JP3768652B2 - エンジンバルブの冷間鍛造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンバルブの冷間鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開昭６２−１４４８４１号公報「弁体等の成形方法」では、同公報の第４図でバルブの一次圧縮成形、第５図で二次圧縮成形を各々実施する。ところで、金型２６，３２の軸部挿入孔は、軸部２２より０．２ｍｍ程度大径にする必要がある。大径にしないと、公差の関係で軸部が円滑に挿入できないからである。
【０００３】
図３（ａ），（ｂ）は従来のエンジンバルブの鍛造方法の一例を示す図である。
（ａ）：軸部挿入孔１０１を備えた金型１０２に、エンジンバルブの中間品（中間加工品を「中間品」と記す。以下同様。）１０３をセットする。ここで、軸部１０４と軸部挿入孔１０１との間にはδ，δのクリアランスが存在する。このδは例えば０．１ｍｍである。
【０００４】
次にパンチ１０５で中間品１０３を押圧すると、中間品１０３の上部が非拘束であるため軸直角方向（例えば図面左右）に傾く可能性がある。
（ｂ）：パンチ１０５が下降限に達した状態を示し、軸部１０４の下端が最大２δ傾く。これでは、傘部１０６に対する軸部１０４の直角度や同軸度がでない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来は前記軸部１０４を研削して、傘部１０６に対して軸部１０４の直角度や同軸度を出すべく機械加工を施していた。
しかし、エンジンバルブは難加工材であるから機械加工は面倒であり、加工コストが嵩む。更に、軸部１０４に削り代を見込まなければならないので、歩留りが悪く材料費が嵩む。
そこで、本発明の目的は機械加工を必要としない若しくは最小限に留めることのできるエンジンバルブの冷間鍛造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１は、金型の軸部挿入孔に軸部を挿入した状態で、ビレットの残部を広げて傘部とするエンジンバルブの冷間鍛造方法において、
軸部を挿入するに先立って、軸部挿入孔の最大許容寸法以上で且つ軸部挿入孔の最小許容寸法に１．１５を乗じた寸法以下の径の中径部を、軸部の傘部側端部に予備成形してなる予備成形体を準備する工程と、
前記軸部を挿入するに先立って、前記金型の軸部挿入孔の軸部先端に対応する位置に、軸部先端の最小許容寸法以下の径に相当する小径部を設けるが、前記中径部における断面減少率と小径部における断面減少率との総和が２５％を超えないことを条件にした金型を準備する工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入しながら、軸部挿入孔に予備成形体の中径部を圧入するとともに前記小径部に予備成形体の軸部先端を圧入することで、金型に予備成形体をセットする工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入し、前記中径部と小径部との間の軸部を非拘束状態で、ビレットの残部を広げて傘部とする工程とからなることを特徴とする。
予備成形した中径部を軸部挿入孔に圧入することで、ビレットの中心を軸部挿入孔の中心に合致させる。
加えて、軸部先端を金型の小径部に圧入することで、軸部の倒れを防止し、傘部に対する軸部の直角度を高める。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る冷間鍛造の工程図（前半、軸部及び中径部形成）である。
（ａ）：直径Ｄ、長さＬのビレット１を第１金型２（先端に円錐面を形成する）にセットし第１パンチ３で据え込む。
（ｂ）：先端が円錐になった中間品４を第２金型５（径ｄ３の軸部を形成する）にセットし第２パンチ６で据え込む。
【０００８】
（ｃ）：次に第３金型７は、軸部の基部に中径部を形成するための中径部形成凹部８と、径ｄ４の軸部形成部９を有する。この第３金型７に中間品１１をセットし第３パンチ１２で据え込む。
（ｄ）：出来上がった予備成形体１３を示し、この予備成形体１３は軸部１４と傘部形成の為の大径部１５とからなるが、軸部１４の傘部（大径部１５）側端部に中径部１６を有することを特徴とする。中径部１６の外径については次に説明する。
【０００９】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る冷間鍛造の工程図（後半、傘部形成）である。
（ａ）：傘部形成の為の第４金型２１の軸部挿入孔２２の穴径をＤ１、予備成形体１３の中径部１６の外径をｄ１としたときに、穴径Ｄ１と外径ｄ１は次の関係に設定する。
一般に、穴径は次の様に表示する。
【００１０】
【数１】
【００１１】
上記表示は、ＪＩＳ−Ｚ−８３１８によれば、Ｄを基準寸法、αを上の寸法許容差、βを下の寸法許容差と呼ぶ。
そして、（Ｄ＋α）を最大許容寸法、（Ｄ−β）を最小許容寸法と規定している。
そこで、本実施例では外径ｄ１を穴径Ｄ１より少なくとも大きくするために、中径部の外径ｄ１を軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上とした。
【００１２】
一方、この種の非拘束成形ではリダクション、すなわち断面減少率は２５％が上限である。これを超えると中径部が座屈したり、金型に過大な力が作用する等の不都合が発生するからである。
断面減少率は（Ａ０−Ａ１）／Ａ０、（Ａ０は始めの断面積、Ａ１は終りの断面積）であり、（Ａ０−Ａ１）／Ａ０＝０．２５とすれば、Ａ１／Ａ０＝０．７５となり、Ａ０／Ａ１＝１／０．７５＝１．３３となる。
【００１３】
始めの断面の直径は前記ｄ１、終りの断面の直径は前記Ｄ１とすることができる。Ａ０＝（π／４）・（ｄ１）２、Ａ１＝（π／４）・（Ｄ１）２から、ｄ１／Ｄ１＝１．３３０．５＝１．１５となる。
そこで、塑性加工限界から、中径部ｄ１は（１．１５×穴径Ｄ１）以下にする必要がある。ここで、穴径Ｄ１は寸法許容差を見込まなければならず、穴径Ｄ１が小径であるほど厳しくなるので、「最小許容寸法」を採用する。
【００１４】
以上をまとめると、図の（ａ）において、軸部１４を挿入するに先立って、軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上で且つ軸部挿入孔２２の最小許容寸法に１．１５を乗じた寸法以下の径の中径部１６を、軸部１４の傘部側（大径部１５）端部に予備成形したことを特徴とする。
【００１５】
次に、第４金型２１の軸部挿入孔２２の下部（軸部１４の先端に対応する位置）に小径部２４を設けたことを特徴とする。そして、小径部２４の入口に角度θのテーパ部を設けて軸部１４の挿入を円滑にする。この角度θは１０゜〜２５゜が好適である。θが２５゜を超えると挿入が難かしくなり、θが１０゜未満ではテーパ部が長くなり過ぎるからである。
【００１６】
前記小径部２４の穴径をＤ２、軸部１４の外径をｄ２としたときに、軸部１４を確実に小径部２４に圧入するために、軸部１４の「最小許容寸法」以下の径に、小径部２４の穴径Ｄ２を設定する。
【００１７】
そして、この種の非拘束成形ではリダクション、すなわち断面減少率は２５％が上限であり、これを超えると軸部１４が座屈する等の不都合が発生する。
そこで、中径部１６における断面減少率と小径部２４における断面減少率との総和が２５％を超えぬように、中径部１６の最大径及び小径部２４の最小径を決定する。
【００１８】
なお、小径部２４での断面減少率を過度に高めると、比較的細い軸部１４又は中径部１６に座屈による曲りが発生し易くなることから、小径部２４での断面減少率を１０％以下、好ましくは５％以下に留める。また、傘打ち（傘部形成）では中径部１６に直接的に軸直角方向の外力が作用することから、中径部１６での締め代は大きい方がよく、中径部１６での断面減少率は１５％以上、好ましくは２０％以上とする。この様に中径部１６での断面減少率と小径部２４での断面減少率とを適宜配分すればよい。
【００１９】
以上をまとめると、図の（ａ）において、軸部１４を挿入するに先立って軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上の径の中径部１６を軸部１４の傘部（大径部１５）側端部に予備成形するとともに、軸部１４の先端の最小許容寸法以下の径の小径部２４を金型の軸部挿入孔２２の軸部先端に対応する位置に設け、中径部１６における断面減少率と小径部２４における断面減少率との総和が２５％を超えない範囲で中径部１６の最大径及び小径部２４の最小径を決定したことを特徴とする。
【００２０】
（ｂ）：第４パンチ２３で予備成形体１３を途中まで押圧したことにより、中間部１６が軸部挿入孔２２に圧入された形態となるとともに、軸部１４の先端が小径部２４に圧入された形態になる。
これで、軸部１４の中間部１６及び先端は２点で拘束されたため、軸部１４が倒れる心配はなく且つ、センタリングされたことになる。
（ｃ）：更に第４パンチ２３を押し下げて軸部２５、傘部２６からなるエンジンバルブ２７を得る。センタリング良好であるため、軸部２５を修正の為に機械加工する必要は殆ど無い。
【００２１】
尚、図２において中径部１６での圧入と、小径部２４での圧入を同時に開始する、小径部２４を一定量圧入した後に中径部１６の圧入を開始する、又は中径部１６を一定量圧入した後に小径部２４の圧入を開始する、又は小径部２４と中径部１６を同時に圧入する、のいづれであってもよい。
【００２２】
本発明は、特にワークの熱膨張をあまり考慮しなくてよい冷間鍛造において有効であり、次に示す素材（実施例１〜３及び実施例４，５）の冷間鍛造に効果があった。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【表２】
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、予備成形した中径部を軸部挿入孔に圧入することで、ビレットの中心を軸部挿入孔の中心に合致させる方法であり、この方法によって傘部と軸部との中心を良好に合致させることができ、エンジンバルブの加工精度を大いに高めることができる。
【００２６】
さらに、請求項１は、軸部先端を金型の小径部に圧入することで、軸部の倒れを防止したので、傘部に対する軸部の同心性並びに直角度を高めることができ、エンジンバルブの加工精度を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る冷間鍛造の工程図（前半、軸部及び中径部形成）
【図２】 本発明に係る冷間鍛造の工程図（後半、傘部形成）
【図３】 従来のエンジンバルブの鍛造方法の一例を示す図
【符号の説明】
１…ビレット、１３…予備成形体、１４，２５…軸部、１６…中径部、２１…金型（第４金型）、２２…軸部挿入孔、２４…小径部、２６…傘部、２７…エンジンバルブ。
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンバルブの冷間鍛造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば特開昭６２−１４４８４１号公報「弁体等の成形方法」では、同公報の第４図でバルブの一次圧縮成形、第５図で二次圧縮成形を各々実施する。ところで、金型２６，３２の軸部挿入孔は、軸部２２より０．２ｍｍ程度大径にする必要がある。大径にしないと、公差の関係で軸部が円滑に挿入できないからである。
【０００３】
図３（ａ），（ｂ）は従来のエンジンバルブの鍛造方法の一例を示す図である。
（ａ）：軸部挿入孔１０１を備えた金型１０２に、エンジンバルブの中間品（中間加工品を「中間品」と記す。以下同様。）１０３をセットする。ここで、軸部１０４と軸部挿入孔１０１との間にはδ，δのクリアランスが存在する。このδは例えば０．１ｍｍである。
【０００４】
次にパンチ１０５で中間品１０３を押圧すると、中間品１０３の上部が非拘束であるため軸直角方向（例えば図面左右）に傾く可能性がある。
（ｂ）：パンチ１０５が下降限に達した状態を示し、軸部１０４の下端が最大２δ傾く。これでは、傘部１０６に対する軸部１０４の直角度や同軸度がでない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来は前記軸部１０４を研削して、傘部１０６に対して軸部１０４の直角度や同軸度を出すべく機械加工を施していた。
しかし、エンジンバルブは難加工材であるから機械加工は面倒であり、加工コストが嵩む。更に、軸部１０４に削り代を見込まなければならないので、歩留りが悪く材料費が嵩む。
そこで、本発明の目的は機械加工を必要としない若しくは最小限に留めることのできるエンジンバルブの冷間鍛造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１は、金型の軸部挿入孔に軸部を挿入した状態で、ビレットの残部を広げて傘部とするエンジンバルブの冷間鍛造方法において、
軸部を挿入するに先立って、軸部挿入孔の最大許容寸法以上で且つ軸部挿入孔の最小許容寸法に１．１５を乗じた寸法以下の径の中径部を、軸部の傘部側端部に予備成形してなる予備成形体を準備する工程と、
前記軸部を挿入するに先立って、前記金型の軸部挿入孔の軸部先端に対応する位置に、軸部先端の最小許容寸法以下の径に相当する小径部を設けるが、前記中径部における断面減少率と小径部における断面減少率との総和が２５％を超えないことを条件にした金型を準備する工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入しながら、軸部挿入孔に予備成形体の中径部を圧入するとともに前記小径部に予備成形体の軸部先端を圧入することで、金型に予備成形体をセットする工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入し、前記中径部と小径部との間の軸部を非拘束状態で、ビレットの残部を広げて傘部とする工程とからなることを特徴とする。
予備成形した中径部を軸部挿入孔に圧入することで、ビレットの中心を軸部挿入孔の中心に合致させる。
加えて、軸部先端を金型の小径部に圧入することで、軸部の倒れを防止し、傘部に対する軸部の直角度を高める。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る冷間鍛造の工程図（前半、軸部及び中径部形成）である。
（ａ）：直径Ｄ、長さＬのビレット１を第１金型２（先端に円錐面を形成する）にセットし第１パンチ３で据え込む。
（ｂ）：先端が円錐になった中間品４を第２金型５（径ｄ３の軸部を形成する）にセットし第２パンチ６で据え込む。
【０００８】
（ｃ）：次に第３金型７は、軸部の基部に中径部を形成するための中径部形成凹部８と、径ｄ４の軸部形成部９を有する。この第３金型７に中間品１１をセットし第３パンチ１２で据え込む。
（ｄ）：出来上がった予備成形体１３を示し、この予備成形体１３は軸部１４と傘部形成の為の大径部１５とからなるが、軸部１４の傘部（大径部１５）側端部に中径部１６を有することを特徴とする。中径部１６の外径については次に説明する。
【０００９】
図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る冷間鍛造の工程図（後半、傘部形成）である。
（ａ）：傘部形成の為の第４金型２１の軸部挿入孔２２の穴径をＤ１、予備成形体１３の中径部１６の外径をｄ１としたときに、穴径Ｄ１と外径ｄ１は次の関係に設定する。
一般に、穴径は次の様に表示する。
【００１０】
【数１】
上記表示は、ＪＩＳ−Ｚ−８３１８によれば、Ｄを基準寸法、αを上の寸法許容差、βを下の寸法許容差と呼ぶ。
そして、（Ｄ＋α）を最大許容寸法、（Ｄ−β）を最小許容寸法と規定している。
そこで、本実施例では外径ｄ１を穴径Ｄ１より少なくとも大きくするために、中径部の外径ｄ１を軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上とした。
【００１２】
一方、この種の非拘束成形ではリダクション、すなわち断面減少率は２５％が上限である。これを超えると中径部が座屈したり、金型に過大な力が作用する等の不都合が発生するからである。
断面減少率は（Ａ０−Ａ１）／Ａ０、（Ａ０は始めの断面積、Ａ１は終りの断面積）であり、（Ａ０−Ａ１）／Ａ０＝０．２５とすれば、Ａ１／Ａ０＝０．７５となり、Ａ０／Ａ１＝１／０．７５＝１．３３となる。
【００１３】
始めの断面の直径は前記ｄ１、終りの断面の直径は前記Ｄ１とすることができる。Ａ０＝（π／４）・（ｄ１）２、Ａ１＝（π／４）・（Ｄ１）２から、ｄ１／Ｄ１＝１．３３０．５＝１．１５となる。
そこで、塑性加工限界から、中径部ｄ１は（１．１５×穴径Ｄ１）以下にする必要がある。ここで、穴径Ｄ１は寸法許容差を見込まなければならず、穴径Ｄ１が小径であるほど厳しくなるので、「最小許容寸法」を採用する。
【００１４】
以上をまとめると、図の（ａ）において、軸部１４を挿入するに先立って、軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上で且つ軸部挿入孔２２の最小許容寸法に１．１５を乗じた寸法以下の径の中径部１６を、軸部１４の傘部側（大径部１５）端部に予備成形したことを特徴とする。
【００１５】
次に、第４金型２１の軸部挿入孔２２の下部（軸部１４の先端に対応する位置）に小径部２４を設けたことを特徴とする。そして、小径部２４の入口に角度θのテーパ部を設けて軸部１４の挿入を円滑にする。この角度θは１０゜〜２５゜が好適である。θが２５゜を超えると挿入が難かしくなり、θが１０゜未満ではテーパ部が長くなり過ぎるからである。
【００１６】
前記小径部２４の穴径をＤ２、軸部１４の外径をｄ２としたときに、軸部１４を確実に小径部２４に圧入するために、軸部１４の「最小許容寸法」以下の径に、小径部２４の穴径Ｄ２を設定する。
【００１７】
そして、この種の非拘束成形ではリダクション、すなわち断面減少率は２５％が上限であり、これを超えると軸部１４が座屈する等の不都合が発生する。
そこで、中径部１６における断面減少率と小径部２４における断面減少率との総和が２５％を超えぬように、中径部１６の最大径及び小径部２４の最小径を決定する。
【００１８】
なお、小径部２４での断面減少率を過度に高めると、比較的細い軸部１４又は中径部１６に座屈による曲りが発生し易くなることから、小径部２４での断面減少率を１０％以下、好ましくは５％以下に留める。また、傘打ち（傘部形成）では中径部１６に直接的に軸直角方向の外力が作用することから、中径部１６での締め代は大きい方がよく、中径部１６での断面減少率は１５％以上、好ましくは２０％以上とする。この様に中径部１６での断面減少率と小径部２４での断面減少率とを適宜配分すればよい。
【００１９】
以上をまとめると、図の（ａ）において、軸部１４を挿入するに先立って軸部挿入孔２２の最大許容寸法以上の径の中径部１６を軸部１４の傘部（大径部１５）側端部に予備成形するとともに、軸部１４の先端の最小許容寸法以下の径の小径部２４を金型の軸部挿入孔２２の軸部先端に対応する位置に設け、中径部１６における断面減少率と小径部２４における断面減少率との総和が２５％を超えない範囲で中径部１６の最大径及び小径部２４の最小径を決定したことを特徴とする。
【００２０】
（ｂ）：第４パンチ２３で予備成形体１３を途中まで押圧したことにより、中間部１６が軸部挿入孔２２に圧入された形態となるとともに、軸部１４の先端が小径部２４に圧入された形態になる。
これで、軸部１４の中間部１６及び先端は２点で拘束されたため、軸部１４が倒れる心配はなく且つ、センタリングされたことになる。
（ｃ）：更に第４パンチ２３を押し下げて軸部２５、傘部２６からなるエンジンバルブ２７を得る。センタリング良好であるため、軸部２５を修正の為に機械加工する必要は殆ど無い。
【００２１】
尚、図２において中径部１６での圧入と、小径部２４での圧入を同時に開始する、小径部２４を一定量圧入した後に中径部１６の圧入を開始する、又は中径部１６を一定量圧入した後に小径部２４の圧入を開始する、又は小径部２４と中径部１６を同時に圧入する、のいづれであってもよい。
【００２２】
本発明は、特にワークの熱膨張をあまり考慮しなくてよい冷間鍛造において有効であり、次に示す素材（実施例１〜３及び実施例４，５）の冷間鍛造に効果があった。
【００２３】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、予備成形した中径部を軸部挿入孔に圧入することで、ビレットの中心を軸部挿入孔の中心に合致させる方法であり、この方法によって傘部と軸部との中心を良好に合致させることができ、エンジンバルブの加工精度を大いに高めることができる。
【００２６】
さらに、請求項１は、軸部先端を金型の小径部に圧入することで、軸部の倒れを防止したので、傘部に対する軸部の同心性並びに直角度を高めることができ、エンジンバルブの加工精度を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る冷間鍛造の工程図（前半、軸部及び中径部形成）
【図２】 本発明に係る冷間鍛造の工程図（後半、傘部形成）
【図３】 従来のエンジンバルブの鍛造方法の一例を示す図
【符号の説明】
１…ビレット、１３…予備成形体、１４，２５…軸部、１６…中径部、２１…金型（第４金型）、２２…軸部挿入孔、２４…小径部、２６…傘部、２７…エンジンバルブ。
Claims (1)
- 金型の軸部挿入孔に軸部を挿入した状態で、ビレットの残部を広げて傘部とするエンジンバルブの冷間鍛造方法において、
前記軸部を挿入するに先立って、前記軸部挿入孔の最大許容寸法以上で且つ軸部挿入孔の最小許容寸法に１．１５を乗じた寸法以下の径の中径部を、前記軸部の傘部側端部に予備成形してなる予備成形体を準備する工程と、
前記軸部を挿入するに先立って、前記金型の軸部挿入孔の軸部先端に対応する位置に、軸部先端の最小許容寸法以下の径に相当する小径部を設けるが、前記中径部における断面減少率と小径部における断面減少率との総和が２５％を超えないことを条件にした金型を準備する工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入しながら、軸部挿入孔に予備成形体の中径部を圧入するとともに前記小径部に予備成形体の軸部先端を圧入することで、金型に予備成形体をセットする工程と、
金型の軸部挿入孔に軸部を挿入し、前記中径部と小径部との間の軸部を非拘束状態で、ビレットの残部を広げて傘部とする工程とからなることを特徴としたエンジンバルブの冷間鍛造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21665497A JP3768652B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | エンジンバルブの冷間鍛造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21665497A JP3768652B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | エンジンバルブの冷間鍛造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1157925A JPH1157925A (ja) | 1999-03-02 |
| JP3768652B2 true JP3768652B2 (ja) | 2006-04-19 |
Family
ID=16691851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP21665497A Expired - Fee Related JP3768652B2 (ja) | 1997-08-11 | 1997-08-11 | エンジンバルブの冷間鍛造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3768652B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5981884B2 (ja) * | 2013-06-11 | 2016-08-31 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱間据込鍛造装置、及び熱間据込鍛造方法 |
-
1997
- 1997-08-11 JP JP21665497A patent/JP3768652B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1157925A (ja) | 1999-03-02 |
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