JP7433581B2 - Piston for internal combustion engine and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、金型を用いた鋳造によって内燃機関用ピストンを製造する方法、すなわち、内燃機関用ピストンの製造方法に関する。本発明はまた、金型を用いた鋳造によって形作られる内燃機関用ピストンに関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine by casting using a metal mold, that is, a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine. The invention also relates to a piston for an internal combustion engine formed by casting using a mold.
エンジン等の内燃機関に用いられるピストンは鋳造によって形作られる。具体的には、ピストンは、アルミニウム、アルミニウム合金等のような金属の溶湯を金型に充填し、その後、これを冷却固化することによって形作られる。 Pistons used in internal combustion engines such as engines are formed by casting. Specifically, the piston is formed by filling a mold with molten metal such as aluminum, aluminum alloy, etc., and then cooling and solidifying the molten metal.
鋳造時において、金型の表面は、充填される溶湯に接触し、溶湯の冷却固化後に形作られたピストンの鋳肌面に接触する。そのため、金型の表面を保護すること、溶湯の充填中における溶湯の凝固を防ぎ、かつ溶湯の流動性(湯廻り性)を確保するための保温性を確保すること、形作られたピストンを金型から確実に離型させること等を目的として、金型の表面には塗型剤が塗布されている。そして、金型の表面には、この塗型剤から成る層(以下、「塗型層」という)が形成されている。(例えば、特許文献1の段落[0029]を参照。) During casting, the surface of the mold comes into contact with the molten metal to be filled, and comes into contact with the cast surface of the piston formed after the molten metal is cooled and solidified. Therefore, it is necessary to protect the surface of the mold, to prevent the molten metal from solidifying during filling, and to ensure heat retention to ensure the fluidity of the molten metal. A mold coating agent is applied to the surface of the mold for the purpose of reliably releasing the mold from the mold. A layer made of this mold coating agent (hereinafter referred to as a "coating layer") is formed on the surface of the mold. (For example, see paragraph [0029] of Patent Document 1.)
しかしながら、上記金型を用いて連続して鋳造を繰り返した場合、塗型層が局所的に剥がれることがある。この場合、金型が局所的に窪み、この窪みに対応するようにピストンが隆起する。このようなピストンの隆起は、ピストン及びシリンダによって画定される内燃機関の燃焼室の容積にバラツキを生じさせることとなる。 However, when casting is repeated continuously using the above mold, the coating layer may peel off locally. In this case, the mold is locally depressed, and the piston is raised to correspond to the depression. Such a protrusion of the piston causes variations in the volume of the combustion chamber of the internal combustion engine defined by the piston and the cylinder.
このような実情を鑑みると、内燃機関用ピストンの製造方法においては、鋳造を繰り返した場合であってもピストンの形状バラツキを抑制することが望まれる。また、内燃機関用ピストンにおいては、形状バラツキを抑制することが望まれる。 In view of these circumstances, in a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, it is desirable to suppress variations in the shape of the piston even when casting is repeated. Furthermore, in pistons for internal combustion engines, it is desirable to suppress variations in shape.
上記課題を解決するために、一態様に係る内燃機関用ピストンの製造方法は、金型を用いた鋳造によって内燃機関用ピストンを製造する内燃機関用ピストンの製造方法であって、前記内燃機関用ピストンが、吸気バルブリセスを形成したピストン頂部を有し、前記吸気バルブリセスが、その底を少なくとも形成する吸気底壁と、前記ピストン頂部の外周縁寄りに位置する前記吸気底壁の外方部からテーパをもって立ち上がり、かつ前記ピストン頂部上で前記ピストン頂部の外周縁に向かって突出する円弧形状を形成するように延びる吸気外方側壁とを有する、内燃機関用ピストンの製造方法において、前記吸気外方側壁の延在方向の中間部に対応する前記金型の領域にショットピーニング処理を施す粗面化処理工程と、前記金型を用いた鋳造によって前記ピストン頂部を形作る鋳造工程とを含む。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to one aspect is a method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, the method comprising: manufacturing a piston for an internal combustion engine by casting using a mold. The piston has a piston top forming an intake valve recess, and the intake valve recess tapers from an intake bottom wall forming at least a bottom thereof and an outer portion of the intake bottom wall located near an outer peripheral edge of the piston top. and an intake outer side wall that extends above the piston top so as to form an arc shape protruding toward the outer periphery of the piston top. The method includes a surface roughening treatment step of performing shot peening treatment on a region of the mold corresponding to an intermediate portion in the extending direction of the piston, and a casting step of forming the piston top by casting using the mold.
上記課題を解決するために、一態様に係る内燃機関用ピストンは、金型を用いた金属合金の鋳造によって形作られる内燃機関用ピストンであって、吸気バルブリセスを形成したピストン頂部を備え、前記吸気バルブリセスが、その底を少なくとも形成する吸気底壁と、前記ピストン頂部の外周縁寄りに位置する前記吸気底壁の外方部からテーパをもって立ち上がり、かつ前記ピストン頂部上で前記ピストン頂部の外周縁に向かって突出する円弧形状を形成するように延びる吸気外方側壁とを有する、内燃機関用ピストンにおいて、前記吸気外方側壁の延在方向の中間部における前記金属合金の表面の表面粗さが、Ra4μm以下となっている。 In order to solve the above problems, a piston for an internal combustion engine according to one embodiment is a piston for an internal combustion engine formed by casting a metal alloy using a mold, the piston having a piston top formed with an intake valve recess, and The valve recess tapers up from an intake bottom wall forming at least the bottom of the intake bottom wall and an outer part of the intake bottom wall located near the outer periphery of the piston top, and extends above the piston top and extends toward the outer periphery of the piston top. In a piston for an internal combustion engine having an intake outer side wall extending to form an arc shape protruding toward the inner combustion engine, the surface roughness of the surface of the metal alloy at an intermediate portion in the extending direction of the intake outer side wall is Ra is 4 μm or less.
一態様に係る内燃機関用ピストンの製造方法においては、鋳造を繰り返した場合であってもピストンの形状バラツキを抑制できる。また、一態様に係る内燃機関用ピストンにおいては、ピストンの形状バラツキを抑制できる。 In the method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to one embodiment, variations in the shape of the piston can be suppressed even when casting is repeated. Further, in the piston for an internal combustion engine according to one aspect, variations in the shape of the piston can be suppressed.
一実施形態に係るピストン及びその製造方法について以下に説明する。本実施形態に係るピストンは、金型を用いた鋳造によって形作られる。すなわち、ピストンは鋳造品である。また、本実施形態に係るピストンは、自動車のエンジンに用いられるものとなっている。しかしながら、ピストンは、自動車のエンジン以外の内燃機関に用いられるものであってもよい。例えば、ピストンは、自動二輪車のエンジン、船外機のエンジン、雪上車のエンジン、小型芝刈り機等に搭載される汎用エンジン等に用いられるものであってもよい。そして、本実施形態に係る製造方法は、金型を用いた鋳造によって、このようなピストンを製造するものである。 A piston and a method for manufacturing the same according to one embodiment will be described below. The piston according to this embodiment is formed by casting using a metal mold. That is, the piston is a cast product. Further, the piston according to this embodiment is used in an automobile engine. However, the piston may also be used in internal combustion engines other than automobile engines. For example, the piston may be used in a general-purpose engine installed in a motorcycle engine, an outboard motor, a snowmobile engine, a small lawn mower, or the like. In the manufacturing method according to this embodiment, such a piston is manufactured by casting using a mold.
「ピストンの概略について」
最初に、図1~図4を参照して、本実施形態に係るピストン1の概略について説明する。図1~図3に示すように、ピストン1は、その頂上側の端に位置するピストン頂部2を有する。ピストン頂部2には吸気バルブリセス3が形成されている。吸気バルブリセス3は、吸気バルブ(図示せず)を避けるようにピストン頂部2から凹んでいる。
"About the outline of pistons"
First, the outline of the piston 1 according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. 1 to 4. As shown in FIGS. 1 to 3, the piston 1 has a piston top 2 located at its top end. An intake valve recess 3 is formed in the piston top 2. The intake valve recess 3 is recessed from the piston top 2 to avoid the intake valve (not shown).
図1及び図3においては、一例として、ピストン頂部2に、2つの吸気バルブ(図示せず)にそれぞれ対応する2つの吸気バルブリセス3が形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ピストン頂部に、1つの吸気バルブに対応する1つの吸気バルブリセスが形成されてもよく、又はピストン頂部に、3つ以上の吸気バルブにそれぞれ対応する3つ以上の吸気バルブリセスが形成されてもよい。 In FIGS. 1 and 3, as an example, two intake valve recesses 3 are formed in the piston top 2, each corresponding to two intake valves (not shown). However, the present invention is not limited thereto, and the piston top may be formed with one intake valve recess corresponding to one intake valve, or the piston top may be formed with three intake valve recesses, each corresponding to three or more intake valves. The above intake valve recess may be formed.
図3に示すように、各吸気バルブリセス3は、その底を少なくとも形成する吸気底壁31を有する。各吸気バルブリセス3は、ピストン頂部2の外周縁2a寄りに位置するこの吸気バルブリセス3の吸気底壁31の外方部31aからテーパをもって立ち上がる吸気外方側壁32を有する。図1及び図3に示すように、吸気外方側壁32は、ピストン頂部2上でピストン頂部2の外周縁2aに向かって突出する円弧形状を形成するように延びる。 As shown in FIG. 3, each intake valve recess 3 has an intake bottom wall 31 forming at least its bottom. Each intake valve recess 3 has an intake outer side wall 32 that tapers and rises from an outer portion 31a of an intake bottom wall 31 of the intake valve recess 3 located near the outer peripheral edge 2a of the piston top 2. As shown in FIGS. 1 and 3, the intake outer side wall 32 extends on the piston top 2 so as to form an arc shape that projects toward the outer peripheral edge 2a of the piston top 2. As shown in FIGS.
さらに、本実施形態に係るピストン1の概略は次のようになっているとよい。図1~図4に示すように、ピストン頂部2には排気バルブリセス4が形成されている。排気バルブリセス4は、排気バルブ(図示せず)を避けるようにピストン頂部2から凹んでいる。 Furthermore, the outline of the piston 1 according to this embodiment is preferably as follows. As shown in FIGS. 1 to 4, an exhaust valve recess 4 is formed in the piston top 2. As shown in FIGS. Exhaust valve recess 4 is recessed from piston top 2 to avoid an exhaust valve (not shown).
図1及び図4においては、一例として、ピストン頂部2に、2つの排気バルブ(図示せず)にそれぞれ対応する2つの排気バルブリセス4が形成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、ピストン頂部に、1つの排気バルブに対応する1つの排気バルブリセスが形成されてもよく、又はピストン頂部に、3つ以上の排気バルブにそれぞれ対応する3つ以上の排気バルブリセスが形成されてもよい。 In FIGS. 1 and 4, as an example, two exhaust valve recesses 4 are formed in the piston top 2, each corresponding to two exhaust valves (not shown). However, the present invention is not limited thereto, and the piston top may be formed with one exhaust valve recess corresponding to one exhaust valve, or the piston top may be formed with three exhaust valve recesses, each corresponding to three or more exhaust valves. The above exhaust valve recess may be formed.
図4に示すように、各排気バルブリセス4は、その底を少なくとも形成する排気底壁41を有する。各排気バルブリセス4は、ピストン頂部2の外周縁2a寄りに位置するこの排気バルブリセス4の排気底壁41の外方部41aからテーパをもって立ち上がる排気外方側壁42を有する。図1及び図4に示すように、排気外方側壁42は、ピストン頂部2上でピストン頂部2の外周縁2aに向かって突出する円弧形状を形成するように延びる。 As shown in FIG. 4, each exhaust valve recess 4 has an exhaust bottom wall 41 forming at least the bottom thereof. Each exhaust valve recess 4 has an exhaust outer side wall 42 that tapers and rises from an outer portion 41a of an exhaust bottom wall 41 of the exhaust valve recess 4 located near the outer peripheral edge 2a of the piston top 2. As shown in FIGS. 1 and 4, the exhaust outer side wall 42 extends on the piston top 2 so as to form an arc shape that projects toward the outer peripheral edge 2a of the piston top 2. As shown in FIGS.
図1、図3及び図4に示すように、ピストン頂部2が複数の吸気バルブリセス3と、複数の排気バルブリセス4とを有すると場合において、かかるピストン頂部2は、複数の吸気バルブリセス3のうち隣り合う吸気バルブリセス3の吸気外方側壁32を連結する吸気連結壁5を有する。ピストン頂部2はまた、複数の排気バルブリセス4のうち隣り合う排気バルブリセス4の排気外方側壁42を連結する排気連結壁6を有する。 As shown in FIGS. 1, 3 and 4, in the case where the piston top 2 has a plurality of intake valve recesses 3 and a plurality of exhaust valve recesses 4, the piston top 2 It has an intake connecting wall 5 that connects the intake outer side walls 32 of the matching intake valve recesses 3. The piston top 2 also has an exhaust connection wall 6 that connects the exhaust outer side walls 42 of adjacent exhaust valve recesses 4 among the plurality of exhaust valve recesses 4 .
「ピストンの詳細について」
図1~図4を参照して、本実施形態に係るピストン1の詳細について説明する。すなわち、ピストン1は詳細には次のようになっているとよい。ピストン1の素材は、アルミニウム合金であるとよい。しかしながら、ピストンの素材はこれに限定されない。例えば、ピストンの素材は、鉄、アルミニウム、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等とすることもできる。
"About the details of the piston"
Details of the piston 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. That is, the details of the piston 1 are preferably as follows. The material of the piston 1 is preferably an aluminum alloy. However, the material of the piston is not limited to this. For example, the material of the piston may be iron, aluminum, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, or the like.
図1及び図2に示すように、ピストン1の外周面は、ピストン軸線1aを略中心とすると共にピストン軸線1aを囲むように略円筒形状に形成される。ピストン1の頂上は、ピストン軸線1aに沿ったピストン軸線方向の一方側(矢印P1により示す)に位置する。ピストン1の底は、ピストン軸線1aに沿ったピストン軸線方向の他方側(矢印P2により示す)に位置する。図2に示すように、ピストン頂部2は、ピストン軸線1aに対して略直交すると共にピストン1の頂上に位置するピストン仮想頂面1bに沿って配置される。特に図示はしないが、ピストン1は、エンジンの気筒内でピストン軸線1aに沿って往復移動する。 As shown in FIGS. 1 and 2, the outer circumferential surface of the piston 1 is formed into a substantially cylindrical shape with the piston axis 1a as the center and surrounding the piston axis 1a. The top of the piston 1 is located on one side (indicated by arrow P1) in the piston axis direction along the piston axis 1a. The bottom of the piston 1 is located on the other side (indicated by arrow P2) in the piston axial direction along the piston axis 1a. As shown in FIG. 2, the piston top 2 is arranged along a virtual piston top surface 1b that is substantially orthogonal to the piston axis 1a and located at the top of the piston 1. Although not particularly illustrated, the piston 1 reciprocates within the cylinder of the engine along the piston axis 1a.
図1に示すように、ピストン頂部2の外周縁2aは略円形状に形成される。吸気及び排気バルブリセス3,4は、互いに対してピストン頂部2の1つの径方向(以下、「リセス対向方向」という)にて対向するように配置される。複数の吸気バルブリセス3は、リセス対向方向にて複数の排気バルブリセス4とそれぞれ対向するように配置されるとよい。 As shown in FIG. 1, the outer peripheral edge 2a of the piston top 2 is formed into a substantially circular shape. The intake and exhaust valve recesses 3 and 4 are arranged to face each other in one radial direction of the piston top 2 (hereinafter referred to as "recess opposing direction"). The plurality of intake valve recesses 3 may be arranged so as to face the plurality of exhaust valve recesses 4, respectively, in the recess opposing direction.
吸気バルブリセス3は、ピストン頂部2の境界線2bに対してリセス対向方向の一方側(矢印Q1により示す)に位置する。排気バルブリセス4は、ピストン頂部2の境界線2bに対してリセス対向方向の他方側(矢印Q2により示す)に位置する。なお、境界線2bは、リセス対向方向に略直交すると共にピストン頂部2の略中心を通る直線として定義する。 The intake valve recess 3 is located on one side (indicated by arrow Q1) of the boundary line 2b of the piston top 2 in a direction facing the recess. The exhaust valve recess 4 is located on the other side (indicated by arrow Q2) of the boundary line 2b of the piston top 2 in the direction in which the recess is opposed. Note that the boundary line 2b is defined as a straight line that is substantially perpendicular to the direction in which the recess faces and passes through the substantially center of the piston top portion 2.
図2に示すように、吸気底壁31は、リセス対向方向にて境界線2bから離れるほどピストン1の底寄りとなるように傾斜する。かかる吸気底壁31は、吸気バルブリセス3の底と、この底に対して境界線2b側でピストン頂部2に連結される壁とを形成する。吸気外方側壁32は、吸気底壁31の外方部31aからピストン頂部2の外周縁2a側に離れるほどピストン1の頂上寄りとなるように傾斜する。ピストン仮想頂面1b対する吸気外方側壁32の傾斜は、ピストン仮想頂面1bに対する吸気底壁31の傾斜よりも大きくなっている。 As shown in FIG. 2, the intake bottom wall 31 is inclined so that the farther it is from the boundary line 2b in the direction facing the recess, the closer it is to the bottom of the piston 1. This intake bottom wall 31 forms the bottom of the intake valve recess 3 and a wall connected to the piston top 2 on the boundary line 2b side with respect to this bottom. The intake outer side wall 32 is inclined so that the farther it is from the outer part 31a of the intake bottom wall 31 toward the outer peripheral edge 2a of the piston top 2, the closer it is to the top of the piston 1. The inclination of the intake outer side wall 32 with respect to the piston virtual top surface 1b is greater than the inclination of the intake bottom wall 31 with respect to the piston virtual top surface 1b.
排気底壁41は、リセス対向方向にて境界線2bから離れるほどピストン1の底寄りとなるように傾斜する。排気底壁41は、排気バルブリセス4の底と、この底に対して境界線2b側でピストン頂部2に連結される壁とを形成する。排気外方側壁42は、排気底壁41の外方部41aからピストン頂部2の外周縁2a側に離れるほどピストン1の頂上寄りとなるように傾斜する。 The exhaust bottom wall 41 is inclined so that the farther it is from the boundary line 2b in the direction facing the recess, the closer it is to the bottom of the piston 1. The exhaust bottom wall 41 forms the bottom of the exhaust valve recess 4 and a wall connected to the piston top 2 on the boundary line 2b side with respect to this bottom. The exhaust outer side wall 42 is inclined so that the farther it is from the outer part 41a of the exhaust bottom wall 41 toward the outer peripheral edge 2a of the piston top 2, the closer it is to the top of the piston 1.
ピストン仮想頂面1b対する排気外方側壁42の傾斜は、ピストン仮想頂面1bに対する排気底壁41の傾斜よりも大きくなっている。ピストン仮想頂面1b対する排気外方側壁42の傾斜はまた、ピストン仮想頂面1b対する吸気外方側壁32の傾斜よりも小さくすることができる。しかしながら、ピストン仮想頂面対する排気外方側壁の傾斜はまた、ピストン仮想頂面対する吸気外方側壁の傾斜と略等しくするか、又はピストン仮想頂面対する吸気外方側壁の傾斜よりも大きくすることもできる。 The slope of the exhaust outer side wall 42 with respect to the piston virtual top surface 1b is greater than the slope of the exhaust bottom wall 41 with respect to the piston virtual top surface 1b. The slope of the exhaust outer side wall 42 with respect to the piston virtual top surface 1b can also be made smaller than the slope of the intake outer side wall 32 with respect to the piston virtual top surface 1b. However, the slope of the exhaust outer sidewall relative to the piston virtual top surface may also be approximately equal to the slope of the intake outer sidewall relative to the piston virtual top surface, or greater than the slope of the intake outer sidewall relative to the piston virtual top surface. You can also do it.
図1及び図3に示すように、吸気連結壁5は、ピストン頂部2上で、隣り合う吸気外方側壁32の延在方向の端間にて略直線状に延びる。吸気連結壁5は、リセス対向方向にて境界線2bから離れるほどピストン1の頂上寄りとなるように傾斜する。特に明確に図示はしないが、ピストン仮想頂面1b対する吸気連結壁5の傾斜は、ピストン仮想頂面1b対する吸気外方側壁32の傾斜よりも小さくなっている。 As shown in FIGS. 1 and 3, the intake connecting wall 5 extends substantially linearly on the piston top 2 between the ends of the adjacent intake outer side walls 32 in the extending direction. The intake connecting wall 5 is inclined so that the farther it is from the boundary line 2b in the direction facing the recess, the closer it is to the top of the piston 1. Although not specifically illustrated, the inclination of the intake connecting wall 5 with respect to the piston virtual top surface 1b is smaller than the inclination of the intake outer side wall 32 with respect to the piston virtual top surface 1b.
図1及び図4に示すように、排気連結壁6は、ピストン頂部2上で、隣り合う排気外方側壁42の延在方向の端間にて略直線状に延びる。排気連結壁6は、リセス対向方向にて境界線2bから離れるほどピストン1の頂上寄りとなるように傾斜する。特に明確に図示はしないが、ピストン仮想頂面1b対する排気連結壁6の傾斜は、ピストン仮想頂面1b対する排気外方側壁42の傾斜よりも小さくなっている。 As shown in FIGS. 1 and 4, the exhaust connection wall 6 extends substantially linearly on the piston top 2 between the ends of the adjacent exhaust outer side walls 42 in the extending direction. The exhaust connection wall 6 is inclined so that the farther it is from the boundary line 2b in the direction facing the recess, the closer it is to the top of the piston 1. Although not specifically illustrated, the slope of the exhaust connection wall 6 with respect to the piston virtual top surface 1b is smaller than the slope of the exhaust outer side wall 42 with respect to the piston virtual top surface 1b.
「金型について」
図2及び図5~図8を参照して、本実施形態に係るピストン1の製造にて用いられる金型101について説明する。金型101の素材は、SKD61相当材となっている。しかしながら、金型の素材はこれに限定されない。例えば、金型の素材は、調質鋼とすることができる。金型の素材は、SC材、SCМ材、SUS系等とすることもできる。
"About the mold"
The mold 101 used in manufacturing the piston 1 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 5 to 8. The material of the mold 101 is a material equivalent to SKD61. However, the material of the mold is not limited to this. For example, the material of the mold can be tempered steel. The material of the mold may be SC material, SCМ material, SUS material, etc.
図2及び図5~図7を参照すると、金型101は、ピストン頂部2に対応するピストン頂部領域102を有する。ピストン頂部領域102は、吸気バルブリセス3に対応する吸気バルブリセス領域103を有する。吸気バルブリセス領域103は、吸気底壁31に対応する吸気底壁領域131を有する。吸気バルブリセス領域103はまた、吸気外方側壁32に対応する吸気外方側壁領域132を有する。 Referring to FIGS. 2 and 5 to 7, the mold 101 has a piston top region 102 that corresponds to the piston top 2. As shown in FIGS. The piston top region 102 has an intake valve recess region 103 corresponding to the intake valve recess 3 . The intake valve recess region 103 has an intake bottom wall region 131 corresponding to the intake bottom wall 31 . Intake valve recess region 103 also has an intake outer sidewall region 132 that corresponds to intake outer sidewall 32 .
金型101は、排気バルブリセス4に対応する排気バルブリセス領域104を有する。排気バルブリセス領域104は、排気底壁41に対応する排気底壁領域141を有する。排気バルブリセス領域104はまた、排気外方側壁42に対応する排気外方側壁領域142を有する。 The mold 101 has an exhaust valve recess area 104 corresponding to the exhaust valve recess 4 . The exhaust valve recess region 104 has an exhaust bottom wall region 141 that corresponds to the exhaust bottom wall 41 . Exhaust valve recess region 104 also has an exhaust outer sidewall region 142 that corresponds to exhaust outer sidewall 42 .
金型101は、吸気連結壁5に対応する吸気連結壁領域105を有する。金型101は、排気連結壁6に対応する排気連結壁領域106を有する。 The mold 101 has an intake connecting wall region 105 corresponding to the intake connecting wall 5 . The mold 101 has an exhaust connection wall region 106 corresponding to the exhaust connection wall 6 .
このような金型101のピストン頂部領域102には、部分的又は全体的にショットピーニング処理が施される。そのため、金型101は、このようなショットピーニング処理を施した処理領域を有する。処理領域の表面粗さは、約Rzjis20μm~50μmであるとよい。しかしながら、処理領域の表面粗さは、これに限定されない。そして、処理領域に対応するピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面は、このような処理領域の表面粗さに応じた表面粗さを有するように形成されることとなる。かかるピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面の表面粗さは約Ra4μm以下であるとよい。特に、表面粗さを約Ra4μm以下とする処理表面は、表面粗さを約Rzjis20μm~50μmとする処理領域を転写することによってもたらされるとよい。しかしながら、処理表面の表面粗さは、これに限定されない。 The piston top region 102 of such a mold 101 is partially or entirely subjected to shot peening treatment. Therefore, the mold 101 has a treatment area subjected to such shot peening treatment. The surface roughness of the treated area is preferably approximately Rzjis 20 μm to 50 μm. However, the surface roughness of the treated area is not limited to this. The treated surface of the piston 1, particularly the piston top 2, corresponding to the treated area is formed to have a surface roughness corresponding to the surface roughness of the treated area. The surface roughness of the treated surface of the piston 1, particularly the piston top 2, is preferably about Ra 4 μm or less. In particular, a treated surface with a surface roughness of about Ra 4 μm or less may be produced by transferring a treated area with a surface roughness of about Rzjis 20 μm to 50 μm. However, the surface roughness of the treated surface is not limited to this.
図6及び図7を参照すると、処理領域は、吸気外方側壁32の延在方向の中間部32aに対応する吸気外方側壁領域132の延在方向の中間区域132aとすることができる。この場合、吸気外方側壁32の中間部32aは、吸気外方側壁領域132の中間区域132aを転写した処理表面を有することとなる。 Referring to FIGS. 6 and 7, the treatment region may be an intermediate section 132a of the outer intake sidewall region 132 corresponding to an intermediate section 32a of the outer intake sidewall 32 in the extension direction. In this case, the intermediate portion 32a of the outer intake sidewall 32 will have a treated surface that is a transfer of the intermediate section 132a of the outer intake sidewall region 132.
処理領域は、吸気及び排気外方側壁32,42の延在方向の中間部32a,42aにそれぞれ対応する吸気及び排気外方側壁領域132,142の延在方向の中間区域132a,142aとすることができる。この場合、吸気及び排気外方側壁32,42の中間部32a,42aが、吸気及び排気外方側壁領域132,142の中間区域132a,142aを転写した処理表面を有することとなる。 The processing regions are intermediate sections 132a and 142a in the extending direction of the intake and exhaust outer sidewall regions 132 and 142, respectively, corresponding to intermediate portions 32a and 42a in the extending direction of the intake and exhaust outer sidewalls 32 and 42. I can do it. In this case, the intermediate portions 32a, 42a of the outer intake and exhaust sidewalls 32, 42 will have a treated surface that is a transfer of the intermediate section 132a, 142a of the outer intake and exhaust sidewall regions 132, 142.
処理領域は、吸気及び排気外方側壁領域132,142の全体とすることができる。この場合、吸気及び排気外方側壁32,42の全体が、吸気及び排気外方側壁領域132,142の全体を転写した処理表面を有することとなる。 The treatment area may be the entire intake and exhaust outer sidewall areas 132, 142. In this case, the entire intake and exhaust outer sidewalls 32, 42 will have a treated surface that is a transfer of the entire intake and exhaust outer sidewall regions 132, 142.
処理領域は、吸気及び排気外方側壁領域132,142の全体、並びに吸気及び排気連結壁領域105,106とすることができる。この場合、吸気及び排気外方側壁32,42の全体、並び吸気及び排気連結壁5,6が、吸気及び排気外方側壁領域132,142の全体、並びに吸気及び排気連結壁領域105,106を転写した処理表面を有することとなる。 The treatment area may be the entire intake and exhaust outer sidewall areas 132, 142 and the intake and exhaust connecting wall areas 105, 106. In this case, the entire intake and exhaust outer side walls 32, 42 and the intake and exhaust connecting walls 5, 6 cover the entire intake and exhaust outer side wall regions 132, 142 and the intake and exhaust connecting wall regions 105, 106. It will have a transferred treated surface.
処理領域は、吸気及び排気バルブリセス領域103,104、並びに吸気及び排気連結壁領域105,106とすることができる。この場合、吸気及び排気バルブリセス3,4、並びに吸気及び排気連結壁5,6が、吸気及び排気バルブリセス領域103,104、並びに吸気及び排気連結壁領域105,106を転写した処理表面を有することとなる。 The treatment areas may be intake and exhaust valve recess areas 103, 104 and intake and exhaust connection wall areas 105, 106. In this case, the intake and exhaust valve recesses 3, 4 and the intake and exhaust connection walls 5, 6 have a treated surface onto which the intake and exhaust valve recess areas 103, 104 and the intake and exhaust connection wall areas 105, 106 are transferred. Become.
処理領域は、ピストン頂部領域102とすることができる。この場合、ピストン頂部2が、ピストン頂部領域102を転写した処理表面を有することとなる。 The treatment area may be the piston top area 102. In this case, the piston top 2 will have a treated surface onto which the piston top region 102 has been transferred.
「ピストンの製造方法について」
図8を参照して、本実施形態に係るピストン1の製造方法について説明する。すなわち、上記金型101を用いたピストン1の製造方法は次のとおりである。上記金型101の処理領域にショットピーニング処理を施す(粗面化処理工程S1)。金型101を用いたアルミニウム合金の鋳造によってピストン頂部2を形作る(鋳造工程S2)。
"About the piston manufacturing method"
With reference to FIG. 8, a method for manufacturing the piston 1 according to this embodiment will be described. That is, the method for manufacturing the piston 1 using the mold 101 is as follows. Shot peening treatment is performed on the treatment area of the mold 101 (surface roughening treatment step S1). Piston top 2 is formed by casting aluminum alloy using mold 101 (casting step S2).
鋳造工程S2は、具体的には次のとおりである。金型101にアルミニウム合金の溶湯を流し込む。溶湯を、ピストン頂部領域102の全体に流し込むように金型101に充填する。ピストン頂部2の形状が定まるように溶湯が冷却固化されるまで、溶湯を充填した金型101を一定時間置く。その後、形作られたピストン1を金型101から取り出す。 Specifically, the casting process S2 is as follows. Molten aluminum alloy is poured into a mold 101. The mold 101 is filled with molten metal so as to fill the entire piston top region 102. The mold 101 filled with the molten metal is left in place for a certain period of time until the molten metal is cooled and solidified so that the shape of the piston top 2 is determined. Thereafter, the shaped piston 1 is taken out from the mold 101.
さらに、粗面化処理工程S1の後かつ鋳造工程S2の前に、金型101の処理領域に対して、摩耗を抑制するための表面処理を施してもよい(表面処理工程)。例えば、表面処理は、溶融塩による炭化処理、CVD(Chemical Vapor Deposition)、PVD(Physical Vapor Deposition)、DLC(Diamond-Like Carbon)コーティング等とすることができる。かかる表面処理によって、アルミニウム合金等のようにピストン1の素材に基づく物質が、離型し難い金型101の部分に移着することを抑制できる。その結果、金型101の研掃、再処理等の頻度を低減できる。 Further, after the surface roughening treatment step S1 and before the casting step S2, a surface treatment for suppressing wear may be performed on the treatment region of the mold 101 (surface treatment step). For example, the surface treatment can be carbonization treatment using molten salt, CVD (Chemical Vapor Deposition), PVD (Physical Vapor Deposition), DLC (Diamond-Like Carbon) coating, or the like. Such surface treatment can prevent substances based on the material of the piston 1, such as aluminum alloy, from adhering to parts of the mold 101 that are difficult to release. As a result, the frequency of cleaning, reprocessing, etc. of the mold 101 can be reduced.
以上、本実施形態に係るピストン1の製造方法においては、金型101のピストン頂部領域102に、部分的又は全体的にショットピーニング処理が施され、金型101が、ショットピーニング処理を施した処理領域を有する。また、本実施形態に係るピストン1においては、ピストン頂部2の表面が、ショットピーニング処理を部分的又は全体的に施したピストン頂部領域102を転写した処理表面となっている。そのため、金型101を用いて連続して鋳造を繰り返した場合であっても、金型101の処理領域において、従来のように金型の塗型層が剥がれることがない。そのため、金型101の変形を防ぐことができて、その結果、製造されるピストン1の形状バラツキを抑制できる。 As described above, in the method for manufacturing the piston 1 according to the present embodiment, the piston top region 102 of the mold 101 is partially or entirely subjected to shot peening treatment, and the mold 101 undergoes the shot peening treatment. Has an area. Furthermore, in the piston 1 according to the present embodiment, the surface of the piston top 2 is a treated surface onto which the piston top region 102 partially or entirely shot peened is transferred. Therefore, even when casting is continuously repeated using the mold 101, the coating layer of the mold does not peel off in the processing area of the mold 101, unlike in the conventional case. Therefore, deformation of the mold 101 can be prevented, and as a result, variations in the shape of the piston 1 manufactured can be suppressed.
ここで、本発明者は、従来のように金型の表面に塗型剤が塗布される場合における塗型層の剥離原理について、次のような新たな知見に辿り着いている。一般的に、ピストン頂部には凹部分が形成され、金型の表面には、ピストン頂部の凹部分に対応する凸部分が形成される。特に、ピストン頂部における凹部分の底壁から立ち上がる側壁は抜き勾配等をもたらすために傾斜し、この側壁に対応する金型における凸部分の側壁もまた傾斜する。そして、このような金型の凸部分の側壁面における傾斜が増加するほど、金型の凸部分の側壁に塗型剤を塗布することが難しくなる。その結果、金型の凸部分の側壁における塗型層が、金型の他の部分における塗型層よりも薄くなるおそれがある。また、塗型層の厚さを一定にすることが難しくなり、塗型層の厚さが不均一になるおそれがある。 Here, the present inventor has arrived at the following new knowledge regarding the principle of peeling of the mold coating layer when a mold coating agent is applied to the surface of a mold as in the past. Generally, a concave portion is formed at the top of the piston, and a convex portion corresponding to the concave portion at the top of the piston is formed on the surface of the mold. In particular, the side wall rising from the bottom wall of the concave portion at the top of the piston is sloped to provide a draft angle, etc., and the corresponding side wall of the convex portion of the mold is also sloped. As the inclination of the side wall surface of the convex portion of the mold increases, it becomes more difficult to apply a mold coating agent to the side wall of the convex portion of the mold. As a result, the coating layer on the side wall of the convex portion of the mold may be thinner than the coating layer on other portions of the mold. Moreover, it becomes difficult to make the thickness of the mold layer constant, and there is a possibility that the thickness of the mold layer becomes non-uniform.
この場合、凸部分の側壁においては、塗型層の断熱性能が低下して、凸部分の側壁の温度が他の部分の温度よりも上昇し易くなる。特に、金型の凸部分における溶湯との接触面積は、金型の他の部分における溶湯との接触面積よりも大きいので、凸部分の温度は他の部分の温度よりも高くなり易い。このような金型を用いて連続して鋳造を繰り返した場合、金型の凸部分の側壁及び塗型層間における密着性が低下し、この密着性の低下に起因して、金型の凸部分の側壁における塗型層が剥がれ易くなる。また、上述のような金型の凸部分の側壁における薄い塗型層、不均一な厚さを有する塗型層等においては、アンダーカットが生じるおそれがあり、かかるアンダーカットによって、ピストンの離型時に塗型層を剥がすような抵抗が掛かるおそれがある。 In this case, the heat insulating performance of the coating layer decreases on the sidewalls of the convex portions, and the temperature of the sidewalls of the convex portions rises more easily than the temperature of other portions. In particular, since the contact area with the molten metal in the convex part of the mold is larger than the contact area with the molten metal in other parts of the mold, the temperature of the convex part tends to be higher than the temperature of other parts. When casting is repeated continuously using such a mold, the adhesion between the side wall of the convex part of the mold and the coating layer decreases, and due to this decrease in adhesion, the convex part of the mold The coating layer on the side wall of the mold is likely to peel off. In addition, undercuts may occur in thin coating layers on the side walls of the convex portions of the mold, coating layers with uneven thickness, etc., and such undercuts may cause the piston to release from the mold. At times, there is a risk that resistance may occur that may cause the coating layer to peel off.
そして、上述のような外形を有するピストン1、特に、ピストン頂部2内の傾斜を比較すると、次のようになる。ピストン頂部2における吸気及び排気外方側壁32,42の傾斜、並びに吸気及び排気連結壁5,6の傾斜は、ピストン頂部2における他の部分の傾斜よりも大きくなる。吸気及び排気外方側壁32,42の傾斜は、ピストン頂部2における他の部分の傾斜よりも大きくなる。吸気及び排気外方側壁32,42における延在方向の中間部32a,42aの傾斜は、ピストン頂部2における他の部分の傾斜よりも大きくなる。吸気外方側壁32における延在方向の中間部32aの傾斜は、ピストン頂部2における他の部分の傾斜よりも大きくなる。 A comparison of the piston 1 having the above-mentioned external shape, particularly the inclination within the piston top 2, is as follows. The inclinations of the intake and exhaust outer side walls 32, 42 and the inclinations of the intake and exhaust connection walls 5, 6 at the piston top 2 are greater than the inclinations of other parts of the piston top 2. The inclination of the intake and exhaust outer side walls 32, 42 is greater than the inclination of other parts of the piston top 2. The inclination of the intermediate portions 32a, 42a of the intake and exhaust outer side walls 32, 42 in the extending direction is greater than the inclination of other portions of the piston top 2. The inclination of the intermediate portion 32a of the intake outer side wall 32 in the extending direction is greater than the inclination of other portions of the piston top portion 2.
これらの傾斜比較のいずれかに基づいて、ピストン頂部2の大傾斜部分を、ピストン頂部2の他の部分よりも大きな傾斜を有する部分として定義した場合において、ピストン頂部2に塗型剤を塗布すると、塗型剤により形成される大傾斜部分の塗型層は、他の部分の塗型層よりも剥がれ易くなる。 Based on any of these slope comparisons, when the large slope part of the piston top 2 is defined as a part having a larger slope than other parts of the piston top 2, when a coating agent is applied to the piston top 2, The mold layer formed by the mold coating agent in the large slope portion peels off more easily than the mold layer in other portions.
これに対して、本実施形態に係る製造方法においては、ピストン頂部2の大傾斜部分に、塗型剤を塗布する代わりに、ショットピーニング処理を施す。また、本実施形態に係るピストン1においては、ピストン頂部2の大傾斜部分の表面が、ショットピーニング処理を施したピストン頂部領域102を転写した処理表面となっている。そのため、金型を用いて連続して鋳造を繰り返した場合であっても、従来のような金型の塗型層の剥がれに起因して金型の形状が変化するのを防ぐことができて、金型の形状変化に起因するピストン1の形状バラツキを抑制できる。 On the other hand, in the manufacturing method according to the present embodiment, shot peening treatment is performed on the large slope portion of the piston top 2 instead of applying a mold coating agent. Further, in the piston 1 according to the present embodiment, the surface of the large slope portion of the piston top 2 is a treated surface that is a transfer of the piston top region 102 that has been subjected to shot peening treatment. Therefore, even when casting is repeated continuously using a mold, it is possible to prevent the shape of the mold from changing due to peeling of the coating layer of the mold as in the past. , it is possible to suppress variations in the shape of the piston 1 due to changes in the shape of the mold.
また、一般的に、金型の領域に塗型剤を塗布しない場合においては、金型の領域の粗さに起因する凹凸によって断熱層が形成される。そのため、金型の領域の表面粗さが小さ過ぎると、この断熱層が十分に形成されず、その結果、鋳造時における湯廻り不良が発生するおそれがある。これに対して、本実施形態に係る製造方法においては、金型101の処理領域の表面粗さを約Rzjis20μm以上とするので、断熱層を十分に形成することができ、その結果、鋳造時における湯廻り不良の発生を防止できる。 Further, in general, when a mold coating agent is not applied to the region of the mold, a heat insulating layer is formed by unevenness caused by the roughness of the region of the mold. Therefore, if the surface roughness of the mold region is too small, this heat insulating layer will not be sufficiently formed, and as a result, there is a risk that poor flow of the metal will occur during casting. On the other hand, in the manufacturing method according to the present embodiment, the surface roughness of the processing area of the mold 101 is set to approximately Rzjis 20 μm or more, so that a sufficient heat insulating layer can be formed, and as a result, the It is possible to prevent the occurrence of poor water circulation.
さらに、一般的に、金型を用いて連続して鋳造を繰り返した場合、金型の領域の表面粗さが悪化し、その結果、ピストンの鋳肌面の表面粗さが悪化するおそれある。これに対して、本実施形態に係る製造方法においては、金型101の処理領域の表面粗さを約Rzjis50μm以下とするので、金型101を用いて連続して鋳造を繰り返した場合であっても、ピストン1の鋳肌面の表面粗さを悪化させるように金型101の処理領域の表面粗さが悪化することを防ぐことができる。 Furthermore, generally, when casting is repeated continuously using a mold, the surface roughness of the region of the mold deteriorates, and as a result, the surface roughness of the casting surface of the piston may deteriorate. On the other hand, in the manufacturing method according to the present embodiment, the surface roughness of the processing area of the mold 101 is set to approximately Rzjis 50 μm or less, so even if casting is repeated continuously using the mold 101, Also, it is possible to prevent the surface roughness of the treated area of the mold 101 from deteriorating as the surface roughness of the casting surface of the piston 1 would deteriorate.
加えて、本実施形態に係るピストン1においては、ピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面の表面粗さを約Ra4μm以下とすることができる。そのため、かかるピストン1のための金型101を用いて連続して鋳造のショットを繰り返した場合であっても、金型101の劣化を防いで、これによって、ピストン1の形状バラツキを小さな範囲に抑えることができる。特に、従来のように金型の表面に塗型層を形成する場合、かかる金型を用いて鋳造されたピストンの表面粗さを約Ra4μm以下とすることが困難であったが、これに対して、本実施形態に係るピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面の表面粗さは約Ra4μm以下とすることができ、その結果、本実施形態に係るピストン1の形状バラツキを、従来よりも小さな範囲に抑えることができる。 In addition, in the piston 1 according to the present embodiment, the surface roughness of the treated surface of the piston 1, particularly the piston top 2, can be set to about Ra 4 μm or less. Therefore, even when casting shots are continuously repeated using the mold 101 for the piston 1, deterioration of the mold 101 is prevented, and thereby the shape variation of the piston 1 is reduced to a small range. It can be suppressed. In particular, when forming a coating layer on the surface of a mold as in the past, it was difficult to reduce the surface roughness of a piston cast using such a mold to approximately Ra4μm or less; Therefore, the surface roughness of the treated surface of the piston 1 according to the present embodiment, particularly the piston top 2, can be set to about Ra4 μm or less, and as a result, the shape variation of the piston 1 according to the present embodiment can be reduced more than before. It can be kept within a small range.
なお、ピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面の表面粗さは、ショットピーニング処理を施した金型の表面を転写することによって得ることができる限界値以上であるものと定義することができる。また、ピストン1、特に、ピストン頂部2の処理表面の表面粗さは、約0(ゼロ)よりも大きいものと定義することもできる。 Note that the surface roughness of the treated surface of the piston 1, particularly the piston top 2, can be defined as being at least a limit value that can be obtained by transferring the surface of a mold that has been subjected to shot peening treatment. . The surface roughness of the treated surface of the piston 1, particularly the piston top 2, can also be defined as being greater than about 0 (zero).
ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described so far, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention can be modified and changed based on the technical idea thereof.
「実施例」
実施例について説明する。実施例においては、上記実施形態に係る金型101を用いて、上記実施形態に係るピストン1を製造した。具体的には、金型101を用いピストン1の鋳造を4500ショット実施した場合であっても、ピストン1のピストン頂部2において、2つの吸気バルブリセス3及び2つの排気バルブリセス4のそれぞれにおける処理表面の表面粗さを約Ra4μm以下に維持することを目標として、金型101のピストン頂部領域102において、2つの吸気バルブリセス領域103及び2つの排気バルブリセス領域104にショットピーニング処理を施した。かかる金型101を用いて4500ショットの鋳造を実施し、これによって、4500個のピストン1を製造した。
"Example"
An example will be explained. In the example, the piston 1 according to the above embodiment was manufactured using the mold 101 according to the above embodiment. Specifically, even when casting the piston 1 using the mold 101 for 4,500 shots, the treated surface of each of the two intake valve recesses 3 and the two exhaust valve recesses 4 in the piston top 2 of the piston 1 is Shot peening treatment was performed on the two intake valve recess regions 103 and the two exhaust valve recess regions 104 in the piston top region 102 of the mold 101 with the aim of maintaining the surface roughness at about Ra 4 μm or less. 4500 shots of casting were performed using such a mold 101, thereby manufacturing 4500 pistons 1.
このような実施例において、4500ショット目の鋳造によって得られたピストン1のピストン頂部2にて、2つの吸気バルブリセス3及び2つの排気バルブリセス4のそれぞれにおける処理表面の表面粗さを測定した。なお、以下においては、2つの吸気バルブリセス3の一方を「測定部位1」と呼び、2つの吸気バルブリセス3の他方を「測定部位2」と呼び、2つの排気バルブリセス4の一方を「測定部位3」と呼び、かつ2つの排気バルブリセス4の他方を「測定部位4」と呼ぶ。かかる表面粗さの測定条件について、測定は、「JIS B 0633:2001」に基づいて実施された。表面粗さの測定におけるさらなる条件について、測定に用いる触針の先端のラウンド(R)を2μmとし、触針の送り速さを0.5mm/secとし、カットオフ値λcを0.8mmとし、かつ測定長さを2.5mmとした。 In such an example, the surface roughness of the treated surface in each of the two intake valve recesses 3 and the two exhaust valve recesses 4 was measured on the piston top 2 of the piston 1 obtained by casting the 4500th shot. Note that in the following, one of the two intake valve recesses 3 will be referred to as "measurement site 1", the other of the two intake valve recesses 3 will be referred to as "measurement site 2", and one of the two exhaust valve recesses 4 will be referred to as "measurement site 3". ", and the other of the two exhaust valve recesses 4 is called the "measurement site 4." Regarding the measurement conditions of the surface roughness, the measurement was carried out based on "JIS B 0633:2001". Regarding further conditions in the measurement of surface roughness, the round (R) of the tip of the stylus used for measurement is 2 μm, the feeding speed of the stylus is 0.5 mm/sec, the cutoff value λc is 0.8 mm, And the measurement length was 2.5 mm.
さらに、実施例において、500、1000、1500、2000、及び2500ショット目の鋳造によって得られたピストン1のピストン頂部2の燃焼室容積を、レーザー測定機によって測定し、燃焼室容積の設計値に対するこれらの燃焼室容積の測定値の比率(以下、必要に応じて「燃焼室容積のバラツキ率」という)を算出した。 Furthermore, in the example, the combustion chamber volume of the piston top 2 of the piston 1 obtained by casting the 500th, 1000th, 1500th, 2000th, and 2500th shot was measured using a laser measuring machine, and the combustion chamber volume was compared to the design value of the combustion chamber volume. The ratio of these combustion chamber volume measurements (hereinafter referred to as "combustion chamber volume variation rate" as necessary) was calculated.
「比較例」
比較例について説明する。比較例においては、従来の金型を用いてピストンを製造した。具体的には、従来のように、金型のピストン頂部領域において、2つの吸気バルブリセス領域及び2つの排気バルブリセス領域に塗型層を形成した。かかる金型を用いて4500ショットの鋳造を実施し、これによって、4500個のピストンを製造した。
"Comparative example"
A comparative example will be explained. In a comparative example, a piston was manufactured using a conventional mold. Specifically, as in the prior art, mold coating layers were formed in two intake valve recess areas and two exhaust valve recess areas in the piston top area of the mold. Using this mold, 4500 shots were cast, thereby manufacturing 4500 pistons.
このような比較例において、100ショット目の鋳造によって得られたピストンのピストン頂部にて、2つの吸気バルブリセス及び2つの排気バルブリセスのそれぞれにおける処理表面の表面粗さを測定した。なお、比較例1においても、実施例1と同様に「測定部位1」~「測定部位4」の呼称を用いる。また、比較例1の表面粗さの測定条件は、実施例1の表面粗さの測定条件と同じである。 In such a comparative example, the surface roughness of the treated surface in each of the two intake valve recesses and the two exhaust valve recesses was measured at the top of the piston obtained by casting the 100th shot. Note that in Comparative Example 1 as well, the names "measurement site 1" to "measurement site 4" are used as in Example 1. Furthermore, the conditions for measuring surface roughness in Comparative Example 1 are the same as those for measuring surface roughness in Example 1.
さらに、比較例において、500、1000、1500、2000、及び2500ショット目の鋳造によって得られたピストンのピストン頂部の燃焼室容積を、レーザー測定機によって測定し、燃焼室容積の設計値に対するこれらの燃焼室容積の測定値の比率、すなわち、燃焼室容積のバラツキ率を算出した。 Furthermore, in a comparative example, the combustion chamber volume at the top of the piston of the piston obtained by casting the 500th, 1000th, 1500th, 2000th, and 2500th shot was measured using a laser measuring machine, and these values were compared to the design value of the combustion chamber volume. The ratio of the measured values of the combustion chamber volume, that is, the variation rate of the combustion chamber volume was calculated.
このような実施例及び比較例の表面粗さの測定結果は、図9のグラフに示すようになった。なお、図9のグラフにおいて、縦軸Raは表面粗さの測定値(μm)を示し、かつ横軸のM1、M2、M3、及びM4は、それぞれ、測定部位1、2、3、及び4を示す。 The measurement results of the surface roughness of such Examples and Comparative Examples are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 9, the vertical axis Ra indicates the measured value of surface roughness (μm), and the horizontal axis M1, M2, M3, and M4 indicate the measurement sites 1, 2, 3, and 4, respectively. shows.
図9のグラフにおいて斜線によりハッチングされた棒要素を用いて示すように、実施例の測定部位1、2、3、及び4における表面粗さの測定値は、それぞれ、Ra2.452μm、Ra2.386μm、Ra3.503μm、及びRa3.137μmであった。これに対して、図9のグラフにおいて白抜きの棒要素を用いて示すように、比較例の測定部位1、2、3、及び4における表面粗さの測定値は、それぞれ、Ra5.989μm、Ra4.620μm、Ra5.567μm、及びRa4.543μmであった。そのため、比較例においては、測定部位1~4の表面粗さを4μm以下に維持することが困難であることが確認でき、その一方で、ピストン1の表面粗さを4μm以下に維持するためには、実施例のように、ショットピーニング処理を施した金型101を用いることが有効であることが確認できた。 As shown using diagonally hatched bar elements in the graph of FIG. 9, the measured values of surface roughness at measurement sites 1, 2, 3, and 4 in the example are Ra2.452 μm and Ra2.386 μm, respectively. , Ra 3.503 μm, and Ra 3.137 μm. On the other hand, as shown by the white bar elements in the graph of FIG. They were Ra4.620μm, Ra5.567μm, and Ra4.543μm. Therefore, in the comparative example, it was confirmed that it was difficult to maintain the surface roughness of the measurement parts 1 to 4 at 4 μm or less, and on the other hand, it was difficult to maintain the surface roughness of the piston 1 at 4 μm or less. It was confirmed that it is effective to use the mold 101 subjected to shot peening treatment as in the example.
次に、実施例及び比較例の表面粗さの測定結果は、図10(a)及び図10(b)のグラフに示すようになった。なお、図10(a)及び図10(b)のグラフにおいて、縦軸Yは、燃焼室容積のバラツキ率を示し、かつ横軸Xは、金型を用いた鋳造のショット数を表す。 Next, the measurement results of the surface roughness of Examples and Comparative Examples are shown in the graphs of FIGS. 10(a) and 10(b). In the graphs of FIGS. 10(a) and 10(b), the vertical axis Y represents the variation rate of the combustion chamber volume, and the horizontal axis X represents the number of casting shots using the mold.
図10(a)のグラフにおいて実線L1によって示すように、実施例において、金型101を用いて2500ショットの鋳造を実施した場合であっても、このような鋳造によって得られたピストン1の燃焼室容積のバラツキ率は、0.995~1.005の範囲内にあった。これに対して、図10(b)のグラフにおいて実線L2によって示すように、比較例において、金型を用いて2500ショットの鋳造を実施した場合、このような鋳造によって得られたピストンの燃焼室容積のバラツキ率は、0.990~1.010の範囲内にあった。よって、ショットピーニング処理を施した金型を用いて鋳造されるピストンの形状バラツキが、従来のように塗型層を形成した金型を用いて鋳造されるピストンの形状バラツキよりも小さくできることが確認できた。 As shown by the solid line L1 in the graph of FIG. 10(a), even when 2,500 shots of casting were performed using the mold 101 in the example, the combustion of the piston 1 obtained by such casting The chamber volume variation rate was within the range of 0.995 to 1.005. On the other hand, as shown by the solid line L2 in the graph of FIG. The volume variation rate was within the range of 0.990 to 1.010. Therefore, it has been confirmed that the shape variation of pistons cast using shot peened molds can be smaller than that of pistons cast using conventional molds with a coating layer formed. did it.
1…ピストン
2…ピストン頂部、2a…外周縁
3…吸気バルブリセス、31…吸気底壁、31a…外方部、32…吸気外方側壁、32a…中間部
4…排気バルブリセス、41…排気底壁、41a…外方部、42…排気外方側壁、42a…中間部
5…吸気連結壁
6…排気連結壁
101…金型
S1…粗面化処理工程
S2…鋳造工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Piston 2... Piston top, 2a... Outer periphery 3... Intake valve recess, 31... Intake bottom wall, 31a... Outer part, 32... Intake outer side wall, 32a... Intermediate part 4... Exhaust valve recess, 41... Exhaust bottom wall , 41a...Outer part, 42...Exhaust outer side wall, 42a...Intermediate part 5...Intake connecting wall 6...Exhaust connecting wall 101...Mold S1...Roughening treatment process S2...Casting process
Claims (10)
前記吸気外方側壁の延在方向の中間部に対応する前記金型の領域にショットピーニング処理を施す粗面化処理工程と、
前記金型を用いた鋳造によって前記ピストン頂部を形作る鋳造工程と
を含む内燃機関用ピストンの製造方法。 A method for manufacturing a piston for an internal combustion engine, comprising manufacturing a piston for an internal combustion engine by casting using a metal mold, wherein the piston for an internal combustion engine has a piston top portion forming an intake valve recess, and the intake valve recess has a bottom portion thereof. an air intake bottom wall forming at least an outer peripheral edge of the piston top, and an arc that tapers up from an outer part of the intake bottom wall located near the outer peripheral edge of the piston top, and projects above the piston top toward the outer peripheral edge of the piston top. In a method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, the piston has an intake outer side wall extending to form a shape.
a surface roughening treatment step of performing shot peening treatment on a region of the mold corresponding to an intermediate portion in the extending direction of the intake outer side wall;
A method of manufacturing a piston for an internal combustion engine, comprising: a casting step of forming the top of the piston by casting using the mold.
前記粗面化処理工程にて、前記排気外方側壁の延在方向の中間部に対応する前記金型の領域にショットピーニング処理を施す請求項1に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 An exhaust valve recess is further formed in the piston top, and the exhaust valve recess tapers from an exhaust bottom wall forming at least the bottom thereof and an outer portion of the exhaust bottom wall located near the outer peripheral edge of the piston top. an exhaust outer side wall that rises and extends above the piston top so as to form an arcuate shape protruding toward the outer peripheral edge of the piston top;
2. The method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 1, wherein, in the surface roughening treatment step, a shot peening treatment is performed on a region of the mold corresponding to an intermediate portion in the extending direction of the exhaust outer side wall.
前記ピストン頂部が、前記複数の吸気バルブリセスのうち隣り合う吸気バルブリセスの吸気外方側壁を連結する吸気連結壁と、前記複数の排気バルブリセスのうち隣り合う排気バルブリセスの排気外方側壁を連結する排気連結壁とを有し、
前記粗面化処理工程にて、前記吸気及び排気連結壁に対応する前記金型の領域にショットピーニング処理を施す請求項2又は3に記載の内燃機関用ピストンの製造方法。 the piston top has a plurality of the intake valve recesses and a plurality of the exhaust valve recesses;
The piston top portion includes an intake connection wall that connects the intake outer side walls of adjacent intake valve recesses among the plurality of intake valve recesses, and an exhaust connection wall that connects the exhaust outer side walls of adjacent exhaust valve recesses among the plurality of exhaust valve recesses. having a wall;
4. The method for manufacturing a piston for an internal combustion engine according to claim 2, wherein in the surface roughening treatment step, a shot peening treatment is performed on a region of the mold corresponding to the intake and exhaust connection walls.
吸気バルブリセスを形成したピストン頂部を備え、
前記吸気バルブリセスが、その底を少なくとも形成する吸気底壁と、前記ピストン頂部の外周縁寄りに位置する前記吸気底壁の外方部からテーパをもって立ち上がり、かつ前記ピストン頂部上で前記ピストン頂部の外周縁に向かって突出する円弧形状を形成するように延びる吸気外方側壁とを有する、内燃機関用ピストンにおいて、
前記吸気外方側壁の延在方向の中間部における前記金属合金の表面の表面粗さが、Ra4μm以下となっている、内燃機関用ピストン。 A piston for an internal combustion engine formed by casting a metal alloy using a mold,
Equipped with a piston top that forms an intake valve recess,
The intake valve recess tapers up from an intake bottom wall that forms at least the bottom of the intake valve recess and an outer part of the intake bottom wall that is located near the outer periphery of the piston top, and extends above the piston top from the outside of the piston top. A piston for an internal combustion engine, the piston having an intake outer side wall extending to form an arcuate shape protruding toward the periphery,
A piston for an internal combustion engine, wherein a surface roughness of a surface of the metal alloy at an intermediate portion in an extending direction of the intake outer side wall is Ra of 4 μm or less.
前記排気バルブリセスが、その底を少なくとも形成する排気底壁と、前記ピストン頂部の外周縁寄りに位置する前記排気底壁の外方部からテーパをもって立ち上がり、かつ前記ピストン頂部上で前記ピストン頂部の外周縁に向かって突出する円弧形状を形成するように延びる排気外方側壁とを有し、
前記排気外方側壁の延在方向の中間部における前記金属合金の表面の表面粗さが、Ra4μm以下となっている、請求項6または7に記載の内燃機関用ピストン。 An exhaust valve recess is further formed in the top of the piston,
The exhaust valve recess tapers up from an exhaust bottom wall forming at least the bottom of the exhaust valve recess and an outer part of the exhaust bottom wall located near the outer peripheral edge of the piston top, and extends above the piston top from the outside of the piston top. an exhaust outer side wall extending to form an arc shape protruding toward the periphery;
The piston for an internal combustion engine according to claim 6 or 7 , wherein the surface roughness of the surface of the metal alloy at an intermediate portion in the extending direction of the exhaust outer side wall is Ra of 4 μm or less.
前記ピストン頂部が、前記複数の吸気バルブリセスのうち隣り合う吸気バルブリセスの吸気外方側壁を連結する吸気連結壁と、前記複数の排気バルブリセスのうち隣り合う排気バルブリセスの排気外方側壁を連結する排気連結壁とを有し、
前記吸気及び排気連結壁における前記金属合金の表面の表面粗さが、Ra4μm以下となっている、請求項6~9のいずれか一項に記載の内燃機関用ピストン。 the piston top has a plurality of the intake valve recesses and a plurality of the exhaust valve recesses;
The piston top portion includes an intake connection wall that connects the intake outer side walls of adjacent intake valve recesses among the plurality of intake valve recesses, and an exhaust connection wall that connects the exhaust outer side walls of adjacent exhaust valve recesses among the plurality of exhaust valve recesses. having a wall;
The piston for an internal combustion engine according to any one of claims 6 to 9 , wherein the surface roughness of the metal alloy in the intake and exhaust connecting walls is Ra of 4 μm or less.
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