JP5420116B1 - ポペットバルブのフェース部の形成方法およびこの形成方法によるフェース部を有するポペットバルブ - Google Patents
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Abstract
【課題】基体・フェース部共に結晶粒の粗大化を招くこと無しにフェース表面から所定の深さ以上まで圧縮残留応力を維持しつつ、加工硬化を得るとともに、溶接欠陥も解消できるポペットバルブおよびそのフェース部の形成方法を提供する。
【解決手段】ポペットバルブのフェース部の形成方法は、軸部1ｂとその一端の傘部2ａとからなるポペットバルブ基体2について、上記傘部2ａに溶接による肉盛部4を周回状に形成する工程と、この肉盛部4に所定の開き角のフェース面6を形成する工程とからなり、上記肉盛部4には、表面の除去加工により平滑面5を形成し、この平滑面5に対する塑性加工により上記フェース面6を形成するとともに、この加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、ポペットバルブのフェース部2bに均等面圧を与えることにより、上記課題を解決してフェース部の耐久性を向上することができるものである。
【解決手段】ポペットバルブのフェース部の形成方法は、軸部1ｂとその一端の傘部2ａとからなるポペットバルブ基体2について、上記傘部2ａに溶接による肉盛部4を周回状に形成する工程と、この肉盛部4に所定の開き角のフェース面6を形成する工程とからなり、上記肉盛部4には、表面の除去加工により平滑面5を形成し、この平滑面5に対する塑性加工により上記フェース面6を形成するとともに、この加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、ポペットバルブのフェース部2bに均等面圧を与えることにより、上記課題を解決してフェース部の耐久性を向上することができるものである。
Description
この発明は、ポペットバルブの基体の傘部に肉盛溶接することによって形成されるポペットバルブのフェース部の形成方法およびこの形成方法によるフェース部を有するポペットバルブに関する。
ポペットバルブのフェース部は、シリンダヘッド側のバルブシートからの衝撃を繰返し受けることから、その耐久性を強化する技術として、ポペットバルブの基体について、その傘部に耐摩耗性合金等を肉盛溶接してフェース部を形成する技術が、特許文献1の例をはじめ、ポペットバルブの製造に際して幅広く用いられている。
しかしながら、上記フェース部は、溶接された肉盛材によって強化される一方で、肉盛溶接時の熱応力や肉盛材と基材の熱膨張差等により、フェース部の内部に引張応力が残留することが知られており、工程内での仕上げ加工時やエンジン作動時などフェース部へ引張応力が負荷された場合、この引張残留応力との合力により、フェースクラックが起こることがある。特にエンジン作動下はバルブの連続した開閉による繰り返し荷重が発生する。また、シリンダー内では吸気・圧縮・燃焼・排気の行程が繰り返される為、サーマルサイクルによる熱応力が発生する。この様な環境下での使用はフェースクラックに対する耐性の低下を招くこととなり、その結果、肉盛材に見合う耐久性を確保しえなくなるという問題があった。
本発明は、基体・フェース部共に結晶粒の粗大化を招くこと無しにフェース表面から所定の深さ以上まで圧縮残留応力を維持しつつ、加工硬化を得ることができ、また、溶接欠陥も解消できるフェース部を備えるポペットバルブおよびそのフェース部の形成方法を提供するものである。
請求項１に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を形成する工程と、その肉盛部に所定の開き角のフェース面を形成する工程とからなるポペットバルブのフェース部の形成方法において、上記傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を形成し、この平滑面に対する鍛造加工によって上記フェース面を形成するとともに、この鍛造加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与えることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を形成する工程と、その肉盛部に所定の開き角のフェース面を形成する工程とからなるポペットバルブのフェース部の形成方法において、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を形成し、この平滑面に対する塑性加工によって上記フェース面を形成するとともに、この塑性加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与え、上記肉盛部からその内周側に及ぶ領域を前記平滑面と同様にして第二の平滑面を形成し、この第二の平滑面について前記フェース面と同様にして上記フェース面と一体にフェース内拡面を形成するとともに、このフェース内拡面の開き角を前記フェース面の開き角より大きい角度に形成することを特徴とする。
請求項３に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に所定の開き角のフェース面を備えたフェース部を有するポペットバルブにおいて、上記傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を設け、この平滑面に対する鍛造加工によって上記フェース面を形成するとともに、この鍛造加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与えることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に所定の開き角のフェース面を備えたフェース部を有するポペットバルブにおいて、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を設け、この平滑面に対する塑性加工によって上記フェース面を形成するとともに、この塑性加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与え、上記肉盛部からその内周側に及ぶ領域に上記平滑面と同様にして第二の平滑面を形成し、この第二の平滑面について上記フェース面と同様にして上記フェース面と一体のフェース内拡面を形成するとともに、このフェース内拡面の開き角を前記フェース面の開き角より大きい角度に形成したことを特徴とする。
請求項１に係る発明により、ポペットバルブ基体について、その傘部に溶接による肉盛部を周回状に形成し、傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、その表面を切削して平滑面を形成し、この平滑面を塑性加工して所定の開き角のフェース面を形成する。この加工では、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で外周部のカジリを防止しつつポペットバルブのフェース部に均等面圧を与え、形成することから、基体・フェース部共に結晶粒の粗大化を招くこと無しにフェース表面から所定深さまで圧縮残留応力を維持しつつ、加工硬化を得ることができる。また、溶接欠陥も解消できる。したがって、肉盛材の特性を損なうことも無い。また、この圧縮応力は仕上げ工程のフェース面の除去加工やエンジン作動にフェース部で発生する引張応力に対して抗力となる為、エンジン稼動下における繰返し応力による疲労破壊やヒートショックによるフェースクラックに対する耐性を向上することができ、フェース部の加工硬化により耐摩耗性も向上することができる。
請求項２に係る発明により、フェース面の形成とともに、その内周側の領域を第二の平滑面としてフェース内拡面を一体に形成することから、フェース面に作用する面圧を低減してフェース部のクラック発生が抑えられるので、フェース面の開き角が小さく、過大な面圧が塑性加工時に平滑面に作用する場合、例えば、フェース面の開き角が９０°等の鋭角気味のフェース面を有するポペットバルブについて、塑性加工によるフェースクラック発生を抑えたフェース部を形成することができる。
請求項３に係る発明により、ポペットバルブ基体について、その傘部に溶接による肉盛部を周回状に形成し、傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、その表面を切削して平滑面を形成し、この平滑面を均等面圧で塑性加工して所定の開き角のフェース面を形成する。この加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で外周部のカジリを防止しつつポペットバルブのフェース部に均等面圧を与え、形成することから、基体・フェース部共に結晶粒の粗大化を招くこと無しにフェース表面から所定深さまで圧縮残留応力を維持しつつ、加工硬化を得ることができる。また、溶接欠陥も解消できる。したがって、肉盛材の特性を損なうことも無い。また、この圧縮応力は仕上げ工程のフェース面の除去加工やエンジン作動にフェース部で発生する引張応力に対して抗力となる為、エンジン稼動下における繰返し応力による疲労破壊やヒートショックによるフェースクラックに対する耐性を向上することができ、フェース部の加工硬化により耐摩耗性も向上することができる。
請求項４に係る発明により、フェース面の形成とともに、その内周側の領域を第二の平滑面とし、開き角をフェース面より大きくしてフェース内拡面を同様に形成したことから、鍛造加工の際のフェース面に作用する面圧が低減されるので、開き角が小さく、フェース面に過大な鍛造面圧が作用する場合、例えば、フェース面の開き角が９０°等の鋭角気味のフェース面を有するポペットバルブについて、塑性加工によるフェースクラック発生を抑えたフェース部を形成することができる。
上記技術思想に基づいて具体的に構成された実施の形態について以下に図面を参照しつつ説明する。
ポペットバルブは、軸部と一体の大径の傘部とからなるバルブ基体を塑性加工によって形成し、このバルブ基体の傘部に肉盛溶接加工によってフェース部を形成した上で仕上げ加工によって製造される。
ポペットバルブは、軸部と一体の大径の傘部とからなるバルブ基体を塑性加工によって形成し、このバルブ基体の傘部に肉盛溶接加工によってフェース部を形成した上で仕上げ加工によって製造される。
本発明のポペットバルブは、完成に至る各加工工程の中でも、特にフェース部について、傘部に耐摩耗性合金を肉盛溶接し、所定の塑性加工を行うことを発明の要旨とする。つまり、傘部に肉盛用溝を形成して耐摩耗性合金を肉盛溶接し、その肉盛部に切削除去加工により平滑面を形成した上で、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲でポペットバルブのフェース部に均等面圧を与え、フェース面を形成することを特徴とする。
上記ポペットバルブについて、その製造工程を具体的に説明すると、図1の製造工程図に示すように、（1）据込み工程と（2）傘部の鍛造工程とからなるバルブ基体2の加工工程群、（3）傘部の溝入れ工程から（4）肉盛溶接工程、（5）鍛造前切削工程、（6）二次鍛造工程までのフェース部2bについての加工工程群、（7）完成工程におけるポペットバルブの仕上げまでの多段階の工程に及ぶ。
第一の工程である（1）据込み加工は、棒状材料を所定長さに切断し、その一端をＲ面取りし、他端をＣ面取りし、この棒状材料を電極間の電位差による抵抗加熱により電極間について軟化させ、その状態で軸方向に加圧することで、上記一端のＲ面取り側を拡径変形させてヘッド部1ａを形成するとともに予熱を与える。
第二の工程である（2）鍛造加工は、一次鍛造として熱間鍛造によりバルブ基体2を形成する。このバルブ基体2は、上記ヘッド部1ａを型鍛造によって所定の傘形状に形成した傘部2ａを備え、この傘部2ａには、その外周部に所定の傾斜面のフェース部2ｂが形成される。
第三の工程である（3）フェース部溝入れ加工は、上記フェース部2ｂに次の肉盛溶接時の溶接材溶け落ちを防止するための溝3を切削等により周回形成する。
第四の工程である（4）肉盛溶接加工は、傘部2ａの予熱後にフェース部2ｂの溝3に沿ってコバルト系その他の耐摩耗性合金を肉盛溶接によって肉盛部4を形成する。このとき、傘部2ａの冷却により、溶接時の入熱による熱応力の発生を軽減し、溶接境界割れを防止する。
第四の工程である（4）肉盛溶接加工は、傘部2ａの予熱後にフェース部2ｂの溝3に沿ってコバルト系その他の耐摩耗性合金を肉盛溶接によって肉盛部4を形成する。このとき、傘部2ａの冷却により、溶接時の入熱による熱応力の発生を軽減し、溶接境界割れを防止する。
第五の工程である（５）鍛造前加工は、図２に二次鍛造時の要部拡大断面図（第一例）を示すように、鍛造時の面圧を均等化するために、肉盛部４の表面を切削除去加工によって平滑面５を形成するとともに、外周部のカジリ防止のために傘部２ａの外径部Ｐを所定の外径寸法に切削する。
上記平滑面5を形成した肉盛部4の溶接材は、硬くて靱性の低いコバルト基合金などが多く使用されることから、この後に続く比較的低温の鍛造によって変形量や応力集中が大きくなると肉盛部4にクラックが発生する可能性があり、また、肉盛溶接後の凹凸状の肉盛部4の表面をそのまま鍛造すると圧縮残留応力と加工硬化が不均一になる可能性があることから、次の二次鍛造時の面圧を均一にするために、肉盛部4について除去加工によって金型と対応する平滑面5を形成する。
第六の工程である（6）二次鍛造加工は、傘部2ａの予熱後に肉盛部4の平滑面5を鍛造加工することによりフェース面6を形成する。この加工では、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で平滑面5に均等面圧を与え、形成する。
上記二次鍛造加工については、肉盛部４の内周に沿う溶接境界部からのクラックの発生を防止するために、同溶接境界部に達するまで面圧を加え、また、傘部２ａの外径部Ｐに材料の逃げを設けてフェース面６のクラックの発生を防止するために、加工部を限定して傘部２ａの外径部Ｐを未拘束とする鍛造加工を行う。また、フェース面６の法線方向のプレス代を規定するために、一次鍛造と異なる形状の金型を使用する。
第七の工程である（7）完成加工は、必要な熱処理を含め、プレスしたフェース面6を切削することにより、シリンダヘッド側のバルブシートと密接可能な仕上面7をフェース部2ｂに形成してポペットバルブを完成させる。
（内部応力）
上記工程によって形成されるポペットバルブのフェース部2ｂは、軸部1ｂとその一端の傘部2ａとからなるポペットバルブ基体2について、傘部2ａの外周部に形成した傾斜面によるフェース部2ｂに溝3を切削形成し、この溝3に沿って溶接による肉盛部4を周回状に形成し、この肉盛部4の表面を切削除去加工によって平滑面5を形成することにより肉盛部4の均等面圧負荷による二次鍛造が可能となる。
上記工程によって形成されるポペットバルブのフェース部2ｂは、軸部1ｂとその一端の傘部2ａとからなるポペットバルブ基体2について、傘部2ａの外周部に形成した傾斜面によるフェース部2ｂに溝3を切削形成し、この溝3に沿って溶接による肉盛部4を周回状に形成し、この肉盛部4の表面を切削除去加工によって平滑面5を形成することにより肉盛部4の均等面圧負荷による二次鍛造が可能となる。
この均等面圧の二次鍛造工程によってフェース面6を形成することにより、フェース面6に一様な塑性歪みを与えて一様な圧縮残留応力を発生させることができる。この圧縮残留応力をフェース部に付与することにより、ポペットバルブ使用時にフェース部2ｂに加わる引張応力を相殺し、疲労強度や耐クラック性を向上することができる。
このように、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲に温度条件を限定して均等面圧の二次鍛造を行うことにより、基材2及びフェース部5の金属結晶粒の粗大化を招くことなしに、フェース面6の全体に表面から所定深さまでの範囲で圧縮応力状態が維持される。
その結果、仕上げ工程におけるフェース面6の切削やエンジン作動による仕上面7に発生する引張応力に対してフェース部2ｂへ付与された圧縮応力が抗力となる為、エンジン稼動下における繰返し応力による疲労破壊やヒートショックによるフェースクラックに対する耐性を向上することができる。
（材料強度）
また、一般の金属組織の転位は粒界よりも粒内で起こり易く、粒界の増大によって転位が起こり難くなることから、結晶粒が大きくなると粒界が減少して転位が起こり易く、その結果強度が低下する。このように、材料強度は、転位の動き易さで左右され、動き易いほど強度が低くなる。
また、一般の金属組織の転位は粒界よりも粒内で起こり易く、粒界の増大によって転位が起こり難くなることから、結晶粒が大きくなると粒界が減少して転位が起こり易く、その結果強度が低下する。このように、材料強度は、転位の動き易さで左右され、動き易いほど強度が低くなる。
上記二次鍛造においては、Ａ1変態点以下である温間域または冷間域の温度の鍛造とすることにより、結晶粒の粗大化による強度低下を避けることができる。特に、バルブ基材がオーステナイト材の場合は、バルブ製造上も、結晶粒の微細化のための後工程の熱処理が困難であり、また、Ａ1変態点以上の鍛造の場合は結晶粒の粗大化を招き、時効処理によっても本来の強度を得ることができないことから、再結晶温度以下の範囲で鍛造加工を行うことにより、結晶粒の粗大化を防いで材料強度低下を防止することができ、熱間鍛造と比較して、フェース部が加工硬化し易く、耐摩耗性を向上することができる。
上記の場合における具体的な鍛造温度の設定は、溶接肉盛材、基材の双方のＡ1変態点の内の低い方の値による。一般的には、肉盛材として基材よりも高温強度に優れた材料を用いることが殆どであり、多くの場合、基材のＡ1変態点の方が低い値となる。そのため、一部の例を除き、二次鍛造温度条件は、基材のＡ1変態点未満に設定する。
例えば、基材に高ニッケル合金（ＮＣＦ80Ａ）、肉盛材にコバルト系耐摩耗性合金（商標名ステライト＃712）を用いたバルブの場合、再結晶温度はＮＣＦ80Ａの方が低いので、基材側を基準として二次鍛造温度を決定する。ＮＣＦ80Ａの再結晶温度は1000℃〜1100℃なので、二次鍛造温度を1000℃未満とすれば、Ａ1変態点以下による温間鍛造を実施することができる。
（検証結果）
上記工程によって製造したポペットバルブの検証により、フェース部の残留応力、クラック、表面の硬さについて以下の結果を得た。
上記工程によって製造したポペットバルブの検証により、フェース部の残留応力、クラック、表面の硬さについて以下の結果を得た。
応力分布の検証例として、傘径φ70ｍｍ、フェース角120度、二次鍛造温度Ｔ＝850±50℃で形成したポペットバルブ（基材に上記高ニッケル合金、肉盛材に上記コバルト系耐摩耗性合金）について、Ｘ線残留応力測定法（管電圧40ｋＶ、管電流30ｍＡ、特性Ｘ線Ｃｒ・Ｋ α線、コリメータφ2．0ｍｍ、測定モード並傾法）により、傘部の180度角度差の2点において深さ位置0、20、50μｍの周方向と放射方向の残留応力について測定を行い、次の結果を得た。
二次鍛造の有無によるフェース部の残留応力の対比結果は、図４の残留応力分布比較グラフ（周方向と放射方向）に示すように、表面では両者同等の圧縮応力、深さ20、50μｍでは、二次鍛造無が引張応力に対して二次鍛造有が圧縮応力という結果が得られた。この測定結果から、一方の二次鍛造無では、表面と浅い部分を除く範囲の引張応力が推定され、他方の二次鍛造有では、表面から深い部分までの全範囲の圧縮応力が推定される。
また、フェース部の耐ヒートショック性については、傘径φ70ｍｍ、フェース角120度、二次鍛造温度Ｔ＝850±50℃で形成したポペットバルブ(基材に上記高ニッケル合金、肉盛材に上記コバルト系耐摩耗性合金)について、二次鍛造の有無を対比して熱衝撃試験を実施し、検証した。この試験は試験温度で保持した試験体(各条件3本)を20±5℃の冷水にて急冷し、その表面を浸透探傷試験にてフェース損傷の有無検証する試験法である。結果は次の通りである。
二次鍛造の有無によるフェース部の耐ヒートショック性の対比結果は、図５の熱衝撃試験成績比較図に示すように、フェースクラック発生温度が二次鍛造無で650〜700℃に対して、二次鍛造有は800〜850℃という結果が得られ、耐ヒートショック性向上に有効であることが認められた。
また、フェース部の内部欠陥については、傘径φ110ｍｍ、フェース角100度、二次鍛造温度Ｔ＝850±50℃で形成したポペットバルブ(基材に上記高ニッケル合金、肉盛材に上記コバルト系耐摩耗性合金)について、基材側にクラックが発生する条件設定による肉盛溶接を行い、二次鍛造の有無を対比して金属組織の顕微鏡観察を行った結果、一方の二次鍛造無は基材側に明らかなクラックが観察され、他方の二次鍛造有はフェース部の基材側と肉盛材の範囲について、ピンホールやクラックが一切観察されなかった。このことから、基材側に発生したクラックが二次鍛造によって圧着修復されることが推定される。
また、加工硬化については、傘径φ110ｍｍ、フェース角100度、二次鍛造温度Ｔ＝850±50℃で形成したポペットバルブ（基材に上記高ニッケル合金、肉盛材に上記コバルト系耐摩耗性合金）について、二次鍛造の前後における肉盛部の完成表面相当位置の硬さをフェース面の幅中央部とその内外側部の3点で測定した結果、図６のフェース硬さ比較グラフに示すように、二次鍛造の前より後における測定値が35〜70ＨＶの上昇となり、明らかな加工硬化が確認された。
上記二次鍛造の効果検証についてまとめると、以下のとおりである。
1）圧縮残留応力について
深さが0μｍ、20μｍ、50μｍの測定位置について 二次鍛造無しでは、20μｍ、50μｍ位置で引張応力、有りでは、全深さ範囲において、周方向、放射方向を問わない残留圧縮応力が確認された。
2）耐ヒートクラック性の向上について
熱衝撃試験より、二次鍛造による耐フェースクラック性の改善及び、熱応力に対する強度向上が認められた。
3）内部欠陥（ピンホール・クラックなど）の圧着について
肉盛溶接によって基材側内部組織にクラックが発生したポペットバルブについて、二次鍛造による欠陥修復効果が金属組織の顕微鏡解析によって確認された。試験対象は、ポペットバルブ（傘径約110ｍｍ、フェース角100°、高ニッケル合金（ＮＣＦ80Ａ）の基材に肉盛溶接（商標名ステライト＃712）による。
4）加工硬化について
肉盛部完成表面付近の硬さは、フェース部の内径側、中央、外径側の測定位置において、2次鍛造前後において上昇（35〜70ＨＶ）があり、加工硬化を確認できた。
1）圧縮残留応力について
深さが0μｍ、20μｍ、50μｍの測定位置について 二次鍛造無しでは、20μｍ、50μｍ位置で引張応力、有りでは、全深さ範囲において、周方向、放射方向を問わない残留圧縮応力が確認された。
2）耐ヒートクラック性の向上について
熱衝撃試験より、二次鍛造による耐フェースクラック性の改善及び、熱応力に対する強度向上が認められた。
3）内部欠陥（ピンホール・クラックなど）の圧着について
肉盛溶接によって基材側内部組織にクラックが発生したポペットバルブについて、二次鍛造による欠陥修復効果が金属組織の顕微鏡解析によって確認された。試験対象は、ポペットバルブ（傘径約110ｍｍ、フェース角100°、高ニッケル合金（ＮＣＦ80Ａ）の基材に肉盛溶接（商標名ステライト＃712）による。
4）加工硬化について
肉盛部完成表面付近の硬さは、フェース部の内径側、中央、外径側の測定位置において、2次鍛造前後において上昇（35〜70ＨＶ）があり、加工硬化を確認できた。
このように、ポペットバルブのフェース部について実施した上記二次鍛造に係る工程は、効果検証の結果からも確認されたとおり、溶接欠陥の解消とともに、圧縮方向の残留応力と加工硬化に有効であることから、フェース部の肉盛材の特性を生かして耐割れ性、耐摩耗性の向上による優れた耐久性を確保することができるものである。
（別構成例）
次に、図3に二次鍛造時の要部拡大断面図（第二例）を示すように、ポペットバルブのフェース面6の開き角が小さい場合の二次鍛造加工について説明する。 前述の一連の工程において、第五の工程である（5）鍛造前加工においては、肉盛部4の平滑面5に加えて、さらにその内周側の傘部2ａの基材に及ぶ溶接境界部の範囲を切削除去加工によって第二の平滑面5ａとして形成し、この第二の平滑面5ａについて肉盛部4のフェース面6と同様にして、かつ、このフェース面６と一体にその内周側に拡大するフェース内拡面6ａを二次鍛造によって形成する。このフェース内拡面6ａは、フェース面6の開き角αより大きい開き角βに形成する。開き角αはポペットバルブの完成フェース角度に合わせる為、一般的なポペットバルブの場合30°≦α＜180°の範囲で設定し、開き角βはα＜β≦180°の範囲で設定する。
次に、図3に二次鍛造時の要部拡大断面図（第二例）を示すように、ポペットバルブのフェース面6の開き角が小さい場合の二次鍛造加工について説明する。 前述の一連の工程において、第五の工程である（5）鍛造前加工においては、肉盛部4の平滑面5に加えて、さらにその内周側の傘部2ａの基材に及ぶ溶接境界部の範囲を切削除去加工によって第二の平滑面5ａとして形成し、この第二の平滑面5ａについて肉盛部4のフェース面6と同様にして、かつ、このフェース面６と一体にその内周側に拡大するフェース内拡面6ａを二次鍛造によって形成する。このフェース内拡面6ａは、フェース面6の開き角αより大きい開き角βに形成する。開き角αはポペットバルブの完成フェース角度に合わせる為、一般的なポペットバルブの場合30°≦α＜180°の範囲で設定し、開き角βはα＜β≦180°の範囲で設定する。
上記工程により、肉盛部4のフェース面6の形成とともに、その内周側の領域に開き角が異なるフェース内拡面6ａを一体に形成することにより、フェース面6に作用する面圧を低減してフェース部2ｂのクラック発生が抑えられる。
例えば、傘径φ100、フェース面6の開き角が90°の鋭角気味のフェース面を有するポペットバルブの二次鍛造工程の場合、金型の開き角αを90°、開き角βを140°と設定する。この様な金型を用いることで安定した二次鍛造加工が可能となることから、フェース表面から所定深さまで圧縮残留応力を維持しつつ、加工硬化が得られたポペットバルブのフェース部2ｂを形成することができるので、エンジン稼動下における繰返し応力による疲労破壊やヒートショックによるフェースクラックに対する耐性を向上することができ、フェース部の加工硬化により耐摩耗性も向上することができる。
1ａ ヘッド部
1ｂ 軸部
2 ポペットバルブ基体
2ａ 傘部
2ｂ フェース部
3 溝
4 肉盛部
5 平滑面
5ａ 第二の平滑面
6 フェース面
6ａ フェース内拡面
7 仕上面
Ｐ 外径部
1ｂ 軸部
2 ポペットバルブ基体
2ａ 傘部
2ｂ フェース部
3 溝
4 肉盛部
5 平滑面
5ａ 第二の平滑面
6 フェース面
6ａ フェース内拡面
7 仕上面
Ｐ 外径部
Claims (4)
- 軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を形成する工程と、その肉盛部に所定の開き角のフェース面を形成する工程とからなるポペットバルブのフェース部の形成方法において、
上記傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を形成し、この平滑面に対する鍛造加工によって上記フェース面を形成するとともに、この鍛造加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与えることを特徴とするポペットバルブのフェース部の形成方法。 - 軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を形成する工程と、その肉盛部に所定の開き角のフェース面を形成する工程とからなるポペットバルブのフェース部の形成方法において、
上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を形成し、この平滑面に対する塑性加工によって上記フェース面を形成するとともに、この塑性加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与え、上記肉盛部からその内周側に及ぶ領域を前記平滑面と同様にして第二の平滑面を形成し、この第二の平滑面について前記フェース面と同様にして上記フェース面と一体にフェース内拡面を形成するとともに、このフェース内拡面の開き角を前記フェース面の開き角より大きい角度に形成することを特徴とするポペットバルブのフェース部の形成方法。 - 軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に所定の開き角のフェース面を備えたフェース部を有するポペットバルブにおいて、
上記傘部の外径部を所定外形寸法に切削し、かつ、上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を設け、この平滑面に対する鍛造加工によって上記フェース面を形成するとともに、この鍛造加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与えることを特徴とするポペットバルブ。 - 軸部とその一端の傘部とからなるポペットバルブ基体について、上記傘部に溶接による周回状の肉盛部を設け、この肉盛部に所定の開き角のフェース面を備えたフェース部を有するポペットバルブにおいて、
上記肉盛部には、表面の除去加工によって平滑面を設け、この平滑面に対する塑性加工によって上記フェース面を形成するとともに、この塑性加工は、再結晶温度未満の温度域である冷間から温間の範囲で、均等面圧を与え、上記肉盛部からその内周側に及ぶ領域に上記平滑面と同様にして第二の平滑面を形成し、この第二の平滑面について上記フェース面と同様にして上記フェース面と一体のフェース内拡面を形成するとともに、このフェース内拡面の開き角を前記フェース面の開き角より大きい角度に形成したことを特徴とするポペットバルブ。
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