JP4951683B2 - バルブガイドの成形方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車用エンジンのバルブステムを摺動案内するバルブガイドの成形方法に関する。
自動車用エンジンにあっては、吸気弁や排気弁のバルブステムの往復直線動を案内すべく、シリンダヘッドに細い筒状のバルブガイドを取り付けている。このバルブガイドの素材としては一般に鉄の焼結品や銅系合金を用いているが、エンジンの高出力化に伴い、軽量で耐熱性に優れた素材を用いることが提案されている。
例えば、特許文献１には、Ａｌ−Ｆｅ系急冷凝固粉末を成形する際の加熱履歴を最適化することで、従来よりも耐熱性に優れたアルミニウム合金とし、このアルミニウム合金をバルブガイドの製造に適用することが開示されている。
また、特許文献２には、アトマイズ法（急冷凝固法）にて熱間加工性に優れたインゴットを製作し、このインゴット熱間で押出し成形して管状とし、この管状素材を所定幅で切断することでバルブガイドとすることが開示されている。
特開平６−１４５９２１号公報 段落（０００９）、（００２１） 特開平１１−３５００５９号公報 段落（００１７）、（０００２１）
上述したアトマイズ法（急冷凝固法）にて得られた素材は加工が困難で、例えばバルブガイドのように細長い筒状をなし、且つ内径寸法が小さな部材を切削加工にて得るには刃具の耐久性が問題となり、鍛造にて成形する場合には、パンチの耐久性が問題となる。また、切削、鍛造の何れを採用しても高コストで量産能力を確保し難い。
上記課題を解決するため本発明に係るバルブガイドは、軽量で耐熱性、耐焼付性、耐磨耗性に優れたＡｌ基複合材にてバルブガイドを構成した。そして、このＡｌ基複合材は従来の焼結素材や鋳鉄素材に比べて潤滑性が低下するため、内周面に予め油溝を設けた。
また、本発明に係るバルブガイドの成形方法は、バルブ素材にバルブステムが挿通される内周部よりも大径の凹部を形成する工程と、この大径の凹部にバルブステムと略同径のマンドレルを挿入し、このマンドレルを挿入した素材の外側からスウェージング加工して大径の凹部の内径をマンドレル外径まで縮径する工程を含む成形方法において、前記大径の凹部の内周面にはスウェージング加工後に油溝として残る溝部を予め形成しておくようにした。
本発明に係るバルブガイドは、従来のバルブガイドに比較し軽量で潤滑性に優れる。したがって、焼付きや磨耗を生じにくい。
また、従来の切削加工に比べて刃具を交換することがなく、また従来の鍛造法では長い筒状で内径が小さなバルブガイドは成形できなかったが本発明方法によれば、容易に成形できる。特に、内周部に油溝を成形することも簡単に行える。
本発明に係る成形工程を説明したブロック図 鍛造によって素材に凹部を形成する過程を説明した図 本発明に係る成形工程のうちスウェージング加工に用いる装置の正面図 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る成形工程のうちスウェージング加工の内容を更に詳細に説明した図 （ａ）および（ｂ）は別実施例を説明した図
以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る成形工程を説明したブロック図、図２は鍛造によって素材に凹部を形成する過程を説明した図、図３は本発明に係る成形工程のうちスウェージング加工に用いる装置の正面図、図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る成形工程のうちスウェージング加工の内容を更に詳細に説明した図である。
先ず、ビレットを切断して図１（ａ）に示すＡｌ基複合材からなる棒状素材１を用意する。Ａｌ基複合材はＡｌ２Ｏ３を主体とし、これにＳｉＣなどを添加した合金とする。このＡｌ基複合材は伸び率２〜５％であり、後述する冷間のスウェージング加工が可能な伸び率は１０％程度であるが、型の送り量を落とすことで伸び率２〜５％の素材でもスウェージング加工は可能となる。
この後、図１（ｂ）に示すように、冷間鍛造（前方押出し又は後方押出し）にて前記棒状素材１に凹部２を形成する。この凹部２は後にバルブステムを摺動案内する内周部になる部分である。凹部２の径はバルブガイドの内周部よりも大きく、十分に機械加工が可能な大きさ（１０ｍｍ以上）とする。
棒状素材１に冷間鍛造にて凹部２を形成したならば、図１（ｃ）に示すように、冷間でのスウェージング加工によって、前記凹部２を小径（バルブステムと同径）の穴３に成形する。
上記のスウェージング加工にあっては凹部２の底部をスウェージング加工機のマンドレルとストッパにて把持するため底部が残ることになる。そこで、図１（ｄ）に示すように、底部を切断し筒状にする。この後、外周部を切削加工することで、図１（ｅ）に示すように、フランジ部４を有するバルブガイドＷを得る。
尚、外周部を切削加工についてはスウェージング加工の際に同時に成形することも可能である。この場合にはスウェージング加工の金型形状を工夫することで切削加工が省略できる。
ところで、前記スウェージング加工は図３に示す装置によって行う。この装置は、内側回転体５と外側回転体６とを備え、内側回転体５には９０°離間して径方向に貫通穴７が形成され、各貫通穴７内には内側から順にスウェージング金型８とストライカー９が摺動自在に嵌合している。一方、外側回転体６には周方向に等間隔で１２本のピン１０が回転自在に保持されている。
以上のスウェージング加工装置において、内側回転体５を時計廻りに、外側回転体６を反時計廻りに回転せしめると、遠心力によって内側回転体５に保持されているスウェージング金型８とストライカー９は径方向外側に付勢されるが、外側には外側回転体６が回転しており、この外側回転体６にはピン１０が保持されており、このピン１０は外側回転体６よりもその一部が内側に突出しているので、ピン１０がストライカー９の外端部を通過する度にストライカー９を径方向内方に押し込み、これに連動してスウェージング金型８も径方向内方に押し込まれ、４つのスウェージング金型８の中心にセットされた素材の表面を数千回／分の速度で叩きスウェージング加工を行う。
上記のスウェージング加工装置を用いて凹部２を形成した素材１を成形するには、先ず図４（ａ）に示すように、クランパ１１で素材１を把持するとともに、素材１の凹部２内にマンドレル１２を挿入する。このマンドレル１２の外径は目的とするバルブガイドのガイド穴の内径つまりバルブステムと等しい。
そして、図４（ｂ）に示すように、マンドレル１２で素材１をストッパ１３に当接する位置まで押し込み、前記したようにスウェージング金型８によって素材１の外面を叩いてスウェージング加工を施す。このスウェージング加工により凹部２の内径はマンドレル１２の外径まで縮径される。
ところで、従来のバルブガイドは含油合金の焼結品であったり、鋳鉄を用いているため、潤滑性については問題はないが、本発明のようにバルブガイドの素材としてＡｌ基複合材を用いてスウェージング加工を施すと、潤滑性が不足するおそれがある。
それを解消する実施例を図５に示す。図５（ａ）は棒状素材１を冷間鍛造して凹部２を形成した状態であり、この凹部２の内周面に後加工によって溝２ａを形成する。そして、この素材１に対しスウェージング加工を施すと、溝２ａは消失せずに小径穴３内周面に溝３ａとして残り、この溝３ａが油溝となる。
本発明に係るバルブガイド及びその成形方法は自動車用エンジンの一部として利用可能である。
１…棒状素材、２…凹部、２ａ…溝、３…穴、３ａ…油溝、４…フランジ部、５…内側回転体、６…外側回転体、７…貫通穴、８…スウェージング金型、９…ストライカー、１０…ピン、１１…クランパ、１２…マンドレル、１３…ストッパ。

Claims (1)

  1. バルブステムを摺動案内し、バルブ素材にバルブステムが挿通される内周部よりも大径の凹部を形成する工程と、この大径の凹部にバルブステムと略同径のマンドレルを挿入し、このマンドレルを挿入した素材の外側からスウェージング加工して大径の凹部の内径をマンドレル外径まで縮径する工程を含むバルブガイドの成形方法において、前記大径の凹部の内周面にはスウェージング加工後に油溝として残る溝部を予め形成しておくことを特徴とするバルブガイドの成形方法。
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