JPS5952019B2 - 小型シリンダライナ製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は小型シリンダライナの製造方法に関し、一層
詳細には、鋳放しによってパーライト地の小型エンジン
用シリンダライナを得ることのできる小型シリンダライ
ナ製造方法に関する。

外径に金型を使用して大形シリンダライナなどの鋳物を
製造する方法は広く知られている。

この外径金型は金型ライフを増加させる目的で高価な合
金鋼を使用して作製し、さらに危険防止、精度向上およ
び金型ライフ向上を目的として金型肉厚を厚くしている
。

このため金型温度が繰返しサイクル中に過度に上昇する
結果となり、これを冷却するために水冷を行なうなどの
条件が加えられて使用されており約９０００シヨツト程
度のサイクルを達成することができる。

しかしながら小型シリンダライナの場合には外径金型と
溶湯との接触面から肉厚の金型に急速な熱伝導が行なわ
れ、急冷を起こして鋳物表面の角部等にチルが発生し、
後加工が不可能となる。

又、鋳放しの急冷鋳物の基地組織はデンドライトが生成
し易いためフエライ１へ地となり、このフェライト生成
によってピストンリングとのいわゆる相性、バランスが
崩れ、摩耗を助長させる。

このためチルが問題とならないようなマンホールの蓋、
水道管の継手などについては鋳放し状態のままの鋳物使
用が行なわれている。

また、鋳放し後にチル化したシリンダライナをさらに熱
処理してパーライト化することも行なわれてはいるが、
熱処理コスト、工数の点で不利となる。

このため、一層急冷を起こし易い薄型の小型シリンダラ
イナ鋳造には外径金型が使用されることは無く、砂型芯
体中子および外径砂型を使用して鋳造するか遠心鋳造法
が使用されている。

この場合において外径砂型、砂型芯体中子とも１回ごと
に崩壊させなければならず、生産性が低くトータルコス
トも上昇する。

また遠心鋳造も肉薄の鋳物は肉厚が不均一と成り易く作
り難いほか、小型シリンダライナを製造しようとすると
一層超高遠回′転によらなければ十分な均一性は得られ
ないなど装置上の問題がある。

このように外径金型使用による鋳造は砂型等と異なり連
続的に多数回繰返しての鋳造が可能であるという特徴を
有するが、従来の外径金型ではどうしても急冷が行なわ
れ、このため鋳放し鋳物にパーライト地を生成させるこ
とができない。

外径金型の肉厚を一層薄くすることは金型ライフの問題
のみならず寸法精度面についてもさらに悪影響があると
考えられていたため外径金型使用によって薄く、しかも
小型のシリンダライナを、鋳放し状態においてバーライ
）・地の高級鋳鉄で、金型ライフ、寸法精度を満足させ
ながら得ることができるということは考えられてもいな
かったのである。

そこで本発明者等は従来不可能視されてきた外径金型使
用による小型シリンダライナ鋳造法を研究し、各種の条
件を変化させて外径金型使用の可能な条件およびその範
囲を探求した結果、ある特定の条件および範囲内におい
てのみ全砂型鋳造と同等かそれ以上の、すなわち鋳放し
状態においてパーライト地であり、しかも砂型使用より
も黒鉛が微細化された小型シリンダライナを得ることが
できた。

すなわちこれまでの外径金型は金型ライフや溶湯に当る
面の強度および乱暴な取扱いにも耐えられるように製品
肉厚の５倍以上の肉厚を有する外径金型が使用されてお
り、さらに金型ライフを延長する目的で水冷を行って熱
蓄積を避けるのが技術的常識となっており、砂型芯体中
子と外径金型肉厚についての条件を検討した例はかつて
見られなかったのであるが本発明者等はこの砂型芯体中
子に対する外径金型肉厚を広範囲に変化させる実験によ
ってこれまでの外径金型とは全く異なり外径金型の肉厚
を小型シリンダライナの肉厚と略同等、すなわち小型シ
リンダライナ肉厚の５０〜１５０％程度の範囲とし砂型
芯体中子と組合せて使用することによって溶湯の急冷を
防止することができ、予定するパーライト地の鋳放し鋳
物を得ることができたのである。

すなわち本発明の目的は、砂型芯体中子および外径金型
を使用し、外径金型の肉厚を略小型シリンダライナ肉厚
と同程度とすることにより鋳放し状態でパーライト地を
発生させることを特徴とする小型シリンダライナ製造方
法を提供するにある。

以下本発明の実施例につき図面を参照して詳細に説明す
る。

小型エンジン用のシリンダライナ１０と同等の肉厚を有
する枠体から成る外径金型１２を作製し、この外径金型
１２の温度を１５０〜５００℃に予熱して保持する。

次に砂型芯体中子１４を外径金型１２中夫にセットし、
一般に使用されている生型用の溶湯を外径金型１２と砂
型芯体中子１４間に注湯する。

この鋳型内に注湯された溶湯は外径金型１２および砂型
芯体中子１４に凝固熱を放出して凝固が開始する。

しかして砂型芯体中子１４に接する溶湯は砂型芯体中子
が有する断熱性によって熱放出が非常に遅くなり、この
ため溶湯の有する熱の大部分は熱伝導の優れた外径金型
に流れ、これに伴って予め予熱されていた外径金型１２
が急速に温度上昇する。

この温度上昇によって溶湯の急冷が防止され溶湯注入終
了後５〜１０秒経過した時点で外径金型１２を開いて凝
固したシリンダライナを砂型芯体中子と共に取り出す。

再び新たな砂型芯体中子を挿入して外径金型を閉じてか
ら注湯するサイクルを繰り返すことができる。

外径金型温度はこの場合において約６００℃に上昇して
いる。

溶湯の急冷が防止されるために急冷によってチルが発生
する恐れも無く、地がフェライト化することなしに鋳放
しの状態の組織においてもパーライト地がほぼ１００％
発生する。

なお、外径金型１２の肉厚を更に薄くして種々実験した
結果によると、冷却がより遅くなるためより生型鋳造に
近すいた組織が得られるのであるが、外径金型の熱変形
が起こり易く、金型ライフが短くなるためこの点におけ
る技術的限界がある。

このため小型エンジン用のシリンダライナ肉厚の５０％
以下の肉厚となる外径金型の使用は実用的には行ない難
い。

また、薄肉の外径金型を断熱材でバックアップすること
は、急冷防止には役立つのであるが外径金型に熱蓄積が
起き、短時間で使用不可能となる。

一方外径金型の肉厚を厚くすることによって金型ライフ
や外径金型の熱変形を防止することができるのであるか
゛従来と同様にフェライト地を有する鋳放し鋳物となり
、さらにはチルまでが発生するに到るため小型シリンダ
ライナ肉厚の１５０％以上の肉厚を有する外径金型につ
いては実用性が低い。

なおここにおいて小型エンジン用シリンダライナとは総
排気量２０００ｃｃクラスのガソリンエンジンあるいは
３０００ｃｃクラスのテ゛イーゼルエンジンを塔載した
乗用車、バイク、自動２輪車等に使用されるエンジンの
シリンダライナのことを意味しており、例えば直径５０
〜１５０ｍｍ、高さ５０〜２５０ｍｍ、肉厚が５〜８ｍ
ｍ程度が主であって製品部分の肉厚についての上下限の
範囲は２〜１５ｍｍであった。

下限は主に均一性の問題で湯まわりが不適当となるため
であり、上限はフェライト化するためである。

外径金型の肉厚変化による小型エンジン用シリンダライ
ナの金属組織の変化について第２図に示す実１験装置を
用いて行った実験例につき、図面に示す金属組織顕微鏡
写真によって説明する。

なおここにおいて Ａ：ＣＯ２鋳型 Ｂ：鋳物製品部分。

肉厚６ｍ／ｍ （ｔ）Ｃ：外径金型 Ｄ：金型肉厚３ｍ１ｍ Ｅ：金型肉厚６ｍ／ｍ Ｆ：金型肉厚９ｍ／ｍ Ｇ：金型肉厚１８ｍ／ｍ 金型温度２５０℃ 溶湯成分 Ｃ＝３．２５％、５ｉ＝２．３％Ｍｎ＝０
．６％ Ｐ＝０．３％ ３％ピクラルエッチ である。

シリンダライナ肉厚の５０〜１５０％の範囲であるＤ部
、Ｅ部、Ｆ部は鋳放してパーライト地となっているが外
径金型肉厚がシリンダライナ肉厚の３００％となってい
るＧ部についてはフェライト地を生じておりシリンダラ
イナとしては不適当である。

他の従来方法を用いて製造した小型エンジン用シリンダ
ライナと本発明の方法を使用して製造した小型エンジン
用シリンダライナの組織についての比較を第４図Ａ、
Ｂ、 Ｃについて行なう。

Ａ：従来から使用されてきた砂型芯体中子および外径砂
型によって得られるシリンダライナＢ：小型エンジン用
シリンダライナ肉厚の５倍の肉厚を有する外径金型およ
び砂型芯体中子を使用して得られるシリンダライナ Ｃ：この発明に係る肉薄の外径金型および砂型芯体中子
を使用して得られるシリンダライナ。

ここで使用された外径金型は極めて安価な鋳鉄製であり
、３０００サイクル程度の繰返し使用が可能であった。

それぞれの組織を検討してみるとＡの砂型のみを使用し
て得られたシリンダライナの地はパーライトであるがそ
の結晶の粒径が大となる。

また、黒鉛が太い片状に成長しているなど黒鉛の分布が
劣っていることが分かる。

すなわち耐摩耗性を向上させるうえで地にパーライトお
よび黒鉛が細かく均一に分散して析出していることが望
ましいのであるが、砂型鋳造においては冷却が遅すぎて
パーライトおよび黒鉛が成長しすぎている。

Ｂの肉厚外径金型使用によるシリンダライナの組織は黒
鉛形状が細かな片状で分布が均一な点は優れているので
あるが、フェライト地であるため柔かすぎ、耐摩耗性の
上から従来型のピストンリングとのいわゆる相性が悪い
。

Ｃに示したこの発明に係る薄肉外径金型を使用してなる
シリンダライナの組織は黒鉛が細かく平均に析出し、し
かも耐摩耗性の高いパーライト地のみであって黒鉛形状
も砂型使用よりも細かく、平均した析出状態となってい
るため耐摩耗性を決定する２つの条件が満されている。

なお４００倍拡大写真において白くアメーバ−状に見え
るのはリン共晶組織であってフェライトではない。

このように本発明による小型エンジン用シリンダライナ
の製造方法は全砂型使用および外型金型使用の長所を両
立させている点が極めて顕著であるほか、この方法を実
施するために使用される外径金型も鋳鉄などの極めて安
価なしかも薄い資材を使用することができ、注湯に用い
る溶湯の組成も特殊な組成によることなく普通一般に使
用されている生型用の溶湯をそのまま使用することがで
きるなど簡易な方法によって高級鋳鉄製の小型エンジン
用シリンダライナを得ることかで゛きるという顕著な効
果を奏する。

なお本出願中において砂型芯体中子とは断熱性の高い無
機材料製の芯体中子、例えばコンクリ−１〜型等を含む
のであるが、前述のごとく外径金型表面に断熱材料によ
るバックアップを行なうことは好ましくない。

これは本発明の方法が外径金型の熱伝導性と熱容量、外
径金型表面の熱伝導性言いかえれば断熱性、および溶湯
の熱容量等の、量の間のバランスによって成り立ち、急
冷を防止しているからであって、バックアップするとき
は薄い外径金型に熱蓄積が起こりかえって外径金型に熱
変形を起こして寸法精度面での問題がでてくるからであ
る。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明
の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは
もちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は鋳型の断面図、
第２図は鋳型の縦断面図、第３図り。 Ｅ、 Ｆ、 Ｇはそれぞれ第２図り、 Ｅ、 Ｆ、
Ｇ部鋳物製品部分の組織写真、第４図Ａは全砂型鋳造金
属組織の１００倍拡大顕微鏡写真、ａはその４００倍拡
大顕微鏡写真、第４図Ｂは従来の肉厚外径金型鋳造金属
組織の１００倍拡大顕微鏡写真、ｂはその４００倍拡大
顕微鏡写真、第４図Ｃは本発明方法による鋳造金属組織
の１００倍拡大顕微鏡写真、Ｃはその４００倍拡大顕微
鏡写真である。 １０・・・・・・シリンダライナ、１２・・・・・・外
径金型、１４・・・・・・砂型芯体中子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 砂型芯体中子および外径金型を使用し、外径金型の
   肉厚を略小型シリンダライナ肉厚と同程度とすることに
   より鋳放し状態でパーライト地を発生させることを特徴
   とする小型シリンダライナ製造方法。 ２ 小型シリンダライナ肉厚が２〜１５ｍｍである特許
   請求の範囲第１項記載の小型シリンダライナ製造方法。 ３ 外径金型の肉厚が小型シリンダライナ肉厚の５０〜
   １５０％の範囲となる特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の小型シリンダライナ製造方法。 ４ シリンダボア中子に砂型芯体中子を使用してなる特
   許請求の範囲第１項記載の小型シリンダライナ製造方法
   。