JP3375813B2 - Manufacturing method and apparatus for engine valve - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は自動車等のエンジン
バルブの製造方法とその装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an engine valve of an automobile or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、自動車用のエンジンの排気弁等と
して使用されるバルブで、特にバルブシートとの当り面
（バルブフェース）の耐摩耗性や耐食性を高めるため
に、図６に示すように、バルブ本体１の傘部２における
バルブフェースとなるべき部分に肉盛用の溝部３を形成
し、その肉盛用溝部３にバルブ本体１の材料とは異なる
耐摩耗性、耐食性の優れた材料からなる肉盛用粉末材料
４ａを供給し、その粉末層表面にレーザビーム５を照射
しつつバルブ本体１を回転してバルブフェースを肉盛材
４で被覆する方法がある。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 6, a valve used as an exhaust valve of an engine for an automobile, etc., in particular, in order to improve wear resistance and corrosion resistance of a contact surface (valve face) with a valve seat. A groove 3 for overlaying is formed on a portion of the umbrella portion 2 of the valve body 1 that is to be the valve face, and a material having excellent wear resistance and corrosion resistance different from the material of the valve body 1 is formed in the overlaying groove 3 There is a method in which the powder material 4a for build-up is formed and the surface of the powder layer is irradiated with the laser beam 5 to rotate the valve body 1 to cover the valve face with the build-up material 4.
【０００３】このようなエンジンバルブの製造方法にお
いては、その肉盛粉末材料４ａにおけるバルブ本体１の
半径方向に対する全域に亘って均等に加熱する必要があ
り、例えば母材が部分的に過熱されると、その母材の溶
融に起因して母材成分が肉盛材に溶け込む希釈が生じ、
肉盛材本来の耐摩耗性等が発揮できなかったり、肉盛材
の溶着不良や欠肉、溶けだれ等の欠陥が発生する。In such an engine valve manufacturing method, it is necessary to uniformly heat the build-up powder material 4a over the entire area of the valve body 1 in the radial direction. For example, the base material is partially overheated. And, due to the melting of the base metal, the base metal component is diluted to dissolve into the overlay material,
The wear resistance and other properties inherent to the overlay material cannot be exhibited, and defects such as poor welding of the overlay material, lack of wall thickness, and dripping occur.
【０００４】そこで、これを防止する方法として従来、
予めレーザビーム５の溝部横断方向におけるエネルギー
分布形状を調べておき、このエネルギー分布形状に反映
するように溝３の横断形状を定めたものがある。すなわ
ち、使用するレーザビームのエネルギー分布プロフィー
ルが図７（ａ）のようである場合には溝部３の横断面形
状を図７（ｂ）に示すように、ｔＡ：ｔＢ：ｔＣ＝Ａ1
Ａ2 ：Ｂ1 Ｂ2 ：Ｃ1Ｃ2 となるように形成する。この
ような技術は特開昭６２−３４６９０号公報に記載され
ている。Therefore, as a method of preventing this, conventionally,
There is a method in which the energy distribution shape of the laser beam 5 in the groove crossing direction is examined in advance and the cross-sectional shape of the groove 3 is determined so as to be reflected in this energy distribution shape. That is, when the energy distribution profile of the laser beam used is as shown in FIG. 7A, the cross-sectional shape of the groove 3 is tA: tB: tC = A 1 as shown in FIG. 7B.
A 2 : B 1 B 2 : C 1 C 2 is formed. Such a technique is described in JP-A-62-34690.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なレーザビームを使用して肉盛する方法においては、肉
盛用の粉末材を溝部に供給するとともにレーザビームを
照射した状態で、レーザビームを溝部の周方向に沿って
相対的に移動させることから、肉盛開始時点におけるバ
ルブ本体の母材温度は室温と同じであり、レーザビーム
の照射による肉盛作業に伴い、レーザビームの熱が、そ
の後の肉盛位置の母体に伝熱し、後の肉盛位置程母材温
度が上昇し、肉盛終了時付近での母材温度は、肉盛開始
時点の温度に比べて高くなる。By the way, in the method of overlaying using the laser beam as described above, the laser beam is applied in the state where the powder material for overlaying is supplied to the groove portion and the laser beam is irradiated. Is relatively moved along the circumferential direction of the groove, the base material temperature of the valve body at the start of overlaying is the same as room temperature, and the heat of the laser beam is increased by the overlaying work by the laser beam irradiation. Then, heat is transferred to the base material at the subsequent buildup position, and the base material temperature rises toward the subsequent buildup position, and the base material temperature near the end of the buildup becomes higher than the temperature at the start of the buildup.
【０００６】特に図６に示すようなバルブ本体側のエッ
ジ部３ａ，３ｂにおいては熱容量が小さいため、温度上
昇が顕著である。そのため、上記従来の技術において
は、バルブ本体の半径方向の肉盛に対しては有効である
としても、肉盛開始時点から肉盛終了時点まで、バルブ
本体の半径方向に対するビームエネルギー分布形状を同
じにして照射することから、図８に示すように、肉盛開
始時点（図の０の位置）でのエッジ部３ａ，３ｂの温度
が約９００℃とすると、肉盛終了時点（図の３６０度の
位置）でのエッジ部３ａ，３ｂの温度が１０００℃以上
になり、エッジ部３ａ，３ｂの母材の溶融が増加し、該
部での母材希釈が生じる問題がある。In particular, the edge portions 3a and 3b on the valve body side as shown in FIG. 6 have a small heat capacity, so that the temperature rise is remarkable. Therefore, in the above-mentioned conventional technique, even if it is effective for the buildup in the radial direction of the valve body, the beam energy distribution shape in the radial direction of the valve body is the same from the buildup start time to the buildup end time. As shown in FIG. 8, when the temperature of the edge portions 3 a and 3 b at the start of build-up (position 0 in the figure) is about 900 ° C., as shown in FIG. The temperature of the edge portions 3 a, 3 b at the position of 360 degrees) becomes 1000 ° C. or higher, the melting of the base material of the edge portions 3 a, 3 b increases, and the base material is diluted at the portions. is there.
【０００７】そこで本発明は、上記のような肉盛終了付
近でのエッジ部の溶融を抑え、全域に亘り母材希釈の少
ない均一な肉盛品質を得ることができる内燃機関用エン
ジンバルブの製造方法及びその装置を提供するものであ
る。Therefore, the present invention manufactures an engine valve for an internal combustion engine capable of suppressing the melting of the edge portion near the end of the overlay as described above and obtaining a uniform overlay quality with less base material dilution over the entire region. A method and an apparatus thereof are provided.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、第１の発明は、バルブ本体のバルブフェースとな
る部分に溝部を形成し、該溝部に供給された肉盛用粉末
材料の粉末層表面にレーザビームを照射しつつレーザビ
ームを溝部の周方向に相対的に移動させて肉盛するエン
ジンバルブの製造方法において、各肉盛時点における前
記バルブ本体のエッジ部の温度が肉盛開始から肉盛終了
までほぼ均一になるように上記レーザビームの出力エネ
ルギー分布を制御することを特徴とするエンジンバルブ
の製造方法である。In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of the present invention is to form a groove portion in a valve face portion of a valve body, and to provide a build-up powder material supplied to the groove portion. while irradiating a laser beam to the powder layer surface by relatively moving the laser beam in the circumferential direction of the groove portion in the manufacturing method for an engine valve for cladding, before at each cladding time
The engine valve manufacturing method is characterized in that the output energy distribution of the laser beam is controlled so that the temperature of the edge portion of the valve body becomes substantially uniform from the start of buildup to the end of buildup.
【０００９】本発明によれば、熱容量の少ないエッジ部
の全域において過熱されることを防止し、エッジ部の母
材成分が肉盛材に溶け込む母材希釈を抑制できる。第２
の発明は、バルブ本体（１）のバルブフェースとなる部
分に溝部（３）を形成し、該溝部（３）に供給された肉
盛用粉末材料（４ａ）の粉末層表面にレーザビーム
（５）を照射しつつレーザビーム（５）を溝部（３）の
周方向に相対的に移動させて肉盛するエンジンバルブの
製造方法において、上記レーザビーム（５）を上記溝部
（３）の幅より狭いスポット径（Ｒ3 ）に絞って粉末層
表面に照射し、この絞られたレーザビーム（５）をバル
ブ半径方向にオシレートさせるとともにこのオシレート
振幅量（ｂ）を肉盛開始後において設定した振幅パター
ンにより減少させることを特徴とするエンジンバルブの
製造方法である。According to the present invention, overheating can be prevented in the entire area of the edge portion having a small heat capacity, and the dilution of the base material in which the base material component of the edge portion is melted into the overlay material can be suppressed. Second
In the invention, the groove portion (3) is formed in a portion of the valve body (1) which becomes the valve face, and the laser beam (5) is formed on the surface of the powder layer of the powder material (4a) for buildup supplied to the groove portion (3). In the method for manufacturing an engine valve in which the laser beam (5) is relatively moved in the circumferential direction of the groove portion (3) while being irradiated with the laser beam (5), the laser beam (5) is moved from the width of the groove portion (3). The powder layer surface is irradiated with a narrow spot diameter (R 3 ), the narrowed laser beam (5) is oscillated in the radial direction of the bulb, and
Amplitude pattern with amplitude amount (b) set after the start of overlay
Is a manufacturing method of an engine valve, characterized in that to reduce the emissions.
【００１０】本発明においては、前の肉盛位置でのレー
ザビームによる熱が後の肉盛位置のエッジ部に伝熱され
てその位置でのエッジ部の温度が上昇した場合、その後
の肉盛位置でのバルブ半径方向のレーザビームのオシレ
ート振幅量を減少させて、レーザビームのエネルギー分
布幅を狭めて、レーザビームによるエッジ部の加熱を上
記上昇温度分減少させることができる。そのため、各肉
盛位置でのエッジ部の過熱を防止し、母材希釈を抑制で
きる。In the present invention, when the heat generated by the laser beam at the front build-up position is transferred to the edge part at the rear build-up position and the temperature of the edge part at that position rises, the subsequent build-up is performed. The amount of oscillation of the laser beam in the radial direction of the bulb at the position can be reduced, the energy distribution width of the laser beam can be narrowed, and the heating of the edge portion by the laser beam can be reduced by the above-mentioned temperature rise. Therefore, it is possible to prevent overheating of the edge portion at each build-up position and suppress dilution of the base material.
【００１１】第３の発明は、バルブ本体（１）のバルブ
フェースとなる部分に溝部（３）を形成し、該溝部
（３）に供給された肉盛用粉末材料（４ａ）の粉末層表
面にレーザビーム（５）を照射しつつレーザビーム
（５）を溝部（３）の周方向に相対的に移動させて肉盛
するエンジンバルブの製造装置において、上記レーザビ
ーム（５）を上記溝部（３）の幅より狭いスポット径
（Ｒ3 ）に絞って粉末層表面に照射する手段（６）と、
上記絞られたレーザビーム（５）をバルブ半径方向にオ
シレートさせる手段と、上記オシレート振幅量を変化さ
せる手段とからなることを特徴とするエンジンバルブの
製造装置である。In a third aspect of the present invention, a groove portion (3) is formed in a valve face portion of the valve body (1), and the surface of the powder layer of the build-up powder material (4a) supplied to the groove portion (3). In an engine valve manufacturing apparatus for overlaying a laser beam (5) on a groove portion (3) by moving the laser beam (5) relative to the groove portion (3) while irradiating the laser beam (5) on the groove portion (3). Means (6) for irradiating the powder layer surface with a spot diameter (R 3 ) narrower than the width of 3);
An engine valve manufacturing apparatus comprising a means for oscillating the narrowed laser beam (5) in a valve radial direction and a means for changing the oscillating amplitude amount .
【００１２】本発明においては、上記第２の発明の方法
を達成する装置を提供できる。第４の発明は、上記第３
の発明におけるレーザビームをバルブの半径方向にオシ
レートさせる手段とこのオシレート振幅量を変化させる
手段が、レーザビームを反射するオシレートミラー
（７）とこのオシレートミラー（７）を往復揺動するガ
ルバノメータ（８）と、このガルバノメータ（８）の駆
動のための基準信号波形を作るファンクションジェネレ
ータ（１０）と、ガルバノメータの振幅パターンを作る
外部制御装置（１２）と、上記外部制御装置（１２）で
作られた振幅パターンに応じて上記ファンクションジェ
ネレータ（１０）からの基準信号波形を増幅してその電
流をガルバノメータ（８）へ流すガルバノメータドライ
バー（１１）で構成されていることを特徴とするエンジ
ンバルブの製造装置である。In the present invention, there can be provided an apparatus for achieving the method of the second invention. The fourth invention is the above-mentioned third invention.
The means for oscillating the laser beam in the radial direction of the bulb and the means for changing the amount of oscillating amplitude in the invention according to the invention of claim 1 reflect the laser beam and the galvanometer (8) that reciprocally oscillates the oscillating mirror (7). ), A function generator (10) that creates a reference signal waveform for driving the galvanometer (8), an external control device (12) that creates a galvanometer amplitude pattern, and the external control device (12). An engine valve manufacturing apparatus comprising a galvanometer driver (11) for amplifying a reference signal waveform from the function generator (10) according to an amplitude pattern and flowing the current to a galvanometer (8). is there.
【００１３】本発明においては、予め、外部制御装置
（１２）における振幅パターンを、ガルバノメータドラ
イバー（１１）での信号増幅率が経時的に（肉盛開始位
置からの肉盛位置の変化に応じて）減少するように設定
しておくことにより、ガルバノメータ（８）の振幅量も
経時的に減少する。In the present invention, the amplitude pattern in the external control device (12) is previously set so that the signal amplification factor in the galvanometer driver (11) changes with time (according to the change in the build-up position from the build-up start position). By setting so as to decrease, the amplitude amount of the galvanometer (8) also decreases with time.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１乃至図４に示す実施例に基い
て本発明の実施の形態について説明する。図１におい
て、１は自動車等のエンジンに使用されるエンジンバル
ブ本体で、適宜手段によりその周方向に所定速度で回転
される。２はそのバルブ本体１と一体成形された傘部
で、そのバルブフェースとなるべき部分に肉盛用の溝部
３が傘部２の全周に亘って形成されている。３ａ，３ｂ
は上記溝部３におけるバルブ半径方向の端部に形成され
たエッジ部である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine valve body used for an engine of an automobile or the like, which is rotated at a predetermined speed in its circumferential direction by appropriate means. Reference numeral 2 denotes an umbrella portion integrally formed with the valve body 1, and a groove portion 3 for overlaying is formed over the entire circumference of the umbrella portion 2 in a portion to be the valve face thereof. 3a, 3b
Is an edge portion formed at an end portion of the groove portion 3 in the radial direction of the valve.
【００１５】４は肉盛材で、肉盛用粉末材料４ａを上記
溝部３に盛り付けた状態でレーザビームを照射して溶融
し、溝部３に盛付状に固形化されたものである。上記バ
ルブ本体１の材料としては、オーステナイト系耐熱鋼で
ある２１Ｃｒ−４Ｎｉ鋼（Ｆｅ−２１％Ｃｒ−４％Ｎｉ
−９％Ｍｎ−０．５％Ｃ）を用い、バルブ傘径３０．５
ｍｍ、肉盛幅４，４ｍｍ、肉盛部表面（バルブフェース
面）の凸湾曲面の曲率半径Ｒ1 は５．０ｍｍとしてい
る。Reference numeral 4 is a build-up material, and the build-up powder material 4a is melted by irradiating it with a laser beam in a state where the powder material 4a for build-up is coated in the groove portion 3 and solidified in the groove portion 3 in a build-up state. The material of the valve body 1 is 21Cr-4Ni steel (Fe-21% Cr-4% Ni) which is austenitic heat resistant steel.
-9% Mn-0.5% C), valve umbrella diameter 30.5
mm, the overlay width is 4, 4 mm, and the radius of curvature R 1 of the convex curved surface of the overlay surface (valve face surface) is 5.0 mm.
【００１６】また、上記肉盛用粉末材料４ａは、耐摩耗
性や耐食性に優れた材料、例えばステライトＮｏ．６
（１％Ｃ−２８％Ｃｒ−４．５％Ｗ−１％Ｓｉ残部Ｃ
ｏ）の粒度分布１００〜３５０メッシュの粉末を使用し
ている。Further, the powder material 4a for build-up is a material excellent in wear resistance and corrosion resistance, for example, Stellite No. 6
(1% C-28% Cr-4.5% W-1% Si balance C
The powder having a particle size distribution of 100 to 350 mesh of o) is used.
【００１７】５はレーザビームを示し、高次マルチモー
ド分布を有するレーザ発振機から発射される。６は上記
のレーザビーム５を狭いビームに絞る光学系で、レーザ
ビームの光路途中に配設されており、図の実施例では放
物面鏡が使用され、レーザビーム５を反射集光するよう
になっている。A laser beam 5 is emitted from a laser oscillator having a high-order multimode distribution. Reference numeral 6 denotes an optical system for narrowing the laser beam 5 into a narrow beam, which is arranged in the optical path of the laser beam. In the illustrated embodiment, a parabolic mirror is used to reflect and focus the laser beam 5. It has become.
【００１８】７はオシレートミラーで、上記放物面鏡６
で絞られたレーザビーム５を、溝部３に盛り付けられた
肉盛用粉末材料４ａの表面にスポット状に照射させるよ
うになっている。８はガルバノメータで、これに交番電
流を流すことでその回転軸９を往復回転し、該回転軸９
に固着されたオシレートミラー７を回転軸９を中心とし
て往復揺動し、上記放物面鏡６からのレーザビームを、
上記肉盛用粉末材料４ａの表面にスポット状に照射させ
ながらバルブ本体１の半径方向にオシレートさせるもの
である。Reference numeral 7 denotes an oscillating mirror, which is the parabolic mirror 6 described above.
The laser beam 5 focused by is radiated in a spot shape on the surface of the build-up powder material 4a placed in the groove 3. Reference numeral 8 denotes a galvanometer, and by rotating an alternating current through the galvanometer, the rotating shaft 9 is reciprocally rotated.
The oscillating mirror 7 fixed to the reciprocating oscillating reciprocatingly about the rotary shaft 9 causes the laser beam from the parabolic mirror 6 to move,
It oscillates in the radial direction of the valve body 1 while irradiating the surface of the above powder material 4a for build-up with spots.
【００１９】１０はファンクションジェネレータで、ガ
ルバノメータ８を駆動するための基準信号波形を作り、
その信号をガルバノメータドライバー１１に送信するよ
うになっている。その基準信号の一例を図２（ａ）に示
す。Reference numeral 10 is a function generator, which creates a reference signal waveform for driving the galvanometer 8.
The signal is transmitted to the galvanometer driver 11. An example of the reference signal is shown in FIG.
【００２０】１２は外部制御装置で、シーケンサー等に
よりガルバノメータ８の振幅パターンをディジタル信号
またはアナログ信号でガルバノメータドライバー１１に
送信するものである。その振幅パターンの信号の一例と
して図２（ｂ）に示す。Reference numeral 12 denotes an external control device for transmitting the amplitude pattern of the galvanometer 8 to the galvanometer driver 11 as a digital signal or an analog signal by a sequencer or the like. FIG. 2B shows an example of the signal of the amplitude pattern.
【００２１】ガルバノメータドライバー１１は、上記外
部制御装置１２から送信された振幅パターンに応じて、
ファンクションジェネレータ１０から送信された基準信
号波形の増幅率を変化させ、その出力信号をガルバノメ
ータ８に送信し、上記振幅パターンに対応した振幅量で
ガルバノメータ８を振幅駆動するものである。図２
（ｃ）は上記ガルバノメータドライバー１１で増幅率が
変化された状態の波形で、図２（ｄ）は、上記図２
（ｃ）の信号によるガルバノメータ８の振幅変化量を示
す。The galvanometer driver 11 responds to the amplitude pattern transmitted from the external control device 12 by
The amplification factor of the reference signal waveform transmitted from the function generator 10 is changed, the output signal is transmitted to the galvanometer 8, and the galvanometer 8 is amplitude-driven by the amplitude amount corresponding to the amplitude pattern. Figure 2
2C shows a waveform in a state where the amplification factor is changed by the galvanometer driver 11, and FIG. 2D shows the waveform shown in FIG.
The amount of amplitude change of the galvanometer 8 by the signal of (c) is shown.
【００２２】１３は上記溝部３に肉盛用粉末材料４ａを
供給する手段である粉末材供給ノズルである。次に上記
の構成によるエンジンバルブの製造方法について説明す
る。A powder material supply nozzle 13 is a means for supplying the powder material 4a for build-up to the groove portion 3. Next, a method for manufacturing the engine valve having the above structure will be described.
【００２３】製造に際し、図１（ｃ）に示すように、溝
部３の曲率半径Ｒ2 を３．５ｍｍとし、レーザビーム５
のスポット径Ｒ3 を溝（断面が半径Ｒ2 の溝）３のバル
ブ本体半径方向の幅ａの０．６８倍（３ｍｍ）に絞り、
オシレート周波数を１００Ｈｚとし、バルブ本体の回転
速度を周速度で７．４ｍｍ／ｓｅｃとし、肉盛部表面の
曲率半径Ｒ1 を５．０ｍｍとした。At the time of manufacturing, as shown in FIG. 1C, the radius of curvature R 2 of the groove portion 3 is set to 3.5 mm and the laser beam 5 is used.
The spot diameter R 3 of the groove is reduced to 0.68 times (3 mm) the width a of the groove (the groove having a radius R 2 in the cross section) 3 in the radial direction of the valve body,
The oscillation frequency was 100 Hz, the rotational speed of the valve body was 7.4 mm / sec in peripheral speed, and the radius of curvature R 1 of the surface of the overlay portion was 5.0 mm.
【００２４】また、肉盛時に照射するレーザビームとし
て出力２．４ｋｗ、また表面の曲率半径が５．０ｍｍの
肉盛部を形成するために供給したステライト粉末量はバ
ルブ１本当り２．４ｇとし、またレーザビーム照射時の
シールドガスとしては流量１０［リットル／ｍｉｎ］の
アルゴンガスを用い、シールドガスノズル口径を１２ｍ
ｍとした。Also, the amount of stellite powder supplied for forming a build-up portion having an output of 2.4 kw as a laser beam to be radiated during build-up and a surface radius of curvature of 5.0 mm is 2.4 g per valve. Also, argon gas with a flow rate of 10 [liter / min] was used as the shield gas at the time of laser beam irradiation, and the shield gas nozzle diameter was 12 m.
m.
【００２５】そして、肉盛用粉末材料４ａを供給ノズル
１３から溝部３に供給しつつ、高次マルチモード分布を
有するレーザ発振機からのレーザビーム５を、放物面鏡
６で反射集光させるとともにオシレートミラー７で反射
させて、上記溝部３内に盛り付けされた肉盛用粉末材料
４ａの表面にスポット径Ｒ3 で照射し、かつ上記オシレ
ートミラー７を揺動してスポット部を図１（ｃ）に示す
ように、所定のオシレート振幅量ｂでオシレート（往復
振動）させる。Then, while supplying the powder material 4a for build-up to the groove portion 3 from the supply nozzle 13, the laser beam 5 from the laser oscillator having the high-order multimode distribution is reflected and condensed by the parabolic mirror 6. At the same time, the surface of the powder material 4a for build-up, which is reflected by the oscillating mirror 7, is radiated with a spot diameter R 3 and the oscillating mirror 7 is swung to expose the spot portion as shown in FIG. As shown in c), oscillate (reciprocating vibration) with a predetermined oscillating amplitude amount b.
【００２６】このレーザビーム５のスポット状の照射と
そのオシレートにより、盛り付けられた肉盛用粉末材料
４ａは、そのバルブ本体１の半径方向（溝部３の幅方
向）の全域に亘って溶融される。また、バルブ本体１が
回転されることにより、レーザビーム５のスポット部が
上記オシレートをしながら溝部３の周方向に移動し、溝
部３の周方向に盛り付けられた粉末状の肉盛用粉末材料
４ａが、周方向の全域に亘って溶融される。この溶融に
より、バルブ本体１である母材に肉盛材４が形成され
る。By the spot-like irradiation of the laser beam 5 and its oscillating, the deposited powder material 4a for build-up is melted over the entire region of the valve body 1 in the radial direction (the width direction of the groove portion 3). . Further, as the valve body 1 is rotated, the spot portion of the laser beam 5 moves in the circumferential direction of the groove portion 3 while oscillating as described above, and the powdery build-up powder material placed in the circumferential direction of the groove portion 3 4a is melted over the entire area in the circumferential direction. By this melting, the overlay material 4 is formed on the base material that is the valve body 1.
【００２７】上記のような肉盛作業において、予め外部
制御装置１２における振幅パターンを、ガルバノメータ
ドライバー１１での信号増幅率が経時的に（肉盛開始位
置からの肉盛位置の変化に応じて）減少するように設定
しておくことにより、ガルバノメータ８の振幅量も経時
的に減少する。In the above-mentioned build-up work, the amplitude pattern in the external control device 12 is preliminarily changed with the signal amplification factor in the galvanometer driver 11 with time (according to a change in the build-up position from the build-up start position). by setting such decrease, the width amounts vibration galvanometer 8 also decreases with time.
【００２８】このガルバノメータ８の振幅量の変化、す
なわちオシレート振幅量ｂの変化の一例を図３に示す。
この図３では、肉盛開始位置（図３の０点）ではオシレ
ート振幅量ｂを３．０ｍｍとし、その後、肉盛位置（レ
ーザビームのスポット照射位置）が溝部３の周方向に移
動するにつれてオシレート振幅量ｂを減少させ、肉盛終
了位置（図３の３６０度の位置）ではオシレート振幅量
ｂを２．５ｍｍとしている。FIG. 3 shows an example of changes in the amplitude amount of the galvanometer 8, that is, changes in the oscillating amplitude amount b .
In FIG. 3, the oscillation amplitude b is set to 3.0 mm at the build-up start position (point 0 in FIG. 3), and thereafter, as the build-up position (laser beam spot irradiation position) moves in the circumferential direction of the groove portion 3. The oscillating amplitude amount b is reduced, and the oscillating amplitude amount b is set to 2.5 mm at the buildup end position (position of 360 degrees in FIG. 3).
【００２９】上記のようにオシレート振幅量ｂを３．０
ｍｍにすると、オシレート方向に対するレーザビームの
見掛けの出力エネルギーの分布は図４（ａ）の状態にな
り、また、オシレート振幅量ｂを２．５ｍｍにするとオ
シレート方向に対するレーザビームの見掛けの出力エネ
ルギーの分布は図４（ｂ）の状態になる。As described above, the oscillation amplitude amount b is set to 3.0.
When it is set to mm, the distribution of the apparent output energy of the laser beam in the oscillating direction becomes the state of FIG. 4A, and when the oscillating amplitude amount b is set to 2.5 mm, the apparent output energy of the laser beam in the oscillating direction becomes The distribution is as shown in FIG.
【００３０】したがって、溝部３の両端のエッジ部３
ａ，３ｂにおけるレーザビームによる直接の加熱量は、
肉盛開始時付近では大きく、その後漸減することにな
る。このようにすることによって、前の肉盛位置での肉
盛作業に伴うレーザビームの熱が後の肉盛位置のエッジ
部に伝熱して該エッジ部の温度が上昇した場合に、後の
肉盛作業時において、上記上昇温度分だけレーザビーム
による直接の加熱量が低減されて、各肉盛溶接位置での
エッジ部３ａ，３ｂの温度をほぼ均一化することができ
る。Therefore, the edge portions 3 at both ends of the groove portion 3
The amount of direct heating by the laser beam in a and 3b is
It is large near the start of build-up and then gradually decreases. By doing so, when the heat of the laser beam due to the overlaying work at the previous overlaying position is transferred to the edge portion at the overlaying position to raise the temperature of the edge portion, the subsequent overlaying is performed. During the build-up work, the amount of direct heating by the laser beam is reduced by the above-mentioned temperature rise, and the temperatures of the edge portions 3a and 3b at each build-up welding position can be made substantially uniform.
【００３１】上記の条件下において上記図３に示すオシ
レート振幅量で実験した結果、肉盛開始時点から肉盛終
了までにおける各肉盛位置のエッジ部３ａ，３ｂの温度
は図５に示すようにほぼ９００℃に均一化されていた。As a result of an experiment conducted under the above conditions with the oscillation amplitude amount shown in FIG. 3, the temperatures of the edge portions 3a and 3b at the respective overlay positions from the start of overlay to the end of overlay are as shown in FIG. It was homogenized to about 900 ° C.
【００３２】その結果、エッジ部が加熱されることによ
る母材の希釈に起因する肉盛材４の耐摩耗性等の劣化、
肉盛材４の溶着不良や欠肉等の欠損の発生が防止され、
溝部３の周方向の全域に亘り高品質の肉盛を実現でき
た。As a result, deterioration of wear resistance and the like of the overlay material 4 due to dilution of the base material due to heating of the edge portion,
It is possible to prevent defective welding of the overlay material 4 and the occurrence of defects such as lack of thickness,
A high-quality build-up could be realized over the entire area of the groove portion 3 in the circumferential direction.
【００３３】また、上記のように、レーザビームを、溝
部３の幅より絞ってオシレートさせ、かつ、このオシレ
ート振幅量を所望に制御できることから、溝部３の幅方
向（バルブ本体の半径方向）の見掛けのレーザビーム出
力分布を溝形状等に対して適正に整形させることもで
き、溝部３の幅方向に対する母材の希釈による肉盛材４
の耐摩耗性の劣化等の問題も解消できる。Further, as described above, the laser beam can be narrowed down from the width of the groove portion 3 to oscillate, and the amount of oscillation amplitude can be controlled as desired, so that the width direction of the groove portion 3 (radial direction of the valve body) can be controlled. The apparent laser beam output distribution can be appropriately shaped with respect to the groove shape and the like, and the overlay material 4 is formed by diluting the base material in the width direction of the groove portion 3.
The problems such as deterioration of wear resistance of can be solved.
【００３４】尚、本発明は上記の実施例の数値に限定さ
れるものではなく、上記の各数値は製造されるバルブに
応じて適宜設定するものである。The present invention is not limited to the numerical values of the above embodiment, but the above numerical values are appropriately set according to the valve to be manufactured.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上のようであるから、本発明によれ
ば、肉盛開始時から肉盛終了時における各肉盛位置のエ
ッジ部の温度を適温にすることができるため、熱容量の
小さいエッジ部での母材希釈による肉盛材の耐摩耗性、
耐食性の低下及び溶着不良や欠肉等を抑制し、全域に亘
って良質で均一な肉盛が得られ、高品質なエンジンバル
ブが提供できる。As described above, according to the present invention, since the temperature of the edge portion at each build-up position from the start of build-up to the end of build-up can be set to an appropriate temperature, an edge having a small heat capacity can be obtained. Wear resistance of hardfacing materials due to dilution of base material
It is possible to provide a high-quality engine valve by suppressing deterioration of corrosion resistance, poor welding, lack of wall thickness, etc., and obtaining a high-quality and uniform overlay over the entire area.
【図１】本発明の製造装置の実施例を示すもので、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は溝部の断面図、（ｃ）はレー
ザビームのオシレート状態を説明する図。FIG. 1 shows an embodiment of a manufacturing apparatus of the present invention,
(A) is a perspective view, (b) is sectional drawing of a groove part, (c) is a figure explaining the oscillating state of a laser beam.
【図２】（ａ）はファンクションジェネレータの基準信
号波形を示す図、（ｂ）は外部制御装置からの振幅パタ
ーン信号の波形を示す図、（ｃ）はガルバノメータドラ
イバーの出力信号波形を示す図、（ｄ）はガルバノメー
タの振幅量を示す図。2A is a diagram showing a reference signal waveform of a function generator, FIG. 2B is a diagram showing a waveform of an amplitude pattern signal from an external control device, and FIG. 2C is a diagram showing an output signal waveform of a galvanometer driver. (D) is a figure which shows the amplitude amount of a galvanometer.
【図３】本発明の肉盛位置におけるオシレート振幅量を
示す特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram showing an oscillating amplitude amount at a built-up position of the present invention.
【図４】本発明のオシレート方向に対するレーザビーム
出力エネルギー分布を示すもので、（ａ）はオシレート
振幅量が３．０ｍｍ、（ｂ）は２．５ｍｍの場合を示
す。4A and 4B show laser beam output energy distributions in the oscillating direction of the present invention, where FIG. 4A shows the case where the oscillation amplitude amount is 3.0 mm, and FIG.
【図５】本発明による肉盛位置とエッジ部の温度を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing a build-up position and a temperature of an edge portion according to the present invention.
【図６】従来技術によるエンジンバルブの肉盛時の状況
を示す略正面図。FIG. 6 is a schematic front view showing a situation of overlaying an engine valve according to a conventional technique.
【図７】従来技術を説明する図で、同図（ａ）はレーザ
ビームのエネルギー分布を示す線図、（ｂ）は肉盛用溝
部の断面形状を示す図。7A and 7B are views for explaining a conventional technique, FIG. 7A is a diagram showing an energy distribution of a laser beam, and FIG. 7B is a diagram showing a cross-sectional shape of a groove for overlaying.
【図８】従来技術による各肉盛位置に対するエッジ部の
温度を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a temperature of an edge portion with respect to each overlay position according to a conventional technique.
１…エンジンバルブ本体 ３…肉盛用の溝
部
３ａ，３ｂ…エッジ部 ４…肉盛部
４ａ…肉盛用粉末材料 ５…レーザビー
ム
６…放物面ミラー ７…オシレート
ミラー
８…ガルバノメータ １０…ファンク
ションジェネレータ
１１…ガルバノメータドライバー １２…外部制御
装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine valve main body 3 ... Overlay groove portions 3a, 3b ... Edge portion 4 ... Overlay portion 4a ... Overlay powder material 5 ... Laser beam 6 ... Parabolic mirror 7 ... Oscillating mirror 8 ... Galvanometer 10 ... Function Generator 11 ... Galvanometer driver 12 ... External control device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ (56)参考文献 特開 平４−17988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−296983（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−50273（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−269991（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/34 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01S 3/00 H01S 3/00 B (56) References JP-A-4-17988 (JP, A) JP-A-62-296983 ( JP, A) JP-A-5-50273 (JP, A) JP-A-61-269991 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 26/34
Claims (4)
に溝部を形成し、該溝部に供給された肉盛用粉末材料の
粉末層表面にレーザビームを照射しつつレーザビームを
溝部の周方向に相対的に移動させて肉盛するエンジンバ
ルブの製造方法において、 各肉盛時点における前記バルブ本体のエッジ部の温度が
肉盛開始から肉盛終了までほぼ均一になるように上記レ
ーザビームの出力エネルギー分布を制御することを特徴
とするエンジンバルブの製造方法。1. A groove portion is formed in a portion of a valve body which is to be a valve face, and a laser beam is radiated onto a surface of a powder layer of a powder material for build-up, which is supplied to the groove portion, and the laser beam is relatively arranged in a circumferential direction of the groove portion. In the method for manufacturing an engine valve in which the overlaying is performed by moving the laser beam, the output energy distribution of the laser beam is adjusted so that the temperature of the edge portion of the valve body at each overlaying point is substantially uniform from the overlaying start to the overlaying end. A method for manufacturing an engine valve, the method comprising:
に溝部を形成し、該溝部に供給された肉盛用粉末材料の
粉末層表面にレーザビームを照射しつつレーザビームを
溝部の周方向に相対的に移動させて肉盛するエンジンバ
ルブの製造方法において、 上記レーザビームを上記溝部の幅より狭いスポット径に
絞って粉末層表面に照射し、この絞られたレーザビーム
をバルブ半径方向にオシレートさせるとともにこのオシ
レート振幅量を肉盛開始後において設定した振幅パター
ンにより減少させることを特徴とするエンジンバルブの
製造方法。2. A groove portion is formed in a portion of the valve body which will be a valve face, and the laser beam is irradiated on the surface of the powder layer of the powder material for build-up supplied to the groove portion while the laser beam is relatively arranged in the circumferential direction of the groove portion. In a method for manufacturing an engine valve that is moved up and built up, the laser beam is focused to a spot diameter narrower than the width of the groove to irradiate the powder layer surface, and the focused laser beam is oscillated in the valve radial direction. Along with this oscillation amplitude amount , the amplitude pattern set after the start of overlay
A method for manufacturing an engine valve, the method comprising:
に溝部を形成し、該溝部に供給された肉盛用粉末材料の
粉末層表面にレーザビームを照射しつつレーザビームを
溝部の周方向に相対的に移動させて肉盛するエンジンバ
ルブの製造装置において、 上記レーザビームを上記溝部の幅より狭いスポット径に
絞って粉末層表面に照射する手段と、 上記絞られたレーザビームをバルブ半径方向にオシレー
トさせる手段と、上記オシレート振幅量を変化させる手
段とからなることを特徴とするエンジンバルブの製造装
置。3. A groove is formed in the valve face of the valve body, and the laser beam is radiated onto the surface of the powder layer of the powder material for build-up supplied to the groove while the laser beam is relatively arranged in the circumferential direction of the groove. In an apparatus for manufacturing an engine valve that is moved up and built up, means for irradiating the powder layer surface by narrowing the laser beam to a spot diameter narrower than the width of the groove, and the narrowed laser beam in the valve radial direction. An engine valve manufacturing apparatus comprising an oscillating means and a means for changing the oscillating amplitude amount .
レートさせる手段とこのオシレート振幅量を変化させる
手段が、レーザビームを反射するオシレートミラーとこ
のオシレートミラーを往復揺動するガルバノメータと、
このガルバノメータの駆動のための基準信号波形を作る
ファンクションジェネレータと、ガルバノメータの振幅
パターンを作る外部制御装置と、上記外部制御装置で作
られた振幅パターンに応じて上記ファンクションジェネ
レータからの基準信号波形を増幅してその電流をガルバ
ノメータへ流すガルバノメータドライバーで構成されて
いることを特徴とする請求項３記載のエンジンバルブの
製造装置。4. A means for oscillating the laser beam in the radial direction of the bulb and a means for changing the amount of the oscillating amplitude include an oscillating mirror for reflecting the laser beam and a galvanometer for reciprocally swinging the oscillating mirror.
A function generator that creates a reference signal waveform for driving this galvanometer, an external control device that creates a galvanometer amplitude pattern, and an amplification of the reference signal waveform from the function generator according to the amplitude pattern created by the external control device. 4. The engine valve manufacturing apparatus according to claim 3, further comprising a galvanometer driver for supplying the current to the galvanometer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04468296A JP3375813B2 (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Manufacturing method and apparatus for engine valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04468296A JP3375813B2 (en) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Manufacturing method and apparatus for engine valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09239574A JPH09239574A (en) | 1997-09-16 |
| JP3375813B2 true JP3375813B2 (en) | 2003-02-10 |
Family
ID=12698211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
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| CN109877478B (en) * | 2019-02-20 | 2024-06-07 | 华南理工大学 | Sodium filling valve based on topological optimization and 3D printing and manufacturing method thereof |
-
1996
- 1996-03-01 JP JP04468296A patent/JP3375813B2/en not_active Expired - Fee Related
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