JPS62144841A - 弁体等の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁体等の成形方法に関し、一層詳細には、例え
ば、エンジンのバルブを成形する際、加熱した棒材の一
端部側を押出成形することで軸部を形成した後、前記棒
材の他端部を加熱して予備成形部材により一次圧縮し、
さらに、仕上成形部材により二次圧縮して傘状部を形成
することにより成形不良のない良質な成形品が得られる
と共に、前記傘状部を仕上げる前記仕上成形部材の損耗
を回避することが可能な弁体等の成形方法に関する。

自動車等のエンジンでは、通常、燃料ガスの吸入、圧縮
、爆発、排気の４工程によってピストンを駆動しクラン
クシャフトを回転させている。この場合、前記燃料ガス
は吸入バルブを介してシリンダ室内に吸入され、また、
燃料ガスの燃焼によって発生した排気ガスは排気バルブ
を介してシリンダ室の外部に排出される。

一方、前記吸入バルブおよび排気バルブは軸部の一方の
端部に形成された傘状部がシリンダ室内に臨入しており
、この傘状部は前記燃料ガスの爆発力を直接に受けるた
め、耐衝撃性および耐熱性を有する材料で形成されるこ
とが要求される。そのため、このようなバルブ材料とし
ては、例えば、ニッケル基系の耐熱超合金やインコーネ
ル、チタン合金、粉末合金、ＦＲＭ等の硬質な素材が用
いられる。

ところで、このようなバルブ材料は硬く且つ脆い性質を
有しているため、この種の材料を常温下においてプレス
成形してバルブを得ることは不可能である。従って、通
常、温間または熱間において成形されている。然しなが
ら、前記バルブ材料の成形可能な温度範囲は極めて狭く
且つ延性にも乏しいため、バルブの成形工程の中、特に
バルブの傘状部を成形する際、その周縁部にクラック等
の成形不良が生ずる問題がある。そして、このように成
形不良が発生した場合には、シリンダ室の気密性を完全
に保持することが出来なくなり、エンジンの燃焼効率が
低下する原因となる不都合として顕在化する。

一方、このようなバルブを成形する方法として、例えば
、バルブの軸部と同一の直径に形成された棒材の端部に
電極を接続し、その端部を電気抵抗によって加熱した状
態で圧縮して傘状部を形成する方法がある。この方法は
極めて簡単で且つ好適な傘状部を形成することが出来る
が、当該端部を加熱するのに長時間を要するため生産効
率が低いという欠点を有している。また、細い棒材から
バルブを形成していくため、その成形素材の質量が小さ
く、加熱しても急速に冷却し易く成形温度が不安定であ
るという難点がある。従って、近年、太い棒材を加熱し
てバルブを成形する方法が採用されるに至っている。

そこで、第１図ａ乃至Ｃに従来技術に係るバルブ成形方
法により形成されるバルブの成形工程を例示する。この
方法では、バルブの傘状部の直径に略相当する直径の大
きな棒材２が用いられる。すなわち、棒材２は所定の金
型内に挿入された後、成形可能な温度領域まで加熱され
、その一端部が図示しないパンチにより押圧され他端部
側に軸部４が形成される。次いで、仕上用のパンチによ
って前記棒材２の一端部をさらに押圧し据え込みを行う
ことにより傘状部６が形成され、これによってバルブ８
が完成する。

ここで、棒材２はその最終成形工程（第１図Ｃ参照）に
おいて、傘状部６に相当するバルブ材料の温度低下を防
止するためおよび据込比率（棒材２の据込距離りと傘状
部６の直径ｄとの比率）が大きくならないように、直径
が相当に大きい棒材２が選択利用されている。

この方法は、吸入バルブのように、例えば、マルテンサ
イト系の耐熱鋼を用いた比較的成形し易い材料を成形す
る場合には問題は生じない。

然しなから、排気バルブのように、難成形材料からなる
部材を成形する場合、成形過程の途上において棒材２が
パンチや棒材２と金型との間に塗布される潤滑剤等によ
り冷却され、その延性等が低下する。従って、仕上用の
パンチによって傘状部６を形成する際、前記傘状部６の
周縁部６ａにクラック等が発生してしまう。また、直径
の大きな棒材２を用いているため、その押出比率、すな
わち、棒材２の直径とこの棒材２から形成される軸部４
の直径との比率が大きく成形が極めて困難となる。

一方、前記の成形方法を改良したものとして、第１図ａ
に示す棒材２よりも直径の小さい棒材を用いて軸部を形
成した後、前記棒材の端部を再加熱し、仕上用のパンチ
によって傘状部を形成する方法も案出されている。この
場合、前記軸部の押出成形は、押出比率が小さいため、
前述した方法よりも容易となる。

然しなから、前記傘状部の形成時における据込比率（第
１図においてｈ／ｄに相当）はかなり大きくなり、また
、仕上用のパンチが傘状部と接触している時間も長くな
るため、パンチが傘状部の熱等によって損耗されてしま
うという問題がある。そのため、パンチの寿命が短くな
り、巳かも傘状部の表面や周縁部に損傷やクラック等が
発生してしまう。

そこで、第２図ａ乃至ｄに示すように、バルブの軸部よ
りもやや直径の大きい棒材１０を所定の金型内に挿入し
て加熱し、その一端部をパンチにより押圧して軸部１２
を形成した後、凹状部を有する図示しないパンチにより
棒材１０の一端部を紡錘状に形成する方法がある。そし
て、この紡錘部１４は再加熱され、第１図Ｃの場合と同
様に仕上用のパンチによって傘状部１６が形成されバル
ブ１８が完成する。

この場合、第２図Ｃからｄの成形過程において、前記仕
上用のパンチと紡錘部１４との接触面積は少なく、従っ
て、仕上用パンチは紡錘部１４によって加熱され難く、
その分だけ当該パンチの損耗が抑制されるという利点が
ある。

然しなから、同図Ｃの成形工程におけるパンチと棒材１
０との接触面積が大きいため、棒材１０の熱がパンチに
よって大幅に吸収され、紡錘部１４の外周部にクラック
が発生したり、あるいは当該外周部における成形素材の
結晶粒が粗大化してしまう。この結果、同図ｄの仕上成
形時において傘状部１６の周縁部１６ａにクランク等が
発生する場合がある。

一方、同図Ｃからｄの過程において、傘状部１６の周縁
部１６ａに紡錘部１４の一部分をはみ出させるようにし
て成形する方法も採用されている。

然しなから、この場合も成形不良を減少させることは出
来ず、また、成形素材として高価な材料を使用している
ため不経済となる欠点がある。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、加熱した棒材の一端部側を押出成形することで
軸部を形成した後、前記棒材の他端部を加熱しその周縁
部を拘束しない状態で一次圧縮し、さらに、仕上成形部
材により前記他端部を二次圧縮して傘状部を形成するこ
とにより前記傘状部の周縁部に成形不良が発生すること
がなく、良質な成形品を得ることが出来ると共に、前記
仕上成形部材の損耗を抑制し得る弁体等の成形方法を提
供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は棒材を加熱しそ
の一端部側を押出成形することにより軸部を形成する第
１の工程と、前記棒材の他端部を加熱し当該他端部の周
縁部を非拘束の状態で予備成形部材により一次圧縮する
第２の工程と、前記他端部を仕上成形部材により二次圧
縮することにより傘状部を形成する第３の工程とからな
ることを特徴とする。

次に、本発明に係る弁体等の成形方法について好適な実
施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明
する。

第３図ａ乃至ｄは本発明に係る弁体等の成形方法の成形
工程を示したものである。

先ず、エンジン等のバルブに適した成形素材から棒材２
０を形成する。この棒材２０はその外周部に潤滑剤をコ
ーティングした後、所定の金型内に挿入され高周波加熱
機等により所定の成形温度まで加熱される。この場合、
棒材２０の加熱温度は材質により異なるが、延性が最大
であり且つ溶融等のしない温度、例えば、インコーネル
の場合には１１５０℃から１１７０℃に加熱される。

金型内において加熱された棒材２０はその一端部が図示
しないパンチによって押圧され他端部側に軸部２２が形
成される（第３図す参照）。

ここで、棒材２０の直径を軸部２２の直径に対して些程
大きくならないように設定しておくことは、第３図ａか
らｂにおける棒材２０の押出成形過程において押出成形
作業をより容易とする上で、また、同図すにおいて安定
した品質、形状等を備えたバルブの中間素材を得る上で
も好適である。

次に、棒材２０の一端部に、第４図に示すように−、凹
状部２４ａを有した予備成形部材、すなわち、予備成形
用パンチ２４を当接させ傘状部を形成するための予備成
形を行う。この場合、棒材２０の端部周縁部は予備成形
用パンチ２４と金型２６との間において非拘束の状態と
しておく。そして、棒材２０の当該一端部のみが高周波
加熱機等によって再加熱され、パンチ２４によって一次
圧縮が行われる。この結果、当該一端部は径方向に広が
り凸状部２８ａを有する据込部２８が形成される。

ここで、この据込部２８の成形に際して成形素材の酸化
を防止するため、不活性ガスの雰囲気中で加熱を行えば
好適である。また、通常の空気中で加熱する場合、加熱
工程を多数回繰り返すと表面の酸化が進行し、成形素材
の結晶粒が粗大化しクランク等の成形不良が発生する原
因となる。そこで、この実施例の場合、成形素材の加熱
は第３図ａにおける加熱と、第３図Ｃにおける据込部２
８の加熱の二回に限定し、この二回目の加熱温度はイン
コーネルの場合、１１３０℃乃至１１５０°Ｃに設定し
ている。

このようにして予備成形用パンチ２４によって一次圧縮
され形成される据込部２８はその周縁部２８ｂが、前記
のように、非拘束状態であり、パンチ２４および金型２
６に接触することがないため、当該一次圧縮中において
殆ど冷却されることがなく、クラック等の発生しない状
態で最適な直径まで成形される。また、据込部２８の周
縁部２８ｂが成形時に外方向に膨出するため、次工程に
おける据込比率を一層小さくすることが出来る。

次いで、第５図に示すように、傘状部の形状に応じた凸
状端部３０ａを有する仕上成形部材、すなわち、仕上用
パンチ３０により前記据込部２８を金型３２に指向して
二次圧縮する。これにより、第３図に示す所望の形状の
傘状部３４が形成され、バルブ３６が完成する。

ここで、仕上用パンチ３０により据込部２８を圧縮成形
する場合、仕上用パンチ３０は、当初、据込部２８の凸
状部２８ａに点状に接触した状態で前記据込部２８を圧
縮する。そのため、この圧縮過程において据込部２８の
熱が仕上用パンチ３０によって吸熱されることがなく、
その温度が最適な成形温度に維持されることとなる。ま
た、予備成形用パンチ２４によって一次圧縮されている
ために仕上用パンチ３０による傘状部３４の据込比率は
小さくてすみ、従って、成形の完了した傘状部３４の周
縁部３４ａにクランク等の成形不良が発生することはな
くなる。さらに、据込部２８は予め予備成形用パンチ２
４によって既に所定量成形されているため、仕上用パン
チ３０による据込部２８から傘状部３４に至る成形時間
が極めて短くなり、その結果、仕上用パンチ３０の損耗
も抑制される。

なお、第４図における予備成形用パンチ２４による一次
圧縮において、据込部２８には圧縮による熱が発生し、
前記パンチ２４の当接による据込部２８の温度低下が緩
和される。

また、棒材２０の一端部を成形素材の変態点以上の温度
で所定量変形させた場合、前記据込部２８の素材が再結
晶し、その結晶粒が微細化され延性が増大することが知
られている。そこで、一次圧縮において得られる据込部
２８の直径が、成形前の棒材２０の直径と成形後の傘状
部３４の直径との略中間の値となるように設定すること
により、据込部２８の結晶粒が最も微細化され、傘状部
３４を形成する際にその周縁部３４ａにおけるクランク
等の発生率を最も低く抑えることが可能となる。

従って、一次圧縮による据込部２８の成形量を以上のよ
うに調整することで良質なバルブ３６が得られる。

以上のように、本発明によれば、棒材を加熱しその一端
部側を押出形成することで軸部を形成した後、前記棒材
の他端部を再加熱し当該他端部の周縁部を非拘束状態と
して予備成形部材により一次圧縮を行い、次いで、仕上
成形部材を介して二次圧縮を行うことにより傘状部を有
する弁体等を形成している。そのため、前記傘状部の周
縁部にクラック等の成形不良が発生することかなく、極
めて良質な成形品を得ることが出来る。また、前記二次
圧縮に用いられる仕上用成形部材の棒材に対する接触時
間を可及的に短くすることが可能であるために、その損
耗を回避することが出来る。従って、当該成形方法に用
いられる仕上成形部材の寿命が延び、安価な弁体等の形
成が可能となる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至Ｃは従来技術に係るバルブの成形工程を示
す説明図、 第２図ａ乃至ｄは従来技術に係るバルブの他の成形工程
を示す説明図、 第３図ａ乃至ｄは本発明に係る弁体等の成形方法におけ
るバルブの成形工程を示す説明図、第４図は本発明に係
る弁体等の成形方法における一次圧縮の状態を示す断面
説明図、第５図は本発明に係る弁体等の成形方法におけ
る二次圧縮の状態を示す断面説明図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）棒材を加熱しその一端部側を押出成形することに
   より軸部を形成する第１の工程と、前記棒材の他端部を
   加熱し当該他端部の周縁部を非拘束の状態で予備成形部
   材により一次圧縮する第２の工程と、前記他端部を仕上
   成形部材により二次圧縮することにより傘状部を形成す
   る第３の工程とからなることを特徴とする弁体等の成形
   方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、一次
   圧縮によって成形される当該他端部の直径は成形前の棒
   材の直径と成形後の傘状部の直径との略中間の大きさに
   設定してなる弁体等の成形方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法に
   おいて、第２工程における加熱温度は第１工程における
   加熱温度よりも小さく選択されてなる弁体等の成形方法
   。
4. （４）特許請求の範囲第２項記載の方法において、棒材
   の他端部は一次圧縮前の棒材の直径と二次圧縮後の傘状
   部の直径との略中間の直径まで一次圧縮するよう第２工
   程において前記棒材の変態点以上の温度で加熱されてな
   る弁体等の成形方法。