JPS62144867A - 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 - Google Patents
内燃機関用シリンダヘツドの製造方法Info
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- JPS62144867A JPS62144867A JP28614185A JP28614185A JPS62144867A JP S62144867 A JPS62144867 A JP S62144867A JP 28614185 A JP28614185 A JP 28614185A JP 28614185 A JP28614185 A JP 28614185A JP S62144867 A JPS62144867 A JP S62144867A
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- valve
- chamber
- parts
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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〕
本発明は内燃機関用シリンダヘッドの製造方法に関し、
詳しくはシリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部
並びに吸気弁とチャンバ穴の問および排気弁とチャンバ
穴の間の弁−チャンバ間部を改良した鋳鉄製内燃機関用
シリンダヘッドの製造方法に関する。
詳しくはシリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部
並びに吸気弁とチャンバ穴の問および排気弁とチャンバ
穴の間の弁−チャンバ間部を改良した鋳鉄製内燃機関用
シリンダヘッドの製造方法に関する。
近年、自動車のエンジンに対する要求性能はますます高
度なものとなってきており、運転条件が過酷なものとな
っている。この結果、鋳鉄製シリンダヘッドにおいて、
他の部位より比較的肉薄とされているシリンダヘッドの
吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに吸気弁とチャンバ穴
の間および排気弁とチャンバ穴の間の弁−チャンバ間部
に、燃焼による熱応力に起因して亀裂が発生し易いとい
う問題があった。
度なものとなってきており、運転条件が過酷なものとな
っている。この結果、鋳鉄製シリンダヘッドにおいて、
他の部位より比較的肉薄とされているシリンダヘッドの
吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに吸気弁とチャンバ穴
の間および排気弁とチャンバ穴の間の弁−チャンバ間部
に、燃焼による熱応力に起因して亀裂が発生し易いとい
う問題があった。
従来、かかる問題に対処するために亀裂の発生し易い部
位にＦ ｅ−Ｎ ｉ合金等の延展性１、耐熱性に優れた
材料を肉盛（溶接）、ろう付は等により形成し、この延
展性、耐熱性に優れた材料により熱応力を吸収して亀裂
を防止する方法が堤案されている（例えば、特許第５１
６８２９号（特公昭３９−１８２３０号）、特開昭５８
−６２３４４号、鋳物便覧等）。
位にＦ ｅ−Ｎ ｉ合金等の延展性１、耐熱性に優れた
材料を肉盛（溶接）、ろう付は等により形成し、この延
展性、耐熱性に優れた材料により熱応力を吸収して亀裂
を防止する方法が堤案されている（例えば、特許第５１
６８２９号（特公昭３９−１８２３０号）、特開昭５８
−６２３４４号、鋳物便覧等）。
ところで、上記従来技術では、使用するＦｅ−Ｎｉ合金
のＮｉ濃度が高いため高コストとなる。
のＮｉ濃度が高いため高コストとなる。
また、Ｆｅ−Ｎｉ合金の肉盛を行う際に、弁間部、弁−
チャンバ間部のごく狭い範囲しか肉盛しない場合には、
母材である鋳鉄と肉盛合金であるＦｅ−Ｎｉ合金の熱膨
張率の違い等に起因して肉盛部と母材の境界部に亀裂が
発生する。このため、従来は弁間部、弁−チャンバ間部
を含む広い範囲を肉盛りすることにより、この問題に対
処している。従って、この場合にもコスト高となるとい
う問題がある。
チャンバ間部のごく狭い範囲しか肉盛しない場合には、
母材である鋳鉄と肉盛合金であるＦｅ−Ｎｉ合金の熱膨
張率の違い等に起因して肉盛部と母材の境界部に亀裂が
発生する。このため、従来は弁間部、弁−チャンバ間部
を含む広い範囲を肉盛りすることにより、この問題に対
処している。従って、この場合にもコスト高となるとい
う問題がある。
更に、シリンダヘッドを予熱しないと肉盛性が悪く、シ
リンダヘッドを予熱して肉盛した場合には、予熱工程を
余分に必要し、また場合により焼鈍を必要とするという
問題がある。
リンダヘッドを予熱して肉盛した場合には、予熱工程を
余分に必要し、また場合により焼鈍を必要とするという
問題がある。
そこで、従来と同程度の亀裂防止効果を維持しつつ、製
造性が良く、かつ低コストにする工夫が望まれていた。
造性が良く、かつ低コストにする工夫が望まれていた。
上記問題は、次に述べる本発明の内燃機関用シリンダヘ
ッドの製造方法によって解決される。
ッドの製造方法によって解決される。
部ち、本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方法は
、鋳鉄を原料としてシリンダヘッド粗形材を鋳造する際
、シリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに
吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ穴の間
の弁−チャンバ間部の各表面に対応する鋳型の部分に冷
し金を設置し、注湯後、溶湯が凝固してシリンダヘッド
粗形材の温度が１０００℃〜１０５０℃となったときに
冷し金を鋳型から引き抜き、その状態で放置することに
よりセメンタイトを分解して球状あるいは塊状の黒鉛を
析出させることを特徴としている。
、鋳鉄を原料としてシリンダヘッド粗形材を鋳造する際
、シリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部並びに
吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ穴の間
の弁−チャンバ間部の各表面に対応する鋳型の部分に冷
し金を設置し、注湯後、溶湯が凝固してシリンダヘッド
粗形材の温度が１０００℃〜１０５０℃となったときに
冷し金を鋳型から引き抜き、その状態で放置することに
よりセメンタイトを分解して球状あるいは塊状の黒鉛を
析出させることを特徴としている。
以下に、本発明を更に具体的に説明する。
本発明において、シリンダヘッド材料としては鋳鉄を使
用する。かかる鋳鉄として、ＪＩＳ Ｆｅ２０、Ｆｅ
２５、ＦＣ３０等を用いることができる。
用する。かかる鋳鉄として、ＪＩＳ Ｆｅ２０、Ｆｅ
２５、ＦＣ３０等を用いることができる。
シリンダヘッドの弁間部等には、冷し金によりチル化層
が形成される。このチル化層は０．２ ｔｌ１以上設け
ないと十分な効果が得られない。従って、鋳型に設置す
る冷し金は、０．２ ｔｍ以上の深さのチル化層が得ら
れる容量のものを用いる必要がある。
が形成される。このチル化層は０．２ ｔｌ１以上設け
ないと十分な効果が得られない。従って、鋳型に設置す
る冷し金は、０．２ ｔｍ以上の深さのチル化層が得ら
れる容量のものを用いる必要がある。
本発明において、冷し金により形成されたチル化層は、
１０００℃〜１０５０℃まで降温したときに冷し金を引
き抜かれることにより、後は余熱で熱処理されることに
なり、セメンタイトが分解して球状あるいは塊状黒鉛が
得られる。
１０００℃〜１０５０℃まで降温したときに冷し金を引
き抜かれることにより、後は余熱で熱処理されることに
なり、セメンタイトが分解して球状あるいは塊状黒鉛が
得られる。
なお、シリンダヘッドを鋳造する場合、上記１０００℃
〜１０５０℃まで降温するのに要する時間は、シリンダ
ヘッドの大きさにもよるが鋳造後５分程度である。
〜１０５０℃まで降温するのに要する時間は、シリンダ
ヘッドの大きさにもよるが鋳造後５分程度である。
本発明により得られたシリンダヘッドによれば、従来、
熱応力等により亀裂等の不具合が発生し易かった弁間部
と弁−チャンバ間部の表面部が、基地をパーライトとし
た状態で黒鉛形状が片状から球状あるいは塊状とされた
ため、靭性および強度が向上し、従来のＦｅ−Ｎｉ合金
に比べ耐亀裂性で遜色はない。
熱応力等により亀裂等の不具合が発生し易かった弁間部
と弁−チャンバ間部の表面部が、基地をパーライトとし
た状態で黒鉛形状が片状から球状あるいは塊状とされた
ため、靭性および強度が向上し、従来のＦｅ−Ｎｉ合金
に比べ耐亀裂性で遜色はない。
また、本発明の場合、基地が母材と同じであるため、従
来のＦｅ−Ｎｉ合金の肉盛に比べ、界面における耐亀裂
性が優れている。
来のＦｅ−Ｎｉ合金の肉盛に比べ、界面における耐亀裂
性が優れている。
また、高価なＦｅ−Ｎｉ合金を使用しないため、低コス
ト化が図れる。
ト化が図れる。
更に、本発明のシリンダヘッドの製造方法によれば、従
来の鋳造工程に冷し金の着脱という操作を加えるだけで
、片状黒鉛を球状あるいは塊状黒鉛とすることができる
。従って、極めて生産性の高い方法である。
来の鋳造工程に冷し金の着脱という操作を加えるだけで
、片状黒鉛を球状あるいは塊状黒鉛とすることができる
。従って、極めて生産性の高い方法である。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
ここで、第１図は本発明の実施例に係る内燃機関用シリ
ンダヘッドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２
図は本発明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッ
ドの弁間部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実
施例で得られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示
す顕微鏡写真（Ｘ １００倍）である。
ンダヘッドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２
図は本発明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッ
ドの弁間部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実
施例で得られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示
す顕微鏡写真（Ｘ １００倍）である。
シリンダヘッドの材料として、普通鋳鉄（ＪＩＳ Ｆ
ｅ１２）を２０トン坩堝型低周波炉で溶解し、砂型鋳造
法により第２図に要部の概要を示すディーゼルエンジン
用シリンダヘッド粗形材１を鋳造した。即ち、第１図に
おいて、２は砂型であり、ウォータジャケット等を形成
する中子３が幅木部で保持されている。そして、シリン
ダヘッドの弁間部と弁−チャンバ間部に対応する位置に
は冷し金４が設置されている。この砂型２と中子３と冷
し金４により、所定のシリンダヘッド形状の製品キャビ
ティ５が形成される。この鋳型に、湯口６から低周波炉
で溶解した溶融鋳鉄を注いで鋳造を行った。鋳造後、５
分経過してシリンダヘッド粗形材ｌの温度が１０００℃
〜１０５０℃となったところで冷し金４を鋳型から引き
抜き、そのまま放置した。次いで、型バラクを行い、シ
リンダへノド粗形材１を取り出した。得られたシリンダ
ヘッド粗形材１の弁間部と弁−チャンバ間部には深さ２
Ｂにわたって塊状黒鉛とパーライトの層が形成されてい
た。このシリンダヘッド粗形材１の弁間部近傍の要部を
示したのが第２図である。
ｅ１２）を２０トン坩堝型低周波炉で溶解し、砂型鋳造
法により第２図に要部の概要を示すディーゼルエンジン
用シリンダヘッド粗形材１を鋳造した。即ち、第１図に
おいて、２は砂型であり、ウォータジャケット等を形成
する中子３が幅木部で保持されている。そして、シリン
ダヘッドの弁間部と弁−チャンバ間部に対応する位置に
は冷し金４が設置されている。この砂型２と中子３と冷
し金４により、所定のシリンダヘッド形状の製品キャビ
ティ５が形成される。この鋳型に、湯口６から低周波炉
で溶解した溶融鋳鉄を注いで鋳造を行った。鋳造後、５
分経過してシリンダヘッド粗形材ｌの温度が１０００℃
〜１０５０℃となったところで冷し金４を鋳型から引き
抜き、そのまま放置した。次いで、型バラクを行い、シ
リンダへノド粗形材１を取り出した。得られたシリンダ
ヘッド粗形材１の弁間部と弁−チャンバ間部には深さ２
Ｂにわたって塊状黒鉛とパーライトの層が形成されてい
た。このシリンダヘッド粗形材１の弁間部近傍の要部を
示したのが第２図である。
第２図において、７はインテークポート（吸気口）、８
はエキゾーストボート（排気口）、９はチャンバ穴であ
る。そして、インテークポート７とエキゾーストボート
８の間のハツチングで示した部分が弁間部１０であり、
インテークポート７とチャンバ穴９の間およびエキゾー
ストボート８とチャンバ穴９の間のハツチングで示した
部分が弁−チャンバ間部１１．１２である。
はエキゾーストボート（排気口）、９はチャンバ穴であ
る。そして、インテークポート７とエキゾーストボート
８の間のハツチングで示した部分が弁間部１０であり、
インテークポート７とチャンバ穴９の間およびエキゾー
ストボート８とチャンバ穴９の間のハツチングで示した
部分が弁−チャンバ間部１１．１２である。
このシリンダヘッド粗形材１の弁間部１０の金属＆１１
織を調べたところ、第３図に顕微鏡写真で示すように、
セメンタイトが分解して球状あるいは塊状の黒鉛が析出
していることが確かめられた。
織を調べたところ、第３図に顕微鏡写真で示すように、
セメンタイトが分解して球状あるいは塊状の黒鉛が析出
していることが確かめられた。
なお、基地組織はパーライトであった。次いで、このシ
リンダヘッド粗形材１を機械加工してシリンダへノドＡ
とした。
リンダヘッド粗形材１を機械加工してシリンダへノドＡ
とした。
この結果得られたシリンダヘッドＡの弁間部１０等の硬
さはビッカース硬さＨＶ１９５であった。
さはビッカース硬さＨＶ１９５であった。
（第１比較例）
実施例において、シリンダヘッド粗形材１の弁間部１０
および弁−チャンバ間部１１．１２に冷し金を用いた処
理を行うことなく鋳造し、そのまま機械加工により最終
製品に仕上げたこと以外、他は実質的に第１実施例と同
様にしてシリンダヘッドＢを製造した。
および弁−チャンバ間部１１．１２に冷し金を用いた処
理を行うことなく鋳造し、そのまま機械加工により最終
製品に仕上げたこと以外、他は実質的に第１実施例と同
様にしてシリンダヘッドＢを製造した。
このシリンダヘッドＢの弁間部１０等の基地はパーライ
トであり、片状黒鉛が析出していた。また、ビッカース
硬さはＨＶ１８Ｂであった。
トであり、片状黒鉛が析出していた。また、ビッカース
硬さはＨＶ１８Ｂであった。
（第２比較例）
第１比較例と同様にしてディーゼルエンジン用シリンダ
ヘッド粗形材１を鋳造した。得られたシリンダヘッド粗
形材１の弁間部１０と弁−チャンバ間部１１．１２に幅
ＩＱｍｓ、深さ４鶴の溝を加工し、亀裂防止と肉盛性の
改善のためシリンダヘッド粗形材１を４５０℃に予熱し
た後、鉄−ニソケル合金棒（Ｆｅ−５０％Ｎｉ合金）を
用いて、酸素−アセチレン炎で溝を埋めるように肉盛を
行った。次いで、６００℃で３時間保持して歪取りのた
めの焼鈍を行い、その後、肉盛部の厚さが２１１となる
ように機械加工してシリンダヘッドＣを得た。
ヘッド粗形材１を鋳造した。得られたシリンダヘッド粗
形材１の弁間部１０と弁−チャンバ間部１１．１２に幅
ＩＱｍｓ、深さ４鶴の溝を加工し、亀裂防止と肉盛性の
改善のためシリンダヘッド粗形材１を４５０℃に予熱し
た後、鉄−ニソケル合金棒（Ｆｅ−５０％Ｎｉ合金）を
用いて、酸素−アセチレン炎で溝を埋めるように肉盛を
行った。次いで、６００℃で３時間保持して歪取りのた
めの焼鈍を行い、その後、肉盛部の厚さが２１１となる
ように機械加工してシリンダヘッドＣを得た。
このシリンダへノドＣの弁間部１０等は鉄−ニソケル合
金層となっており、ビッカース硬さはＨｖ１８７であっ
た。
金層となっており、ビッカース硬さはＨｖ１８７であっ
た。
（評価）
上記実施例および比較例で得られたシリンダヘッドＡ−
Ｃを、それぞれエンジンに組み付けて耐久試験を行った
。耐久試験は実機運転時における全負荷状態で４００Ｏ
ｒｐｍおよび無負荷状態で１００ Ｏｒｐｍという条件
で行った。
Ｃを、それぞれエンジンに組み付けて耐久試験を行った
。耐久試験は実機運転時における全負荷状態で４００Ｏ
ｒｐｍおよび無負荷状態で１００ Ｏｒｐｍという条件
で行った。
この結果、第１比較例で得られたシリンダへ・ノドＢは
、３００時間以内で弁間部および弁−チャンバ間部に亀
裂が発生するのが観察されたが、実施例と第２比較例で
得られたシリンダヘッドＡ、Ｃは、それぞれ５００時間
の連続運転を行っても弁間部等になんら異常は認められ
なかった。
、３００時間以内で弁間部および弁−チャンバ間部に亀
裂が発生するのが観察されたが、実施例と第２比較例で
得られたシリンダヘッドＡ、Ｃは、それぞれ５００時間
の連続運転を行っても弁間部等になんら異常は認められ
なかった。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
例えば、実施例ではディーゼルエンジン用シリンダヘッ
ドに本発明を適用した例を示したが、ガソリンエンジン
用シリンダヘッドにも同様に適用することができる。
ドに本発明を適用した例を示したが、ガソリンエンジン
用シリンダヘッドにも同様に適用することができる。
以上より、本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方
法によれば、以下の効果を奏する。
法によれば、以下の効果を奏する。
（イ）黒鉛形状が片状から粒状あるいは塊状となってい
るため、弁間部等における亀裂の発生が大幅に低減され
る。
るため、弁間部等における亀裂の発生が大幅に低減され
る。
（ロ）従来のように、高価なＦ ｅ −Ｎ ｉ合金を大
量にかつ広範囲に使用することがないため、低コスト化
が図れる。
量にかつ広範囲に使用することがないため、低コスト化
が図れる。
（ハ）従来の肉盛のように、シリンダヘッドを予熱する
必要がないため、省エネが図れる。
必要がないため、省エネが図れる。
（ニ）従来の鋳造工程をそれ程変更することなく、単に
冷し金の着脱を行うだけで黒鉛の球状、塊状化が行なえ
る。
冷し金の着脱を行うだけで黒鉛の球状、塊状化が行なえ
る。
第１図は本発明の実施例に係る内燃機関用シリンダヘッ
ドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２図は本発
明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッドの弁間
部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実施例で得
られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示す顕微鏡
写真（×１００倍）である。 １・・−・−・シリンダヘッド粗形材 ２−・−−−一一一砂型 ３・−−−−−・中子 ４−−−−−−−一冷し金 ５−・−製品キャビティ ６−−−−−一・湯口 ア・・−・−インテークボート ８−・・−・−エキゾーストポート ９−・−−−−−チャンバ穴 １０−−−−−−一弁間部 １１．１２・−・・弁−チャンバ間部 出願人 トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 （ｘｔＯＯ）
ドの製造方法の一工程を示す概略断面図、第２図は本発
明の実施例で得られた内燃機関用シリンダヘッドの弁間
部近傍を示す概略構成図、第３図は本発明の実施例で得
られたシリンダヘッドの弁間部の金属組織を示す顕微鏡
写真（×１００倍）である。 １・・−・−・シリンダヘッド粗形材 ２−・−−−一一一砂型 ３・−−−−−・中子 ４−−−−−−−一冷し金 ５−・−製品キャビティ ６−−−−−一・湯口 ア・・−・−インテークボート ８−・・−・−エキゾーストポート ９−・−−−−−チャンバ穴 １０−−−−−−一弁間部 １１．１２・−・・弁−チャンバ間部 出願人 トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 （ｘｔＯＯ）
Claims (1)
- （１）鋳鉄を原料としてシリンダヘッド粗形材を鋳造す
る際、シリンダヘッドの吸気弁と排気弁の間の弁間部並
びに吸気弁とチャンバ穴の間および排気弁とチャンバ穴
の間の弁−チャンバ間部の各表面に対応する鋳型の部分
に冷し金を設置し、注湯後、溶湯が凝固してシリンダヘ
ッド粗形材の温度が１０００℃〜１０５０℃となったと
きに冷し金を鋳型から引き抜き、その状態で放置するこ
とによりセメンタイトを分解して球状あるいは塊状の黒
鉛を析出させることを特徴とする内燃機関用シリンダヘ
ッドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28614185A JPS62144867A (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28614185A JPS62144867A (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62144867A true JPS62144867A (ja) | 1987-06-29 |
Family
ID=17700465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28614185A Pending JPS62144867A (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 内燃機関用シリンダヘツドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62144867A (ja) |
-
1985
- 1985-12-19 JP JP28614185A patent/JPS62144867A/ja active Pending
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