JPS59301B2 - デイ−ゼル機関用コンバツシヨンチヤンバインサ−トの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、異形釘穴である噴口を有するディーゼル機関
用コンパッションチャンバインサート（以下、インサー
トという）の製造法に関する。

ディーゼル機関のシリンダヘッドに嵌装されるインサー
トは、燃焼ガスにより高温に曝されるので耐熱性が要求
されると共に、高い寸法精度が要求され、従来から、イ
ンベストメント鋳造法または丸棒素材からの切削加工に
よって製造されている。

インベストメント鋳造法は、主としてジエットエンジン
等のガスタービン部品を対象として、近年著しい進歩を
遂げ、高い寸法精度と共に結晶粒度の複雑、かつ高度な
制御迄可能となって、優れた耐熱性鋳物部品が得られる
ようになっている。

然し乍ら、工程が複雑で造型に長い時間を要すると共に
、製造コストが非常に高く、インサートの製造方法とし
ては好適とは言えない。

−力、耐熱性を要求されるインサートは、耐熱鋼を材料
とする必要があり、一般に耐熱鋼は被削性が良好でなく
、また丸棒素材からの削り出しは材料歩留が極めて低く
、材料コスト、加エコスト何れの面からも好適とは言え
ない。

特に、異形釘穴でなる噴口を有するインサートを削り出
し加工で製作しようとする場合、その噴口の加工が極め
て困難である。

即ち、機械加工では、ドリルは通常回転しなければなら
ないので、円形以外の穴あけは困難になる。

このため、円形以外の異形（正方形、矩形、長円形、半
円形）穴あけ、特に被加工体表面に対して傾斜している
所謂異形釘穴の穴あけ加工には、機械加工は不適当であ
る。

また、フライス盤によってテーブルの３方向に対する送
り制御で異形穴の加工は可能であるが、被加工材料が耐
熱材料又は高硬度の材料では、切削工具の寿命が短かく
、かつ、長時間を要して相当のコスト高になる等の欠点
があり、インサートの如き量産品には到底適するもので
はない。

また、難削材の加工においては、工具が加工中に必然的
に摩耗を伴うので、工具の整備、補充がコストに大きく
響くこと、寸法精度的には工具の半径が加工の進行につ
れて次第に小さくなるので、主軸の位置をそれに応じて
修正する必要があり、それらを装置に組み込むことは可
能であるが、装置が高価となり、コスト高となる等の欠
点があり、好適とは言えない。

異形釘穴よりなる噴口を有するインサートの製造方法と
して、インサート素材を分割し、異形釘穴である噴口の
切削加工完了後に分割したインサート素材を結合する方
法（特開昭５０−１３８２０７号）も提案されているが
、上下部の部材が異なるため、切断、加工、溶接仕上な
どを必要とし、自ずと工程も多岐にわたり、材料歩留、
コストの面で問題が多く、好適とは言えない。

本発明者らは、かかる不都物を解消すべく先に、炭素含
有量０．０６％以下の円盤状乃至円柱状耐熱鋼素材をグ
イ中に挿入し、パンチ及びカウンターパンチで冷間乃至
温間で圧縮して断面略凹型形状に成形し、次いで底部に
穴をあけるインサートの製造法（特願昭５４−５３１６
１号）を提案した。

この製造法は、耐熱鋼材を冷間乃至温間で鍛造するので
、噴口をあける前のインサート素材の製造法としては寸
法精度、生産性、信頼性等に於て好適なものである。

然し乍ら、この製造法では、上記インサート素材の穴さ
けに従来法を採用するため、穴あけ加工に時間と労力を
要していた。

本発明者は、上記発明の問題点を改善すべく鋭意研究の
結果、インサート素材の成形時に、噴口に相当する部分
の上端又は上下端に噴口に近似した形状の異形斜凹を同
時に成形することにより、穴あけ加工部分を少なくする
と共に穴あけ加工を容易にした低コ不トのインサートの
製造法を完成し、本発明に至った。

即ち、本発明は、耐熱鋼材でなる円柱状素材をグイ中に
挿入し、パンチ及びカウンターパンチにて冷間で圧縮し
て断面略凹型形状の成形体に成形する第１段階、前記成
形体の底壁の少なくとも一部がグイ上面から吐出する状
態に該成形体の凹部を下方に向けてグイ中に挿入し、該
凹部に対接する凸部を有するカウンターパンチと、異形
釘穴でなる噴口の開口部に対応する位置に該異形釘穴の
開口部分の形状に近似する形状をなし且つ該異形釘穴に
垂直となる面を有する小突起を前端面に具有する上パン
チとで該成形体を冷間圧縮し異形釘穴の開口部となる凹
部を形成する第２段階、前記開口部となる凹部に沿って
異形釘穴の噴口を加工するとともに外周に必要な加工を
施す第３段階よりなる異形釘穴の噴口を有するディーゼ
ル機関用渦流式コンパッションチャンバインサートの製
造方法と、耐熱鋼材でなる円柱状素材をグイ中に挿入し
、パンチ及びカウンターパンチにて冷間で圧縮して断面
略凹型形状の成形体に成形する第１段階、前記成形体の
底壁の少なくとも一部がダイ上面から吐出する状態に該
成形体の凹部を下方に向けてグイ中に挿入し、該凹部に
対接する凸部を有し且つ異形釘穴でなる噴口の内周側開
口部に対応する位置に該異形釘穴の開口部分の形状に近
似する形状をなす小突起を前面に有するカウンターパン
チと、前端面が平坦な上パンチとで冷間圧縮して凹部底
面に異形釘穴の開口部分となる第１の凹部を有する成形
体とし、次いで、異形釘穴でなる噴口の開口部に対応す
る位置に該異形釘穴の開口部分の形状に近似する形状を
なし且つ該異形釘穴に垂直となる面を有する小突起を前
端面に具有する上パンチとで該成形体を冷間圧縮し異形
釘穴の開口部となる凹部を形成する第２段階、前記開口
部となる第１、第２の凹部に沿って異形釘穴の噴口を加
工するとともに外周に必要な加工を施す第３段階よりな
る異形釘穴の噴口を有するディーゼル機関用渦流式コン
パッションチャンバインサートの製造方法を提供するも
のである。

以下、本発明を図面に従って説明する。

第１図■及び■は、本発明により製造されたインサート
Ａの断面図で、インサートＡは断面略凹型の円盤で、底
部外縁に円環状突起５を有し、傾斜角１５°〜７５°の
異形釘穴１０が底部の上面６から下面７にかけてあけで
ある。

第１図Ｉ〜■、第２図及び第３図は、このインサー１−
Ａの製造工程を示す。

第１図Ｉは、たとえば丸棒を切断する等の如き任意の方
法により形成された略円柱状の耐熱鋼索材１を示し、本
工程は、これを出発材料とする。

第１図１に示す略円柱状の耐熱鋼索材１は、たとえば第
２図の如く、超硬合金製のダイ１３内に挿入され、上下
に超硬合金製のパンチ１４及びカウンターパンチ１５を
セットした後、冷間又は温間鍛造法によりパンチ１４で
略円柱状の耐熱鋼索材１をプレス加工し、円錐台状の凹
３を有する部材２とする。

次いで、パンチ１４を上昇させ、カウンターパンチ１５
にて部材２をダイ１３から押し出す。

そして、部材２を、たとえば第３図の如く、天地を逆に
して別の超硬合金製のダイ１６内に挿入し、上下に超硬
合金製のパンチ１７及びカウンターパンチ１８をセット
した後、冷間又は温間鍛造法によりパンチ１７で部材２
をプレス加工し、底部外縁に円環状突起５を有する部材
４とする（第１図■）。

その後、パンチ１７を上昇させ、カウンターパンチ１８
で部材４をダイ１６から押し出す。

更に、部材４を、たとえば第４図の如く、第３図示のダ
イ１６及びカウンターパンチ１８と同形状のダイ１９及
びカウンターパンチ２２を装備する成形機に装着し、加
圧面に横断面形状がほぼ三角形状で一端面が異形釘穴１
０に合致する長円形状をなす突起２１を有するパンチ２
０を用いて冷間又は温間鍛造法により部材４をプレス加
工し、底部に異形斜口９を有するインサート部材８とす
る（第１図■）。

その後、パンチ２０を上昇させ、カウンターパンチ２２
でインサート部材８をダイ１９から押し出す。

次に、第１図■のインサート部材８は、穴あけ加工が施
され、第１図■及び■の如く底部に対して角度（α）を
以って異形釘穴１６があけられ、インサートＡとされる
。

この穴あけ加工は、たとえば第６図のように、インサー
ト部材８の異形斜口９の底部ｑが水平になるようにワー
ク押え２９によ、り固定した後、ドリル等の切削工具２
８でインサート部材８の上面６から下面にかけて異形釘
穴１０をあける。

穴あけ加工法として、切削加工、放電加工、電解加工、
パンチによる打ち抜き等が採用でき、本発明ではこれら
を単独又は併用することにより異形釘穴１０を得る。

本実施例では、第１図■に示す部材４をプレス成形後、
第１図■のインサート部材８をプレス成形したが、第１
図１１に示す部材２から直接インサート部材８をプレス
成形することもできる。

更に、本発明は、前記実施例のように底部の上面６から
異形斜口９を設けるだけでなく、たとえば第５図の如く
、底部の下面７からも対向して異形斜口１１を設け、抜
穴あけ部ａをス程度に小さくシ、穴あけを更に容易にす
ることもできる。

水沫により成形されたインサート部材１２は、第６図示
の方法と同様にドリル等の切削工具２８にて穴あけ加工
が施され、インサーｔ−Ａとされる。

また、穴あけ加工法として、たとえば第７図のようにワ
ーク押え２９−に固定後、たとえば第９図のように抜穴
あけ部ａに仮の異形釘穴３０を複数個（図においては３
個）あけ、次いで電解加工法にて所定の異形釘穴１０に
する方法がある。

この方法によると、ドリル等の切削工具２８は仮の異形
釘穴３０をあけるために使用されるので、異形釘穴１０
を直接穴あけする作業に比して容易に実施でき、また仮
の異形釘穴３０を利用して電解加工するので、電解用電
極の通りが一般の電解加工に比して良好な上に仮の異形
釘穴３０がガイドとして働き、仕上り時間が短縮でき、
かつドリル等の機械加工では困難な仕上げ加工及びたと
えば第１０図示のような特殊な形状をなす異形釘穴１６
の寸法精度が電解加工により補われ、寸法精度の高いイ
ンサートを得ることができる。

本実施例では、異形釘穴１０の端面形状を第１図■のよ
うに略長方形状をなす穴の長手方向両端部を半円形状と
したが、たとえば第１０図Ｉのように略正方形状をなす
穴の中心側の一辺が円弧状とし外側の２隅に丸味を設け
たもの、第１０図Ｈのように略正方形状をなす穴の４辺
を円弧状としたもの、第１０図■のように略長方形状を
なす穴の４辺を円弧状としたもの等であってもよい。

また、インサートの形状も、第１図Ｖ及び■に限定する
ことなく、たとえば第１１図イの如く、インサー１−Ａ
から円環状突起５を除いたインサートＢ１第１１図口の
如く、中央に突起２９を有するインサートＣあるいは第
１１図ハの如くインサートＢの凹３を除いたインサー１
−Ｄ等でもよい。

なお、上記実施態様に用いた耐熱鋼は、炭素含有量０．
０６％以下、好ましくは０．０４．％以下の耐熱鋼であ
り、鉄基超耐熱合金を含み、真空溶解材、エレクトロス
ラブ再溶解材は加工性が良いので特に好適である。

ニッケル基またはコバルト基超耐熱合金も使用できるが
、これらは高価であるので実際的ではない。

炭素含有量が０．０６％を越えると、たとえば第１２図
に示す変形抵抗と据込率との関係を示すグラフから明ら
かな如く、加工性が悪くなり、この種の製品用の耐熱鋼
材としては実用性がない。

然し乍ら、本発明は、インサート部材のプレス成形加工
時に、噴口にあたる部分に異形料量９や更に１１を設け
るため、実際の切削加工部分が少なくかつ異形料量９に
対して切削具を一般の穴あけと同様に垂直に当てて作業
ができ、加工上の問題がなくなり、従来不向きとされて
いた材料を使用することが可能となった。

尤も、一般に、耐熱鋼は、炭素含有量が低くなる程耐酸
化性、耐蝕性が改善されるので、加工性及び品質の点で
炭素含有量０．０６％以下、特に望ましくは０．０４％
以下の耐熱鋼を使用することが好ましい。

第１２図は炭素含有量が低い程加工性が良いことを示し
ている。

更に、本発明を実施例により詳述する。

実施例 まず、Ｃ０，０４５％、Ｃｒ２３’！６、Ｍｎ０．４％
、Ｓｉ０．５係、Ｐｏ、０３％、８０．０３係、残部が
実質的にＦｅからなるフェライト系の耐熱鋼（ＨＲＢ８
９．５）素材を用いて第５図に示すインサート部材１２
を鍛造成形する。

次いで、第７図のように、インサート部材１２の異形料
量９の底部９が水平になるようにワーク押え２９を介し
て固定した後、ドリル等の切削工具２８でインサート部
材８の上面６から下面７にかけて第１３図乃至第１５図
に示す傾斜角４２°±３０で端面の長径す、ｅが（１２
，８±０．１５）ｍｍで短径ｃ、ｄが（５，７５±０．
１５）ｍｍの長円形状の異形釘穴１０を設けた。

ここで、第１３図は、インサートＡの断面図、第１４図
は第１３図のＩ−Ｉ線で断面した異形釘穴１０の形状を
示し、第１５図は第１３図の■−■線で断面した異形釘
穴１０の形状を示す。

本実施例に用いた耐熱鋼に替えて、ＳＵＳ ３１０系の
オーステナイトステンレス（Ｃ０，０６％以下、Ｎｉ
１９．００〜２２．００％ Ｃｒ２４．ＯＯ〜２６．０
０％）、５ＵＳ３０９系のオーステナイトステンレス（
Ｃ０，０６係以下、Ｎｉ１２．ＯＯ〜１５．００係、Ｃ
ｒ ２２．００−２４．００％）、ＳＵＳＸＭ７系オー
ステナイトステンレス（Ｃ０，０６％以下、Ｎｉ８．５
０〜１０．５０％、Ｃｒ１７、ｏ ｏ 〜１９．Ｏｏ％
）、５ＵＳ４０５系フエライトステンレス（Ｃ０，０
６係以下、Ｃｒ １１．５０〜１４．５ ｏ％）、Ｓ
Ｕ Ｓ ４３０系フエライトステンレス（Ｃ０，０６４
以下、Ｃｒ１６．００〜１８．００係）、５ＵＨ３１に
近い成分の低炭素合金鋼（Ｃ０，０６係以下、Ｎｉ１３
．ＯＯ〜１５．００％、Ｃｒ １４．００〜１６．００
％ ）、５ＵＨ３３Ｂに近い成分の低炭素合金鋼（Ｃ０
，０６係以下、Ｎ ｉｌ ９．００〜２２．００％、Ｃ
ｒ ２４．００〜２６．００係）、５ＵＨ４４６に近い
成分の低炭素合金鋼（ＣＯ，０６％以下、Ｃｒ ２３．
００〜２７．００係）、５ＵＨ３に近い成分の低炭素合
金鋼（Ｃｏ、ｏ６％以下、Ｃｒ １０．００〜１２．０
０％、Ｍ。

０．７０〜１．ｏｏ％）を用いた場合にも略同様の結果
を得た。

次に、本実施例にて得られたインサートＡと放電加工及
びフライス盤ボールエンドミルにて得うれたインサート
Ａとを比較した結果を第１表に示す。

比較例は第１図■に示す部材４に噴口を設けたもので、
切削距離は２１龍あった。

本実施例のインサート部材１２の抜穴あけ部ａの距離は
４．２ ｍｍで、上記切削距離の約％であった。

このため、比較例における機械加工では超硬性ボールエ
ンドミルを使用しなければならなかったが、本実施例）
こおける機械加工では通常形状の超硬性エンドミルで容
易に穴あけできた。

上述の如く、本発明は、穴あけ加工前にプレス成形によ
り噴口相当部分の上下端又は一端に異形斜上が設けられ
るので、ドリル等の穴あけ具が一般の穴あけと同様に異
形斜上の底部に垂直に当り、異形釘穴を精度よく、かつ
容易に形成することができる。

また、穴あけ箇所が短かくかつ上述のように工具の当り
が良いため、通常形状のエンドミルで容易に穴あけ加工
ができ、インサートを安価に量産できる等の利点を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に於ける工程図、第２図乃至
第５図は本発明の一実施例に於けるプレス加工の状態を
示す断面図、第６図及び第７図は本発明の一実施例に於
ける穴あけ加工状態を示す説明図、第８図は本発明の一
実施例により得られたインサートの断面図、第９図は本
発明の一実施例により得られたインサート素材の凹の平
面図、第１０図は異形釘穴の端面図、第１１図はインサ
ートの変形例を示す断面図、第１２図は変形抵抗と据込
率の関係を示すグラフ、第１３図はインサートの断面図
、第１４図は第１３図に於ける異形釘穴のＩ−４線断面
図、第１５図は同Ｕ−ｎ線断面図である。 １：耐熱鋼素材、２，４：部材、３：凹、５：円環状突
起、６：上面、７：下面、８，１２：インサート部材、
９，１１：異形斜上、１０：穴、１３．１６，１９，２
３：ダイ、１４，１７，２０゜２４：パンチ、１５，１
Ｂ、２２，２６：カウンターパンチ、２９：ワーク押え
、２８ニトリル、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ：インサート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐熱鋼材でなる円柱状素材をグイ中に挿入し、パン
   チ及びカウンターパンチにて冷間で圧縮して断面略凹型
   形状の成形体に成形する第１段階、前記成形体の底壁の
   少なくとも一部がグイ上面から吐出する状態に該成形体
   の凹部を下方に向けてグイ中に挿入し、該凹部に対接す
   る凸部を有するカウンターパンチと、異形釘穴でなる噴
   口の開口部に対応する位置に該異形釘穴の開口部分の形
   状に近似する形状をなし且つ該異形釘穴に垂直となる面
   を有する小突起を前端面に具有する上パンチとで該成形
   体を冷間圧縮し異形釘穴の開口部となる凹部を形成する
   第２段階、前記開口部となる凹部に沿って異形釘穴の噴
   口を加工するとともに外周に必要な加工を施す第３段階
   よりなる異形釘穴の噴口を有するディーゼル機関用渦流
   式コンパッションチャンバインサートの製造方法。 ２ 耐熱鋼材でなる円柱状素材をグイ中に挿入し、パン
   チ及びカウンターパンチにて冷間で圧縮して断面略凹型
   形状の成形体に成形する第１段階、前記成形体の底壁の
   少なくとも一部がグイ上面から吐出する状態に該成形体
   の凹部を下方に向けてグイ中に挿入し、該凹部に対接す
   る凸部を有し且つ異形釘穴でなる噴口の内周側開口部に
   対応する位置に該異形釘穴の開口部分の形状に近似する
   形状をなす小突起を前面に有するカウンターパンチと、
   前端面が平坦な上パンチとで冷間圧縮して凹部底面に異
   形釘穴の開口部分となる第１の凹部を有する成形体とし
   、次いで、異形釘穴でなる噴口の開口部に対応する位置
   に該異形釘穴の開口部分の形状に近似する形状をなし且
   つ該異形釘穴に垂直となる面を有する小突起を前端面に
   具有する上パンチとで該成形体を冷間圧縮し異形釘穴の
   開口部となる凹部を形成する第２段階、前記開口部とな
   る第１、第２の凹部に沿って異形釘穴の噴口を加工する
   とともに外周に必要な加工を施す第３段階よりなる異形
   釘穴の噴口を有するディーゼル機関用渦流式コンパッシ
   ョンチャンバインサートの製造方法。