JP3775103B2 - Valve seat machining method for cylinder head - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用シリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法に関し、特にシリンダヘッド側の吸気ポートもしくは排気ポートの開口縁にレーザクラッド法(肉盛り法)により予め異種金属層を形成した上、二次的な切削加工を施すことによりバルブシート面やガイド面を形成するようにしたバルブシートの加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法として、吸気あるいは排気ポート側の開口縁に予め凹溝を形成しておき、この凹溝に異種金属のバルブシートリングを後から圧入する方法や異種金属を接合する方法のほか、上記凹溝に所定の合金粉末を供給しつつレーザビーム等の高密度エネルギを照射して、耐摩耗性に優れた高硬度の肉盛合金層(異種金属層)を形成する方法が知られている。
【0003】
この肉盛り法にあっては、相手側のバルブと直接接触することになるバルブシート面を高精度に仕上げるためには二次的な仕上切削加工が不可欠であり、従来は例えば図5の(A),(B)に示すように、シリンダヘッド1のポート2に複数のバイト7,8,9を用いて切削加工を施して、異種金属層3にそのポート2の奥部側から順にテーパ状の奥部側ガイド面4、バルブシート面5および開口側ガイド面6をそれぞれ形成するようにしている。なお、上記奥部側ガイド面4の開き角度θ1とバルブシート面5の開き角度θ2およびバルブシート面5の開き角度θ3は、ポート2の開口部側に向かって順次大きくなり、θ1<θ2<θ3の関係にある。また、上記バルブシート面5の開き角度θ2は一般的に90度もしくは120度に設定される。
【0004】
ここで、特に上記バルブシートとなるべき異種金属層3を肉盛りする際には、母材たるシリンダヘッド1との間に境界層21として高硬度の金属間化合物が生成される。
【0005】
そして、上記仕上切削加工の際に、例えばバイト9のプランジカット加工によって開口側ガイド面6の加工を行うと、図5の(A)に示すように、バイト9の切刃のうち常に同じ位置が境界層21に接触するかたちとなるため、その切刃の局部的な摩耗やチッピングが著しく損傷部Qが生じ、工具寿命が極端に短くなって頻繁なツールチェンジが余儀なくされる結果となって好ましくない。
【0006】
その一方、上記問題点に対処するため、図6に示すように、仕上切削加工となる開口側ガイド面6の加工に先立って、粗加工としてさらにその外側に開き角度θ4(θ3<θ4)なる逃げテーパ面10の加工を行うようにしたものが例えば特開平8−218827号公報および特開平8−218937号公報として提案されているが、この場合には工程数の増加によるコストアップを招くことになる。
【0007】
本発明は、以上のような課題に着目してなされたもので、コストアップを招くことなく従来の問題点を解決して、とりわけ工具の長寿命化を可能とした加工方法を提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、シリンダヘッドのうちバルブによって開閉されるポートの開口縁にバルブシートとして機能する異種金属層を備えるとともに、この異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成してなるバルブシートの加工方法であることを前提としている。
【0009】
その上で、前記ポートの開口縁のうちバルブシートとなるべき部分に凹溝を形成する工程と、前記ポートの開口縁に開口側ガイド面に相当する面を形成するとともに、前記凹溝のうちポートの奥部側および開口縁側のそれぞれのコーナエッジ部に面取り加工を施して面取りコーナ部を形成する工程と、前記面取りコーナ部を含む凹溝にバルブシートとなるべき異種金属層を肉盛り法によって形成する工程と、この異種金属層のなかに前記ポートの開口縁側の面取りコーナ部を残しつつ、当該異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成する工程と、を含んでいることを特徴としている。
【0011】
したがって、この請求項1に記載の発明では、異種金属層を形成する前に予め母材たるシリンダヘッド側に開口側ガイド面が形成されていることから、異種金属層を形成する際には、その異種金属層が凹溝を過不足なく埋めつつも極力シリンダヘッドの開口側ガイド面を覆うことがないように形成する。こうすることにより、上記凹溝を埋めるように形成された異種金属層に開口側ガイド面を形成する際には、その異種金属層側の開口側ガイド面がシリンダヘッド側の開口側ガイド面と面一状態となるように該異種金属層を削り取るかたちとなり、結果としてシリンダヘッドと異種金属層との境界に生成された境界層の切削代を実質的に零もしくは極小にすることができる。
【0012】
言い換えれば、きわめて高硬度な境界層の切削代を極限まで小さくすることで、上記開口側ガイド面の仕上加工を目的とした工具の負担を小さくすることができるようになる。
【0014】
上記凹溝は、通常、ポートの開口縁を環状に削り取ることによって形成されるが、この凹溝を形成したことに伴い開口縁との境界に付帯的に形成されるコーナエッジ部をそのまま残したままで例えば肉盛り法により異種金属層を形成すると、コーナエッジ部ではそれ自体の熱容量が小さいために肉盛時に投与される熱で溶融し、結果として異種金属層の一部が母材たるシリンダヘッドの材質をもって希釈されるかたちとなる。そして、その希釈度合いが大きくなると、バルブシート自体の脆弱化によるクラックの発生を招きやすくなる。
【0015】
そこで、上記のように凹溝を形成したことに伴い付帯的に形成されるコーナエッジ部に予め面取り加工を施して、その面取りコーナ部を鈍角化しておく。こうすることにより、肉盛り法により異種金属層を形成する際のコーナ面取り部での溶融による希釈化を回避できるようになる。
【0016】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、ポートの開口縁と異種金属層とにまたがって形成される開口側ガイド面を形成するにあたり、異種金属層を形成する前にシリンダヘッドそのもののポート開口縁に形成される開口側ガイド面を予め形成するようにしたことから、異種金属層を仕上切削することによって初めて形成されることになるその異種金属層側の開口側ガイド面の加工にあたり、上記シリンダヘッド側のポート開口縁と異種金属層との境界に形成される境界層の切削代を実質的に零もしくは極小にすることができるため、加工工程数の増加を招くことなしに、その開口側ガイド面の加工を司る工具の摩耗やチッピングを抑制して工具の長寿命化を図ることができる。また、上記のようにシリンダヘッドそのもののポート開口縁側の開口側ガイド面を先に形成することにより、特に肉盛り法にて異種金属層を形成する際の肉盛り量を従来よりも少なくでき、コストダウンに寄与できる。
【0017】
また、上記異種金属層を受容することになる凹溝のコーナエッジ部に予め面取り加工を施すことにより、肉盛り法によって異種金属層を形成する際のコーナ面取り部が肉盛り時の熱によって溶融しにくくなり、異種金属層の母材による希釈化を防いで品質の向上に貢献できる効果がある。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1〜4は本発明に係るバルブシートの加工方法の好ましい実施の形態を示す図であって、特に図1は全体的な加工手順を、図2〜4は図1の要部拡大図をそれぞれ示している。なお、図5,6と共通する部分には同一符号を付してある。
【0019】
図1に示すように、このバルブシートの加工手順は大きく別けて、同図(A)の溝加工工程と、同図(B)の肉盛り工程、および同図(C)の仕上切削工程の3工程よりなる。
【0020】
溝加工工程では、図1の(A)に示すように、アルミニウム合金製のシリンダヘッド1に形成された吸気もしくは排気用のポート2の開口縁について、その一部を環状に削り取るべく3本のバイト11,12,13を用いて凹溝14を切削加工する。ここでの加工は、各バイト11,12,13を形成しようとする凹溝14の軸心方向にのみ送りを与えて切削するプランジカット加工とし、バイト11にて凹溝14の主要形状を切削するとともに、図2に示すように、バイト13にてポート2の最も開口縁側に従来のガイド面6と同様の開き角度θ3(図5参照)をもつ開口側ガイド面15を形成する。同時に、凹溝14を形成することによって付帯的に形成される奥部側のコーナエッジ部16と開口縁側のコーナエッジ部17とについて、バイト12にて面取り加工を施して面取りコーナ部18,19を形成する。ここでの面取りの大きさは例えばC0.1〜0.5程度とする。
【0021】
この溝加工工程に続く肉盛り工程では、図1の(B)に示すように、例えば上記凹溝14に所定の合金粉末を供給しつつレーザビームを照射して溶融させて、それに続く急冷をもって凹溝14を埋めるかのごとく肉盛り層たる異種金属層20を形成する。この時、図3に示すように、異種金属層20の奥部側および開口縁側のエッジ部が、先に形成した面取りコーナ部18,19で止まるようにし、異種金属層20がそれ以上ポート2の一般面側を覆うことがないようにする。
【0022】
このように、上記凹溝14のエッジ部に予め面取りコーナ部18,19を形成して鈍角化しておくことにより、肉盛り加工時にレーザビーム等の高密度エネルギが投与されたとしてもその面取りコーナ部18,19が溶融しにくく、従来のようなシリンダヘッド1の母材であるアルミニウム合金の溶け込みによって異種金属層20が希釈されてしまうことがない。しかも、異種金属層20の肉盛り量そのものも従来よりも少なくて済むことになる。ただし、母材たるシリンダヘッド1と異種金属層20との境界での金属間化合物たる境界層21の発生は不可避である。
【0023】
肉盛り工程に続く仕上切削工程では、図1の(C)のほか図4に示すように、従来と同様に複数のバイト7,8,9を用いて先に形成された異種金属層20に切削加工を施し、奥部側ガイド面4とバルブシート面5および開口側ガイド面25をそれぞれ形成する。これにより、従来のものとほぼ同等の形状のバルブシートが形成される。すなわち、バイト7によるプランジカット加工によって奥部側ガイド面4を形成する一方、バイト8に斜め方向の送りを与えてバルブシート面5を形成し、さらにバイト9によるプランジカット加工によってシリンダヘッド1そのもののポート開口縁側の開口側ガイド面15と面一状態となるようにその異種金属層20側の開口側ガイド面25を形成する。
【0024】
この時、図3に示した異種金属層20を肉盛り形成する過程において、その異種金属層20の開口側ガイド面15への被覆量を厳格に管理しておくことで、異種金属層20側の開口側ガイド面25を形成するのに必要なバイト9による切削代t1を従来の切削代t2と比べて例えば0〜0.3mm程度まで大幅に小さくすることができるから、結果として高硬度化された境界層21の切削代を極小化でき、バイト9の早期摩耗やチッピングを抑制できることになる。本発明者が実験を行った結果では、バイト9の寿命は従来の倍以上まで長寿命化することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るバルブシート加工方法の好ましい実施の形態を示す工程説明図。
【図2】図1の(A)の要部拡大説明図。
【図3】図1の(B)の要部拡大説明図。
【図4】図1の(C)の要部拡大説明図。
【図5】(A)は従来のバルブシートの加工方法の一例を示す説明図、(B)は加工後のバルブシートの要部説明図。
【図6】従来のバルブシート加工方法の他の例を示す要部説明図。
【符号の説明】
1…シリンダヘッド
2…ポート
4…奥部側ガイド面
5…バルブシート面
14…凹溝
15…開口側ガイド面(シリンダヘッド側)
18,19…面取りコーナ部
20…肉盛り層たる異種金属層(バルブシート)
21…境界層
25…開口側ガイド面(異種金属層側)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for processing a valve seat in a cylinder head for an internal combustion engine, and in particular, a dissimilar metal layer is formed in advance on the opening edge of an intake port or an exhaust port on the cylinder head side by a laser cladding method ( building up method). The present invention relates to a valve seat processing method in which a valve seat surface and a guide surface are formed by performing the following cutting process.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
As a processing method of the valve seat in the cylinder head, a concave groove is formed in advance on the opening edge on the intake or exhaust port side, and a different type of valve seat ring is press-fitted into the concave groove later, or a different metal is joined. In addition to the method, a method of forming a high-hardness built-up alloy layer (dissimilar metal layer) excellent in wear resistance by irradiating a high-density energy such as a laser beam while supplying a predetermined alloy powder to the concave groove It has been known.
[0003]
In this build-up method, in order to finish the valve seat surface that will be in direct contact with the counterpart valve with high accuracy, secondary finish cutting is indispensable. As shown in A) and (B), the
[0004]
Here, in particular, when depositing the
[0005]
Then, when the opening
[0006]
On the other hand, in order to deal with the above-mentioned problem, as shown in FIG. 6, prior to the machining of the opening
[0007]
The present invention has been made paying attention to the problems as described above, and solves the conventional problems without incurring an increase in cost. In particular, the present invention intends to provide a machining method capable of extending the tool life. Is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0009]
On top of that, forming a groove in the portion to become the valve seat of the opening edge of the port, to form a surface corresponding to the opening-side guide surface in the opening edge of the port, of said groove Forming a chamfered corner portion by chamfering each corner edge portion on the back side and the opening edge side of the port, and depositing a dissimilar metal layer to be a valve seat in the concave groove including the chamfered corner portion And a taper that gradually increases the opening angle from the back side of the port to the opening edge side of the different metal layer while leaving the chamfered corner portion on the opening edge side of the port in the different metal layer. it is characterized in that it includes the step of forming Jo of the innermost side guide surface and the valve seat surface and the opening-side guide surface, respectively, the.
[0011]
Therefore, in the invention described in
[0012]
In other words, by reducing the cutting allowance of the extremely hard boundary layer to the utmost limit, it is possible to reduce the burden on the tool for finishing the opening-side guide surface.
[0014]
The concave groove is usually formed by scraping the opening edge of the port in an annular shape, but the corner edge portion incidentally formed at the boundary with the opening edge as a result of forming the concave groove is left as it is. For example, if a dissimilar metal layer is formed by the overlaying method, the corner edge portion melts with the heat applied at the time of overlaying because its own heat capacity is small, and as a result, a cylinder head in which a part of the dissimilar metal layer is the base material The material will be diluted with the material. And if the dilution degree becomes large, it will become easy to invite the generation | occurrence | production of the crack by weakening of valve seat itself.
[0015]
Therefore, a chamfering process is performed in advance on the corner edge portion that is incidentally formed along with the formation of the concave groove as described above , and the chamfered corner portion is obtuse. By doing so, it is possible to avoid dilution due to melting at the corner chamfered portion when the dissimilar metal layer is formed by the overlaying method.
[0016]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in forming the opening side guide surface formed across the opening edge of the port and the dissimilar metal layer, the port opening edge of the cylinder head itself is formed before forming the dissimilar metal layer. Since the opening side guide surface to be formed in advance is formed in advance, the cylinder described above is used for processing the opening side guide surface on the side of the different metal layer which is formed for the first time by finishing cutting the different metal layer. The cutting allowance of the boundary layer formed at the boundary between the port opening edge on the head side and the dissimilar metal layer can be made substantially zero or minimal, so that the opening side can be reduced without increasing the number of machining steps. It is possible to extend the tool life by suppressing wear and chipping of the tool that controls the guide surface. In addition, by forming the opening side guide surface on the port opening edge side of the cylinder head itself as described above, the amount of build-up when forming the dissimilar metal layer by the build-up method can be reduced more than before, It can contribute to cost reduction.
[0017]
Also, more applying previously chamfering a corner edge portion of the recessed groove that will receive the different metal layer, corner chamfer for forming the different metal layer by the deposition method by heat at the time of the deposition It is difficult to melt and prevents dilution of the dissimilar metal layer with the base material, thereby contributing to improvement in quality.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 are views showing a preferred embodiment of a method for processing a valve seat according to the present invention. In particular, FIG. 1 shows an overall processing procedure, and FIGS. 2 to 4 are enlarged views of main parts of FIG. Each is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in FIG.
[0019]
As shown in FIG. 1, the valve seat processing procedure is largely divided into the groove processing step in FIG. 1A, the build-up step in FIG. 1B, and the finish cutting step in FIG. 1C. It consists of three steps.
[0020]
In the grooving step, as shown in FIG. 1A, the opening edge of the intake or
[0021]
In the build-up process subsequent to this groove processing process, as shown in FIG. 1B, for example, a predetermined alloy powder is supplied to the
[0022]
As described above, the chamfered
[0023]
In the finishing cutting process following the build-up process, as shown in FIG. 4 in addition to FIG. 1 (C), the
[0024]
At this time, in the process of depositing the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process explanatory view showing a preferred embodiment of a valve seat processing method according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG.
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG.
4 is an enlarged explanatory view of the main part of FIG.
FIG. 5A is an explanatory view showing an example of a conventional method for processing a valve seat, and FIG. 5B is an explanatory view of a main part of the valve seat after processing.
FIG. 6 is a main part explanatory view showing another example of a conventional valve seat processing method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
18, 19 ...
21 ...
Claims (1)
前記ポートの開口縁のうちバルブシートとなるべき部分に凹溝を形成する工程と、
前記ポートの開口縁に開口側ガイド面に相当する面を形成するとともに、前記凹溝のうちポートの奥部側および開口縁側のそれぞれのコーナエッジ部に面取り加工を施して面取りコーナ部を形成する工程と、
前記面取りコーナ部を含む凹溝にバルブシートとなるべき異種金属層を肉盛り法によって形成する工程と、
この異種金属層のなかに前記ポートの開口縁側の面取りコーナ部を残しつつ、当該異種金属層のうちポートの奥部側から開口縁側に向かって順次開き角度が大きくなるテーパ状の奥部側ガイド面とバルブシート面および開口側ガイド面をそれぞれ形成する工程と、
を含んでいることを特徴とするシリンダヘッドにおけるバルブシートの加工方法。 The cylinder head is provided with a dissimilar metal layer functioning as a valve seat at the opening edge of the port opened and closed by the valve, and the opening angle of the dissimilar metal layer gradually increases from the back of the port toward the opening edge. A processing method of a valve seat formed by forming a back side guide surface and a valve seat surface and an opening side guide surface, respectively,
Forming a groove in the portion to become the valve seat of the opening edge of said port,
A surface corresponding to an opening side guide surface is formed on the opening edge of the port, and a chamfered corner portion is formed by chamfering each corner edge portion on the back side and the opening edge side of the concave groove. Process,
Forming a dissimilar metal layer to be a valve seat in a concave groove including the chamfered corner portion by a build-up method ;
A tapered back-side guide whose opening angle gradually increases from the back side of the port toward the opening edge side of the dissimilar metal layer while leaving a chamfered corner portion on the opening edge side of the port in the dissimilar metal layer. Forming each of the surface, the valve seat surface and the opening side guide surface;
A method for processing a valve seat in a cylinder head , comprising :
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