JPS5856662B2 - カムシヤフトの鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用その他の各種内燃機関のカムシャフト
の鋳造方法に関するものである。

従来、各種内燃機関のカムシャフトの鋳造は生砂型、シ
ェル型あるいは生砂型とシェル型を組み合わせた鋳型な
どを使用して行われているが、生砂型では管理を十分に
行わないと砂かみ、ガス吹かれ、寸法不良等が多く発生
し、かつ、鋳造し得るカムの大きさにも限界があり、特
に冷し金を用いた場合には各種の欠陥を生じやすいとい
う欠点があり、一方、シェル型では砂かみ、ガス吹かれ
などの欠陥は生砂型より軽減されるが型の変形などに基
づく寸法不良を生じやすいため、３〜４間というような
大きな仕上代をつけねばならぬという不都合がある。

また、カムシャフトに設けられるカムの突出部であるカ
ム先端の硬化方法としてはカム先端に相当する鋳型面に
冷し金を配置したり、鋳造後カム先端を局部表面硬化焼
入れしたりあるいは、鋳造後カム先端を急速加熱して再
溶融したのち急冷するなどの方法があるが、冷し全以外
の方法では、鋳型の種類に拘らず鋳造は比較的容易であ
るが鋳造後において焼入れ等の熱処理を必要とするとと
もに表面硬化後再加工せねばならぬため仕上工数が多く
かかり、しかも、このような熱処理によるカムの耐摩耗
性は冷し金使用によるものより劣るので、カム先端の硬
化方法としては一般に冷し金による方法が普通とされて
いるが、このような冷し金使用によるカムシャフトの寸
法精度は、主として鋳型内の熱伝導性の場所による相違
、溶湯凝固時の鋳型壁移動の場所による相違、溶融金属
の収縮特性の相違などを要因とするカムシャフトの反り
に左右されるもので、従って、従来よりカムシャフトの
鋳造には反り対策が重視されており、例えば、生砂型に
おける造型時には上型、下型の十分な型込めを行い、型
ばらし後は平らにならした砂床上にカムシャフトを所定
時間静置する等の手段がとられているが、このような方
式では反りの除去に対する十分な成果が得られないとい
う欠点がある。

本発明は以上のような欠点のないカムシャフトの鋳造方
法を目的として完成されたもので、すなわち、生砂によ
る高圧造型鋳型の嵩密度が約１．４５９／ｃ♂であるの
に対し減圧造型鋳型のそれは約１．６７９ｙｌ−と相当
大であることに着目して、カム先端に相当する位置に冷
し金を配置した減圧造型鋳型を使用して砂かみ等の欠陥
や反りの少ないカムシャフトの鋳造を可能としたもので
、以下に図示の実施例について詳細に説明する。

１は第１図に示すように、図示されない真空源と接続管
２を介して連通される減圧室３を設けるとともに上面に
所要のカムシャフト用の製品模型４を取付けた減圧造型
鋳型用の模型板で、前記製品模型４は製品であるカムシ
ャフトの軸に相当する軸横型部５、軸受に相当する軸受
模型部６、カムに相当するカム模型部７および一端より
軸横型部５の軸心方向に突設される通気孔模型部８より
成り、また、製品模型４の側方の模型板１上には該製品
模型４と平行状態に若干の間隔をおいて湯口模型９が並
行して取付けられているとともに該湯口模型９と製品模
型４の軸横型部５または軸受模型部６との間は複数個の
堰模型９′により接続されており、模型板１をその通気
孔模型部８が上向きとなるよう立てた場合、前記製品模
型４およびその側方に並行して位置される湯口模型９は
その長手方向が縦方向とされ、また、各堰模型９′は製
品模型４の軸横型部５または軸受模型部６と接続される
側を湯口模型９と接続される側より若干上方とした傾斜
状とされて模型板１上に適当な間隔をおいて略平行して
配設され、かつ、最下段の堰模型９′の製品模型４と接
続される位置は該製品模型４の下端より若干上方の軸横
型部５または軸受模型部６とされ、さらに、模型板１お
よび製品模型４、湯口模型９等の表面と減圧室３とは適
数個の吸引細孔１０により連通されて前記各表面には減
圧室３に加えられる減圧作用により吸引作用が及ぼされ
る構成とされ、このような模型板１を図示されない振動
テーブルなどに水平状に置き、第２図に示すように、カ
ム模型部７のカム先端側の上部に所定の冷し金１１を載
置して図示されない真空源により接続管２、減圧室３、
吸引細孔１０を介して模型板１および製品模型４等の表
面に吸引作用を働かせ、続いて加熱軟化された合成樹脂
製フィルム等の可撓性の遮蔽部材１２を冷し金１１を含
む前記各表面上へ密着添装させ、必要に応じ該遮蔽部材
１２に塗型材を塗布し、次いで、模型板１上に減圧造型
用の鋳枠１３を載置して模型板１および鋳枠１３により
形成される空間内に乾燥砂等の充填材１４を投入し、振
動テーブルの振動により充填材１４の嵩密度を高めたう
え鋳枠１３上面の充填材１４をかき取ってかきならしを
行い、このような充填材１４の上面を可撓性部材１５で
被覆したのち鋳枠１３外周部に設げられる減圧室１６に
図示されない真空源と連通される接続管１７を介して減
圧作用を与えることにより、該減圧室１６に連通して鋳
枠１３内に配設されて表面を金網等で被覆した孔あき管
１８によって遮蔽部材１２、鋳枠１３、可撓性部材１５
により囲まれた空間内の充填材１４部の空気が吸引され
て減圧状態とされ、充填材１４は可撓性部材１５を介し
て加えられる外圧により固化状態とされて減圧造型が行
われる。

次に模型板１の減圧室３内の減圧作用を解除して外気を
導入することにより遮蔽部材１２の製品模型４等を含む
模型板１上に対する密着を解いて該模型板１を離型すれ
ば、第３図に示すように、遮蔽部材１２で被覆された型
面１９にカムシャフトの軸に相当する軸凹部四、軸受に
相当する軸受凹部２１．カムに相当するカム凹部２２お
よび外部との連通用の通気孔凹部２３より成る製品鋳型
部２４と湯口２５および堰２６を成型されるとともにカ
ム凹部２２のカム先端側に相当する位置に冷し金１１を
保持した状態の減圧造型鋳型２７が鋳枠１３内に成型保
持されて得られる。

そして、該減圧造型鋳型２７は第４図に示すように通気
孔凹部２３を上向きとする縦型とした場合、前記した模
型板１の製品模型４、湯口模型９および堰模型９′の取
付関係により該減圧造型鋳型２７の製品鋳型部２４と湯
口２５はその長手方向を縦方向に並行し、そして、各基
２６は若干上向き傾斜をとって湯口２５と製品鋳型部２
４の軸凹部２０または軸受凹部２１とを連通ずるように
位置されるとともに最下段の堰２６は製品鋳型部２４の
下端より若干上方の軸凹部２０または軸受凹部２１に連
通するよう位置されている。

このような減圧造型鋳型２７に対し同様な操作により減
圧造型されてカム凹部のカム先端側に相当する位置に冷
し金を保持した他方の減圧造型鋳型を型合せして垂直割
方式の縦型の完成鋳型として湯口２５より注湯すれば、
溶湯はまず最下段の堰２６より製品鋳型部２４の各基２
６により区分された最下部区域へ落し込み方式により流
入し、該最下部区域が溶湯で充満されるに続いて次の上
部側に位置する堰２６より溶湯が前記最下部区域の一段
上部側の区域へ同様に流入し、以後同様な落し込みによ
る溶湯の流入が上方に位置する後続の堰３より順次行わ
れ、従って、製品鋳型部２４には各基２６により区分さ
れた小区域の下方区域より落し込み方式による溶湯が順
次流入されて一種の押上げ方式のような状態で下方より
溶湯が充満されることになり、製品鋳型部２４内におけ
る落し込みによる溶湯の走る距離は短かくされるととも
に発生するガスや遮蔽部材１２の未燃焼物の浮上距離も
短かくされて、減圧造型鋳型の特性である溶湯の走りが
よいために湯先が飛び散って湯玉を発生するという現象
がなくなって湯玉による欠陥を生ずることなく、また、
前記のガスは減圧吸引作用を受けている充填材１４側へ
積極的に吸引排除されるとともに遮蔽部材１２の未燃焼
物も溶融状態で充填材１４中に浸透されて、従来欠陥の
多かった冷し金１１の位置するカム先端側においてもガ
ス欠陥や砂かみ等の発生がなくなり、かつ、嵩密度の高
い減圧造型鋳型の使用により全体として反りの少ない健
全なカムシャフトが鋳造される。

このような注湯による溶湯の凝固後に充填材１４に作用
している減圧作用を解除して型ばらしを行い、湯口２５
、各基２６および通気孔凹部２３内に進入する溶湯によ
り形成される揚り部分を除去することにより第５図に示
す軸２８、軸２９、カム３０より成るカムシャフトの鋳
造品３１が得られる。

さらに、注湯に際し型合せされた完成鋳型を傾斜させて
行うようにすれば、注湯による発生ガスの逸出効果を一
層促進することができる。

なお、前記の減圧造型鋳型２７の湯口２５および堰２６
を変更して上下に重ねた水平割式の完成鋳型として注湯
した結果では、砂かみが非常に多く発生して実用上不適
当であり、また、垂直割式でも製品鋳型部２４の下端よ
り溶湯を流入させるいわゆる単純な押上げ方式では、遮
蔽部材１２の溶解？気化などにより下部側のカム先端側
にガス欠陥や砂かみ等が発生し、これに対し通気凹部２
３の大きさ、塗型材や遮蔽部材１２０種類や厚さ、ある
いは冷し金１１の研摩状態、注湯時間等の種々の条件を
変化させても前記の欠陥は防止できず、さらに、製品鋳
型部２４の一番上部より注湯な行ういわゆる単純な落し
込み方式では、溶湯の走りがよいために湯先が飛び散っ
て湯玉が発生し、そこへ溶湯が入ることにより一種のガ
ス欠陥を生ずるという不都合があり、この対策として湯
玉が発生しないように静かに溶湯を落し込むか、あるい
は極く短時間、例えば７秒位で注湯を完了するような手
段をとっても、製品鋳型部２４の中央部辺より下部にか
げてのカム先端側にはガス欠陥等は認められなかったが
、注湯後期となる製品鋳型部２４の上部に位置するカム
先端側には湯玉による欠陥が発生し、従って減圧造型鋳
型によるカムシャフトの鋳造においては、単純な押上げ
方式あるいは落し込み方式ではカム先端側に生ずる前記
のような欠陥を防止することはできないものである。

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
冷し金により硬化されるカム先端側になんらの欠陥を生
ずることなく、かつ、反りの少ない健全なカムシャフト
の鋳造が可能とされ、従って仕上代はきわめて少なくて
すむので加工その他が簡単容易となる利点を有し、業界
にもたらすところきわめて大なものである。

実施例 第４図に示すような減圧造型鋳型にＦ’Ｃ３０相当で炭
素当量約３．９の鋳鉄溶湯を１３００〜１４００℃の温
度範囲で注湯して長さ約１ｍのカムシャフトの鋳造を行
った結果、冷し金の位置するカム先端側にはガス欠陥や
砂かみ等の発生は全くなく、かつ、反りも非常に小さく
てカム先端の仕上代は０．５〜０．９ ｍｍ以内とする
ことができた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の実施例を示すもので、第１図はカム
シャフトの減圧造型用模型板の一部切欠側面図、第２図
は冷し金を載置して遮蔽部材を添装した模型板上に鋳枠
を載置した減圧造型状態を示す縦断側面図、第３図は離
型状態における減圧造型鋳型の縦断側面図、第４図は縦
型として示す減圧造型鋳型の正面図、第５図は本発明方
法により鋳造されたカムシャフトの正面図である。 １１・・・・・・冷し金、１２・・・・・・遮蔽部材、
１９・・・・・・型面、２２・・・・・・カム凹部、２
，４・・・・・・製品鋳型部、２５・・・・・・湯口、
２６・・・・・・堰、２７・・・・・・減圧造型鋳型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 遮蔽部材により被覆された型面に製品鋳型部と湯口
   を縦方向に並行して形成した減圧造型鋳型を成型して縦
   型とし、前記減圧造型鋳型の製品鋳型部の軸回部または
   軸受凹部と、前記湯口を若干上向き傾斜をとらせた複数
   個の堰により連通させるとともに最下段の堰は前記製品
   鋳型部の下端より若干上方の前記軸回部または軸受凹部
   に連通したものとして前記製品鋳型部のカム凹部のカム
   先端側に相当する位置に冷し金を保持させて注湯するこ
   とを特徴とするカムシャフトの鋳造方法。