JP4596537B2 - Exhaust system turbine housing manufacturing method and exhaust system turbine housing using the same - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関からの排気ガスを利用する空力学的な渦巻状のスクロール部を具備するターボチャージャ等の排気系タービンハウジングおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an exhaust system turbine housing such as a turbocharger having an aerodynamic spiral scroll portion that uses exhaust gas from an internal combustion engine, and a method for manufacturing the same.
大気汚染の原因となる粒子状物質(PM)あるいは窒素酸化物(NOx)の排出や地球温暖化に直結するCO2の排出に対する規制は、今後ますます厳しくなると予想されている。このような規制に対処するため、例えば自動車エンジン等の内燃機関においては、排気ガスの清浄化や燃費の向上等に係り、更なる排気系部品の高燃焼効率化や低熱容量化、あるいは軽量化といった格段の技術的改善が望まれている。 Regulations on the emission of particulate matter (PM) or nitrogen oxides (NOx) that cause air pollution and the emission of CO 2 directly linked to global warming are expected to become increasingly severe in the future. In order to cope with such regulations, for example, in an internal combustion engine such as an automobile engine, in connection with purifying exhaust gas and improving fuel efficiency, further increase in combustion efficiency, lower heat capacity, or weight reduction of exhaust system parts. Such technical improvements are desired.
自動車等のエンジンに組み込まれる例えばターボチャージャは、排気管から排出された排気ガスをタービン翼に当ててタービン翼を毎分20万回転程度で高速回転させ、これによってエンジンへの吸気圧力を上昇させて、エンジンの燃焼効率や出力を格段に向上させる排気系部品である。そして、ターボチャージャはタービン翼を内包するタービンハウジングを具備し、このタービンハウジングは排気ガスを均一に高速で噴出させるための空力学的な渦巻きを有するスクロール部を有している。このタービンハウジングのスクロール部は、タービンハウジングの吸気ポートから排気ポートへ排気ガスを流すための流路であって、スクロール部の内壁の表面粗さや凸凹等の表面形状は排気ガスの流れに影響を及ぼすこととなる。特にスクロール部の内壁の表面粗さが小さいほど排気ガスの流れ抵抗が低減され、これによりスクロール部を通過する排気ガスの流速低下が抑制され、ターボチャージャの高燃焼効率化が促進される。 For example, a turbocharger incorporated in an engine of an automobile or the like applies exhaust gas discharged from an exhaust pipe to a turbine blade and rotates the turbine blade at a high speed of about 200,000 revolutions per minute, thereby increasing the intake pressure to the engine. This is an exhaust system component that dramatically improves the combustion efficiency and output of the engine. The turbocharger includes a turbine housing that contains turbine blades. The turbine housing has a scroll portion having an aerodynamic spiral for ejecting exhaust gas uniformly and at high speed. The scroll portion of the turbine housing is a flow path for flowing exhaust gas from the intake port to the exhaust port of the turbine housing, and the surface shape such as the surface roughness and unevenness of the inner wall of the scroll portion affects the flow of the exhaust gas. Will be affected. In particular, the smaller the surface roughness of the inner wall of the scroll portion, the lower the flow resistance of the exhaust gas, thereby suppressing a decrease in the flow rate of the exhaust gas passing through the scroll portion, and promoting higher combustion efficiency of the turbocharger.
また、排気ガスの清浄化には、タービンハウジングの温度を触媒の活性温度である300℃へ素早く到達させること、つまり、タービンハウジングの昇温速度を向上させることが重要となる。昇温速度を向上させるためには低熱容量化が有効であって、そのためにはタービンハウジングを軽量化するのがよい。特に排気ガスの流路であるスクロール部の薄肉化は、スクロール部自体の熱容量が小さくなるとともに排気ガスからの抜熱を抑制することができるので有効である。そして、ターボチャージャ部品の中でも重量物であるタービンハウジングの軽量化は燃費向上にも繋がる。 In order to clean the exhaust gas, it is important to quickly bring the temperature of the turbine housing to the catalyst activation temperature of 300 ° C., that is, to increase the temperature rise rate of the turbine housing. In order to improve the temperature raising rate, it is effective to reduce the heat capacity. For this purpose, it is preferable to reduce the weight of the turbine housing. In particular, reducing the thickness of the scroll portion, which is a flow path for the exhaust gas, is effective because the heat capacity of the scroll portion itself can be reduced and heat removal from the exhaust gas can be suppressed. And the weight reduction of the turbine housing which is a heavy article among turbocharger parts leads to an improvement in fuel consumption.
上述した課題を解決する手段の一つとして、本特許の出願人は、特許文献1に示すロストワックス鋳造法による製造技術を提案し、具体的な好ましい手法としてコロイダルシリカ等を表面に含浸させた特別な耐火性中子を鋳造中子とする提案をしている。特許文献1に記載する通り、この特別な耐火性中子を鋳造中子とする方法は、保型性および鋳造後の除去性に優れるものであり、消失性模型自体に対する製造性に問題があると考えられた水溶性中子を用いる方法、あるいは鋳造後の除去性に問題があるセラミックス中子を鋳造中子とする方法に対して、有利な手段と考えてきた。
As one of the means for solving the above-mentioned problems, the applicant of this patent proposed a manufacturing technique by the lost wax casting method shown in
本発明者は、特許文献1に開示する上述した鋳造中子を使用して、さらなる低熱容量化や高燃焼効率化に有効な排気系タービンハウジングについて検討した。検討過程において、特許文献1で提案する鋳造中子を用いる場合には、排気系タービンハウジングのスクロール部内壁において、表面形状を滑らかな曲面とすること、表面粗さを小さくすることが難しいという問題が発生した。
その原因を追及したところ、特許文献1では、もっとも重要なスクロール部内壁が鋳造中子の含浸表面を転写してしまうためと考えられた。耐火物を表面に含浸するといった鋳造中子では、鋳造中子自体の表面を精度よく平滑化処理することは困難であった。
The present inventor has studied an exhaust system turbine housing effective for further lowering heat capacity and higher combustion efficiency using the above-described casting core disclosed in
In pursuit of the cause, in
本発明の目的は、排気系タービンハウジングの鋳造表面であるスクロール部内壁において、表面粗さが小さくかつ滑らかな曲面を有する表面形状を具備させることにより、低熱容量化や高燃焼効率化に有効となる新規な排気系タービンハウジングおよびその製造方法を提供することである。 The object of the present invention is to effectively reduce the heat capacity and increase the combustion efficiency by providing a surface shape with a small surface roughness and a smooth curved surface on the inner wall of the scroll portion, which is the casting surface of the exhaust system turbine housing. A novel exhaust system turbine housing and a method of manufacturing the same.
本発明者は、上記課題を鑑み、排気系タービンハウジングの製造技術を検討してきた結果、鋳造中子を用いず、製造性に問題があると考えられていた、予め水溶性中子等を用いて精度の高い消失性模型を得るという方法を最適化することで、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さを小さくでき、また、その表面形状を滑らかな曲面とすることができることを見出し本発明に想到した。 As a result of studying the manufacturing technology of the exhaust system turbine housing in view of the above problems, the present inventor has previously used a water-soluble core or the like that has been considered to have a problem in manufacturability without using a casting core. By optimizing the method to obtain a highly accurate vanishing model, the surface roughness of the inner wall of the scroll part, which is the casting surface, can be reduced, and the surface shape can be made a smooth curved surface. I came up with the invention.
すなわち本発明の排気系タービンハウジングの製造方法は、吸気ポートから続く空力学的な渦巻を有するスクロール部と、該スクロール部の渦巻中心に配置される排気ポートとを具備し、鋳造表面である前記スクロール部内壁の表面粗さがRaで5μm以下である排気系タービンハウジングの製造方法であって、
(1)前記排気系タービンハウジングと実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型の成形工程、
(2)該タービンハウジング消失性模型を耐火物でコーティング後に前記タービンハウジング消失性模型を消失除去する鋳型の成形工程、
(3)該鋳型へ鋳造する鋳造工程、
を有しており、前記タービンハウジング消失性模型は、スクロール部内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下の中子を中子形成用消失性材料で形成した後、該中子を金型内に配置してタービンハウジング形成用消失性材料を射出し前記中子を内包した成形体を得、次いで該成形体から中子形成用消失性材料を消失除去することにより前記中子を除去して得られることを特徴とする排気系タービンハウジングの製造方法である。
That is, the method of manufacturing an exhaust system turbine housing according to the present invention includes a scroll part having an aerodynamic spiral continuing from an intake port, and an exhaust port arranged at the center of the spiral of the scroll part. A method of manufacturing an exhaust system turbine housing in which the surface roughness of the inner wall of the scroll portion is 5 μm or less in Ra,
(1) A step of forming a turbine housing vanishing model having substantially the same shape as the exhaust system turbine housing;
(2) Mold forming step for eliminating and removing the turbine housing disappearance model after coating the turbine housing disappearance model with a refractory;
(3) a casting process for casting into the mold;
The turbine housing vanishing model has a shape corresponding to the space inside the scroll part, and after forming a core having a surface roughness Ra of 1 μm or less with a core-forming vanishing material, By placing the core in a mold and injecting a vanishing material for forming a turbine housing to obtain a molded body containing the core, and then removing the core-forming vanishing material from the molded body by removing the core. An exhaust system turbine housing manufacturing method obtained by removing a core.
本発明の製造方法においては、スクロール部内壁に相当する面の表面粗さがRaで4μm以下の鋳型を用いることが好ましい。また、鋳型は、積層された複数の耐火物層を平均粒度350μm以下のスラリーと平均粒度1500μm以下のスタッコとをコーティングすることによって形成することができる。 In the production method of the present invention, it is preferable to use a mold having a surface roughness Ra of 4 μm or less corresponding to the inner wall of the scroll portion. The mold can be formed by coating a plurality of laminated refractory layers with a slurry having an average particle size of 350 μm or less and a stucco having an average particle size of 1500 μm or less.
上述の排気系タービンハウジングの製造方法により、吸気ポートから続く空力学的な渦巻を有するスクロール部と、該スクロール部の渦巻中心に配置される排気ポートとを具備し、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さがRaで5μm以下となる新規な排気系タービンハウジングを得ることができる。 By the above-described method for manufacturing an exhaust system turbine housing, a scroll portion having an aerodynamic vortex continuing from an intake port and an exhaust port disposed at the vortex center of the scroll portion, and an inner wall of the scroll portion which is a casting surface A new exhaust system turbine housing having a surface roughness Ra of 5 μm or less can be obtained.
本発明の排気系タービンハウジングは、スクロール部の最小肉厚を2mm以下とすることが好ましく、さらに好ましいスクロール部の最小肉厚は1.5mm以下である。 In the exhaust system turbine housing of the present invention, the minimum thickness of the scroll portion is preferably 2 mm or less, and more preferably the minimum thickness of the scroll portion is 1.5 mm or less.
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法によれば、排気系タービンハウジングの鋳造表面であるスクロール部内壁に、表面粗さが小さく、滑らかな曲面を有する表面形状を具備させることができ、スクロール部を通過する排気ガスの流速低下を抑制することによりターボチャージャの高燃焼効率化を図ることができる。また、スクロール部の薄肉化が可能となって排気系タービンハウジングの軽量化および低熱容量化による排気ガスの清浄化も可能となる。
According to the exhaust system turbine housing manufacturing method of the present invention, the inner surface of the scroll part, which is the casting surface of the exhaust system turbine housing, can be provided with a surface shape having a small surface roughness and a smooth curved surface. The combustion efficiency of the turbocharger can be increased by suppressing the decrease in the flow rate of the exhaust gas passing through the. Further, the scroll portion can be thinned, and the exhaust gas turbine housing can be made lighter and the exhaust gas can be purified by reducing the heat capacity.
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法における重要な特徴は、排気系タービンハウジングと実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型の成形工程にある。その特徴のひとつは、タービンハウジング消失性模型の形成において、中子形成用消失性材料からなり、スクロール部内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下とした中子を用いたことである。本発明の特徴を言い換えると、鋳造時まで残留して鋳型のキャビティの一部となる鋳造中子という手法ではなく、精度の高いタービンハウジング消失性模型をまず製造するという手法を採用したものである。 An important feature of the method for manufacturing an exhaust system turbine housing according to the present invention lies in a molding process of a turbine housing vanishing model having substantially the same shape as the exhaust system turbine housing. One of the features is that in forming the turbine housing vanishing model, a core made of a vanishing material for forming a core, having a shape corresponding to the space inside the scroll portion, and having a surface roughness Ra of 1 μm or less is used. It was. In other words, the present invention adopts a technique of first manufacturing a highly accurate turbine housing disappearance model, not a technique of a casting core that remains until casting and becomes a part of a mold cavity. .
そして、精度の高いタービンハウジング消失性模型において重要なスクロール部内壁に相当する面を、中子形成用消失材料で形成した平滑な中子で成形する。具体的には、中子を金型内に配置してタービンハウジング形成用消失性材料を射出し上述の中子を内包した成形体を得ることになり、次いでこの成形体から中子形成用消失性材料を消失除去することにより中子が除去され、タービンハウジング消失性模型のスクロール部内壁に相当する面は、除去された中子の表面が転写された面となる。 Then, the surface corresponding to the inner wall of the scroll part, which is important in the highly accurate turbine housing vanishing model, is molded with a smooth core formed of the core-forming vanishing material. Specifically, the core is placed in a mold, and the vanishing material for forming the turbine housing is injected to obtain a molded body containing the above-described core. The core is removed by eliminating and removing the conductive material, and the surface corresponding to the inner wall of the scroll portion of the turbine housing vanishing model is a surface onto which the surface of the removed core is transferred.
このように本発明における中子は、鋳造時の鋳型のキャビティの一部になる物ではないので、表面粗さを制御しにくい耐火物を使用する必要がなく、樹脂の金型成形などによって平滑な面に制御することができ、中子によって転写されるタービンハウジング消失性模型の表面を平滑にすることができる。 As described above, the core in the present invention is not a part of the mold cavity at the time of casting, so it is not necessary to use a refractory material whose surface roughness is difficult to control. The surface of the turbine housing vanishing model transferred by the core can be smoothed.
本発明における中子形成用消失性材料とは、タービンハウジング消失性模型の形成過程において、上述したように、消失可能な材料であり、例えば70℃程度の加熱で溶解あるいは半溶融して容易に流動させることができる材料、あるいは水等の溶媒で溶解させることができる材料、具体的には樹脂やワックスといった消失性材料が使用できる。 The core-destructible material in the present invention is a material that can be eliminated as described above in the process of forming the turbine housing vanishable model. For example, it is easily melted or semi-molten by heating at about 70 ° C. A material that can be made to flow or a material that can be dissolved in a solvent such as water, specifically, a disappearing material such as a resin or wax can be used.
また、本発明における中子は、上述したように、スクロール部内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下とした中子とする。
中子の表面は、上述したように、タービンハウジング消失性模型に転写される。そして、中子の平滑な表面が転写されたタービンハウジング消失性模型の表面は鋳型に転写される。さらに、この鋳型の表面が鋳造形成された排気系タービンハウジングに転写され、スクロール部内壁には、中子の表面を基とする鋳造表面が形成される。
In addition, as described above, the core in the present invention has a shape corresponding to the space in the scroll portion, and the core has a surface roughness Ra of 1 μm or less.
The surface of the core is transferred to the turbine housing vanishing model as described above. Then, the surface of the turbine housing disappearance model onto which the smooth surface of the core is transferred is transferred to the mold. Further, the surface of the mold is transferred to the cast exhaust system turbine housing, and a casting surface based on the surface of the core is formed on the inner wall of the scroll portion.
このように中子の表面は、タービンハウジング消失性模型、鋳型、鋳造形成された排気系タービンハウジングへと3度の転写を繰り返すため、転写する基の表面に対し転写された表面の平滑性は劣化する。この転写による表面の平滑性の劣化を考慮し、中子の表面粗さをRaで1μm以下とすることにより、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さをRaで5μm以下とすることができる。より好ましくは表面粗さがRaで0.5μm以下の中子を用いることである。 In this way, the surface of the core repeats transfer three times to the turbine housing vanishing model, mold, and cast exhaust turbine housing, so the smoothness of the transferred surface relative to the surface of the group to be transferred is to degrade. Considering the deterioration of the smoothness of the surface due to this transfer, the surface roughness of the inner wall of the scroll part, which is the casting surface, can be set to 5 μm or less by Ra by setting the surface roughness of the core to 1 μm or less by Ra. . More preferably, a core having a surface roughness Ra of 0.5 μm or less is used.
また、中子の形状は、スクロール部内空間に対応する形状とする。この中子を内包して形成されたタービンハウジング消失性模型にはスクロール部に対応する形状が形成され、このタービンハウジング消失性模型を用いて形成された鋳型にはスクロール部内空間に対応する形状が形成される。そして、この鋳型に鋳造して形成された排気系タービンハウジングには、実質的に上述の中子と同じスクロール部内空間の形状を有するスクロール部が形成される。つまり、中子をスクロール部内空間に対応する形状とすることにより、鋳造成形された排気系タービンハウジングには、格別の加工等を施すことなくスクロール部を具備させることができる。 In addition, the shape of the core is a shape corresponding to the space in the scroll unit. A shape corresponding to the scroll portion is formed in the turbine housing disappearance model formed by including the core, and a shape corresponding to the space in the scroll portion is formed in the mold formed using the turbine housing disappearance model. It is formed. In the exhaust system turbine housing formed by casting the mold, a scroll portion having substantially the same shape of the scroll portion inner space as the above-described core is formed. In other words, by forming the core in a shape corresponding to the space in the scroll portion, the cast exhaust system turbine housing can be provided with the scroll portion without any special processing or the like.
また、本発明における鋳型のスクロール部内壁に対応する面は、上述したように、中子の表面を基とするタービンハウジング消失性模型の表面が転写された面となる。このため、鋳型のスクロール部内壁に対応する面の表面粗さがRaで4μm以下である鋳型を用いることが好ましく、これにより鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さをRaで5μm以下とすることができる。より好ましくは表面粗さがRaで3μm以下の鋳型を用いることである。 In addition, as described above, the surface corresponding to the inner wall of the scroll portion of the mold according to the present invention is a surface onto which the surface of the turbine housing disappearance model based on the surface of the core is transferred. For this reason, it is preferable to use a mold whose surface roughness corresponding to the inner wall of the scroll part of the mold is 4 μm or less in Ra, and thereby the surface roughness of the inner wall of the scroll part which is the casting surface is 5 μm or less in Ra. be able to. More preferably, a mold having a surface roughness Ra of 3 μm or less is used.
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法における重要な特徴を上述したが、タービンハウジングにおいては、スクロール部内壁の平滑化によって通過流体の流速低下抑制が可能であり、また、スクロール部の薄肉化によって低熱容量化や軽量化が可能である。特に排気系タービンハウジングにおいてスクロール部内壁の平滑化やスクロール部の薄肉化を実施することにより、ターボチャージャの高燃焼効率化や排気ガスの清浄化を図ることができ、本発明の排気系タービンハウジングの製造方法は好適である。 Although the important features in the method of manufacturing the exhaust system turbine housing of the present invention have been described above, in the turbine housing, the flow velocity of the passing fluid can be suppressed by smoothing the inner wall of the scroll portion, and by reducing the thickness of the scroll portion. Low heat capacity and light weight are possible. In particular, the exhaust system turbine housing of the present invention can achieve higher combustion efficiency of the turbocharger and cleaner exhaust gas by smoothing the inner wall of the scroll part and thinning the scroll part in the exhaust system turbine housing. This manufacturing method is suitable.
また、本発明の製造方法において対象とする排気系タービンハウジングは、吸気ポートから続く空力学的な渦巻を有するスクロール部と、スクロール部の渦巻中心に配置される排気ポートとを具備する。これは、内燃機関からの排気ガスを利用する空力学的な渦巻状のスクロール部を有するターボチャージャ等に広く用いられる排気系タービンハウジングの特徴であるからである。 In addition, an exhaust system turbine housing which is a target in the manufacturing method of the present invention includes a scroll portion having an aerodynamic spiral continuing from an intake port, and an exhaust port disposed at the spiral center of the scroll portion. This is because it is a feature of an exhaust system turbine housing widely used for a turbocharger having an aerodynamic spiral scroll portion that uses exhaust gas from an internal combustion engine.
上述の製造方法によって得られる排気系タービンハウジングは、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さを小さく、また表面形状を滑らかな曲面とすることができ、中子成形用消失性材料からなる表面粗さがRaで1μm以下の中子を用いることにより、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面粗さがRaで5μm以下である新規な排気系タービンハウジングを得ることができる。 The exhaust turbine housing obtained by the manufacturing method described above has a small surface roughness of the inner wall of the scroll part, which is a casting surface, and a smooth curved surface. By using a core with a roughness Ra of 1 μm or less, a novel exhaust system turbine housing can be obtained in which the surface roughness of the inner wall of the scroll portion, which is the casting surface, is 5 μm or less.
以下、本発明における排気系タービンハウジングおよびその製造方法について、具体例を挙げ、図を用いて詳細に説明する。
排気系タービンハウジング(以降、タービンハウジングという)について、その代表的な形状を図1に示す。図1において、タービンハウジング1は、吸気ポート2から続く空力学的な渦巻を有するスクロール部3と、スクロール部3の渦巻中心に配置される排気ポート4を備えている。そして本例においては、排気ポート4のほぼ反対側にコンプレッサ(図示せず)側に続くハウジング接合部5を有する。
Hereinafter, the exhaust system turbine housing and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A typical shape of an exhaust system turbine housing (hereinafter referred to as a turbine housing) is shown in FIG. In FIG. 1, the
このようなタービンハウジング1においては、スクロール部3の渦巻の内側にタービンインペラ(図示せず)を配置し、このタービンインペラを吸気ポート2からスクロール部3に流れる排気ガスによって回転させ、タービンインペラと同軸に接続されるコンプレッサインペラ(図示せず)の回転を助長することにより、吸気圧力を上昇させることができる。さらに、タービンインペラとスクロール部3との間に可変ノズル(図示せず)を配置することもでき、可変ノズルの開度によって排気ポート4に流入する排気ガス量を可変に制御することができる。
In such a
図1に示すタービンハウジング1を製造する本発明の製造方法の一例を、以下、所要の工程に即して詳細に説明する。
(1)消失性模型の成形工程
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法においては、上述したように、タービンハウジング消失性模型の成形工程が最も重要な工程となる。一例として、金型内のタービンハウジングのスクロール部に対応する個所に、中子形成用消失性材料からなる中子を配置し、金型の型締め後に金型内にタービンハウジング形成用消失性材料を射出し、得られた成形体を金型から取り出すとともに上述の中子形成用消失性材料からなる中子を除去することにより、タービンハウジングと実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型を得る工程を、以下説明する。
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the present invention for manufacturing the
(1) Molding process of vanishing model In the manufacturing method of the exhaust system turbine housing of the present invention, the molding process of the turbine housing vanishing model is the most important process as described above. As an example, a core made of a vanishing material for forming a core is disposed at a location corresponding to the scroll portion of the turbine housing in the mold, and the vanishing material for forming the turbine housing is placed in the mold after the mold is clamped. Is removed from the mold, and the core made of the above-described core-forming vanishing material is removed, thereby removing the turbine housing vanishable model having substantially the same shape as the turbine housing. The process of obtaining is described below.
まず、タービンハウジング1と実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型を作製するための金型内の構成例について説明する。
本発明におけるタービンハウジング消失性模型の形状は、タービンハウジングと実質的に同一の形状とする。鋳造されたタービンハウジングの形状は、鋳造に用いた鋳型のキャビティの空間形状によって造形され、鋳型のキャビティの空間形状はタービンハウジング消失性模型によって造形される。つまり、タービンハウジング消失性模型の形状をタービンハウジングと実質的に同一の形状とすることにより、タービンハウジングの形状を造形することができる。
First, a configuration example in a mold for producing a turbine housing vanishing model having substantially the same shape as the
The shape of the turbine housing vanishing model in the present invention is substantially the same as that of the turbine housing. The shape of the cast turbine housing is shaped by the space shape of the mold cavity used for casting, and the space shape of the mold cavity is shaped by the turbine housing vanishing model. That is, the shape of the turbine housing can be formed by making the shape of the turbine housing vanishing model substantially the same as that of the turbine housing.
一例として、金型は、図2に示すように、上型11と下型12に対し中型13〜16を組み合せる構成とすることができる。そして、中型13,14は、複数の置き中子13a〜16aを組み合せて構成するか、あるいはスクロール部3の渦巻中心に対し略半径方向に開閉自在で、かつ渦巻中心回りに回転可能に構成する複数のスライドコアを組み合せて構成することが好ましい。このような金型構成とすることにより、タービンハウジング1成形後の金型の型開きを容易に行うことができる。
As an example, as shown in FIG. 2, the mold may have a configuration in which
そして、上述のように構成した金型内に、スクロール部3内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下とした中子10を位置決めして配置する。中子10を配置する場合、スクロール部3の渦巻中心の位置と吸気ポート2に対する渦巻の位相とを精度良く位置決めし、金型内にタービンハウジング形成用消失性材料を射出したときに中子10が動くことのないように配置することが重要である。
Then, the core 10 having a shape corresponding to the space in the
中子10を配置する手段としては、例えば図2に示すように、上型11および下型12に対して凹部を有する置き中子17,18を配置し、中子10には置き中子17,18の凹部と嵌合可能な凸部10aを形成する。そして、金型の型締め時に、置き中子17,18の凹部と中子10の凸部10aとを嵌合させて中子10を置き中子17,18で把持させることにより、金型内において中子10を精度良く位置決めして配置することができる。なお、置き中子17,18に対し凸部を、中子10に対し凹部を形成することもできる。また、置き中子17を上型11と、置き中子18を下型12と、各々一体に構成することもできる。
As a means for arranging the
また、中子10を配置する別の手段としては、例えばタービンハウジング形成用消失性材料からなる中子支持部材を準備し、この中子支持部材を中子10と金型との間に配置して中子10を支持させることにより、金型内において中子10を精度良く位置決めして配置することもできる。しかしながら、同じタービンハウジング形成用消失性材料を用いたとしても中子支持部材との境界線である融着痕が残存してしまい、この融着痕の除去が必要となる点が不利である。また、スクロール部3の内壁3aにおいて融着痕が生じると容易には除去し難く、そのまま微小な凹凸となって表面形状の滑らかさを損ねてしまう場合がある。
Further, as another means for arranging the
上述のように中子10を位置決めして配置させるように上型11、中型13〜16、および下型12を型締めすることにより、タービンハウジング1の吸気ポート2、スクロール部3、排気ポート4、およびハウジング接合部5に対応し、タービンハウジング1と実質的に同一の空間形状を有するタービンハウジング対応キャビティ20を金型内に形成させることができる。
As described above, the upper mold 11, the
次に、上述の金型内のキャビティに対し溶融もしくは半溶融状態のタービンハウジング形成用消失性材料を射出することにより、中子10を内包した成形体を形成させる。そして、金型を型開きして成形体を取り出し、この成形体から中子形成用消失性材料を消失除去させ、内包する中子10のみを除去する。中子10を除去した成形体は、中子10がスクロール部3内空間に対応する形状を有しているため、中子10を除去した空間には、スクロール部3内空間と実質的に同一の空間形状が造形される。つまり、タービンハウジング1と実質的に同一の空間形状を有する金型内のキャビティに、スクロール部3内空間に対応する形状を有する中子10を配置する構成により、タービンハウジング1と実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型を得ることができる。
Next, a melted or semi-melted vanishing material for forming a turbine housing is injected into the cavity in the above-described mold, thereby forming a molded body including the
本発明の製造方法においては、中子を形成する中子形成用消失性材料として、70℃程度の加熱で溶解または半溶融する樹脂やワックスといった消失性材料を用いて形成することもできるが、溶媒可溶性ワックスを用いて形成することが好ましい。溶媒可溶性ワックスを用いて形成した中子は、格別に加熱することもなく、溶媒に浸漬させるという簡易な手段によってワックスを溶出除去でき、中子を成形体から容易に除去することができる。 In the production method of the present invention, the core-forming disappearance material for forming the core can be formed using a disappearance material such as a resin or wax that is dissolved or semi-melted by heating at about 70 ° C., It is preferably formed using a solvent-soluble wax. The core formed using the solvent-soluble wax can be removed by elution by simple means of immersing in the solvent without being particularly heated, and the core can be easily removed from the molded body.
また、溶媒には、例えば水や5%塩酸等の酸性水溶液を用いることができるが、成形体を形成するタービンハウジング形成用消失性材料と反応し難い溶媒が好ましい。また、ワックスとしては溶媒である例えば上述の水や酸性水溶液に可溶するワックスを用いればよい。好ましくは取り扱いが容易な水を溶媒とし、水に溶出する水溶性ワックスを用いることである。より好ましくは中子をまず温水中に浸漬させて水溶性ワックスをほぼ溶出除去し、次いで希塩酸中に浸漬させて水溶性ワックスを完全に溶出除去させることである。 As the solvent, for example, an aqueous acidic solution such as water or 5% hydrochloric acid can be used, but a solvent that does not easily react with the vanishing material for forming a turbine housing that forms the molded body is preferable. As the wax, for example, a wax that is soluble in the above-described water or acidic aqueous solution that is a solvent may be used. Preferably, water that is easy to handle is used as a solvent, and a water-soluble wax that is eluted in water is used. More preferably, the core is first immersed in warm water to substantially dissolve and remove the water-soluble wax, and then immersed in dilute hydrochloric acid to completely dissolve and remove the water-soluble wax.
また、上述のタービンハウジング形成用消失性材料としては、中子を形成する中子成形用消失性材料よりも高温の、例えば150℃以上で溶解あるいは半溶融して容易に流動させることができる樹脂やワックスといった消失性材料が使用できる。また、中子を溶媒によって溶出除去させる場合には、この溶媒に溶出しない材料であれば、例えば70℃といった中子成形用消失性材料と同等温度で溶解あるいは半溶融する材料も使用できる。このようなタービンハウジング形成用消失性材料は溶出等による除去が容易であり、これを使用してタービンハウジング消失性模型を形成することにより、鋳型内からタービンハウジング消失性模型を容易に除去することができる。また、スチレンやエポキシ系樹脂といった、1000℃程度の高温で炭化するプラスチック等の消失性材料を使用してもよい。 In addition, as the vanishing material for forming the turbine housing described above, a resin that can be easily flowed by being melted or semi-melted at a temperature higher than, for example, 150 ° C. or higher, than the vanishing material for forming a core. Dissolvable materials such as wax can be used. Further, when the core is eluted and removed with a solvent, a material that dissolves or semi-melts at a temperature equivalent to the core-forming vanishing material such as 70 ° C. can be used as long as the material does not elute in the solvent. Such a vanishing material for forming a turbine housing can be easily removed by elution and the like, and by using this to form a vanishing model of the turbine housing, the vanishing model of the turbine housing can be easily removed from the mold. Can do. Moreover, you may use evanescent materials, such as a plastic which carbonizes at about 1000 degreeC high temperature, such as styrene and an epoxy resin.
以上説明した手順により、タービンハウジング1のスクロール部3内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下とした中子10を用い、タービンハウジング1と実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型を得ることができる。そして、タービンハウジング消失性模型には、タービンハウジング1のスクロール部3の内壁3aに対応する個所において、表面粗さの小さい、また表面形状の滑らかな面を具備させることができる。
Through the procedure described above, the core 10 having a shape corresponding to the space in the
(2)鋳型の成形工程
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法における鋳型の成形工程は、一例として、上述のタービンハウジング消失性模型の成形工程によって得られたタービンハウジング消失性模型に対し、このタービンハウジング消失性模型と同様なタービンハウジング形成用消失性材料からなる押湯や湯道等を設け、これを耐火物でコーティングし、コーティング後にタービンハウジング消失性模型等を除去することにより、排気系タービンハウジングと実質的に同一の空間形状のキャビティを有する鋳型を形成させる工程である。
(2) Mold molding step The mold molding step in the method for manufacturing an exhaust system turbine housing of the present invention is, as an example, for the turbine housing vanishing model obtained by the above-described turbine housing vanishing model molding step. An exhaust system is provided by providing a feeder or runway made of a vanishing material for forming the turbine housing similar to the turbine housing vanishing model, coating it with a refractory, and removing the turbine housing vanishing model after coating. This is a step of forming a mold having a cavity having substantially the same spatial shape as the turbine housing.
例えば、まず、タービンハウジング消失性模型に対し、これと同様なタービンハウジング形成用消失性材料からなる押湯や湯道等を接着してツリー状とする。ツリー状としたタービンハウジング消失性模型に対し、耐火物をコーティングして所定の鋳型厚みを具備させる。このとき、複数個のタービンハウジング消失性模型をひとつのツリー状に組み立て、複数個の消失性模型に対して同時に耐火物をコーティングすることも、生産効率が向上するので好適である。 For example, first, to the turbine housing vanishable model, a hot water or a runner made of the same vanishing material for forming the turbine housing is adhered to form a tree shape. A turbine housing disappearance model having a tree shape is coated with a refractory so as to have a predetermined mold thickness. At this time, it is also preferable to assemble a plurality of turbine housing disappearance models in one tree shape and coat the plurality of disappearance models simultaneously with a refractory because the production efficiency is improved.
本発明の製造方法においては、上述のタービンハウジング消失性模型のタービンハウジング1のスクロール部3内に対応する個所において、適度な鋳型厚みや鋳型強度を具備させ、鋳造時の鋳型割れや溶湯漏れ防止を図ることも重要である。このため、鋳型に所定の鋳型厚みを具備させるとき、タービンハウジング消失性模型に対する耐火物のコーティングを複数回に分け、複数の耐火物層を積層させることが好ましく、例えば、平均粒度350μm以下のスラリーと平均粒度1500μm以下のスタッコとを交互にコーティングすることにより、複数の耐火物層が積層された鋳型をなることが好ましい。このように鋳型に複数の耐火物層を具備させることにより、耐火物層間において強固な結合が得られ、鋳型の強度が向上し、また、鋳造時の鋳型にクラックが生じても耐火物層間で食い止めることができ、溶湯漏れを防止することができる。
In the manufacturing method of the present invention, an appropriate mold thickness and mold strength are provided at locations corresponding to the inside of the
耐火物層の形成の一例としては、まず耐火物のスラリーをコーティングし、次いで耐火物のスタッコをコーティングし、十分に乾燥させた後に余分なスタッコを除去し、これを繰り返すことにより耐火物層を積層させて形成させる。そして、コーティングする耐火物としては、鋳造工程において鋳造される溶湯に耐え得る材料であるジルコン、シリカ、アルミナ、ムライト質等が使用できる。例えば、上述のスラリーおよびスタッコの粒状成分としては、ZrO2、SiO2、Al2O3等を単一あるいは混合して使用できる。 As an example of the formation of a refractory layer, first, a refractory slurry is coated, then a refractory stucco is coated, and after sufficient drying, excess stucco is removed, and this is repeated to form a refractory layer. It is formed by laminating. As the refractory to be coated, zircon, silica, alumina, mullite, etc., which are materials that can withstand the molten metal cast in the casting process can be used. For example, ZrO 2 , SiO 2 , Al 2 O 3 or the like can be used singly or as a mixture as the above-mentioned slurry and stucco particulate components.
また、耐火物層の形成において、特に初層から4層程度までは耐火性のよいZrO2を50%以上配合させることが好ましい。そして、初層においては、タービンハウジング消失性模型の表面に対し微細な耐火物粒を緻密に配置させ、鋳型内のキャビティとなる面を表面粗さが小さくなるように形成することが重要である。このためには、平均粒度の小さい耐火物粒を多く含み、比較的粘度の大きいスラリーを使用するのがよい。具体的には、粒状成分として耐火性のよいZrO2に対しSiO2やAl2O3等の耐火物粒を配合し、さらに消泡剤や界面活性剤等を添加し、平均粒度を50μm以下、ザーンカップ#4による粘度を30〜50秒程度とした混合物スラリーが使用でき、これにより形成される鋳型内のキャビティとなる面は表面粗さがRaで4μm以下にすることができる。また、初層においてスラリーに次いでコーティングすることにより耐火物層に強度を付与するスタッコとしては、耐火性のよいZrO2に対しSiO2等を混合し、平均粒度を100〜150μm程度とした耐火物粒が使用できる。
Further, in the formation of the refractory layer, it is preferable that 50% or more of ZrO 2 having good fire resistance is blended particularly from the first layer to about four layers. In the first layer, it is important that fine refractory grains are densely arranged on the surface of the turbine housing vanishing model, and the surface to be a cavity in the mold is formed so that the surface roughness becomes small. . For this purpose, it is preferable to use a slurry containing a large number of refractory grains having a small average particle size and a relatively high viscosity. Specifically, refractory particles such as SiO 2 and Al 2 O 3 are blended with ZrO 2 having good fire resistance as a granular component, and further, an antifoaming agent, a surfactant and the like are added, and the average particle size is 50 μm or less. A mixture slurry in which the viscosity of
そして、初層に対し積層させる2層目以降に用いるスラリーとしては、前層よりも平均粒度を大きくし、また粘度を小さくすることにより、鋳型厚みおよび強度を具備させていくようにすることが好ましい。例えば、初層と同様の耐火物粒を用い、平均粒度を250〜350μm程度、ザーンカップ#4による粘度を10〜20秒程度として使用できる。そして、鋳型の外層側においては、各層内の充填密度を向上させるために、平均粒径20μm以下の微粒と50〜100μm程度の粗粒とを混合させて使用することも好適である。また、2層目以降に用いるスタッコとしては、平均粒度を100〜150μm程度とし、さらに鋳型の外層側には、例えば平均粒度を500〜1500μm程度とした上述の耐火物粒が使用できる。
And as a slurry used for the second and subsequent layers to be laminated on the first layer, it is possible to provide the mold thickness and strength by increasing the average particle size and decreasing the viscosity as compared with the previous layer. preferable. For example, the same refractory particles as the first layer can be used, the average particle size can be about 250 to 350 μm, and the viscosity by
次いで、上述のように形成した鋳型を十分に乾燥させた後、タービンハウジング形成用消失性材料を溶出等により除去することにより、鋳型内からタービンハウジング消失性模型を除去する。タービンハウジング形成用消失性材料の除去手段としては、例えば高温水蒸気オートクレーブなどによって加熱溶融させて除去する手段がある。またさらに、得られた鋳型を例えば1000℃以上で高温焼成することも好ましく、鋳型に十分な強度を付与させることができる。 Next, after the mold formed as described above is sufficiently dried, the vanishing material for forming the turbine housing is removed by elution or the like, thereby removing the vanishing model of the turbine housing from the mold. As a means for removing the vanishing material for forming the turbine housing, there is a means for removing it by heating and melting it with a high-temperature steam autoclave, for example. Furthermore, the obtained mold is preferably fired at a high temperature of, for example, 1000 ° C. or more, and sufficient strength can be imparted to the mold.
以上説明した手順により、タービンハウジング1と実質的に同一の空間形状を有する鋳型を得ることができる。そして、鋳型内のスクロール部3の内壁3aに対応する面は、表面粗さがRaで1μm以下である中子10の平滑な表面を基とする、表面粗さが小さく、また表面形状の滑らかで、表面粗さがRaで4μm以下の面が得られる。
By the procedure described above, a mold having substantially the same space shape as the
(3)鋳造工程
本発明の排気系タービンハウジングの製造方法における鋳造工程は、上述の鋳型の成形工程によって得られた鋳型に対し、金属材料を溶解して得た溶湯を鋳型に鋳造し、冷却させた後に鋳型を除去することにより、上述のタービンハウジング消失性模型と実質的に同一形状を有する排気系タービンハウジングを得る工程である。
(3) Casting process The casting process in the method for manufacturing an exhaust system turbine housing of the present invention is performed by casting a molten metal obtained by melting a metal material into a mold obtained by the above-described mold molding process and cooling the mold. This is a step of obtaining an exhaust system turbine housing having substantially the same shape as that of the above-described turbine housing vanishing model by removing the casting mold.
本発明における排気系タービンハウジングは、内燃機関からの排気ガスを利用する排気系部品として高温強度や耐食性が要求されるため、上述の金属材料としては、オーステナイト系ステンレス鋼、各種の耐熱鋼や耐熱合金、Ni基やCo基の超耐熱合金等が使用できる。また、後工程で機械加工や他部材との溶接接合を施す場合もあり、切削性や溶接性にも優れる例えばFe−0.45C−0.15Si−20Ni−25Cr−3W−2Nb(mass%)やFe−0.45C−0.15Si−10Ni−20Cr−3W−2Nb(mass%)は特に好適である。 The exhaust system turbine housing in the present invention is required to have high temperature strength and corrosion resistance as an exhaust system part that uses exhaust gas from an internal combustion engine. Therefore, the above-mentioned metal materials include austenitic stainless steel, various heat resistant steels and heat resistant steels. An alloy, a Ni-based or Co-based super heat-resistant alloy, or the like can be used. Further, there are cases where machining and welding joining with other members are performed in the subsequent process, and for example, Fe-0.45C-0.15Si-20Ni-25Cr-3W-2Nb (mass%) which is excellent in machinability and weldability. Fe-0.45C-0.15Si-10Ni-20Cr-3W-2Nb (mass%) is particularly suitable.
そして、上述の金属材料を、その特性に合う大気中や不活性ガス中あるいは真空中で溶解して溶湯とし、この溶湯を鋳型へ供給する。
鋳型への鋳造は、溶湯の特性や鋳型内の湯回り等の諸条件を考慮し、減圧や吸引あるいは真空中において鋳造することができる。好ましくは吸引鋳造を採用して湯回り性を向上させ、薄肉であるスクロール部3に対し確実に溶湯を充填させることである。そして、鋳造後、冷却した後に鋳型を除去し、鋳造品から不要な湯道や押し湯等を除去する。さらに、鋳造品に付着する鋳型屑やスケール等は、ショットブラスト、サンドブラスト、あるいはウォーターブラストなどにより除去できる。
And the above-mentioned metal material is melt | dissolved in the atmosphere suitable for the characteristic in an inert gas or a vacuum, and it is set as a molten metal, and this molten metal is supplied to a casting_mold | template.
Casting to the mold can be performed under reduced pressure, suction or vacuum in consideration of various conditions such as the characteristics of the molten metal and the amount of hot water in the mold. Preferably, suction casting is employed to improve the hot water supply property, and the
以上説明した手順により、吸気ポート2から続く空力学的な渦巻を有するスクロール部3と、スクロール部3の渦巻中心に配置される排気ポート4とを具備し、鋳造表面であるスクロール部3の内壁3aの表面粗さがRaで5μm以下である排気系タービンハウジングを得ることができる。また、必要に応じ、得られたタービンハウジング1に対してさらに機械加工等を施してもよい。
By the procedure described above, the
上述したように、本発明の製造方法においては、中子成形用消失性材料からなる中子の表面を制御することにより、鋳造表面であるスクロール部内壁の表面を制御する。本発明において用いる中子は、切削等の機械加工によっても形成することができるが、スクロール部と実質的に同一の形状のキャビティを有する金型内に中子成形用消失性材料を射出して形成させることが好ましい。これは、金型のキャビティを構成する面の表面粗さを小さく、また表面形状を滑らかな面に形成することが、従来のNC加工機等によれば容易に実施できるからである。 As described above, in the production method of the present invention, the surface of the inner wall of the scroll portion, which is the casting surface, is controlled by controlling the surface of the core made of the core-forming vanishing material. Although the core used in the present invention can be formed by machining such as cutting, the core-forming vanishing material is injected into a mold having a cavity having substantially the same shape as the scroll portion. It is preferable to form. This is because, according to a conventional NC processing machine or the like, it is easy to reduce the surface roughness of the surface constituting the cavity of the mold and to form the surface shape into a smooth surface.
また、中子成形用消失性材料を金型内に射出して中子を形成させる場合、中子成形用消失性材料の射出圧力を十分に高くすると、金型のキャビティの表面は形成される中子の表面に対してそのまま転写される。このため、金型のキャビティを構成する面の表面粗さをRaで1μm以下とすることにより、中子の表面粗さをRaで1μm以下とすることができる。なお、中子の成形時に中子の表面にしわやバリ等が生じたとしても、中子成形用消失性材料からなる中子は比較的柔軟であるので、中子の表面を補修することにより表面粗さをRaで1μm以下とすることは容易である。
In addition, when the core-forming vanishing material is injected into the mold to form the core, if the injection pressure of the core-forming vanishing material is sufficiently high, the surface of the mold cavity is formed. It is transferred directly to the surface of the core. For this reason, the surface roughness of the core can be set to 1 μm or less by Ra by setting the surface roughness of the surface constituting the cavity of the mold to 1 μm or less by Ra. Even if wrinkles or burrs are generated on the surface of the core when the core is molded, the core made of the disappearing material for core molding is relatively flexible, so by repairing the surface of the core It is easy to make the
また、本発明における、スクロール部内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下の中子を、金型内の寸法精度の良いキャビティに中子成形用消失性材料を射出して形成することにより、寸法精度の良い中子を得ることができる。そして、この中子によって得られるスクロール部内空間に対応する形状を備えたタービンハウジング消失性模型を適用して鋳造形成されたスクロール部は、その寸法精度が良好となり、スクロール部の肉厚を薄く形成させることができ、低熱容量化や軽量化に有効な排気系タービンハウジングを得ることができる。好ましくはスクロール部の最小肉厚は2mm以下であり、より好ましくは最小肉厚は1.5mm以下である。 Further, in the present invention, a core having a shape corresponding to the space in the scroll portion and having a surface roughness Ra of 1 μm or less is injected, and a core-forming vanishing material is injected into a cavity with good dimensional accuracy in the mold. Thus, a core with good dimensional accuracy can be obtained. The scroll part cast by applying the turbine housing vanishing model having a shape corresponding to the inner space of the scroll part obtained by the core is improved in dimensional accuracy, and the thickness of the scroll part is reduced. Thus, an exhaust system turbine housing effective in reducing the heat capacity and weight can be obtained. Preferably, the minimum thickness of the scroll portion is 2 mm or less, and more preferably the minimum thickness is 1.5 mm or less.
本発明の実施例となる、図1に示す形状であって、排気ポート4の端面とハウジング接合部5の端面間が80mm、重量1.6kgのタービンハウジング1を、ロストワックス精密鋳造法によって鋳造成形した。
まず、タービンハウジング消失性模型に内包させる中子10に対応する空間形状を画成するための金型を、NC加工機により加工し、さらに研磨し、中子形成用金型を作製した。なお、この中子形成用金型内のキャビティを構成する面の表面粗さはRaで0.317μm(図5に示す)であった。次いで、この中子形成用金型内に、中子形成用消失性材料である水溶性ワックス(ソリブル#70、Precision Metalsmiths,Inc.)を射出し、スクロール部3内空間に対応する形状を有し、タービンハウジング消失性模型に内包させる中子10を得た。なお、この中子10の表面粗さはRaで0.461μm(表1に示す)であった。
A
First, a mold for defining a space shape corresponding to the core 10 included in the turbine housing vanishing model was processed by an NC processing machine and further polished to prepare a core forming mold. The surface roughness of the surface constituting the cavity in this core forming mold was 0.317 μm in Ra (shown in FIG. 5). Next, a water-soluble wax (Solibble # 70, Precision Metalsmiths, Inc.), which is a core-destructible material, is injected into the core-forming mold and has a shape corresponding to the space inside the
(1)タービンハウジング消失性模型の成形工程
次いで、タービンハウジング消失性模型に対応する空間形状を画成するための金型を、NC加工機により加工し、さらに研磨し、タービンハウジング消失性模型形成用金型、つまり、図2に示す上型11、下型12、中型13〜16、および置き中子13a〜16a,17,18を作製した。なお、このタービンハウジング消失性模型形成用金型内のキャビティを構成する面の表面粗さはRaで0.357μmであった(図5に示す)。次いで、図2に示すように、下型12に対して中型15,16および置き中子15a,16a,18を、また、上型11に対して中型13,14および置き中子13a,14a,17を、各々別々に組み立てた。さらに中子10を、置き中子18の凹部に対し中子10の凸部10aを嵌合させた後、型締めし、中子10を置き中子17,18で把持させて位置決め配置し、タービンハウジング1と実質的に同一の空間形状となるタービンハウジング対応キャビティ20を有するタービンハウジング消失性模型形成用金型を構成した。
(1) Turbine housing vanishing model forming process Next, a mold for defining a space shape corresponding to the turbine housing vanishing model is processed by an NC processing machine and further polished to form a turbine housing vanishing model. The upper mold 11, the lower mold 12, the
そして、このタービンハウジング消失性模型形成用金型内に、タービンハウジング形成用消失性材料である水に対し不可溶性のワックス(パターンワックスA7−TCF/RR、株式会社ブライソンジャパン)を射出し、中子10を内包した成形体を得た。次いで、この成形体を水に浸漬させ、さらに5%塩酸水溶液に浸漬させて成形体内から中子10を完全に溶出除去し、タービンハウジング1と実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型を得た。なお、タービンハウジング消失性模型のスクロール部内壁3aに対応する個所の表面粗さはRaで1.399μm(表1に示す)であった。
Then, a wax insoluble in water (pattern wax A7-TCF / RR, Bryson Japan Co., Ltd.), which is the vanishing material for forming the turbine housing, is injected into the mold for forming the vanishing model for the turbine housing. A molded body containing the
次いで、上述のタービンハウジング消失性模型と同じワックスからなる押湯や湯道等をタービンハウジング消失性模型に接着してツリー状模型とし、このツリー状模型に対し耐火物のスラリーとスタッコとを繰り返しコーティングし、9層の耐火物層を具備する鋳型を得た。初層には、コロイダルシリカ、ジルコンサンド、シリコン乳濁液、およびスルホコハク酸ジオクチルナトリウム液を配合し、平均粒度45μm、ザーンカップ#4による粘度40秒としたスラリーをコーティングした。次いで、平均粒度100μmと150μmの粒度の異なるジルコンサンドを混合したスタッコをコーティングした。2層から4層には、初層に用いたスラリーのザーンカップ#4による粘度を15秒に調整したスラリーと、平均粒度250μmと350μmの粒度の異なるアルミナを混合したスタッコを用いた。5層から8層には、シリカとジルコンサンドを主とする平均粒度20μmの微粒と50μmおよび75μmの粗粒とを混合してザーンカップ#5による粘度を30秒に調整したスラリーを用いた。また、スタッコは、シリカとアルミナを主とする、平均粒度300μmと、400μm、850μm、1200μmのものを混合して用いた。各層とも、乾燥後、余剰のスタッコはブロー除去し、次いで、鋳型の外層となる9層には、8層に用いたスラリーに浸漬させ、十分に乾燥させた。
Next, a hot water or runway made of the same wax as the turbine housing disappearance model described above is bonded to the turbine housing disappearance model to form a tree model, and refractory slurry and stucco are repeatedly applied to the tree model. Coating was performed to obtain a mold having nine refractory layers. In the first layer, colloidal silica, zircon sand, silicon emulsion, and dioctyl sodium sulfosuccinate solution were blended, and a slurry having an average particle size of 45 μm and a viscosity of 40 seconds with
次いで、上述のようにタービンハウジング消失性模型を内包した鋳型を十分に乾燥させた後、鋳型内から、高温水蒸気オートクレーブによって上述の水に対し不可溶性のワックスからなるツリー状模型、つまり、タービンハウジング1と実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型と押湯や湯道等を加熱溶融させて完全に溶出除去することにより、鋳造に供する鋳型を得た。なお、鋳型のスクロール部内壁3aに対応する個所の表面粗さは、上述と同じ製造方法によって形成した鋳型を分割して実施した結果、表面粗さはRaで2.195μm(表1に示す)であった。 Next, after the mold containing the turbine housing disappearance model is sufficiently dried as described above, a tree-shaped model made of the above-mentioned water-insoluble wax by a high-temperature steam autoclave from the mold, that is, the turbine housing A casting mold for casting was obtained by heating and melting a turbine housing disappearance model having substantially the same shape as No. 1 and a hot water or runner and completely removing it by elution. The surface roughness of the part corresponding to the inner wall 3a of the scroll portion of the mold was obtained by dividing the mold formed by the same manufacturing method as described above. As a result, the surface roughness was 2.195 μm in Ra (shown in Table 1). Met.
そして、Fe−0.45C−0.1Si−0.7Mn−10Ni−20Cr−3W−2Nb(mass%)を大気溶解して溶湯とし、鋳型に吸引鋳造し、冷却後に鋳型を解体し、サンドショットにより鋳型屑等を除去した後にブロー清掃し、本発明の実施例となるタービンハウジング1を得た。なお、実施例においては、スクロール部の最小肉厚の目標値を1.5mmとして鋳造し、このとき最小肉厚が1.5mmの鋳造欠陥のないタービンハウジング1が得られた。
Then, Fe-0.45C-0.1Si-0.7Mn-10Ni-20Cr-3W-2Nb (mass%) is melted in the atmosphere to form a molten metal, sucked and cast into a mold, cooled, disassembled, and then shot into sand. After removing mold waste and the like, blow cleaning was performed to obtain a
また、比較例となるタービンハウジング1は、上述の実施例となるタービンハウジング1と同様な製造方法によって作製したが、タービンハウジング消失性模型の形成に用いる中子10に対し、格別の表面粗さ制御を実施しなかった。
Moreover, although the
上述のように製作した実施例と比較例となるタービンハウジング1を用い、本発明の排気系タービンハウジングおよびその製造方法における重要な特徴であるスクロール部3内壁の表面粗さに関し、JISB0601:2001に基き、算術平均高さ粗さRa、最大高さ粗さRz、十点平均粗さRZJISを計測した。計測した表面粗さの一例をまとめて表1に示す。そして、図3、図4に、実施例および比較例で用いた(i)中子10、(ii)タービンハウジング消失性模型、(iii)鋳型、および鋳造成形した(iv)タービンハウジング1の表面粗さ曲線の一例を示す。なお、表面粗さの計測個所は、いずれにおいても鋳造表面であるスクロール部内壁3aあるいはスクロール部内壁3aに対応する個所である。また、図5に実施例で用いた(i)中子形成用金型、(ii)タービンハウジング消失性形成用金型のキャビティにおいて計測した表面粗さ曲線の一例を示す。
Regarding the surface roughness of the inner wall of the
表1および図3、図4から明らかなように、実施例に示す本発明の排気系タービンハウジング1は、鋳造表面であるスクロール部内壁3aの表面粗さがRaで5μm以下となった。また、実施例に示す中子10および鋳型におけるスクロール部内壁3aに対応する面の表面粗さは、中子10がRaで1μm以下、鋳型がRaで4μm以下であった。一方、比較例に示す従来の排気系タービンハウジング1は、本発明の実施例に比べ、スクロール部内壁3aの表面粗さがRaで7μm程度と大きくなった。また、その他の最大高さ粗さRzおよび十点平均粗さRZJISについても、実施例においてはRzが20μm程度、RZJISが14μm程度、比較例においてはRzが40μm程度、RZJISが30μm程度であった。
As is apparent from Table 1, FIG. 3, and FIG. 4, in the
上述した表面粗さの計測結果より、同じ中子形成用消失材料からなる中子10を用いて製造したタービンハウジング1であっても、表面粗さをRaで1μm以下に制御した中子10を用いた本発明のタービンハウジング1は、格別の表面粗さ制御を実施しない中子10を用いた従来のタービンハウジング1よりも、鋳造表面であるスクロール部内壁3aの表面粗さが小さく滑らかであるという点で、優れていることが確認できた。
From the measurement results of the surface roughness described above, even if the
以上より、本発明の排気系タービンハウジングの製造方法によれば、吸気ポート2から続く空力学的な渦巻を有するスクロール部3と、スクロール部3の渦巻中心に配置される排気ポート4とを具備し、鋳造表面であるスクロール部内壁3aの表面粗さがRaで5μm以下である排気系タービンハウジング1が得られることを確認できた。また、スクロール部3の最小肉厚が2mm以下である排気系タービンハウジング1を得ることができた。
As described above, according to the method for manufacturing an exhaust system turbine housing of the present invention, the
1.タービンハウジング、2.吸気ポート、3.スクロール部、3a.内壁、4.排気ポート、5.ハウジング接合部、10.中子、10a.凸部、11.上型、12.下型、13〜16.中型、13a〜16a.置き中子、17,18.置き中子、20.タービンハウジング対応キャビティ 1. Turbine housing, 2. 2. intake port; Scroll part, 3a. Inner wall, 4. 4. exhaust port; Housing joint, 10. Core, 10a. Convex part, 11. Upper mold, 12. Lower mold, 13-16. Medium size, 13a-16a. Place core, 17, 18. Place core, 20. Cavity for turbine housing
Claims (5)
(1)前記排気系タービンハウジングと実質的に同一の形状を有するタービンハウジング消失性模型の成形工程、
(2)該タービンハウジング消失性模型を耐火物でコーティング後に前記タービンハウジング消失性模型を消失除去する鋳型の成形工程、
(3)該鋳型へ鋳造する鋳造工程、
を有しており、前記タービンハウジング消失性模型は、スクロール部内空間に対応する形状を有し、表面粗さがRaで1μm以下の中子を中子形成用消失性材料で形成した後、該中子を金型内に配置してタービンハウジング形成用消失性材料を射出し前記中子を内包した成形体を得、次いで該成形体から中子形成用消失性材料を消失除去することにより前記中子を除去して得られることを特徴とする排気系タービンハウジングの製造方法。 A scroll portion having an aerodynamic spiral that continues from the intake port, and an exhaust port disposed at the center of the scroll of the scroll portion, the surface roughness of the inner wall of the scroll portion that is the casting surface is 5 μm or less Ra An exhaust system turbine housing manufacturing method comprising:
(1) A step of forming a turbine housing vanishing model having substantially the same shape as the exhaust system turbine housing;
(2) Mold forming step for eliminating and removing the turbine housing disappearance model after coating the turbine housing disappearance model with a refractory;
(3) a casting process for casting into the mold;
The turbine housing vanishing model has a shape corresponding to the space inside the scroll part, and after forming a core having a surface roughness Ra of 1 μm or less with a core-forming vanishing material, By placing the core in a mold and injecting a vanishing material for forming a turbine housing to obtain a molded body containing the core, and then removing the core-forming vanishing material from the molded body by removing the core. An exhaust system turbine housing manufacturing method obtained by removing a core .
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