JPH0569107A - アルミニウム合金製シリンダ状摺動部材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金製シリンダ状摺動部材の製造方法

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JPH0569107A
JPH0569107A JP5338491A JP5338491A JPH0569107A JP H0569107 A JPH0569107 A JP H0569107A JP 5338491 A JP5338491 A JP 5338491A JP 5338491 A JP5338491 A JP 5338491A JP H0569107 A JPH0569107 A JP H0569107A
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JP
Japan
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water
mold
metallic mold
solidified shell
water cooled
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JP5338491A
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Inventor
Tatsuo Fujita
達生 藤田
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Riken Corp
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Riken Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微細な組織を有しかつ鋳造欠陥がないAl−
Si合金製シリンダ状摺動部材を製造する。 【構成】 シリンダ状摺動部材の内周または外周形状を
有する強制冷却鋳型(3)を過共晶Al−Si合金溶湯
(2)と接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関に用いられ
るアルミニウム合金製シリンダ状摺動部材、特にシリン
ダ・ライナの製造方法に関する。燃費の向上と性能の向
上のために自動車の軽量化が促進されている状況におい
て、自動車重量中で大きな重量を占めるエンジンブロッ
クを、従来の鋳鉄に代えてアルミニウム合金化すること
が検討され、そして一部のエンジンで実施されている。
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金は鋳鉄に比較して摺動
特性が劣るために、鋳鉄製シリンダ・ライナを別途製作
したアルミニウム合金ライナの内側に圧入あるいは鋳ぐ
るみすることにより、ピストンあるいはピストン・リン
グと摺動するシリンダ内周面の摺動特性を確保してき
た。しかし、この方法では鋳鉄の一部使用による重量増
があるので、最近では厳しい軽量化の要請から、内側の
鋳鉄製シリンダ・ライナをアルミニウム合金製に変更す
るか、あるいはシリンダ・ライナをなくしてアルミニウ
ム合金一体のブロックにすることが要求されている。
【0003】アルミニウム合金の中で摺動特性に優れる
ものとして、A390合金で代表される過共晶Al−A
i合金鋳造材がある。これは、アルミニウム合金基地中
に分散した硬度の高い初晶あるいは共晶Siが摺動特性
を良好にしている材料であるが、Si粒子によるピスト
ン又はピストンリングの摩耗を少なくし、Si粒子がア
ルミニウムマトリックスから脱離し難くし、以て一層良
好な摺動特性を得るためにアルミニウム合金鋳造時の冷
却速度を大きくしてSi粒子を微細化する適切な製造条
件を選択しなければならない。
【0004】過共晶Al−Si合金は引け巣が発生しや
すいためにシリンダ・ライナに鋳造するときに大きな押
湯を必要とし、かつ通常の重力鋳造方式では押湯を十分
に行ったとしても、引け巣などの鋳造欠陥を完全に防止
することは困難である。この鋳造欠陥の発生という問題
以上にシリンダ内周面の初晶Si組織の制御が困難であ
るという問題故に、アルミニウム合金製一体シリンダー
ブロックは実用化の例が少ない。本発明はこのような状
況に鑑みてなされたもので、比較的安価な方法で良好な
組織を有する過共晶Al−Si合金製シリンダ状摺動部
材、特にシリンダ・ライナが得られる製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダ状摺
動部材の内周形状又は外周形状に相当する形状をもつ強
制冷却鋳型を、過共晶Al−Si合金溶湯と相対的に接
触させ、必要肉厚の凝固殻を前記鋳型の外周面又は内周
面に形成させ、その後前記凝固殻を所定寸法に加工する
ことを特徴とする。
【0006】図1を参照して本発明の構成を説明する。
水冷金型3には冷却水入口4と冷却水出口5を取り付
け、その内部の中空部に冷却水を流して強制冷却してい
る。水冷金型3の外周面はシリンダ・ライナ製品の内周
面に相当する形状に成形されている。るつぼ1の中に入
れられた溶湯2は過共晶Siアルミニウム合金であり、
Si含有量、添加元素の有無、種類、量などは任意であ
る。
【0007】上述のように強制冷却された水冷金型3を
溶湯2に接触させると、水冷金型3の表面で溶湯が強固
し、凝固殻6が成長する。この際水冷金型3内の冷却水
の流れを均一にしかつ十分に速くすると水冷金型3の表
面に凝固殻6が均一に水冷金型3の外周面が内周面とな
るシリンダ・ライナ素材が得られる。所定厚さの(通常
5〜10mm)凝固殻が成長した後水冷金型3をるつぼ
1から引上げ、水冷金型3を凝固殻6から抜き出す。こ
の抜き出しを容易にするために水冷金型3に抜きテーパ
を付して置くことが好ましい。抜き出しにより得られる
底付きシリンダ状金属の底部を切断により取り除き、シ
リンダ・ライナ素材7(図2参照)の周囲を機械切削し
又はせずにシリンダ・ブロック8となるアルミニウム合
金に鋳ぐるむ。
【0008】図1では素材として底付き円筒状の形状の
中空鋳物を得たが、図3に示すように底部に相当する金
型部分に断熱材9を附加することにより底のない円筒状
素材を得ることができる。また図1では水冷金型3を溶
湯2に突入浸漬しているが低圧鋳造法のように、金型を
固定したまま溶湯の湯面を上昇させて金型と接触させる
こともできる(図4参照)。すなわち加圧室12を仕切
板11により凝固金属に大気圧以上の圧力を伝えられる
ように設けて、ガス導入管13より高圧ガスを導入して
溶湯液面2aを押し下げる。この結果、水冷金型3が溶
湯2と接触する。一方、加圧室12の圧力を大気圧に戻
すと溶湯2は水冷金型3から離れる。さらに、図5に示
すように素材の外径に相当する部分を水冷金型3により
成型するようにして、同様の方法により内周方向に一方
向凝固させることもできる。図5においては、水冷金型
3を、その冷却水室16が溶湯2を取り囲む、環状形状
とし、その中心上部に断熱剤15を設けている。その他
の構成、断熱材9は図3と、仕切り板11、加圧室1
2、加圧ガス導入管13は図4と、それぞれ同じであ
る。
【0009】このようにすれば、外周が摺動表面となる
円筒状あるいは底付き円筒状の素材を得ることができ、
アルミ合金製バルフリフターの素材の製造等に利用する
ことができる。以上、鋳型として金型の例を説明した
が、熱伝導性にすぐれたセラミックス、例えば立方晶窒
化ホウ素、窒化珪素などを成形して鋳型としてもよい。
さらに、黒鉛系、BN系、MoS2 系などの離型材を鋳
型に塗布してもよい。また、冷却媒体としては水の他に
シリコンオイルを用いてもよい。さらにまた、るつぼに
加熱手段を付設してもよい。
【0010】
【作用】過共晶Al−Si合金は引け巣ができやすいた
めに大きな押湯を必要とする。このため、本発明では多
量の溶湯自体を押湯として利用して、押湯の保温効果に
より温度勾配を設け、製品で摺動面となる部分から凝固
を完了させ、最終凝固部が凝固するまで押湯効果が働く
ようにする。さらに本発明では鋳型を強制冷却鋳型と
し、鋳型から溶湯方向に大きな温度勾配をもたせる。こ
の結果半径方向に一方向凝固させることによって、製品
部分での鋳造欠陥の発生をさらに少なく抑える。加えて
強制冷却鋳型の高い冷却速度によって初晶Siが微細か
つ均一に分散した組織を得ることができる。以上の方法
で製造すると、最終凝固部には引け巣などの欠陥が発生
するが、その欠陥層の厚みは高々数mm程度であり、通
常の機械加工の削り代を僅かに上回る程度の切削を行う
ことにより欠陥層を除去することができる。したがっ
て、かかる切削は重力鋳造で用いられる押湯よりも歩留
まり低下に対する影響は少ない。
【0011】
【実施例】図1に示す金型鋳造装置を使用して、外径が
90mm、内径が82mm、高さ150mmのA390
製シリンダ・ライナを製造した。この内径寸法に相当
し、高さが200mmのテーパ付き形状の純銅製水冷金
型3を用いた。 A390合金組成の溶湯をるつぼ炉により溶解し、通常
の脱ガス、微細化処理を実施した後、るつぼ1内で75
0℃に保持した。溶湯2内に水冷金型3を浸漬し、2分
間保持して凝固殻6の外径寸法が94mmになった時
に、水冷金型3を溶湯2から引き揚げた。
【0012】続いて、水冷金型3の約1度の抜きテーパ
を利用して凝固殻6を水冷金型から取外した。凝固殻6
の外周表面近傍は、固相と液相が存在する状態で溶湯か
ら切り離されるため、引上げ後の凝固収縮による引け巣
の発生が認められたが、外周表面を片肉2mmを切削す
ることにより引け巣部分を除去することができた。ま
た、内周表面近傍には、急冷されることにより初晶Si
の存在しないチル相が0.5mmの厚さで発生したが、
所定取り代内であり実用上問題とはならない。すなわ
ち、外周を片肉2mm、内周を片肉1〜3mm削って外
径90mm,内径80mm、高さ150mmのシリンダ
・ライナ製品を得た。このシリンダ・ライナは引け巣な
どの鋳造欠陥がなく、初晶シリコンの平均粒径が約30
μmを呈した。
【0013】
【発明の効果】この方法で製造したシリンダ・ライナな
どの摺動部材素材は、鋳造欠陥がなくかつミクロ組織も
微細であり、しかも鋳造時の重量歩留りが大幅に向上
し、かつ重力鋳造法よりも大幅に生産性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の説明図である。
【図2】シリンダブロックと一体になったシリンダ・ラ
イナの図である。
【図3】本発明の別の実施例の説明図である。
【図4】本発明の別の実施例の説明図である。
【図5】本発明の別の実施例の説明図である。
【符合の説明】
1 るつぼ 2 溶湯 3 水冷金型 6 凝固殻 9 断熱材 7 筒状摺動部材(シリンダ・ライナ) 9 断熱材 12 加圧室
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成3年4月18日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】アルミニウム合金は鋳鉄に比較して摺動
特性が劣るために、鋳鉄製シリンダ・ライナを別途製作
したアルミニウム合金ブロックの内側に圧入あるいは鋳
ぐるみすることにより、ピストンあるいはピストン・リ
ングと摺動するシリンダ内周面の摺動特性を確保してき
た。しかし、この方法では鋳鉄の一部使用による重量増
があるので、最近では厳しい軽量化の要請から、内側の
鋳鉄製シリンダ・ライナをアルミニウム合金製に変更す
るか、あるいはシリンダ・ライナをなくしてアルミニウ
ム合金一体のブロックにすることが要求されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0003
【補正方法】変更
【補正内容】
【0003】アルミニウム合金の中で摺動特性に優れる
ものとして、A390合金で代表されるAl−i合金
鋳造材がある。これは、アルミニウム合金基地中に分散
した硬度の高い初晶あるいは共晶Siが摺動特性を良好
にしている材料であるが、Si粒子によるピストン又は
ピストンリングの摩耗を少なくし、Si粒子がアルミニ
ウムマトリックスから脱落し難くし、以て一層良好な摺
動特性を得るためにアルミニウム合金鋳造時の冷却速度
を大ききしてSi粒子を微細にする適切な製造条件を選
択しなければならない。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】上述のように強制冷却された水冷金型3を
溶湯2に接触させると、水冷金型3の表面で溶湯が凝固
し、凝固殻6が成長する。この際水冷金型3内の冷却水
の流れを均一にしかつ十分に速くすると水冷金型3の表
面に凝固殻6が均一に水冷金型3の外周面が内周面とな
るシリンダ・ライナ素材が得られる。所定厚さの(通常
5〜10mm)凝固殻が成長した後水冷金型3をるつぼ
1から引上げ、水冷金型3を凝固殻6から抜き出す。こ
の抜き出しを容易にするために水冷金型3に抜きテーパ
を付して置くことが好ましい。抜き出しにより得られる
底付きシリンダ状金属の底部を切断により取り除き、シ
リンダ・ライナ素材7(図2参照)の周囲を機械切削し
又はせずにシリンダ・ブロック8となるアルミニウム合
金に鋳ぐるむ。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】続いて、水冷金型3の約1度の抜きテーパ
を利用して凝固殻6を水冷金型から取外した。凝固殻6
の外周表面近傍は、固相と液相が存在する状態で溶湯か
ら切り離されるため、引上げ後の凝固収縮による引け巣
の発生が認められたが、外周表面を片肉2mmを切削す
ることにより引け巣部分を除去することができた。ま
た、内周表面近傍には、急冷されることにより初晶Si
の存在しないチル相が0.5mmの厚さで発生したが、
所定取り代内であり実用上問題とはならない。すなわ
ち、外周を片肉2mm、内周を片肉1〜3mm削って外
径90mm,内径82mm、高さ150mmのシリンダ
・ライナ製品を得た。このシリンダ・ライナは引け巣な
どの鋳造欠陥がなく、初晶シリコンの平均粒径が約30
μmを呈した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B22D 18/04 9266−4E 19/08 E 9266−4E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ状摺動部材の内周形状又は外周
    形状に相当する形状をもつ強制冷却鋳型を、過共晶Al
    −Si合金溶湯と相対的に接触させ、必要肉厚の凝固殻
    を前記鋳型の外周面又は内周面に形成させ、その後前記
    凝固殻を所定寸法に加工することを特徴とするアルミニ
    ウム合金製シリンダ状摺動部材の製造方法。
JP5338491A 1991-02-25 1991-02-25 アルミニウム合金製シリンダ状摺動部材の製造方法 Pending JPH0569107A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6074763A (en) * 1996-08-27 2000-06-13 Daimlerchrysler Ag Light metal part activation for casting with another light metal part

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6074763A (en) * 1996-08-27 2000-06-13 Daimlerchrysler Ag Light metal part activation for casting with another light metal part
US6286583B1 (en) 1996-08-27 2001-09-11 Daimlerchrysler Ag Two part light metal coating and method of making same

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