JP4388187B6 - ポペット弁のプレス成形法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、鋼板をプレス成形して成形するポペット弁とプレス成形法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンのポペット弁を中空に作り、その中にナトリウムを封入したものが知られている。また、出願人は先に、エンジンのポペット弁を主としてプレス加工を用いて製造する方法として、ポペット弁のステムを弁ガイドによって摺動自在に支承される摺動部と摺動部に連なるフレア部を塑性加工し、そのフレア部へ円板状の弁体を摩擦溶接して製作する製作方法を提案した（特願平１１−３７３３６３号）。
【０００３】
そこでは、フレア部の端面を弁体をなす円板の側面に押し付けつゝ回転させ、摩擦熱で溶接した。この溶接方法は摩擦によって、まず、表面に付着している酸化鉄その他の不純物が排除され、鉄の部分同志が摩擦されるので、電気やガスによる溶接に比して強固な結合が行われる。
【０００４】
【発明が解決すべき課題】
しかしながら、フレア部の肉厚が薄過ぎると、フレア部を弁体へ押し付けて回転させるとき、面圧でフレア部が座屈を起こしてしまい、十分な圧接力が得られないことがあり、十分な結合強度が得られないことがあった。また、フレア部の座屈を回避するには板厚を増せばよいが、フレア部の板厚を増すと、ステムの肉厚も同時に厚くなってしまい、ステムの軽量化が損なわれる。
また、フレア部の肉厚が薄過ぎると、燃焼ガスによって加熱されたとき弁体の剛性が過度に低くなり、着座面と弁座との密着度が低下し、エンジンの始動不良を起こしたり耐久性の低下させることがあった。
このような不具合を解消するは、摺動部に比してフレア部の肉厚を厚くすれば解消できるが、そのような加工は従来の技術では著しく困難であった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は金属板を絞り加工してフレア部の端部径と略同径に形成された円筒壁とその一端を閉じる底壁とを有するカップ状の材料を作り、それをパンチとダイスからなる数対の塑性型によって底壁側から円筒壁の開放端へ向けて塑性加工して縮径と同時に軸方向に伸長させることによって前記円筒壁の開放端に数個の段部からなる段状部を形成し、その段状部を金型によって挟圧加工してフレア部を成形する工程によって解決される。
【０００７】
【作用】
フレア部の大径端の肉厚が厚く成形され、摩擦溶接の際や、燃焼室の熱を受けた状態で弁座へ着座する際の高い応力に耐える機械的に高強度を有する。
素材である金属板は絞り加工によって引き続き行われるしごき加工の材料であるカップ形の半成品に成形される。そのカップ形の半成品は一端の開いた円筒壁と、その円筒壁の他端を閉じる底壁とからなり、扱き工程では前記底壁側から開放端へ向けて扱き、外周を縮径させると同時に軸方向に伸長する。
扱き工程は数段に亘って行われ、扱き端に僅かに扱き残しが作られる。そのため、その扱き残しは数段の加工にともなって数個の段部からなる段状部となる。また、その段状部は後段に加工されたもの程、肉厚が薄いものになる。
扱き工程が終わると、段状部が挟圧加工によって、フレア部のつけ根から端部へ向かうにつれて肉厚が厚くなる滑らかな曲線に成形される。そしてフレア部をトリミングして仕上げる。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の最良の実施態様を説明する。図１中、１０は本発明の製造方法によって製造されたポペット弁の一例である。ポペット弁１０は金属板の一種である鋼板をプレス成形して作られた中空のステム１１と、そのステム１１の一端に摩擦溶接された弁体１２とを有する。なお、金属板は鋼板の他、ステンレス板チタニウム板などが使用される。
【０００９】
ステム１１はエンジンのバルブガイド１３によって摺動自在に支持される摺動部１４と、その摺動部１４の一端に一体的に成形されたフレア部１５とを有する。摺動部１４は比較的薄肉の断面円形の直管状に作られ、フレア部１５は摺動部１４の一端から弁体１２の方向へ向けて外径が拡大された部分であり、その端面に前記弁体１２が溶着される。仮想線で示すＷは、溶接による接合線を示す。なお、前記フレア部１５は摺動部１４から端部へ向けて二次曲線的に外径を増すとともに、その板厚も徐々に増加するように加工されている。
【００１０】
図２はこの成形法において使用される円板形素材１７であり、鋼板を円形に打ち抜いて作られている。円板形素材１７は絞り加工によって図３（ａ）で示す第２半成品２０へと変形される。この工程で使用される金型は図４で示すように、前記フレア部１５の大径部と略同径の軸孔９０ｄを持つダイス９０と、その軸孔９０ｄ内へ進退する円筒部９１ａを備えたパンチ９１を含む。なお、９０ａはノックアウト、９０ｂは押し出しばねである。
【００１１】
この工程ではパンチ９１の円筒部９１ａが軸孔９０ｄの中へ進出すると、円板形素材１７は円筒部９１ａに当接する部分から軸孔９０ｄの中へ押し込まれ、フレア部１５の外径と略同径の第１円筒面２１と、その一端を閉じる第１底面２２とを有するカップ状の第１半成品２０が作られる。第１半成品２０の板厚は、もとの平板状の円形板素材１７から立体的な形状に変化する他、その板厚が全体的にやゝ薄肉となる。
【００１２】
第１半成品２０は、次いで、扱き加工によって図３（ｂ）で示す第２半成品３０に変形される。この工程で使用される扱き加工のための金型は、図５で示すように、ダイス９２とパンチ９３からなる。ダイス９２は入り口に形成される軸孔９２ｂを有する。パンチ９３もこれに対応した軸部９３ｂを有する。そしてダイス９２の軸孔９２ｂとパンチ９３の外径９３ｂとの間隙は前記第１半成品２０の板厚よりやゝ狭い環状の空間として設定されている。
また、パンチ９３とパンチ９１の直径比は０．７５から０．８２にするのが好ましい。
【００１３】
この工程ではパンチ９３に第１半成品２０を嵌めてダイス９２の軸孔９３ｂ内へ進出させる。まず、第１半成品２０の第１円筒面２１が軸孔９２ｂによって外周を扱かれ、その肉厚と直径を減じるとともに軸方向の長さを伸長させる。パンチ９３が軸孔内を進行し終端に近くなって、前記パンチ９３の下端部と底部との間に、第１半成品２０を挟圧した処でこの工程が終了し第２半成品３０が出来上がる。よって、第２半成品３０は第１半成品２０に比してやゝ小径で薄肉となった第２円筒面３１と小径になった第２底面３２とを有する他、第２円筒面３１の開口端に前記第１円筒面２１の端部とそれに連なる水平部とによって形成される第１段部３３が形成される。
【００１４】
第２半成品３０は次いで、図６で示すように、ダイス９４とパンチ９５により扱き加工され、図３（ｃ）で示す第３半成品４０になる。すなわち、前工程における扱き加工と略同様に、前記第２円筒面３１が扱かれてその肉厚と直径を減じ、同時に軸方向の長さを伸長させた第３円筒面４１と第３底面４２とを有する第３半成品４０ができ上がる。また、第３円筒面４１の開口端には、第２円筒面３１の端部とそれに連なる水平部とによって前記第１段部３３に連続して第２段部４３が形成される。
【００１５】
第３半成品４０は図７で示すように、前記第２半成品３０が第３半成品４０へと変形する過程と略同様にして、第４半成品５０へと変形される。第４半成品５０は図３（ｄ）で示すように、摺動部１４をなす小径で薄肉に形成された第４円筒面５１と、その一端を閉じる第４底面５２とを有する。第４円筒面５１の他端には第４円筒面４１の端部とそれに連なる水平部とによって第４段部５３が形成される。第４段部５３は先に作られている２個の段部３３、４３とともに、第４円筒面５１から段階状に外径が拡大し、その包絡線が円錐形をなす段状部５５を形成する。
必要により半成品は同様に形成されて第１１半成品までに及ぶのが普通で、トランスファープレスにより自動工作がなされる。
【００１６】
前記段状部５５は、引き続く仕上げ工程において、図８（ａ）で示すように、下型７１と上型７２とからなる成形型により、フレア部１５が形成される。フレア部１５は段状部５５が二次曲線的に外径を増加させる略傘形の滑らかな曲線に成形され、かつ、その肉厚は摺動部１４より厚肉で、摺動部１４側から端部へ向かうにつれて厚肉となる。もっとも、この形状は必須ではなく、同図（ｂ）で示すように、円錐型のシート面１６に形成することも可能である。
ここでは扱き加工金型について述べたが、絞り加工金型にしてもよく、一般的には塑性加工金型全部について実施できる。
【００１７】
【発明の効果】
本願に係るポペット弁の製造方法の発明によれば、摺動部を絞り加工によって成形する工程の中で、フレア部をなす大径で板厚の厚い部分を成形できるので、製造工程が簡略化される。
などの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願発明の一実施例を示すポペット弁の断面図である。
【図２】 円板形素材を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】 ステム材料の変形状態を示す工程図である。
【図４】 第１半成品の加工工程を示す金型の断面図である。
【図５】 第２半成品の加工工程を示す金型の断面図である。
【図６】 第３半成品の加工工程を示す金型の断面図である。
【図７】 第４半成品の加工工程を示す金型の断面図である。
【図８】 フレア部の加工工程における金型の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０・・・・ポペット弁
１１・・・・ステム
１２・・・・弁体
１３・・・・バルブガイド
１４・・・・摺動部
１５・・・・フレア部
１６・・・・シート面
１７・・・・円板形素材
２０・・・・第１半成品
２１・・・・第１円筒面
２２・・・・第１底面
３０・・・・第２半成品
３１・・・・第２円筒面
３２・・・・第２底面
３３・・・・段部
４０・・・・第３半成品
４１・・・・第３円筒面
４２・・・・第３底面
４３・・・・段部
５０・・・・第４半成品
５１・・・・第４円筒面
５２・・・・第４底面
５３・・・・段部
５５・・・・段状部
７１・・・・下型
７２・・・・下型
９０・・・・ダイス
９０ａ・・・ノックアウト
９０ｂ・・・押し出しばね
９０ｄ・・・軸孔
９１・・・・パンチ
９１ａ・・・円筒部
９２・・・・ダイス
９２、９４、９６・・・・ダイス
９２ｂ・・・軸孔
９３・・・・パンチ
９３ｂ・・・軸部
９５、９７・・・・パンチ
Ｗ・・・・接合線

Claims (1)

1. 金属板を絞り加工してフレア部の端部径と略同径に形成された円筒壁とその一端を閉じる底壁とを有するカップ状の材料を作り、それをパンチとダイスからなる数対の塑性型によって底壁側から円筒壁の開放端へ向けて塑性加工して縮径と同時に軸方向に伸長させることによって前記円筒壁の開放端に数個の段部からなる段状部を形成し、その段状部を金型によって挟圧加工してフレア部を成形する工程を含むポペット弁のプレス成形法。

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