始温度は
６００〜８５０℃の温度領域とした。なお、この温度領
域内でも特に６５０〜１１００℃の領域で弁間部の強制
冷却を開噸することが望ましい。
、強制冷却を行なっても残留圧縮応力の付与は少なく、
弁間部の耐亀裂性を充分に向上させることは困難である
。一方強制冷却開始温度が８５０℃以上である場合には
、残留圧縮応力が過大となり、弁間部以外の部分の引張
り残留応力が大きくなって、逆に弁間部以外の部分に亀
裂が発生し易くなる。したがって強制冷却の開始温度は
６００〜８５０℃の温度領域とした。なお、この温度領
域内でも特に６５０〜１１００℃の領域で弁間部の強制
冷却を開噸することが望ましい。
弁間部の残留圧縮応力は大き、ければ大きいほど弁間部
の耐亀裂性は向上するが、１６ｋｑｆ／−を越えれば耐
亀裂性向上の程度は少なくなり、また残留圧縮応力が過
大となれば前述のように弁間部以外の部分の残留引張り
応力が大きくなって、弁間部以外の部分で逆に亀裂が発
生しやすくなる。一方弁間部の残留圧縮応力が８寸／−
以下では耐亀裂性向上効果が充分に得られない。したが
って弁間部に付与する残留圧縮応力は８〜１６瞭／−の
範囲内とした。
の耐亀裂性は向上するが、１６ｋｑｆ／−を越えれば耐
亀裂性向上の程度は少なくなり、また残留圧縮応力が過
大となれば前述のように弁間部以外の部分の残留引張り
応力が大きくなって、弁間部以外の部分で逆に亀裂が発
生しやすくなる。一方弁間部の残留圧縮応力が８寸／−
以下では耐亀裂性向上効果が充分に得られない。したが
って弁間部に付与する残留圧縮応力は８〜１６瞭／−の
範囲内とした。
なお、６００〜８５０℃の温度領域で開始した弁間部の
強制冷却の停止温度は特に限定せず、要は残留圧縮応力
が８〜１６ｋｇｆ／−となるように強制冷却を行なえば
良いが、通常は３００℃以下となるまで強制冷却を行な
うことが望ましい。また強制冷却の冷却速度も、要は８
〜＋６ｋｇｆ／−の残留圧縮応力が付与されるように定
めれば良いが、通常はｌＯＯ℃／分〜３００℃／分程度
の冷却速度とすれば良い。
強制冷却の停止温度は特に限定せず、要は残留圧縮応力
が８〜１６ｋｇｆ／−となるように強制冷却を行なえば
良いが、通常は３００℃以下となるまで強制冷却を行な
うことが望ましい。また強制冷却の冷却速度も、要は８
〜＋６ｋｇｆ／−の残留圧縮応力が付与されるように定
めれば良いが、通常はｌＯＯ℃／分〜３００℃／分程度
の冷却速度とすれば良い。
具体的な強制冷却手段としては、強制空冷等を適用する
ことができるが、鋳型から取出したままの状態では鋳物
表面に砂が付着した状態となっていることが多く、その
ままでは表面の付着砂により冷却効率が低下するおそれ
がある。そこで砂の除去とを兼ねて、エアによるショツ
トブラストを強制冷却手段として適用することが望まし
い。
ことができるが、鋳型から取出したままの状態では鋳物
表面に砂が付着した状態となっていることが多く、その
ままでは表面の付着砂により冷却効率が低下するおそれ
がある。そこで砂の除去とを兼ねて、エアによるショツ
トブラストを強制冷却手段として適用することが望まし
い。
実 施 例
２４００ｃｃ４気筒デイーゼルエンジン用シリンダヘツ
ドを製造するにあたり、鋳鉄としてＩｔｓ Ｆｅ１２を
用い、生砂鋳型に１４００℃にて溶湯を注入後、リング
ヘッド本体の温度が５００℃、６００℃、 ７００℃、
８００℃、 ９００℃、１０００℃の各温度となった時
に鋳型から取出して、直ちに弁間部に０．３ｉｕｎφの
スチールショットをエアにて吹付け、強制冷却を行なっ
た。この強制冷却は、２００℃となるまで続けた。
ドを製造するにあたり、鋳鉄としてＩｔｓ Ｆｅ１２を
用い、生砂鋳型に１４００℃にて溶湯を注入後、リング
ヘッド本体の温度が５００℃、６００℃、 ７００℃、
８００℃、 ９００℃、１０００℃の各温度となった時
に鋳型から取出して、直ちに弁間部に０．３ｉｕｎφの
スチールショットをエアにて吹付け、強制冷却を行なっ
た。この強制冷却は、２００℃となるまで続けた。
各シリンダヘッドについて、歪ゲージを用いた切断法に
より弁間部の残留応力を測定した。その結果を強制冷却
開始温度と対応して第１図に示す。
より弁間部の残留応力を測定した。その結果を強制冷却
開始温度と対応して第１図に示す。
第１図から、強制冷却開始温度を６００〜８５０℃とし
た場合に８〜１６ｋＩｆ／−の残留応力が得られること
が判る。
た場合に８〜１６ｋＩｆ／−の残留応力が得られること
が判る。
なお、弁間部の強制冷却を１σＯＯ℃で開始したシリン
ダヘッドおよび９００℃で開始したシリンダヘッドでは
、いずれも弁間部の反対側のタイトプラグ穴に亀裂が発
生した。亀裂発生割合は、１０００℃で強制冷却を開始
したものでは４個中の３個、９００℃で強制冷却を開始
したものは４個中の２個であった。
ダヘッドおよび９００℃で開始したシリンダヘッドでは
、いずれも弁間部の反対側のタイトプラグ穴に亀裂が発
生した。亀裂発生割合は、１０００℃で強制冷却を開始
したものでは４個中の３個、９００℃で強制冷却を開始
したものは４個中の２個であった。
一方、前記と同様にして作成した各シリンダヘッドにつ
いて、仕上げ加工を行なって実際のディーゼルエンジン
に使用される状態とした後、弁間部のみにガスバーナに
て加熱−冷却するサイクルを繰返し、亀裂発生までの加
熱−冷却サイクル数を調べた。ここで加熱−冷却サイク
ルは４５０℃ヰ１００℃とし、１サイクルは２０分とし
た。なおこのガスバーナによる加熱−冷却は、各シリン
ダヘッドについて２ケ所で行ない、他の２ケ所では残留
応力の判定を行なった。この試験による亀裂発生までの
加熱−冷却サイクル数と残留圧縮応力との関係を第２図
に示す。
いて、仕上げ加工を行なって実際のディーゼルエンジン
に使用される状態とした後、弁間部のみにガスバーナに
て加熱−冷却するサイクルを繰返し、亀裂発生までの加
熱−冷却サイクル数を調べた。ここで加熱−冷却サイク
ルは４５０℃ヰ１００℃とし、１サイクルは２０分とし
た。なおこのガスバーナによる加熱−冷却は、各シリン
ダヘッドについて２ケ所で行ない、他の２ケ所では残留
応力の判定を行なった。この試験による亀裂発生までの
加熱−冷却サイクル数と残留圧縮応力との関係を第２図
に示す。
第２図から、残留圧縮応力が８に９ｆ／ｍＪ以上で耐亀
裂性が急激に良好となることが判る。
裂性が急激に良好となることが判る。
さらに前記同様にして作成した本発明による鋳鉄（Ｆｅ
１２）製シリンダヘッド（但し強制冷却開始温度は ７
００℃）と、比較のため、Ｆｅ１２材に合金元素として
Ｃｒ０．３ｗ１％、Ｍｏ ０．３ｗ１％を添加した合
金鋳鉄を用いて鋳造して、前述のような強制冷却を行な
うことなく、弁間部の内部に冷却水通路をドリル加工に
より形成した比較例のシリンダへ・−ラドとを用意した
。これらについて、実機２４０Ｇｃｃ４気筒デイーゼル
エンジンに組込んで、［１５分間全負荷運転］ｇ［１５
分間エンジン停止］を繰返す耐久試験を行なったところ
、本発明によるシリンダヘッドでは６００サイクル終了
後でも弁間部に亀裂の発生が全く認められなかったのに
対し、比較例のシリンダヘッドでは、５００サイクルで
弁間部に長さ ４ｍの亀裂が発生した。
１２）製シリンダヘッド（但し強制冷却開始温度は ７
００℃）と、比較のため、Ｆｅ１２材に合金元素として
Ｃｒ０．３ｗ１％、Ｍｏ ０．３ｗ１％を添加した合
金鋳鉄を用いて鋳造して、前述のような強制冷却を行な
うことなく、弁間部の内部に冷却水通路をドリル加工に
より形成した比較例のシリンダへ・−ラドとを用意した
。これらについて、実機２４０Ｇｃｃ４気筒デイーゼル
エンジンに組込んで、［１５分間全負荷運転］ｇ［１５
分間エンジン停止］を繰返す耐久試験を行なったところ
、本発明によるシリンダヘッドでは６００サイクル終了
後でも弁間部に亀裂の発生が全く認められなかったのに
対し、比較例のシリンダヘッドでは、５００サイクルで
弁間部に長さ ４ｍの亀裂が発生した。
したがってこの結果から、この発明の方法により得られ
た鋳鉄製シリンダヘッドは、従来の耐亀裂性改善対策を
施したシリンダヘッドよりも一層耐亀裂性が優れること
が判る。
た鋳鉄製シリンダヘッドは、従来の耐亀裂性改善対策を
施したシリンダヘッドよりも一層耐亀裂性が優れること
が判る。
発明の効果
以上の実施例からも明らかなように、この発明の鋳鉄製
シリンダヘッドの製造方法によれば、鋳造後に鋳型から
取出して所定の温度領域から弁間部に対し強制冷却を施
して８〜１６に！Ｉｆ ／ ｍｄの残留圧縮応力を弁間
部に付与することによって、弁間部の耐亀裂性が優れた
鋳鉄製シリンダヘッドを得ることが可能となり、鋳鉄製
シリンダヘッドの耐久性、信頼性を従来よりも格段に高
めることが可能となった。またこの発明の方法では、従
来の弁間部耐亀裂性向上対策のように、合金元素を添加
したり、狭い弁間部に冷却水通路を機械加工によって形
成したりすることなく、弁間部の耐亀裂性を向上するこ
とができ、そのため合金元素の添加により材料コストの
上昇や加工性、鋳造性の悪化を招いたりすることがない
とともに、冷間水通路の加工のためのコスト上昇や肉厚
の薄い部分への冷間水通路形成に起因して亀裂発生時に
水濡れ事故を招いたりすることがなく、シたがって低コ
ストで容易に信頼性、耐久性の高いシリンダヘッドを得
ることができる。
シリンダヘッドの製造方法によれば、鋳造後に鋳型から
取出して所定の温度領域から弁間部に対し強制冷却を施
して８〜１６に！Ｉｆ ／ ｍｄの残留圧縮応力を弁間
部に付与することによって、弁間部の耐亀裂性が優れた
鋳鉄製シリンダヘッドを得ることが可能となり、鋳鉄製
シリンダヘッドの耐久性、信頼性を従来よりも格段に高
めることが可能となった。またこの発明の方法では、従
来の弁間部耐亀裂性向上対策のように、合金元素を添加
したり、狭い弁間部に冷却水通路を機械加工によって形
成したりすることなく、弁間部の耐亀裂性を向上するこ
とができ、そのため合金元素の添加により材料コストの
上昇や加工性、鋳造性の悪化を招いたりすることがない
とともに、冷間水通路の加工のためのコスト上昇や肉厚
の薄い部分への冷間水通路形成に起因して亀裂発生時に
水濡れ事故を招いたりすることがなく、シたがって低コ
ストで容易に信頼性、耐久性の高いシリンダヘッドを得
ることができる。
第１図は弁間部に対する強制冷却開始温度と弁間部の残
留圧縮応力との関係を示すグラフ、第２図は弁間部の残
留圧縮応力と弁間部での亀裂発生までの加熱−冷却サイ
クル数との関係を示すグラフ、第３図はシリンダヘッド
の弁間部付近を示すための略解的な底面図である。
留圧縮応力との関係を示すグラフ、第２図は弁間部の残
留圧縮応力と弁間部での亀裂発生までの加熱−冷却サイ
クル数との関係を示すグラフ、第３図はシリンダヘッド
の弁間部付近を示すための略解的な底面図である。
Claims (1)
- 鋳鉄製シリンダヘッドを鋳型内で鋳造した後、鋳型から
取出してシリンダヘッド本体が６００〜８５０℃の温度
領域にある状態から弁間部のみを局部的に強制冷却して
、弁間部に８〜１６ｋｇｆ／ｍｍ＾２の範囲内の圧縮残
留応力を付与することを特徴とする鋳鉄製シリンダヘッ
ドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28030089A JPH03140413A (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28030089A JPH03140413A (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03140413A true JPH03140413A (ja) | 1991-06-14 |
Family
ID=17623065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28030089A Pending JPH03140413A (ja) | 1989-10-27 | 1989-10-27 | 鋳鉄製シリンダヘッドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03140413A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5704412A (en) * | 1996-02-05 | 1998-01-06 | Ford Global Technologies, Inc. | Self-aligning sand mold insert assembly |
-
1989
- 1989-10-27 JP JP28030089A patent/JPH03140413A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5704412A (en) * | 1996-02-05 | 1998-01-06 | Ford Global Technologies, Inc. | Self-aligning sand mold insert assembly |
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