KR20030080982A

KR20030080982A - 포핏밸브의 제조방법

Info

Publication number: KR20030080982A
Application number: KR1020020064832A
Authority: KR
Inventors: 칸자키타츠오
Original assignee: 후지 오오젝스 가부시키가이샤
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2003-10-17
Also published as: CN1450288A; JP2003305524A; EP1353044A2

Abstract

포핏밸브는 자동차의 내연기관에 사용된다. 포핏밸브의 밸브스템과 밸브헤드는 개별적으로 만들어진다. 보어는 밸브헤드의 상단에 형성되고, 환형홈을 가지는 결합부는 밸브스템의 하부에 형성된다. 밸브스템의 결합부는 밸브헤드의 보어에 결합되고, 보어의 둘레벽은 외측으로부터 밸브스템의 수직축을 향해 가압되고 소성변형됨으로써, 밸브스템이 밸브헤드와 결합되어 포핏밸브가 만들어진다.

Description

포핏밸브의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING A POPPET VALVE}

본 발명은 포핏밸브의 제조방법에 관한 것이다.

밸브스템(valve stem)과 그 밸브스템 하단의 밸브헤드(valve head)로 이루어진 포핏밸브는 일반적으로 다음의 네가지 방법에 따라 제조된다.

(a) 긴 원통형 소재를 전기 업셋 단조기(electric upset forging machine)로 수축(shrunken)시켜 일단에 중간물(intermediate)로서 구형 확경부(spherical enlarged portion)를 형성하고, 그 확경부를 열간단조하여 밸브스템의 일단에 밸브헤드를 가지는 포핏밸브를 형성한다.

(b) 가열된 큰 직경의 짧은 길이의 소재를 열간 초킹 단조(hot-choking forging)하여 일단에 중간물로서 확경부를 가지는 밸브스템을 형성한다. 그 후, 그 확경부를 열간단조하여 밸브스템의 일단에 밸브헤드를 가지는 포핏밸브를 형성한다.

(c) 가열된 짧은 길이의 소재를 열간단조하여 밸브헤드를 성형하고, 밸브스템에 용접하여 포핏밸브를 형성한다.

(d) 원통형 소재를 복수의 냉간단조 단계(예를 들면, 4단계)를 통해 밸브스템의 일단에 밸브헤드를 가지는 포핏밸브를 형성한다.

방법 (a)에서는, 중간물을 성형하는 데에 비교적 장시간이 걸린다. 중간물을 형성하기 위해 4∼5개의 고가의 전기 업셋 단조기가 필요하기 때문에 비용이 증가한다.

방법 (b)에서는, 소재의 크기를 결정하기 어렵다. 큰 직경의 밸브를 제조하면 큰 외경의 소재의 치수 정밀도가 감소되고 스퀴징 저항(squeezing resistance)이 증가되어 다이(die)의 수명이 감소된다. 한편, 압출성을 향상시키기 위해, 소재의 외경을 작게 하면, 밸브헤드의 치수 정밀도가 감소된다.

방법 (c)에서는, 밸브헤드와 가른 소재로 만들어진 밸브스템에 밸브헤드가 결합된다는 이점이 있다. 그러나, 융점의 차이로 인해 용접이 어려운 두 재료를 결합할 수 없기 때문에 재료의 종류에 제약이 있다.

방법 (d)에서는, 다수의 성형공정이 너무 많아 생산성이 낮고, 일반적인 내열강(heat-resistance steel)에 있어서 냉간 단조성이 나쁘기 때문에 불량품이 만들어질 수도 있다.

(c)를 제외한 방법들에서는, 밸브스템과 밸브헤드가 일체적으로 성형되어, 용도에 따라 다른 소재를 사용할 수 없다.

상기 문제점을 감안하여, 본 발명의 목적은 제조 비용을 절감하기 위해 밸브스템을 밸브헤드에 용이하게 결합하는 포핏밸브의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그 목적을 이루기 위해, 본 발명에 따르면, 밸브스템과 밸브헤드 중 하나는 외주면 상에 환형홈(annular groove)을 가지는 결합부를, 다른 하나는 보어(bore)를 가지는 밸브스템과 밸브헤드를 개별적으로 만드는 단계; 결합부를 보어와 결합하는 단계; 및 보어의 둘레벽을 외측으로부터 밸브스템의 축선을 향해 소성변형하도록 가압하여 밸브스템을 밸브헤드에 일체적으로 결합하는 단계를 포함하는 포핏밸브의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 특징과 이점들은 첨부도면에 도시된 바와 같이 실시예에 대한 아래의 설명으로 더욱 명백해진다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 제 1실시예에 의해 만들어진 포핏밸브의 부분 절취 정면도;

도 2는 제 1실시예에서 결합되기 전의 밸브스템(valve stem) 및 밸브헤드의 정면도;

도 3은 밸브스템의 하단이 밸브헤드의 보어와 결합되는 포핏밸브의 부분 절취 정면도;

도 4는 밸브스템이 프레싱 지그에 의해 밸브헤드에 결합되는 포핏밸브의 부분 절취 정면도;

도 5는 본 발명에 따른 제 2실시예의 밸브스템의 하단 정면도;

도 6은 밸브스템이 프레싱 롤러에 의해 밸브헤드에 결합되는 포핏밸브의 부분 절취 정면도;

도 7은 본 발명에 따른 방법의 제 3실시예에서 결합 전의 밸브스템 및 밸브헤드의 정면도; 및

도 8은 밸브스템이 프레싱 롤러에 의해 밸브헤드와 결합되는 포핏밸브의 부분 절취 정면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

(1) 포핏밸브

(2) 밸브스템

(2a) 결합부

(3) 밸브헤드

(4) 환형홈

(5) 보어

(6) 축구멍

(6a) 확경부(擴徑部)

(7) 프레싱 지그

(8) 둘레벽

(9) 환형홈

(10) 프레싱 롤러

(11) 보어

(12) 결합부

(13) 환형홈

(14) 둘레벽

첨부 도면에 대해 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 포핏밸브(1)의 제 1실시예의 부분 절취 정면도이다.

포핏밸브(1)는 아래와 같이 서로 결합되어 있는 밸브스템(2)과 밸브헤드(3)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 원통형 소재가 절단되어 형성된 밸브스템(2)의 하단의 외주면에, 위쪽으로 테이퍼지는 환형홈이 형성되어 있다. 환형홈(4)은 결합부(2a) 상에 형성되어 있다.

냉간 또는 열간 단조에 의해 성형된 밸브헤드(3)의 중간에는, 결합부(2)와 결합되기에 충분한 내경과 깊이를 가지는 보어(5)가 형성되어 있다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브스템(2)의 결합부(2a)는 밸브헤드(3)의 보어에 결합된다. 그리고 나서, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브헤드(3)가 프레스기(도시안됨) 상에 배치된다. 그 후, 밸브스템(2)이 하단에 확경부(6a)를 가진 축구멍(6)을 가지는 프레싱 지그(pressing jig)(7) 내에 삽입된다.

축구멍(6)의 확경부(6a)의 내면에 의해, 밸브헤드(3)의 상간에서 둘레벽(8)이 확경부(2a)의 환형홈(4)을 향해 강하게 가압되고 소성변형되어 밸브스템(2)이 밸브헤드(3)에 결합된다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제 2실시예를 나타낸다. 균일한 깊이를 가지는 환형홈(9)이 밸브스템(2) 하부의 외주면에 형성되고, 밸브헤드(3) 상단의 둘레벽(8)이 수직축선 둘레를 같은 방향으로 각각 회전하는 한 쌍의 프레싱 롤러(10, 10)에 의해 강하게 가압되어, 밸브스템(2)의 수직축선을 향해 소성변형된다. 그리하여, 둘레벽(8)이 환형홈(9) 내로 끼워맞춰진다.

따라서, 밸브스템(2)이 밸브헤드(3)에 결합된다. 밸브스템(2)의 환형홈(9)은 제 1실시예에 비해 인장하중에 대한 풀림 저항이 증가된다. 이 실시예에서는, 환형홈(9)이 오목하게 형성될 수도 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제 3실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 상기 실시예와 반대로, 보어(11)가 밸브스템(2)의 하부에 형성되어 있고, 확경부(12)가 밸브헤드(3)의 상부에 구비되어 있다. 환형홈(13)은 오목하게 형성되어 있다. 결합부(12)는 보어(11)에 삽입되고, 보어(11)를 포함하는 둘레벽(14)의 외주면은 상기와 유사한 한 쌍의 프레싱 롤러(10)에 의해 밸브스템(2)의 수직축선을 향해 강하게 가압되어, 밸브스템(2)이 밸브헤드(3)에 결합된다. 환형홈(13)은 상기와 동일한 형상으로 형성될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 상기 실시예에서는, 밸브스템(2)과 밸브헤드(3)가 별도로 만들어지고, 그것들의 단부가 서로 결합된다. 밸브헤드(3)또는 밸브스템(2)의 결합 보어(5, 11)의 둘레벽(8, 14)은 밸브스템(2)의 축선을 향해 소성변형되어, 밸브스템(2)이 밸브헤드(3)와 일체적으로 형성되고, 그로 인해, 포핏밸브(1)가 용이하게 제조된다.

그러므로, 종래의 방법등에 비해, 제조비용이 절감될 수 있다.

포핏밸브의 용도, 비용, 및 경량화의 관점에서, 밸브스템(2)과 밸브헤드(3)의 소재를 적절히 결정할 수 있다. 예를 들면, 밸브스템(2)이 탄소강 또는 기계구조용 합금강과 같은 저렴한 소재로 만들어질 수도 있고, 밸브헤드(3)는 내열강으로 만들어질 수도 있어서, 총비용이 절감된다. 밸브스템(2)이 알루미늄 합금, 티탄 합금, 또는 마그네슘 합금과 같은 저밀도 소재로 만들어져 포핏밸브(1)를 경량화할 수도 있다.

밸브스템(2)과 밸브헤드(3)는 별도로 형성된다. 따라서, 다른 직경의 밸브헤드 또는 다른 직경의 밸브스템을 가지는 포핏밸브가 쉽게 만들어질 수 있다. 융점의 차이로 이해 용접이 어려운 내열강과 알루미늄 합금과 같은 다른 소재로 만들어지더라도, 쉽게 결합될 수 있다.

밸브헤드(3)는 높은 치수 정밀도를 제공하는 냉간단조에 의해 성형되어 후가공을 생략하여 비용을 절감할 수 있다.

상기는 단지 본 발명의 실시예들에 관한 것만은 아니다. 청구의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변경과 수정이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 포핏밸브의 제조방법에 따른면, 밸브스템과 밸브헤드를 용이하게 결합하는 포핏밸브의 제조방법을 제공하여 제조비용을 절감할 수 있다.

Claims

밸브스템과 밸브헤드를 별도로 만드는 단계로서, 이 밸브스템 및 밸브헤드 중 하나는 외주면 상에 환형홈이 있는 결합부를 가지고, 다른 하나는 보어를 가지는 단계;

상기 결합부와 상기 보어를 결합하는 단계; 및

상기 보어의 둘레벽을 외측으로부터 밸브스템의 축을 향해 가압하여 상기 밸브스템을 상기 밸브헤드에 결합하기 위해 소성변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 결합부는 상기 밸브스템의 하단에 구비되어 있고, 상기 보어는 상기 밸브헤드의 상단에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 보어는 상기 밸브스템의 하단에 형성되어 있고, 상기 결합부는 상기 밸브헤드의 상단에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 환형홈은 상방으로 테이퍼지고, 상기 밸브스템은 프레싱 지그의 축구멍에 삽입되고, 상기 축구멍은 하단에 확경부를 가지며, 상기 밸브헤드의 보어에 결합되는 밸브스템의 결합부는 프레싱 지그의 하향이동에 의해 가압되어, 상기 확경부가 상기 밸브헤드의 보어의 둘레벽을 강하게 가압하는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 밸브스템의 결합부가 결합되어 있는 상기 밸브헤드의 보어의 둘레벽은 수직 축둘레를 각각 회전하는 복수의 프레싱 롤러에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 밸브헤드의 결합부가 결합되어 있는 상기 밸브스템의 보어의 둘레벽은 수직 축둘레를 각각 회전하는 복수의 프레싱 롤러에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 포핏밸브의 제조방법.