JP4161757B2 - Manufacturing method of intake / exhaust valve for engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン用給排気バルブの製造方法およびそれに用いるチャックの構造に関し、特に機能上最も重要なバルブフェース部に異種金属の肉盛り層を形成するようにしたエンジン用給排気バルブの製造方法とその肉盛り加工に用いるのに好適なチャックの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンの性能向上や軽量化を目的として、そのエンジン用給排気バルブには例えばアルミニウム合金に代表されるような軽合金材料製のものが採用されつつある。その一方、軽合金材料はそれまで主流を占めてきた鉄系合金材料に比べて特に高温での耐摩耗性が劣ることから、例えば特許文献1に記載されているように、バルブフェース部に耐摩耗性を付与するべくレーザ等の高密度熱源を使用して銅合金のような異種金属材料の肉盛り層を形成することが行われている。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−257034号公報 (図1および図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような肉盛り層が形成されることになる給排気バルブは、肉盛り加工までに最終製品形状に近い寸法形状まで仕上げられているのが一般的であるから、特にバルブフェース部を含む傘部は薄肉状であってその熱容量がきわめて小さいものとなっている。したがって、肉盛り加工時の入熱によって傘部が加熱され、母材の溶損のほか母材による肉盛り層の希釈を原因として肉盛り層にクラックが発生するなどの二次的不具合が発生しやすい。
【0005】
また、溶損や母材希釈を生じないようにその入熱量を調整した場合には、肉盛り加工に長時間を要し、特に量産化に際してその生産性の低下が余儀なくされることとなって好ましくない。
【0006】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ肉盛り加工時における給排気バルブ熱容量を増やすことで溶損等の欠陥の発生を防止し、もって肉盛り加工を迅速に且つ安定して行えるようにした製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、バルブフェース部に異種金属の肉盛り層を形成したエンジン用給排気バルブの製造方法であって、バルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれ余肉部を付加した形状に成形する第1の工程と、バルブフェース部に肉盛り加工を施す第2の工程と、肉盛り加工後に仕上げ加工を施して余肉部を除去する第3の工程と、を含んでいて、上記第1の工程においてバルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれバルブフェース部の傾斜に沿って余肉部を付加して円錐台形状とし、さらにバルブヘッド部側の余肉部に連続して円柱状の余肉部を一体的に付加した形状に成形することを特徴とする。
【0008】
この場合、バルブ粗材の材料は例えばアルミニウムベースの粉末冶金合金とし、また、バルブヘッド部側に付加される円柱状の余肉部は請求項2に記載のようにそのバルブヘッド部と同等もしくそれよりもはわずかに大きな直径のものとする。
【0009】
したがって、請求項1に記載の発明では、肉盛り加工時の段階ではバルブ粗材に余肉部が付帯しているが故に、その余肉部分だけバルブ粗材としての熱容量が増加したことになり、同時にバルブフェース部近傍は十分に厚肉化されていることから、肉盛り加工に伴う溶損やクラックの発生を未然に防止できるようになる。そして、製品機能の上で不要な余肉部は肉盛り加工後に初めて機械加工等により切削除去されることになる。
【0010】
その上で、請求項4に記載の発明は、チャックで把持したバルブ粗材をその軸心を回転中心として回転させながら肉盛り加工を施す際に、そのチャック爪によってバルブ粗材のバルブヘッド部側に付加された円柱状の余肉部のうち円筒外周面および端面のほぼ全面を把持面として外径把持方式でチャッキングすることを特徴とする。
【0011】
この場合、チャック爪は銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた材料で形成するものとし、また請求項5に記載のように、チャック爪には強制冷却のための冷却媒体が通流する冷却通路が形成されていることが望ましい。
【0012】
したがって、請求項4に記載の発明では、肉盛り加工時におけるバルブ粗材には広い面積で伝熱性にすぐれたチャック爪が接触していることから、肉盛り加工時におけるバルブ粗材のさらなる温度上昇抑制効果を期待できるようになる。
【0013】
【発明の効果】
請求項1に記載の発明によれば、肉盛り加工に際して余肉部分だけ熱容量が増加することから、バルブ粗材の温度上昇を抑制して溶損やクラック等の不具合の発生を未然に防止でき、肉盛り加工を迅速に且つ安定して行えるとともに、特に量産時の生産性が向上する効果がある。
【0014】
また、請求項4に記載の発明によれば、肉盛り加工に際してバルブ粗材を把持することになるチャックとバルブ粗材との接触面積を著しく増加させたため、肉盛り加工時におけるバルブ粗材の温度上昇を一段と抑制でき、請求項1に記載のものと同様の効果に加えて、必要に応じ余肉部量を低減して材料歩留まりの向上を図ることができ、ひいては生産コストの低減に寄与することができる利点がある。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1〜4は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、特に図1は給排気バルブの製造工程の概略を、図2はバルブ粗材単体の状態を、図3は肉盛り加工時における要部拡大図をそれぞれ示している。
【0016】
図1の(A)の予備成形工程では、例えばアルミニウムベースの粉末冶金合金を使用してバルブ粗材2を成形するものとし、より具体的にはアルミニウム系焼結丸棒Wを素材として用いて機械加工もしくは鍛造によりバルブ粗材2を成形する。本来の給排気バルブ(以下、単にバルブという)1の形状としては、同図(C)に示すようにバルブフェース部3を含む傘部4とバルブヘッド部(傘表部)5およびバルブステム部6とを有しているものであるが、本実施の形態ではバルブフェース3部以外の部分に積極的に余肉部(駄肉部)7,8,9を付加した形状に成形する。
【0017】
より詳しくは、図2に示すように、傘部4のうちバルブフェース部3に相当する幅寸法を残してそのバルブフェース部3の傾斜に沿って背面(裏面)側に余肉部7を付加するとともに、バルブヘッド部(傘表部)5側にも同様にバルブフェース部3の傾斜に沿って余肉部8を付加し、さらにその余肉部8に連続して該余肉部8と同等直径の極太の中実円筒状もしくは円柱状の余肉部9を一体的に付加するものとする。なお、図2では各部位に設定した余肉部7,8,9をわかりやすくするためにそれぞれに異なる断面表示としてあるが、いずれも余肉部7,8,9もバルブ粗材2と同一材料をもって一体的に成形されるものである。
【0018】
ここで、余肉部8に連続して極太形状の余肉部9を設定しているのは、バルブヘッド部5側ほど熱容量不足による溶損や母材希釈が発生しやすいためで、余肉部8の最大直径(=余肉部9の直径)はバルブ1そのもののサイズによっても異なるものの、例えば余肉部8の最大直径は傘部4の最大直径よりも4mm程度大きく設定し、同時に余肉部9の厚さHは10〜30mm程度に設定する。
【0019】
続く図1の(B)の肉盛り加工工程では、図3にも示すように、所定角度だけ傾斜させたバルブ粗材2をその余肉部9を把持部としてチャック10にて把持した上でチャック10とともに回転駆動させ、公知のようにバルブフェース部3に例えば異種金属材料である銅合金粉末を供給しながらレーザビーム11を照射して肉盛り層12を形成する。
【0020】
肉盛り材料である銅合金粉末としては、例えば一般に市販されている三井金属鉱業(株)製の「MCuNi2」を使用し、バルブフェース部3上への供給量は50〜70g/min程度とする。また、熱源であるレーザとしてはCO2レーザを使用し、バルブフェース部3上でのレーザビーム11のスポットサイズは2×4mm程度の楕円形状のものとし、加工点でのレーザ出力は4.0〜4.8kW、加工速度は1.2m/min程度とする。
【0021】
また、バルブ粗材2を把持することになるチャック10の素材としては、伝熱性に優れた材料として例えば銅あるいはアルミニウム系のA5056材を使用するものとし、図3および図4から明らかなように、チャック10の各チャック爪10aはバルブ粗材2の把持状態において余肉部9の円筒外周面および端面のほぼ全面に接触するように、すなわち余肉部9の円筒外周面および端面のほぼ全面を把持面としてバルブ粗材2をチャッキングするように設定してある。そして、各チャック爪10aには冷却媒体である冷却水にて強制冷却するために冷却通路としてウォータージャケット13を形成し、図示しない冷却水供給源との間で冷却水を循環させるものとする。
【0022】
したがって、肉盛り加工中においてはバルブ粗材2に付加した各余肉部7,8,9の分だけその熱容量が飛躍的に増大化されているため、バルブフェース部3近傍での温度上昇が抑制される。同時に、余肉部9のほぼ全面が伝熱性に優れたチャック爪10aに接触していて、しかもその各チャック爪10aが冷却水にて強制冷却されているため、バルブ粗材2の温度上昇抑制効果ひいてはその冷却効果が一段と向上するようになる。その結果として、バルブフェース部3近傍での溶損や母材希釈によるクラックの発生が未然に防止される。
【0023】
こうして、肉盛り加工を終えたならば、次工程である図1の(C)の仕上げ加工工程において肉盛り層12に切削機械加工を施し、その肉盛り層12の一部を削り取ることで所定形状に仕上げる。同時に、バルブ機能の上で不要な各余肉部7,8,9を機械加工にて切削除去する。
【0024】
本発明者が上記工法にて20本のバルブ1,1…の肉盛り加工を行った結果では、溶損あるいはクラック等の欠陥は一切発生しないことが判明した。その一方、余肉部7,8,9を付加せずに同一の条件で10本のバルブ1,1…の肉盛り加工を行った結果では、溶損は発生しなかったものの、全てのバルブにおいて肉盛り層12の終端部(肉盛り始端部と肉盛り終端部とがオーバーラップする部分)で過剰入熱による母材希釈のためにクラックの発生が認められた。
【0025】
また、各チャック爪10aに形成したウォータージャケット13をもってそのチャック爪10aを強制冷却することにより冷却促進効果が期待できることから、必要に応じて余肉部7,8,9の体積を減らすことが可能であり、その場合には材料歩留まりの向上により生産コストの低減が図れるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の好ましい実施の形態を示す概略工程説明図。
【図2】図1におけるバルブ粗材の拡大断面説明図。
【図3】図2のバルブ粗材を用いた肉盛り加工時の拡大断面説明図。
【図4】図3のチャックの平面説明図。
【符号の説明】
1…給排気バルブ
2…バルブ粗材
3…バルブフェース部
4…傘部
5…バルブヘッド部
7,8,9…余肉部
10…チャック
10a…チャック爪
11…レーザビーム
12…肉盛り層
13…ウォータージャケット(冷却通路)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for manufacturing an intake / exhaust valve for an engine and a structure of a chuck used therefor, and more particularly, to a method for manufacturing an intake / exhaust valve for an engine in which a build-up layer of a dissimilar metal is formed on a valve face portion that is most important in function. And a chuck structure suitable for use in the build-up processing.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of improving engine performance and reducing the weight of the engine, a light alloy material represented by, for example, an aluminum alloy is being adopted as an intake / exhaust valve for the engine. On the other hand, light alloy materials are inferior in wear resistance particularly at high temperatures as compared with iron-based alloy materials that have been the mainstream until now. In order to impart wear, a build-up layer of a dissimilar metal material such as a copper alloy is formed using a high-density heat source such as a laser.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-257034 (FIGS. 1 and 2)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The supply / exhaust valve in which the build-up layer as described above is formed is generally finished to a shape close to the shape of the final product by the build-up processing, and thus particularly includes the valve face portion. The umbrella is thin and has a very small heat capacity. Therefore, the umbrella part is heated by heat input at the time of build-up processing, and secondary defects such as cracking of the build-up layer occur due to melting of the base material and dilution of the build-up layer by the base material. It's easy to do.
[0005]
In addition, when the heat input is adjusted so as not to cause melting damage and dilution of the base material, it takes a long time for the build-up processing, and the productivity is inevitably lowered especially in mass production. It is not preferable.
[0006]
The present invention has been made paying attention to such problems, and in particular, by increasing the heat capacity of the supply / exhaust valve at the time of build-up processing, it is possible to prevent the occurrence of defects such as erosion, so that the build-up processing can be performed quickly and The present invention provides a manufacturing method that can be performed stably.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
In this case, the material of the valve rough material is, for example, an aluminum-based powder metallurgy alloy, and the columnar surplus portion added to the valve head portion side is equivalent to the valve head portion as described in
[0009]
Therefore, in the invention described in
[0010]
On top of that, the invention described in
[0011]
In this case, the chuck claw is made of a material having excellent thermal conductivity such as copper or aluminum, and the chuck claw is cooled so that a cooling medium for forced cooling flows through the chuck claw. It is desirable that a passage is formed.
[0012]
Therefore, in the invention according to
[0013]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the heat capacity increases only in the surplus portion during the build-up process, it is possible to prevent the occurrence of problems such as melting damage and cracks by suppressing the temperature rise of the valve crude material. In addition, the overlay processing can be performed quickly and stably, and the productivity at the time of mass production is improved.
[0014]
According to the invention described in
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 4 are views showing a preferred embodiment of the present invention. In particular, FIG. 1 shows an outline of a manufacturing process of an air supply / exhaust valve, FIG. 2 shows a state of a single valve rough material, and FIG. The principal part enlarged view in each is shown.
[0016]
In the preforming step of FIG. 1A, the valve
[0017]
More specifically, as shown in FIG. 2, an
[0018]
Here, the reason why the
[0019]
In the subsequent build-up process of FIG. 1B, as shown in FIG. 3, the
[0020]
As the copper alloy powder that is a build-up material, for example, “MCuNi2” manufactured by Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., which is generally marketed, is used, and the supply amount onto the
[0021]
Further, as the material of the
[0022]
Accordingly, during the build-up process, the heat capacity is dramatically increased by the
[0023]
In this way, when the build-up processing is finished, the build-
[0024]
As a result of the present inventor performing the build-up processing of the 20
[0025]
Moreover, since the cooling promotion effect can be expected by forcibly cooling the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic process explanatory view showing a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional explanatory view of the valve crude material in FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional explanatory view at the time of build-up processing using the valve coarse material of FIG. 2;
4 is an explanatory plan view of the chuck of FIG. 3; FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
バルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれ余肉部を付加した形状に成形する第1の工程と、
バルブフェース部に肉盛り加工を施す第2の工程と、
肉盛り加工後に仕上げ加工を施して余肉部を除去する第3の工程と、
を含んでいて、
上記第1の工程においてバルブ粗材を予備成形する際に、バルブフェース部を除いた傘部の背面側およびバルブヘッド部側にそれぞれバルブフェース部の傾斜に沿って余肉部を付加して円錐台形状とし、さらにバルブヘッド部側の余肉部に連続して円柱状の余肉部を一体的に付加した形状に成形することを特徴とするエンジン用給排気バルブの製造方法。A method of manufacturing an intake / exhaust valve for an engine in which a build-up layer of a different metal is formed on a valve face part,
When preforming the valve coarse material, a first step of forming on the back side and the shape obtained by adding each excess thickness portion to the valve head portion of the umbrella portion excluding the valve face portion,
A second step of performing padding processing to the valve face portion,
A third step of finishing after the build-up processing to remove the surplus portion,
The Te including Ndei,
When preforming the valve rough material in the first step, an extra portion is added along the inclination of the valve face portion on the back side and the valve head portion side of the umbrella portion excluding the valve face portion. A method for manufacturing an air supply / exhaust valve for an engine, which is formed into a trapezoidal shape and further formed into a shape in which a columnar surplus portion is integrally added continuously to a surplus portion on the valve head side .
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