JPH06104877B2 - 耐摩耗性部材の製造方法 - Google Patents

耐摩耗性部材の製造方法

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JPH06104877B2
JPH06104877B2 JP63304463A JP30446388A JPH06104877B2 JP H06104877 B2 JPH06104877 B2 JP H06104877B2 JP 63304463 A JP63304463 A JP 63304463A JP 30446388 A JP30446388 A JP 30446388A JP H06104877 B2 JPH06104877 B2 JP H06104877B2
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茂 大薮
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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摺接部
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、摺接部に
おける耐摩耗性を向上すべく摺接部を高硬度とし、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、
金型のキャビティ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を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) そこで、本発明は、部分的に高硬度組織と低硬度組織を
有する耐摩耗性部材を製造するにあたり、生産効率を高
めコスト的にも有利にするとともに、機械加工時の刃具
の寿命を延すことを目的として、鋳鉄成分の溶湯を金型
のキャビティ内に注湯した後急冷し、溶湯表面温度が共
晶線まで降下した段階で離型して溶湯表層部に高硬度チ
ル組織を形成し、離型した鋳物のうち前記機械加工が施
される軸部を局部的に1050〜1100℃に加熱して60〜120
秒間保持した後徐冷して焼鈍するようにした。
また、離型と焼鈍との間に鋳物の形状矯正工程を設け、
離型から焼鈍までの各工程を、常温まで下げることなく
高温状態下で連続して行うようにした。
(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溶湯
表層温度が共晶線まで降下した段階で行うことによっ
て、表層全域に高硬度チル組織を効率良く形成出来、そ
の後局部的に1050〜1100℃に加熱して焼鈍することでチ
ル組織のセメンタイトを消失させ機械加工を容易にす
る。
そして、かかる手順で処理することで、生産時間が短縮
化されコストもかからない。
また、鋳鉄成分によって、焼鈍の徐冷の際に空気焼入れ
が生じて所望の硬度まで軟化させることが出来ない場合
が生じることがあるため、この場合は再び600℃程度に
再加熱して軟化させる。
また、離型と焼鈍との間に形状矯正工程を設け、離型か
ら焼鈍までの各処理を、常温まで下げることなく高温状
態下で連続して行うことで、成形精度の良好な製品を一
層効率的に製造出来る。
(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III−I
II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
れも略同一であるため、以下に一方のみについて説明す
る。
先ず、金型1は0.8〜4.0wt%のCrを含有するCu−Cr合金
(熱伝導率は0.4〜0.8cal/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16
a,16bを備え、導入路14に導入された冷却水を各連通路1
6a,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ch1に接続され
る。その加熱制御器ch1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Cc1は注湯開始後冷却回
路9を作動し、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、また加熱段階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。
一方、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1380〜1420℃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5k
g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15〜45℃
/sec好ましくは20〜25℃/secと遅くし且つ第1昇温工程
によってジャーナル部を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1050〜1100℃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0.4〜0.6wt%、
を0.5〜1.0wt%、M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。
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 FC20〜30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
内部からのクラッ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10
50〜1100℃で60〜70秒維持する第1の保持工程の後に60
0℃程度で30分〜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、金型鋳造によっ
て溶湯表層温度が共晶線まで降下した段階で離型して、
表層部に高硬度チル組織を形成し、機械加工を施す軸部
を局部的に1050〜1100℃に加熱して焼鈍するとともに、
焼鈍した後、必要に応じて再加熱して軟化させるように
したため、カムシャフト等の耐摩耗性部材の一部部を高
硬度のチル組織にし、他の一部を低硬度のソルバイト組
織とすることが極めて簡単且つ効率良く出来る。
従って、コスト的にも有利になるとともに、機械加工に
おいて刃具の寿命を延ばすことが出来る。
また、離型と焼鈍との間に形状矯正工程を設け、離型か
ら焼鈍までの各処理を、常温まで下げることなく高温状
態下で連続して行うようにすれば、成形精度の良い製品
を一層効率良く製造出来る。
【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−
II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図は異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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 節美 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大杉 利幸 三重県鈴鹿市岡田2―18―3 (72)発明者 本原 文夫 三重県鈴鹿市西玉垣町5346―15 (72)発明者 柏川 幸生 三重県鈴鹿市三日市南1―1―12 (72)発明者 大薮 茂 三重県鈴鹿市津賀町469―5 (72)発明者 原田 浩久 三重県鈴鹿市竹野2―5―7 (56)参考文献 特公 昭61−47208(JP,B2) 特公 昭51−25208(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】他の部材に接触する摺接部と機械加工が施
    される軸部を備えた耐摩耗性部材を製造する製造方法に
    おいて、鋳鉄成分の溶湯を金型のキャビティ内に注湯し
    た後急冷し、溶湯表面温度が共晶線まで降下した段階で
    離型して溶湯表層部に高硬度チル組織を形成し、離型し
    た鋳物のうち前記機械加工が施される軸部を局部的に10
    50〜1100℃に加熱して60〜120秒間保持した後徐冷して
    焼鈍することを特徴とする耐摩耗性部材の製造方法。
  2. 【請求項2】前記離型と焼鈍との間に鋳物の形状矯正工
    程を設け、離型から焼鈍までの各処理を、常温まで下げ
    ることなく高温状態下で連続しておこなうようにしたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の耐摩耗性部材の製造方
    法。
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