JP5625220B2

JP5625220B2 - 鍛造方法及び鍛造装置

Info

Publication number: JP5625220B2
Application number: JP2013017703A
Authority: JP
Inventors: 智飯塚
Original assignee: 株式会社飯塚製作所
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: JP2014136255A

Description

本発明は、主として上方開口の有底穴を有する軸部とその軸部の下部に弁傘部を備えたエンジンバルブの半完成品の鍛造方法及び鍛造装置に関するものである。

従来、エンジンバルブの軽量化と熱伝導性の向上を図るため、その内部を中空に形成すると共に、この中空部内に冷媒用の金属ナトリュウムを封入するようにしたものが知られている。この中空のエンジンバルブの製造方法としては、たとえば中実丸棒に対して複数回鍛造して、上方開口の有底穴を有する軸部とその軸部の下部に弁傘部を備えたエンジンバルブの半完成品（図１の（ハ）参照）を成形し、次いで、この半完成品における有底穴内に、金属ナトリュウムを注入した後、この有底穴の開口端に、円柱状の仮蓋を接合し、然る後、この状態で半完成品に対して、絞り加工を順次行って所定の形状に成形し、かつ、その有底穴上部側を切断してその開口端を封止部材で封止することにより製造するようにしている。

そして、上記したエンジンバルブの半完成品を中実丸棒から鍛造で成形する場合、まず、前工程で図１０に示すような中実丸棒の上面にパンチで有底穴ｂを形成してコップ状の中間部材Ｂを成形し、次いで、通常は図１０に示すような軸孔４１ａとこれに連続する前面開放の弁傘凹所４１ｂとからなる成形孔４１ｃを備えた固定ダイ４１と、軸孔４１ａ中心部に配置され中間部材Ｂを嵌合保持する固定成形ピン４２と、中間部材Ｂの開放側軸端を受け止めるＫＯスリーブ４３と、パンチ４４とからなる熱間鍛造装置４０を用い、ダイ４１の成形ピン４２に中間部材Ｂをその底部側がダイ４１の前方に突出するように嵌合保持しかつＫＯスリーブ４３で中間部材Ｂの開放側軸端を支持した状態のもとで、パンチ４４をダイ４１に当接するまで前進させて中間部材Ｂの突出した部分をダイ４１側に押圧し、その突出した部分を成形孔４１ｃの形状通りに拡径させて弁傘部とこの弁傘部内に至る有底穴を成形してエンジンバルブの半完成品（図１の（ハ）参照）を形成するようにしている。

特許第４３９０２９１号公報

ところが、上記した熱間鍛造によるエンジンバルブの半完成品の製造方法によれば、熱間鍛造であるためその寸法精度や表面状態が悪く、また、型寿命も比較的短くコストも高く付くといった間題があった。

この問題を解決する手段として、たとえば冷間鍛造によって成形することが考えられる。しかし、エンジンバルブに用いられる素材が耐熱鋼からなる難加工材であり、また、有底穴を有する軸部の穴部分の厚みも薄く成形する必要がある。そのため、上記した熱間鍛造装置の構造と同様の構造からなる冷間鍛造装置を用いて成形した場合、パンチにより中間部材の突出した部分を固定ダイ側へ押圧して弁傘部を成形する際に、パンチ側に極めて大きな荷重が必要となる。その結果、特に成形ピンの摩損が激しく使用に耐えない問題があり、また、有底穴の穴底周囲に亀裂なども発生し易いといった問題もあって、実際には冷間鍛造では困難とされ、採用されていないのが現状である。

また、一般的には、上記したエンジンバルブの半完成品に限らず、大きな頭部或いは複雑な形状の頭部と、この頭部に連続しかつ軸心部に頭部側に至る有底穴を有する軸部とからなる頭付パーツ部品を鍛造で製造する場合、冷間、温間或いは熱間鍛造のいずれにおいても、より一層簡単容易で高精度に成形できる優れた鍛造方法及び鍛造装置が求められている。

そこで、本発明は、エンジンバルブの半完成品或いは頭付パーツ部品を鍛造により簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、コスト安価に提供できる鍛造方法及び鍛造装置の提供を課題とする。

本願の請求項１記載の発明は、軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から弁傘部とこの弁傘部に連続しかつ軸心部に弁傘部内に至る有底穴を有する軸部とからなるエンジンバルブの半完成品を冷間鍛造で成形する鍛造方法であって、まず、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の弁傘凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する有底穴と同径の成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖するパンチと、その閉鎖状態を維持する閉鎖維持手段を備えた冷間鍛造装置を用い、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成し、次いで、これらダイとパンチの閉鎖状態を閉鎖維持手段で維持し、然る後、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする。

本願の請求項２記載の発明は、軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から弁傘部とこの弁傘部に連続しかつ軸心部に弁傘部内に至る有底穴を有する軸部とからなるエンジンバルブの半完成品を冷間鍛造で成形する鍛造装置であって、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の弁傘凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する固定成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成するパンチと、パンチがダイの前面を閉鎖した状態を維持する閉鎖維持手段を備え、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピン嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖すると共に閉鎖維持手段でその閉鎖状態を維持し、かつ、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとで中間部材の底部分を成形孔の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする。

本願の請求項３記載の発明は、軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から頭部とこの頭部に連続しかつ軸心部に頭部側に至る有底穴を有する軸部とからなる頭付パーツ部品を鍛造により成形する鍛造方法であって、まず、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の頭部用凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する有底穴と同径の成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖するパンチと、その閉鎖状態を維持する閉鎖維持手段を備えた鍛造装置を用い、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求めるパーツ部品の成形空間を形成し、その後、これらダイとパンチの閉鎖状態を閉鎖維持手段で維持し、然る後、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする。

本願の請求項４記載の発明は、軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から頭部とこの頭部に連続しかつ軸心部に頭部内に至る有底穴を有する軸部とからなる頭付パーツ部品を鍛造で成形する鍛造装置であって、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の頭部用凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖して求めるパーツ部品の成形空間を形成するパンチと、パンチがダイの前面を閉鎖した状態を維持する閉鎖維持手段を備え、中間部材を少なくともダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖すると共に閉鎖維持手段でその閉鎖状態を維持し、かつ、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする。

本願の請求項１記載の冷間鍛造方法によれば、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成し、このダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイとパンチを一緒に成形ピン側に、又は成形ピンをダイとパンチ側に押圧することにより、中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたから、つまり、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間鍛造を施すようにしたから、エンジンバルブの半完成品を冷間鍛造でありながら上述した従来の冷間鍛造においてその成形に必要としたパンチの押込み荷重に対し５分の１程度の低荷重に抑えて成形することができる。その結果、成形ピンの摩損が防止できると共に、簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

また、請求項２記載の冷間鍛造装置によっても、上述した冷間鍛造方法と同様に、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成し、このダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイとパンチを一緒に成形ピン側に、又は成形ピンをダイとパンチ側に押圧することにより、中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形することができる。つまり、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間鍛造を施すことができるので、エンジンバルブの半完成品を冷間鍛造でありながら上述した従来の冷間鍛造においてその成形に必要としたパンチ荷重に対し５分の１程度の低荷重に抑えて成形することができる。その結果、成形ピンの摩損が防止できると共に、簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

また、本願の請求項３記載の鍛造方法によれば、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める頭付パーツ部品の成形空間を形成し、このダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイとパンチを一緒に成形ピン側に、又は成形ピンをダイとパンチ側に押圧することにより、中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたから、つまり、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間や温間或いは熱間鍛造を施すようにしたから、大型或いは複雑な形状の頭部と有底穴付軸部を有する各種の頭付パーツ部品を鍛造する際に、上述した従来の鍛造においてその成形に必要としたパンチの押込み荷重に対しきわめて低い低荷重に抑えて成形することができる。その結果、成形ピンの摩損が防止できると共に、大型或いは複雑な頭部形状であっても簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

さらに、請求項４記載の鍛造装置によっても、上述した鍛造方法と同様に、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める頭付パーツ部品の成形空間を形成し、このダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイとパンチを一緒に成形ピン側に、又は成形ピンをダイとパンチ側に押圧することにより、中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形することができる。つまり、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間や温間或いは熱間鍛造を施すことができるので、大型或いは複雑な形状の頭部と有底穴付軸部を有する各種の頭付パーツ部品を鍛造する際に、上述した従来の鍛造においてその成形に必要としたパンチの押込み荷重に対しきわめて低い低荷重に抑えて成形することができる。その結果、成形ピンの摩損が防止できると共に、複雑な頭部形状であっても簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

本発明に係るエンジンバルブの半完成品の鍛造過程を示す断面図である。同半完成品の冷間鍛造方法による動作示す概略説明図である。同冷間鍛造方法による鍛造終了時の概略説明図である。同半完成品の冷間鍛造装置の一部省略断面図である。同装置による鍛造開始直後時の一部省略断面図である。同装置による鍛造途中の一部省略断面図である。同装置による鍛造終了時の一部省略断面図である。同装置からの半完成品の排出状態を示す一部省略断面図である。頭付パーツ部品の説明図である。従来の説明図である。

以下本発明に係る鍛造方法及びその鍛造装置を図に基づいて説明する。

まず、本発明に係る鍛造方法（冷間鍛造方法）を用いてエンジンバルブの半完成品の製造する場合について説明する。

図１〜図３に示すように、エンジンバルブの半完成品１は鍛造素材として、難加工材とされる耐熱鋼からなる所定長さの中実丸棒を用い、第１工程で端面矯正を施して、図１の（イ）に示すような一端に凹部ａをもつ所定長さで所定径のブランクＡを形成する。なお、鍛造素材としては、耐熱鋼以外の金属素材であってもよい。また、この第１工程は省略してもよい。

次ぎに、図１の（ロ）に示すように、第２工程でブランクＡの一端から該ブランクＡの外径よりも小径のパンチ（図示せず）をその中心部に圧入して、一端が開口し、かつ長さ方向中間部に至る有底穴ｂをもつコップ状の中間部材Ｂを成形する。

そして、第３工程で中間部材Ｂから図１の（ハ）に示す弁傘部１ａとこの弁傘部１ａに連続しかつ軸心部に弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂとからなるエンジンバルブの半完成品１を冷間鍛造で成形する。その場合、図２及び図３に概略的に示すような中間部材Ｂの挿通を許す軸孔２ａとこれに連続する前面開放の弁傘凹所２ｂとからなる成形孔２ｃを有するダイ２と、ダイ２の軸孔２ａ中心部に配置され中間部材Ｂを嵌合保持する有底穴ｂとほぼ同径の成形ピン３と、ダイ２の前面に当接してダイ２の前面を閉鎖するパンチ４と、その閉鎖状態を維持する割型からなる連結部材などの閉鎖維持手段５を備えた冷間鍛造装置を用いる。そして、まず、中間部材Ｂをダイ２の軸孔２ａ内方に位置する成形ピン３に嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイ２の前面をパンチ４で閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成する。次いで、これらダイ２とパンチ４を閉鎖維持手段５で機械的に結合してその成形空間を維持する。その後、ダイ２とパンチ４を一緒に固定状態にある成形ピン３側に押圧することにより、ダイ２の軸孔２ａと成形ピン３との隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとで中間部材Ｂの底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部１ａを成形すると共にこの弁傘部１ａに連続しかつ弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂを成形して、図１の（ハ）に示すエンジンバルブの半完成品１を製造する。

このエンジンバルブの半完成品１の鍛造方法によれば、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間鍛造を施すようにしたことにより、つまり、ダイ２の軸孔２ａと成形ピン３との隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイ２とパンチ４を一緒に成形ピン３側に押圧することにより、冷間鍛造でありながらそのパンチ４の押込み荷重を、上述した従来の冷間鍛造においてその成形に必要としたパンチの押し込み荷重に対し５分の１程度に抑えてエンジンバルブの半完成品１を成形できることになり、その結果、成形ピン３の摩損が防止でき、高精度で表面状態を良好に成形でき、かつ、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

また、上記した実施の形態では、成形空間を形成したダイ２とパンチ４を一緒に固定状態にある成形ピン３に押圧することにより、弁傘部１ａと弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂを成形するようにしたけれども、この他、成形空間を形成維持したダイ２とパンチ４を固定状態にしておき、この固定状態を保ったうえで、成形ピン３を成形空間内に押圧することにより、弁傘部１ａと弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂを成形するようにしてもよい。なお、図示していないが、ダイ２とパンチ４との当接面に適宜逃し溝やガス抜き溝を任意に設けるようにしてもよい。従って、ダイ２の軸孔２ａと成形ピン３との隙間のみを残した不完全閉塞状態とは、厳密には適宜逃し溝やガス抜き溝を設けた場合も含む概念である。

次ぎに、本発明に係る鍛造装置（冷間鍛造装置）をエンジンバルブの半完成品の製造装置として適用した実施例について説明する。

図４は、上記した一端が開口し、かつ長さ方向中間部に至る有底穴ｂをもつコップ状の耐熱鋼からなる中間部材Ｂを用いて、この中間部材Ｂから冷間鍛造により弁傘部１ａとこの弁傘部１ａに連続しかつ弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂとからなるエンジンバルブの半完成品１を製造する冷間鍛造装置１０を示す。

この冷間鍛造装置１０は、固定側ダイユニット１１と、移動側パンチユニット１２とを備える。
固定側ダイユニット１１は、固定フレーム１２に設けられた取付孔１２ａに、奥側から第１、第２受け部材１３，１４を介して挿入固定されたほぼ円筒状のダイハウジング１５を有し、該ハウジング１５の中央部に、ダイ１６が第２受け部材１４の中心部に設けられた筒状案内部材１７を介して前後動可能に挿入されている。

ダイ１６は中間部材Ｂの挿通を許す軸孔１６ａとこれに連続する前面開放の弁傘凹所１６ｂとからなる成形孔１６ｃを有している。図に示す実施例ではダイ１６後端部に筒状案内部材１７に挿入されるガイド用小径筒軸部１６ｄが一体に連設され、このガイド用小径筒軸部１６ｄを上記軸孔１６ａが貫通している。また、ダイ１６の軸孔１６ａ内には、エジェクトスリーブ１８が前後（図４では上下）に摺動可能に挿入されていると共に、このスリーブ１８内には、後端が第１受け部材１３に固定された成形ピン１９が挿入されている。エジェクトスリーブ１８は成形品の排出時にノックアウト機構の作動によりＫＯピン２０を介して前方に押し出されるようになっている。さらに、ダイ１６は例えばスリーブ１８との間に介装されるスプリングＲ…Ｒなどの付勢手段により常時は前方（移動側パンチユニット１２側）に付勢されている。

さらに、ダイ１６の前端部外周部は、テーパ段部１６ｆを介してテーパ段付大径部１６ｅとなっていると共に、このダイ１６の外周面とダイハウジング１５の前後部内周面との空間には、複数の連結部材（閉鎖維持手段）２１…２１が嵌合されている。これらの連結部材２１…２１は、筒状部材を９０°ずつ４分割した形状とされていると共に、各連結部材２１…２１の前端側内周面には、これらが筒状に密着したときに、ダイ１６の前端部外周のテーパ段部１６ｆに係合するテーパ凹面と後述するパンチの前端部外周のテーパ段部に係合する二つのテーパ凹面をもつテーパ凹所２１ａ…２１ａが形成されていると共に、後端側内周面には、内方に突出するダイ１６の受止部２１ｂ…２１ｂが形成されている。

また、これら連結部材２１…２１の外周面は、前端側から大径の第１円筒面２１ｃ、第１テーパ面２１ｄ、小径の第２円筒面２１ｅ、第２テーパ面２１ｆ及び第２円筒面２１ｅよりさらに小径の第３円筒面２１ｇにより段付状とされていると共に、これらの連結部材２１…２１が嵌合されたダイハウジング１５の前端部内周面も前端側から大径の第１円筒面１５ｃ、第１テーパ面１５ｄ、小径の第２円筒面１５ｅ、第２テーパ面１５ｆ、小径の第３円筒面１５ｇ、第３テーパ面１５ｈ、さらに小径の第４円筒面１５ｉにより、奥側ほど狭くなるように段付状に形成されている、

そして、各連結部材２１…２１は、隣接するもの同士がそれぞれスプリングＳ…Ｓにより連結されて、全体として拡径するように付勢されている。そして、拡径した状態で、図４に示すように、第１円筒面２１ｃ、第１テーパ面２１ｄ、第２円筒面２１ｅ、第２テーパ面２１ｆ及び第３円筒面２１ｇがダイハウジング１５における第１円筒面１５ｃ、第１テーパ面１５ｄ、第２円筒面、１５ｅ、第２テーパ面１５ｆ、第３円筒面１５ｇにそれぞれ対接するようになっていると共に、各連結部材２１…２１は、図４に示す状態からダイハウジング１５の奥側に押し込まれたとき、第１テーパ面１５ｄ及び第２テーパ面１５ｆの各当接面に沿って全体として縮径する方向に案内されるようになっている。

また、これらの連結部材２１…２１の後端部は、リング部材２２に受支されていると共に、図４に示すようにリング部材２２の後面には、第１受け部材１２との間に装着されたスプリング２３により前方へ付勢された複数のピン２４の前端部が固定されており、スプリング２３により、ピン２４及びリング部材２２を介して各連結部材２１…２１が前方（図４では上方）へ付勢されている。そして、その前方への移動が、ダイハウジング１４の前端面に設けられたストッパプレート２５により図示の位置で規制されるようになっている。

一方、可動側パンチユニット１２の構成としては、ダイ１６に対して進退動するラム２６の前部に取付部材２７を介してパンチ２８が取り付けられている。このパンチ２８の外周面は、ダイ１６におけるテーパ段付大径部１６ｅよりもやや小径（各連結部材２１…２１内への挿入を許すため）で同様のテーパ段付大径部２８ａとされている。そして、パンチ２８が前進して、拡径状態にある各連結部材２１…２１の前端開口部を通ってパンチ２８のテーパ段付大径部２８ａがダイ１６の前端部外周部１６ｅの前面に当接し、さらにダイ１６とパンチ２８が一緒に奥側に移動して各連結部材２１…２１が縮径したとき、各連結部材２１…２１の内周面に形成されたテーパ凹所２１ａ…２１ａが、両テーパ段付大径部１６ｅ，２８ａに係合して、ダイ１６とパンチ２８とを機械的に結合し、ダイ１６とパンチ２８により形成された成形空間を確実に維持することになる。そして、この成形空間を維持した状態のまま、つまりダイ１６の軸孔１６ａと成形ピン１９との隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとでダイ１６とパンチ２８を一緒に成形ピン１９側に押圧することにより、中間部材Ｂの底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部１ａを成形すると共にこの弁傘部１ａに連続しかつ弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂを成形するようになっている。
なお、図示していないが、ダイ１６とパンチ２８との当接面に適宜逃し溝やガス抜き溝を任意に設けるようにしてもよい。従って、ダイ１６の軸孔１６ａと成形ピン１９との隙間のみを残した不完全閉塞状態とは、厳密には適宜逃し溝やガス抜き溝を設けた場合も含む概念である。

次ぎに、このように構成される冷間鍛造装置１０の動作を説明する。

まず、図４に示すように、パンチ２８がダイハウジング１５側から後退した状態で、前工程で形成された一端が開口し、かつ長さ方向中間部に至る有底穴ｂをもつコップ状の中間部材Ｂを、ダイ１６の成形孔１６ｃから適宜供給手段により供給して成形ピン１９に嵌合保持させる。

次ぎに、図５に示すように、ラム２６と共にパンチ２８が前進して、パンチ２８のテーパ段付大径部２８ａが拡径状態にある各連結部材２１…２１の前端開口部を通ってダイ１６のテーパ段付大径部１６ｅに当接する。この当接により求めるエンジンバルブの半完成品１の成形空間が形成される。

その後、さらにパンチ２８がダイ１６と一緒に前進して奥側に入り込むと、図６に示すように、ダイ１６の後端部が連結部材２１…２１の受止部２１ｂ…２１ｂに係合し、これによりパンチ２８とダイ１６と連結部材２１…２１とが一緒に奥側に入り込む。そして、各連結部材２１…２１がダイハウジング１５の奥側に押し込まれると、第１テーパ面１５ｄ及び第２テーパ面１５ｆの各当接面に沿って全体として縮径する方向に案内される。各連結部材２１…２１が縮径したとき、各連結部材２１…２１の内周面に形成されたテーパ凹所２１ａ…２１ａが、ダイ１６とパンチ３３の両テーパ段付大径部１６ｅ，２８ａに係合して、ダイ１６とパンチ２８とを機械的に結合され、ダイ１６とパンチ２８により形成された成形空間が確実に維持されることになる。そして、連結部材２１…２１により完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとでダイ１６とパンチ２８を一緒に成形ピン１９側に押圧することにより、図７に示すように中間部材Ｂの底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部１ａを成形すると共にこの弁傘部１ａに連続しかつ弁傘部１ａ内に至る有底穴１ｃを有する軸部１ｂを成形する。

然る後は、図８に示すように、パンチ２８をダイハウジング１５から後退させる。これに伴って連結部材２１…２１とダイ１６とがスプリング２３の復帰作用により元のダイハウジング１５の前端位置に押し戻される。また、これと同時にＫＯピン２０によりエジェクトスリーブ１８が前方に押し出されてエンジンバルブの半完成品１がダイ１６から排出される。

以上ように、完全閉塞鍛造ではなく、閉塞鍛造と押出し鍛造を組み合わせた不完全閉塞状態のもとで冷間鍛造を施すよう工夫したことにより、エンジンバルブの半完成品１を冷間鍛造でありながら上述した従来の冷間鍛造においてその成形に必要としたパンチの押し込み荷重に対し５分の１程度の低荷重に抑えて成形できることになり、その結果、成形ピン１９の摩損が防止できながら、簡単容易にかつ高精度で表面状態を良好に成形でき、その上、型寿命も長くできるなどコスト面でも安価に提供できる。

上記した実施の形態では、連結部材２１…２１でダイ１６とパンチ２８とを機械的に結合して、ダイ１６とパンチ２８による成形空間を連結部材２１…２１で維持した後、これら三者を一緒に移動させて固定の成形ピン１９に押圧してエンジンバルブの半完成品１を冷間鍛造する構成としたけれども、この他、たとえば成形ピンを移動可能とし、連結部材２１…２１でダイ１６とパンチ２８とを機械的に結合して、ダイ１６とパンチ２８により成形空間を維持した後、これらダイ２とパンチ４と連結部材２１…２１を固定状態に保持し、そのうえで、ダイ１６の軸孔１６ａと成形ピン１９との隙間のみを残した不完全閉塞状態となるよう中間部材Ｂを嵌合保持した状態で成形ピン３をダイ１６の軸孔１６ａ奥部側から成形空間に押圧することにより、エンジンバルブの半完成品１を冷間鍛造で成形する構成としてもよい。

また、上記した実施の形態では、本発明の鍛造方法及び鍛造装置をエンジンバルブの半完成品１に適用した場合について説明したけれども、この他、例えば図９に示すような頭部１´ａとこの頭部１´ａに連続しかつ軸心部に頭部１´ａ側に至る有底穴１´ｃを有する軸部１´ｂとからなる各種の金属製頭付パーツ部品１´にも適用できるし、冷間鍛造に限らず温間や熱間鍛造により成形する場合にも同様に用いることができる。その際には、上記した冷間鍛造装置１０におけるダイ２の成形孔２ｃの軸孔２ａ及び弁傘凹所２ｂの形状を、頭付パーツ部品１´の頭部１´ａ及び軸部１´ｂの形状に合わせて適宜変更し、そのうえで、頭付パーツ部品１´を、上述したエンジンバルブの半完成品１の場合と同様の鍛造方法及び鍛造工程により成形すればよい。
なお、その場合における具体的な鍛造方法及び鍛造装置の構成、並びに鍛造工程や作用効果などは上記したエンジンバルブの半完成品１の場合と基本的に同様であるので、その説明については省略する。

このように本発明の鍛造方法及び鍛造装置は、エンジンバルブの半完成品１に限らず、これに類似する頭付パーツ部品１´においても幅広く適用できるものであり、また、冷間鍛造に限らず温間或いは熱間鍛造にも適用することができる。特に温間或いは熱間鍛造に適用した場合には、今まで以上に大きな頭部をもつ頭付パーツ部品やより一層複雑な形状の頭部をもつ頭付パーツ部品にも採用することが可能になる。

さらに、上記した実施の形態では、パンチの、ダイの弁傘凹所や頭部凹所（図示せず）との対向面を扁平形状にしたものについて説明したけれども、このパンチにおける対向面は何ら扁平形状に限定されるものではなく、円滑な成形を許す範囲で適宜形状の成形突部や成形凹所を設けるようにしてもよいこと勿論である。

１エンジンバルブの半完成品
１ａ弁傘部
１ｂ軸部
１ｃ有底穴
１´ 頭付パーツ部品
１´ａ頭部
１´ｂ軸部
１´ｃ有底穴
２ダイ
２ａ軸孔
２ｂ弁傘凹所
２ｃ成形孔
３成形ピン
４パンチ
５閉鎖維持手段
１０冷間鍛造装置
１６ダイ
１６ａ軸孔
１６ｂ弁傘凹所（頭部凹所）
１６ｃ成形孔
１９成形ピン
２１連結部材（閉鎖維持手段）
２８パンチ
Ｂ中間部材
ｂ有底穴

Claims

軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から弁傘部とこの弁傘部に連続しかつ軸心部に弁傘部内に至る有底穴を有する軸部とからなるエンジンバルブの半完成品を冷間鍛造で成形する鍛造方法であって、まず、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の弁傘凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する有底穴と同径の成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖するパンチと、その閉鎖状態を維持する閉鎖維持手段を備えた冷間鍛造装置を用い、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成し、次いで、これらダイとパンチの閉鎖状態を閉鎖維持手段で維持し、然る後、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする鍛造方法。
軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から弁傘部とこの弁傘部に連続しかつ軸心部に弁傘部内に至る有底穴を有する軸部とからなるエンジンバルブの半完成品を冷間鍛造で成形する鍛造装置であって、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の弁傘凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する固定成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖して求める半完成品の成形空間を形成するパンチと、パンチがダイの前面を閉鎖した状態を維持する閉鎖維持手段を備え、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピン嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖すると共に閉鎖維持手段でその閉鎖状態を維持し、かつ、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態のもとで中間部材の底部分を成形孔の形状通りに拡径させて弁傘部を成形すると共にこの弁傘部に連続しかつ弁傘部内に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする鍛造装置。
軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から頭部とこの頭部に連続しかつ軸心部に頭部側に至る有底穴を有する軸部とからなる頭付パーツ部品を鍛造により成形する鍛造方法であって、まず、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の頭部用凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する有底穴と同径の成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖するパンチと、その閉鎖状態を維持する閉鎖維持手段を備えた鍛造装置を用い、中間部材をダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖して求めるパーツ部品の成形空間を形成し、その後、これらダイとパンチの閉鎖状態を閉鎖維持手段で維持し、然る後、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする鍛造方法。
軸心部に一端が開放する有底穴を有するコップ状の金属製中間部材を用い、この中間部材から頭部とこの頭部に連続しかつ軸心部に頭部内に至る有底穴を有する軸部とからなる頭付パーツ部品を鍛造で成形する鍛造装置であって、中間部材の挿通を許す軸孔とこれに連続する前面開放の頭部用凹所とからなる成形孔を有するダイと、ダイの軸孔中心部に配置され中間部材を嵌合保持する成形ピンと、ダイに対して進退動可能でダイの前面を閉鎖して求めるパーツ部品の成形空間を形成するパンチと、パンチがダイの前面を閉鎖した状態を維持する閉鎖維持手段を備え、中間部材を少なくともダイの軸孔内方位置にて成形ピンに嵌合保持させ、その保持状態のもとでダイの前面をパンチで閉鎖すると共に閉鎖維持手段でその閉鎖状態を維持し、かつ、ダイとパンチを一緒に固定状態にある成形ピン側に、又は成形ピンを固定状態にあるダイとパンチ側に押圧することにより、ダイの軸孔と成形ピンとの隙間のみを残した不完全閉塞状態を維持した状態のもとで中間部材の底部分を成形空間の形状通りに拡径させて頭部を成形すると共にこの頭部に連続しかつ頭部側に至る有底穴を有する軸部を成形するようにしたことを特徴とする鍛造装置。