KR20110059617A - 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부를 제조하는 방법 및 중공 엔진 밸브 - Google Patents

중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부를 제조하는 방법 및 중공 엔진 밸브 Download PDF

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Abstract

특히 내열성이 충분한 소재를 포함하는 중공 엔진 밸브 (V) 의 밸브 헤드부 (1) 의 성형이 냉간 단조에 의해 실행한다. 이때, 뛰어난 내열성을 갖는 소재를 가공하여, 내경 (φ11) 이 밸브 헤드부 (1) 의 완성품의 중공 구멍 (S1) 의 최대 내경 (φ11) 과 동일한 중공 구멍 (S11) 및 최대 외경 (φ12) 이 완성품의 직경-확대 구간 (1a) 의 최대 외경 (φ12) 과 동일한 직경-확대 구간 (111) 을 구비하는 밸브 헤드부 반완성품 (11) 을 성형한다. 직경-확대 구간 (111) 의 중앙부에서 하부 이외의 밸브 헤드부 반완성품의 부분은 복수 회 실행된 냉간 단조에 의해 네킹다운되어 밸브 헤드부 (10) 의 완성품을 얻는다. 본 발명에 의해 완성품을 얻는 이 방법이 제공된다.

Description

중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부를 제조하는 방법 및 중공 엔진 밸브{METHOD OF MANUFACTURING UMBRELLA PORTION OF HOLLOW ENGINE VALVE, AND HOLLOW ENGINE VALVE}
본 발명은, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법; 및 밸브 헤드부를 구비하는 중공 엔진 밸브에 관한 것이다. 밸브 헤드부는, 종공 축부를 위한 소재의 내열성과 비슷하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하며, 밸브 헤드부는 중공 축부에 용접된 측으로 개방되는 밸브 헤드부 중공 구멍을 구비한다. 밸브 헤드부 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 확대된 직경을 가지도록 성형되며, 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 최대 외경보다 더 크다.
중공 엔진 밸브의 제조를 위해, 중공 엔진 밸브의 3 개의 부재, 즉 밸브 헤드부, 중공 축부, 및 축 단부 밀폐재가 별도로 제조되며, 이 3 개의 부재는 용접에 의해 최종적으로 함께 결합되어 완성품으로서의 중공 엔진 밸브를 얻는다. 이 기술은 하기 특허 문헌 1 에 개시되어 있는 바와 같이 지금까지 실행되어 왔다. 또한, 밸브 헤드부와 일단부가 밀폐된 중공 축부를 용접에 의해 접합하여 완성품으로서의 중공 엔진 밸브를 얻는 것이 실행되어 왔다. 나트륨이, 고온 내성이 요구되는 배기 밸브용의 중공 엔진 밸브의 중공 구멍에 밀봉 또는 봉입되고, 밸브 헤드부로부터 밸브 헤드부에 더 가까운 중공 축부의 구간에 이르는 온도가 특히 높은 엔진 밸브의 영역의 냉각을 담당한다. 따라서, 중공 엔진 밸브의 중공 구멍의 형상은, 하기 특허 문헌 1 의 도 2 및 도 3 에 도시된 것 같은 단순한 원통 형상보다는 하기 특허 문헌 2 의 도 1 에 도시된 것 같은 밸브 헤드부 내부에서 직경이 확대되는 형상을 갖는 것이 보다 바람직하다.
종래의 중공 엔진 밸브, 특히 고온에 노출되는 배기용의 중공 엔진 밸브에 있어서는, 가장 온도가 높은 밸브 헤드부에서는 망간-베이스 내열강 또는 니켈-베이스 내열강과 같은 내열성을 포함하는 뛰어난 특성을 나타내는 소재를 이용하고; 그다지 온도가 높지 않은 중공 축부 또는 축 단부 밀폐재에 대해서는 통상적인 강 소재 또는 통상적인 내열 강 소재를 이용하며; 그리고 3 개의 부재, 즉 밸브 헤드부, 중공 축부, 및 축 단부 밀폐재, 또는 2 개의 부재, 즉 밸브 헤드부 및 일단부가 밀폐된 중공 축부를 용접하여, 중공 엔진 밸브의 완성품을 구성하는 것이 일반적이었다. 대안적으로는, 특히 뛰어난 내열성이 요구되는 경우에는, 중공 축부에도 밸브 헤드부와 같이 내열성을 포함하는 뛰어난 특성을 나타내는 소재를 사용하는 방법이 실행되었다.
본래, 중공 엔진 밸브의 전체를 뛰어난 내열성을 포함하는 특성을 나타내는 상기 소재 중 어떤 것으로 제조하는 것이 이상적이다. 그러나, 이들 소재는 고가이고, 경질이며, 가공 특성 또는 작업성이 나쁘다. 따라서, 특히 온도가 높은 밸브 헤드부에만 이들 소재를 이용하고, 그다지 온도가 높지 않은 중공 축부 또는 축 단부 밀폐재에는 통상적인 강판을 적용한다. 그러므로, 중공 엔진 밸브의 제조 방법에 있어서는, 특히 밸브 헤드부의 제조 방법에 관해서, 수많은 기술 개발을 해왔다. 중공 축부에도 뛰어난 내열성을 포함하는 특성을 가지는 소재를 사용하는 경우는 많지 않다. 따라서, 배기 밸브에 있어서는 뛰어난 내열성을 포함하는 특성을 가지는 소재를 사용할 필요가 있으며 성형이 어려운 밸브 헤드부의 제조 방법에 관한 기술에만 중점을 둔다.
중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조에 있어서는, 2 개의 부분에 개발의 포인트가 집중된다. 제 1 부분은 밸브 헤드부의 선단 직경-확대 구간의 제조 방법이며, 제 2 부분은 밸브 헤드부에 중공 구멍을 성형하는 방법에 관한 기술이다. 즉, 상기와 같이 밸브 헤드부에 사용하는 소재는, 내열성이 뛰어나지만 가공성은 나쁘다. 따라서, 선단 직경-확대 구간을 성형할 때, 또는 중공구멍을 제공할 때, 통상적인 강재의 가공에 비해 고도의 가공 곤란성을 극복해야 한다. 이와 관련하여, 지금까지 다양한 발명 및 장치가 달성되어 왔다.
특허 문헌 1 에서는, "강판을 말아 성형한 중공 밸브" 는, 밸브 헤드부의 제조 방법의 상세사항에 대해서는 언급하지 않고, 다만 "단조" 만을 기재하고 있다. 내부의 중공 구멍은 원통 형상이기 때문에, 펀치 또는 드릴을 이용하여 성형한 것으로 생각된다.
특허 문헌 2 에 개시된 "Na-충전 중공 엔진 밸브의 제조 방법" 에 있어서는, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 성형에는 "열간 소성 가공" 을 이용하는 것으로 기재되어 있고, 중공 구멍의 성형에는 "열간 정수압 프레싱" 을 사용하는 것으로 기재되어 있다. 그러므로, 결국 "열간 단조" 에 의해 밸브 헤드부 및 중공 구멍 양자가 성형된다. 특허 문헌 2 의 발명에 있어서는, 밸브 헤드부의 소재로서 "밸브 축의 직경보다 더 큰 직경의 환형 소재" 를 이용하는 것으로 기재되어 있고, 중공 구멍의 내경은 초기에는 "완성된 밸브 중공부의 내경보다 더 크다" 라고 기재되어 있다. 특허 문헌 2 의 도 1 에 있어서는, 초기 중공 구멍의 내경은, 밸브 헤드부의 열간 단조 공정 동안 더 확대되고, 직경이 확대된 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간 내에 제공되는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 실제의 단조 공정에 있어서, 최초의 천공된 중공 구멍의 내경 이상의 치수로 중공 구멍의 직경을 확대하여 중공 구멍을 적절한 형상으로 성형하는 것은 매우 어렵다. 실제로는, 중공 구멍은, 특허 문헌 2 의 도 1 에 그려져 있는 것과 달리 직경이 확대되지 않는다.
하기 특허 문헌 3 에 개시된 "Na-충전 중공 엔진 밸브의 제조 방법" 에 있어서는, 이 문헌의 제 1 발명 및 제 2 발명에 따라, 관의 선단부를 먼저 구 형태로 단조하고 그 후 우산 형상으로 성형한다. 밸브 헤드부의 선단부 직경-확대 구간은 이 방법에 의해 성형되고, 이 성형 방법은 열간 단조이다. 제 1 발명에서는 중공 관인 상태로 유지되고, 제 2 발명에서는 중공 부분에 피삭성이 높은 소재를 봉입하는 차이점이 있다. 한편, 제 3 발명은, 중공 부분에 피삭성이 높은 소재를 봉입하고, 성형된 중공 축부의 직경보다 더 큰 직경을 가지는 관으로 시작하여, 관의 일단부를 우산 형상으로 성형하고, 관의 타단부를 얇은 관의 형상으로 성형한다. 성형 방법은 양 단부에서 모두 열간 단조이다.
중공 구멍의 형성에 관해서는, 제 1 발명은 시작부터 중공 구멍을 갖는 반면, 제 2 발명 및 제 3 발명은 중공 부분에 봉입된 피삭성이 높은 소재를 절삭하고 제거함으로써 중공 구멍을 성형한다. 제 1 발명 내지 제 3 발명 모두에 있어서, 밸브 헤드부의 선단 직경-확대 구간의 중앙에는 열에 대한 높은 내성을 갖는 소재가 결핍되어 있다. 그러나, 이 발명은, 마지막 공정에서 이 중앙 부분에 내열성이 높은 소재를 용접하여, 선단 직경-확대 구간의 외측 전체를 내열성이 높은 소재를 포함하는 것으로 성형하는 방법을 적용한다.
하기 특허 문헌 4 에 개시된 "Na-충전 중공 엔진 밸브의 제조 방법" 에 있어서는, 밸브 헤드부는 덩어리 (conglomerate) 형상 (제 1 발명) 또는 환봉 형상 (제 2 발명) 이며, 중공 축부에 접합되는 단부에 중공 구멍을 가지는 것이 특징이다. 즉, 밸브 헤드부를 구성하는 내열성이 높은 소재는 피삭성이 나쁘다. 따라서, 중공 구멍만을 천공하고, 천공된 부분에 중공 축부를 용접하여 연속하는 중공 구멍을 성형하며, 그 후 밸브 헤드부를 우산 형상으로 성형한다. 밸브 헤드부의 성형 단계는 열간 단조에 의해 실행된다. 이 방법의 결점은 다음과 같다: 밸브 헤드부에 천공된 중공 구멍은 얕은 구멍이다. 그러므로, 완성품으로서의 중공 엔진 밸브에 있어서는, 밸브 헤드부와 중공 축부 사이의 용접 지점은, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 바로 근방이고, 엔진의 작동 동안 상당히 높은 온도에 노출된다. 이는 강도에 대한 불안을 남긴다.
종래기술 문헌
특허 문헌
특허 문헌 1: JP-A-63-195308
특허 문헌 2: JP-A-7-102917
특허 문헌 3: JP-A-7-119421
특허 문헌 4: JP-A-7-208127
상기 종래 기술에 관한 한, 밸브 헤드부의 형성에는 열간 단조가 이용된다. 중공 구멍의 형성에 있어서는, 제 1 단계는 내열성의 높은 소재의 관 내에 피삭성이 높은 소재를 봉입하는 것이고, 마지막 단계는 피삭성이 높은 소재를 건 드릴 (gun drill) 등으로 절삭하여 중공 구멍을 제공하는 것이다. 대안적으로는, 처음부터 내열성이 높은 소재를 관의 형태로 이용하여 그대로 중공 구멍을 이용한다. 또한, 밸브 헤드부의 중공 구멍을 얕은 구멍으로서 성형하고, 통상적인 강철로 구성된 관을 밸브 헤드부에 연결하여 중공 구멍을 완성시킨다. 여기서 알수 있는 바와 같이, 밸브 헤드부의 내열성이 높은 소재의 최소 가공성을 극복하기 위해 다양한 연구를 시도해왔다.
그러나, 밸브 헤드부의 형성을 위한 열간 단조의 사용과 관련하여, 이하의 문제점이 지적되어 왔다: 열간 단조의 경우에는, 소재의 온도를 약 850 ℃ ~ 1200 ℃ 의 값으로 상승시켰고, 따라서 이 목적을 위한 설비를 필요로 하였다. 또한, 냉각에도 시간이 걸리고, 따라서 가공 수고가 증가된다. 또한, 금속 팽창 등의 문제점을 포함하는 열간 단조는 냉간 단조의 정밀도 만큼 높은 정밀도를 달성하기를 바랄 수 없다. 또한, 산출된 제품의 표면의 조직은 냉간 단조에서의 표면의 조직에 비해 나쁘다.
따라서, 가공에 의한 밸브 헤드부의 성형은, 본질적으로, 대부분 온간 단조 또는 냉간 단조에 의해 실행되어야 하는 것이 이상적이다. 특히, 배기 밸브용의 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부에 대해서는, 뛰어난 내열성을 가지는 망간-베이스 또는 니켈-베이스 소재를 사용해야 한다. 그러나, 이러한 소재는 매우 경질이기 때문에 상기와 같이 가공성에 있어서 현저하게 열등하고, 이 소재를 냉간 단조로 밸브 헤드부의 완성 형상으로 성형하는 것은 불가능한 것으로 생각되어 왔다.
또한, 이러한 사실은, 특허 문헌 3 (단락 0006) 및 특허 문헌 4 (단락 0008) 에도 명기되어 있다. 이하, 특허 문헌 4 의 관련 설명을 인용한다.
"배기 밸브용의 주류가 되고 있는 SUH35 (21%Cr-4%Ni-9%Mn 강철) 에서는, 마무리시의 냉간 가공 동안 Mn 을 다량으로 함유하고 있다. 따라서, 가공 경화가 발생하고, 관 형성을 매우 어렵게 만든다. 관 형성을 위한 현재의 기술은, 외경 10 mm 이하의 냉간 관 형성 동안 미세 균열 또는 파열을 일으켜, 실용화에 있어서 애로가 있다.
상기 인용의 SUH35 의 성분의 표기는 특허 문헌 4 의 표기와 동일하다.
중공 구멍의 형성에 있어서도, 여러 가지 문제점 생기고 있다. 밸브 헤드부의 중공 구멍은, 동일한 단면의 단순한 원통 형상이 아니고, 가장 온도가 높은 선단 직경-확대 구간의 내부에서 외면의 직경-확대 형상에 상응하여 직경이 확대돼야 하는 것이 바람직하다. 이것은 중공 구멍에 봉입되는 나트륨의 냉각 작용의 관점에서 당연한 경우이다. 그러나, 얕은 구멍이 천공되는 상태에서는, 특허 문헌 4 의 발명에서 보여지는 것처럼, 선단 직경-확대 구간 내부에서 중공 구멍의 직경을 확대시키는 것은 불가능하다. 대신, 특허 문헌 3 의 발명에서와 같이 밸브 헤드부의 소재를 처음부터 관 형상으로 하면, 마지막 단계는 관의 선단에 내열성이 높은 소재를 별도로 용접하는 것이어야 한다. 이것은 수고스럽고, 밸브 헤드부의 선단 직경-확대 구간이 특히 고온에 노출되는 부위이기 때문에, 용접에 의한 강도 불안이 남게 된다. 게다가, 특허 문헌 2 의 발명에 있어서는, 밸브 헤드부의 선단 직경-확대 구간의 중공 구멍이 상기한 바와 같이 특허 문헌 2 의 도 1 에 도시된 것이 되지 않는다.
이상으로부터, 본 발명의 과제 또는 목표를 이하와 같이 설정하였다:
＜목표 1＞
중공 엔진 밸브에 있어서, 중공 축부의 소재와 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하는 밸브 헤드부를 냉간 단조에 의해 형성하는 방법을 개발한다.
＜목표 2＞
상기 소재를 포함하는 밸브 헤드부의 선단 직경-확대 구간부에 있어서, 중공 구멍의 최대 내경이 적어도 밸브 헤드부의 후단부, 즉 중공 축부와의 접속부의 외경보다 크도록 직경이 확대된 중공 구멍을 얻는다.
본 발명은, 목표에 도달하기 위한 수단으로서 문제점을 해결하기 위해 달성되었으며, 이하의 해결책을 제공한다:
＜해결책 1＞
중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법으로서, 중공 엔진 밸브는, 중공 축부, 및 중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그 보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하는 밸브 헤드부를 구비하고, 밸브 헤드부는 중공 축부에 용접된 측으로 개방되는 밸브 헤드부 중공 구멍을 구비하고, 밸브 헤드부 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 확대된 직경을 가지도록 성형되며, 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 최대 외경보다 더 크며,
상기 방법은:
중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 가공하여, 밸브 헤드부 반완성품을 성형함으로써, 밸브 헤드부 반완성품을 제조하는 제 1 단계로서,
밸브 헤드부 반완성품은, 원통형 통 구간, 및 통 구간의 일단부의 직경-확대 구간을 구비하고, 직경-확대 구간은 통 구간과 일체로 되어 있고,
아래에 직경-확대 구간이 있을 때, 직경-확대 구간의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일하고,
밸브 헤드부 반완성품은 완성품의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 구비하고, 원통형 중공 구멍은 상단부에서는 개방되고 직경-확대 구간에 바닥을 두고 있는 하단부를 구비하며,
이 제 1 단계는:
중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하고, 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최소 외경보다 더 크지만 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최대 외경보다는 더 작은 직경을 가지는 원통형 중실 환봉을 소재로서 사용하는 단계;
한편, 중실 환봉의 일단부의 원형면을 상면이 되게 하고, 중실 환봉의 다른 단부의 원형면을 하면이 되게 하며, 상단부에서는 개방되고 하단부에서는 바닥이 있으며 또한 내경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 원통형 중공 구멍을 성형하는 단계; 및
그 후, 단조로 중실 환봉의 하부의 직경을 확대시켜, 하부의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치되게 하는 단계를 포함하고,
따라서, 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치하는 직경-확대 구간을 가지는 밸브 헤드부 반완성품을 제조하게 되고, 밸브 헤드부 반완성품은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 가지게 되며, 원통형 중공 구멍은 바닥이 있는 하단부를 가지게 되는, 제 1 단계; 및
복수의 단계의 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운 (necking down) 시키고, 즉 직경-확대 구간 및 통 구간의 상부를 가압하는 다이를 사용하여 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는 제 2 단계로서, 다이의 내경은 단계가 진행됨에 따라 조금씩 감소하고, 사용된 다이의 수는 네킹을 위한 공정의 수와 동일하며,
따라서, 직경-확대 구간의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 원통형 중공 구멍의 내경으로 유지되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 내경은 높이가 증가함에 따라 감소하고 통 구간의 상단부의 중공 축부의 중공 구멍의 내경과 동일하도록 구성된 완성품으로서의 밸브 헤드부를 얻게 되는 제 2 단계를 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
＜해결책 2＞
중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법으로서, 중공 엔진 밸브는, 중공 축부, 및 중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하는 밸브 헤드부를 구비하고, 밸브 헤드부는 중공 축부에 용접된 측으로 개방되는 밸브 헤드부 중공 구멍을 구비하고, 밸브 헤드부 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 확대된 직경을 가지도록 성형되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 최대 외경보다 크며,
상기 방법은:
중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 가공하여, 밸브 헤드부 반완성품을 성형함으로써, 밸브 헤드부 반완성품을 제조하는 제 1 단계로서,
밸브 헤드부 반완성품은, 원통형 통 구간, 및 통 구간의 일단부의 직경-확대 구간을 구비하고, 직경-확대 구간은 통 구간과 일체로 되어 있고,
직경-확대 구간이 아래에 있을 때, 직경-확대 구간의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일하고,
밸브 헤드부 반완성품은 완성품의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 구비하고, 원통형 중공 구멍은 상단부에서는 개방되고 직경-확대 구간에 바닥을 두고 있는 하단부를 구비하며,
이 제 1 단계는:
중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하고, 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최소 외경보다 더 크지만 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최대 외경보다는 더 작은 직경을 가지는 원통형 중실 환봉을 소재로서 사용하는 단계;
한편, 중실 환봉의 일단부의 원형면을 상면이 되게 하고, 중실 환봉의 다른 단부의 원형면을 하면이 되게 하며, 단조로 중실 환봉의 하부의 직경을 확대시켜 하부의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치되게 하는 단계;
그 후, 상단부에서는 개방되고 하단부에서는 바닥이 있으며, 또한 내경은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 원통형 중공 구멍을 성형하는 단계; 및
따라서, 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치하는 직경-확대 구간을 가지는 밸브 헤드부 반완성품을 제조하게 되고, 밸브 헤드부 반완성품은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 가지게 되며, 원통형 중공 구멍은 바닥이 있는 하단부를 가지게 되는 단계를 포함하는, 제 1 단계; 및
복수의 단계의 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키고, 즉 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 가압하는 다이를 사용하여 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는 제 2 단계로서, 다이의 내경은 단계가 진행됨에 따라 조금씩 감소하고, 사용된 다이의 수는 네킹을 위한 공정의 수와 동일하며,
따라서, 직경-확대 구간의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경이 원통형 중공 구멍의 내경으로 유지되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 내경은 높이가 증가함에 따라 감소하고 통 구간의 상단부의 중공 축부의 중공 구멍의 내경과 동일해지도록 구성된 완성품으로서의 밸브 헤드부를 얻게 되는 제 2 단계를 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
＜해결책 3＞
해결책 1 또는 해결책 2 에 따른 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법에 있어서, 제 2 단계에서는,
다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 위에 위치되고 프레스 베드가 아래에 위치되는 상태로, 이격된 위치에 설치하는 단계;
냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 아래에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
램을 하강시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
램을 하강시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 아래에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
이러한 방식으로, 램을 N 회 하강시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
＜해결책 4＞
해결책 1 또는 해결책 2 에 있어서, 제 2 단계에서는,
다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 아래에 위치되고 프레스 베드가 위에 위치되는 상태로 이격된 위치에 설치하는 단계;
냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 위에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
램을 상승시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
램을 상승시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 위에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
이러한 방식으로, 램을 N 회 상승시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
＜해결책 5＞
양 단부로 개방되는 중공 축부;
해결책 1, 해결책 2, 해결책 3 또는 해결책 4 에 따른 제조 방법에 의해 제조되고 중공 축부의 단부 중 일 단부에 용접되는 밸브 헤드부; 및
중공 축부의 타단부에 용접되는 축 단부 밀폐재를 포함하는, 중공 엔진 밸브.
＜해결책 6＞
일단부가 밀폐된 중공 축부; 및
해결책 1, 해결책 2, 해결책 3 또는 해결책 4 에 따른 제조 방법에 의해 제조되고, 중공 축부의 다른 단부에 용접되는 밸브 헤드부를 포함하는, 중공 엔진 밸브.
해결책 1 또는 해결책 2 로서의 본 발명에 따르면, 본 발명의 방법은, 중공 축부의 소재와 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 가공하여 밸브 헤드부 반완성품을 성형하는 밸브 헤드부 반완성품을 제조하는 제 1 단계로서, 밸브 헤드부 반완성품은 원통형 통 구간 및 통 구간의 일단부의 직경-확대 구간을 구비하고, 직경-확대 구간은 통 구간과 일체로 되어 있고, 직경-확대 구간이 아래에 위치될 때, 직경-확대 구간의 최대 외경은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일하며, 밸브 헤드부 반완성품은 완성품의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 구비하고, 원통형 중공 구멍은 상단부에서는 개방되고 직경-확대 구간에 바닥을 두고 있는 하단부를 구비하는, 제 1 단계를 갖는다. 따라서, 완성품으로서의 밸브 헤드부에 제공된 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 외경보다 커질 수 있다. 그러므로, 중공 구멍에 봉입된 나트륨은 가장 높은 온도에 노출되는 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 직경이 확대된 중공 구멍 내에 충전될 수 있다. 결과적으로, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 냉각은 효율적으로 실행될 수 있다. 또한, 용접에 의해 밸브 헤드부의 직경-확대 구간을 내열성이 높은 소재로 메우는 것도 실행되지 않는다. 대신, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 중공 구멍을 패킹 (packing) 하는 내열성이 높은 소재는 모두 일체로 성형된다. 따라서, 용접을 위한 수고가 필요하지 않고, 강도에 대한 불안도 생기지 않는다.
즉, 완성품으로서의 밸브 헤드부에 제공된 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경의 중공 구멍이 제공되는 밸브 헤드부의 반완성품이 먼저 제조된다. 이후, 네킹을 위한 공정에서, 밸브 헤드부 중공구멍의 바닥 단부가 그대로인 상태에서, 그 밖의 부분을 좁혀서, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 소망하는 내경의 중공 구멍을 제공할 수 있다.
또한, 밸브 헤드부의 반완성품의 직경-확대 구간의 최대 외경은 완성품의 밸브 헤드부의 최대 직경-확대 구간의 외경과 미리 일치되어 있다. 따라서, 후속하는 좁힘 (네킹) 공정 (제 2 단계) 에 있어서도, 이 부분에는 힘을 가할 필요가 없고, 즉 이 부분을 다이로 가압할 필요가 없다. 결과적으로, 제 2 단계에 있어서, 좌굴 또는 균열이 발생하지 않는다. 즉, 제 2 단계에서, 직경-확대 구간의 특히 중앙에서 하부에 대해서는 그 외측과 내측 모두가 대부분 가공될 필요가 없도록 하기 위해, 직경-확대 구간의 최대 외경 및 직경-확대 구간 내의 중공 구멍의 최대 내경을 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경 및 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간 내의 중공 구멍의 최대 내경과 각각 동일하게 한 반완성품을 제조하고 나서 제 2 단계로 이동한다. 그러므로, 제 2 단계의 냉간 단조 공정은, 그 이외의 부분, 즉 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹다운시키는 매우 단순한 공정으로 축소된다. 이는 지금까지는 곤란한 것으로 생각되었던 내열성이 특히 높은 강재의 냉간 단조를 가능하게 한다.
종래의 발상에 따르면, "밸브 헤드부의 냉간 단조" 는 밸브 헤드부 전체를 단번에 냉간 단조에 의해 성형하는 것으로 생각되었다. 이때, 소재의 가공 곤란성이 애로점이 되었고, 상기와 같이 이러한 냉간 단조를 실현불가능하게 만들었다. 그러나, 본 발명의 발명자는 이하와 같이 예상하였다: 초기에 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경 부분 및 그 내부의 중공 구멍의 최대 내경 부분을 완성품의 부분과 동일한 형상으로 성형해 둔다. 후속하는 단계는 단지 그 이외의 부분을 복수 회 좁히기만 하면 될 것이다 (네킹). 이 방법은 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부를 성형할 수 있게 해줄 것이다. 이 예상에 의해, 발명자는 실험을 실행하였다. 즉, 밸브 헤드부의 전체 성형 공정을, 직경-확대 구간의 최대 외경 및 그 내부의 중공 구멍의 최대 내경이 완성품 상태에서와 동일한 상태에 있는 반완성품을 성형하는 제 1 단계; 및 그 이외의 부분을 복수 회 네킹다운하여 완성품을 얻는 제 2 단계로 분할하는 것을 생각해보았다. 이 분할 방법의 실험은 좌굴 또는 균열 없이 냉간 단조에 의해 완전한 밸브 헤드부 완성품을 얻는데 성공하였다.
해결책 1 또는 해결책 2 로서의 본 발명에 따르면, 본 발명의 방법은 유사하게는, 복수의 단계의 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는, 즉 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 가압하는 다이를 사용하여 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는 제 2 단계로서, 다이의 내경은 단계가 진행됨에 따라 조금씩 감소되고, 사용된 다이의 수는 네킹 공정의 수와 같고, 따라서 직경-확대 구간의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경이 원통형 중공 구멍의 내경으로 유지되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 내경은 높이가 증가함에 따라 감소되고 통 구간의 상단부의 중공 축부의 중공 구멍의 내경과 동일해지도록 구성된 완성품으로서의 밸브 헤드부를 얻게 되는, 제 2 단계를 갖는다. 따라서, 종래의 냉간 단조에 의한 성형이 불가능한 것으로 생각되었던 내열성이 특히 높은 소재를 사용하여 밸브 헤드부를 냉간 단조하는 것이 가능해졌다.
즉, 상기와 같이, 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간 (최대 외경 부분 및 주변 부분) 의 중간에서 하부에는 힘이 가해지지 않는다 (다이가 적용되지 않는다). 대신, 그 위쪽 부분은 복수 회에 걸쳐 조금씩 꼼꼼하게 네킹 다운된다. 이는, 지금까지는 실행이 불가능한 것으로 여겨졌던 내열성이 높은 소재로부터의 냉간 단조에 의한 밸브 헤드부의 성형을 성공시켰다.
네킹 공정의 수는 중공 엔진 밸브의 크기 또는 형상에 따라 상이하다. 네킹 공정의 수가 N (N 은 정의 정수이며, N≥2 이다) 인 경우, 중공 축부의 직경이 약 6 mm 이고, 중공 축부의 중공 구멍의 내경이 약 3 mm 이고, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 외경이 약 30 mm 이며, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 중공 구멍의 최대 내경이 약 10 mm 인 중공 엔진 밸브 (통상적인 크기의 승용차의 엔진에서 사용되는 중공 엔진 밸브의 표준 크기) 를 위한 공정의 적절한 수는 약 8 내지 15 의 수인 것으로 생각된다. 이 크기의 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부에 있어서, 네킹 공정의 수가 8 미만인 경우, 각각의 네킹 공정은 무리가 생겨, 좌굴 또는 균열을 일으키거나, 네킹 공정이 원활이 진행되지 않게 된다. 공정의 수가 많을수록, 더 우수한 결과가 얻어지는 것은 아니다. 공정의 수가 증가함에 따라, 더 많은 다이를 준비해야 하고, 설비 규모가 더 커지고, 가공이 번잡하며, 가공 시간도 길어진다. 15 회 이상의 공정에 대해서는, 마무리 정밀도 및 공정의 원활성도 그리 상이하지 않다. 따라서, 상한은 약 15 회인 것으로 생각된다.
상기와 같이, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 중앙에서 하부 (최대 외경 부분 및 주변 부분) 에는 힘이 가해지지 않고, 네킹 공정의 수는 적절한 범위의 횟수로 설정되며, 따라서 내열성이 특히 높은 소재로부터의 밸브 헤드부의 냉간 단조에 의한 성형이 성공된다. 결과적으로, 열간 단조에 필요한 장치는 불필요해졌고, 제조 라인은 성공적으로 규모가 축소되었고 간단해 졌다. 또한, 부재를 가열하는 시간 및 냉각하는 시간을 생략할 수 있으므로, 제조 시간이 단축되고 비용 절감에도 기여한다. 또한, 냉간 단조는 열간 단조에 비해 매우 정밀함으로, 제품의 품질 향상의 달성에 현저한 효과를 줄 수 있다.
본 발명으로서의 해결책 1 또는 해결책 2 의 발명에 따라, 밸브 헤드부 반완성품을 얻기 위한 제 1 단계가 상세하게 기재되어 있다. 따라서, 본 발명은 구체적으로 실행될 수 있다. 즉, 해결책 1 또는 해결책 2 의 발명은, 중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하며, 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최소 외경보다 크지만 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최대 외경보다는 작은 직경을 가지는 원통형 중실 환봉을 소재로서 사용한다. 이러한 소재는, 환봉을 소정의 직경으로 성형한 후 절단함으로써 간단하게 얻을 수 있다. 중공 구멍의 성형은 펀칭 또는 단조 (열간, 온간 또는 냉간) 에 의해 용이하게 실시될 수 있고, 직경-확대 구간의 성형은 단조 (열간, 온간 또는 냉간) 에 의해 용이하게 실시될 수 있다. 물론, 냉간 단조가 열간 단조보다 가공은 더 어렵지만, 밸브 헤드부 완성품보다 훨씬 더 단순한 형상의 반완성품을 얻으면 충분하기 때문에, 냉간 단조가 충분히 가능하다.
그러므로, 본 발명에 있어서는, 비교적 기술적으로 간단한 제 1 단계, 즉 밸브 헤드부의 반완성품을 얻는 단계에 있어서, 이하의 2 요소를 미리 성형한다:
1. 완성품으로서의 밸브 헤드부의 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 갖는 중공 구멍, 및
2. 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일한 외경을 갖는 직경-확대 구간.
기술적으로 복잡한 요인을 갖는 냉간 단조를 포함하는 제 2 단계에 있어서는, 상기 부분 1 및 2 는 접하지 않고, 에너지는 매우 단순한 "좁힘" (또는 네킹) 공정에 집중되며, 이 공정은 필요한 횟수 반복되어 네킹을 점진적으로 진행시킨다.
상기 조치로, 불가능하다라고 생각되었던, 내열성이 뛰어난 소재로부터의 밸브 헤드부의 냉간 단조가 성공하였다.
본 발명의 요점은 이런 사실로 요약된다.
즉, 전술한 바와 같이, 종래의 절차는 내열성이 특히 높은 소재로부터 밸브 헤드부를 단번에 가공하는 발상으로부터 벗어나지 않았었다. 따라서, 그러한 성형은 냉간 단조로는 불가능한 것으로 생각되었었다. 결과적으로, 냉간 단조의 다양한 이점은 충분히 인식되었지만, 그러한 성형을 시도해 보려고 하는 사람마저 나타나지 않았었다.
한편, 상기와 같이, 본 발명의 발명자는, 단조 기술 개발, 특히 냉간 단조의 분야에서 수년간의 경험을 가지고 있다. 이런 경험으로부터, 발명자는, 내열성이 특히 높은 소재로부터의 밸브 헤드부의 냉간 단조는 단번에 실시될 수 없지만, 상기 제 1 단계와 제 2 단계로 분할되는 경우에는 달성될 수도 있다는 아이디어를 떠올렸다. 이러한 아이디어에 기초한 실행은 좌굴 또는 균열과 같은 결함 없이 냉간 단조에 의한 높은 가공 정밀도를 가지는 밸브 헤드부의 성형을 성공시켰다. 여기 기재된 바와 같이, 내열성이 특히 충분한 소재를 가공함으로써 밸브 헤드부의 성형에 있어서 냉간 단조가 갖는 다양한 효과를 얻을 수 있었다.
본 발명으로서의 해결책 3 또는 해결책 4 의 본 발명에 따르면, 해결책 1 또는 해결책 2 의 본 발명의 제 2 단계의 각각의 공정이 상세하게 기재되어 있다. 따라서, 본 발명의 양태를 갖는 제 2 단계가 구체적으로 실시될 수 있다. 또한, 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키는 것이 개시되어 있으므로, 제 2 단계를 낭비 없이 합리적으로 구성할 수 있다. 즉, 가공에 필요로 하는 최소한의 시간과 최소 규모의 가공 설비로, 제 2 단계로서의 냉간 단조 단계를 실시할 수 있다. 또한, 본 발명으로서의 해결책 5 또는 해결책 6 의 본 발명에 따르면, 본 발명으로서의 해결책 1, 해결책 2, 해결책 3 또는 해결책 4 에 의해 획득된 밸브 헤드부를 구비하는 완성품으로서의 중공 엔진 밸브를 획득할 수 있다.
도 1 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계를 설명하는 설명도이다. 도 1 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계를 설명하는 설명도이다.
도 2 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 1 방법을 설명하는 설명도이다. 도 2 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 1 방법을 설명하는 설명도이다. 도 2 의 (c) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 1 방법을 설명하는 설명도이다.
도 3 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 2 방법을 설명하는 설명도이다. 도 3 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 2 방법을 설명하는 설명도이다. 도 3 의 (c) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 1 단계의 제 2 방법을 설명하는 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태 1 의 제조 방법의 제 2 단계를 설명하는 설명도이다.
도 5 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 1 의 중공 엔진 밸브의 구성을 설명하는 설명하는 설명도이다. 도 5 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 1 의 중공 엔진 밸브의 구성을 설명하는 설명도이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태 1 의 밸브 헤드부, 중공 축부, 및 축 단부 밀폐재에 사용되는 다양한 소재의 주요 성분을 나타내는 그래프이다.
도 7 의 (a) 는 본 발명의 실시형태 2 의 중공 엔진 밸브의 구성을 설명하는 설명도이다. 도 7 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 2 의 중공 엔진 밸브의 구성을 설명하는 설명도이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
실시형태 1
본 발명의 실시형태 1 로서, 밸브 헤드부 (1) 의 제조 방법 및 밸브 헤드부 (1) 를 갖는 중공 엔진 밸브 (V) 를 이하에 상세하게 설명한다. 중공 엔진 밸브 (V) 는, 도 5a 및 도 5b 에 나타내는 바와 같이, 밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 로 구성되어 있다. 즉, 중공 엔진 밸브 (V) 는, 중공 축부 (2) 의 일단부에 밸브 헤드부 (1) 가 용접되고, 중공 축부 (2) 의 타단부에 축 단부 밀폐재 (3) 가 용접되며, 내부에 중공 구멍 (S) 이 제공되는 구성이다. 중공 구멍 (S) 에는 나트륨 (도시 생략) 이 봉입된다. 나트륨은, 축 단부 밀폐재 (3) 가 용접되기 전에 중공 구멍에 봉입된다. 중공 축부 (2) 로서, 강판을 말아 단부를 함께 용접한 전기 저항 용접 관 또는 이음매가 없는 무이음매 관이 사용될 수 있다. 중공 축부 (2) 에 밸브 헤드부 (1) 혹은 축 단부 밀폐재 (3) 를 용접하는 용접 방법에는 제한이 없으며, 예컨대 마찰 용접을 사용할 수 있다. S1 은 밸브 헤드부 (1) 내의 중공 구멍을 나타내고, S2 는 중공 축부 내의 중공구멍을 나타낸다. 중공 엔진 밸브 (V) 를 흡기 밸브 용으로 사용하는 경우에는, 중공 구멍 (S) 내에 나트륨을 봉입할 필요는 없고, 중공 구멍 (S) 은 중공으로 유지될 수 있다.
밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 의 소재에 관해서는, 이것들을, 내열성에 기초하여 이하와 같이 배열된다:
열에 대해 특히 높은 내성을 갖는 소재 (소재 A 군) ... 밸브 헤드부 (1) 에 사용.
열에 대해 다음으로 가장 높은 내성을 갖는 소재 (소재 B 군) ... 중공 축부 (2) 에 사용.
열에 대해 통상 정도의 내성을 갖는 소재 (소재 C 군) ... 축 단부 밀폐재 (3) 에 사용.
그러나, 상기 배열은 중공 엔진 밸브 (V) 를 배기 밸브용으로 사용하는 것을 전제로 한다. 중공 엔진 밸브 (V) 를 흡기 밸브용으로 사용하는 경우에는, 밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 의 모두를, 상기 소재 C 군 (통상 정도의 내열성을 갖는 소재) 으로 구성해도 전혀 지장은 없다.
이하, 상기 소재 A 군의 실시예를 구체적으로 언급한다. 각 소재의 주요 성분에 대해서는, 도 6 을 참조한다.
NCF47W (니켈-베이스 강철)
SUH35 (오스테나이트계 망간-베이스 강철)
인코넬 751 (니켈-베이스 강철)
"인코넬" 은 스페셜 메탈사 (Special Metals Corporation) (구명, International Nickel Company) 의 등록상표이며, 베이스로서의 니켈에 더해지는, 크롬, 니오븀, 및 몰리브덴과 같은 원소의 비율에 따라 다양한 종류의 인코넬 제품이 가용하다. 이런 모든 제품은 특히 우수한 내열성을 갖지만, 그것들의 가공은 어렵다.
다음으로, 상기 소재 B 군의 실시예를 이하에서 구체적으로 언급한다. 각 소재의 주요 성분에 대해서는 도 6 을 참조한다.
SUS304 (오스테나이트계 니켈-베이스 강철)
SUS430 (페라이트계 스테인리스강)
SUH11 (마텐자이트계 스테인리스강)
SUS304 는, 때때로 18-8 이라고 하는 대표적인 스테인리스강이다. 이것은, 가공성, 내식성, 및 내열성이 뛰어나지만, 가공시 크게 경화되며, 따라서 냉간 단조에는 약간 부적합한 것으로 고려된다. 또, SUS430 은, 18Cr 이라고 하는 크롬계 스테인리스강의 대표적인 강이다. 이것은, 18-8 제품보다는 저렴하지만, 가공성 및 내식성이 약간 열등하다. SUH11 에 대해서는, 다음 단락을 참조한다.
마지막으로, 상기 소재 C 군의 실시예를 이하에서 구체적으로 언급한다. 주요 성분에 대해서는, 도 6 을 참조한다.
SUH11 (마텐자이트계 스테인리스강)
SUH11 은 마텐자이트계의 내열강이며, 크롬-베이스이다. 이것의 내열성은 상기 SUS304 및 SUS430 보다 열등하지만, 가공성은 만족스럽다. 이 소재는, 어느 정도의 내열성은 가지고 있으므로, 상기와 같이 중공 축부 (2) 에 사용할 수도 있다.
밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 의 소재는 상기와 같다. 중공 엔진 밸브 (V) 를 배기 밸브용으로서 사용하는 경우에는, 밸브 헤드부 (1) 의 소재는 상기 소재 A 군에서 선택되고, 중공 축부 (2) 의 소재는 상기 소재 B 군에서 선택되며, 축 단부 밀폐재 (3) 의 소재는 상기 소재 C 군에서 선택된다. 그러나, 중공 축부 (2) 의 소재를 상기 소재 A 군에서 선택하고, 축 단부 밀폐재 (3)의 소재를 상기 소재 A 및 B 군에서 선택해도 물론 문제는 없다. 중공 엔진 밸브 (V) 를 흡기 밸브용으로서 사용하는 경우에는, 밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 의 소재를 소재 B 군 또는 C 군에서 선택할 수 있다. 물론, 소재를 A 군에서 선택해도 기술적으로는 전혀 문제는 없지만, 가공면이나 가격면에서 의미가 없는 선택이 된다.
이하, 본 발명의 실시형태 1 의 핵심이 되는 밸브 헤드부의 형성에 대해 상세하게 설명한다.
＜제 1 단계＞
도 1 의 (a) 및 도 1 의 (b) 는 본 발명의 실시형태 1 의 제 1 단계를 나타낸다. 도 1 의 (a) 는, 밸브 헤드부 (1) 의 반완성품 (11) 을 종단면도에서 나타낸다. 반완성품 (11) 은, 일체로 성형된 디스크-형상 직경-확대 구간 (111) 및 원통형 통 구간 (112) 을 구비한다. 통 구간 (112) 의 하단부는 직경-확대 구간 (112) 의 상단부에 연속적으로 연결되어 있고, 이들 사이의 접속부는 도 1 의 (a) 에 도시된 바와 같이 완만한 커브를 그린다. 반완성품 (11) 의 내부에는 바닥이 있는 하단부를 가지는 원통 형상의 중공 구멍 (S11) 이 성형되어 있고, 중공 구멍 (S11) 의 상단부는 통 구간 (112) 의 상면으로 개방되어 있으며, 중공 구멍 (S11) 의 하단부는 직경-확대 구간 (111) 에 기초를 두고 있다. 반완성품 (11) 의 직경-확대 구간 (111) 의 상부 및 통 구간 (112) 의 전체를 냉간 단조에 의해 좁아지게 하여 (네킹 (necking)), 도 1 의 (b) 에 도시된 바와 같이 밸브 헤드부 (1) 의 완성품을 얻는다. 도 1 의 (b) 에 있어서, 1a 는 직경-확대 구간을 나타내고, 1b 는 통 구간을 나타낸다. 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 에 있어서는, 직경-확대 구간 (1a) 과 통 구간 (1b) 사이의 경계를 결정하는 것은 어렵다. 그러나, 도 1 의 (b) 에서는, 단면도의 외형의 곡선의 곡률이 갑자기 증가하는 부분에서 직경-확대 구간 (1a) 과 통 구간 (1b) 이 나누어지고 있다. S1 은 바닥 하단부를 가지는 원통 형상의 중공 구멍을 나타내고, 중공 구멍 (S1) 의 상단부는 통 구간 (1b) 의 상면에서 개방되며, 중공 구멍 (S1) 의 하단부는 직경-확대 구간 (1a) 의 내부에 기초를 두고 있다.
도 1 의 (a) 에서, h11 은 반완성품 (11) 의 전체 높이를 나타내고, h12 는 직경-확대 구간 (111) 의 높이를 나타내고, h13 는 통 구간 (112) 의 높이를 나타내고, h14 는 중공 구멍 (S11) 의 높이 (깊이) 를 나타내고, φ10 은 통 구간 (112) 의 외경을 나타내고, φ12 는 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경을 나타내며, φ11 은 중공 구멍 (S1) 의 내경을 나타낸다. 도 1 의 (b) 에서, h15 는 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 의 전체의 높이를 나타내고, h16 는 직경-확대 구간 (1a) 의 높이를 나타내고, h17 는 통 구간 (1b) 의 높이를 나타내고, h18 은 중공 구멍 (S1) 의 높이 (깊이) 를 나타내고, φ14 는 통 구간 (1b) 의 상단부의 외경을 나타내고, φ12 는 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경을 나타내고, φ11 은 중공 구멍 (S1) 의 최대 내경을 나타내며, φ13 은 중공 구멍 (S1) 의 상단부의 내경을 나타낸다.
여기서, 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 의 전체의 높이 (h15) 는 반완성품 (11) 의 전체 높이 (h11) 보다 크고 (h11＜h15), 중공 구멍 (S1) 의 높이 (깊이) (h18) 는 중공 구멍 (S11) 의 높이 (깊이) (h14) 보다 크고 (h14＜h18), 직경-확대 구간 (111) 의 높이 (h12) 는 직경-확대 구간 (1a) 의 높이 (h16) 와 대략 동일하고 (h12≒h16), 통 구간 (1b) 의 높이 (h17) 는 통 구간 (112) 의 높이 (h13) 보다 크고 (h13＜h17), 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경은 직경-확대 구간 (1a) 의 최대 외경과 동일하고 (φ12), 통 구간 (112) 의 상단부의 외경 (φ10) 은 통 구간 (1b) 의 상단부의 외경 (φ14) 보다 크고 (φ14＜φ10), 중공 구멍 (S11) 의 내경은 중공 구멍 (S1) 의 최대 내경과 동일하며 (φ11), 중공 구멍 (S11) 의 내경 (φ11) 은 중공 구멍 (S1) 의 상단부의 내경 (φ13) 보다 크다 (φ13＜φ11).
도 2 의 (a) 내지 도 2 의 (c) 는, 반완성품 (11) 을 얻는 제 1 방법을 나타낸다. 도 2 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 소재 A 군 (도 6 참조) 에서 선택된 소재를 포함하는 중실 환봉 (2A) 을 준비한다. 실시형태 1 에서는, NCF47W를 사용하였다 (주요 성분은 도 6 참조). 중실 환봉 (2A) 의 외경은, 반완성품 (11) 의 통 구간 (112) 의 외경과 같은 φ10 이고, 중실 환봉 (2A) 의 높이 (h20) 는 반완성품 (11) 의 높이 (h11) 보다 더 작다 (h20＜h11).
중실 환봉 (2A) 의 상면에 펀치로 중공 구멍 (2C) 을 성형하여, 컵-형상 중간 부재 (2B) 를 얻는다 (도 2 의 (b)). 중공 구멍 (2C) 은, 중간 부재 (2B) 의 전체 높이 (h21) 의 대략 반인 높이 (깊이) (h22) 를 갖는다. 이때, 중간 부재 (2B) 의 외경은, 중실 환봉 (2A) 의 외경 (φ10) 과 동일하게 되므로, 결과적으로, 중간 부재 (2B)의 높이 (h21) 는 중실 환봉 (2A) 의 높이 (h20) 보다 크다 (h20＜h21). 중공 구멍 (2C) 의 내경은, 반완성품 (11) (도 2 의 (c)) 의 중공 구멍 (S11) 의 내경 (φ11) 과 동일하다.
다음으로, 중간 부재 (2B) 의 하부를 단조에 의해 성형하여 직경-확대 구간 (111) 을 형성한다. 이때, 단조의 종류는 중요하지 않다. 즉, 냉간 단조, 온간 단조, 및 열간 단조의 어떤 것을 이용해도 된다. 이 단계는 중간 단계이므로, 후술하는 제 2 단계에서 요구되는 정도의 정밀도는 요구되지 않는다. 하지만, 이하의 3 점이 중요하다: 중간 부재 (2B) 의 상부의 외경을 반완성품 (11) 의 통 구간의 외경 (φ10) 으로 유지하는 것, 중공 구멍 (2C) 의 내경을 반완성품 (11) 의 중공 구멍 (S11) 의 내경 (φ11) 으로 유지하는 것, 그리고 중간 부재 (2B) 의 하부를 직경-확대 구간 (111) 으로 변형시킬 때에, 그것의 최대 외경을 반완성품 (11) 의 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경 (φ12) 으로 되게 하는 것. 이 공정 동안, 중공 구멍 (2C) (높이 (h22)) 은 약간 깊게 하여, 높이 (깊이) (h14) 를 가지는 중공 구멍 (S11) 을 형성한다. 이와 같이, 중실 환봉 (2A) (도 2 의 (a)) 으로부터 중간 부재 (2B) (도 2 의 (b)) 를 경유하여 반완성품 (11) (도 2 의 (c)) 을 얻는다.
도 3 의 (a) 내지 도 3 의 (c) 는, 반완성품 (11) 을 얻는 제 2 방법을 나타낸다. 도 3 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 소재 A 군 (도 6 참조) 에서 선택된 소재를 포함하는 중실 환봉 (3A) 을 준비한다. 실시형태 1 에서는, NCF47W 를 사용하였다. 중실 환봉 (3A) 의 외경은, 반완성품 (11) 의 통 구간 (112) 의 외경과 같은 φ10 이고, 중실 환봉 (3A) 의 높이 (h30) 는 반완성품 (11) 의 높이 (h11) 보다 작다 (h30＜h11). 높이 (h30) 는 상기 중실 환봉 (2A) 의 높이 (h20) 와 동일하다 (h30=h20).
중실 환봉 (3A) 의 하부를 단조에 의해 성형하여 직경-확대 구간 (3C) 을 갖는 모자-형상 중간 부재 (3B) 를 형성한다 (도 3 의 (b)). 이때, 단조의 종류는 중요하지 않다. 즉, 냉간 단조, 온간 단조, 및 열간 단조의 어떤 것을 이용해도 된다. 이 단계는 중간 단계이므로, 후술하는 제 2 단계에서 요구되는 정도의 정밀도는 요구되지 않는다. 하지만, 이하의 2 점이 중요하다: 중간 부재 (3B) 의 상부의 외경을 반완성품 (11) 의 통 구간의 외경 (φ10) 으로 유지하는 것, 그리고 중간 부재 (3B) 의 하부를 직경-확대 구간 (3C) 으로 변형시킬 때에 직경-확대 구간 (3C) 의 최대 외경을 반완성품 (11) 의 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경 (φ12) 으로 되게 하는 것. 이 공정에서, 중간 부재 (3B) 의 높이 (h31) 는 약간 감소한다. 즉, h31＜h30 이다.
다음으로, 중간 부재 (3B) 의 상면에 펀치로 높이 (깊이) (h14) 및 φ11의 내경을 가지는 중공 구멍 (S11) 을 형성한다. 이 공정에서, 중간 부재 (3B) 의 상부는 연신되어 h13 의 높이를 가지는 통 구간 (112) 을 형성한다 (도 3 의 (c)). 이와 같이, 중실 환봉 (3A) (도 3 의 (a)) 으로부터 중간 부재 (3B) (도 3 의 (b)) 를 경유하여 반완성품 (11) (도 3 의 (c)) 을 얻는다. 이때, 이하의 2 점이 중요하다: 통 구간 (112) 의 외경을 φ10 으로 유지시키는 것, 그리고 직경-확대 구간 (111) 의 최대 외경을 φ12 로 유지시키는 것.
＜제 2 단계＞
다음으로, 도 4 는 제 2 단계에 있어서의 냉간 단조를 위한 공정을 상세하게 나타낸다. 도 4 에 있어서, D1, D2, D(m-1), Dm, D(n-1), 및 Dn 은 다이를 나타낸다. 여기서, Dn 은 n 번째 (마지막) 다이를 나타내고, Dm 은 m 번째 다이를 나타내고, m＜n 이며, m 과 n 은 각각 3 이상의 정의 정수이다. 또, D(m-1) 는 다이 (Dm) 의 직전의 다이를 나타내며, D(n-1) 은 다이 (Dn) 의 직전의 다이를 나타낸다. 다이 (D1, D2, D(m-1), Dm, D(n-1), 및 Dn) 는, 내경이 순차적으로 축소되고 있는 중앙의 성형 구멍 (M1, M2, M(m-1), Mm, M(n-1), 및 Mn) 을 구비한다. RM 은 다이 (D1, D2, D(m-1), Dm, D(n-1), 및 Dn) 가 고정되는 램이다.
11 은 반완성품을 나타내고, 11a, 11m 및 11n 은 중간 작업물이며, 1 은 완성품으로서의 밸브 헤드부이다. 또한, PB 는 반완성품 (11), 중간 작업물 (11a, 11m 및 11n), 및 밸브 헤드부 (1) 의 완성품이 고정되는 프레스 베드 (press bed) 이다. 다이 (D1, D2, D(m-1), Dm, D(n-1), 및 Dn) 와 램 (RM) 의 적절한 고정 상태, 및 반완성품 (11), 중간 작업물 (11a, 11m 및 11n), 및 밸브 헤드부 (1) 의 완성품과 프레스 베드 (PB) 의 적절한 고정 상태를 실현하기 위해서, 다양한 고정구가 당연히 필요하다. 하지만, 그것들을 표시하면 첨부된 도면이 복잡하게 되어 이해하기 어려워질 것이다. 따라서, 다양한 고정구 등의 도시는 모두 생략한다. 또한, 이 단계에서 사용되는 전달 (transfer) 이동 (후술함) 에 관한 장치도 모두 생략한다.
다음으로, 제 2 단계의 작용에 대해 설명한다. 도 4 에서는, 반완성품 (11) 위에 다이 (D1) 가 있고, 중간 작업물 (11a) 위에 다이 (D2) 가 있고, 중간 작업물 (11m) 위에 다이 (Dm) 가 있으며, 중간 작업물 (11n) 위에 다이 (Dn) 가 있다. 최초 상태에서는, 당연히 반완성품 (11) 이 다이 (D1) 의 아래에 위치할 뿐, 중간 작업물 (11a, 11m, 11n) 및 밸브 헤드부 (1) 의 완성품은 존재하지 않는다. 이 상태에서, 램 (RM) 을 하강 (y 방향) 시킨다.
램 (RM) 이 하강하면, 다이 (D1) 의 성형 구멍 (M1) 이 반완성품 (11) 의 직경-확대 구간 (111) 의 상부 및 통 구간 (112) 의 상부를 네킹다운하여 반완성품 (11) 을 중간 작업물 (11a) 로 성형시킨다. 성형 구멍 (M1) 의 내경은 반완성품 (11) 의 통 구간 (112) 의 외경 (φ10) 보다 약간 작다. 따라서, 반완성품 (11) 의 통 구간 (112) 의 외경 (φ10) 은 조금 축소되어 중간 작업물 (11a) 을 얻게 되고, 그 높이는 반완성품 (11) 의 높이 (h11) (도 1 의 (a) 참조) 보다 약간 커진다. 또한, 반완성품 (11) 의 중공 구멍 (S11) 도 좁아져 그 내경 (φ11) 이 약간 축소된 중간 작업물 (11a) 의 중공 구멍 (S11a) 이 된다. 하지만, 다이 (D1) 는 반완성품 (11) 의 직경-확대 구간 (111) 의 중앙부로부터 하부까지의 영역 (최대 외경을 갖는 부분과 주변 부분) 은 가압하지 않는다. 따라서, 중공 구멍 (S11) 의 하단부는 가압되지 않고, 이 부분의 내경은 φ11 로 유지된다. 따라서, 중간 작업물 (11a) 의 직경-확대 구간 (111a) 의 최대 외경도 당연히 φ12 로 유지된다.
제 1 네킹이 완료되면, 램 (RM) 은 상승하고, 반완성품 (11) 은 중간 작업물 (11a) 이 된다. 이때, 고정구 (도시 생략) 의 작용에 의해, 중간 작업물 (11a) 은 프레스 베드 (PB) 에 고정되고 따라서 다이 (D1) 와 함께 상승하지 않는다. 램 (RM) 의 상승이 끝날 때, 중간 작업물 (11a) (전의 반완성품 (11)) 은, 고정이 해제되고, 이동 장치 (도시 생략) 에 의해 도 5 의 다음 위치로 오른쪽으로 전달-이동 (x 방향) 되고, 그 후 다음 다이 (D2) 의 바로 아래에 위치되며 다시 고정된다. 전달 이동은, 작업물을 한 번에 한 위치씩 순차적으로 옮기는 이동을 말한다. 중간 작업물 (11a) (이전의 반완성품 (11)) 이 오른쪽으로 전달-이동될 때, 빈 위치에는 새로운 반완성품 (11) 이 고정된다.
그러므로, 이 단계에서는, 프레스 베드 (PB) 상에 반완성품 (11) 및 중간 작업물 (11a) 이 고정된다. 이 상태에서, 램 (RM) 을 하강 (y 방향) 시켜, 다이 (D1) 로 반완성품 (11) 을 그리고 다이 (D2) 로 중간 작업물 (11a) 을 가압 성형한다. 가압 성형이 완료되면, 반완성품 (11) 및 중간 작업물 (11a) 을 오른쪽으로 전달-이동시켜, 프레스 베드 (PB) 의 좌측 단부에는 새로운 반완성품 (11) 을 고정시키다.
도 4 의 중앙에는, m 번째 중간 작업물 (11m) 및 m 번째 다이 (Dm) 가 나타나 있다. 그 오른쪽에는, 마지막 중간 작업물 (11n) 및 다이 (Dn) 가 나타나 있다. 마지막 중간 작업물 (11n) 은, 다이 (Dn) 에 의해 가압 성형 됨으로써, 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 로 변형되며, 그 후 오른쪽으로 전달-이동된다. 도 4 의 우측 단부에는, 완성품으로서의 전달-이동된 밸브 헤드부 (1) 가 나타나 있다. 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 는 프레스 베드 (PB) 로부터 제거된다.
상기와 같이, 램 (RM) 을 하강 (y 방향) 시킬 때마다, 반완성품 (11), 및 중간 작업물 (11a, 11m, 11n) 을 오른쪽 (x 방향) 으로 전달-이동시킨다. 또한, 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 를 프레스 베드 (PB) 로부터 제거하고, 프레스 베드 (PB) 의 좌측 단부에는 새로운 반완성품 (11) 을 고정시킨다. 이와 같이 하여, 냉간 단조에 의한 성형을 연속적으로 실시하여, 램 (RM) 의 각각의 하강이 완성품으로서의 1 개의 밸브 헤드부 (1) 를 생산한다. 따라서, 이 절차는 매우 합리적이며 효율이다. 일반적으로, 냉간 단조의 단점으로서 성형 공정의 수가 많은 것이 지적되지만, 상기 전달 이동을 채용함으로써 이 결점은 해결된다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 다이 (D1, D2, Dm 및 Dn) 는, 모두 반완성품 (11) 및 중간 작업물 (11a, 11m, 11n) 의 직경-확대 구간 (111, 111a, 111m, 111n) 의 상부 및 통 구간 (112, 112a, 112m, 112n) 을 가압-성형하고, 직경-확대 구간 (111, 111a, 111m, 111n) 의 중앙부에서 하부 (최대 외경 부분 및 주변 부분) 에는 닿지 않는다. 따라서, 직경-확대 구간 (111, 111a, 111m, 111n) 의 최대 외경은 φ12 으로 변하지 않고 유지되어, 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 의 직경-확대 구간 (1a) 의 최대 외경 (φ12) 이 된다.
반완성품 (11) 및 중간 작업물 (11a, 11m, 11n) 의 중공 구멍 (S11, S11a, S11m, S11n) 의 하단부 이외의 부분은 가압 성형의 결과로서 감소된 내경을 갖는다. 한편, 중공 구멍 (S11, S11a, S11m, S11n) 의 하단부는 가압 성형되지 않기 때문에, 그 최대 내경은 φ11 로 유지되어, 완성품으로서의 밸브 헤드부 (1) 의 중공구멍의 최대 내경 (φ11) 에 이른다.
제 2 단계의 단계 또는 공정의 수 N 은, 기본적으로는 2 이상의 자연수이지만, 구체적으로는, 요구되는 중공 엔진 밸브의 크기나 형상에 의해 달라진다. 지금, 중공 축부의 직경이 약 6 mm 이고, 중공 축부의 중공 구멍의 내경이 약 3 mm 이고, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 외경이 약 30 mm 이며, 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 중공 구멍의 최대 내경이 약 10 mm 인 중공 엔진 밸브 (보통 크기의 승용차의 엔진에 사용되는 중공 엔진 밸브의 표준적인 크기) 에 대해서, 적절한 공정의 수는 약 8 ~ 15 회인 것으로 생각된다. 이 수치 한정의 이유에 대해서는 앞에서 설명한 바와 같다. 실시형태 1 에서는, 상기 크기의 중공 엔진 밸브의 냉간 단조를 여러 가지 횟수로 시도해 보았지만, 12 회 전후가 최적의 공정 횟수였다.
전달 이동에 관해서는, 제 1 전달 이동 동안에는 중간 작업물 (11a) (전의 반완성품 (11)) 을 오른쪽으로 전달-이동시킬 뿐, 다이 (D1) 의 바로 아래에는 새로운 반완성품 (11) 을 배치하지 않는 방법도 있다. 이 방법에 있어서는, 제 3 전달 이동, 제 5 전달 이동 등과 같이 홀수 번째의 전달 이동시에, 다이 (D1) 의 바로 아래에 새로운 반완성품 (11) 을 배치한다. 이와 같이 함으로써, 프레스 베드 (PB) 상의 작업물은 1 위치씩 건너 배치되고, 그 결과 가압시의 저항은 반이 된다. 동일한 수의 제품을 얻기 위한 시간은 통상적인 전달 이동에서 걸리는 것의 2 배가 되지만, 프레스의 압력의 경감에 의한 설비의 생력화 (labor saving) 및 설비의 내구성의 향상과 같은 많은 장점도 가져온다.
상기 구성에서는, 작업물과 다이를 모두 직선적으로 배열했지만, 원주형 배열 또는 지그재그 배열과 같은 다양한 응용 형태를 당연히 생각할 수 있다. 또한, 램 (RM) 을 위에 배치하고, 프레스 베드 (PB) 를 아래에 배치하였다. 하지만, 램 (RM) 을 아래에 배치해도 되고, 프레스 베드 (PB) 를 위에 배치해도 되며, 성형시에 램 (RM) 을 상승시켜도 된다.
상기 제 2 단계는, 실시형태 1 에서는 냉간 단조에 의해 실시되지만, 당연히 온간 단조에 의해 실시될 수 있다. 냉간 단조는, 통상은 상온에서의 단조를 말하지만, 온도 범위가 관계되면, 약 0 ℃ ~ 250 ℃ 의 온도에서의 단조는 냉간 단조라고 부를 수 있다. 온간 단조의 온도 범위는 통상은 600 ℃ ~ 850 ℃ 로 여겨진다. 250 ℃ ~ 600 ℃ 에서의 단조는, 온도가 더 낮으면 냉간 단조이고, 온도가 더 높으면 온간 단조이다. 온도가 850 ℃ 초과에서의 단조는 열간 단조가 된다.
제 2 단계의 상세사항을 위에서 설명하였다. 제 2 단계의 결과로서, 밸브 헤드부 (1) 의 성형이 완료되었다. 그 후, 도 5 의 (a) 에 나타낸 3 개의 부재, 즉 밸브 헤드부 (1), 중공 축부 (2), 및 축 단부 밀폐재 (3) 를, 도 5 의 (b) 에서와 같이, 즉 중공 축부 (2) 의 일단부에 밸브 헤드부 (1) 를 그리고 중공 축부 (2) 의 타단부에 축 단부 밀폐재 (3) 를, 용접에 의해 고정시켜 모두 일체화시킨다. 이렇게 함으로써, 중공 엔진 밸브 (V) 가 완성된다. 실시형태 1 에서는, 용접 방법으로서 마찰 용접을 사용하였다. 도 5 의 (b) 에서는 도시되지 않았지만, 중공 엔진 밸브 (V) 를 배기 밸브용으로 사용하는 경우에는, 중공 구멍 (S) 내에는, 축 단부 밀폐재 (3) 를 용접하기 전에 나트륨이 봉입된다.
도 5 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 밸브 헤드부 (1) 와 중공 축부 (2) 사이의 용접 위치는, 중공 엔진 밸브 (V) 의 중간에 다소 가까운 높은 위치이다. 이것은, 밸브 헤드부 (1) 를 냉간 단조에 의해 성형하는 본 발명 방법의 장점 중 하나이다. 용접선을 이 정도로 밸브 헤드부 (1) 의 선단부로부터 이간할 수 있으면, 용접선은 엔진 작동 동안에 항상 실린더의 외부에 위치하게 된다. 따라서, 열에 의한 영향이 매우 적고, 용접에 의한 강도에 대한 불안의 문제는 완전하게 해소된다. 중공 축부 (2) 의 소재로서, 밸브 헤드부 (1) 의 소재보다 내열성이 열등한 소재를 이용해도, 어떤 문제도 생기지 않는다.
실시형태 2
본 발명의 실시형태 2 의 중공 엔진 밸브 (W) 는, 도 7 의 (a) 및 도 7 의 (b) 에 나타낸 바와 같이, 밸브 헤드부 (1) 및 중공 축부 (20) 로 구성되어 있다. 즉, 중공 엔진 밸브 (W) 는, 중공 축부 (20) 의 일단부가 밀폐되고, 밸브 헤드부 (1) 가 중공 축부의 타단부에 용접되며, 내부에 중공 구멍 (SS) 이 제공되는, 구성으로 되어 있다. 중공 구멍 (SS) 에는 나트륨 (도시 생략) 이 봉입된다. 나트륨은, 밸브 헤드부 (1) 및 중공 축부 (20) 가 용접되기 전에 내부에 봉입된다. 중공 축부 (20) 로서는, 강판을 말아 단부를 함께 용접한 전기 저항 용접관, 또는 이음매가 없으며 일단부가 밀폐된 무이음매 관, 또는 드릴로 중공 구멍 (S20) 을 천공한 중실 환봉을 사용할 수 있다. 밸브 헤드부 (1) 를 중공 축부 (2) 에 용접하기 위한 용접 방법에는 제한이 없으며, 예컨대 마찰 용접이 사용될 수 있다. 중공 엔진 밸브 (W) 를 흡기 밸브용으로 사용하는 경우에는, 중공 구멍 (SS) 내에 나트륨을 봉입할 필요는 없고, 중공 구멍 (SS) 은 중공인 채로 유지되어도 된다. 밸브 헤드부 (1) 의 제조 방법은, 제 1 단계 및 제 2 단계의 양자에 대해서 실시형태 1 과 동일하고, 따라서 상세한 설명은 생략한다.
실시형태 2 의 밸브 헤드부 (1) 의 소재로서, 실시형태 1 의 단락에서 언급한 소재 A 군을 사용할 수 있다. 실시형태 2 의 중공 축부 (20) 를 위한 소재로서, 실시형태 1 의 단락에서 언급한 소재 B 군을 사용할 수 있다.
산업상 이용가능성
상기와 같이, 본 발명은, 냉간 단조에 의해, 특히 내열성이 높은 소재를 사용하여, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 성형을 실행할 수 있는 기술 내용을 개시한다. 이것은, 본 기술의 기술자들이 말하자면 "꿈의 기술" 로서 인정한 기술, 즉 이상적인 것으로 고려하지만, 현시점에서는 실현 불가능하다고 판단했던 기술이다. 따라서, 실현가능해진 이 기술은, 중공 엔진 밸브의 제조 방법에 있어서 혁명적인 방법을 제공하는 것을 의미한다.
상기와 같이, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부에 사용되는 소재는 경도가 특히 높다. 따라서, 밸브 헤드부의 성형에 있어서, 열간 단조에 의한 저조한 정밀도 및 냉각까지의 대기 시간을 포함하는 힘겨운 가공 수고를 참아야 했고, 초경합금 날 (blade) 을 구비하는 건 드릴 (gun drill) 의 빠른 교체 필요성으로 인한 낮은 경제 효율성이 허용되어야 했다. 그러므로, 본 발명에 의해 밸브 헤드부의 냉간 단조가 가능해졌다는 사실에 의해, 중공 엔진 밸브를 위한 공장의 라인을 일신할 가능성이 생겼다. 즉, 정밀도 높은 중공 엔진 밸브를 간단한 설비에서 합리적으로 또한 염가로 양산할 수 있는 새로운 생산 체제로의 변화가 실현되었다.
원래, 엔진 밸브는, 엔진에 동반되며, 승용차 및 트럭 등의 차량용 엔진에서만 사용되지 않고, 항공기용의 엔진이나 선박용의 엔진에도 사용된다. 특히, 배기 밸브용으로는, 내부에 나트륨을 봉입한 중공 엔진 밸브가 대개 사용된다. 따라서, 본 발명의 중공 엔진 밸브의 제조 방법은, 엔진 제조 공정에 있어서 획기적인 기술 혁신을 제공하는 것일 수 있다.
배기 밸브뿐만 아니라 흡기 밸브에 있어서도, 중공 엔진 밸브의 채용은 전체 엔진의 경량화로 연결되고, 또한 소재의 합리화에 의한 비용 절감에도 연결된다. 따라서, 미래의 경향은 흡기 밸브에서도 엔진 밸브의 중공화가 진행될 것이다. 이러한 흐름에서, 본 발명은, 엔진 제조에 관련되는 산업에서 큰 산업상 이용가능성을 가질 것으로 기재된다.
1 밸브 헤드부
1a 직경-확대 구간
1b 통 구간
11 반완성품
11a 중간 작업물
11m 중간 작업물
11n 중간 작업물
111 직경-확대 구간
111a 직경-확대 구간
111m 직경-확대 구간
111n 직경-확대 구간
112 통 구간
112a 통 구간
112m 통 구간
112n 통 구간
2 중공 축부
20 중공 축부
2A 중실 환봉
2B 중간 부재
2C 중공 구멍
3 축 단부 밀폐재
3A 중실 환봉
3B 중간 부재
3C 직경-확대 구간
D1 다이
D2 다이
D(m-1) 다이
Dm 다이
D(n-1) 다이
M1 성형 구멍
M2 성형 구멍
M(m-1) 성형 구멍
Mm 성형 구멍
M(n-1) 성형 구멍
PB 프레스 베드
RM 램
S 중공 구멍
SS 중공 구멍
S1 중공 구멍
S11 중공 구멍
S11a 중공 구멍
S11m 중공 구멍
S11n 중공 구멍
S2 중공 구멍
S20 중공 구멍
V 중공 엔진 밸브
W 중공 엔진 밸브
h11 높이
h12 높이
h13 높이
h14 높이
h15 높이
h16 높이
h17 높이
h18 높이
h20 높이
h21 높이
h22 높이
h30 높이
h31 높이
φ10 외경
φ11 내경
φ12 최대 외경
φ13 내경
φ14 외경

Claims (8)

  1. 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법으로서, 중공 엔진 밸브는, 중공 축부, 및 중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그 보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하는 밸브 헤드부를 구비하고, 밸브 헤드부는 중공 축부에 용접된 측으로 개방되는 밸브 헤드부 중공 구멍을 구비하고, 밸브 헤드부 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 확대된 직경을 가지도록 성형되며, 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 최대 외경보다 더 크며,
    상기 방법은:
    중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 가공하여, 밸브 헤드부 반완성품을 성형함으로써, 밸브 헤드부 반완성품을 제조하는 제 1 단계로서,
    밸브 헤드부 반완성품은, 원통형 통 구간, 및 통 구간의 일단부의 직경-확대 구간을 구비하고, 직경-확대 구간은 통 구간과 일체로 되어 있고,
    아래에 직경-확대 구간이 있을 때, 직경-확대 구간의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일하고,
    밸브 헤드부 반완성품은 완성품의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 구비하고, 원통형 중공 구멍은 상단부에서는 개방되고 직경-확대 구간에 바닥을 두고 있는 하단부를 구비하며,
    이 제 1 단계는:
    중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하고, 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최소 외경보다 더 크지만 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최대 외경보다는 더 작은 직경을 가지는 원통형 중실 환봉을 소재로서 사용하는 단계;
    한편, 중실 환봉의 일단부의 원형면을 상면이 되게 하고, 중실 환봉의 다른 단부의 원형면을 하면이 되게 하며, 상단부에서는 개방되고 하단부에서는 바닥이 있으며 또한 내경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 원통형 중공 구멍을 성형하는 단계; 및
    그 후, 단조로 중실 환봉의 하부의 직경을 확대시켜, 하부의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치되게 하는 단계를 포함하고,
    따라서, 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치하는 직경-확대 구간을 가지는 밸브 헤드부 반완성품을 제조하게 되고, 밸브 헤드부 반완성품은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 가지게 되며, 원통형 중공 구멍은 바닥이 있는 하단부를 가지게 되는, 제 1 단계; 및
    복수의 단계의 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키고, 즉 직경-확대 구간 및 통 구간의 상부를 가압하는 다이를 사용하여 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는 제 2 단계로서, 다이의 내경은 단계가 진행됨에 따라 조금씩 감소하고, 사용된 다이의 수는 네킹을 위한 공정의 수와 동일하며,
    따라서, 직경-확대 구간의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 원통형 중공 구멍의 내경으로 유지되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 내경은 높이가 증가함에 따라 감소하고 통 구간의 상단부의 중공 축부의 중공 구멍의 내경과 동일하도록 구성된 완성품으로서의 밸브 헤드부를 얻게 되는 제 2 단계를 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 단계에서는,
    다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 위에 위치되고 프레스 베드가 아래에 위치되는 상태로, 이격된 위치에 설치하는 단계;
    냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
    제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 아래에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
    램을 하강시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
    램을 하강시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 아래에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
    이러한 방식으로, 램을 N 회 하강시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
    공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 2 단계에서는,
    다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 아래에 위치되고 프레스 베드가 위에 위치되는 상태로 이격된 위치에 설치하는 단계;
    냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
    제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 위에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
    램을 상승시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
    램을 상승시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 위에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
    이러한 방식으로, 램을 N 회 상승시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
    공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  4. 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법으로서, 중공 엔진 밸브는, 중공 축부, 및 중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하는 밸브 헤드부를 구비하고, 밸브 헤드부는 중공 축부에 용접된 측으로 개방되는 밸브 헤드부 중공 구멍을 구비하고, 밸브 헤드부 중공 구멍은 밸브 헤드부의 직경-확대 구간에서 확대된 직경을 가지도록 성형되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경은 중공 축부의 최대 외경보다 크며,
    상기 방법은:
    중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 가공하여, 밸브 헤드부 반완성품을 성형함으로써, 밸브 헤드부 반완성품을 제조하는 제 1 단계로서,
    밸브 헤드부 반완성품은, 원통형 통 구간, 및 통 구간의 일단부의 직경-확대 구간을 구비하고, 직경-확대 구간은 통 구간과 일체로 되어 있고,
    아래에 직경-확대 구간이 있을 때, 직경-확대 구간의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 동일하고,
    밸브 헤드부 반완성품은 완성품의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 구비하고, 원통형 중공 구멍은 상단부에서는 개방되고 직경-확대 구간에 바닥을 두고 있는 하단부를 구비하며,
    이 제 1 단계는:
    중공 축부의 소재의 내열성과 동등하거나 그보다 더 우수한 내열성을 가지는 소재를 포함하고, 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최소 외경보다 더 크지만 완성품으로서의 밸브 헤드부의 최대 외경보다는 더 작은 직경을 가지는 원통형 중실 환봉을 소재로서 사용하는 단계;
    한편, 중실 환봉의 일단부의 원형면을 상면이 되게 하고, 중실 환봉의 다른 단부의 원형면을 하면이 되게 하며, 단조로 중실 환봉의 하부의 직경을 확대시켜 하부의 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치되게 하는 단계;
    그 후, 상단부에서는 개방되고 하단부에서는 바닥이 있으며, 또한 내경은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 원통형 중공 구멍을 성형하는 단계; 및
    따라서, 최대 외경이 완성품으로서의 밸브 헤드부의 직경-확대 구간의 최대 외경과 일치하는 직경-확대 구간을 가지는 밸브 헤드부 반완성품을 제조하게 되고, 밸브 헤드부 반완성품은 완성품으로서의 밸브 헤드부의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경과 동일한 내경을 가지는 원통형 중공 구멍을 가지게 되며, 원통형 중공 구멍은 바닥이 있는 하단부를 가지게 되는 단계를 포함하는, 제 1 단계; 및
    복수의 단계의 냉간 단조에 의해 밸브 헤드부 반완성품의 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키고, 즉 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 가압하는 다이를 사용하여 직경-확대 구간의 상부 및 통 구간을 점진적으로 네킹 다운시키는 제 2 단계로서, 다이의 내경은 단계가 진행됨에 따라 조금씩 감소하고, 사용된 다이의 수는 네킹을 위한 공정의 수와 동일하며,
    따라서, 직경-확대 구간의 밸브 헤드부 중공 구멍의 최대 내경이 원통형 중공 구멍의 내경으로 유지되고, 밸브 헤드부 중공 구멍의 내경은 높이가 증가함에 따라 감소하고 통 구간의 상단부의 중공 축부의 중공 구멍의 내경과 동일해지도록 구성된 완성품으로서의 밸브 헤드부를 얻게 되는 제 2 단계를 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 2 단계에서는,
    다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 위에 위치되고 프레스 베드가 아래에 위치되는 상태로, 이격된 위치에 설치하는 단계;
    냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
    제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 아래에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
    램을 하강시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
    램을 하강시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 상승시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 아래에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 아래에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 아래에 위치시키는 단계;
    이러한 방식으로, 램을 N 회 하강시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
    공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    제 2 단계에서는,
    다이가 고정되는 램, 및 작업물이 고정되는 프레스 베드를, 램이 아래에 위치되고 프레스 베드가 위에 위치되는 상태로 이격된 위치에 설치하는 단계;
    냉간 단조를 위한 공정의 수 (N 회의 공정) 에 대응하는, 정의 정수이며 2 이상인 N 개의 다이를, 동일하게 이격된 간격으로 네킹을 위한 공정의 순서로 램에 고정시키는 단계;
    제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 다이 위에 놓이도록 프레스 베드에 밸브 헤드부 반완성품을 위치시키는 단계;
    램을 상승시켜 제 1 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
    램을 상승시켜 제 2 다이에 의해 제 1 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 2 단조를 실행하고, 동시에 제 1 다이에 의해 제 2 밸브 헤드부 반완성품의 네킹을 위한 제 1 단조를 실행하는 단계;
    램을 하강시키고, 제 1 밸브 헤드부 반완성품을 제 3 다이 위에 위치되도록 그리고 제 2 밸브 헤드부 반완성품을 제 2 다이 위에 위치되도록 전달-이동시키며, 동시에 제 3 밸브 헤드부 반완성품을 제 1 다이 위에 위치시키는 단계;
    이러한 방식으로, 램을 N 회 상승시키고 복수의 밸브 헤드부 반완성품을 전달-이동시키며, 제 1 밸브 헤드부 반완성품이 제 1 밸브 헤드부 완성품으로서의 밸브 헤드부 완성품이 될 때, 제 1 밸브 헤드부 완성품을 프레스 베드로부터 제거하는 단계; 및
    공정을 더 지속시켜 복수의 밸브 헤드부 완성품을 얻는 단계를 더 포함하는, 중공 엔진 밸브의 밸브 헤드부의 제조 방법.
  7. 양 단부가 개방되는 중공 축부;
    제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 6 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되고 중공 축부의 단부 중 일 단부에 용접되는 밸브 헤드부; 및
    중공 축부의 타단부에 용접되는 축 단부 밀폐재를 포함하는, 중공 엔진 밸브.
  8. 일단부가 밀폐된 중공 축부; 및
    제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항 또는 제 6 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되고, 중공 축부의 다른 단부에 용접되는 밸브 헤드부를 포함하는, 중공 엔진 밸브.
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