JP3775088B2

JP3775088B2 - Cylinder block manufacturing method

Info

Publication number: JP3775088B2
Application number: JP00900799A
Authority: JP
Inventors: 正人元吉; 宗侯長谷川; 了充須山; 明辻村; 英爾塩谷; 裕一郎原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP2000202613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維で強化された金属基複合部材である、エンジンのシリンダブロックの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車製造等の材料分野において、異種材料を組み合わせて所望の特性を持たせる金属基複合材料（ＭＭＣ：Metal Matrix Composite）が発展してきており、その中には、粒子強化金属基複合材料や繊維強化金属基複合材料（ＦＲＭ：Fiber-reinforced Metal）等がある。
【０００３】
これらの金属基複合材料は、軽量化を目指した構造材料として発達してきており、高強度、高弾性率、高硬度、耐摩耗性、耐熱性等の特徴を持った強化材料を混入することにより、単一材料では到底望めない高度な機能を持たせることができる。
【０００４】
そのため、軽量化が著しく進んでいる自動車の分野でも使用されてきており、特に、自動車のエンジン部品では、低燃費・高出力化の要求から小型・軽量化が進められており、アルミ合金の強化技術として、セラミック繊維を複合化するＭＭＣ（Metal Matrix Composit ）を採用し、アルミ合金製の部材の耐熱性、耐摩耗性、高強度化を目標に、アルミ基複合材料を用いた各エンジン部品の開発が進んでいる。
【０００５】
そして、繊維強化金属基複合材料においては、アルミナや炭化ケイ素ウィスカ等のセラミック繊維類の強化繊維をバインダーで固形化してプリフォーム（予備成形体）を成形し、鋳造時に溶融したマトリックス金属としてのアルミ、チタン、マグネシウム等の軽合金をダイキャストや溶湯鍛造（スクィーズキャスティング）でこのプリフォームに含浸させる方法等により製造している。
【０００６】
先行技術のエンジンのシリンダブロックの製造方法においては、ライナー部のＭＭＣ化による強化は、セラミック繊維を焼成固形化した円筒形状のプリフォーム20と呼ばれるものを、３００℃〜８００℃の範囲内に予熱した後、図２に示すように、鋳造時に、シリンダボア形成用のスチール製のボアピン４に内周面が接するように嵌合し、このプリフォーム20の外周側に隙間60を設けて、ウォタージャケット形成用の砂中子３を配置し、その外側にシリンダブロックの外形を形成する鋳型５を配置して、次に溶融アルミを４９Ｍｐａ〜９８Ｍｐａ（５００ｋｇｆ／ｃｍ²〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ²）の圧力で加圧して鋳造することでＭＭＣ化を行なっていた。
つまり、プリフォーム20の外側のウォタージャケット形成用の砂中子３との間に隙間60を設けて溶湯の湯道としている。
【０００７】
このプリフォームの予熱は、アルミシリンダブロックのＭＭＣ強化用に使用するアルミナ繊維（密度３．９ｇ／ｃｍ³）製の円筒状プリフォーム材では、その繊維密度（ＶＦ：Volume fraction ）は１５％〜３０％であるが、プリフォーム自体の密度は０．５９〜１．１７と極めて低密度で空隙を有する構造となっている。
【０００８】
そのため、アルミ含浸時にプリフォームの温度が低いと、含浸したアルミの流動性が低下し、アルミの含浸抵抗が大きくなるので、加圧力により、ＭＭＣ化の際にプリフォーム層に圧縮力が生じ、甚だしい場合には圧壊する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、プリフォームを予熱してから、スチール製のダイキャスト型内に設けられているスチール製のボアピンに嵌合して位置決めするので、予熱したプリフォームの熱が、これに接している熱伝導性の良いスチール製のボアピンに伝導して熱を奪われてしまう。そのため、プリフォームの冷却が早く、溶湯の注湯までの間に予熱温度が下がり、溶融アルミの含浸不良の原因となっていた。
【００１０】
この沐湯時のプリフォームの温度は、健全なＭＭＣ（金属基複合材料）化のためには、３００℃以上の温度が必要であるが、型セット〜注湯までの時間短縮は工法上の制約から困難であるという問題がある。
【００１１】
更に、ボアピンとプリフォームを密着させて隙間なくセットした場合、ダイキャスト後のボア内面は、強化繊維にマトリックス金属が含浸してできた耐摩耗性に富むＭＭＣ部分となり、摺接面側の表面に硬質の強化繊維が分散することになる。、
そのため、ボア内面に対する研削、精密中ぐり、ホーニング等の機械加工性が非常に悪く、これらの機械加工に使用する切削工具の材質や種類が、例えば、ダイヤモンド工具になる等、非常に高価なものとなり、ＭＭＣ化されている部分は単一の材料ではないために、切削速度の選択などが難しく、その上、工具の寿命が短いので、製造コストが高いものとなるという問題がある。
その上、このＭＭＣ化された部分に、ピストンが直接接触すると、摺接及び摺動するピストンの摩耗を促進してしまうという問題がある。
【００１２】
そのため、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｒ等の電解メッキをボア内面に施して、メッキ層で覆い、ピストンとの接触面に強化繊維が直接接触しないようにすることが考えられるが、このセラミック系の強化繊維は導電性のないものが多いため、電解メッキを施そうとしても、このセラミック繊維部分にメッキが乗らず非密着部分が形成され、密着性が悪くなって実用に供し得ないという問題がある。
【００１３】
一方、特開平８−１９７２２９号公報には、シリンダブロックのボア部を形成するプリフォームを形状維持体にセットして、両者を予熱した後、鋳型にセットして溶湯を浸透させて複合化させた後に、機械加工により形状維持体を機械加工により除去するシリンダブロックの製造方法が提案されている。
【００１４】
この製造方法によれば、形状維持体を熱容量が大きく、通風性がよく、プリフォームの保護機能と位置決め機能を有する、多孔性の金属の焼結材などで形成し、この形状維持体でプリフォームを内周面側から保持し、予熱温度が低下するのを防止すると共に、通気性の確保により含浸の促進を図っている。
【００１５】
しかしながら、この製造方法においては、形状維持体が不可欠であり、しかもこの形状維持体を機械加工により除去する必要があるので、製造工程が増加し、又、製造コストも上昇するという問題がある。
その上、ボア内周面の加工性の問題やピストンの摩耗促進、電気メッキの密着性等の問題が残されたままとなる。
【００１６】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、シリンダブロックの鋳造時に、予熱したプリフォームの温度が低下することを防止できて、マトリックス金属のプリフォームへの含浸が十分に行なえると共に、ボア内周面への強化繊維の露出を防止して、ボア内周面の機械加工性を向上し、ボア内面加工が容易にできるシリンダブロックの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのシリンダブロックの製造方法は、シリンダブロックのシリンダボア周囲を補強する筒形状の繊維強化用プリフォームを鋳型内に配置し、マトリックス金属の溶湯をこのプリフォームに含浸させて加圧鋳造成形するシリンダブロックの製造方法であって、鋳造時において、前記プリフォームを予熱してウォタージャケット形成用の砂または塩からなる中子に外周を接して嵌合し、該プリフォームの内側に隙間を設けてシリンダボア形成用のボアピンを配置して、該ボアピンと前記プリフォームとの間の隙間を溶湯の湯道として使用することを特徴とする。
【００１８】
即ち、このシリンダブロックの製造方法は、ウォータージャケット用の砂中子の内周をガイドにして、プリフォームをセッテングするようにしたもので、砂中子の砂の断熱効果とボアピンとプリフォームとの間に設けた隙間とにより、型セットから注湯までの間に生じるプリフォームの冷却が遅延されるので、欠陥の無いＭＭＣ（金属基複合材料）層が得られる。
【００１９】
つまり、スチール製のボアピンと砂や塩で形成される中子の熱伝導率の違いを考慮することにより、プリフォームを熱伝導率の高いボアピンから離間し、熱伝導率が低く断熱効果の大きい中子に接してセットすることにより、熱移動を制限してプリフォームの高温状態を維持するものである。
【００２０】
また、ボアピンとプリフォームの間に隙間を設けることにより、ボア加工面をマトリックスであるアルミ地とすることができ、ボア内周面の機械加工の容易化やメッキ等の後処理を容易にすることができる。
【００２１】
その上、この製造方法によれば、ボア内周面側にマトリックス金属層を形成しているので、摺接するピストンが、直接、強化用のプリフォームに含まれている硬質の強化繊維に接触することがなく、摺動部材の摩耗が低減する。
また、このマトリックス金属層は機械加工性が良いので、容易に摺接面の加工精度を上げることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るシリンダブロックの製造方法は、図１に示すように、円筒形状の繊維強化用プリフォーム２を鋳型５内に配置して、マトリッス金属の溶湯をこのプリフォーム２に含浸させて、加圧鋳造成形する製造方法である。
【００２３】
そして、鋳造時に、筒形状、通常は円筒形状のプリフォーム２をウォタージャケット形成用の砂中子や塩中子で形成される中子３に外周を接して嵌合し、このプリフォーム２の内側に隙間６を設けて、シリンダボア形成用のボアピン４を配置し、このボアピン４とプリフォーム３との間の隙間６を溶湯の湯道として使用する。
【００２４】
また、プリフォーム２は、円筒状に形成され、その内周面にマトリックス層を設ける様、その分、内半径を大きく形成する。また、ボアピン４の外周面との間に所定の隙間６を形成することができるように、この隙間６分だけボアピンの径を小さくしておく。
そして、この隙間６の大きさの例を上げると、この隙間６は、通常、１．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度で設けられる。
【００２５】
そして、補強繊維としては、アルミナ繊維、アルミナ・シリカ繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維や、これらの組合わせを使用でき、また、バインダーとしては、フェノール樹脂、フラン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂バインダーや、アルミナ、シリカなどの無機物質のセラミックバインダーがあり、これらを組み合わせて、プリフォーム２を形成することができる。
【００２６】
そして、図１に模式的に示すように、鋳型５、ウォタージャケット形成用中子３及び他の必要な中子（図示しない）、プリフォーム２、シリンダボア形成用のボアピン４を配置した後、組付けて鋳造を行う。この鋳造は、アルミやマグネシウム等の軽合金のマトリックス金属を溶融した溶湯を鋳型５に流し込んだ後に、図示しないピストンに加圧力を加えて溶湯を加圧し、この加圧により溶湯をプリフォーム２に含浸させながら、シリンダブロックを鋳込む。
【００２７】
この溶湯の流し込み時に、プリフォーム２は、中子３により固定されているので、位置ズレを発生しない。また、加圧時には、溶湯はプリフォーム２の内周側の隙間６から含浸でき、また、略全内周側から略均等に加圧できるので、プリフォーム２の変形や破損を防止でき、ＭＭＣ（金属基複合材料）化部分を精度良く高品質で形成できる。
また、この隙間６部分には、プリフォーム２が配置されていないので、マトリックス金属のみが鋳込まれ、層の厚さが隙間６と同じとなるマトリックス金属層が形成される。
【００２８】
この時の強化繊維によって強化されていない層ができるが、これは、機械加工でマトリックス層の厚さを０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度に薄く形成することにより、全体としての強度の低下を最小限に抑えることができる。
【００２９】
そして、溶湯を冷却及び凝固させた後に型ばらして、鋳造成形体であるシリンダブロックを取り出し、更に、シリンダボアを正確な形状にするため、機械加工する。この時にマトリックス金属層で硬質の強化繊維が覆われているので、この機械加工は容易に行うことができる。
【００３０】
そして、場合によっては、ピストンとの滑りと当たりを更に滑らかにするために、シリンダボア面にメッキを施す。このメッキ時にも、非導電性の強化繊維が露出していないので、メッキが表面全体に密着でき、非常に密着性のよいメッキができる。
このメッキにより、シリンダボアのピストンと接触する表面にはメッキ層が形成され、その外側に薄いマトリッスス金属層が、更にその外側に強化繊維で補強され、耐摩耗性に優れた強化部分を有するシリンダブロックが製造される。
【００３１】
以上のシリンダブロックの製造方法によれば、筒状のプリフォーム２を、ダイキャスト型５内のウォータージャケット用の砂中子３側にセットすることにより、ボアピン４に熱を奪われることが無くなり、更に、砂中子３の砂の断熱効果により、プリフォーム２が予熱温度から大きく下がることを防止でき、鋳造時の溶湯の急速な冷却を防止することができる。
そのため、強化繊維のプリフォームへの溶融アルミの含浸を円滑に行なうことができるので、高品質のＭＭＣ化を行なうことができる。
【００３２】
更に、ボアピン４とプリフォーム２の間に隙間６を設けることにより、ダイキャスト時にアルミの溶湯が廻るため、シリンダブロックのボアの内周面側にマトリックス金属のみの層を形成でき、ボアの内周面へのＭＭＣ化部分の露出を避けることができる。
【００３３】
このマトリックス金属層は機械加工性が良いので、ボア内周面の機械加工性を向上できるので、容易にシリンダボアの機械加工の精度を上げることができ、また、切削工具の材質や種類、工具の寿命、切削速度の選択などの各要因を、金属基複合材料の部分を加工するのに比較して、著しく容易なものにすることができ、加工費を低減できる。
【００３４】
更に、この様に製造されたシリンダブロックは、シリンダボアの内周面側の表面に、セラミック系の強化繊維を含まないマトリックス金属のみの層を形成することができるので、摺接するピストンが、直接、ＭＭＣ化された部分の硬質の強化繊維に接触することがなくなるので、ピストンの摩耗を低減することができる。
【００３５】
その上、このシリンダボアの内周面の表面には強化繊維の非導電性の部分が無くなるので、表面の導電性を確保でき、表面全体のメッキ密着力が大きく向上するので、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｃｒ等の電解メッキ、あるいはＮｉ、Ｃｕ等の無電解メッキが可能となる。
【００３６】
そのため、このマトリックス金属層の表面に電気メッキを施して、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度のメッキ層を形成すれば、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｐ、Ｃｒ等の電解メッキ層、あるいはＮｉ、Ｃｕ等の無電解メッキ層が、マトリックス金属層を覆って保護するので、摺動側のピストンのみならず、このシリンダブロックの耐摩耗性も向上できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるシリンダブロックの製造方法によれば、円筒状のプリフォームをダイキャスト型内のウォータージャケット用の砂中子側にセットすることにより、ボアピンに熱を奪われることが無くなり、更に、砂の断熱効果により予熱温度の低下を防止できるので、プリフォームが予熱温度から大きく下がることがなく、鋳造時の溶湯の急速な冷却を防止することができる。
そのため、強化繊維のプリフォームへの溶融アルミの含浸が円滑に行なわれるため、高品質のＭＭＣ（金属基複合材料）化を行なうことができる。
【００３８】
更に、ボアピンとプリフォームの間に隙間を設けることにより、ダイキャスト時にアルミの溶湯が廻るため、ボアの内周面側にマトリックス金属のみの層を形成でき、ボアの内周面へのＭＭＣ化部分の露出を避けることができる。
そのため、ボア内周面の機械加工性を向上できるので、切削工具の材質や種類、工具の寿命、切削速度の選択などの各要因を、金属基複合材料の部分を加工するのに比較して、著しく容易なものにすることができ、加工費を低減できる。
【００３９】
更に、ボア内周面をＭＭＣ化された摩耗させ易い表面から、強化繊維が露出しないマトリックス金属面にすることができるので、ピストンの摩耗を減少でき、また、電気メッキの密着性を良くすることができるので、電気メッキをすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリンダブロックの製造方法を説明するための鋳組みの構成を示す模式的な図であり、（ａ）は平断面図で、（ｂ）は、Ｘ−Ｘ線断面図である。
【図２】先行技術のシリンダブロックの製造方法を説明するための鋳組みの構成を示す模式的な図であり、（ａ）は平断面図で、（ｂ）は、Ｙ−Ｙ線側断面図である。
【符号の説明】
２、20 プリフォーム
３砂中子（ウォータージャケト形成用）
４ボアピン（シリンダボア形成用）
５鋳型（シリンダブロック外形用）
６、60 隙間（湯道）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an engine cylinder block, which is a metal matrix composite member reinforced with reinforcing fibers.
[0002]
[Prior art]
In the field of materials such as automobile manufacturing, metal matrix composites (MMC) that combine dissimilar materials with desired properties have been developed, including particle reinforced metal matrix composites and fiber reinforced materials. There are metal matrix composites (FRM).
[0003]
These metal matrix composites have been developed as structural materials aimed at reducing weight, and by incorporating reinforcing materials with characteristics such as high strength, high elastic modulus, high hardness, wear resistance, and heat resistance. It is possible to provide advanced functions that cannot be expected with a single material.
[0004]
For this reason, it has also been used in the field of automobiles that have been significantly reduced in weight. In particular, automotive engine parts are being reduced in size and weight because of demands for low fuel consumption and high output. The technology adopts MMC (Metal Matrix Composit), which is a composite of ceramic fibers, and aims to improve the heat resistance, wear resistance, and strength of aluminum alloy parts. Development is progressing.
[0005]
In the fiber reinforced metal matrix composite material, the reinforcing fiber of ceramic fibers such as alumina and silicon carbide whisker is solidified with a binder to form a preform (preliminary molded body), and aluminum as a matrix metal melted at the time of casting. It is manufactured by a method of impregnating the preform with a light alloy such as titanium or magnesium by die casting or molten metal forging (squeeze casting).
[0006]
In the manufacturing method of the cylinder block of the prior art engine, the reinforcement by the MMC conversion of the liner part is performed by preheating a so-called cylindrical preform 20 obtained by firing and solidifying ceramic fibers within a range of 300 ° C to 800 ° C. Then, as shown in FIG. 2, when casting, the steel bore pin 4 for forming the cylinder bore is fitted so that the inner peripheral surface is in contact therewith, and a gap 60 is provided on the outer peripheral side of the preform 20 to provide a water jacket. A forming sand core 3 is arranged, and a mold 5 for forming the outer shape of the cylinder block is arranged outside thereof, and then molten aluminum is applied at a pressure of 49 Mpa to 98 Mpa (500 kgf / cm ^{2 to} 1000 kgf / cm ² ). MMC was made by casting under pressure.
That is, a gap 60 is provided between the preform 20 and the sand core 3 for forming the water jacket, thereby forming a molten metal runner.
[0007]
Preheating of this preform is 15% or more for the fiber density (VF: Volume fraction) of a cylindrical preform made of alumina fibers (density 3.9 g / cm ³ ) used for MMC reinforcement of the aluminum cylinder block. Although it is 30%, the density of the preform itself is 0.59 to 1.17, which is a very low density and has a void structure.
[0008]
Therefore, if the temperature of the preform is low when impregnated with aluminum, the fluidity of the impregnated aluminum is lowered and the impregnation resistance of the aluminum is increased, so that a compressive force is generated in the preform layer during MMC conversion by the applied pressure, Crush in severe cases.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, since the preform is preheated and then positioned by fitting into a steel bore pin provided in a steel die cast mold, the heat of the preheated preform is in contact with this. Heat is taken away by being transferred to a steel bore pin with good thermal conductivity. For this reason, the preform is cooled quickly, and the preheating temperature is lowered before the molten metal is poured, causing defective impregnation of molten aluminum.
[0010]
The temperature of the preform at the time of boiling water requires a temperature of 300 ° C. or higher for a sound MMC (metal matrix composite), but shortening the time from mold setting to pouring is due to the construction method. There is a problem that it is difficult due to restrictions.
[0011]
Furthermore, when the bore pin and the preform are in close contact and set without gaps, the bore inner surface after die-casting becomes a wear-resistant MMC part made by impregnating reinforcing fibers with matrix metal, and the surface on the sliding surface side Hard reinforcing fibers will be dispersed in this. ,
Therefore, machining performance such as grinding, precision boring, honing, etc. on the bore inner surface is very poor, and the material and type of the cutting tool used for these machining operations are, for example, diamond tools, which are very expensive. Therefore, since the MMC portion is not a single material, it is difficult to select a cutting speed, and the tool life is short, resulting in a high manufacturing cost.
In addition, when the piston is brought into direct contact with the MMC portion, there is a problem that the sliding contact and the sliding piston are accelerated.
[0012]
Therefore, it is conceivable to apply electrolytic plating of Ni, Ni-P, Cr, etc. to the inner surface of the bore and cover it with a plating layer so that the reinforcing fiber does not directly contact the contact surface with the piston. Since many reinforcing fibers are not conductive, there is a problem that even if electrolytic plating is performed, the ceramic fiber part is not plated and a non-adhered part is formed, resulting in poor adhesion and impractical use. is there.
[0013]
On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-197229, a preform for forming a bore portion of a cylinder block is set on a shape maintaining body, both are preheated, and then set on a mold and infiltrated with molten metal to be combined. After that, a cylinder block manufacturing method has been proposed in which the shape maintaining body is removed by machining.
[0014]
According to this manufacturing method, the shape maintaining body is formed of a porous metal sintered material having a large heat capacity, good ventilation, a preform protection function and a positioning function, etc. The reform is held from the inner peripheral surface side to prevent the preheating temperature from being lowered, and the impregnation is promoted by ensuring air permeability.
[0015]
However, in this manufacturing method, since the shape maintaining body is indispensable, and it is necessary to remove the shape maintaining body by machining, there are problems that the manufacturing process increases and the manufacturing cost also increases.
Moreover, problems such as workability of the bore inner peripheral surface, acceleration of piston wear, and adhesion of electroplating remain.
[0016]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The object of the present invention is to prevent the temperature of the preheated preform from being lowered during the casting of the cylinder block. Provided is a method of manufacturing a cylinder block which can be sufficiently impregnated, prevents the reinforcement fibers from being exposed to the inner peripheral surface of the bore, improves the machinability of the inner peripheral surface of the bore, and facilitates machining of the inner surface of the bore. There is.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
Above method for producing a cylinder block for achieving purposes such as the fiber reinforcing preform cylindrical reinforcing the bore periphery of the cylinder block is disposed in a mold, the preform a melt of Matori' click scan metals A method of manufacturing a cylinder block that is impregnated into a pressure casting mold, and at the time of casting, the preform is preheated and fitted to a core made of sand or salt for forming a water jacket in contact with the outer periphery, It is characterized in that a bore for forming a cylinder bore is provided with a gap inside the preform, and the gap between the bore pin and the preform is used as a runner for the molten metal.
[0018]
In other words, this cylinder block manufacturing method is to set the preform using the inner periphery of the sand core for the water jacket as a guide. Since the cooling of the preform generated between the mold setting and the pouring is delayed by the gap provided between the two, a defect-free MMC (metal matrix composite) layer can be obtained.
[0019]
In other words, by taking into account the difference in thermal conductivity between the steel bore pin and the core formed of sand or salt, the preform is separated from the high thermal conductivity bore pin, and the thermal conductivity is low and the heat insulation effect is large. By setting in contact with the core, heat transfer is restricted and the high temperature state of the preform is maintained.
[0020]
In addition, by providing a gap between the bore pin and the preform, the bore machining surface can be made of a matrix aluminum, facilitating machining of the bore inner circumferential surface and post-treatment such as plating. be able to.
[0021]
Moreover, according to this manufacturing method, since the matrix metal layer is formed on the inner peripheral surface side of the bore, the slidable piston directly contacts the hard reinforcing fibers contained in the reinforcing preform. And the wear of the sliding member is reduced.
In addition, since the matrix metal layer has good machinability, the processing accuracy of the sliding contact surface can be easily increased.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the cylinder block manufacturing method according to the present invention has a cylindrical fiber-reinforced preform 2 disposed in a mold 5 and impregnated with a matrix metal melt. This is a manufacturing method for pressure casting.
[0023]
At the time of casting, a cylindrical, usually cylindrical, preform 2 is fitted to a core 3 formed of a sand core or a salt core for forming a water jacket so that its outer periphery is in contact with the preform 2. A bore 6 for forming a cylinder bore is disposed inside by providing a gap 6, and the gap 6 between the bore pin 4 and the preform 3 is used as a molten metal runner.
[0024]
In addition, the preform 2 is formed in a cylindrical shape, and the inner radius is increased correspondingly so that a matrix layer is provided on the inner peripheral surface thereof. In addition, the diameter of the bore pin is reduced by an amount corresponding to the gap 6 so that a predetermined gap 6 can be formed between the outer peripheral surface of the bore pin 4.
And when the example of the magnitude | size of this clearance gap 6 is given, this clearance gap 6 will be normally provided by about 1.5 mm-3.0 mm.
[0025]
As the reinforcing fibers, alumina fibers, alumina / silica fibers, carbon fibers, silicon carbide fibers, boron fibers, and combinations thereof can be used, and as binders, phenol resins, furan resins, acrylic resins, epoxies can be used. There are synthetic resin binders such as resins, and ceramic binders of inorganic substances such as alumina and silica, and these can be combined to form the preform 2.
[0026]
Then, as schematically shown in FIG. 1, after the mold 5, the water jacket forming core 3 and other necessary cores (not shown), the preform 2 and the bore pins 4 for forming the cylinder bores are arranged, Attach and cast. In this casting, after pouring a molten metal, which is a light alloy matrix metal such as aluminum or magnesium, into the mold 5, pressure is applied to a piston (not shown) to pressurize the molten metal. The cylinder block is cast while being impregnated.
[0027]
At the time of pouring of the molten metal, the preform 2 is fixed by the core 3, so that no positional deviation occurs. In addition, during pressurization, the molten metal can be impregnated from the gap 6 on the inner peripheral side of the preform 2 and can be pressurized almost uniformly from the entire inner peripheral side, so that deformation and breakage of the preform 2 can be prevented, and the MMC The (metal matrix composite) portion can be formed with high accuracy and high quality.
Further, since the preform 2 is not disposed in the gap 6 portion, only the matrix metal is cast, and a matrix metal layer having the same layer thickness as the gap 6 is formed.
[0028]
A layer that is not reinforced by the reinforcing fibers at this time is formed. This is because the thickness of the matrix layer is thinned to about 0.1 mm to 1.0 mm by machining, thereby minimizing the decrease in the overall strength. To the limit.
[0029]
Then, after the molten metal is cooled and solidified, the mold is released, the cylinder block which is a cast molded body is taken out, and further machined to make the cylinder bore into an accurate shape. At this time, since the hard reinforcing fibers are covered with the matrix metal layer, this machining can be easily performed.
[0030]
In some cases, the cylinder bore surface is plated to further smooth the sliding and hitting with the piston. Even during this plating, since the non-conductive reinforcing fibers are not exposed, the plating can adhere to the entire surface, and plating with very good adhesion can be achieved.
By this plating, a plated layer is formed on the surface of the cylinder bore that comes into contact with the piston, a thin Matrix metal layer is formed on the outer side thereof, and the outer side is further reinforced with reinforcing fibers, and the cylinder block has a reinforced portion with excellent wear resistance. Is manufactured.
[0031]
According to the above cylinder block manufacturing method, by setting the cylindrical preform 2 on the side of the sand core 3 for the water jacket in the die-cast mold 5, the bore pin 4 is not deprived of heat. Furthermore, the sand insulation effect of the sand core 3 can prevent the preform 2 from greatly decreasing from the preheating temperature, and can prevent rapid cooling of the molten metal during casting.
For this reason, it is possible to smoothly perform the impregnation of molten aluminum into the preform of the reinforcing fiber, so that high quality MMC can be achieved.
[0032]
Further, by providing a gap 6 between the bore pin 4 and the preform 2, the molten aluminum turns during die casting, so that a matrix metal-only layer can be formed on the inner peripheral surface side of the bore of the cylinder block. Exposure of the MMC portion to the peripheral surface can be avoided.
[0033]
Since this matrix metal layer has good machinability, the machinability of the inner peripheral surface of the bore can be improved, so that the machining accuracy of the cylinder bore can be easily increased, and the material and type of the cutting tool and the tool Each factor such as the selection of the service life and the cutting speed can be made remarkably easier as compared with the processing of the metal matrix composite material portion, and the processing cost can be reduced.
[0034]
Furthermore, the cylinder block manufactured in this way can form a layer of only matrix metal that does not contain ceramic-based reinforcing fibers on the inner peripheral surface side of the cylinder bore. Since there is no contact with the hard reinforcing fiber in the MMC portion, the wear of the piston can be reduced.
[0035]
In addition, since the non-conductive portion of the reinforcing fiber is eliminated on the inner peripheral surface of the cylinder bore, the surface conductivity can be ensured and the plating adhesion of the entire surface is greatly improved. Therefore, Ni, Ni-P Electrolytic plating such as Ni—Cr or electroless plating such as Ni and Cu becomes possible.
[0036]
Therefore, if electroplating is performed on the surface of this matrix metal layer to form a plating layer of about 0.03 mm to 0.2 mm, an electrolytic plating layer of Ni, Ni-P, Cr, etc., or Ni, Cu, etc. Since the electroless plating layer covers and protects the matrix metal layer, not only the sliding piston but also the wear resistance of this cylinder block can be improved.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of manufacturing a cylinder block according to the present invention, the bore pin is deprived of heat by setting the cylindrical preform on the sand core side for the water jacket in the die cast mold. Furthermore, since the decrease in the preheating temperature can be prevented by the heat insulating effect of the sand, the preform does not drop greatly from the preheating temperature, and the rapid cooling of the molten metal during casting can be prevented.
Therefore, the preform of reinforcing fiber is smoothly impregnated with molten aluminum, so that high-quality MMC (metal matrix composite) can be obtained.
[0038]
Furthermore, by providing a gap between the bore pin and the preform, the molten aluminum melts when die-casting, so that a matrix metal-only layer can be formed on the inner peripheral surface of the bore, and MMC can be formed on the inner peripheral surface of the bore. Partial exposure can be avoided.
Therefore, since the machinability of the bore inner peripheral surface can be improved, each factor such as the material and type of the cutting tool, the tool life, and the selection of the cutting speed is compared with the processing of the metal matrix composite part. , It can be remarkably easy and the processing cost can be reduced.
[0039]
Furthermore, since the inner peripheral surface of the bore can be changed from an MMC-friendly surface to a matrix metal surface where the reinforcing fibers are not exposed, the wear of the piston can be reduced and the adhesion of electroplating can be improved. Therefore, it is possible to perform electroplating.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are schematic views showing a structure of a cast assembly for explaining a method of manufacturing a cylinder block according to the present invention, wherein FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. FIG.
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing a structure of a cast assembly for explaining a manufacturing method of a prior art cylinder block, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. FIG.
[Explanation of symbols]
2, 20 Preform 3 Sand core (for water jacket formation)
4 Bore pin (for cylinder bore formation)
5 Mold (for cylinder block outline)
6, 60 Clearance (runner)

Claims

A cylinder block manufacturing method in which a cylindrical fiber reinforcing preform that reinforces the periphery of a cylinder bore of a cylinder block is placed in a mold, and a molten metal of metal is impregnated into the preform to perform pressure casting. At the time, the preform is preheated and fitted to a core made of sand or salt for forming a water jacket with its outer periphery in contact with it, and a bore pin for forming a cylinder bore is provided with a gap inside the preform. A method for producing a cylinder block, wherein a gap between the bore pin and the preform is used as a runway for molten metal.