JPH02269557A

JPH02269557A - ホーニング加工方法

Info

Publication number: JPH02269557A
Application number: JP9069889A
Authority: JP
Inventors: Yoji Kanbe; 洋史神戸; Masahiro Komata; 正博小又; Masahiko Iiizumi; 飯泉　雅彦; Atsushi Hirose; 淳廣瀬
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-12
Filing date: 1989-04-12
Publication date: 1990-11-02
Anticipated expiration: 2011-07-10
Also published as: JP2514710B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、シリコン（Ｓｉ）含有量の高いアルミニウム
合金からなる被加工物の表面加工方法に関し、特に、前
記被加工物の表面を、弾性砥石により加工するホーニン
グ加工方法に関する。

（従来の技術）例えは、自動車エンジンのシリンダは、従来、エンジン
の軽量化及び熱伝導性の向上のためアルミニウム合金で
シリンダブロックを形成し、このシリンダブロックに鋳
鉄製のシリンダライナを嵌め込むことにより構成されて
いた。

このシリンダライナ等の被加工物の内壁面加工は、周知
のようにホーニング加工により行われており、第７図に
示すように、ホーニングヘッド５を有するホーニングツ
ールが使用されている。前記ホーニングヘッド５のボデ
ィ６内には、テーパーコーン８が形成されたブツシュロ
ッド７が軸方向に移動可能に設けられている。前記ボデ
ィ６の外周には、棒状の砥石１０を保持したストンホル
タ−９が、そのテーパー面９ａが前記テーパーコーン８
に当接した状態で設けられている。従って、前記ブツシ
ュロッド７が油圧等の手段により押し下げられると、テ
ーパーコーン８によりストーンホルダー９は、外方へ移
動し、これにより砥石１０は被加工物１−の内壁面４に
対して加圧拡張されるようになっている。また、ボディ
６には、図示しない駆動モータと、往復運動を行う油圧
装置が連結されており、ホーニングヘッド５は回転及び
往復動自在となっている。そして、砥石１０に拡張圧を
加え、ホーニングヘッド５を回転しながら軸方向に往復
運動することにより、被加工物１の内壁面４の加工を行
うようになっている。

このようにホーニング加工は、砥石１０の回転運動と往
復運動とにより研削加工を行うものであり、その研削速
度は円周速度Ｖｒと往復速度Ｖａとを合成した主軸速度
Ｖで表わされる。主軸速度Ｖと研削量には密接な関係が
あり、主軸速度■を増加させると研削量が増加するが、
所定の限界速度を越えると、逆に研削量が減少すること
になる。

また、砥石１０に加える拡張圧は、仕上面及び作業能率
に影響を与える重要な要因であり、拡張圧が小さいとき
は研削量が少なく作業能率が悪いのは当然であるが、拡
張圧を高め過ぎると、砥粒に加わる力が増大するため砥
石１０の摩耗が著しく増加し、その割りには研削量が増
大しなくなってしまう。

ところで、前述したシリンダライナをシリンダブロック
に嵌め込んで構成したシリンダにあっては、シリンダラ
イナを嵌め込む際に、両者の密着性が良好とならなかっ
たりあるいは変形が生じてしまうという問題が生じてい
た。

そのため、近年ではシリンダライナを使用せずに、シリ
ンダ自身をアルミニウム合金で製造し、これによりエン
ジンを更に軽量化すると共に、熱伝導性の向上を図ろう
としている。

この種シリンダに使用されるアルミニウム合金としては
、特開昭５７−９　、　９００　吋公報等に開示されて
いるように、シリコンの含有量を１６〜１−８重量％程
度に高めた過共晶Ａｌ−８ｉ合金か知られており、シリ
コン粒子をシリンダ内壁面から浮き出させ、このシリコ
ン粒子によって耐摩耗性の向上を図ると共に、浮き出し
たシリコン粒子間の凹部によって潤滑油の保持を確実に
行うようにしている。

そして、特開昭５２−１４７，３９２し公報には、前記
過共晶アルミニウム合金からなるシリンダの内壁面を、
弾性砥石でホーニング加工することが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の鋳鉄製のシリンダライナをホーニ
ング加工するときの主軸速度■及び拡張圧の条件の下で
、過共晶アルミニウム合金からなるシリンダの内壁面を
、前記弾性砥石でホーニング加工したところ、シリコン
粒子の破砕あるいは脱落等の加工不良が生じてしまうと
いう欠点かあった。また、シリンダ内壁面の真円度が、
製品としての許容限界値が６μ以上になってしまい、高
品質の製品が製造できないという問題もあった。

このような不具合を発生させないためには、加圧効率を
低下させてホーニング加工を行えは可能であるものの、
加工効率を低下させることは、自動車部品の一連の生産
効率の向」−を図るという使命に反することになるので
、事実」−加工効率を低下させることはできない。

そこで、本発明者らは、かかる欠点を解消すべく鋭意努
力した結果、シリコン粒子に破砕等の加工不良を生じる
ことなく、かつ、生産効率を向上させつつ高品質の製品
を製造し得るホーニング加工方法を見出だすに至った。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされ
たものであり、過共晶アルミニウム合金からなる被加工
物の表面を弾性砥石によるホーニング加工を行うにあた
り、生産効率を向」二させつつ加工不良を生じることな
（、かつ、高品質に仕−ｔ＝げ得るホーニング加工方法
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明は、過共晶アルミニウ
ム合金からなる被加工物の表面を加工するにあたり、弾
性砥石を前記表面側に拡張させつつ回転運動及び往復運
動することにより前記表面を加工するホーニング加工方
法であって、前記弾性砥石を拡張させる圧力を３〜８　
ｋｇｆ　７ｃｍ２の範囲とし、かつ、前記回転運動の速
度及び前記往復運動の速度を合成した主軸速度を３０．
０〜１００ｍ／ｍｊｎの範囲として前記過共晶アルミニ
ウム合金からなる被加工物の表面を加工するホーニング
加工方法である。

（作用）弾性砥石を拡張させる圧力を３〜８　ｋｇｆ／ｃｍ２の
範囲とし、かつ、前記回転運動の速度及び前記往復運動
の速度を合成した主軸速度を３０、Ｏ〜１００ｍ／ｍｉ
ｎの範囲として、過共晶アルミニウム合金からなる被加
工物の表面をホーニング加工すると、生産効率を高めつ
つ、かつ、析出したシリコン粒子に破砕、脱落等の加工
不良が発生することなく被加工物の表面が加工される。

（実施例）以下、本発明に係るホーニング加工方法を、この方法を
含むシリンダの内壁面加工の実施例に基づいて説明する
。

第１図は、本発明のホーニング加工方法による拡張圧と
研削量との関係を示すグラフ、第２図は、本発明のホー
ニング加工方法による拡張圧と真円度との関係を示すグ
ラフ、第３図は、シリンダの内壁面加工の工程図、第４
図は、加工工程の各段階におけるシリンダの内壁面状態
を示す断面図、第５〜６図は、ホーニング加工の隙に使
用するホニングヘッドを示す断面図である。

先ず、過共晶Ａｔ−８ｔ合金からなるシリンダの内壁面
加工工程を、第３図に基づいて概説する。図示する゛よ
うに、加工工程は６エ程からなり、被加工物としての鋳
造後のシリンダ１は、第４図に示すように、アルミニウ
ム母相２の内部に多数のシリコン粒子３が析出した状態
にある。

第１工程においては、切削手段により第４図中Ａ線まで
ラフポーリング加工を行う。

第２工程においては、前工程よりも精度の高い切削加工
を行い、図中Ｂ線までファインポーリング加工を行う。

第３工程においては、本発明に係るホーニング加工方法
により、シリンダ１の内壁面４の研削加工を行う。この
工程は２段階からなり、先ず、粗相砥石によりセミホー
ニング加工を行い、Ｃ線まで研削する。次に、仕上用砥
石によりフィニツシユホーニング加工を行い、Ｄ線まで
研削する。また、本工程においては、シリコン粒子３と
砥粒とが衝突してシリコン粒子３を破砕することがない
ように、砥石としては、前述した弾性砥石を使用してい
る。そして、以下に示す実験結果から明らかなように、
拡張圧が３〜８　ｋｇｆ　／ｃ＋ｎ２の範囲で、かつ、
主軸速度か３０．０〜１００　ｍ／ｍｉｎの範囲の条件
の下で行うのが、実用化可能な加工条件であることが判
明した。

第４工程においては、シリンダーの洗浄を行う。

これは、第３工程においてシリンダーの内壁面４に残存
している工作液（クーラント）を除去するためである。

第５工程においては、シリンダーの内壁面４のアルミニ
ウム母材２にエツチング処理を施す。すなわち、電解エ
ツチングあるいは化学的エツチングを行い、アルミニウ
ム母相２のみを図中Ｂ線まで溶解し、シリコン粒子３を
浮き出させる（特公昭６２−２５，７５４号公報等参照
）。加工後のシリコン粒子３のアルミニウムを廿４Ａ’
２表面からの浮き出し高さは約１μである。

そして、第６エ程において、シリンダ１に残留している
エツチング処理液を除去するために洗浄を行えば、シリ
ンダの表面加圧が完了する。

次に、前記第３工程において使用するホーニングヘッド
５を、第５〜６図に基づいて説明する。

このホーニングヘッド５は、セミホーニング加工を行う
粗相砥石１７と、フィニツシユホーニング加工を行う仕
１−用砥石１−８とを選択的に加圧拡張し得る構成とな
っており、本体としてのボディ６の」一部に、中空のト
ップジヨイント１］がボルト１２により固定されている
。トップジヨイント１１の通孔には、軸方向に移動可能
な月相ブツシュロッド１３が装着され、更に、この粗相
ブツシュロッド１３内部に仕上用ブツシュロッド１４が
軸方向に移動可能に設けられている。前記粗相ブツシュ
ロッド１３の端部には、テーパー面１５ａが形成された
粗相テーパーコーン１５が連結され、また、仕上用ブツ
シュロッド１４にも同様に、テーパー面１６ａが形成さ
れた仕」二川テーパーコーン１６が取付けられている。

前記ボーデイ６の外周には、棒状の粗角砥石］７を保持
した粗相ストーンホルダー１９が、そのテーパー面１９
ａが前記粗相テーパーコーン１５のテーパー而１５ａ！
、：当接した状態で装着されている。一方、仕上用砥石
１８を保持した仕上用ストーンホルダー２０も、そのテ
ーパー面２０ａが前記仕−Ｊｚ用テーパーコーン１６の
テーパー面１６ａに当接した状態で装着されている。こ
れら両ストーンボルダ−１９，２０は、第６図に示すよ
うに、同心円上等間隔に各々６個取付けられている。ま
た、粗角砥石１−７をボディ６の軸心方向に引き締める
ために、粗相テーパーコーン１５を図中上方に引きあげ
る方向に弾発力を付勢するスプリング２１が、トップジ
ヨイント２１と粗相テーパーコーン１５との間に装着さ
れている。また、粗相テーパーコーン１５の引き上げ移
動に伴って粗相ストーンホルダー１９を移動させるため
に、粗相テーパーコーン１５には、ホルダー１９の孔部
２５に挿入される戻しピン２３が固定されている。同様
に、仕」二角砥石１８をボディ６の軸心方向に引き締め
るために、仕−Ｌ用テーパーコーン１６を」１方に押圧
する方向に弾発力を付勢するスプリング２２が、ボディ
６との間に装着されている。また、仕上用テーパーコー
ン１６には、ホルダー２０の孔部２６に挿入される戻し
ピン２４が固定されている。前記両ブツシュロッド１３
．１４には、油圧等により各ロッド１−３．１４を選択
的に押し下げる加圧装置（図示せず）が接続されている
。また、ボディ６には、回転運動を行わせる駆動モータ
と、往復動を行わせる油圧装置が連結されており、ホー
ニングヘッド５は回転及び往復動自在となっている。

そして、加圧装置により粗相ブツシュロッド１３を押し
下げると、粗相テーパーコーン１５が押し下げられ、そ
の上下部両方のテーパー面１５が粗相ストーンホルダー
１９の上下部両方のテーパー面１９ａに当接して、ホル
ダー１９を外方へ均等に移動させることになる。従って
、粗角砥石１７も外方へ張り出し、シリンダ１の内壁面
４に圧接することになる。また、粗相ブツシュロッド１
３の押し下げ量を制御することによって、粗角砥石１７
の圧接力つまり拡張圧を制御できるようになっており、
所定の拡張圧のもとで前記セミホーニング加工が行われ
ることになる。

同様にして、仕」１川ブツシュロッド１４の押し下げ量
を制御することにより、仕上用砥石１８の拡張圧を制御
し、この所定の拡張圧のもとて前記フィニッンユホーニ
ング加工が行われることになる。

弾性砥石によるホーニング加工において、前記拡張圧及
び主軸速度と、加工効率及び製品精度との関係について
、試験結果をもとに説明する。

試験に供したシリンダの素材は、前記過共晶アルミニウ
ム合金であり、拡張圧及び主軸速度の条件は以下に示す
通りである。

拡張圧　（ｋｇｆ／ｅｍ２＞　　３〜９主軸速度（ｍ／
ｍ１ｎ）　　２３．　５４７．０８５．５まず、この条件の下で、ホーニング加工による研削量と
の関係について試験を行った。試験結果を第１図に示す
。

同図より明らかなように、主軸速度が最も遅い２３、　
５ｍｌ■ｉｎの場合、拡張圧を高めるにつれて研削量は
増加し、加工効率が向」ニすることがわかる。

主軸速度が４７．０ｍ／ｍｉｎの場合、拡張圧を高める
につれて研削量が徐々に増加し、拡張圧が６ｋｇｆ／ｃ
ｍ２以上で加工効率の向上が著しい。

主軸速度が最も速い８５．　５ｍ／ｍｉｎの場合、拡張
圧が６　ｋｇｆ／ｃｍ２までは、研削量はわずかじか増
加しないが、拡張圧が６　ｋｇｆ／ｃｍ２以」二になる
と研削量は急増し、加工効率の向」二が著しいことがわ
かる。

次に、前記条件の下で得られた製品の精度を検査した。

製品精度としては、シリンダ内側壁の真円度を採用し、
その検査結果を第２図に示す。尚、シリンダ製品として
実用−に許容し得る真円度としては６μ以下であり、よ
り好ましい真円度としては５μ以下である。

同図より明らかなように、主軸速度か最も遅い２３．　
５ｍ／ｍｉｎの場合、拡張圧が３〜６ｋｇｒ／ｃ［ｌＩ
２の範囲では拡張圧を高めるにつれて真円度が悪くなる
傾向にあり、拡張圧が６〜９　ｋｇｆ　７ｃｍ２の範囲
では拡張圧を高めるにつれて真円度が良くなる傾向があ
る。しかしながら、拡張圧が約８　ｋｇｆ／ｃｍ２以上
では、真円度は実用可能な許容値６μよりも悪くなって
おり、加工されたシリンダ１は製品に適していないこと
がわかる。

主軸速度が４７．　０ｍ／ｍｉｎの場合、拡張圧を高め
るにつれて真円度が徐々に悪くなり、拡張圧が６　ｋｇ
ｆ／ｅｍ２以上で悪くなる傾向が強い。しかし、拡張圧
が約８　ｋｇｆ　７ｃｍ２以上では、真円度は実用可能
な許容値６μよりも悪くなっており、加工されたシリン
ダ１は製品に適していないことがわかる。

更に、より好ましい真円度、つまり５μよりも真円度を
高めるためには、拡張圧を７　ｋｇｆ／ｃｍ２−以下に
することが望ましいことが明らかとなる。

主軸速度が最も速い８５．　５ｍ／ｍｉｎの場合、拡張
圧を高めても５　ｋｇｆ／ｃ＋ｎ２まではほとんど変化
しない。拡張圧が６　ｋｇｆ／ｃｎ＋２以上になるにつ
れて真円度は徐々に悪くなるものの、試験を行った拡張
圧の範囲では、真円度はいずれも実用可能な許容値６μ
を下回り、加工されたシリンダ１は製品に適しているこ
とがわかる。

従って、第１．２図から、実用可能な真円度を考慮する
と、拡張圧が８　ｋｇｆ／ｃｍ２以上のとき、及び、主
軸速度Ｖが２３．　５ｍ／ｍｉ口のときは、真円度が実
用可能な許容値６μより悪くなるおそれがあり、一方、
主軸速度Ｖが４７．０〜８５．　５ｍ／ｌｌ１ｉ　ｎの
範囲であれば、加工効率を低下させることもない。また
、第１．２図には示されていない実験結果からすれば、
加工効率という観点から主軸速度を３Ｑ、　　Ｏｍ／ｍ
ｉｎ以上に設定する必要があった。但し、主軸速度をあ
まり高めることは、砥石の摩耗の割りには加工効率が向
上せず、実用性がない。

つまり、過共晶アルミニウム合金からなるシリンダを弾
性砥石によりホーニング加工する場合、拡張圧を３〜８
　ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲とし、かつ、主軸速度Ｖを３０
．　０〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲で加工すれば、加工効
率を向上させつつ、実用可能な高品質の製品が得られる
ことが明らかになった。

但し、より好ましい真円度５μを考慮すれば、拡張圧を
５〜７　ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲とし、かつ、主軸速度Ｖ
を４７．　０〜８５．　５ｍ／ｍｆｎの範囲で加工する
ことが望ましい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明は、弾性砥石を拡張させる
圧力を３〜８　ｋｇｆ　７ｃｍ２の範囲とし、かつ、回
転運動の速度及び往復運動の速度を合成した主軸速度を
３０．０〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲として過共晶アルミ
ニウム合金からなる被加工物の表面を加工するホーニン
グ加工方法であるので、アルミニウム母相にυ１出した
シリコン粒子を破砕、脱落させずに、しかも、生産効率
を向上させて加工することが可能になるという実用上多
大な効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のホーニング加工方法による拡張圧と
研削量との関係を示すグラフ、第２図は、本発明のホー
ニング加工方法による拡張圧と真円度との関係を示すグ
ラフ、第３図は、シリンダの内壁面加工の工程図、第４
図は、加工工程の各段階におけるシリンダの内壁面状態
を示す断面図、第５図は、ホーニング加工の際に使用す
るホーニングヘッドを示す断面図、第６図は、第５図の
■■線に沿う断面図、第７図は、ホーニング加工の説明
に供するホーニングヘッドの概略断面図である。１・・・シリンダ（被加工物）、２・・・アルミニウム母材、３・・・シリコン粒子、　５・・・ホーニングヘッド、
１７・・・粗角砥石（弾性砥石）、１８・・・仕上用砥石（弾性砥石）。

Claims

【特許請求の範囲】

過共晶アルミニウム合金からなる被加工物の表面を加工
するにあたり、弾性砥石を前記表面側に拡張させつつ回
転運動及び往復運動することにより前記表面を加工する
ホーニング加工方法であって、前記弾性砥石を拡張させ
る圧力を３〜８ｋｇｆ／ｃｍ２の範囲とし、かつ、前記
回転運動の速度及び前記往復運動の速度を合成した主軸
速度を３０．０〜１００ｍ／ｍｉｎの範囲として前記過
共晶アルミニウム合金からなる被加工物の表面を加工す
ることを特徴とするホーニング加工方法。