JP2005088030A - Powder molding method for compound valve seat - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関で使用される焼結合金製バルブシートのうち、特に複合バルブシートを製造する際の粉末成形方法に関する。 The present invention relates to a powder molding method particularly for producing a composite valve seat among sintered alloy valve seats used in internal combustion engines.
自動車エンジン等のバルブシートは、高温耐摩耗性が要求されるため金属間化合物や炭化物が分散している鉄系焼結合金が使用されている。このバルブシートは、エンジンの高性能化に伴うより優れた耐摩耗性に応えるために、耐熱や高温強度等の高温耐摩耗特性に寄与する多くの元素(Ni、Cr等)を鉄粉に添加する必要があり、コストが高いものとなる。この対策として、バルブと接するシート部には高級な焼結合金を用い、その他の本体には低級な鉄系焼結合金とした複合バルブシート(図7参照)がある。該複合バルブシートを製造する際の粉末成形では、例えば、特許文献1に記載のように、ダイキャビティに第一粉末を充填し、ダイに対して内側の下パンチを下降させることにより第一粉末の上面を臼状としたのち、第二粉末を臼状内に充填し、下パンチと、バルブシートのテーパ面を形成する形状の上パンチにより、圧縮成形する方法がある(図4参照)。この成形方法によれば、前記した高級な焼結金属部分をより少なくして目的を達成できるという利点がある。また、他の成形方法としては、特許文献2に記載のように、ダイキャビティに第一粉末を充填し、第一粉末の上面にパンチを押し込んで第一粉末の上面を臼状に造形したのち、該造形された予備成形体の臼状内に第二粉末を充填し、下パンチと、上パンチとにより圧縮成形する方法がある(図5参照)。
Valve seats for automobile engines and the like are made of an iron-based sintered alloy in which intermetallic compounds and carbides are dispersed because high temperature wear resistance is required. This valve seat adds many elements (Ni, Cr, etc.) that contribute to high temperature wear resistance properties such as heat resistance and high temperature strength to iron powder in order to meet the higher wear resistance associated with higher engine performance. Need to be expensive. As a countermeasure, there is a composite valve seat (see FIG. 7) in which a high-grade sintered alloy is used for the seat portion in contact with the valve and a low-grade iron-based sintered alloy is used for the other main body. In the powder molding for manufacturing the composite valve seat, for example, as described in
上記従来技術において、特許文献1の成形方法では、粉末流動性が通常用いられる第一粉末だと、臼状をした傾斜面の傾き角を大きくすることが困難であり、また、臼状に形成された傾斜面がプレス機械の振動で崩壊し傾斜が緩やかになったり、第二粉末を充填する最中で、第一粉末の臼状部分が流動して、更に傾きが少なくなると共に臼状の傾斜面が崩壊する。これに起因して、製造される複合バルブシートは、例えば、第二粉末のフイーダ移動方向に対して前後及び左右で臼状の傾きが異なり、対向面にうねりを生じる。特許文献2に記載の方法では、臼状を形成するため高い圧力で粉末圧縮すると、予備成形体の密度が高くなることに起因し、第二粉末を充填して圧縮成形したとき、成形体の境界部に割れを生じる。一方、臼状を形成するための押圧力が低過ぎると、第二粉末を充填する際、第一粉末で形成された臼状部を第二粉末の充填時の荷重等でアタックするため、臼状の傾斜面が崩壊し、前記した場合と同様に不規則な境界面が形成される。本発明の目的は、以上のような課題を解消し、バルブシートの粉末成形として、例えば、第一粉末の臼状の傾斜角を大きく設定する場合にも、第二粉末のアタックに耐える傾斜面を形成可能にし、安定した積層成形体が得られるようにすることにある。
In the above prior art, in the molding method of
以上の目的を達成するため本発明は、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した複合バルブシートの粉末成形において、金型のダイキャビティ内に充填された前記第一粉末又は該第一粉末の予備形成体の表面部に、液体を染み込ませたのち、圧縮成形することを特徴としている。この粉末成形方法において、前記液体としては油、水、アルコールのいずれかである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a composite valve seat in which a molded body of a first powder and a molded body of a second powder are laminated in an inclined state in the powder molding of a composite valve seat, wherein It is characterized in that a liquid is infiltrated into the surface portion of one powder or the preform of the first powder and then compression-molded. In this powder molding method, the liquid is any one of oil, water, and alcohol.
以上の本発明方法は、第一粉末又はその予備成形体の表面部を液体で湿らすことにより、粉末表層部の粉末流動性を著しく悪くし、第一粉末又はその予備成形体の傾斜面を強固な臼状に形成するので、臼状部が第二粉末の充填時に受ける荷重等のアタックによって不用意に崩壊することがなくなり、確実にその形状を保持することができるようにして、バルブシート用圧粉成形体における周方向の粉末対向面を均質化できる。その結果、複合バルブシートの品質を設計とおり安定維持でき、高級の焼結金属等を用いてより薄くしたシート部を形成可能にする。 The above-mentioned method of the present invention remarkably deteriorates the powder flowability of the powder surface layer by moistening the surface of the first powder or its preform with a liquid, and the inclined surface of the first powder or its preform is reduced. Since it is formed into a strong mortar shape, the mortar portion will not inadvertently collapse due to an attack such as a load received when filling with the second powder, so that the shape can be reliably maintained, and the valve seat The powder facing surface in the circumferential direction of the green compact for use can be homogenized. As a result, the quality of the composite valve seat can be stably maintained as designed, and a thinner seat portion can be formed using high-grade sintered metal or the like.
図7は焼結合金製のバルブシートの縦断面図である。このバルブシート15は、ほぼ相似形の焼結体を製作し、必要に応じ各面をサイジングや切削加工にて所定寸法形状に仕上げたものであり、低級な焼結合金製の本体部16と、高級な焼結合金製で不図示のバルブと当接する傾斜状のシート部17とから構成されている。本発明は、同図のような概略円筒状のバルブシート15を製造する際の粉末成形方法を対象としている。工夫点は、成形初期段階で原料粉末又は予備成形体に液を染み込ませることにある。以下の実施例では、その工夫点を特許文献1,2と比較しながら明らかにする。なお、使用される粉末成形金型の装置基本は従来と同じである。このため、各図では装置要部だけを示し、又、各図の装置には同じ部材および部位に同一符号を付している。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a sintered alloy valve seat. This
図1〜図6は粉末成形方法を模式的に示す縦断面図である。このうち、図1〜図3は発明の粉末成形方法、図4は特許文献1に記載の方法、図5は特許文献2に記載の方法である。ここで、図1、図2、図4および図6の金型装置は、孔内に段部1aを有したダイ1と、下方からダイ1の孔内に嵌合した状態で摺動される下パンチ3、及び下パンチ3に嵌合した状態で摺動されるコア2と、ダイ1上に昇降可能に配置された上パンチ4、粉末供給用フイーダなどを備えている。上パンチ4は、下端側に設けられてバルブシートのシート面部を造形するテーパ面付きの突起を有し、ダイ1の孔及びコア2に嵌合した状態で下パンチ3との間で粉末を圧縮する。これら各部材は、特許文献2に記載されているようにプレス機構部によって作動する。作動の形態は、ダイ1が固定の場合や、ウイズドロアル方式のように下パンチ3が固定で、コア2とダイ1が上下動する場合がある。また、粉末供給用フイーダは、ダイキャビティから遠ざかった位置に待機しており、粉末充填の際に前進する図示されていない第一粉末用の第1フイーダと、第二粉末用の第2フイーダとから構成されている。図3および図5の金型装置は、前記装置に対し、ダイ1が段部1aを持たずストレートの孔として形成されている点で異なっている。
1 to 6 are longitudinal sectional views schematically showing a powder molding method. Among these, FIGS. 1-3 are the powder forming methods of the invention, FIG. 4 is the method described in
(従来方法)図4の粉末成形方法において、図4(a)は、ダイ1の孔及びコア2並びに下パンチ3で区画されるダイキャビティに第一粉末5を充填し擦り切った状態を示している。次いで、図4(b)は、下パンチ3を所定量下降させることにより、第一粉末5の上面が臼状になり上から下に向かってコア側に接近する傾斜面Sが形成された状態である。該傾斜面Sは、粉体摩擦ないしは粉末流動性等により湾曲面になり、下パンチ3の下降量を増したり荷重が加わると崩壊が起きる状態である。図4(c)は、第2フイーダで第二粉末6を前記臼状部に充填した状態である。この状態では、粉末対向面が画然とした状態に図示されているが、実際は臼状部が第二粉末6の荷重等により部分崩壊して前記傾斜面Sが変化し不規則になっている。図4(d)は、上パンチ4を下降させて下パンチ3とで第一粉末5および第二粉末6を圧縮した状態である。図4(e)は、上パンチ4を上昇させると共に下パンチ3で成形体10を押し上げ金型から抜き出した状態である。成形体10は、バルブシート15の成形素材であり、第一粉末5の圧粉体5aの傾斜部ないしはシート対応部に第二粉末6の圧粉体6aを層状に一体化している。
(Conventional method) In the powder molding method of FIG. 4, FIG. 4 (a) shows a state in which the
図5の粉末成形方法において、図5(a)は、図4(a)と同様にダイキャビティに第一粉末5を充填し擦り切った状態を示している。次いで、図5(b)は、上パンチ4を下降させて軽く圧縮することにより、第一粉末5が予備成形され、該予備成形体5bの上面が上パンチ下端形状で臼状、つまり傾斜面Sが形成された状態である。図5(c)は、図4(c)と同様に第2フイーダで第二粉末6を前記臼状部に充填した状態である。以下、前記図4の(d),(e)のように圧縮成形および型抜出しされる。
In the powder molding method of FIG. 5, FIG. 5 (a) shows a state in which the
図6は図4に示したダイ1が段部1aを有した金型装置を用い、図5(b)と同様に上パンチ4で第一粉末5を予備成形して臼状部を形成する方法を示している。図6(a)は、図4(a)と同様にダイキャビティに第一粉末5を充填し擦り切った状態である。次いで、図6(b)は、図5(b)と同様に上パンチ4を下降させて軽く圧縮することにより、第一粉末5が予備成形され、該予備成形体5bの上面が臼状に形成された状態である。図6(c)は、図4(c)と同様に第2フイーダで第二粉末6を前記臼状部に充填した状態である。以下、前記図4の(d),(e)のように圧縮成形および型抜出しされる。
6 uses a mold apparatus in which the
以上の従来技術では、前述したように、第一粉末5と第二粉末6の対向面は不規則なものとなり、それに起因して複合バルブシート15の特性がばらつくことになる。本発明は、そのような問題を図1〜図3に示される方法で解消したものである。
In the above prior art, as described above, the opposed surfaces of the
(発明方法)本発明の圧粉成形方法を図1〜図3により説明する。各図は、前記した図4〜図6で示した成形手順のうち、第一粉末5の上面を臼状に形成する段階から第二粉末6の充填までを対応して示しており、第一粉末5の充填と、第二粉末6を充填したのちの圧縮成形および成形体の型抜出しは従来と同様に行われる。このため、図面上では従来と同様な工程を省略している。
(Invention Method) The compacting method of the present invention will be described with reference to FIGS. Each drawing shows the steps from the step of forming the upper surface of the
図1の粉末成形方法は、図4の従来方法に対し、第一粉体5の充填工程、充填された第一粉体5に臼状を形成する工程、第二粉体6を充填する工程、圧縮形成する工程、成形体10を型抜出しする工程を経る点で同じため、相違点だけを示している。すなわち、この方法では、まず、図4(a)と同様にダイ1の孔及びコア2並びに下パンチ3で区画されるダイキャビティに第一粉末5を充填し擦り切った状態にする。次に、図4(b)と同様に下パンチ3を下降して、図4(b)のように第一粉末5の上面に臼状の傾斜面Sを形成するが、その際、液体7が噴霧又は散布される。具体的には、図1(a)に模式化したように下パンチ3を下降する最中又は下降完了時に第一粉末5の上側表面部が拡大図に示したように液適7aで湿るように、ダイキャビティ上方から水、スピンドル油、アルコールなどの液体7を適量噴霧又は散布する。この場合は、液体7を筒形冶具等を介して霧状に噴霧したり散布することが好ましい。図1(c)は、そのようにして液適7aを表層部に染み込ませた第一粉末5の臼状部に第二粉末6を充填した状態を示している。このように、この圧粉成形方法では、第一粉末5の表面が液で湿ることにより、粉末流動性を悪くし、傾斜面Sの傾きを大きい状態で安定させる。したがって、第二粉末6を充填する際に受ける荷重等のアタックに強くなり、臼状部ないしは傾斜面Sが従来方法に比べて崩壊し難いものとなる。なお、第一粉末5の表面に付いた液適7aは、焼結工程での加熱により、加熱初期段階の比較的低い温度で揮発したり燃焼して成形体10から取り除かれる。
The powder molding method of FIG. 1 is a filling step of the
表1は、以上の第一粉末5が湿り度合いで安息角がどの様に変化するか調べたときの一例である。使用金型は図1等のものと同様であり、試験では鉄粉に黒鉛粉及び成形潤滑剤を含む通常の混合粉を用いた。該混合粉の安息角θは約38度であった。この混合粉にスピンドル油を染み込ませると、混合粉の安息角θはその油含有量に比例して増加するようになる。本発明は、その作用を応用して、ギャビティ内に充填された第一粉末5(又はその予備成形体5b)の少なくとも表層部を適宜湿らすことで、粉体摩擦を大きくして、第一粉末5(又はその予備成形体5b)の臼状を形成している傾斜角を従来より大きしても該傾斜角を保持可能にしたり、傾斜面Sの強度を高くすることにある。
Table 1 is an example when the above-mentioned
次に、図2の成形方法は、従来技術を示した図6と同様な金型装置を用い、第一粉末5に臼状の傾斜面Sを上パンチ4等を介した予備形成によって形成する場合である。図2(a)は図6(b)と同じで、第一粉末5の上面を上パンチ4で押圧している状態である。図2(b)は形成された予備成形体5bの傾斜面Sに液体7を適量噴霧又は散布している状態を示している。このように、傾斜面S(傾斜面を含む上表面部)を湿らして流動し難い状態としたのち、図2(c)のように第二粉末6が充填される。以下、前記した図4の(d),(e)のように圧縮成形および型抜出しされる。なお、予備形成体5bの表面に付いた液適は、焼結工程での加熱により、比較的低い温度で揮発したり燃焼して成形体10から取り除かれる。この圧粉成形方法では、上パンチ4に代えて、成形装置とは別に設けた臼状の傾斜面Sを形成するための仮押しパンチ装置にしてもよい。該仮押しパンチ装置は、充填粉末表面部に臼状の傾斜面Sを形成する先端形状をしたパンチをエアーシリンダ等で上下動する構造とし、ダイキャビティから離れた場所に設置され、粉末供給用フィーダと同様に必要時にダイキャビティに向かって進退する。
Next, the molding method of FIG. 2 uses a mold apparatus similar to that of FIG. 6 showing the prior art, and forms a mortar-shaped inclined surface S on the
図3の成形方法は、従来技術を示した図5の成形方法と同様な手順である。図3(a)は第一粉末5を充填したのち、粉末表面に液体7を適量噴霧又は散布している状態を示している。粉末表面部が液体7で湿った状態から、図3(b)のように、上パンチ4を降下させて第一粉末5を軽く押圧し、該押圧により予備形体5bおよびその表面部に臼状の傾斜面Sを形成する。湿りのある粉末表面を押圧した傾斜面Sは密度が低いわりに強固であり、図3(c)のように臼状部に第二粉末6を充填しても崩壊が起こり難くくなる。
The molding method of FIG. 3 is the same procedure as the molding method of FIG. 5 showing the prior art. FIG. 3A shows a state where an appropriate amount of
以上のように、第一粉末5やその予備成形体5bの表面部を液体7で湿らす液供給方式としては次のような構成にすることができる。すなわち、前述した図2(b)及び図3(b)のように、第一粉末5の上面に臼状の傾斜面Sを金型装置の上パンチ4または付設した仮押しパンチ装置で成形する場合に、上パンチ4または付設した仮押しパンチが上方に待機している最中に、当該パンチ面に液体を塗布しておき、ダイキャビティ内にある第一粉末5又は予備成形体5bへの押当過程で液体を粉体表面部に染み込ませる方法である。また、仮押しパンチに給液孔を設けて液圧送装置と連結し、仮押しパンチ下面の傘状面に通じる複数のオリフィスから液を排出できる構造とし、ダイキャビティ内にある第一粉末5又は予備成形体5bへの押当過程で液体を粉体表面部に注液する方法である。
As described above, the liquid supply method of moistening the surface portion of the
本発明は、これらの液供給方式によって、第一粉末5やその予備成形体5bの臼状傾斜面Sを湿らすことにより、機械振動や第二粉末6を充填したときに起き易い臼状傾斜面の崩壊を防止できるので、複合バルブシートを設計とおりの品質で製造可能にし、又、バルブシート15の高級側シート部17の臼状傾斜角をより鋭角にしたり薄く形成することが可能になる。
The present invention uses these liquid supply methods to moisten the mortar-shaped inclined surface S of the
1…ダイ
2…コア
3…下パンチ
4…上パンチ
5…第一粉末(5aは圧粉体、5bは予備成形体)
6…第二粉末(6aは圧粉体)
S…傾斜面
7…液体(7aは液適)
10…複合バルブシート用成形体
15…複合バルブシート(16は本体部、17は臼状のシート部)
DESCRIPTION OF
6 ... second powder (6a is green compact)
S ... inclined
DESCRIPTION OF
Claims (2)
The method for powder molding a composite valve seat according to claim 1, wherein the liquid is one of oil, water, and alcohol.
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