WO2005085604A1 - 組立式カムシャフト用外装部品の製造方法 - Google Patents

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Kazuaki Okuno
Hirohisa Harada
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Honda Motor Co., Ltd.
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    • Y10T29/49984—Coating and casting

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an exterior part for an assembled camshaft used in a reciprocating engine.
  • a valve operating mechanism of a reciprocating engine As a valve operating mechanism of a reciprocating engine, a rocker arm, a swing arm, and the like are interposed between a cam and an intake / exhaust valve.
  • a direct drive type with a cam located directly above the valve (tappet) is adopted.
  • As a camshaft on which a cam is formed an integrated product formed by forging, forging, or cutting is generally used.However, the mechanical properties (rigidity, hardness, lubricity, etc.) of the cam lobe and shaft are different.
  • An assembling type power shaft is composed of, for example, a hollow shaft made of steel pipe or the like and exterior parts such as a cam piece and a nose piece. Is fixed.
  • Exterior parts for assembling camshafts are manufactured by various manufacturing methods, and the following methods are known.
  • a cutting and grinding process is performed on the outer peripheral surface of a hollow rod material to form a cam piece material having a predetermined cam profile, and then to a predetermined width.
  • a method of obtaining a cam piece (ring-section cam) by cutting (see Patent Document 1), or cutting and grinding the outer peripheral surface of a solid bar to produce a cam piece material having a predetermined cam profile
  • Patent Document 2 A method of obtaining a cam piece by subjecting a base material to a surface hardening treatment, cutting the base material to a predetermined width, and drilling a shaft hole has been proposed (see Patent Document 2).
  • Patent Document 1 Japanese Utility Model Application Laid-Open No. 52-41404 (paragraphs [0015] — [0022], FIGS. 1 and 6)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-15609 (Example, FIG. 1)
  • Patent Document 3 JP-A-2003-285138 (paragraphs [0042]-[0046], FIG. 1)
  • Patent Document 4 JP-A-9-256819 (paragraphs [0008], [0009], FIG. 1)
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are methods for forming a cam piece from a hollow or solid bar by using a mechanical machine, and therefore, an apparatus for forming a cam profile ( In addition to the necessity of a cutting device that cuts cam pieces from the NC piece (such as an NC copying machine) and a cam piece material, there were problems such as a large amount of time and man-hours required for manufacturing.
  • the manufacturing methods described in Patent Document 3 and Patent Document 4 are methods for obtaining cam pieces by forging and forging, but since there are limitations on the cavity layout and the like in the die, the production method is limited. Forging process ⁇ The number of cam pieces obtained in the forging process could not be increased so much that there were problems such as difficulty in increasing productivity.
  • the present invention has been made in view of such a technical background.
  • a method for manufacturing an exterior component for an assembling camshaft includes manufacturing an exterior component composite body in which a plurality of exterior component shapes having a shaft insertion hole are coupled with a fragile portion interposed therebetween. It is characterized by including a forming step of forming and a dividing step of breaking the exterior component coupled body at the fragile portion to obtain an exterior component.
  • an exterior component combination having a large number of exterior component shapes and fragile portions can be obtained by a single fabrication process, and further, the fragile portion of the exterior component combination is air-hammered or manually operated. A large number of exterior parts can be manufactured in a short time by being hit and broken.
  • the molten metal such as steel is also poured into the mold. pour it up. Then, when the exterior component composite is obtained, set it on the jig and sharpen the notch An exterior part is obtained by hitting with a tool having a cutting edge and breaking it.
  • the manufacturing process may include a step of tilting the exterior component assembly.
  • the hardness of the exterior component can be increased, and at the same time, the fracture at the fragile portion of the exterior component composite can be facilitated.
  • the molten metal is rapidly cooled by, for example, forming a nest made of a copper alloy or the like into a chiller to chill the external component coupling body.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an assembled camshaft according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view of a main part of an assembled camshaft according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a metal mold.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a main part of a metal mold.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a part of a leaflet.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a step of manufacturing a cam piece composite.
  • Fig. 7 is an explanatory view showing a state in which heat is taken away by the flicker in the cam piece combined physical strength.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a cam piece coupling body.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a breaking step of a cam piece composite.
  • FIG. 10 is a perspective view of a cam piece.
  • FIG. 11 is an explanatory view showing a camshaft assembling step.
  • a camshaft 100 shown in FIGS. 1 and 2 is a camshaft that drives an intake valve of a four-stroke DOHC four-cylinder engine, and is manufactured by fixing a cam piece 9 and an end piece 102 to a hollow shaft 101.
  • the hollow shaft 101 is made of a cold drawn steel pipe (for example, This is a machined product made of carbon steel pipe for machine structure (STKM17C, etc.), and its outer peripheral surface is ground and finished with reference to the center at both ends.
  • the cam piece 9 and the end piece 102 are made of steel (for example, low alloy steel, steel SCNCrM2), and are fitted and fixed to the hollow shaft 101 by press fitting (or brazing). Been! RU
  • the fabrication equipment 1 includes a two-piece mold dies 2 and a core driving device 3 for inserting a sand core 31 into the molds 2 as main components.
  • the molding die 2 includes a receiving slot 21 for injecting the molten metal, a spout 22 extending downward from the receiving port 21, a runner 23 for guiding the molten metal from the spout 22 horizontally, and a tip of the runner 23.
  • a cavity 24 extending upwardly from the opening; and an opening 25 formed at the upper end of the cavity 24.
  • the metal mold 2 is provided with a flier holding portion 26, and a plurality of fliers (cooling metal) 4 forming the cavity 24 are attached to the flier holding portion 26. It is stored in a stacked state on 26.
  • the chiller 14 is made of a copper alloy having excellent heat conductivity, and has a cam piece element forming portion 41 and a notch forming portion 42 on its inner surface as shown in FIG. The notch forming portion 42 is formed on the entire circumference so as to protrude into the cavity 24 from one end of the flyer 14 (the left end in FIG. 5).
  • the manufacturing operator uses the core driving device 3 to insert the sand core into the cavity 24 of the mold die 2 that has been clamped. Insert 31.
  • the manufacturing worker pours the molten metal 51 from the receiver 21 into the metal mold 2 using the ladle 5. Then, the molten metal 51 flows into the cavity 24 and the opening 25 via the gate 22 and the runner 23.
  • the molten metal 51 When the molten metal 51 is injected into the molding die 2, as shown in FIG. 6 (c), it becomes a plug-in product 7 including the cam piece coupling body 6.
  • the cavities 24 are formed in the chillers 14, as shown in FIG. 7, the force immediately after the injection of the molten metal 51 is quickly removed by the chillers 14. And chill (white iron).
  • the cam piece composite 6 has a very high hardness, but has a low tensile strength and shear strength.
  • the core driving device 3 causes the sand core 31 to be released and retracted (moved up).
  • the manufacturing worker opens the molding die 2, removes the packaged product 7, removes unnecessary parts (the part corresponding to the runner 23 and the opening 25 of the molding die 2) and the sand core 31 to remove the cam piece.
  • Get Coupling 6 As shown in FIG. 8, the cam piece assembly 6 has a cam piece shape (exterior part shape) 61 formed by the cam piece shape forming portion 41 (see FIG. 4) and a notch formed by the notch forming portion 42 (see FIG. 4). (Fragile part) 62 are formed alternately.
  • the manufacturing worker hits the notch 62 with the breaking tool 82 while the cam piece coupling body 6 is held by the holding device 81. Then, the cam piece composite 6 having a low tensile strength is broken at the notch 62 which is a weak portion, and individual cam pieces 9 are obtained.
  • the cam piece 9 has a cam surface 91 formed by the cam piece forming part 41 (see FIG. 7), a shaft hole 92 formed by the sand core 31 (see FIG. 7), and It has a side surface 93 that is a fractured surface.
  • the manufacturing operator cuts the ft3 ⁇ 4 shaft hole 92 on the cam surface 91 and then fits the hollow to the hollow shaft 101 as shown in Fig. 11. And press-fit.
  • the manufacturing worker attaches other exterior parts such as a nosepiece to the hollow shaft 101, and then performs a grinding finish to form a cam profile on the cam surface 91, and the camshaft 100 shown in FIG. Get.
  • the camshaft 100 As shown in FIG. 1, in the camshaft 100, only the cam surface 91 slides on the force counterpart (the rocking force arm tappet) in which the side surface 93 of the cam piece 9 remains a broken surface.
  • the camshaft 100 is not exposed when assembled to the engine.
  • the productivity can be significantly improved as compared with the conventional apparatus while increasing the hardness of the cam piece.
  • the description of the specific embodiment is finished above, but aspects of the present invention are not limited to this embodiment.
  • the present invention is applied to a method of manufacturing a cam piece.
  • the present invention is naturally applicable to other exterior parts such as a journal and an end piece.
  • the specific structure of the mold and the material of the insert are not limited to those described in the above embodiment. It can be selected or changed as appropriate based on accounting or cost judgment. Possibility of industrial use
  • This invention can be utilized for manufacture of the exterior part for assembly type camshafts used for a reciprocating engine, and contributes to the improvement of the productivity.

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Abstract

　カムピース連成体（６）は、溶湯の注入直後からチラー（４）によって急速に熱が奪われ、チル化（白銑化）する。その結果、カムピース連成体（６）は、その硬度が非常に高くなる一方、引張強度や剪断強度は低下する。鋳造されたカムピース連成体（６）には、カムピース素形と、ノッチとが交互に形成されている。カムピース連成体（６）を保持装置に保持させた状態で、破断工具によりノッチに打撃を与える。すると、引張強度が低いカムピース連成体（６）は脆弱部であるノッチで破断し、個々のカムピースが得られる。

Description

明 細 書
組立式力ムシャフト用外装部品の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、レシプロエンジンに用いられる組立式カムシャフト用の外装部品を製造 する方法に関する。
背景技術
[0002] レシプロエンジンの動弁機構としては、カムと吸排気バルブとの間にロッカアームや スイングアーム等を介在させたものの他、エンジンの高回転ィ匕ゃ高出力化に対応す ベく吸排気バルブ (タペット)の直上部にカムを配置した直接駆動式が採用されてい る。カムが形成されるカムシャフトとしては、铸造成形や鍛造成形、切削成形による一 体品が一般に採用されているが、カムローブ部とシャフト部とで機械的性質 (剛性や 硬度、潤滑性等)を自由に設定できる他、生産性の向上や低コストィヒ等を比較的容 易に実現できることから、組立式カムシャフトの採用が進められている。組立式力ムシ ャフトは、例えば、鋼管等を素材とする中空シャフトと、カムピースやノーズピース等の 外装部品とからなつており、中空シャフトとこれら外装部品とが溶接結合や圧入結合 、拡管結合等により固着される。
[0003] 組立式カムシャフト用の外装部品は、種々の製造方法により製造されており、以下 の方法が公知となっている。例えば、機械力卩ェを主体としてカムピースを製造する方 法としては、中空の棒材外周面に切削加工および研削加工を施して所定のカムプロ フィールを有するカムピース素材を作成した後、所定の幅に切断してカムピース (輪 切りカム）を得る方法 (特許文献 1参照)や、中実の棒材の外周面に切削加工および 研削加工を施して所定のカムプロフィールを有するカムピース素材を作成し、カムピ ース素材に表面硬化処理を施した後、所定の幅に切断するとともにシャフト孔を穴あ け加工してカムピースを得る方法 (特許文献 2参照）が提案されている。また、塑性加 ェを主体とする製造方法としては、素材をカムピースの厚み方向に据え込んで輪郭 形状を鍛造成形して中間成形体を得た後、中間成形体の中央部にシャフト穴を打ち 抜き、このシャフト穴の内周面を仕上げ成形する方法 (特許文献 3参照）が提案され ている。また、铸造を主体とする製造方法としては、粒子分散アルミニウム合金を素 材にダイキャスト成形によりシャフト孔 (嵌合孔）を有するカムピースを形成し、シャフト 孔を機械加工する方法 (特許文献 4参照）が提案されて!、る。
特許文献 1 :実開昭 52— 41404号公報 (段落 [0015]— [0022]、図 1、図 6) 特許文献 2 :特開平 3— 15609号公報 (実施例、第 1図）
特許文献 3：特開 2003— 285138号公報（段落 [0042]— [0046]、図 1) 特許文献 4:特開平 9 256819号公報 (段落 [0008]、 [0009]、図 1)
[0004] 特許文献 1や特許文献 2に記載された製造方法は、中空あるいは中実の棒材から 機械カ卩ェによってカムピースを形成する方法であるため、カムプロフィールを形成す るための装置 (NC倣 ヽ盤等)やカムピース素材からカムピースを切り出す切断装置 が必要となる他、製造に要する時間や工数が多大となる等の問題があった。また、特 許文献 3や特許文献 4に記載された製造方法は、鍛造成形ゃ铸造成形によりカムピ ースを得る方法であるが、金型におけるキヤビティレイアウト等に制限があるため、一 度の鍛造プロセスゃ铸造プロセスで得られるカムピースの個数をあまり多くできず、 生産性を高めることが難しい等の問題があった。
発明の開示
[0005] 本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものである。
[0006] 本発明の一側面としての組立式カムシャフト用外装部品の製造方法は、シャフト嵌 入孔を有する複数の外装部品素形が脆弱部を挟んで連成された外装部品連成体を 铸造成形する铸造工程と、当該外装部品連成体を前記脆弱部で破断させて外装部 品を得る分割工程とを含むことを特徴とする。
[0007] 前記製造方法によれば、一度の铸造プロセスで多数の外装部品素形と脆弱部とを 有する外装部品連成体が得られ、更にこの外装部品連成体の脆弱部にエアハンマ や手作業による打撃を与えて破断させることで多数個の外装部品を短時間で製造す ることがでさる。
[0008] 前記製造方法では、例えば、金型内にカムピース素形およびノッチを形成する入れ 子とシャフト孔を形成する砂中子とをセットした後、湯口力も铸鋼等の溶湯を金型に 注ぐ。そして、外装部品連成体が得られたら、これを治具にセットしてノッチに鋭利な 刃先を有する工具で打撃を与え、破断させることにより外装部品を得る。
[0009] また、前記組立式カムシャフト用外装部品の製造方法にぉ 、て、前記铸造工程は 、前記外装部品連成体をチルイ匕する工程を含むものとすることができる。それによつ て、外装部品の硬度を高められると同時に、外装部品連成体の脆弱部での破断が 容易となる。なお、このチルイ匕工程では、例えば、入れ子を銅合金等で製作したチラ 一とすることにより、溶湯を急冷して外装部品連成体をチル化させる。
[0010] 前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果及びさらなる特徴は、添付 の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説 明により、一層明ら力となるであろう。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]実施形態に係る組立式カムシャフトを示す斜視図である。
[図 2]実施形態に係る組立式カムシャフトの要部断面図である。
[図 3]铸造金型を示す縦断面図である。
[図 4]铸造金型の要部を示す縦断面図である。
[図 5]チラ一の一部を示す斜視図である。
[図 6]カムピース連成体の铸造工程を示す説明図である。
[図 7]カムピース連成体力もチラ一に熱が奪われる状態を示す説明図である。
[図 8]カムピース連成体を示す斜視図である。
[図 9]カムピース連成体の破断工程を示す説明図である。
[図 10]カムピースの斜視図である。
[図 11]カムシャフトの組立工程を示す説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、本発明を組立式カムシャフト用カムピースの製造に適用した一実施形態を、 図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、「組立式カムシャフト」は単 にカムシャフトと記す。
[0013] 図 1および図 2に示すカムシャフト 100は、 4サイクル DOHC4気筒エンジンの吸気 バルブを駆動するカムシャフトで、中空シャフト 101にカムピース 9やエンドピース 10 2を固着させることにより製造されている。中空シャフト 101は、冷間引抜鋼管 (例えば 、機械構造用炭素鋼鋼管 STKM17C等)を素材とする機械加工品であり、両端のセ ンタを基準としてその外周面が研削仕上げされている。また、カムピース 9やエンドピ ース 102は、铸鋼 (例えば、低合金鋼铸鋼 SCNCrM2)を素材とする铸造品であり、 中空シャフト 101に対して圧入 (あるいは、ろう付け）により外嵌 ·固着されて！、る。
[0014] 次に、図 3—図 11を参照して、本実施形態におけるカムピース 9の製造設備とカム ピース 9およびカムシャフト 100の製造手順とを述べる。図 3において、铸造設備 1は 、二分割型の铸造金型 2と、この铸造金型 2に対して砂中子 31を挿入する中子駆動 装置 3とを主要構成要素としている。铸造金型 2は、溶湯を注入するための受ロ 21と 、受口 21から下方に延設された湯口 22と、湯口 22からの溶湯を水平に導く湯道 23 と、湯道 23の先端から上方に延設されたキヤビティ 24と、キヤビティ 24の上端に形成 された開口 25とを備えて ヽる。
[0015] 図 4に示すように、铸造金型 2にはチラ一保持部 26が形成されており、キヤビティ 2 4を形成する多数個のチラ一 (冷し金) 4がこのチラ一保持部 26に積層された状態で 収納されている。チラ一 4は、熱伝導性に優れた銅合金を素材としており、図 5に示 すように、その内面にカムピース素形形成部 41とノッチ形成部 42とを有している。ノッ チ形成部 42は、チラ一 4の片側端部（図 5中で左側端部)から、キヤビティ 24内に突 出するかたちで全周に形成されて 、る。
[0016] カムピース 9の製造にあたり、製造作業者は先ず、図 6 (a)に示すように、中子駆動 装置 3を用いて、型締めされた铸造金型 2のキヤビティ 24内に砂中子 31を挿入する 。し力る後、図 6 (b)に示すように、製造作業者は、とりべ 5を用いて受ロ 21から铸造 金型 2内に溶湯 51を注ぐ。すると、溶湯 51は、湯口 22および湯道 23を経由して、キ ャビティ 24および開口 25に流入する。
[0017] 溶湯 51は、铸造金型 2に注入されると、図 6 (c)に示すように、カムピース連成体 6 を含む铸込品 7となる。この際、本実施形態では、キヤビティ 24がチラ一 4に形成され ているため、図 7に示すように、カムピース連成体 6は、溶湯 51の注入直後力もチラ 一 4によって急速に熱が奪われ、チル化（白銑化)する。その結果、カムピース連成体 6はその硬度が非常に高くなる一方、引張強度や剪断強度は低下する。
[0018] 製造作業者は、所定時間が経過して铸込品 7が完全に凝固すると、図 6 (c)に示す ように、中子駆動装置 3に砂中子 31の解放と退避動（上昇動）とを行わせる。次に、 製造作業者は、铸造金型 2を開いて铸込品 7を取り出し、不要部分 (铸造金型 2の湯 道 23や開口 25等にあたる部分)や砂中子 31を除去してカムピース連成体 6を得る。 図 8に示すように、カムピース連成体 6には、カムピース素形形成部 41 (図 4参照）に よるカムピース素形 (外装部品素形) 61と、ノッチ形成部 42 (図 4参照）によるノッチ（ 脆弱部） 62とが交互に形成されている。
[0019] 次に、製造作業者は、図 9に示すように、カムピース連成体 6を保持装置 81に保持 させた状態で、破断工具 82によりノッチ 62に打撃を与える。すると、引張強度が低い カムピース連成体 6は脆弱部であるノッチ 62で破断し、個々のカムピース 9が得られ る。カムピース 9は、図 10に示すように、カムピース素形形成部 41 (図 7参照）により形 成されたカム面 91と、砂中子 31 (図 7参照）により形成されたシャフト孔 92と、破断面 である側面 93とを有して 、る。
[0020] 次に、製造作業者は、必要に応じてカム面 91に対する ft¾卩ェゃシャフト孔 92に対 する切削加工を行った後、図 11に示すように、中空シャフト 101に外嵌させて圧入す る。次に、製造作業者は、中空シャフト 101に対してノーズピース等、他の外装部品 を取り付けた後、カム面 91にカムプロフィールを形成するための研削仕上げを行い、 図 1に示すカムシャフト 100を得る。尚、図 1に示すように、カムシャフト 100では、カム ピース 9の側面 93が破断面のままである力 相手側部品（ロッ力アームゃタペット）と はカム面 91のみが摺接することと、エンジンに組み付けられた状態ではカムシャフト 1 00が露出しな 、ことにより不具合はな!/、。
[0021] 本実施形態では、以上述べた手順でカムピース 9およびカムシャフト 100を製造す るようにしたため、カムピースの硬度を高めながら、従来装置に較べて生産性の大幅 な向上を実現できた。
[0022] 以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限ら れるものではない。例えば、前記実施形態は、本発明をカムピースの製造方法に適 用したものであるが、ジャーナルやエンドピース等、他の外装部品にも当然に適用可 能である。また、カムピースや中空シャフトの素材を初め、铸造金型の具体的構造や チラ一の材質等についても、前記実施形態で挙げたものに限られるものではなぐ設 計上あるいはコスト上の判断等に基づ 、て適宜選択あるいは変更可能である。 産業上利用の可能性
本発明は、レシプロエンジンに用いられる組立式カムシャフト用外装部品の製造に 利用することができ、その生産性向上に寄与する。

Claims

請求の範囲
[1] シャフト嵌入孔を有する複数の外装部品素形が脆弱部を挟んで連成された外装部 品連成体を铸造成形する铸造工程と、
当該外装部品連成体を前記脆弱部で破断させて外装部品を得る分割工程と を含むことを特徴とする組立式カムシャフト用外装部品の製造方法。
[2] 前記铸造工程時に前記外装部品連成体をチル化することを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法。
[3] 前記铸造工程において、前記外装部品連成体は、外装部品であるカムピース素形 の形成部と脆弱部であるノッチの形成部を内面に有する複数のチラ一により铸造成 形されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の組立式カムシャフト用外装部品 の製造方法。
[4] 前記铸造工程時における前記外装部品連成体のチルイ匕は、溶湯の注入直後から 前記チラ一により急速に熱が奪われることにより行われることを特徴とする請求の範 囲第 2項に記載の組立式カムシャフト用外装部品の製造方法。
[5] 前記分割工程は、前記外装部品連成体を保持装置に保持させた状態で、破断ェ 具により脆弱部であるノッチに打撃を与えることにより破断させて外装部品であるカム ピースを得ることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の組立式カムシャフト用外装 部品の製造方法。
[6] 組立式カムシャフト用の前記外装部品を製造方法は、前記分割工程の後に、必要 に応じてカム面に対する粗加工やシャフト孔に対する切削加工を行う加工工程を含 むことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の組立式カムシャフト用外装部品の製 造方法。
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