JPS6118668B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋳造品、特に内燃機関のシリンダヘ
ツドの製造法及び装置に関するものである。

鋳造品の一般的例として、内燃機関用シリンダ
ヘツドがある。その燃焼室形状、吸排気ポート形
状及び冷却用ウオータキヤビテイ形状などが非常
に複雑であるために、内燃機関用シリンダヘツド
自体の形状も非常に複雑である。また冷却水をヘ
ツド内部を循環させる必要があるためにウオータ
キヤビテイを設ける必要がある。形状の複雑性及
びウオータキヤビテイの必要性から必然的に崩壊
性中子あるいは水溶性中子の使用が前提になつて
いる。水溶性中子はコストの上昇をもたらすから
一般的には砂中子を使用した重力鋳造法や低圧鋳
造法が採用されている。主として砂中子の崩壊性
中子を使用していたため、作業環境の悪化はもと
より、金型に中子をセツトする場合の中子欠落、
中子面粗度の悪化などのために必ずしも寸法が一
様なウオータキヤビテイを確保することはできな
かつた。

したがつて、本発明は砂中子の使用に伴う上述
の問題点を解消した鋳造法及び装置を提供するこ
とを目的とする。

溶湯鍛造法は高品位の鋳造品の製作法として認
められているが溶湯の定量化がネツクとなつてい
るために、本発明は溶湯鍛造法及び装置を計量に
適したものに改良することを目的とする。

本発明に係る鋳造法は、(イ)鋳造品の形状の一部
を規定する下方金型に溶湯を注湯し、(ロ)前記形状
の残りの部分を規定する上方金型を下方金型に向
かつて変位させて溶湯を加圧し、次の(a)且つ(b)な
る透孔：(a)上方金型及び／又は下方金型を貫通
し、(b)摺動自在な部材が設けられた透孔から溶湯
の過剰量を逃し、(ハ)上方金型のほかに摺動部材に
よつて溶湯を加圧する工程を含んでなる。

本発明に係る鋳造装置は、上型、下型および横
型によつて溶融金属を注湯するキヤビテイを構成
する溶湯鍛造装置において、何れかの型に形成さ
れた溶湯逃し部に、前記キヤビテイ形成後に、型
による鋳造圧以上の圧力を発生させるピストンを
設けたことを特徴とする。

以下、シリンダヘツドの本体と上面部材とを接
続することによつて該シリンダヘツドのウオータ
キヤビテイを形成したシリンダヘツド鋳造の例に
ついて説明する。シリンダヘツドの本体とは一般
にヘツド燃焼室、吸排気ポート、ヘツドボルト、
スパークプラグやバルブを取付ける穴などを形成
している部分を指す。当然上面部材にはキヤビテ
イを形成するための溝が作られている。上面部材
とは一般に燃焼室が形成される側とは反対側面を
被覆する部材であつて、本体と接続され、ウオー
タキヤビテイを形成する。接続の方法はボルト締
め、溶接などの任意のものでよい。

以下、図面に基づいて本発明の具体例を詳しく
説明する。

第１図はシリンダヘツドの本体の加圧凝固成形
中の装置を金型については断面図として示した図
面である。溶湯鍛造プレス１内に、上型２、横型
３及び下型４からなる金型アツシーが取付けられ
ている。下型４は下部ボルスタ１６に固着されて
おり、横型３を担持している。横型３はシリンダ
１７により水平方向に摺動可能であつて下型４と
ともに適当なストツパ１８により位置決めされて
いる。下型４が燃焼室を含むエンジンロツク取付
面１９を成形し、横型３が吸排気ポート中子を含
む吸排気マニホルド取付面２０を成形するよう
に、各型の形状を決めるのが好ましい。上型２は
上部スライド２１に固着され且つ上部スライドと
ともに上昇下降する。上型２は横型開き止めスト
ツパ２２を有し、加圧位置まで下降した時横型が
相互に離れるように変位するのを防止している。
この溶湯鍛造装置の構造上の特徴をシリンダヘツ
ド本体の製造工程とともに説明する。

下型４及び横型３が溶湯を受入れる空間を形成
した時に、溶融金属をその空間に注入する。次
に、上型２を下降させ各金型でキヤビテイを構成
しながら溶融金属を充填して行く。充填中及び充
填後に上型２により溶融金属に加えられる加圧力
Ｐ_Aはパスカルの原理により横型３にも伝わり、
横型３を押しもどそうとするが、横型３の開きは
ストツパ２２により防止される。上型２の外周垂
直部２３が横型の垂直部２４と摺動しながら上型
が直接溶融金属を加圧成形して行く。金型内に注
湯する溶融金属の量は収縮量と注湯量の変動を見
込んで、あらかじめ余分に用いられるのが普通で
あつて、上型２、横型３及び下型４で鋳物が形成
されても注湯量が多いため所定の肉厚精度が得ら
れない。すなわち金型キヤビテイ内の溶湯の定量
方法が困難なことが溶湯鍛造法のネツクになつて
いた。そこで、本発明者等は、上型、横型及び下
型の何れかの任意の位置に溶湯逃し部を設けるこ
とを考案した。例えば、ヘツドボルト１３上面に
ヘツドボルト座外径と同一の穴２５を設け、穴２
５の内部に摺動自由な加圧コア６を設置する。そ
して上型２による鋳造圧Ｐ_Aが溶融金属に印加さ
れるとコア６が後退するようにコアを加圧してい
るピストン７の作動力を選定する。このために上
型２による加圧力Ｐ_Aは若干減少するが、加圧状
態で上型２は基準寸法Ｈが確保されるまで下降す
る。したがつて余剰半溶融金属は加圧コア６側に
押しやられる。基準寸法Ｈまで上型２が加圧状態
を維持しながら下降して行くと、適当なストツパ
により上型２は停止する。この状態では半溶融金
属は加圧状態にあるが加圧コア６が半溶融金属に
加える鋳造圧が理論鋳造圧Ｐ_Aもしくはそれ以上
の圧力になるように加圧コア６を作動させる油圧
シリンダ７の加圧力を適当に選択することが好ま
しい。このように、基準寸法が確保された状態に
おいて加圧コア６の圧力を調節すると、溶湯の定
量化だけでなく、鋳造圧が全工程に亘つて有利に
働くという結果が得られる。すなわち、溶融金属
の凝固とともに初期には上型２による鋳造圧Ｐ_A
が作用し、次いで加圧コア６による鋳造圧Ｐ_Aも
しくはそれ以上の圧力が作用し、凝固が完了する
まで有効に鋳造圧が働く。この結果溶湯鍛造特有
の健全な製品が得られしかも定量化が正確に行わ
れる。凝固完了後、溶湯鍛造プレスの上型２を上
昇させ、次いで横型３を後退させると、下型４内
に吸排気ポート、ウオータキヤビテイの大部分、
燃焼室、ヘツドボルト、バルブスプリング座の一
部その他が形成されたシリンダヘツド本体が得ら
れる。下型４内の押出し装置１１を油圧シリンダ
１０により変位させ、本体を押出す。この本体に
は基準面Ｈから突出量ｈの突出部が形成されてい
るのでシリンダヘツド本体の上端面加工と同時に
突出部を削り落してやれば、シリンダヘツド本体
の各部の寸法は一様に確保される。すなわちシリ
ンダヘツド本体の寸法に関係ない突出量ｈ及び
h′により注湯量の変動が補われる。

以上においては溶湯逃し部を上型に形成した具
体例を説明したが、下型内の摺動入子８を穴９に
嵌合してシリンダ１０により作動させてもよい。
この場合上型が最も低い位置まで下降した時にも
上型と下型とが接触しない様に、穴９を製品の見
切り部に設けることが好ましい。金型同志が接触
すると加圧力が損失するために半溶融金属に加圧
力が有効に作用しなくなるが、この具体例による
とかかる問題は生じない。

さらに、油圧シリンダ７，８のそれぞれを独立
して加圧できるような構造にすることが好まし
い。上型面は当然に高低があるから、溶湯が溶湯
逃し部に進入する時間及び高さが区々であり、し
たがつて油圧シリンダの加圧をこれに応じて行う
ようにすることが有利である。

油圧シリンダの油圧回路の具体例を第２図に基
づいて説明する。例えば上型の油圧シリンダ７を
第２図の如き油圧回路で作動することができる。
加圧媒体はモータＭからポンプＰ及び逆止弁３２
を経由して油圧シリンダ７に送られる。油圧回路
には低圧リリーフ弁３３及び高圧リリーフ弁３４
がそれぞれ接続されており、低圧リリーフ弁３３
は切換弁３５を経由して接続が行われている。切
換弁３５はコア６の前進又は後退に応じて低圧リ
リーフ弁３３への導通を遮断又は開放する。

ヘツドの上面部材は公知のダイカスト法によつ
て製作してもよくまた説明に係る溶湯鍛造法によ
つて製作してもよい。後者によると寸法精度が良
く且つ健全な部材が得られる。第３図はヘツドの
上面部材をヘツド本体に取付ける一具体例を示す
図面である。第３図においてはヘツド本体３０の
吸排気ポートを含む部分のみが断面にて図示され
ている。上面部材１２はヘツドボルト座１３以外
のヘツド上面部材であつてバルブスプリング座１
４の一つ及びカムシヤフト用座の一つ１５で構成
されている。上面部材１２はその全周に亘つてシ
リンダ本体３０側に溶接されており、上面部材１
２が接続されるとウオータキヤビテイ３１が構成
される。溶接による溶融箇所を第４図によつて説
明する。溶接部材１２の位置決め座は溶接する箇
所の全周に亘つて本体３０側に取付けられてい
る。溶接部材１２が全周に亘つてリブ部３６を具
えた本体３０に溶接されると、ウオータキヤビテ
イ３１が形成される。溶接の深さｄはヘツド全周
に亘つてほぼ一定値とし、ｄに対する溶接部材の
厚さをｄ／２にすることが好ましい。以上の製造
法により極めて寸法精度の高いシリンダヘツドが
高い生産性で得られる。

本発明の製法による効果をまとめると次の様に
なる。

(1) 鋳造がすべて金型で行われるために、鋳造品
の寸法精度及び面粗度は極めて良好である。

(2) 溶湯鍛造において従来ネツクとされていた溶
湯の定量法が、金型内部に設けられた計量及び
加圧シリンダにより、有利に解決された。

(3) 溶湯鍛造において従来ネツクとされていた加
圧伝播有効時間が短かいという欠点は計量及び
加圧シリンダにより解消され、有効時間が著し
く長いため信頼性の高い鋳物が得られた。

(4) 溶融金属を計量しながら加圧するために、加
圧凝固の初期に発生した柱状晶を破壊し、溶湯
鍛造法のネツクとなつている偏析の集中を解決
できた。

以上の利点に加えて金型見切面に計量及び加圧
シリンダを設ける態様によると次の効果が達成さ
れる。すなわち、従来の溶湯鍛造法では金型見切
面で金型と金型が接して加圧力が吸収されていた
が、この態様においては製品の寸法及び見切り位
置を変えない様に積極的に余肉部を発生させ、余
肉部を介して金型と金型とが押合う構造にしたた
めに、前述の欠点が解消された。

【図面の簡単な説明】

第１図はシリンダヘツド本体を溶湯鍛造中の装
置を示す概念図、第２図は油圧回路、第３図はシ
リンダヘツドの要部の断面図、第４図はシリンダ
ヘツド本体と上面部材の溶接部を示す断面図であ
る。 ２…上型、３…横型、４…下型、６…加圧コ
ア、７…ピストン、８…摺動入子、１０…シリン
ダ、１２…上面部材、１３…ヘツドボルト座、１
４…バルブスプリング座、１５…カムシヤフト用
座、１６…下部ボルスタ、１７…シリンダ、１８
…ストツパ、１９…エンジンブロツク取付面、２
０…マニホルド取付面、２２…横開き止めストツ
パ、２３…外周垂直部、２４…内周垂直部、３０
…シリンダヘツド本体、３１…ウオータキヤビテ
イ、３２…逆止弁、３３…低圧リリーフ弁、３４
…高圧リリーフ弁、３５…切換弁、３６…リブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ) 鋳造品の形状の一部を規定する下方金型
   に溶湯を注湯し、 (ロ) 前記形状の残りの部分を規定する上方金型を
   前記下方金型に向かつて変位させて前記溶湯を
   加圧し、次の(a)且つ(b)なる透孔：(a)前記上方金
   型及び／又は下方金型を貫通し、(b)摺動自在な
   部材が設けられた透孔から前記溶湯の過剰量を
   逃し、 (ハ) 前記上方金型のほかに前記摺動部材によつて
   前記溶湯を加圧する工程を含んでなる鋳造品の
   製造方法。 ２ 上型、下型および横型によつて溶融金属を注
   湯するキヤビテイを構成する溶湯鍛造装置におい
   て、何れかの型に形成された溶湯逃し部に、前記
   キヤビテイ形成後に、型による鋳造圧以上の圧力
   を発生させるピストンを設けたことを特徴とす
   る、鋳造品の製造装置。