WO2020004286A1 - Method for manufacturing hollow engine valve - Google Patents
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- the processing roller 32 is rotatably supported by the support member 35 via the front and rear bearings 34 disposed along the axial direction of the processing roller 32 with the processing roller 32 interposed therebetween.
- the support member 35 can be moved in the radial direction and the axial direction of the cylindrical portion 8B by a moving mechanism (not shown). Note that one or a plurality of the processing rollers 32 may be used.
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Abstract
Description
本発明は、中空エンジンバルブの製造方法に関し、更に詳しくは、軸部及び該軸部の軸端側に連なる傘状部を備え、軸部及び傘状部にわたって中空孔が形成された中空エンジンバルブの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a hollow engine valve, and more particularly, to a hollow engine valve including a shaft portion and an umbrella-shaped portion connected to the shaft end side of the shaft portion, wherein a hollow hole is formed over the shaft portion and the umbrella-shaped portion. And a method for producing the same.
従来の中空エンジンバルブの製造方法として、鍛造加工により、円筒状部及び該円筒状部の軸端側に連なる半傘状部を備える中間部品を製造し、その中間部品の円筒状部をスピニング加工した後に絞り加工して縮径することで、中空エンジンバルブを製造する方法が記載されている(特許文献1の請求項5及び明細書の段落〔0023〕等参照)。
As a conventional method for manufacturing a hollow engine valve, an intermediate component having a cylindrical portion and a semi-umbrella-shaped portion connected to the shaft end side of the cylindrical portion is manufactured by forging, and the cylindrical portion of the intermediate component is spinned. A method of manufacturing a hollow engine valve by drawing and reducing the diameter after the drawing is described (see
しかし、上記従来の中空エンジンバルブの製造方法では、鍛造加工により得られた中間部品を文献・資料等と作業者の経験に基づいて決められる加熱保持時間で熱処理し、その熱処理された中間部品の円筒状部をスピニング加工しているため、スピニング加工時に中間部品の円筒状部が伸び難くい場合がある。その場合、中間部品の円筒状部において加工面(すなわち、円筒状部の外周面)と加工用ツールが接触しない内周面との間で表面状態が異なる。具体的に、中間部品の円筒状部の内周面、ひいては中空エンジンバルブの中空孔を形成する内面には肌荒れが生じて表面状態が悪くなる。そのため、中空エンジンバルブの強度が低下してしまう。さらに、中空エンジンバルブの中空孔内に冷却用の金属ナトリウムを入れることがあるが、その場合、中空孔内での金属ナトリウムの流動性が低く冷却機能が低下してしまう。
なお、上述の問題は、特にオーステナイト系耐熱材料(例えば、ニッケル基超合金、オーステナイト系ステンレス鋼等)の難加工材を加工する場合に顕著に現れる。
However, in the above-described conventional method for manufacturing a hollow engine valve, the intermediate part obtained by forging is heat-treated for a heating and holding time determined based on literature, materials, and the experience of the operator, and the heat-treated intermediate part is heated. Since the cylindrical portion is subjected to spinning, the cylindrical portion of the intermediate part may not be easily stretched during spinning. In that case, the surface condition is different between the processing surface (that is, the outer peripheral surface of the cylindrical portion) of the cylindrical portion of the intermediate part and the inner peripheral surface where the processing tool does not contact. Specifically, the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the intermediate part, and eventually the inner surface of the hollow engine valve forming the hollow hole, is roughened and the surface condition is deteriorated. Therefore, the strength of the hollow engine valve is reduced. Further, in some cases, metallic sodium for cooling is put into the hollow hole of the hollow engine valve, but in that case, the fluidity of metallic sodium in the hollow hole is low and the cooling function is reduced.
In addition, the above-described problem is particularly conspicuous when a difficult-to-work material such as an austenitic heat-resistant material (eg, a nickel-based superalloy, an austenitic stainless steel, etc.) is processed.
ここで、中空エンジンバルブでは、軽量化等のために中空孔の容積を大きくすることが求められる。しかしながら、上記従来の中空エンジンバルブの製造方法では、上述のように、鍛造加工により得られた中間部品を文献・資料等と作業者の経験に基づいて決められる加熱保持時間で熱処理し、その熱処理された中間部品の円筒状部をスピニング加工しているため、スピニング加工に加えて絞り加工時にも中間部品の円筒状部が伸び難い。そのため、加圧力が大きくなるように、中間部品の円筒状部の底端側まで深く金型で絞り加工する必要がある。その結果、中空エンジンバルブの傘状部の中空孔の外周側が潰れ易く、傘状部の中空孔の容積を大きくできない。 Here, in the case of a hollow engine valve, it is required to increase the volume of the hollow hole in order to reduce the weight. However, in the conventional method of manufacturing a hollow engine valve, as described above, the intermediate part obtained by forging is heat-treated for a heating and holding time determined based on literature, materials, and the experience of an operator. Since the cylindrical part of the intermediate part is spin-finished, the cylindrical part of the intermediate part does not easily stretch during drawing in addition to spinning. For this reason, it is necessary to draw with a metal mold deeply to the bottom end side of the cylindrical portion of the intermediate part so that the pressing force is increased. As a result, the outer peripheral side of the hollow hole of the umbrella-shaped portion of the hollow engine valve is easily crushed, and the volume of the hollow hole of the umbrella-shaped portion cannot be increased.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、中空孔を形成する内面での表面状態が良好であるとともに、中空孔の容積を大きくすることができる中空エンジンバルブの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and provides a method of manufacturing a hollow engine valve which has a good surface condition on an inner surface forming a hollow hole and can increase the volume of the hollow hole. The purpose is to:
本発明は以下の通りである。
1.軸部及び該軸部の軸端側に連なる傘状部を備え、前記軸部及び前記傘状部にわたって中空孔が形成された中空エンジンバルブの製造方法であって、鍛造加工により、円筒状部及び該円筒状部の軸端側に連なる半傘状部を備える中間部品を得る鍛造工程と、前記中間部品を軟化させるために前記円筒状部の肉厚に応じて決められる加熱保持時間で熱処理する熱処理工程と、熱処理された前記中間部品の前記円筒状部をスピニング加工により軸方向に延伸するスピニング工程と、軸方向に延伸された前記円筒状部を絞り加工により縮径することで、前記軸部及び前記傘状部を形成するネッキング工程と、を備えることを要旨とする。
2.前記中間部品は、オーステナイト系耐熱材料で形成されており、前記熱処理工程は、前記中間部品を1000~1100℃に加熱保持した後に水冷する上記1.記載の中空エンジンバルブの製造方法。
3.前記熱処理工程は、加熱された前記中間部品を前記円筒状部の肉厚の1mm当りに対して3~8分となる加熱保持時間で保持する上記2.記載の中空エンジンバルブの製造方法。
4.前記熱処理工程は、前記中間部品を、容器内で攪拌される冷却水中又は容器に対して循環される冷却水中に投入して水冷する上記2.又は3.に記載の中空エンジンバルブの製造方法。
5.前記冷却水の水温は、15~35℃である上記4.記載の中空エンジンバルブの製造方法。
6.前記スピニング工程は、前記円筒状部の外周面に加工ローラの外周円弧面を所定の切込み量で押し当てながら、前記加工ローラを前記円筒状部に対して軸方向に移動させて前記円筒状部を軸方向に延伸し、前記加工ローラの外周円弧面の曲率半径は、スピニング加工前の前記円筒状部の肉厚の3~5倍の値であり、前記スピニング加工時に、前記円筒状部の軸方向に沿う断面において、前記加工ローラの外周円弧面が前記円筒状部の外周面と接する円弧の一端と他端とを結ぶ直線は、前記円筒状部の軸方向に対して5~7度の傾斜角度で傾斜している上記1.乃至5.のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。
7.前記中空エンジンバルブは、前記中空孔を形成する内面の表面粗さRaが4.0~22.0である上記1.乃至6.のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。
8.前記鍛造工程は、前記中間部品の前記円筒状部の内周面の底端側に円弧面を形成し、前記ネッキング工程は、前記円筒状部を上側とし且つ前記半傘状部を下側としたときに、前記円筒状部の軸方向で前記円弧面よりも上側の部分を絞り加工する上記1.乃至7.のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。
9.前記スピニング工程は、加工ローラを用いて前記中間部品の前記円筒状部をスピニング加工し、前記加工ローラは、該加工ローラを挟んで該加工ローラの軸方向に沿って配置される前後の軸受を介して支持部材に回転自在に支持されている上記1.乃至8.のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。
The present invention is as follows.
1. A method for manufacturing a hollow engine valve, comprising: a shaft portion and an umbrella-shaped portion connected to the shaft end side of the shaft portion, wherein a hollow hole is formed over the shaft portion and the umbrella-shaped portion. And a forging step of obtaining an intermediate part having a semi-umbrella-shaped part connected to the shaft end side of the cylindrical part, and a heat treatment for heating and holding time determined according to the thickness of the cylindrical part to soften the intermediate part. Heat treatment step, and a spinning step of extending the heat-treated intermediate part in the axial direction by spinning the cylindrical part, and reducing the diameter of the axially-extended cylindrical part by drawing. A necking step of forming a shaft portion and the umbrella-shaped portion.
2. The intermediate part is formed of an austenitic heat-resistant material, and in the heat treatment step, the intermediate part is heated and held at 1000 to 1100 ° C. and then water-cooled. A method for manufacturing the hollow engine valve according to the above.
3. In the heat treatment step, the heated intermediate component is held for a heating holding time of 3 to 8 minutes per 1 mm of the thickness of the cylindrical portion. A method for manufacturing the hollow engine valve according to the above.
4. In the heat treatment step, the intermediate component is placed in cooling water stirred in a container or cooling water circulated in the container, and water-cooled. Or 3. 5. The method for manufacturing a hollow engine valve according to
5. 3. The temperature of the cooling water is 15 to 35 ° C. A method for manufacturing the hollow engine valve according to the above.
6. The spinning step includes moving the processing roller in the axial direction with respect to the cylindrical portion while pressing an outer circular arc surface of the processing roller against the outer peripheral surface of the cylindrical portion by a predetermined cut amount. In the axial direction, the radius of curvature of the outer circumferential arc surface of the processing roller is 3 to 5 times the thickness of the cylindrical portion before spinning, and at the time of the spinning, In a cross section along the axial direction, a straight line connecting one end and the other end of the arc where the outer circumferential surface of the processing roller contacts the outer circumferential surface of the cylindrical portion is 5 to 7 degrees with respect to the axial direction of the cylindrical portion. The above-mentioned 1. which is inclined at an inclination angle of 1. To 5. The method for manufacturing a hollow engine valve according to any one of
7. In the hollow engine valve, the inner surface forming the hollow hole has a surface roughness Ra of 4.0 to 22.0. To 6. The method for manufacturing a hollow engine valve according to any one of
8. The forging step forms an arc surface on the bottom end side of the inner peripheral surface of the cylindrical part of the intermediate part, and the necking step sets the cylindrical part to the upper side and the semi-umbrella part to the lower side. Then, a portion above the arc surface in the axial direction of the cylindrical portion is drawn. To 7. The method for manufacturing a hollow engine valve according to any one of
9. The spinning step spins the cylindrical portion of the intermediate component using a processing roller, and the processing roller includes front and rear bearings that are arranged along the axial direction of the processing roller with the processing roller interposed therebetween. 1 above, which is rotatably supported by the support member via To 8. The method for manufacturing a hollow engine valve according to any one of
本発明の中空エンジンバルブの製造方法によると、鍛造加工により、円筒状部及び該円筒状部の軸端側に連なる半傘状部を備える中間部品を得る鍛造工程と、中間部品を軟化させるために前記円筒状部の肉厚に応じて決められる加熱保持時間で熱処理する熱処理工程と、熱処理された中間部品の円筒状部をスピニング加工により軸方向に延伸するスピニング工程と、軸方向に延伸された円筒状部を絞り加工により縮径することで、軸部及び傘状部を形成するネッキング工程と、を備える。このように、鍛造加工により得られた中間部品を熱処理して軟化させることで、スピニング加工時及び絞り加工時に中間部品の円筒状部が伸び易くなるため、スピニング加工及び絞り加工の加工性に優れる。その結果、中空エンジンバルブの中空孔を形成する内面での表面肌荒れの発生が抑制されて表面状態が良好となる。よって、中空エンジンバルブの強度の低下が抑制される。さらに、中空エンジンバルブの中空孔内に冷却用の金属ナトリウムを入れる場合には、中空孔内で金属ナトリウムが円滑に流動して効果的に冷却機能を発揮する。さらに、絞り加工の加工性に優れるため、傘状部の中空孔の外周側の潰れが抑制されるように、絞り加工の型締め時の金型の高さ位置を容易に調整できる。その結果、中空エンジンバルブの中空孔の容積を大きくすることができる。
また、前記中間部品が、オーステナイト系耐熱材料で形成されており、前記熱処理工程が、前記中間部品を1000~1100℃に加熱保持した後に水冷する場合は、中間部品を固溶化熱処理して効果的に軟化させることができる。
また、前記熱処理工程が、加熱された前記中間部品を前記円筒状部の肉厚の1mm当りに対して3~8分となる加熱保持時間で保持する場合は、中間部品の加熱保持時間を比較的短くでき、熱処理後の中間部品の表面での酸化膜の発生を低減できる。
また、前記熱処理工程が、前記中間部品を、容器内で攪拌される冷却水中又は容器に対して循環される冷却水中に投入して水冷する場合は、冷却水の温度上昇が抑えられるため、熱処理工程で中間部品を効果的に急冷できる。
また、前記冷却水の水温が、15~35℃である場合は、熱処理工程で中間部品を効果的に急冷できる。
また、前記スピニング工程が、前記円筒状部の外周面に加工ローラの外周円弧面を所定の切込み量で押し当てながら、前記加工ローラを前記円筒状部に対して軸方向に移動させて前記円筒状部を軸方向に延伸し、前記加工ローラの外周円弧面の曲率半径が、スピニング加工前の前記円筒状部の肉厚の3~5倍の値であり、前記スピニング加工時に、前記円筒状部の軸方向に沿う断面において、前記加工ローラの外周円弧面が前記円筒状部の外周面と接する円弧の一端と他端とを結ぶ直線が、前記円筒状部の軸方向に対して5~7度の傾斜角度で傾斜している場合は、切込み量の最大値と最小値を想定考慮して加工ローラの外周円弧面の曲率半径を設定することとなるため、スピニング加工時に中間部品の円筒状部を効果的に延伸できる。
また、前記中空エンジンバルブが、前記中空孔を形成する内面の表面粗さRaが4.0~22.0である場合は、中空エンジンバルブの中空孔を形成する内面の表面状態が極めて良好である。
また、前記鍛造工程が、前記中間部品の前記円筒状部の内周面の底端側に円弧面を形成し、前記ネッキング工程が、前記円筒状部を上側とし且つ前記半傘状部を下側としたきに、前記円筒状部の軸方向で前記円弧面よりも上側の部分を絞り加工する場合は、中空エンジンバルブの中空孔の最大外径が鍛造加工で得られる中間部品の円筒状部の開口の内径と略同じにできる。その結果、中空エンジンバルブの中空孔の容積を更に大きくできる。
さらに、前記スピニング工程が、加工ローラを用いて前記中間部品の前記円筒状部をスピニング加工し、前記加工ローラが、該加工ローラを挟んで該加工ローラの軸方向に沿って配置される前後の軸受を介して支持部材に回転自在に支持されている場合は、加工ローラの倒れ込みが抑制されるため、中間部品の円筒状部が効果的にスピニング加工される。
According to the method for manufacturing a hollow engine valve of the present invention, a forging process for obtaining an intermediate part having a cylindrical part and a semi-umbrella-shaped part connected to the shaft end side of the cylindrical part, and for softening the intermediate part A heat treatment step of performing a heat treatment for a heating and holding time determined according to the thickness of the cylindrical part, a spinning step of extending the cylindrical part of the heat-treated intermediate part in the axial direction by spinning, A necking step of forming a shaft portion and an umbrella-shaped portion by reducing the diameter of the cylindrical portion by drawing. As described above, by heat-treating and softening the intermediate part obtained by forging, the cylindrical part of the intermediate part is easily elongated at the time of spinning and drawing, and is excellent in workability of spinning and drawing. . As a result, the occurrence of surface roughening on the inner surface of the hollow engine valve forming the hollow hole is suppressed, and the surface condition is improved. Therefore, a decrease in the strength of the hollow engine valve is suppressed. Further, when metal sodium for cooling is put in the hollow hole of the hollow engine valve, the metal sodium flows smoothly in the hollow hole and effectively exerts a cooling function. Further, since the drawing processability is excellent, the height position of the mold at the time of the drawing die clamping can be easily adjusted so that the outer peripheral side of the hollow hole of the umbrella-shaped portion is suppressed. As a result, the volume of the hollow hole of the hollow engine valve can be increased.
In the case where the intermediate component is formed of an austenitic heat-resistant material and the heat treatment step is performed by heating and holding the intermediate component at 1000 to 1100 ° C. and then cooling with water, the intermediate component is effectively subjected to a solution heat treatment. Can be softened.
In the case where the heat treatment step holds the heated intermediate part for a heating holding time of 3 to 8 minutes per 1 mm of the thickness of the cylindrical portion, the heating holding time of the intermediate part is compared. It is possible to reduce the length of the oxide film on the surface of the intermediate component after the heat treatment.
Further, in the case where the heat treatment step is performed in which the intermediate component is put into cooling water stirred in a container or cooling water circulated in the container and water-cooled, the temperature rise of the cooling water is suppressed. The intermediate parts can be quenched effectively in the process.
When the temperature of the cooling water is 15 to 35 ° C., the intermediate part can be cooled rapidly in the heat treatment step.
Further, the spinning step includes moving the processing roller in the axial direction with respect to the cylindrical portion while pressing an outer circular arc surface of the processing roller against the outer peripheral surface of the cylindrical portion by a predetermined cutting amount. The radius of curvature of the outer peripheral arc surface of the processing roller is 3 to 5 times the thickness of the cylindrical part before spinning, and the cylindrical part is stretched during the spinning. In a cross section along the axial direction of the portion, a straight line connecting one end and the other end of an arc in which the outer peripheral arc surface of the processing roller contacts the outer peripheral surface of the cylindrical portion is 5 to 5 with respect to the axial direction of the cylindrical portion. In the case of inclination at an inclination angle of 7 degrees, the radius of curvature of the outer peripheral arc surface of the processing roller is set in consideration of the maximum value and the minimum value of the cutting amount. The shape can be effectively stretched.
Further, when the hollow engine valve has a surface roughness Ra of 4.0 to 22.0 on the inner surface forming the hollow hole, the surface condition of the inner surface forming the hollow hole of the hollow engine valve is extremely good. is there.
Further, the forging step forms an arc surface on the bottom end side of the inner peripheral surface of the cylindrical part of the intermediate part, and the necking step sets the cylindrical part upward and the semi-umbrella downward. When the upper part of the hollow portion of the hollow engine valve is obtained by forging, when the portion above the arc surface is drawn in the axial direction of the cylindrical portion, the cylindrical shape of the intermediate part is obtained. It can be made substantially the same as the inner diameter of the opening of the part. As a result, the volume of the hollow hole of the hollow engine valve can be further increased.
Furthermore, the spinning step spins the cylindrical portion of the intermediate component using a processing roller, and before and after the processing roller is disposed along the axial direction of the processing roller across the processing roller. When the support member is rotatably supported by a support member via a bearing, the falling of the processing roller is suppressed, so that the cylindrical portion of the intermediate component is effectively spinned.
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
ここで示される事項は例示的なものおよび本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。 The matters shown here are for the purpose of exemplifying the exemplary embodiments and the embodiments of the present invention, and should be described so that the principles and conceptual features of the present invention can be most effectively and easily understood. It is intended to provide what is considered. In this regard, it is not intended to show the structural details of the invention beyond that which is necessary for a fundamental understanding of the invention, and that some forms of the invention will be It will be clear to those skilled in the art how it is actually embodied.
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法は、軸部(2)及び該軸部の軸端側に連なる傘状部(3)を備え、軸部(2)及び傘状部(3)にわたって中空孔(4)が形成された中空エンジンバルブ(1)の製造方法であって、鍛造加工により、円筒状部(8B)及び該円筒状部の軸端側に連なる半傘状部(9B)を備える中間部品(7C)を得る鍛造工程(S3)と、中間部品(7C)を軟化させるために円筒状部(8B)の肉厚(t)に応じて決められる加熱保持時間(t2)で熱処理する熱処理工程(S4)と、熱処理された中間部品(7C)の円筒状部(8B)をスピニング加工により軸方向に延伸するスピニング工程(S5,S5’)と、軸方向に延伸された円筒状部(8B)を絞り加工により縮径することで、軸部(2)及び傘状部(3)を形成するネッキング工程(S6)と、を備える(例えば、図1~図3等参照)。 The method for manufacturing a hollow engine valve according to the present embodiment includes a shaft portion (2) and an umbrella-shaped portion (3) connected to the shaft end side of the shaft portion, and extends over the shaft portion (2) and the umbrella-shaped portion (3). A method for manufacturing a hollow engine valve (1) in which a hollow hole (4) is formed, comprising a cylindrical portion (8B) and a semi-umbrella-shaped portion (9B) connected to the shaft end side of the cylindrical portion by forging. In a forging step (S3) for obtaining an intermediate part (7C) having the following, and a heating holding time (t2) determined according to the thickness (t) of the cylindrical part (8B) to soften the intermediate part (7C). A heat treatment step (S4) for heat treatment, a spinning step (S5, S5 ') for extending the cylindrical part (8B) of the heat-treated intermediate part (7C) in the axial direction by spinning, and a cylinder elongated in the axial direction. The shaft portion (2) is formed by reducing the diameter of the shape portion (8B) by drawing. A necking step of forming a fine cone-shaped part (3) (S6), provided with a (for example, see FIGS. 1-3).
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、上記中間部品(7C)は、オーステナイト系耐熱材料で形成されており、熱処理工程(S4)は、中間部品(7C)を1000~1100℃(好ましくは1030~1070℃、特に1040~1060℃)に加熱保持した後に水冷する形態(例えば、図11~図13等参照)が挙げられる。なお、上記オーステナイト系耐熱材料としては、例えば、NCF751(インコネル751(登録商標))等のニッケル基超合金、SUS304等のステンレス鋼、SUH35、SUH38等の耐熱鋼等が挙げられる。 In the method for manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, the intermediate part (7C) is formed of an austenitic heat-resistant material, and the heat treatment step (S4) is performed by using the intermediate part (7C) of 1000 to 1100. A mode of heating and holding at a temperature of 10 ° C. (preferably 1030 to 1070 ° C., particularly 1040 to 1060 ° C.) and then cooling with water (for example, see FIGS. 11 to 13). Examples of the austenitic heat-resistant material include a nickel-based superalloy such as NCF751 (Inconel 751 (registered trademark)), a stainless steel such as SUS304, and a heat-resistant steel such as SUH35 and SUH38.
上述の形態の場合、例えば、上記熱処理工程(S4)は、加熱された中間部品(7C)を円筒状部(8B)の肉厚(t)の1mm当りに対して3~8分(好ましくは4~6分)となる加熱保持時間(t2)で保持することができる(例えば、図11~図13等参照)。この場合、例えば、上記中間部品(7C)の円筒状部(8B)の肉厚(t)は1~3mmであり、熱処理工程(S4)は、加熱された中間部品(7C)を3~24分(好ましくは4~18分、特に5~15分)の加熱保持時間で保持することができる。 In the case of the above-described embodiment, for example, in the heat treatment step (S4), the heated intermediate part (7C) is heated for 3 to 8 minutes (preferably, per mm) of the thickness (t) of the cylindrical portion (8B). (4 to 6 minutes) (see, for example, FIGS. 11 to 13). In this case, for example, the wall thickness (t) of the cylindrical portion (8B) of the intermediate part (7C) is 1 to 3 mm, and the heat treatment step (S4) is performed by heating the heated intermediate part (7C) to 3 to 24 mm. Minutes (preferably 4 to 18 minutes, especially 5 to 15 minutes).
上述の形態の場合、例えば、上記熱処理工程(S4)は、中間部品(7C)を、容器(22)内で攪拌される冷却水(23)中又は容器に対して循環される冷却水中に投入して水冷することができる(例えば、図5等参照)。この場合、例えば、上記冷却水の水温は、15~35℃(好ましくは20~30℃)であることができる(例えば、図11~図13等参照)。 In the case of the above-described embodiment, for example, in the heat treatment step (S4), the intermediate component (7C) is put into cooling water (23) stirred in the container (22) or into cooling water circulated through the container. And water-cooled (see, for example, FIG. 5). In this case, for example, the water temperature of the cooling water can be 15 to 35 ° C. (preferably 20 to 30 ° C.) (see, for example, FIGS. 11 to 13).
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、図14及び図15に示すように、スピニング工程(S5’)は、円筒状部(8B)の外周面に加工ローラ(132)の外周円弧面(132a)を所定の切込み量(d)で押し当てながら、加工ローラ(132)を円筒状部(8B)に対して軸方向に移動(相対的に移動)させて円筒状部(8B)を軸方向に延伸することができる。この場合、例えば、加工ローラ(132)の外周円弧面(132a)の曲率半径(R)は、スピニング加工前の円筒状部(8B)の肉厚(t)の3~5倍の値であり、スピニング加工時に、円筒状部(8B)の軸方向に沿う断面において、加工ローラ(132)の外周円弧面(132a)が円筒状部(8B)の外周面と接する円弧の一端(p1)と他端(p2)とを結ぶ直線(L1)は、円筒状部(8B)の軸方向に対して5~7度の傾斜角度(θ1)で傾斜していることができる。 As a method for manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, as shown in FIGS. 14 and 15, the spinning step (S5 ′) includes the step of forming the processing roller (132) on the outer peripheral surface of the cylindrical portion (8B). The processing roller (132) is axially moved (moved relatively) with respect to the cylindrical portion (8B) while pressing the outer circular arc surface (132a) at a predetermined cutting amount (d), and the cylindrical portion ( 8B) can be stretched in the axial direction. In this case, for example, the radius of curvature (R) of the outer circular arc surface (132a) of the processing roller (132) is 3 to 5 times the thickness (t) of the cylindrical portion (8B) before spinning. At the time of spinning, in the cross section along the axial direction of the cylindrical portion (8B), one end (p1) of the circular arc where the outer peripheral arc surface (132a) of the processing roller (132) is in contact with the outer peripheral surface of the cylindrical portion (8B). The straight line (L1) connecting to the other end (p2) can be inclined at an inclination angle (θ1) of 5 to 7 degrees with respect to the axial direction of the cylindrical portion (8B).
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、上記中空エンジンバルブ(1)は、中空孔(4)を形成する内面の表面粗さRaが4.0~22.0(好ましくは4.0~12.0、特に4.0~8.0、更に4.0~6.0)である形態(例えば、図9等参照)が挙げられる。なお、上記表面粗さは算術平均粗さ(Ra)を採用した。また、上記表面粗さRaは、ネッキング工程後の表面粗さを示す。 As a method for manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, the hollow engine valve (1) has a surface roughness Ra of 4.0 to 22.0 (preferably the inner surface forming the hollow hole (4)). 4.0 to 12.0, particularly 4.0 to 8.0, and more preferably 4.0 to 6.0) (for example, see FIG. 9 and the like). In addition, arithmetic mean roughness (Ra) was adopted as the surface roughness. The surface roughness Ra indicates the surface roughness after the necking step.
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、上記鍛造工程(S3)は、中間部品(7C)の円筒状部(8B)の内周面の底端側に円弧面(17)を形成し、ネッキング工程(S6)は、円筒状部(8B)を上側とし且つ半傘状部(9B)を下側としたときに、円筒状部(8B)の軸方向で円弧面(17)よりも上側の部分を絞り加工する形態(例えば、図8等参照)が挙げられる。この場合、例えば、上記中空エンジンバルブ(1)は、中空孔(4)の最大外径(D1’)が鍛造工程(S3)で得られる中間部品(7C)の円筒状部(8B)の開口の内径(D2)と同じであることができる。
なお、上記同じとは、略同じであることを意図しており、±5%程度の相違も含むものとする。
As a method of manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, the forging step (S3) includes the step of forming an arc surface (17) on the bottom end side of the inner peripheral surface of the cylindrical portion (8B) of the intermediate part (7C). Is formed, and the necking step (S6) includes, when the cylindrical portion (8B) is on the upper side and the semi-umbrella-shaped portion (9B) is on the lower side, an arc surface (17) in the axial direction of the cylindrical portion (8B). ) Is drawn (for example, see FIG. 8 and the like). In this case, for example, in the hollow engine valve (1), the opening of the cylindrical portion (8B) of the intermediate part (7C) in which the maximum outer diameter (D1 ′) of the hollow hole (4) is obtained in the forging step (S3). Can be the same as the inner diameter (D2).
The same is intended to be substantially the same, and includes a difference of about ± 5%.
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、上記スピニング工程(S5、S5’)は、加工ローラ(32、132)を用いて中間部品(7C)の円筒状部(8B)をスピニング加工し、加工ローラ(32、132)は、加工ローラ(32、132)を挟んで加工ローラの軸方向に沿って配置される前後の軸受(34、134)を介して支持部材(35、135)に回転自在に支持されている形態(例えば、図6及び図14等参照)が挙げられる。 As a method for manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, in the spinning step (S5, S5 ′), the cylindrical part (8B) of the intermediate part (7C) is formed using the processing rollers (32, 132). The spinning processing rollers (32, 132) support the support members (35, 132) via front and rear bearings (34, 134) disposed along the axial direction of the processing rollers across the processing rollers (32, 132). 135) (for example, see FIGS. 6 and 14).
本実施形態に係る中空エンジンバルブの製造方法としては、例えば、中実円柱状の素材(6)を鍛造加工して、杯状拡径部(8A)及び該杯状拡径部の縮径する軸端側に連なる円柱状部(9A)を備える中間部品(7A)を得る第1鍛造工程(S1)と、杯状拡径部(8A)をしごき加工により円筒状部(8B)とするしごき工程(S2)と、を備え、上記鍛造工程は、円柱状部(9A)を鍛造加工により半傘状部(9B)とする第2鍛造工程(S3)である形態(例えば、図1~図3等参照)が挙げられる。 As a method of manufacturing the hollow engine valve according to the present embodiment, for example, a solid cylindrical material (6) is forged to reduce the diameter of the cup-shaped enlarged portion (8A) and the cup-shaped enlarged portion. A first forging step (S1) for obtaining an intermediate part (7A) having a cylindrical part (9A) connected to the shaft end side, and ironing the cup-shaped enlarged part (8A) into a cylindrical part (8B) by ironing. Step (S2), wherein the forging step is a second forging step (S3) in which the columnar portion (9A) is forged into a semi-umbrella-shaped portion (9B) (for example, FIG. 1 to FIG. 1). 3 etc.).
なお、上記実施形態で記載した各構成の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的構成との対応関係を示すものである。 In addition, reference numerals in parentheses of each configuration described in the above embodiment indicate a correspondence relationship with a specific configuration described in an example described later.
以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings using examples.
(1)中空エンジンバルブの構成
本実施例に係る中空エンジンバルブ1は、図3(c)に示すように、軸部2及び該軸部2の軸端側に連なる傘状部3を備えている。これら軸部2及び傘状部3にわたって中空孔4が形成されている。この中空孔4の最大外径D1は、後述の鍛造工程S3で得られる中間部品7Cの円筒状部8Bの開口の内径D2(図3(a)参照)より僅かに小さな値とされている。さらに、中空エンジンバルブ1は、中空孔4を形成する内面の表面粗さRaが約4.0とされている(図9参照)。
(1) Configuration of Hollow Engine Valve The
(2)中空エンジンバルブの製造方法
本実施例に係る中空エンジンバルブの製造方法は、図1に示すように、第1鍛造工程S1、しごき工程S2、第2鍛造工程S3、熱処理工程S4、スピニング工程S5及びネッキング工程S6を備えている。
(2) Manufacturing Method of Hollow Engine Valve As shown in FIG. 1, the manufacturing method of the hollow engine valve according to the present embodiment includes a first forging step S1, an ironing step S2, a second forging step S3, a heat treatment step S4, and spinning. Step S5 and necking step S6 are provided.
上記第1鍛造工程S1は、図2(a)(b)に示すように、ニッケル基超合金製で中実円柱状の素材6を熱間鍛造加工して中間部品7Aを得る工程である。この中間部品7Aは、杯状拡径部8Aと、杯状拡径部8Aの縮径する軸端側に連なる円柱状部9Aと、を備えている。さらに、第1鍛造工程S1では、杯状拡径部8Aの内壁を形成するための凸状部11aを有する金型11と、素材6を保持するとともに杯状拡径部8Aの外壁を形成するための凹状部12aを有する金型12と、が用いられる。
2) The first forging step S1 is a step of hot-forging a solid
上記しごき工程S2は、図2(b)(c)に示すように、主に、中間部品7Aの杯状拡径部8Aを冷間しごき加工により円筒状部8Bとして中間部品7Bを得る工程である。この円筒状部8Bの外径は、円柱状部9Aの外径と略同じとされている。さらに、しごき工程S2では、杯状拡径部8Aをしごくための貫通孔14aが形成された金型14と、円柱状部9Aを押圧するための突起部15aを備える金型15と、が用いられる。
The ironing step S2 is, as shown in FIGS. 2B and 2C, mainly a step of obtaining the
上記第2鍛造工程S3は、図2(c)及び図3(a)に示すように、主に、中間部品7Bの円柱状部9Aを熱間鍛造加工して傘状部3の半完成品である半傘状部9Bとして中間部品7Cを得る工程である。すなわち、第2鍛造工程S3で得られる中間部品7Cは、円筒状部8Bと、円筒状部8Bの軸端側に連なる半傘状部9Bと、を備えている。この円筒状部8Bの内周面の底端側には、円弧面17が形成されている。さらに、第2鍛造工程S3では、円柱状部9Aの底面を押圧するための凸状部18aを備える金型18と、円柱状部9A及び円筒状部8Bの外周側を保持する貫通孔19aが形成された金型19と、貫通孔19aに挿入されて円筒状部8Bの底端側に当接するピン20と、が用いられる。
なお、上記第2鍛造工程S3で得られる中間部品7Cの円筒状部8Bの肉厚tは、約2mmとされている。
In the second forging step S3, as shown in FIGS. 2C and 3A, the semi-finished product of the umbrella-shaped
The thickness t of the
上記熱処理工程S4は、中間部品7Cを軟化させるために円筒状部8Bの肉厚tに応じて決められる加熱保持時間t2で固溶化熱処理する工程である。この熱処理工程S4では、図4に示すように、中間部品7Cが所定の加熱温度T1(例えば、1050℃)に加熱保持された後に水冷される。具体的に、常温T2(例えば、20℃)の中間部品7Cは、所定の昇温時間t1(例えば、5分)で加熱温度T1まで昇温され、その加熱温度T1に所定の加熱保持時間t2(例えば、10分)の間保持される。その後、中間部品7Cは、所定の冷却時間t3(例えば、10秒)で常温T2まで急冷される。なお、上記加熱保持時間t2は、中間部品7Cの円筒状部8Bの肉厚tの1mm当りに対して約5分となる値とされている。
熱処理 The heat treatment step S4 is a step of performing a solution heat treatment for a heating holding time t2 determined according to the wall thickness t of the
上記水冷では、図5に示すように、容器22内に貯留される冷却水23(例えば、水道水等)が用いられる。この容器22内には、ポンプ24に接続されて水の噴射可能なノズル25が配置されている。このノズル25は、水の噴射により冷却水23を攪拌するように配置されている。よって、容器22内に多数(例えば、20~30個)の中間部品7Cを投入しても、冷却水23の水温は20~30℃に保たれる。
水 In the water cooling, as shown in FIG. 5, cooling water 23 (for example, tap water) stored in a
上記スピニング工程S5は、図3(a)(b)に示すように、熱処理された中間部品7Cの円筒状部8Bを冷間スピニング加工により軸方向に延伸して薄肉化して中間部品7Dを得る工程である。このスピニング工程S5では、図6に示すように、半傘状部9Bを把持して中間部品7Cを軸回りに回転させるチャック機構31と、その外周面が円筒状部8Bの外周面に押し当てられる加工ローラ32と、が用いられる。この加工ローラ32の軸方向に延びる支持軸33は、加工ローラ32の両表面側のそれぞれで軸受34を介して支持部材35に回転自在に支持されている。言い替えると、加工ローラ32は、該加工ローラ32を挟んで加工ローラ32の軸方向に沿って配置される前後の軸受34を介して支持部材35に回転自在に支持されている。この支持部材35は、図示しない移動機構により、円筒状部8Bの径方向及び軸方向に移動可能とされている。なお、上記加工ローラ32は、1つが用いられてもよいし、複数が用いられてもよい。
In the spinning step S5, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
上記スピニング工程S5では、中間部品7Cの円筒状部8Bの内側に保持ピン37が挿入されるが、保持ピン37は、その先端が円筒状部8Bの底端側に当接しているのみで、円筒状部8Bの内周面には当接していない。すなわち、スピニング加工S5では、中間部品7Cの円筒状部8Bの内周面にはツールが何ら当接していない。
In the spinning step S5, the holding
ここで、第2鍛造工程S3で得られる中間部品7Cの円筒状部8Bの肉厚に不揃いが生じることがあるが、その場合であっても、スピニング加工後の円筒状部8Bでは肉厚の不揃いが解消される。これに対して、スピニング加工の代わりにスウェージング加工を採用した場合、円筒状部8Bの肉厚の不揃いを解消し難い。
Here, the thickness of the
上記ネッキング工程S6は、図3(b)(c)に示すように、軸方向に延伸された円筒状部8Bを複数段階(例えば、9段階)の冷間絞り加工により徐々に縮径することで、軸部2及び傘状部3を形成する工程(即ち、中空エンジンバルブ1を得る工程)である。具体的に、円筒状部8Bの底端側以外の縮径された部分で軸部2が形成されるとともに、円筒状部8Bの底端側の縮径された部分と半傘状部9Bとで傘状部3が形成される。このネッキング工程S6では、中間部品7Dの半傘状部9Bを保持する金型38と、円筒状部8Bを絞り加工するための成形孔39aを有する金型39と、が用いられる。この金型39としては、複数段階の絞り加工に応じて成形孔39aの穴径等が異なる複数種のものが使用される。
In the necking step S6, as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), the
上記ネッキング工程S6では、図7に示すように、中間部品7Dの円筒状部8Bの軸方向で円弧面17を含む部分が絞り加工される。具体的に、最終段階(例えば、9段階目)の絞り加工の型締め時において、金型39の下端面は、絞り加工前の中間部品7Dの円筒状部8Bの円弧面17の上端(図7中に一点鎖線で示す高さ。)より下方に位置している。
In the necking step S6, as shown in FIG. 7, a portion including the
(3)実施例の効果
本実施例の中空エンジンバルブの製造方法によると、鍛造加工により、円筒状部8B及び該円筒状部8Bの軸端側に連なる半傘状部9Bを備える中間部品7Cを得る鍛造工程S3と、中間部品7Cを軟化させるために円筒状部8Bの肉厚tに応じて決められる加熱保持時間t2で熱処理する熱処理工程S4と、熱処理された中間部品7Cの円筒状部8Bをスピニング加工により軸方向に延伸するスピニング工程S5と、軸方向に延伸された円筒状部8Bを絞り加工により縮径することで、軸部2及び傘状部3を形成するネッキング工程S6と、を備える。このように、鍛造加工により得られた中間部品7Cを熱処理して軟化させることで、スピニング加工時及び絞り加工時に中間部品7Cの円筒状部8Bが伸び易くなるため、スピニング加工及び絞り加工の加工性に優れる。その結果、中空エンジンバルブ1の中空孔4を形成する内面での表面肌荒れの発生が抑制されて表面状態が良好となる。よって、中空エンジンバルブ1の強度の低下が抑制される。さらに、中空エンジンバルブ1の中空孔4内に冷却用の金属ナトリウムを入れる場合には、中空孔4内で金属ナトリウムが円滑に流動して効果的に冷却機能を発揮する。さらに、絞り加工の加工性に優れるため、傘状部3の中空孔4の外周側の潰れが抑制されるように、絞り加工の型締め時の金型39の高さ位置を容易に調整できる。その結果、中空エンジンバルブ1の中空孔4の容積を大きくすることができる。
(3) Effects of Embodiment According to the method of manufacturing the hollow engine valve of the embodiment, the
また、本実施例では、中間部品7Cは、ニッケル基超合金で形成されており、熱処理工程S4は、中間部品7Cを1050℃に加熱保持した後に水冷する。これにより、中間部品7Cを固溶化熱処理して効果的に軟化させることができる。
Also, in the present embodiment, the
また、本実施例では、熱処理工程S4は、加熱された中間部品7Cを円筒状部8Bの肉厚t(具体的に、2mm)の1mm当りに対して5分となる加熱保持時間t2(具体的に、10分)で保持する。これにより、中間部品7Cの加熱保持時間t2を比較的短くでき、熱処理後の中間部品7Cの表面での酸化膜の発生を低減できる。
Further, in the present embodiment, the heat treatment step S4 is a heating holding time t2 (specifically, 5 minutes per 1 mm of the thickness t (specifically, 2 mm) of the
また、本実施例では、熱処理工程S4は、中間部品7Cを、容器22内で攪拌される冷却水23中に投入して水冷する。これにより、冷却水23の温度上昇が抑えられるため、熱処理工程S4で中間部品7Cを効果的に急冷できる。特に、本実施例では、冷却水23の水温は、20~30℃であるので、熱処理工程S4で中間部品7Cを効果的に急冷できる。
In the present embodiment, in the heat treatment step S4, the
また、本実施例では、中空エンジンバルブ1は、中空孔4を形成する内面の表面粗さRaが4.0である。これにより、中空エンジンバルブ1の中空孔4を形成する内面の表面状態が極めて良好である。
In addition, in this embodiment, the
さらに、本実施例では、スピニング工程S5は、加工ローラ32を用いて中間部品7Cの円筒状部8Bをスピニング加工し、加工ローラ32は、加工ローラ32を挟んで加工ローラ32の軸方向に沿って配置される前後の軸受34を介して支持部材35に回転自在に支持されている。これにより、加工ローラ32の倒れ込みが抑制されるため、中間部品7Cの円筒状部8Bが効果的にスピニング加工される。
Further, in the present embodiment, in the spinning step S5, the
さらに、本実施例では、中実円柱状の素材6を鍛造加工して、杯状拡径部8A及び該杯状拡径部8Aの縮径する軸端側に連なる円柱状部9Aを備える中間部品7Aを得る第1鍛造工程S1と、杯状拡径部8Aをしごき加工して円筒状部8Bとするしごき工程S2と、円柱状部9Aを鍛造加工して半傘状部9Bとする第2鍛造工程S3と、を備える。これにより、比較的小さな加圧力で比較的肉厚の薄い円筒状部8Bを容易に形成できる。
Further, in this embodiment, a solid
(4)実験例1~19及び比較例について
次に、図11~図13に基づいて、実験例1~19及び比較例に係る中空エンジンバルブの製造方法の試験結果について説明する。これら実験例1~19では、上述の実施例の中空エンジンバルブの製造方法と同様にして、第1鍛造工程S1、しごき工程S2、第2鍛造工程S3、熱処理工程S4、スピニング工程S5及びネッキング工程S6を経て中空エンジンバルブを製造した。一方、比較例では、上述の各工程S1~S6のうちで熱処理工程S4を省略して中空エンジンバルブを製造した。そして、実験例1~19及び比較例の各製法で得られた中空エンジンバルの表面状態を確認するとともに、スピニング加工の加工性を確認して、総合評価を下した。
(4) Experimental Examples 1 to 19 and Comparative Example Next, test results of the method of manufacturing the hollow engine valve according to Experimental Examples 1 to 19 and the comparative example will be described with reference to FIGS. In these experimental examples 1 to 19, the first forging step S1, the ironing step S2, the second forging step S3, the heat treatment step S4, the spinning step S5, and the necking step were performed in the same manner as in the method of manufacturing the hollow engine valve of the above-described embodiment. Through S6, a hollow engine valve was manufactured. On the other hand, in the comparative example, a hollow engine valve was manufactured by omitting the heat treatment step S4 among the above steps S1 to S6. Then, the surface condition of the hollow engine bal obtained by each of the production methods of Experimental Examples 1 to 19 and Comparative Example was confirmed, and the workability of spinning was confirmed, and a comprehensive evaluation was made.
ここで、実験例1~7では、ニッケル含有率が約50%であるニッケル基超合金製の素材を用い、実験例8~13では、ニッケル含有率が約80%であるニッケル基超合金製の素材を用い、実験例14~19及び比較例では、ニッケル含有率が約30%であるニッケル基超合金製の素材を用いた。また、実験例1~19の熱処理工程では、加熱温度、加熱保持時間、冷却方法及び処理量等を変更した。特に、実験例1~17では、攪拌されない冷却水中に中間部品を投入して水冷し、実験例18及び19では、攪拌中の冷却水中に中間部品を投入して水冷した。さらに、実験例1~16では、1個の中間部品を冷却水中に投入して水冷し、実験例17~19では、10~20個の中間部品を冷却水中に投入して水冷した。 Here, in Experimental Examples 1 to 7, a nickel-based superalloy material having a nickel content of about 50% was used, and in Experimental Examples 8 to 13, a nickel-based superalloy material having a nickel content of about 80% was used. In Experimental Examples 14 to 19 and Comparative Example, a material made of a nickel-based superalloy having a nickel content of about 30% was used. In the heat treatment steps of Experimental Examples 1 to 19, the heating temperature, the heating holding time, the cooling method, the processing amount, and the like were changed. In particular, in Experimental Examples 1 to 17, the intermediate components were put into the unstirred cooling water and water-cooled, and in Experimental Examples 18 and 19, the intermediate components were put into the stirring cooling water and water-cooled. Further, in Experimental Examples 1 to 16, one intermediate component was put in cooling water and cooled with water, and in Experimental Examples 17 to 19, 10 to 20 intermediate components were charged in cooling water and cooled with water.
その結果、比較例の製法で得られた中空エンジンバルブでは、中空孔を形成する内面に顕著な肌荒れが発生し、その表面粗さRaが約22.0であった(図10参照)。さらに、スピニング加工での材料の伸びが悪く、加工性が極めて低かった。 As a result, in the hollow engine valve obtained by the manufacturing method of the comparative example, remarkable roughening occurred on the inner surface forming the hollow hole, and the surface roughness Ra was about 22.0 (see FIG. 10). Furthermore, the elongation of the material during spinning was poor and the workability was extremely low.
これに対して、実験例1、2、6、9及び11の製法で得られた中空エンジンバルブでは、中空孔を形成する内面に少々の肌荒れが発生するが、比較例に比べて表面状態が良好であった。また、実験例3-5、7、8、10及び12-19の製法で得られた中空エンジンバルブでは、中空孔を形成する内面に肌荒れが発生せず、表面状態が極めて良好であった。特に、実験例19の製法で得られた中空エンジンバルブでは、中空孔を形成する内面での酸化膜の発生が少なかった。 On the other hand, in the hollow engine valve obtained by the manufacturing method of Experimental Examples 1, 2, 6, 9 and 11, a slight roughening occurs on the inner surface where the hollow hole is formed. It was good. In addition, the hollow engine valves obtained by the production methods of Experimental Examples 3-5, 7, 8, 10, and 12-19 did not have rough surfaces on the inner surface where the hollow holes were formed, and the surface condition was extremely good. In particular, in the hollow engine valve obtained by the production method of Experimental Example 19, the generation of an oxide film on the inner surface forming the hollow hole was small.
また、実験例1-15及び17の製法では、スピニング加工での材料の伸びがやや悪かったが、比較例に比べて加工性が高かった。また、実験例16、18及び19の製法では、スピニング加工での材料の伸びが良く、加工性が極めて高かった。 In the production methods of Experimental Examples 1-15 and 17, the elongation of the material during spinning was slightly poor, but the workability was higher than that of the comparative example. In the production methods of Experimental Examples 16, 18, and 19, the material elongation during spinning was good, and the workability was extremely high.
ここで、実験例18及び19の製法では、多数の中間部品を一度に処理しても効果的に水冷された。これは、攪拌を伴う冷却水で冷却することで、冷却水の温度上昇が抑制されるためである。さらに、実験例19の製法では、中空エンジンバルブの中空孔を形成する内面での酸化膜の発生が少なかった。これは、加熱保持時間t2が10分と極めて短いためである。この点から、鍛造工程S3で得られた中間部品7Cを円筒状部8Bの肉厚tの1mm当りに対して5分程度の加熱保持時間t2で保持することで、スピニング加工に必要な成分組織の改質が得られると言える。
Here, in the production methods of Experimental Examples 18 and 19, even if a large number of intermediate parts were treated at one time, water was effectively cooled. This is because the temperature rise of the cooling water is suppressed by cooling with the cooling water accompanied by stirring. Furthermore, in the manufacturing method of Experimental Example 19, the generation of an oxide film on the inner surface forming the hollow hole of the hollow engine valve was small. This is because the heating holding time t2 is as short as 10 minutes. From this point, by holding the
<他の形態のスピニング工程>
次に、他の形態のスピニング工程S5’について説明するが、上述のスピニング工程S5と略同じ構成の部位には同じ符号を付けて詳説を省略する。
<Another form of spinning process>
Next, a description will be given of a spinning step S5 'of another embodiment. Parts having substantially the same configuration as those of the above-described spinning step S5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
(1)スピニング工程について
上記スピニング工程S5’は、図3(a)(b)に示すように、熱処理された中間部品7Cの円筒状部8Bを冷間スピニング加工により軸方向に延伸して薄肉化して中間部品7Dを得る工程である。このスピニング工程S5’では、図14に示すように、半傘状部9Bを把持して中間部品7Cを軸回りに回転させるチャック機構131と、その外周円弧面132aが円筒状部8Bの外周面に押し当てられる加工ローラ132と、が用いられる。この加工ローラ132は、その軸方向に延びる支持軸133(すなわち、支持部材135)に対して、加工ローラ132を挟んで加工ローラ132の軸方向に沿って配置される前後の軸受134(具体的に、スラスト軸受134)を介して回転自在に支持されている。この支持部材135は、図示しない移動機構により、円筒状部8Bの径方向及び軸方向に移動可能とされている。
(1) Spinning Step In the spinning step S5 ′, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
なお、上記加工ローラ132は、1つが用いられてもよいし、複数が用いられてもよい。また、図14中の円筒状部8Bにおいて、中心線より上側の部分がスピニング加工前の肉厚(例えば、1.65mm)を示し、中心線より下側の部分がスピニング加工後の肉厚(例えば、1.0mm)を示す。
Note that one or a plurality of the
上記スピニング加工S5’では、図15に示すように、円筒状部8Bの外周面に加工ローラ132の外周円弧面132aを所定の切込み量dで押し当てながら、加工ローラ132を円筒状部8Bの軸方向に沿う加工方向Pに移動させてこれを繰り返すことで、円筒状部8Bが軸方向に延伸される。なお、上記スピニング加工S5’における切込み量d及び延伸させる方向Pへの移動回数等は特に問わない。また、スピニング加工S5’では、通常、スピニング加工時に切込み量dよりも小さな量の戻りが生じる。
In the spinning process S5 ′, as shown in FIG. 15, the
ここで、加工ローラ132の外周円弧面132aの曲率半径Rは、スピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの3~5倍の値とされている。そして、スピニング加工時に、円筒状部8Bの軸方向に沿う断面において、加工ローラ132の外周円弧面132aが円筒状部8Bの外周面と接する円弧の一端p1と他端p2とを結ぶ直線L1は、円筒状部8Bの軸方向に対して5~7度の傾斜角度θ1で傾斜している。これにより、切込み量dの最大値と最小値を想定考慮して加工ローラ132の外周円弧面132aの曲率半径Rを設定することとなるため、スピニング加工時に中間部品7Cの円筒状部8Bを効果的に延伸できる。
Here, the radius of curvature R of the outer
なお、上記一端p1は、通常、スピニング加工時に、円筒状部8Bの軸方向に沿う断面において、加工ローラ132の外周円弧面132aの曲率半径Rの中心を通り且つ円筒状部8Bの軸心と直交する直線L2が円筒状部8Bの外周面と交差する点である。また、上記スピニング工程S5の加工ローラ32の曲率半径R及び傾斜角度θ1として、スピニング工程S5’の加工ローラ132の曲率半径R及び傾斜角度θ1と同じ条件を採用している。
Note that the one end p1 usually passes through the center of the radius of curvature R of the outer
(2)実験例20~27について
次に、図16に基づいて、実験例20~27に係るスピニング工程の試験結果について説明する。これら実験例20~27では、上述の第1鍛造工程S1、しごき工程S2、第2鍛造工程S3、熱処理工程S4(実験例19)を経た中間部品7Cに対して、円筒状部8Bの肉厚tが1.65mmから1mmとなるまで複数回のスピニング加工を行った。各実験例20~24では、円筒状部8Bに対する加工ローラ132の切込み量dを0.15mmとした。さらに、各実験例25~27では、円筒状部8Bに対する加工ローラ132の切込み量dを0.1mmとした。そして、スピニング加工後の中間部品7Dの表面状態を確認し、その表面状態及びスピニング回数に基づいて評価を下した。
(2) Experimental Examples 20 to 27 Next, test results of the spinning step according to Experimental Examples 20 to 27 will be described with reference to FIG. In these Experimental Examples 20 to 27, the thickness of the
なお、上記実験例20~27では、汎用のNC旋盤を用いて、中間部品7Cの回転数を1200rpmとし、加工ローラ132の送り速度を0.13mm/sとした。
In the experimental examples 20 to 27, the rotation speed of the
実験例21~23、25及び26では、その外周円弧面132aの曲率半径Rがスピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの3~5倍の値であり、直線L1が円筒状部8Bの軸方向に対して5~7度の傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を採用した。その結果、実験例21~23で得られた中間部品7Dの表面状態は滑らかで良く、スピニング回数が10回であり加工性にも優れる。また、実験例25及び26で得られた中間部品7Dの表面状態は滑らかで良く、スピニング回数が13回であり加工性にも優れる。
In Experimental Examples 21 to 23, 25 and 26, the radius of curvature R of the outer
一方、実験例20では、その外周円弧面132aの曲率半径Rがスピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの約1.8倍の値であり、直線L1が円筒状部8Bの軸方向に対して9度の傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を採用した。その結果、実験例20で得られた中間部品7Dの表面状態はやや荒れた肌を示したが、スピニング回数が10回であり加工性に優れる。
On the other hand, in Experimental Example 20, the radius of curvature R of the outer
また、実験例24では、その外周円弧面132aの曲率半径Rがスピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの約6倍の値であり、直線L1が円筒状部8Bの軸方向に対して4.5度の傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を採用した。その結果、実験例24で得られた中間部品7Dの表面状態は滑らかで良いが、スピニング回数が16回であった。
In Experimental Example 24, the radius of curvature R of the outer
さらに、実験例27では、その外周円弧面132aの曲率半径Rがスピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの5倍の値であり、直線L1が円筒状部8Bの軸方向に対して4.5度の傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を採用した。その結果、実験例27で得られた中間部品7Dの表面状態は滑らかで良いが、スピニング回数が20回であった。
Further, in Experimental Example 27, the radius of curvature R of the outer
なお、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。すなわち、上記実施例では、熱間鍛造加工、冷間しごき加工、冷間スピニング加工、及び冷間絞り加工等を例示したが、これに限定されず、例えば、これら各加工は、熱間、温間、冷間加工のうちから適宜選択できる。さらに、これら各加工は、1回の加工であってもよいし、複数回の加工であってもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments, but may be variously modified within the scope of the present invention according to purposes and applications. That is, in the above-described embodiment, hot forging, cold ironing, cold spinning, cold drawing, and the like are exemplified, but the invention is not limited thereto. And cold working. Further, each of these processes may be a single process or a plurality of processes.
また、上記実施例では、オーステナイト系耐熱材料(具体的に、ニッケル基超合金)により形成される中間部品7Cを例示したが、これに限定されず、例えば、SUH3、SUH11等のマルテンサイト系耐熱材料により形成される中間部品7Cとしてもよい。この場合、熱処理工程S4では、中間部品7Cの材料に適した熱処理が行われる。
In the above-described embodiment, the
また、上記実施例では、鍛造加工により杯状拡径部8Aを備える中間部品7Aを形成し、その杯状拡径部8Aをしごき加工により円筒状部8Bとして円筒状部8Bを備える中間部品7Bを得るようにしたが、これに限定されず、例えば、杯状拡径部8Aを形成することなく、鍛造加工により円筒状部8Bを備える中間部品7Bを得るようにしてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施例では、ノズル25の水の噴射により容器22内で冷却水23を攪拌するようにしたが、これに限定されず、例えば、攪拌羽根又は攪拌スクリュウの回転により容器22内で冷却水23を攪拌するようにしてもよい。さらに、例えば、容器22に循環経路を接続し、容器22に対して冷却水23を循環させるようにしてもよい。この場合であっても、冷却水23の温度上昇が抑えられるため、熱処理工程S4で中間部品7Cを効果的に急冷できる。
Further, in the above embodiment, the cooling
また、上記実施例では、スピニング工程S5、S5’で、その外周円弧面132aの曲率半径Rがスピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの3~5倍の値である加工ローラ132を用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、その外周円弧面132aの曲率半径Rが、スピニング加工前の円筒状部8Bの肉厚tの3倍未満の値又は5倍を超える値である加工ローラ132を用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the spinning processes S5 and S5 ′, the
また、上記実施例では、スピニング工程S5、S5’で、直線L1が円筒状部の軸方向に対して5~7度の傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、直線L1が、円筒状部8Bの軸方向に対して5度未満又は7度を超える傾斜角度θ1で傾斜する加工ローラ132を用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, in the spinning processes S5 and S5 ′, the form in which the
また、上記実施例では、中間部品7Dの円筒状部8Bの軸方向で円弧面17を含む部分を絞り加工するネッキング工程S6を例示したが、これに限定されず、例えば、図8に示すように、中間部品7Dの円筒状部8Bを上側とし且つ半傘状部9Bを下側としたきに、円筒状部8Bの軸方向で円弧面17よりも上側の部分を絞り加工するネッキング加工S6としてもよい。この場合、絞り加工の型締め時において、金型39の下端面は、絞り加工前の中間部品7Dの円筒状部8Bの円弧面17の上端(図8中に一点鎖線で示す高さ。)より上方に位置している。これにより、中空エンジンバルブ1の中空孔4の最大外径D1’が鍛造工程S3で得られる中間部品7Dの円筒状部8Bの開口の内径D2(図3(a)参照)と同じにできる。その結果、中空エンジンバルブ1の中空孔4の容積を更に大きくできる。
Further, in the above-described embodiment, the necking step S6 in which the portion including the
さらに、上記実施例では、前後の軸受34により両持ち支持された加工ローラ32を例示したが、これに限定されず、例えば、片持ち支持された加工ローラ32としてもよい。さらに、例えば、加工ローラ32に替えて又は加えて、加工へらを用いるスピニング工程S5としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
本発明は、軽量で且つ耐熱性に優れた中空エンジンバルブを製造する技術として好適に利用される。 The present invention is suitably used as a technique for manufacturing a hollow engine valve that is lightweight and has excellent heat resistance.
1;中空エンジンバルブ、2;軸部、3;傘状部、4;中空孔、7C;中間部品、8B;円筒状部、9B;半傘状部、17;円弧面、22;容器、23;冷却水、32,132;加工ローラ、33;支持軸、34,134;軸受、35,135;支持部材、39,139;金型、S3;第2鍛造工程、S4;熱処理工程、S5,S5’;スピニング工程、S6;ネッキング工程、T1;加熱温度、t2;加熱保持時間。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
鍛造加工により、円筒状部及び該円筒状部の軸端側に連なる半傘状部を備える中間部品を得る鍛造工程と、
前記中間部品を軟化させるために前記円筒状部の肉厚に応じて決められる加熱保持時間で熱処理する熱処理工程と、
熱処理された前記中間部品の前記円筒状部をスピニング加工により軸方向に延伸するスピニング工程と、
軸方向に延伸された前記円筒状部を絞り加工により縮径することで、前記軸部及び前記傘状部を形成するネッキング工程と、を備えることを特徴とする中空エンジンバルブの製造方法。 A method for manufacturing a hollow engine valve, comprising: a shaft portion and an umbrella-shaped portion connected to a shaft end side of the shaft portion, wherein a hollow hole is formed over the shaft portion and the umbrella-shaped portion,
By forging, a forging step of obtaining an intermediate part having a cylindrical portion and a semi-umbrella-shaped portion connected to the shaft end side of the cylindrical portion,
A heat treatment step of performing a heat treatment for a heating holding time determined according to the thickness of the cylindrical portion to soften the intermediate part,
A spinning step of extending the heat-treated intermediate part in the axial direction by spinning the cylindrical part,
A necking step of forming the shaft portion and the umbrella-shaped portion by reducing the diameter of the cylindrical portion stretched in the axial direction by drawing. A method for manufacturing a hollow engine valve.
前記熱処理工程は、前記中間部品を1000~1100℃に加熱保持した後に水冷する請求項1記載の中空エンジンバルブの製造方法。 The intermediate component is formed of an austenitic heat-resistant material,
The method for manufacturing a hollow engine valve according to claim 1, wherein, in the heat treatment step, the intermediate component is heated and held at 1000 to 1100 ° C and then water-cooled.
前記加工ローラの外周円弧面の曲率半径は、スピニング加工前の前記円筒状部の肉厚の3~5倍の値であり、
前記スピニング加工時に、前記円筒状部の軸方向に沿う断面において、前記加工ローラの外周円弧面が前記円筒状部の外周面と接する円弧の一端と他端とを結ぶ直線は、前記円筒状部の軸方向に対して5~7度の傾斜角度で傾斜している請求項1乃至5のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。 The spinning step includes moving the processing roller in the axial direction with respect to the cylindrical portion while pressing an outer circular arc surface of the processing roller against the outer peripheral surface of the cylindrical portion by a predetermined cut amount. Is stretched in the axial direction,
The radius of curvature of the outer circumferential arc surface of the processing roller is 3 to 5 times the thickness of the cylindrical portion before spinning,
At the time of the spinning process, in a cross section along the axial direction of the cylindrical portion, a straight line connecting one end and the other end of an arc in which the outer circumferential surface of the processing roller is in contact with the outer circumferential surface of the cylindrical portion is the cylindrical portion. The method of manufacturing a hollow engine valve according to any one of claims 1 to 5, wherein the hollow engine valve is inclined at an inclination angle of 5 to 7 degrees with respect to the axial direction.
前記ネッキング工程は、前記円筒状部を上側とし且つ前記半傘状部を下側としたときに、前記円筒状部の軸方向で前記円弧面よりも上側の部分を絞り加工する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。 The forging step forms an arc surface on the bottom end side of the inner peripheral surface of the cylindrical portion of the intermediate part,
The said necking process draws the part above the said circular-arc surface in the axial direction of the said cylindrical part, when the said cylindrical part is an upper side and the said semi-umbrella-shaped part is a lower side. A method for manufacturing a hollow engine valve according to any one of claims 7 to 13.
前記加工ローラは、該加工ローラを挟んで該加工ローラの軸方向に沿って配置される前後の軸受を介して支持部材に回転自在に支持されている請求項1乃至8のいずれか一項に記載の中空エンジンバルブの製造方法。 The spinning step, spinning the cylindrical portion of the intermediate component using a processing roller,
9. The processing roller according to claim 1, wherein the processing roller is rotatably supported by a support member via front and rear bearings disposed along the axial direction of the processing roller with the processing roller interposed therebetween. 10. A method for manufacturing the hollow engine valve according to the above.
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