【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、舶用エンジンバルブの製造方法、より限定的にいえば、型入れ鍛造により機械加工前のバルブ素材を製造する方法の改良に関し、その製造方法の実施に使用する装置にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
舶用エンジンは通常ディーゼルエンジンであって、大きなシリンダー径と長いストロークを有し、低回転速度で運転される。その排気バルブはエンジンの大きさに応じた大きなものであり、軸部の長さが７００〜２５００ｍｍ、傘部の最大径が２００〜６００ｍｍ程度ある。排気バルブは高い耐熱性を要求されるため、ニッケル基超合金などで製造される。その製造工程は、棒状の材料から出発して、まず軸部を鍛伸、とくに四面高速鍛造機による鍛伸により成形した中間材を用意し、この中間材の傘部を鍛造型による型入れ鍛造により形成し、最後に必要な機械加工により所定の寸法に仕上げることからなる。
【０００３】
傘部の型入れ鍛造は、図１に示すように、加熱炉で傘部（１２）のみを加熱した中間材（１）を、軸部（１１）が鍛造型（２）の中心の孔（２１）を通って下方に向かうように装入し、上方から金敷（３）を油圧プレス（図示してない）で上下動させる押し込み操作を複数回にわたって行なうことにより実施する。通常は、鍛造型をディスクターナーとよばれる回転可能な台（これも図示してない）の上に設置し、圧下ごとに回転させて均一な型入れができるようにする。必要により、「ヘラ」とよばれる金属片を金敷と被鍛造部分との間に挿入し、型どおりの鍛造が実現するようにはかる。
【０００４】
こうした傘部の型入れ鍛造に当たって、中間材は、傘部のみを加熱炉に装入して適宜の温度、Ｎｉ基超合金であれば約１０４０℃に加熱した状態で炉から引き出され、鍛造型に挿入される。鍛造型も４５０〜６００℃に予熱しておくが、なお温度差は大きいので、中間材の熱は鍛造型により奪われ、速やかに温度が低下する。中間材の温度が型入れ鍛造に適切な範囲にあればよいが、その範囲を下回って低温になると、傘部にワレが生じることがある。ワレは、軸部から拡大した面に生じ、しばしばバルブシートと接触する部分に達する。その部分がバルブ性能にとって重要であること、したがって、そこにワレが生じることを極力防止すべきことは、論を待たない。
【０００５】
型入れ鍛造における失熱の防止策を求め、出願人は、加熱炉から引き出した被鍛造材の上に、シート状の断熱材、具体的にはアルミナ繊維の布などをかぶせて鍛造を行なう技術を開発し、すでに開示した（特開平５−１７７２８９）。この方法は、被鍛造部分の温度維持という一般的な効果はあるが、バルブ傘部を鍛造する場合、温度低下を最も防ぎたいのは、断熱材の使用効果が及びにくい部分であるから、結果としてあまり効果が期待できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、舶用エンジンバルブの製造過程における傘部の型入れ鍛造に伴う、被鍛造部分の温度低下という問題を解消し、傘部の型入れ鍛造を行なうときに、鍛造型を通じての失熱を少なくし、鍛造の間の温度低下を軽減した製造方法と、その方法の実施に使用する装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の舶用エンジンバルブの製造方法は、材料の一部分を鍛伸して軸部を形成した中間材とし、ついで材料の残りの部分を型入れ鍛造して傘部を形成したバルブ素材を得、これに必要な機械加工を施してバルブとすることからなる舶用エンジンバルブの製造過程において、傘部の型入れ鍛造に当り、図２に示すように、鍛造型（２）を貫いて下方に伸びる軸部（１１）の下端（１３）にバネ手段（４）を設けて中間材（１）を常に上方に付勢し、中間材と鍛造型との接触を、金敷（３、図１参照）が下降して傘部となる材料を鍛造型（２）に押し込んだ瞬間に限定するようにし、鍛造中の失熱を減らすことにより、中間材（１）の温度を鍛造に適切な範囲に維持しつつ鍛造を完了することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施形態】
上記の方法を実施するための、本発明の舶用エンジンバルブの製造装置は、材料の一部分を鍛伸して軸部を形成した中間材とし、ついで材料の残りの部分を型入れ鍛造して傘部を形成したバルブ素材を得、これに必要な機械加工を施してバルブとすることからなる舶用エンジンバルブの製造に使用する傘部の型入れ鍛造装置であって、図２に示したように、中央に軸部（１１）を通す孔（２１）を有し傘部の形状をもった鍛造型（２）と、中間材の残りの部分を鍛造型に押し込むための、鍛造型上部にあって上下動する金敷（３、図１参照）と、それを駆動する油圧プレス（図示してない）を備えてなる装置において、鍛造型の下方に、中間材の軸部の下端（１３）と接触してそれを上方に付勢するバネ手段（４）を配置し、このバネの力により、中間材（１）と鍛造型（２）とが、金敷が下降して傘部となる材料を鍛造型に押し込んだ瞬間を除いて接触せず、接触による中間材から鍛造型への失熱が実質上行なわれないようにしたことを特徴とする。
【０００９】
図２の状態は、金敷が下降して中間材の残りの部分を鍛造型内に押し込み、傘部の鍛造を行なっているところであって、金敷が上昇して中間材に対する圧力が解放されると、図３に示すように、中間材がバネの力で上に押しやられ、鍛造型との接触がなくなる。鍛造が終わっている軸部は、加熱されていないから、より高温の傘部からの熱が軸部に向かって移動することは避けられないが、傘部と軸部の質量の比からみて、その影響は小さい。さらに、軸部は、鍛造型の中央の孔に接触しているが、両者の間には若干のクリアランスがあり、接触は１本の線でしか行なわれないから、軸部から鍛造型への失熱はわずかなものに止まる。このように、鍛造時の伝熱による失熱のほとんどは、傘部が鍛造型に接触している間に生じるのであって、接触時間の短縮によってそれを軽減することができる。
【００１０】
バネ（４）の力は、金敷が上昇して去ったならば、鍛造されている中間材を速やかに押し上げて鍛造型から引き離せるよう、強力なものであることが望まれるが、製品バルブ素材の形状や物性に悪影響があるほど、過度に強くてはならないことも当然である。中間材と鍛造型とが離れる距離は、わずかでもあれば、接触状態とは失熱の度合いが本質的に異なるから、数ミリあれば足り、１０ｍｍ程度離れていれば十分である。常用のコイルバネなどから、適切な反発力と伸縮のストロークをもつものを選択すればよい。
【００１１】
実際に舶用エンジンバルブの傘部を鍛造するのに要する時間をみると、中間材を加熱炉から引き出して鍛造型に装入し、型入れ鍛造が終了するまでの時間は、主として油圧プレスの能力によって左右されるが、長くて３〜４分間、新鋭の装置であれば１分半である。そのうち、金敷で型入れ操作をしている時間は、実質１分間であり、操作の回数は７〜８回から、多くて１０回である。中間材と鍛造型とが接触している時間の合計は、上記した実質１分間のうちで、１／５を超えない。１／５として、６０秒間の接触が、１２秒間に短縮されるわけで、接触による失熱は従来にくらべてはるかに小さくなり、鍛造中の中間材の温度維持効果は大きい。
【００１２】
【実施例】
ニッケル基超合金「Ｎｉｍｏｎｉｃ ８０Ａ」を材料として、長さ１９４０ｍｍ、軸部径１２４ｍｍ、傘部径５１２ｍｍの舶用エンジンバルブを製造した。四面高速鍛造機により軸部を成形した中間材を、図２に示した構造の鍛造型に装入し、傘部の鍛造を行なった。装置は、ディスクターナー上にのせた鍛造型の受け台（５）の中に、上下の板の間に下記の仕様のコイルバネを配置したものであり、
バネ材の線径：２５ｍｍ 巻き数：５ターン
コイル外径：２１５ｍｍ 自由高さ：２１０ｍｍ
１６０ｋｇの中間材を載せたとき傘部が鍛造型から浮く高さ：１０ｍｍ
この装置を用いて、全部で４個のバルブを鍛造した。それらの、傘部表面のワレの発生率は、本発明によらなかった場合の１／４に減少した。
【００１３】
【発明の効果】
従来の舶用エンジンバルブの製造において、傘部の表面にワレが生じるのは、材料が一般にＮｉ基超合金のような難加工材であり、鍛造時に十分な高温を維持する必要があるにもからわらず、中間材と鍛造型との接触により失熱して、鍛造末期まで適切な温度を維持することが困難であることが原因であった。
【００１４】
この点に対処した本発明は、傘部の型入れ鍛造による形成に当たって、失熱の原因である中間材と鍛造型との接触時間を必要最低限に止め、中間材を適切な鍛造温度の範囲に維持したまま必要な型入れ鍛造を終了するから、温度低下が引き起こす鍛造ワレの発生を、効果的に減少させることができる。この製造方法を実施するために必要な装置は、在来の装置にわずかな付加をするだけで実現し、そのための費用はとるに足らない。このようにして本発明は、超合金を材料として使用する舶用エンジンバルブの製造における不良品の発生をなくし、生産性の向上とコストの節減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】舶用エンジンバルブの製造過程における、傘部の型入れ鍛造工程を示す、装置と被鍛造材とを示す縦断面図。
【図２】本発明の舶用エンジンバルブの製造方法および装置を説明するための、図１に対応する縦断面図であって、金敷が下降して中間材の傘部となる部分を鍛造型に押し込んでいる段階を示す図。
【図３】図２に続いて、金敷が上昇して中間材と鍛造型との接触がなくなった段階を示す図。
【符号の説明】
１ 中間材
１１ 軸部
１２ 傘部となる部分
１３ 軸部の下端
２ 鍛造型
２１ 中心の孔
３ 金敷
４ バネ（手段）
５ 鍛造型の受け台[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a method of manufacturing a marine engine valve, and more particularly, to an improvement in a method of manufacturing a valve material before machining by molding and forging, and also relates to an apparatus used for implementing the method.
[0002]
[Prior art]
Marine engines are usually diesel engines, have large cylinder diameters and long strokes, and operate at low rotational speeds. The exhaust valve is large according to the size of the engine. The length of the shaft is 700 to 2500 mm, and the maximum diameter of the umbrella is about 200 to 600 mm. Since the exhaust valve is required to have high heat resistance, it is manufactured from a nickel-base superalloy or the like. The manufacturing process starts with a rod-shaped material, first prepares an intermediate material formed by forging and elongating the shaft, especially by forging with a four-sided high-speed forging machine, and inserts and forges the umbrella part of this intermediate material with a forging die And finally finishing to predetermined dimensions by the necessary machining.
[0003]
As shown in FIG. 1, the mold forging of the umbrella portion is performed by heating the intermediate material (1) heated only in the umbrella portion (12) with a heating furnace, and inserting the shaft portion (11) into the center hole ( 21) and downwardly, and a plurality of push-in operations of moving the anvil (3) up and down by a hydraulic press (not shown) from above are performed. Normally, a forging die is set on a rotatable table called a disk turner (also not shown), and is rotated every time the pressing is performed so that a uniform die can be inserted. If necessary, a metal piece called a “spatula” is inserted between the anvil and the forged portion so that forging according to the mold is realized.
[0004]
In casting and forging such an umbrella part, the intermediate material is pulled out of the furnace while only the umbrella part is charged into a heating furnace and heated to an appropriate temperature, or about 1040 ° C. for a Ni-based superalloy. Is inserted into The forging die is also preheated to 450 to 600 ° C., but since the temperature difference is still large, the heat of the intermediate material is taken away by the forging die, and the temperature quickly decreases. It is sufficient that the temperature of the intermediate material is in a range appropriate for mold forging, but if the temperature falls below the range and the temperature becomes low, cracks may occur in the umbrella portion. Cracks occur on the surface enlarged from the shaft portion, and often reach a portion in contact with the valve seat. It is clear that the part is important for the valve performance, and that it is necessary to minimize cracking there.
[0005]
In search of measures to prevent heat loss in mold forging, the applicant has applied a technique of forging by covering a forged material drawn from a heating furnace with a sheet-like heat insulating material, specifically, a cloth of alumina fiber. Has been developed and disclosed (JP-A-5-177289). This method has the general effect of maintaining the temperature of the forged part, but when forging the valve head, it is most desirable to prevent the temperature from decreasing because the effect of using the heat insulating material is difficult to achieve. The effect is not so expected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problem of a decrease in the temperature of a forged portion due to mold forging of an umbrella portion in the process of manufacturing a marine engine valve. An object of the present invention is to provide a manufacturing method in which heat is reduced and a temperature drop during forging is reduced, and an apparatus used for implementing the method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A method for manufacturing a marine engine valve according to the present invention, which achieves the above object, comprises forming an intermediate member having a shaft portion formed by forging a part of the material, and then forming and forging the remaining portion of the material to form an umbrella portion. In the manufacturing process of a marine engine valve, which comprises obtaining a valve material obtained and subjecting the valve material to necessary machining to form a valve, the forging die (2) as shown in FIG. A spring means (4) is provided at a lower end (13) of a shaft portion (11) extending downward through the shaft to constantly urge the intermediate member (1) upward, and a contact between the intermediate member and the forging die is made by an anvil ( 3, see FIG. 1) to reduce the temperature of the intermediate member (1) by reducing the heat loss during the forging by limiting the moment when the material to be lowered and pressed into the forging die (2) is reduced. The forging is completed while maintaining an appropriate range.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The apparatus for manufacturing a marine engine valve of the present invention for carrying out the above-described method includes an intermediate member formed by forging and elongating a part of the material to form a shaft part, and then forming and forging the remaining part of the material to form an umbrella. 2. A mold forging device for an umbrella portion used in the manufacture of a marine engine valve comprising obtaining a valve material having a portion formed thereon, and subjecting the valve material to necessary machining to form a valve, as shown in FIG. A forging die (2) having a hole (21) in the center for passing the shaft (11) and having an umbrella shape; and a forging die for pressing the remaining portion of the intermediate material into the forging die. In an apparatus comprising an anvil (3, see FIG. 1) which moves up and down and a hydraulic press (not shown) for driving the anvil, a lower end (13) of a shaft portion of an intermediate material is provided below a forging die. A spring means (4) for contacting and urging it upward is arranged, and the force of this spring is The intermediate member (1) and the forging die (2) do not come into contact with each other except at the moment when the anvil descends and the umbrella material is pushed into the forging die. It is characterized in that heat is not substantially conducted.
[0009]
The state of FIG. 2 is where the anvil descends and pushes the remaining part of the intermediate material into the forging die to forge the umbrella part, and when the anvil rises and the pressure on the intermediate material is released. As shown in FIG. 3, the intermediate member is pushed upward by the force of the spring, and the contact with the forging die is lost. Since the forged shaft is not heated, it is inevitable that heat from the higher temperature umbrella moves toward the shaft, but from the viewpoint of the mass ratio between the umbrella and the shaft, The effect is small. Further, although the shaft portion is in contact with the center hole of the forging die, there is a slight clearance between the two and the contact is made only by one line, so that the shaft portion is connected to the forging die. The heat loss is minimal. Thus, most of the heat loss due to heat transfer during forging occurs while the umbrella portion is in contact with the forging die, which can be reduced by shortening the contact time.
[0010]
The force of the spring (4) is desired to be strong so that the intermediate material being forged can be quickly pushed up and separated from the forging die when the anvil rises and leaves. Naturally, the material must not be so strong as to have an adverse effect on the shape and physical properties of the material. Even if the distance between the intermediate material and the forging die is small, since the degree of heat loss is essentially different from that of the contact state, a few millimeters is sufficient and a distance of about 10 mm is sufficient. What is necessary is just to select the thing which has an appropriate repulsion force and a stroke of expansion and contraction from a usual coil spring etc.
[0011]
Looking at the time required to actually forge the umbrella of a marine engine valve, the time required for pulling out the intermediate material from the heating furnace and loading it into the forging die, and the completion of mold forging is mainly based on the capacity of the hydraulic press. It is 3 to 4 minutes at the longest, and one and a half minutes for a new device. Among them, the time for performing the molding operation with the anvil is substantially one minute, and the number of operations is from 7 to 8 times to at most 10 times. The total time during which the intermediate material and the forging die are in contact does not exceed 1/5 in substantially one minute described above. Since the contact for 60 seconds is shortened to 12 seconds as 1/5, the heat loss due to the contact is much smaller than in the past, and the effect of maintaining the temperature of the intermediate material during forging is large.
[0012]
【Example】
A marine engine valve having a length of 1940 mm, a shaft diameter of 124 mm, and an umbrella diameter of 512 mm was manufactured using a nickel-base superalloy “Nimonic 80A” as a material. An intermediate material whose shaft was formed by a four-sided high-speed forging machine was charged into a forging die having the structure shown in FIG. 2, and the umbrella was forged. The device has a coil spring having the following specifications arranged between upper and lower plates in a forged die receiving table (5) placed on a disk turner.
Spring material wire diameter: 25mm Number of turns: 5 turns Coil outer diameter: 215mm Free height: 210mm
Height at which the umbrella floats from the forging die when a 160 kg intermediate material is placed: 10 mm
Using this apparatus, a total of four valves were forged. The incidence of cracks on the umbrella surface was reduced to 1/4 of those not according to the present invention.
[0013]
【The invention's effect】
In the manufacture of conventional marine engine valves, cracks occur on the surface of the umbrella part because materials are generally difficult-to-machine materials such as Ni-base superalloys, and it is necessary to maintain a sufficiently high temperature during forging. However, heat was lost due to contact between the intermediate material and the forging die, and it was difficult to maintain an appropriate temperature until the end of forging.
[0014]
In the present invention which addresses this point, in forming the umbrella portion by mold forging, the contact time between the intermediate material and the forging die, which is a cause of heat loss, is kept to a minimum, and the intermediate material is placed in an appropriate forging temperature range. Since the necessary forging forging is completed while maintaining the temperature, the occurrence of forging cracks caused by the temperature drop can be effectively reduced. The equipment required to carry out this manufacturing method can be realized with only a few additions to conventional equipment, and the cost for that is negligible. In this manner, the present invention eliminates the occurrence of defective products in the production of marine engine valves using superalloys as materials, thereby contributing to improved productivity and cost reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an apparatus and a material to be forged, showing a mold forging step of an umbrella portion in a process of manufacturing a marine engine valve.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view corresponding to FIG. 1 for illustrating the method and apparatus for manufacturing a marine engine valve according to the present invention. The figure which shows the stage which is pushing.
FIG. 3 is a view showing a stage following FIG. 2 in which the anvil has risen and the contact between the intermediate material and the forging die has stopped;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intermediate material 11 Shaft part 12 Head portion 13 Lower end of shaft part 2 Forging die 21 Center hole 3 Anvil 4 Spring (means)
5 Forging die cradle
