(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形ランドを有する金型内に素材をセットしパンチで押圧することで軸部を押出し成形し、成形後にノックアウトピンで成形品を金型から払い出す冷間押出成形用の金型装置において、前記金型には成形ランドに続いて成形ランドよりも大径の逃げ部が形成され、更にこの逃げ部の端部に成形後の軸部の先端が入り込む成形ランドよりも大径で逃げ部よりも小径の拘束部を設けたことを特徴とする冷間押出成形用の金型装置。
【請求項２】
請求項１に記載の冷間押出成形用の金型装置において、前記拘束部の径は前記成形ランドの径よりも０．０１〜０．０２ｍｍ大きく、その長さは成形後の軸部の先端が２〜１２ｍｍ入り込む長さとしたことを特徴とする冷間押出成形用の金型装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷間押出成形用の金型装置において、前記逃げ部の内径を前記成形ランドの径よりも０．１〜０．５ｍｍ大きくしたことを特徴とする冷間押出成形用の金型装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷間押出成形用の金型装置において、前記逃げ部と拘束部とは傾斜部で連続し、この傾斜部の角度は１０°〜４５°としたことを特徴とする冷間押出成形用の金型装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンバルブなどの一部を軸部とした部材を冷間成形する金型装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンバルブを冷間鍛造するには、断面減少率が大きくなると割れが発生するため、図４に示すように、例えば、切断スラブから第１中間素材を成形し、第１中間素材から第２中間素材を成形し、第２中間素材から第３中間素材を成形し、この第３中間素材からエンジンバルブを成形するようにしている。
【０００３】
上記の各成形工程で用いる金型装置は、例えば特開平２−２８４７３９号公報にも開示されるように、金型とパンチとノックアウトピンを備えている。
図５に第２中間素材を成形する金型装置を示す。この図に示すように従来の金型装置は、金型１００に頭部成形用キャビティ１０１を設け、このキャビティ１０１の底部に軸部を成形するための成形ランド１０２を設け、この成形ランド１０２の下方を逃げ部１０３としている。そして、素材Ｗをパンチ１０４で加圧して軸部Ｗ１を押出し成形した後、金型１００の底面から挿入したノックアウトピン１０５で成形後の素材を払い出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにノックアウトピンで成形後の素材を払い出すには、軸部の下端を突き上げるようにしている。一方、成形後の軸部には圧縮応力が作用しているが、軸部の下端を突き上げることにより下端部に径方向外側に広がる力が作用し、圧縮応力が減少する。この減少の度合いを図４に示す。
【０００５】
そして圧縮応力が減少することにより逆に引っ張り応力が発生し、図６に示すように、軸部下端にクラックが発生することがある。
特に、吸気用エンジンバルブの材料として用いるステンレス系耐熱鋼は排気用エンジンバルブ素材として用いるインコネルに比較して靭性に劣るためクラックが発生しやすい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係る冷間押出成形用の金型装置は、成形ランドを有する金型内に素材をセットしパンチで押圧することで軸部を押出し成形し、成形後にノックアウトピンで成形品を金型から払い出す冷間押出成形用の金型装置であって、前記金型には成形ランドに続いて成形ランドよりも大径の逃げ部を形成し、更にこの逃げ部の端部に成形後の軸部の先端が入り込む成形ランドよりも大径で逃げ部よりも小径の拘束部を設けた。
【０００７】
尚、従来の金型においても、逃げ部の下方に小径部を設けたものは存在する。しかしながら、その小径部は成形時の座屈を防止するためのものであり、軸部と小径部とのクリアランスは摺動性を確保するため大きくとられている。
一方、本発明の拘束部は軸部下端を下方から突き上げる際の径方向外側に広がる力による圧縮応力の減少を防ぐためのものであり、そのクリアランスは摺動性を確保するものではなく、拘束するものであり、具体的には成形ランドの径よりも０．０１〜０．０２ｍｍ大きくし、その長さは軸部の先端が２〜１２ｍｍ入り込む長さとするのが好ましい。
【０００８】
また、摺動性を確保するための逃げ部については、成形ランドの径よりも０．１〜０．５ｍｍ大きくし、更に逃げ部と拘束部との間の傾斜部の角度は１０°〜４５°とし、逃げ部から拘束部へ素材が容易に導入されるようにするのが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る冷間押出成形用の金型装置による鍛造時の断面図、図２は同冷間押出成形用の金型装置の払い出し時の断面図、図３は同冷間押出成形用の金型装置の拘束部の拡大図である。
【００１０】
金型装置は金型１、パンチ２０及びノックアウトピン３０から構成され、金型１には頭部成形用のキャビティ２、このキャビティ２の底部に軸部を押出し成形する成形ランド３、この成形ランド３の下方に連続する逃げ部４及びこの逃げ部４の下端に連続する拘束部５がそれぞれ形成されている。
【００１１】
前記拘束部５の径は成形ランド３の径よりも０．０１〜０．０２ｍｍ大きく設定している。
０．０１ｍｍ以上大きくしたのは、成形ランド３から押し出された軸部Ｗ１はスプリングバックにより若干径が大きくなる。そのため、拘束部５の径と成形ランド３の径とを等しくすると、拘束部５に導入される際に再度成形されることになり、成形荷重の増大を招くとともに座屈を生じるおそれがあるので、０．０１ｍｍ以上大きくする。
また、拘束部５の径をあまり大きくすると、素材軸部と拘束部５内周との間のクリアランスが大きくなり、払い出し時に軸部下端に引張応力が生じ、クラック発生の原因になる。
したがって、拘束部５の径は成形ランド３の径よりも０．０１〜０．０２ｍｍ大きく設定する。
【００１２】
また、拘束部５の長さは軸部Ｗ１の先端が２〜１２ｍｍ入り込む長さとするのが好ましい。即ち、２ｍｍ未満では拘束の効果が薄く、１２ｍｍを超えると、払い出し時の荷重が大きくなりすぎるので、上記の範囲とする。
【００１３】
また、前記逃げ部４は軸部の摺動性を確保するために設けるので、成形ランド３の径よりも０．１〜０．５ｍｍ大きく設定するのが好ましい。即ち、０．１ｍｍ未満では成形ランドに対する逃げ量が少ないため、成形時及び払い出し時に素材と金型とが干渉する部分が大きくなり荷重が増大し、また０．５ｍｍを超えると曲がり量が大きくなり、場合によっては座屈が発生するので、上記の範囲とする。
【００１４】
更に前記逃げ部４と拘束部５とは傾斜部６で連続しており、この連続部６の傾斜角は１０°〜４５°とする。これは１０°未満では傾斜部６が長くなりすぎ、４５°を超えると軸部Ｗ１が傾斜部６に接触した際の抵抗が大きくなり成形荷重の増大を招くことによる。
【００１５】
以上の金型装置を用い、金型のキャビティ２に素材をセットし、パンチ２０で押出し成形し、この後、図３に示すようにノックアウトピン３０で成形品を払い出したところ、軸部にクラックは発生しなかった。
【００１６】
また、図４に示した第２中間素材、第３中間素材及びエンジンバルブ（最終形状品）を成形する金型に拘束部を設けて成形した場合の圧縮応力を同図に示した。この数値からも明らかなように、本発明による場合には軸部の圧縮応力の減少が少ないため、払い出し時にクラックが入りにくい。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、エンジンバルブなどの軸付き部品を冷間鍛造する金型装置に、成形された軸部の先端を拘束する拘束部を設けたので、ノックアウトピンで当該軸部の下端を突き上げて払い出す際に、軸部の圧縮応力が減少して引張応力が生じるのを防止でき、したがって、軸部にクラックが発生しにくくなる。
特に、吸気用エンジンバルブとして使用しているステンレス系耐熱鋼は靭性が小さく払い出し時にクラックが入りやすいので、この素材に適用することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る冷間押出成形用の金型装置による鍛造時の断面図
【図２】同冷間押出成形用の金型装置の払い出し時の断面図
【図３】同冷間押出成形用の金型装置の拘束部の拡大図
【図４】切断スラブから中間素材を介してエンジンバルブに至るまでの形状変化と軸部下端の圧縮応力変化を示した図
【図５】従来の金型装置の断面図
【図６】従来の金型装置にするクラックの発生を示す図
【符号の説明】
１…金型、２…キャビティ、３…成形ランド、４…逃げ部、５…拘束部、６…傾斜部、２０…パンチ、３０…ノックアウトピン、Ｗ…素材、Ｗ１…軸部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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