KR101177687B1

KR101177687B1 - 내연기관용 밸브의 제조방법

Info

Publication number: KR101177687B1
Application number: KR1020127010730A
Authority: KR
Inventors: 카즈노리 쿠라하시; 마이쿠 미카미
Original assignee: 니탄 밸브 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-08-27
Also published as: US8978248B2; CN103797220B; EP2767686A4; WO2013054436A1; EP2767686A1; JPWO2013054436A1; EP2767686B1; JP5010765B1; CN103797220A; US20150000130A1

Abstract

우산형상부 페이스의 표층부로부터 심층부까지의 고경도화가 가능한 내연기관용 밸브의 제조방법의 제공.
우산형상부 페이스(16)를 성형하는 누름 볼록부(43)를 설치한 다이(42)와, 누름 펀치(48)를 구비한 금형(40)을 사용하여, 우산형상부 페이스(16)의 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 생기는 단조를 시행하는 밸브의 제조방법으로, 다이(42)에 누름 볼록부(43)와 오목 홈(46)을 둘레방향에 번갈아 연속하여 설치하고, 펀치(48)의 누름 동작에 연계하여, 밸브 중간품(W3)을 금형(40)에 대하여 소정 각도 회전시키면서, 우산형상부 페이스(16)를 단조한다. 누름 볼록부(43)에 의한 소재의 깊이방향의 소성 변형량이 종래의 금형(다이)보다도 커, 그만큼 우산형상부 페이스(16)의 심층부까지 고경도화할 수 있다. 소성 변형되는 부위는 둘레방향으로 떨어져 있지만, 누름 볼록부(43)의 누름 위치가 펀치(48)의 누름 동작마다 둘레방향으로 이동하여, 소성 변형된 우산형상부 페이스(16)의 성형면(단조면)이 평활하게 된다.

Description

내연기관용 밸브의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE VALVE}

본 발명은 내연기관용 밸브의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 소재에 미끄럼 변형이 생기는 단조를 우산형상부(傘部) 페이스에 시행함으로써 우산형상부 페이스의 경도를 향상시키는 내연기관용 밸브의 제조방법에 관한 것이다.

내연기관용의 흡, 배기 밸브의 우산형상부 페이스는, 밸브 시트와 접촉하여 연소실을 개폐한다고 하는 중요한 부위이기 때문에, 내마모성이나 고온 내식성이 요구되고 있다. 그리고, 단조의 온도 조건이나 가공율을 특정함으로써 내마모성이나 고온 내식성을 개선하려고 하는 시도는 지금까지 수많이 제안되었다. 그러나, 종래의 제안에서는, 우산형상부 페이스의 경도가 부족하여, 우산형상부 페이스에 연소 잔사가 파고들어, 압흔이 발생하여, 통류 내성이 악화되고, 특히, 저질 연료를 사용하는 디젤엔진에서, 현저했다.

이러한 문제에 대응하기 위해, 하기 특허문헌 1이 제안되어 있다.

여기에는, 석출경화형 Ni 기재 합금을 소재로서 사용하고, 이 소재에 20～500℃의 온도범위 내에서, 우산형상부 페이스의 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 생기는 단조를 시행한다고 하는 밸브의 제조방법이 개시되어 있다.

우산형상부 페이스의 경도가 대폭 향상되어, 연소 잔사에 의한 압흔이 생기기 대단히 어렵게 되어, 통류 내성이 향상됨과 아울러, 내마모성도 크게 향상된다. 또한 경도의 향상 범위를, 외주측에서 깊고, 또한, 내주측에서 얕게 할 수 있어, 밸브 수명이 대폭 연장된다고 하는 것이다.

일본 특개 평8-61028호(단락 0007, 0012, 0014～0018, 0029, 도 1, 5)

(발명의 개요)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그렇지만, 최근의 배기 가스 규제에 대응하기 위하여, 연소압이 향상되는 등 엔진 기술이 변화되고, 이것에 따라 밸브(우산형상부 페이스)의 사용 환경도 엄격해지고 있다. 즉, 내연기관용의 흡, 배기 밸브의 우산형상부 페이스에는, 더한층의 내마모성이나 고온 내식성이 요구되고 있지만, 특허문헌 1의 방법에 의해 달성할 수 있는 내마모성이나 고온 내식성에는 한계가 있었다.

발명자가 상세하게 검토한 바, 밸브의 단조, 특히, 내연기관의 밸브 시트와 접촉하는 우산형상부 페이스의 성형은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 반경방향 내측으로 볼록하게 돌출하는 누름 볼록부(押壓凸部)(2)가 주설(周設)된 다이(1)와, 다이(1)에 삽입된 밸브 중간품(W)의 우산형상부 전면측을 누르는 펀치(4)를 구비한 금형을 사용하여 행하지만, 주설된 누름 볼록부(2)의 테이퍼 형상 누름면(2a) 전체에서 소재를 소성 변형 시키기 때문에, 소재를 소성 변형 시키기 위한 면압(단위면적당의 압력)에는 자연히 한계(금형에 있어서 발생 가능한 프레스력의 한계)가 있어, 소성 변형이 심층부까지 미치치 못하여, 표층부의 경도의 개선밖에 할 수 없었다(심층부까지의 경도의 개선은 할 수 없었음).

그래서, 발명자는 다이에 주설된 누름 볼록부(2)의 둘레방향으로 복수의 개소에 누름 볼록부(2)를 가로지르는 오목 홈을 형성하면, 누름 볼록부(2)의 누름 면적이 그만큼 감소하여, 소재를 소성 변형시키기 위한 면압(단위면적당의 압력)이 높아져, 소성 변형이 심층부까지 미쳐, 심층부까지의 경도의 개선이 가능하게 된다고 생각했다.

또한 다이에는 누름 볼록부와 오목 홈이 둘레방향으로 번갈아 연속되는 형태로 되기 때문에, 소재의 소성 변형되는 부위와 소성 변형되지 않는 부위가 둘레방향으로 번갈아 연속(소재의 소성 변형된 부위가 둘레방향으로 평탄하지 않게 됨)되는데, 펀치의 누름 동작에 연계시켜, 밸브 중간품 또는 금형을 소정 각도 상대회전시키면서 단조하면, 소성 변형하는 부위가 평활하게 된다(소성 변형된 성형면이 평활하게 됨)고 생각했다.

그리고, 누름 볼록부와 오목 홈이 둘레방향으로 번갈아 연속하는 다이를 구비한 금형을 시험 제작하고, 이 금형을 사용한 단조를 행하여 그 효과를 검증한 바, 도 10, 11, 12, 13에 도시하는 바와 같이, 우산형상부 페이스의 표층부에서 심층부까지의 고경도화에 유효한 것이 확인되었으므로, 이번 출원에 이른 것이다.

본 발명은, 상기한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 우산형상부 페이스의 표층부로부터 심층부까지가 고경도화됨으로써 통류 내성과 내마모성을 충분히 향상시킬 수 있는 내연기관용 밸브의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에서는, 내연기관의 밸브 시트와 접촉하는 밸브의 우산형상부 페이스를 성형하는 누름 볼록부가 그 내측에 주설된 다이와, 상기 다이에 삽입된 밸브 중간품의 우산형상부 전면측을 누르는 펀치를 구비한 금형에 의해, 내열 합금제의 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측에 그 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 생기는 단조를 시행하는 내연기관용 밸브의 제조방법에 있어서,

상기 다이의 둘레방향으로 뻗어 있는 상기 누름 볼록부의 둘레방향으로 등분(等分)으로 복수의 개소에 이 누름 볼록부를 가로지르는 오목 홈을 설치함과 아울러, 상기 펀치의 누름 동작에 연계하여, 상기 밸브 중간품과 상기 금형을 소정 각도 상대회전시키면서 단조를 시행하도록 구성했다.

(작용) 다이에 주설되어 있는 누름 볼록부의 둘레방향으로 등분으로 복수의 개소에 이 누름 볼록부를 가로지르는 오목 홈이 설치됨으로써, 내연기관의 밸브 시트와 접촉하는 밸브의 우산형상부 페이스를 성형하는 누름 볼록부가 다이 내측의 둘레방향으로 등분으로 복수의 개소에 설치된 구조, 즉, 다이에는, 밸브의 우산형상부 페이스 성형용의 평면으로 보아 원호 형상(부채 모양)의 누름 볼록부(누름면)와, 평면으로 보아 원호 형상(부채 모양)의 오목 홈이 둘레방향에 번갈아 배치된 구조가 된다.

따라서, 내열 합금제 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측을, 그 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 생기도록 소성 변형시키는 페이스 성형용의 누름 볼록부(누름면)의 총면적은, 종래의 2차 단조에 사용되는 금형의 다이(도 14 참조)에 주설되어 있는 누름 볼록부(소정 폭의 둥근 고리 형상의 누름면)의 총면적에 비해, 오목 홈의 면적 상당분 작기 때문에, 누름 볼록부(누름면)를 통하여 소재에 작용하는 단위 면적당의 압력이 그만큼 크다. 이 때문에, 펀치의 누름 동작 1회당의 소재의 깊이 방향의 소성 변형량은 종래의 금형(다이)을 사용하는 경우에 비해 크고, 그만큼 우산형상부 페이스의 심층부까지 경도를 향상시킬 수 있다.

또한 펀치의 누름 동작에 연계하여, 밸브 중간품과 금형을 소정 각도(예를 들면, 60℃) 상대회전시키면서 단조하므로, 즉, 밸브 중간품의 우산형상부에 있어서의 피누름 위치(소재의 소성 변형하는 영역)가 펀치의 누름 동작마다 둘레방향으로 소정 각도(예를 들면, 60℃) 벗어나므로, 펀치의 일련의 누름 동작에 대하여, 예를 들면, 금형에 대하여 밸브 중간품을 3/4～1회전(270℃～360℃ 회전)시킴으로써 누름 볼록부의 누름에 의해 소성 변형된 우산형상부 페이스의 성형면(단조면)이 평활하게 된다.

또한, 펀치의 누름 동작마다, 밸브 중간품과 금형을 소정 각도만큼 상대회전시키는데, 이 회전각도는 개개의 누름 볼록부의 둘레방향의 길이(다이 중심에 대한 각도)에 의해서도 상이하지만, 적어도 누름 볼록부의 누름 위치가 전회의 누름 위치와 둘레방향으로 일부 겹치는 소정의 각도인 것이 바람직하다.

제 2 항에 있어서는, 청구항 1에 기재된 내연기관용 밸브의 제조방법에 있어서, 상기 펀치가 누름 동작 후, 상기 다이의 상방 소정 위치까지 상승했을 때에, 상기 밸브 중간품은 그 축단부가 이젝터 핀에 의해 밀어내지고 그 우산형상부가 상기 다이의 누름 볼록부로부터 이간된 형태로 보유되도록 구성했다.

(작용)

밸브 중간품과 금형을 상대회전시키는 방법으로서는, 밸브 중간품에 대하여 금형(다이)을 회전시키는 방법과, 금형(다이)에 대하여 밸브 중간품을 회전시키는 방법이 있다. 전자의 방법에서는, 크고 또한 중량이 있는 금형(다이)을 회전시키기 위해서는 대형의 장치가 필요한 것에 반해, 후자의 방법에서는, 컴팩트하고 또한 경량의 밸브 중간품을 회전시키기 위해서는 약간의 힘이면 되어, 예를 들면, 밸브 중간품을 이젝터 핀으로 밀어내고, 금형(다이)의 누름 볼록부로부터 우산형상부가 떨어진 상태로 밸브 중간품을 유지하여, 작업자가 우산형상부를 쥐고 밸브 중간품을 소정 각도만큼 회동한다.

제 3 항에서는, 청구항 1 또는 2에 기재된 내연기관용 밸브의 제조방법에 있어서, 상기 밸브 중간품은 1차 단조에 의해 축단부에 원반 형상의 우산형상부가 성형되고, 절삭에 의해 상기 원반 형상의 우산형상부의 여유두께부가 조정된 후에, 상기 원반 형상의 우산형상부에 2차 단조를 시행하는 상기 금형에 공급되지만, 상기 1차 단조 공정에서는 상기 원반 형상의 우산형상부를 성형함과 동시에, 이 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리에 밸브의 우산형상부 페이스에 대응하는 소정의 테이퍼부를 성형하도록 구성했다.

(작용)

1차 단조 공정에 의해, 밸브 중간품의 원반 형상의 우산형상부에 있어서의 단류선(鍛流線)이 치밀하게 됨으로써, 우산형상부 페이스에 대응하는 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부의 테이퍼면의 경도가 어느 정도 높아지고, 그 후, 우산형상부 페이스측에 2차 단조가 시행됨으로써, 우산형상부 페이스에 있어서의 단류선이 더욱 치밀하게 되어, 우산형상부 페이스의 경도가 한층 더 높아진다.

상세하게는, 밸브의 제조방법(밸브를 제조하는 공정)은 축단부에 원반 형상의 우산형상부를 성형하는 1차 단조 공정과, 1차 단조된 밸브 중간품의 우산형상부에 있어서의 여유두께부의 두께를 절삭에 의해 조정하는 여유두께 조정 공정과, 여유두께부가 조정된 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측을 단조하는 2차 단조 공정을 구비하고 있다.

그리고, 1차 단조 공정에서는 소재의 미끄럼 변형을 수반하는 후의 2차 단조를 원활하게 수행할 수 있도록, 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부에 밸브의 우산형상부 페이스에 대응하는 테이퍼면도 성형한다. 즉, 종래에는 여유두께 조정 공정에서 행하고 있던 테이퍼면의 형성을, 1차 단조 공정에서 행하므로, 여유두께 조정 공정에서는 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측을 절삭하지 않고, 우산형상부 전면측만을 절삭하여 우산형상부의 여유두께부를 조정하면 된다.

또한 2차 단조용의 금형에 공급되는 밸브 중간품의 우산형상부 페이스 표면에는, 1차 단조에서 시행된 경도가 높은 치밀한 단류선이 형성되어 있는 표층부가 그대로 노출되어 있기 때문에, 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측에 2차 단조를 시행함으로써 밸브의 우산형상부 페이스의 표층부에 있어서의 단류선이 한층 더 치밀하게 되어, 밸브의 우산형상부 페이스에 있어서의 경도는 한층 더 높아진다.

이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관용 밸브의 제조방법에 의하면, 펀치의 누름 동작에 의한 소재의 깊이 방향의 소성 변형량이 크므로, 그만큼 우산형상부 페이스의 심층부까지가 고경도화되어, 우산형상부 페이스의 경도가 대폭 향상되어, 연소 잔사에 의한 압흔이 생기기 어렵게 되어, 통류 내성이 크게 향상됨과 동시에, 내마모성도 크게 향상되는 내연기관용 밸브를 제공할 수 있다.

또한 종래의 밸브의 제조설비 중에서, 2차 단조용의 금형(다이)을 교환하는 것만으로, 밸브 우산형상부 페이스의 심층부까지의 고경도화가 가능하게 되므로, 통류 내성 및 내마모성이 우수한 내연기관용 밸브를 저비용으로 양산할 수 있다.

청구항 2에 의하면, 밸브 중간품의 금형에 대한 소정 각도의 회전을 작업자가 수동으로 행하므로, 밸브 중간품과 금형을 상대회전시키는 장치를 별도로 설치할 필요가 없어, 밸브 단조용의 금형 구조가 복잡하게 되는 일도 없다.

청구항 3에 의하면, 밸브의 우산형상부 페이스의 경도가 한층 더 향상되어, 통류 내성이 한층 더 향상됨과 동시에, 내마모성도 한층 더 향상되는 내연기관용 밸브를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 내연기관용 포핏 밸브의 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예 방법 1에 의해 포핏 밸브를 제조하는 전체 공정을 도시하는 도면으로, (a)는 밸브의 업세팅 공정을 도시하는 도면, (b)는 우산형상부를 열간 단조(1차 단조)하는 공정을 도시하는 도면, (c)는 우산형상부의 여유두께부의 두께를 조정하는 여유두께 조정 공정을 도시하는 도면, (d)는 우산형상부를 재단조(2차 단조)하는 공정을 도시하는 도면, (e)는 우산형상부 표면을 절삭하는 마무리 공정를 도시하는 도면, (f)는 우산형상부 표면을 연삭하는 마무리 공정를 도시하는 도면.
도 3은 실시예 방법 1에 의해 제조된 밸브의 우산형상부의 확대 측면도이며, (a)는 1차 단조 공정 후, (b)는 여유두께 조정 공정 후, (c)는 2차 단조 후의 우산형상부의 외형을 각각 도시하는 도면.
도 4(a)는 1차 단조용의 금형에 설치한 우산형상부 성형면을 도시하는 다이의 확대 종단면도, (b)는 1차 단조에 의해 성형된 우산형상부에 있어서의 단류선을 도시하는 도면, (c)는 2차 단조에 의해 성형된 우산형상부에 있어서의 단류선을 도시하는 도면.
도 5는 2차 단조용의 금형을 구성하는 다이의 사시도.
도 6은 동 다이에 설치한 누름 볼록부(누름 성형면)의 평면도.
도 7은 동 다이의 종단면도(도 6에 나타내는 선 VII-VII에 따른 단면도)이며, (a)는 우산형상부를 2차 단조하기 전의 상태, (b)는 우산형상부를 2차 단조한 후의 상태, (c)는 밸브 중간품의 우산형상부를 누름부로부터 떨어진 상태를 도시하는 도면.
도 8은 동 다이의 종단면도(도 6에 나타내는 선 VIII-VIII에 따른 단면도).
도 9는 경도 측정 시험에서 측정한 밸브의 우산형상부 페이스에 있어서의 측정 위치를 설명하는 설명도.
도 10은 실시예 방법 1과 비교예 방법 1에 의해 각각 제조한 밸브(갓 직경 70mm) 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 나타내는 설명도이며, (a)는 실시예 방법 1에서 제조한 밸브의 측정결과표, (b)는 비교예 방법 1에서 제조한 밸브의 측정결과표, (c)는 (a), (b)의 측정결과를 나타내는 그래프.
도 11은 실시예 방법 2와 비교예 방법 2에 의해 각각 제조한 밸브(갓 직경 160mm) 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 나타내는 설명도이며, (a)는 실시예 방법 1에서 제조한 밸브의 측정결과표, (b)는 비교예 방법 2에서 제조한 밸브의 측정결과표, (c)는 (a), (b)의 측정결과를 나타내는 그래프.
도 12는 실시예 방법 3에 의해 제조한 밸브(갓 직경 70mm)의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 나타내는 설명도이며, (a)는 측정결과표, (b)는 (a)의 측정결과를 나타내는 그래프.
도 13은 실시예 방법 4에 의해 제조한 밸브(갓 직경 160mm)의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 나타내는 설명도이며, (a)는 측정결과표, (b)는 (a)의 측정결과를 나타내는 그래프.
도 14는 종래의 2차 단조용의 금형(다이)의 종단면도.
도 15는 종래의 1차 단조용의 금형(다이)의 종단면도.
도 16은 종래의 우산형상부의 여유두께 조정 공정을 도시하는 도면.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시예 방법을 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에 있어서의 부호 10은 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 내연기관용 포핏 밸브이며, 석출경화형 Ni 기재 합금(예를 들면, NCF80A나 NCF751) 등의 내열 합금으로 구성되고, 밸브봉(11)의 선단측에 우산형상부(12)가 목부(14) 및 곡면부(15)를 통하여 일체로 형성되어 있다. 우산형상부(12)의 배면측에는, 곡면부(14)에 이어지고, 연소실(S)로 개구되는 배기 포트(또는 흡기 포트)(18)의 둘레 가장자리부에 설치된 밸브 시트(19)와 접촉하는 페이스부(16)가 형성되어 있다.

도 2는 도 1에 도시하는 포핏 밸브(10)를 제조하는 제 1 실시예 방법(이하, 실시예 방법 1이라고 함)의 전체 공정을 도시하는 도면으로, 석출경화형 Ni 기재 합금인 NCF80A제의 봉 형상 소재에 대하여, 이 도 2(a)～(f)에 도시하는 각각의 가공을 차례로 시행함으로써 포핏 밸브(10)를 제조할 수 있다.

상세하게는, 우선, 도 2(a)에 도시하는 업세팅 공정에서, 한 쌍의 전극(24a, 24b) 사이에 전압을 부여하여 가열(예를 들면, 약 1100℃)한 NCF80A제의 봉 형상의 소재를 축방향으로 가압하여 우산형상부를 소정의 구 형상으로 가공함과 아울러, 다음 열간 단조를 위해, 우산형상부에 여열을 부여한다. 이 업세팅 공정 종료 후의 밸브 중간품을 부호 W1로 나타낸다.

다음에, 도 2(b)에 도시하는 열간 단조 공정(1차 단조 공정)에서는 소정의 성형면(22a)이 설치된 다이(22)과, 다이(22)에 삽입된 밸브 중간품(W1)의 구 형상의 우산형상부 전면을 누르는 펀치(28)로 구성한 금형(20)을 사용하고, 업세팅 공정에서 업세팅한 소재(W1)의 구 형상 우산형상부를 열간 단조에 의해, 소정의 형상(원반 형상)으로 성형한다. 이 열간 단조 공정 종료 후의 밸브 중간품을 부호 W2로 나타낸다. 밸브 중간품(W2)의 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리부에는, 밸브(10)의 우산형상부 페이스(16)에 대응하는 테이퍼면(16a)이 성형된다(도 3(a) 참조).

다음에 도 2(c)에 도시하는 여유두께 조정 공정에서는 밸브 중간품(W2)을 회전시키면서, 절삭공구(30)를 사용하여, 원반 형상의 우산형상부의 외주면 및 전면을 절삭 하고, 우산형상부의 여유두께부의 두께를 조정한다(도 3(b) 참조). 이 절삭 공정 종료 후의 밸브 중간품을 부호 W3으로 나타낸다. 또한, 도 3(b)의 가상선은 절삭된 우산형상부 전면측의 여유두께부를 나타낸다.

다음에 도 2(d)에 도시하는 재단조 공정(2차 단조 공정)에서는 소정의 누름 성형면(44)이 설치된 다이(42)와, 다이(42)에 삽입된 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 우산형상부 전면을 누르는 펀치(48)로 구성한 금형(40)을 사용하여, 밸브 중간품(W3)의 테이퍼면(16a)을 포함하는 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부를 20～500℃의 온도 범위 내에서 단조하고, 밸브 중간품(W4)의 우산형상부 페이스(16)를 성형한다(도 3(c) 참조).

다음에 도 2(e)에 도시하는 절삭 공정에서는 밸브 중간품(W4)을 회전시키면서, 절삭공구(34, 35, 36)를 사용하여, 우산형상부 페이스, 머리 아래 곡면부, 축부 및 코터 홈(11a)의 선반에 의한 거친 가공을 행하고, 최후에, 도 2(f)에 도시하는 바와 같이, 밸브 중간품(W4)을 회전시키면서, 연삭 공구(37, 38)를 사용하여, 우산형상부 페이스(16) 및 축부(11)를 설계값 대로의 거칠기로 마무리함(연삭반에 의한 마무리 가공을 시행함)으로써 도 1에 도시하는 밸브(10)가 완성된다.

이하, 도 2(b)에 도시하는 1차 단조 공정에 사용하는 금형(20)(다이(22))에 대하여, 도 4(a), (b), (c)를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2(b) 및 도 4 (a)에 도시하는 바와 같이, 다이(22)의 중앙에는, 밸브 중간품(W2)의 축부를 삽입통과할 수 있는 상하로 뻗는 구멍(22a)이 설치되고, 다이(22)의 내측에는, 구멍(22a)으로부터 연속하여 다이 전단면(22b)으로 개구되는, 밸브 중간품(W2)의 원반 형상의 우산형상부의 외형을 성형하는 성형면(22c)이 형성되고, 성형면(22c)에는, 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부에 밸브(10)의 우산형상부 페이스(16)에 대응하는 테이퍼면(16a)를 성형하는 테이퍼 형상 성형면(22c1)이 주설되어 있다.

테이퍼면(16a)은, 뒤의 2차 단조(도 2(d) 참조) 시에, 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 갓부 페이스측에 그 내주측으로부터 외주측을 향한 미끄럼 변형이 효율적이고 또한 원활하게 발생하도록 하는 위한 것으로, 테이퍼면(16a)(다이(22)의 테이퍼 형상 성형면(22c1))의 경사각(θ1)은 2차 단조용의 금형(40)(다이(42))에 형성되어 있는 누름 볼록부(43)의 누름 성형면(44)(밸브(10)의 우산형상부 페이스(16))의 경사각(θ2)(예를 들면, 30℃)보다 약간 작은 각도(예를 들면, 10℃)인 것이 바람직하다.

그리고, 실시예 방법 1에서는, 2차 단조에 앞서 행해지는 1차 단조 공정에 있어서, 밸브 중간품(W2)의 우산형상부 둘레 가장자리부가 2차 단조에 최적인 테이퍼 형상으로 성형되므로, 도 2(c)에 도시하는, 1차 단조 공정 후에 행하는 우산형상부의 여유두께부의 두께를 조정하는 여유두께 조정 공정에서는 밸브 중간품(W2)의 우산형상부의 전면측만을 절삭하면 된다(도 3(b) 가상선 참조).

즉, 종래의 밸브의 제조방법에서는, 1차 단조 후의 우산형상부의 여유두께부의 두께를 조정하는 여유두께 조정 공정에 있어서, 뒤의 2차 단조에서 밸브 중간품의 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리의 내주측으로부터 외주측을 향한 미끄럼 변형이 효율적이고 또한 원활하게 발생하도록, 밸브 중간품의 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부에 소정의 테이퍼면(16a)을 절삭에 의해 형성하고 있었지만, 본 실시예 방법에서는, 1차 단조 공정에서, 밸브 중간품 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리에 소정의 테이퍼면(16a)이 성형되므로, 도 2(c)에 도시하는 여유두께 조정 공정에서는 절삭하는 부위 및 절삭량이 적은 만큼, 소재를 절약할 수 있어, 여유두께 조정 공정에 요하는 시간도 짧아진다.

또한 금형(20)을 사용한 1차 단조에 의해 성형된 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)에는, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 경도가 높은 치밀한 단류선이 적층되는 표층부가 그대로 노출되어, 테이퍼면(16a)에 있어서의 경도가 높여지고 있다. 그리고, 그 후, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)을 포함하는 영역에, 도 2(d)에 도시하는 2차 단조가 시행됨으로써, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 성형면인 밸브의 우산형상부 페이스(16)의 표층부에 있어서의 단류선이 더욱 치밀하게 되어, 밸브(10)의 우산형상부 페이스(16)에 있어서의 경도는 한층 더 높아진다.

다음에 도 2(d)에 도시하는 재단조(2차 단조) 공정에 사용하는 금형(40)(다이(42))에 대하여, 도 5～도 8을 참조하여 상세하게 설명한다.

다이(42)의 중앙에는, 밸브 중간품(W3)의 축부를 삽입통과할 수 있는 상하로 뻗는 구멍(42a)이 설치됨과 아울러, 구멍(42a)으로부터 연속해서 다이 전단면(42b)으로 개구되는 스커트 형상 영역(42c)의 내측에는, 우산형상부 성형용의 누름 볼록부(43)가 둘레방향으로 등분으로 3개소에 설치되어 있다. 상세하게는, 종래의 2차 단조용 금형의 다이(1)(도 15 참조) 내측에 주설되어 있는 우산형상부 성형용의 누름 볼록부(2)의 둘레방향으로 등분으로 3개소에, 둘레방향으로 뻗어 있는 누름 볼록부(2)(누름면(2a))를 반경방향으로 가로지르는 오목 홈(46)을 설치하도록 한 것이다. 즉, 다이(42)의 내측에는, 우산형상부 페이스(16) 성형용의 평면으로 보아 원호 형상(부채 형상)의 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))와 평면으로 보아 원호 형상(부채 형상)의 오목 홈(46)이 둘레방향으로 번갈아 설치된 구조로 되어 있다.

오목 홈(46)은, 도 5, 7에 도시하는 바와 같이, 그 바닥면(46a)가 스커트 상영역(42c)에 연속하는 면에서 구성되어서, 누름 볼록부(43)이 스커트 형상 영역(42c) 및 오목 홈 바닥면(46a)으로부터 돌출하도록 형성되어 있지만, 누름 볼록부(43)의 높이(단차)는, 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 우산형상부에 단조를 시행할 때, 스커트 형상 영역(42c)(오목 홈 바닥면(46a))과 밸브 중간품(W3)의 우산형상부가 확실히 완충되지 않는 소정의 높이로 형성되어 있다.

누름 볼록부(43)는, 도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 다이(42)의 전단면(42b)에 대하여 45도로 다이 중심(O)을 향하여 비스듬히 아래쪽으로 경사지는 반경방향 외측의 제 1 테이퍼면(43a)과, 제 1 테이퍼면(43a)에 대하여 15도 상향이고 다이 중심(O)을 향하여 비스듬히 아래쪽으로 경사지는, 반경방향 내측의 제 2 테이퍼면(43b)을 구비하고, 다이(42)의 전단면(42b)에 대하여 30도 경사지는 제 2 테이퍼면(43b)이 우산형상부 페이스(16)를 성형하는 누름 성형면(44)을 구성하고 있다.

또한 누름 성형면(44)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 다이 중심(O)에 대하여 평면으로 보아 45도의 부채형으로, 오목 홈(46)은 다이 중심(O)에 대하여 평면으로 보아 75°의 부채형으로 각각 형성되고, 누름 볼록부(43)의 테이퍼 형상 누름 성형면(44(43b))과 오목 홈(46)의 바닥면(46a) 사이의 단차면(45)은, 도 8에 도시하는 바와 같이, 수평면에 대하여 30도의 경사면(연직면에 대하여 좌우 60도의 경사면)으로 구성되어 있다.

특히, 단차면(45)의 수평면(연직면)에 대한 경사는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 효율적으로 소재를 소성 변형시킴과 아울러, 금형(40)(다이(42))을 장기간 사용할 수 있도록, 30도(60도)로 설정되어 있다. 즉, 단차면(45)의 수평면(연직면)에 대한 경사는, 25도 미만(65도를 초과함)에서는, 2차 단조시의 소재에 작용하는 단위면적당의 누름 볼록부(43)에 의한 압력(누름 응력)이 저하되어, 소성 변형이 소재의 심층부까지 미치지 못하다. 한편, 45도를 초과(45도 미만)에서는, 누름 볼록부(43)의 누름 성형면(44(43b))과 단차면(45)의 분기부에 있어서의 마멸이 격렬하여, 장기간의 사용에 적합하지 않다.

이 때문에, 단차면(45)의 수평면(연직면)에 대한 경사는 25도(65도)～45도(45도)의 범위가 바람직하고, 최적의 각도 30℃(60℃)로 설정되어 있다.

또한 다이(42) 중앙의 구멍(42a)에는, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 2차 단조 후의 밸브 중간품(W4)의 축단부를 밀어내어, 밸브 중간품(W4)을 다이(42)의 상방으로 밀어내는 이젝터 핀(50)이 설치되어 있다.

이 이젝터 핀(50)은 2차 단조 종료 후의 밸브 중간품(W4)을 꺼낼 때에 사용되는 것은 물론이지만, 도 7(c)에 도시하는 바와 같이, 펀치(48)의 누름 동작 후의 상승동작에 연계하여, 밸브 중간품(W4)의 축단부를 밀어내어 소정 거리만큼 상승시키고, 밸브 중간품(W4)의 우산형상부를 누름 볼록부(43)로부터 소정 거리(H)만큼 떨어진 위치에 유지한다고 하는 작용도 있다. 그리고, 다이(42)의 상방 소정 위치에 유지된 밸브 중간품(W4)의 우산형상부를, 작업자가 손으로 금형(40)(다이(42))에 대하여 소정 각도만큼 회전시킨 후에, 우산형상부가 누름 볼록부(43)에 맞닿는 원래의 위치까지 이젝터 핀(50)을 하강시키면, 밸브 중간품(W4)의 우산형상부에 있어서의 누름 볼록부(43)에 의한 누름 위치가 둘레방향으로 소정 각도만큼 벗어난 형태가 된다.

즉, 다이(42)에는 누름 볼록부(43)와 오목 홈(46)이 둘레방향으로 번갈아 연속하여 설치되어 있기 때문에, 펀치(48)의 누름 동작에 의해, 밸브 중간품(W3)의 우산형상부측에는 소재가 소성 변형하는 부위와 소성 변형하지 않는 부위가 둘레방향에 번갈아 형성되는데, 예를 들면, 펀치(48)의 누름 동작에 연계하여, 밸브 중간품(W3)을 금형(40)(의 다이(42))에 대하여 소정 각도(예를 들면, 60도) 회전시켜, 밸브 중간품(W3)의 우산형상부에 있어서의 누름 볼록부(43)의 누름 위치를 둘레방향으로 소정 각도 벗어나도록 하고, 밸브 중간품(W3)의 우산형상부 페이스측을 단조하면, 5～6회 정도의 펀치(48)의 승강 동작(누름 동작)으로, 밸브 중간품(W3)의 우산형상부 페이스 전체 둘레를 거의 균일하게 성형할 수 있다.

또한 금형(40)을 사용한 2차 단조에서는, 펀치(48)를 통하여 밸브 중간품(W3)의 우산형상부 페이스측을 다이(42)의 누름 볼록부(43)에 누르면, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)이 그 내주측으로부터 외주측을 향한 미끄럼 변형을 수반하며 소성 변형된다.

특히, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)을 포함하는 영역을 소성 변형시키는 페이스 성형용의 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))의 총면적이, 도 15에 도시하는 바와 같은, 종래의 2차 단조에 사용되는 금형(다이(1))에 주설되어 있는 누름 볼록부(2)(우산형상부 페이스에 대응하는 소정폭의 둥근 고리 형상의 누름면(2a))의 총면적에 비해 오목 홈의 면적 상당분 작기 때문에, 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))를 통하여 소재에 작용하는 단위면적당의 압력(누름 응력)이 그만큼 크다. 이 때문에, 펀치(48)의 누름 동작 1회당의 소재의 깊이 방향의 소성 변형량은 종래의 금형(다이(1))에 비해 크고, 그것만큼 우산형상부 페이스(16)의 심층부까지 경도를 향상시킬 수 있다.

다음에 실시예 방법 1(2)와 비교예 방법 1(2)에 의해 각각 제조한 갓 직경 70mm(갓 직경 160mm)의 밸브의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 도 10(11)에 나타낸다. 또한, 비교예 방법 1(2)는 도 2(d)에 도시하는 2차 단조에 사용하는 금형(40)(다이(42))만이 도 2에 도시하는 실시예 방법 1(2)와 다르고, 그 밖의 공정에 대해서는 상기한 실시예 방법 1(2)와 조금도 바뀌지 않은 것이다. 그러나, 비교예 방법 1(2)는 도 4에 도시하는 금형(20)(테이퍼 형상 성형면(22c1)이 설치된 다이(22))을 사용하여 도 2(b)에 도시하는 1차 단조를 행한다고 하는 점에서, 종래 방법과는 상이하다.

즉, 비교예 방법 1(2)에서는, 도 2(d)에 도시하는 2차 단조용의 금형(40)(다이(42)) 대신에, 도 14에 도시하는 종래 공지의 금형(특허문헌 1의 2차 단조에 사용되는 금형과 동일 구조의 다이(1))을 사용하여, 바꾸어 말하면, 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))이 주설되어 있는(둘레방향으로 뻗어 있음) 구조의 다이(1)를 사용하여, 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)에 내주측으로부터 외주측으로 소재 미끄럼 변형을 수반하는 단조를 시행하게 되어 있다.

또한 이 경도 시험에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 밸브 완성품의 우산형상부 페이스(16) 상당 부분의 폭방향의 중심과, 폭방향 외주측의 1mm 폭 내의 점, 폭방향내주측의 1mm 폭 내의 점에 각각 측정점을 설정하고, 이들 각 측정점에 있어서의 깊이가 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0mm의 점에 대하여, 비커스 경도계로 경도를 측정했다.

그리고, 도 10에 도시한 경도 시험의 결과를 보면, 실시예 방법 1에서는, 표층부에서는 물론, 표면으로부터 4～5mm의 심층부에서도, 비커스 경도가 500 이상의 측정점이 대단히 많이 확인되고, 고경도가 요구되는 페이스 외주측에는 550HV 이상의 측정점도 적지 않게 확인된다. 한편, 비교예 방법 1에서는, 표면으로부터 4～5mm의 심층부에서는 물론, 표층부에서도, 최고값이 500HV에 달하고 있지 않다.

또한 페이스의 외주측에 상당하는 부분이 내주측 및 중앙부에 상당하는 부분보다도 높다고 하는 경도 패턴의 경향은, 실시예 방법 1 및 비교예 방법 1과도 공통되지만, 페이스의 외주측, 내주측, 중앙부의 어느 경도 패턴에 대해서도, 실시예 방법 1쪽이 비교예 방법 1보다도 약 50～63HV 정도 높다(실시예 방법 1보다도 비교예 방법 1쪽이 약 50～63HV 정도 낮음).

이와 같이, 실시예 방법 1과 비교예 방법 1에서 각각 제조한 밸브의 우산형상부 페이스에 있어서의 경도를 비교한 경우에, 실시예 방법 1보다도 비교예 방법 1쪽이 약 55～65HV 정도 낮아지는 이유는, 이미 설명한 바와 같이, 2차 단조시, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)에 작용하는 단위면적당의 압력(누름 응력)의 차에 의한 것이다. 즉, 실시예 방법 1에서는, 2차 단조시에, 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))를 통하여 소재에 작용하는 단위면적당의 압력(누름 응력)이, 비교예 방법 1에 있어서의 2차 단조시의 누름 성형면을 통하여 소재에 작용하는 단위면적당의 압력(누름 응력)보다도 크기 때문에, 밸브의 우산형상부 페이스(16)의 표층부로부터 심층부의 전역에 있어서, 약 50～63HV 정도의 차이가 생긴다고 생각된다.

또한 도 11은 갓 직경 160mm의 밸브의 제조에 본 발명방법을 적용한 것으로, 실시예 방법 2와 그 비교예 방법 2에 의해 각각 제조한 밸브(갓 직경 160mm)의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 나타내고 있다.

이 실시예 방법 2 및 비교예 방법 2에서는, 실시예 방법 1의 각 공정, 비교예 방법 1의 각 공정과 실질적으로 변한 것은 아니지만, 밸브의 갓 직경이 큰 만큼, 도 2(a)에 도시하는 업세팅 공정에서 성형하는 구 형상 팽출부가 크고, 도 2(b)에 도시하는 1차 단조용의 금형(20)(다이(22) 및 펀치(28)) 및 도 2(d)에 도시하는 2차 단조용의 금형(40)(다이(42) 및 펀치(48))도 밸브의 갓 직경에 따라 크게 형성되어 있다.

또한, 단조용 금형(40)의 프레스력을 크게 하여, 2차 단조시의 소재에 작용하는 단위면적당의 누름 볼록부(43)에 의한 압력(누름 응력)이 실시예 방법 1의 경우와 동일한 값으로 되도록 설계(금형(40)의 프레스력/누름 성형면(44)의 총면적이 실시예 방법 1과 동일하게 설정)되어 있다. 그러나, 갓 직경 160mm의 우산형상부는 갓 직경 70mm의 우산형상부보다도 그 두께가 증가하기 때문에, 그만큼 압력에 대한 소재의 변형 저항이 커, 소성 변형하기 어렵다. 따라서, 실시예 방법 2에서는, 2차 단조시, 소재에 실제로 작용하는 단위면적당의 누름 볼록부(43)에 의한 압력(누름 응력)이 실시예 방법 1의 경우보다 작다(우산형상부 페이스면(16a)에 있어서의 소성 변형량이 실시예 방법 1의 경우보다 적음). 이 때문에, 실시예 방법 2에서는, 실시예 방법 1의 경우와 동일한 정도의 심층부까지는 소성 변형이 미치치 못하여, 실시예 방법 1(약 550～500HV)에 비해, 약 50～100HV 정도 낮은 약 500～400HV의 경도가 된다. 그러나, 고경도가 요구되는 페이스 외주측에서는, 실시예 방법 1(약 550～500HV)에 비해 약 50HV 정도 낮은 약 500～450HV이며, 이것은 밸브의 우산형상부 페이스로서 충분한 경도이다.

또한 도 11에 도시한 경도 시험의 결과를 보면, 실시예 방법 2 및 비교예 방법 2에서는, 페이스 외주측, 중앙부 및 내주측의 모든 경도 패턴에 대하여, 깊어질수록 경도가 저하된다고 하는 동일한 경향을 나타내고, 모든 경도 패턴에 대하여, 실시예 방법 2쪽이 평균하여 약 54～75HV 정도 경도가 높은 것을 알 수 있다. 또한 실시예 방법 2에서는, 페이스 내주측의 심층부(깊이 4.0～5.0mm)에 있어서의 경도가 400HV 미만이지만, 그 이외는 500～400HV의 범위에 있다. 또한 비교예 방법 2에서는, 페이스 내주측의 심층부(깊이 4.0～5.0mm)에 있어서의 경도가 350HV 미만이지만, 그 이외는 450～350HV의 범위에 있다.

그리고, 실시예 방법 2와 비교예 방법 2에서 각각 제조한 밸브의 우산형상부 페이스에 있어서의 경도를 비교한 경우에, 페이스의 외주측, 내주측, 중앙부의 어느 경도 패턴에 대해서도, 실시예 방법 1쪽이 비교예 방법 1보다도 약 54～75HV 정도 높은(실시예 방법 1보다도 비교예 방법 1쪽이 약 54～75HV 정도 낮음)데, 이미 설명한 바와 같이, 2차 단조시, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)에 작용하는 단위면적당의 압력(누름 응력)의 차에 의한 것으로 생각된다.

도 12, 도 13은, 실시예 방법 3, 4에 의해 제조한 갓 직경 70mm, 160mm인 밸브의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과를 각각 나타내는 설명도이며, (a)는 측정결과표, (b)는 (a)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.

이 실시예 방법 3(4)는 도 2(b)에 나타내는 1차 단조 공정과, 도 2(c)에 나타내는 여유두께 조정 공정이, 실시예 방법 1(2)와 다르고, 그 밖의 공정에 대해서는 상기한 실시예 방법 1(2)와 조금도 다른 것은 아니지만, 도 5～8에 도시하는 금형(40)(다이(42))을 사용하여 도 2(d)에 도시하는 2차 단조를 행한다고 하는 점에서, 종래 방법과는 상이하다.

실시예 방법 3(4)에서는, 도 2(b)에 도시하는 1차 단조용의 금형(20)(다이(22)) 대신에, 도 15에 도시하는, 원반 형상의 우산형상부의 외형을 성형하는 성형면(22c')이 형성된 금형(20')(다이(22)')을 사용하여 1차 단조를 행한다. 바꾸어 말하면, 실시예 방법 1(2)에서 사용하는 금형(20)(다이(22))에는, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 원반 형상의 우산형상부의 외형을 성형하는 성형면(22c)이 형성되고, 성형면(22c)에는, 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부에 테이퍼면(16a)을 성형하는 테이퍼 형상 성형면(22c1)이 설치되어 있는데, 실시예 방법 3(4)에서 사용하는 금형(20')(다이(22)')의 성형면(22c')에는, 테이퍼 형상 성형면(22c1)이 형성되어 있지 않다.

그 때문에 실시예 방법 3(4)에 있어서의 여유두께 조정 공정에서는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 밸브 중간품(W2)을 회전시키면서, 절삭공구(30, 32)를 사용하여, 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리에 테이퍼면(16a)을 형성할 필요가 있다.

이 실시예 방법 3(4)에서 제조한 밸브의 우산형상부 페이스의 경도는 525～455HV(488～360HV)의 범위에 분포되어 있고, 554～483HV(504～380HV)의 범위에 분포하는 실시예 방법 1(2)에서 제조한 밸브의 우산형상부 페이스의 경도보다도, 약 30HV(20HV) 정도 낮은 값인데, 이것은 2차 단조 공정에 반입되는 밸브 중간품(W3)의 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)이, 실시예 방법 3(4)에서는, 절삭면으로 구성되어 있는 것에 반해, 실시예 방법 1(2)에서는, 단조에 의한 성형면으로 구성되어 있는 것에 의한 것으로 생각된다.

즉, 실시예 방법 3(4)에서는, 1차 단조에 의해, 밸브 중간품(W2)의 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리부에 있어서의 단류선이 치밀하게 되어, 원반 형상의 우산형상부 둘레 가장자리부에 있어서의 경도가 어느 정도 높아진다. 그러나, 그 후의 여유두께 조정 공정(도 16 참조)에서, 단면 직사각 형상의 둘레 가장자리 코너부가 테이퍼 형상으로 절삭됨으로써, 표면을 따라 층 모양으로 형성된 외측의 단류선이 끊어져, 테이퍼면에 내측의 단류선(경도가 낮은 내층부)이 노출된 형태로 된다. 이 때문에, 2차 단조 공정에서, 금형(40)을 사용하여, 원반 형상의 우산형상부의 테이퍼면을 포함하는 둘레 가장자리부에 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 발생하는 단조를 시행했다고 해도, 단류선이 끊긴 내층부가 성형면에 노출된다고 하는 형태는 바뀌지 않고, 성형면인 밸브의 우산형상부 페이스의 경도는, 1차 단조한 성형면을 그대로 2차 단조하는 실시예 방법 1(2)에 비해, 약 30HV(20HV) 정도 낮아진다고 생각된다.

한편, 이 실시예 방법 3(4)에 대한 비교예 방법 3, 4는, 종래 공지의 방법이며, 도 2(d)에 사용되는 2차 단조용 금형으로서, 도 14에 도시하는, 종래 공지의 금형(누름 볼록부(누름 성형면)가 다이의 내측에 주설된 구조)을 사용하여, 여유두께 조정 공정에서 절삭에 의해 형성된 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리 테이퍼면(16a)에 내주측으로부터 외주측으로 소재의 미끄럼 변형을 수반하는 단조를 시행하도록 한 것으로, 이 점에서, 실시예 방법 3, 4와 상이하다.

그리고, 종래 방법인 비교예 방법 3(4)에 의해 제조된 갓 직경 70mm(160mm)의 밸브의 우산형상부 페이스에서의 경도 시험의 측정결과에 대해서는, 직접 제시하고 있지는 않다. 그러나, 도 10(11)에 도시하는 바와 같이, 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))가 둘레방향으로 뻗어 있는 종래 공지의 금형(다이)에 의해 2차 단조를 시행하는 비교예 방법 1(2)에서는, 누름 볼록부(43)(누름 성형면(44))이 둘레방향으로 동일한 간격으로 배치되어 있는 금형(40)(다이(42))에 의해 2차 단조를 시행하는 실시예 방법 1(2)에 비해, 우산형상부 페이스의 경도가 약 50～63(54～75)HV 정도 낮아지므로, 종래 방법인 비교예 방법 3(4)에서 제조된 밸브의 우산형상부 페이스의 경도는, 실시예 방법 3(4)에서 제조된 밸브의 우산형상부 페이스의 경도보다도 약 50～63(54～75)HV 정도 낮은, 도 12, 13의 가상선으로 나타낸 범위 A(B)에 분포되는 것으로 추정된다.

즉, 실시예 방법 3(4)에 의하면, 종래 방법인 비교예 방법 3(4)에 의해 밸브를 제조하는 경우보다도, 밸브의 우산형상부 페이스의 경도를 약 50～63(54～75)HV 정도 높일 수 있다.

또한, 상기한 실시예 방법 1～4에서는, 내열 합금제의 포핏 밸브(10)의 소재를 NCF80A제로서 설명했지만, 밸브(10)의 소재는 NCF751과 그 밖의 석출경화형 Ni 기재 합금이어도 되고, 더욱이, 석출경화형 Ni 기재 합금 이외의 내연기관용 밸브의 소재로서 공지인 다른 내열 합금이어도 된다.

10 포핏 밸브
11 축부
12 우산형상부
16 우산형상부 페이스
16a 테이퍼면
W1～W5 밸브 중간품
20 1차 단조용의 금형
22 다이
22c 원반 형상의 우산형상부 성형면
22c1 테이퍼부 성형면
28 펀치
40 2차 단조용의 금형
42 다이
43 누름 볼록부
44 누름 성형면
46 오목 홈
48 펀치
50 이젝터 핀

Claims

내연기관의 밸브 시트와 접촉하는 밸브의 우산형상부 페이스를 성형하는 누름 볼록부가 그 내측에 주설된 다이와, 상기 다이에 삽입된 밸브 중간품의 우산형상부 전면측을 누르는 펀치를 구비한 금형에 의해, 내열 합금제의 밸브 중간품의 우산형상부 페이스측에 그 내주측으로부터 외주측을 향하여 미끄럼 변형이 생기는 단조를 시행하는 내연기관용 밸브의 제조방법에 있어서,
상기 다이에는, 둘레방향으로 뻗어 있는 상기 누름 볼록부의 둘레방향으로 등분으로 복수의 개소에 이 누름 볼록부를 가로지르는 오목 홈이 설치됨과 아울러, 상기 펀치의 누름 동작에 연계하여, 상기 밸브 중간품과 상기 금형을 소정 각도 상대회전시키면서 단조를 시행하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펀치가 누름 동작을 한 후, 상기 다이의 상방 소정 위치까지 상승했을 때, 상기 밸브 중간품은 그 축단부가 이젝터 핀에 의해 밀어내져 그 우산형상부가 상기 다이의 누름 볼록부로부터 떨어진 형태로 유지되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 중간품은 1차 단조에 의해 축단부에 원반 형상의 우산형상부가 성형되고, 절삭에 의해 상기 원반 형상의 우산형상부의 여유두께부가 조정된 후에, 상기 원반 형상의 우산형상부에 2차 단조를 시행하는 상기 금형에 공급되는데,
상기 1차 단조 공정에서는 상기 원반 형상의 우산형상부를 성형함과 동시에, 이 원반 형상의 우산형상부의 둘레 가장자리에 밸브의 우산형상부 페이스에 대응하는 소정의 테이퍼부를 성형하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 밸브의 제조방법.