发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法
阅读说明：本技术 发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法 (Method for manufacturing engine valve intermediate product with boss ) 是由 一宫淳恭 仓桥一宪 于 2018-10-26 设计创作，主要内容包括：提供一种发动机气门的中间品的制造方法,仅向用于形成活塞部或叶片部的凸起部赋予所需的高强度,能够将所述凸起部形成在轴成形部上的远离伞成形部的自由的位置。一种发动机气门的带凸起部(11)的中间品(2)的制造方法,所述中间品一体地具有最大外径比轴成形部(3)大的伞成形部(4),在轴成形部中间的外周一体地形成有外径比轴成形部(3)大的凸起部(11),其中,所述制造方法具备：轴保持工序,通过能够从轴成形部(3)的中心沿半径方向装卸的多个中间夹具(6a～6c)保持轴成形部(3)的中间,通过基端夹具(5)保持基端部(3b)；以及轴扩大工序,使中间品(2)旋转,向轴成形部(3)的外周施加使拉力和压缩力交替地反复作用的交变载荷的同时,从两端部向中间品(2)施加压缩力而形成凸起部(11)。(Provided is a method for manufacturing an intermediate product for an engine valve, wherein only a protruding portion for forming a piston portion or a vane portion is provided with a required high strength, and the protruding portion can be formed at a free position on a shaft forming portion away from an umbrella forming portion. A method for manufacturing an engine valve boss (11) -equipped intermediate product (2) having an umbrella-shaped portion (4) with a maximum outer diameter larger than a shaft-shaped portion (3) integrally formed therewith and a boss (11) with an outer diameter larger than the shaft-shaped portion (3) integrally formed with an outer periphery of the middle of the shaft-shaped portion, the method comprising: a shaft holding step of holding the middle of the shaft forming section (3) by a plurality of intermediate jigs (6 a-6 c) that can be attached to and detached from the center of the shaft forming section (3) in the radial direction, and holding the base end section (3b) by a base end jig (5); and a shaft expanding step of rotating the intermediate product (2), applying an alternating load to the outer periphery of the shaft forming portion (3) to alternately and repeatedly apply a tensile force and a compressive force, and applying a compressive force to the intermediate product (2) from both end portions to form the convex portion (11).)
技术领域
涉及在发动机气门的轴成形部具备用于形成活塞部或叶片部的凸起部的发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法的技术。
背景技术
通常，发动机气门有带活塞部的发动机气门、带叶片部的发动机气门，该带活塞部的发动机气门利用作用于设置在外径比伞部小的轴部上的大径的活塞部的液压来进行开闭动作，该带叶片部的发动机气门通过使排气流作用于设置在轴部上的叶片部而能够使气门旋转。形成于发动机气门的活塞部或叶片部暴露于高温的排气流，因此需要形成为具有高强度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－215273号公报。
发明内容
发明要解决的课题
通常，具有活塞部或叶片部的发动机气门通过对金属制的轴构件进行锻造加工之后进行切削加工而形成。具体而言，对外径比活塞部或叶片部大的金属制的规定长度的轴构件进行锻造加工而在前端形成如凸缘那样的伞部的原型部，对带有伞部的原型部的轴构件进行切削加工，从而切削形成活塞部、叶片部以及伞部。另外，形成的发动机气门通过施加热处理加工而进行硬化处理，以使活塞部或叶片部具备所需的高强度。
但是，通常具有活塞部或叶片部的发动机气门的热处理加工通过将整个发动机气门投入热处理炉来进行，不仅使活塞部或叶片部硬化，也会使整个气门硬化。对于发动机气门的颈部(与同气缸盖的气门座反复接触的气门面和轴部这双方连续的缩颈部)，需要具备吸收气门面与气门座接触时的冲击以防止断裂的韧性(柔韧度)。但是，通过热处理加工而使颈部的强度与活塞部或叶片部同等地提高有可能会导致颈部的韧性降低而发生断裂，因此，在带有活塞部或叶片部的发动机气门的制造中，要求在抑制除了活塞部或叶片部之外的部位的强度的增加的同时仅使活塞部或叶片部达到所需的高强度的方法。
另一方面，在专利文献1中，公开了在具有恒定的外径的金属性的轴构件的中间部形成外径比原来的轴构件大的轴扩大(日本注册商标)部而形成阶梯构件的方法。具体而言，对于阶梯构件，如专利文献1的图3所示，通过有底筒状的一对套筒保持金属制的轴材的两端，在轴材的两个套筒之间形成弯曲部的同时使轴材旋转而在上述弯曲部产生使沿着轴中心线方向的压缩力和拉力交替地反复作用的交变应力，从轴部的两侧对通过该交变应力而使屈服应力降低的弯曲部进行压缩而使其向半径方向外侧隆起，从而在两个套筒之间形成大径的轴扩大部。
但是，专利文献1的制造方法需要利用套筒保持轴材的两端附近的外周，形成中间品的一端的伞成形部的在轴向上延伸的外周的保持余量短，因此，存在即使利用套筒保持外周、保持也会变得不稳定的问题。
另外，通过专利文献1的制造方法形成的凸起部(扩大化部)形成在由安装于轴构件的两端部的套筒包围的区域。因此，当利用套筒保持伞成形部和轴成形部的两端时，凸起部会沿着伞成形部的基端部扩大化，因此仅形成在与伞成形部连续的位置。在发动机气门的成品的轴部形成的活塞部或叶片部为了确保伞部的开闭行程而需要形成在远离伞部的位置，因此，在无法将形成活塞部或叶片部的中间品的凸起部形成在远离伞成形部的位置这一点上存在问题。
鉴于上述课题，本发明提供一种发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，在发动机气门的中间品中，仅使用于形成活塞部或叶片部的凸起部为高强度，且能够将上述凸起部形成于在轴成形部上远离伞成形部的自由的位置。
用于解决课题的手段
一种发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，所述发动机气门的带凸起部的中间品在轴成形部的前端部一体地具有最大外径比轴成形部大的伞成形部，在轴成形部中间的外周一体地形成有外径比轴成形部大的凸起部，其中，所述制造方法具备：轴保持工序，通过能够从所述中间品的轴成形部的中心沿半径方向装卸的多个中间夹具保持轴成形部的中间，通过基端夹具保持轴成形部的基端部；以及轴扩大工序，使所述中间品旋转，向轴成形部的外周施加使沿着轴中心线的方向的拉力和压缩力交替地反复作用的交变载荷的同时，从两端部向中间品施加压缩力而形成所述凸起部。
(作用)在基端夹具对发动机气门的中间品的轴成形部的基端部进行保持的同时，能够在半径方向上装卸的多个中间夹具不保持中间品的伞成形部，而是保持轴成形部的中间，从而稳定地保持中间品。
另外，仅在发动机气门的中间品的轴成形部上作为轴扩大部形成的凸起部(形成成品中的活塞部或伞部的部位)受到交变应力而具备比其他部位(中间品中的凸起部以外的部位)高的硬度，因此，颈成形部(中间品中的与面成形部和轴成形部这双方连续的部位)被抑制强度的增加而维持了韧性，使得仅形成于凸起部的活塞部或叶片部具有所需的高强度。
另外，多个中间夹具在轴成形部上配置于基端夹具与伞成形部之间，因此，形成于轴成形部的凸起部沿着中间夹具的基端部形成在远离伞成形部的位置。
另外，发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法优选为，所述多个中间夹具通过表面处理、热处理而形成为具有500HV以上的硬度，在轴成形部的周向的3处以上保持轴成形部的中间。
(作用)中间夹具通过表面处理、热处理而具有500HV以上的硬度，从而在轴扩大工序时的向中间品施加交变载荷等时中间夹具不会发生压曲，并且，多个中间夹具保持轴成形部的周向3处以上，从而与在周向2处进行保持相比，在轴成形部成形凸起部时不易朝向发动机气门的中间品的半径方向外侧泄力，中间品的振动减少。
另外，发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法优选为，所述多个中间夹具以在轴成形部的周向上等分配置的状态保持轴成形部的中间。
(作用)沿周向等间隔地配置的多个中间夹具从半径方向外侧朝向轴中心分别以均等的力保持轴成形部的外周，从而在轴成形部成形凸起部时不易朝向发动机气门的中间品的半径方向外侧泄力，中间品的振动减少。
另外，发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法优选为，所述发动机气门的带凸起部的中间品由析出硬化型Ni基合金形成。
(作用)由析出硬化型Ni合金形成的中间品的凸起部产生加工硬化，以使形成于凸起部的活塞部或叶片部具有所需的高强度。
另外，发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法优选为，具有摩擦压接工序，在所述摩擦压接工序中，在所述中间品的凸起部接合由马氏体钢的不同构件形成的带第2凸起部的轴端构件的第2凸起部而形成二次中间品。
(作用)通过将硬度不同的分体的2个凸起接合而形成分别具有前端侧区域和基端侧区域的凸起，凸起形成为靠近受到高热的伞成形部的前端侧区域的硬度高，不受高热的基端侧区域的硬度低。
另外，发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法优选为，所述伞成形部具有颈成形部，所述颈成形部以与所述轴成形部的前端部连续的方式一体地形成，且具有从所述轴成形部的前端部向所述颈成形部的前端增大直径的形状。
(作用)多个中间夹具不保持伞成形部而是保持轴成形部的中间，从而稳定地保持中间品，并且多个中间夹具在轴成形部上配置于基端夹具与伞成形部之间，从而凸起部形成在轴成形部上的远离伞成形部的自由的位置。形成的凸起部不经过切削加工而无浪费地形成，通过加工硬化而具有成品的活塞部或叶片部所需的高强度。
发明的效果
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，通过使中间夹具稳定地保持中间品的轴成形部的中间，即使不对整个中间品施加热处理，也能够仅对凸起部进行硬化而仅使成品的活塞部或叶片部的强度提高到所需的强度，因此，能够维持成品的颈部等的韧性而不使其降低，能够在轴成形部上的自由的位置形成高精度的凸起部。
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，能够在中间夹具不产生破损的情况下在中间品上通过轴扩大形成凸起部，由于在凸起部成形时朝向半径方向外侧的泄力减少而使得中间品不易发生振动，因此，成形于轴成形部的凸起部的精度提高。
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，在凸起部成形时多个中间夹具以均等的力保持轴成形部的中间部而使中间品不易发生振动，因此，成形于轴成形部的凸起部的精度进一步提高。
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，使形成于凸起部的活塞部或叶片部具有所需的高强度。
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，使在发动机气门完成后容易受到燃烧室的高热的中间品的凸起部为高硬度而对高温强度进行强化，并且不易受到高热的轴端构件采用比析出硬化型Ni合金低廉的马氏体钢而形成凸起部，并将其与中间品的凸起部接合，从而能够降低整个发动机气门的制造成本。
根据发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法，在具有最大外径比轴成形部大的伞成形部的发动机气门的中间品中，能够将高精度的凸起部形成在轴成形部上的自由的位置，能够在由低廉且强度低的材料形成的发动机气门的中间品上无需热处理而低廉地形成具有所需的高强度的凸起部。
附图说明
图1是表示发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法的第1实施例相关的制造工序的说明图，(a)表示成为气门的材料的实心圆棒的轴向剖视图，(b)表示锻造的具有伞成形部及轴成形部的发动机气门的中间品的轴向剖视图，(c)表示通过中间夹具把持中间品的轴成形部的中间、通过基端夹具将轴成形部的基端保持为能够旋转的轴保持工序，(d)表示使中间品的轴成形部在相对于中心轴线O弯曲的状态下旋转的同时向轴成形部的一部分施加交变应力、从两端部对屈服应力降低的中间品进行压缩的第1轴扩大工序，(e)表示将在弯曲的状态下旋转的带凸起部的轴成形部折回成直线状的第2轴扩大工序，(f)表示将形成于轴成形部的基端部的残余部切除的切除工序。
图1A是包括表示通过以往的切削加工(成形切削(日文：総削り))或轴扩大加工来形成发动机气门的带凸起部的中间品的情况下的凸起部各处的硬度的表在内的说明图。
图2(a)是中间夹具的分解立体图，(b)是通过切削加工形成有凸起部的、以往的带凸起部的发动机气门的中间品的说明图。
图3是表示基于带凸起部的中间品的发动机气门的制造方法的第2实施例相关的制造工序的说明图，(a)表示通过切削加工形成的发动机气门的轴端构件的轴向剖视图，(b)表示将形成的轴端构件与带凸起部的中间品接合而形成第2中间品的摩擦压接工序，(c)表示对接合的带凸起部的中间品和轴端构件进行机械加工而形成的发动机气门的成品的侧视图。
图4是通过基于带凸起部的中间品的发动机气门的制造方法的变形例形成的带活塞的发动机气门的侧视图。
图5是通过基于带凸起部的中间品的发动机气门的制造方法的变形例形成的带叶片部的发动机气门的侧视图。
具体实施方式
根据图1，说明与发动机气门的带凸起部的中间品的制造方法相关的第1实施例。在图1中，将发动机气门的伞成形部4侧设为前端侧、将轴成形部3侧设为基端侧来进行说明。
图1(a)的金属圆棒1通过在切割工序中对由具有高耐热性的NCF80A等析出硬化型Ni基合金构成的长棒材进行切割而形成。金属圆棒1通过锻造工序而形成为图1(b)所示的中间品2，该中间品2具有将轴成形部3和外径比轴成形部大的伞成形部4在轴成形部3的前端部3a一体化的形状。具体而言，中间品2通过镦粗锻造(日文：据込み鍛造)等形成，伞成形部4由以从基端部4c向前端部4d呈凹部状增大直径的方式形成的颈成形部4a和与颈成形部4a的前端部4d连续的面成形部4b构成。伞成形部4在颈成形部4a的基端部4c处与轴成形部3的前端部3a连续。镦粗锻造的中间品2进行修正因锻造产生的应变的应变修正加工并且对外径进行粗加工。
之后，如图1(c)所示，中间品2在轴保持工序中由各夹具保持轴成形部3的基端部3b和中间。具体而言，中间品2由具有带底部5b的保持孔5a的基端夹具5通过将轴成形部3的基端部3b以与底部5b接触的方式插入到保持孔5a中而保持为能够相对于基端夹具5相对旋转，并且由多个中间夹具6a～6c保持轴成形部3的中间、即被颈成形部4a和基端夹具5的前表面5c包围的轴成形部3的外周。
图2(a)所示的中间夹具6a～6c分别具有将圆筒等分地分割为3部分的形状和将后述的螺钉螺纹固定的螺纹孔6g(一部分未图示)，通过组合而分别在内周面6d～6f把持轴成形部3，并且如图1(c)所示分别从轴成形部3的中心轴线O沿半径方向装卸。
图1(c)所示的伞成形部4由有底圆筒形状的伞夹具7保持。伞夹具7具有带底部7b的保持孔7a，伞成形部4插入到保持孔7a中，在使底面4e与底部7b接触的状态下将面成形部4b保持于保持孔7a。另外，保持着中间品2的中间夹具6a～6c和伞夹具7由有底圆筒形状的前端夹具8保持。
图1(c)的前端夹具8具有带底部8b的保持孔8a，保持着伞成形部4的伞夹具7在使前端面7c与底部8b接触的状态下将外周面7d保持于保持孔8a。另外，前端夹具8在与中间夹具6a～6c的内螺纹孔6g对应的位置具有供后述的螺钉插通并保持螺钉头的3个(1个未图示)阶梯插通孔8c。保持着轴成形部3的中间夹具6a～6c以使各个内螺纹孔6g与阶梯插通孔8c的位置一致的方式插入到前端夹具8的保持孔8a中，在与伞夹具7邻接的状态下将外周面保持于保持孔8a。前端夹具8和中间夹具6a～6c通过使3个螺钉9(2个未图示)插通于阶梯插通孔8c并与内螺纹孔6g螺纹紧固而固定，并且中间夹具6a～6c在颈成形部4a的附近将中间品2的轴成形部3的中间把持为不能相对旋转。
如图1(c)所示，中间夹具6a～6c不保持伞成形部4的轴向长度短的面成形部4b，而是保持轴成形部3的中间，从而稳定地保持中间品，因此，有助于后述的轴扩大工序中精度高的带凸起部的中间品的制造。另外，多个中间夹具6a～6c能够在半径方向上装卸，因此，不仅在由基端夹具5保持轴成形部3之前能够进行装卸，在保持之后也能够进行装卸，因此，向轴成形部3装卸的装卸时机的自由度高。
下面，根据图1(d)和图(e)，说明轴保持工序后的轴扩大工序。将轴扩大工序分为图1(d)所示的第1轴扩大工序和图1(e)所示的第2轴扩大工序来进行说明，在该第1轴扩大工序中，使中间品2的轴成形部3在斜向弯曲的状态下旋转的同时向弯曲部施加交变应力，从两端侧对中间品2进行压缩而使轴成形部3的一部分扩大，在该第2轴扩大工序中，将轴成形部3的一部分扩大化的中间品2折回成直线状而形成带凸起成形部10的轴成形部3。
如图1(d)所示，在轴保持工序中与中间品2一体化的前端夹具8在第1轴扩大工序中，使基端部3b被基端夹具5保持的中间品2在中间夹具6a～6c的基端面6h的附近相对于中间品2的原来的中心轴线O斜向弯曲角度θ，在维持中间品2的弯曲状态的同时通过马达等未图示的转动部件而与中间品2一起成为一体地转动。
如图1(d)所示，此时，中间品2的轴成形部3的基端部3b的附近由于被基端夹具5保持而绕原来的中心轴线O转动，同时，相对于中间品2的中心轴线O斜向弯曲的部位绕从中心轴线O斜向倾斜θ的伞成形部4的中心轴线O1转动。这样转动的轴成形部3的一部分、即从基端夹具5的前表面5c到中间夹具6a～6c的基端面6h的部位(以后设为凸起成形部10)由于中间品2维持弯曲状态地转动而在外周持续地被施加交替地受到拉力和压缩力的交变载荷而使屈服应力降低。
如图1(d)所示，中间夹具6a～6c被保持为不能在中心轴线O1方向上移动，且基端夹具5在沿着中心轴线O接近中间夹具6a～6c的方向上受力，从而保持弯曲状态地转动的中间品2从两端侧受到压缩力。屈服应力降低的凸起成形部10在上述压缩力的作用下向半径方向外侧扩大化。
在图1(d)所示的第2轴扩大工序中，对于凸起成形部10扩大化的中间品2，将转动的同时斜向弯曲角度θ的轴成形部3从中心轴线O1向中心轴线O折回成直线状，凸起成形部10形成为外径比轴成形部3大的凸起部11。
如图1(f)所示，通过轴扩大工序形成了凸起部11的中间品2通过切除工序切除从凸起部11的基端部11a的附近到轴成形部3的基端部3b的残余部3c，成为带凸起部11的中间品2。
根据图1(a)～图1(f)所示的本实施例的带凸起部11的中间品2的制造方法，通过使用能够在中间品2的半径方向上装卸的3个中间夹具6a～6c来把持轴成形部3的中间，与对把持余量较短的面成形部4b进行把持相比，除了能够稳定地把持中间品之外，还能够基于中间夹具的轴向的长度L1和把持轴成形部3时的基端面6h的位置而从基端面6h形成基端部侧的凸起部11，因此，在能够将远离伞成形部4的凸起部形成在轴成形部3的自由的位置这一点上具有意义。
此外，图2(b)表示以往的带凸起部14的中间品13，以往的带凸起部14的中间品13的制造方法是通过对由NCF80A等析出硬化型Ni基合金构成的金属制的圆棒进行锻造加工而形成具有伞成形部17的原型部13b的由双点划线表示的形状的一次中间品13a，通过对形成的一次中间品13a进行切削加工而在中间品13形成凸起部14、轴成形部16以及伞成形部17。在该情况下，金属圆棒15通过切削从一次中间品13a中废弃除了带凸起部14的中间品13之外的部位，因此，以往的制造方法造成较多的材料浪费。
另一方面，图2(b)的中间品13通过切削加工形成凸起部14，因此，切削加工后的凸起部14形成为具有与轴成形部16相同的硬度。在此，凸起部14为了形成耐滑动的活塞部等而需要实现硬度增加以具有规定的疲劳强度，另一方面，伞成形部17的颈成形部17a(与轴成形部16和面成形部17b这双方连续的缩颈部)需要抑制硬度的增加以避免降低发动机气门的成品的颈部的韧性而产生因冲击导致的颈部的破损。
以往，为了对凸起部14进行热处理来提高其硬度而需要将整个中间品13(或者发动机气门的成品)投入热处理炉。但是，在将整个中间品投入到热处理炉的情况下，颈成形部17a也由于热处理而与凸起部14同等地硬化，在韧性降低这一点上存在问题。
根据图1(a)～图1(f)所示的本实施例的带凸起部11的中间品2的制造方法，仅形成于中间品2的凸起部11通过交变载荷产生加工硬化，轴成形部3和包含颈成形部4a的伞成形部4不产生由交变载荷带来的加工硬化。因此，通过硬度的增加，仅凸起部11的疲劳强度(维氏硬度)提高到所需的疲劳强度，被抑制硬度增加的轴成形部3和包含颈成形部4a的伞成形部4的韧性得以保持而不会降低。
图1A的上图表示以NCF80A等析出硬化型Ni基合金为材料形成的发动机气门的带凸起部的中间品2，图1A的下方所示的表说明与凸起部11的各处的硬度(维氏硬度：单位HV)相关的数值。图1A的上图表示中间品2的凸起部11以及轴成形部3中的硬度的测定部位I～XII，凸起部11的符号I～III表示凸起部11的外周附近的部位，符号VII～IX表示凸起部11的中心轴线O的附近的部位，符号IV～VI表示位于凸起部11的外周与中心的中间的部位。另外，图1A的符号X、XI表示轴成形部3中被凸起部11和伞成形部4包围的部位，符号XII表示轴成形部3的基端部。
图1A的下方的图表在上端表示通过本实施例中的第1及第2轴扩大工序形成于中间品2的凸起部11的各部位I～IX以及轴成形部3的各部位X～XII的硬度a、通过以往的切削加工形成的凸起部11以及轴成形部3的I～XII的硬度b、以及a/b的数值。
根据图1A，对NCF80A等析出硬化型Ni基合金的材料进行切削加工而形成的中间品2的凸起部11的硬度在符号I～IX的各部位示出310HV至330HV，与此相对，通过第1及第2轴扩大工序形成的中间品2的凸起部11的硬度在符号I～IX的各部位示出437HV至508HV。因此，通过第1及第2轴扩大工序形成的凸起部11即便使用相同的NCF80A等析出硬化型Ni基合金的材料，与通过成形切削形成的凸起部11相比也具有1.37倍至1.64倍的硬度，在凸起部11即使不施加热处理加工也能够实现硬度增加这一点上具有意义。
另一方面，根据图1A，对NCF80A等析出硬化型Ni基合金的材料实施第1及第2轴扩大工序而形成的中间品2的轴成形部3的硬度如符号X～XII的各部位所示示出350HV至356HV，因此，虽然与对相同的材料进行切削加工而形成的中间品2的轴成形部3中的符号X～XII的各部位的硬度312HV至320HV相比可看到1.09～1.12倍的略微的硬度增加，但第1及第2轴扩大工序后的轴成形部3的硬度350HV至356HV被抑制为比第1及第2轴扩大工序后的凸起部11的硬度437HV至508HV低。
另外，图1A所示的第1及第2轴扩大工序后的凸起部11与伞成形部4之间的区域中的轴成形部3的硬度越是靠近伞成形部4的位置则越低(表示伞成形部4与凸起部11的中间位置的符号X的位置的硬度350HV比表示上述中间位置与凸起部11的进一步中间位置的符号XI的位置的硬度356HV低)，因此，可以说伞成形部4的颈成形部4a比与凸起部11连续的轴成形部3更加不易受到交变应力的影响。因此，本实施例的发动机气门的中间体的制造方法除了能够仅对凸起部11进行硬化而仅使成品的活塞部或叶片部的强度提高到所需的强度之外，在能够抑制颈成形部4a的硬化、维持成品的颈部等的韧性而不使其降低这一点上也具有意义。
这样，根据本实施例的发动机气门的中间品的制造方法，不仅通过在轴扩大工序时在凸起部11产生的加工硬化而与轴成形部3相比提高凸起部11的硬度从而能够得到成品的活塞部或叶片部所需的高疲劳强度，也能够维持颈部等的硬度而使其具有所需的韧性，因此，能够制造高性能的带凸起部或叶片部的发动机气门。
此外，第1实施例所使用的中间夹具可以构成为保持轴成形部3的外周的2个或4个以上的中间夹具，也可以形成为具有将圆筒不等分地分割为3部分的形状，但从在保持轴成形部3时不易向半径方向外侧泄力的观点出发，中间夹具优选配置3处以上，从使各夹具以均等的力保持轴成形部3的观点出发，中间夹具优选如本实施例这样在轴成形部的外周以等间隔配置。
另外，图2(a)所示的第1实施例所使用的多个中间夹具6a～6c优选分别通过施加表面处理、热处理而形成为具有500HV以上的硬度。通过使中间夹具6a～6c形成为500HV以上的硬度而能够在各中间夹具不产生压曲的情况下将凸起部11形成于中间品2。
另外，在第1实施例中，通过中间夹具6a～6c把持固定轴成形部3的中间，并且通过基端夹具5将轴成形部的基端部3b保持为能够相对旋转，但也可以与其相反通过基端夹具5把持固定轴成形部的基端部3b，并且通过中间夹具6a～6c将轴成形部3的中间保持为能够相对旋转。在该情况下，中间品2与前端夹具8一起相对于中心轴线O斜向倾斜角度θ，通过未图示的马达等使基端夹具5旋转的同时，向基端夹具5施加压缩力以使其接近中间夹具6a～6c，从而在轴成形部3形成凸起部11。
下面，根据图3(a)至图3(c)，说明利用了通过第1实施例制造的带凸起部的中间品的、发动机气门的制造方法相关的第2实施例。图1(f)所示的带凸起部11的中间品2与图3(a)所示的轴端构件18一体化而构成第2中间品26。轴端构件18与中间品2相比不易暴露于高温、冲击，不需要中间品2那样的硬度，因此，通过对比中间品2、比NCF80A等析出硬化型Ni基合金低廉的金属圆棒、例如由SUH3等钢构成的金属圆棒进行切削加工或锻造加工而形成。轴端构件18形成为具有外径与中间品2的凸起部11相等的第2凸起部19和外径比第2凸起部19小的轴端成形部20。
如图3(b)所示，中间品2通过在使凸起部11的基端部11a与第2凸起部19的前端部19a接触的状态下与轴端构件18摩擦压接而与轴端构件18同轴地一体化。一体化的中间品2和轴端构件18构成的第2中间品26在整体进行了退火之后，施加应变修正加工。
在本实施例中，修正了应变的图3(b)的第2中间品26通过对外周进行机械加工而形成为图3(c)的带活塞22的发动机气门21。轴成形部3形成为轴部23，伞成形部4形成为伞部24。伞部24的颈成形部4a形成为朝向前端呈凹部状增大直径的颈部24a，面成形部4b形成为朝向前端呈锥形增大直径的面部24b。
另外，如图3(c)所示一体化的凸起部11和第2凸起部19形成为活塞22，轴端成形部20形成为具有销槽(日文：コッタ溝)25a的轴端部25。
第2实施例的发动机气门21的活塞22利用液压等进行滑动动作，通过由凸起部11构成的前端部区域22b和由第2凸起部19构成的基端部区域22c构成，前端部区域22b由通过加工硬化而提高了硬度的NCF80A等析出硬化型Ni基合金形成，并且基端部区域22c由比前端部区域低廉的SUH3等钢形成。
活塞22的前端部区域22b靠近伞部24，容易经由轴部23受到伞部24的热，该伞部24受到燃烧室内的高热。但是，本实施例的活塞部具有不仅前端部区域22b的硬度高且相对于滑动的疲劳强度高、而且高温强度也优异这样的优点。另一方面，本实施例的活塞22的基端部区域22c产生的热与前端部区域22b相比容易从轴端部25向与其相接的曲轴箱(未图示)散热，因此，基端部区域22c和轴端部25不需要前端部区域22b那样的高温强度。
在第2实施例中，使活塞22的基端部区域22c和轴端部25由比NCF80A等析出硬化型Ni基合金低廉的SUH3等钢形成并与由NCF80A等析出硬化型Ni基合金形成的基端部区域22c一体接合。通过本实施例的发动机气门的制造方法形成的发动机气门21在处于高温的伞部24、轴部23以及活塞22的前端部区域22b具备所需的高温强度，并且将不会处于高温的活塞22的基端部区域22c和轴端部25由低廉的构件形成并与前端部区域22b接合，从而具有与整个发动机气门21由如NCF80A等析出硬化型Ni基合金那样的高硬度且昂贵的材料形成相比能够低廉地形成的优点。
图4表示通过第1实施例的带凸起部的中间品的制造方法的变形例和第2实施例的发动机气门的制造方法的变形例形成的带活塞31的发动机气门30。发动机气门30如以下这样制造。首先，第1实施例的带凸起部的中间品的制造方法如图1(f)所示进行切除工序而从中间品2的轴成形部3切除了残余部3c，但在本变形例中不进行切除工序而保留残余部。另外，图3(a)(b)所示的第2实施例的发动机气门的制造方法在轴端构件18的第2凸起部19的前端侧没有设置任何结构，但在本变形例中，在第2凸起部19的前端设置与残余部相同外径的连接部，使残余部和连接部摩擦压接。在本变形例中，其他工序与第1及第2实施例共通。
结果，图4所示的发动机气门30的活塞31由将残余部32和连接部33夹在中间而在前后分离的第1活塞31a和第2活塞31b构成。根据本变形例的发动机气门30的制造方法，通过将活塞31分割为2个而设置间隙，减小滑动面积，从而能够减少利用液压等进行驱动时的活塞的滑动阻力。作为轴端构件18的切削工序的一环而设置连接部33，从而在中间品的制造时减少残余部的切除工序这一工序，因此带活塞31的发动机气门30的制造成本降低。此外，也可以不设置连接部33。在该情况下，将残余部32与第2活塞31b直接且同轴地摩擦压接，从而连接部33的制造工时也减少，制造成本降低。
图5表示通过第1实施例的带凸起部的中间品的制造方法和第2实施例的发动机气门的制造方法的变形例形成的带叶片部43的发动机气门40。发动机气门40在通过第1实施例的制造方法制造的图1(f)的中间品2形成伞部41、轴部42、由凸起部形成的叶片部43，并由SUH3等钢形成。发动机气门40作为排气用气门使用，叶片部43配置于排气通路(未图示)，因此，在发动机气门40的制造方法中，需要通过使在图1(c)至图1(e)所示的各工序中使用的中间夹具6a～6c的轴向的长度L1形成得比第1实施例短而使基端面6h向前端侧后退，从而使叶片部43靠近伞部41地形成。
附图标记说明
2 中间品
3 轴成形部
3a 前端部
3b 基端部
5 基端夹具
6a～6c 中间夹具
11 凸起部
18 轴端构件
19 第2凸起部
26 第2中间品。