CN102392109B - 一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置及使用方法属于热处理装置，特别是使用氧乙炔焰为热源的加热装置。一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，其特征是：主要由安装在台架上的加热器和气门固定和旋转装置组成，所述的加热器为固定在烧嘴支架上的氧乙炔烧嘴，所述的气门固定和旋转装置由安装在转盘上可以自身旋转并可随转盘转动的套筒和套筒自身旋转驱动装置及转盘转动驱动装置组成。本发明的有益效果是可以快速方便的对堆焊后的气门盘部底面和锥面进行加热并可方便的控制加热时间和温度，设备体积小便于与下一步工序衔接，是消除气门堆焊后产生的拉应力的方便适用设备。
Description
技术领域
本发明属于热处理装置，特别是使用氧乙炔焰为热源的加热装置，以及使用其形成发动机气门盘锥面压应力的工艺方法。
背景技术
在发动机气门领域，根据需要一般在产品盘锥面上堆焊合金粉末，以提高发动机气门锥面的抗磨损寿命，但堆焊后焊层由于存在拉应力经常导致出现焊层开裂现象。
在现有技术中，消除气门锥面拉应力的加热方法主要有：(1)采用热处理炉保温退火方法，此法在堆焊后不能立即加热保温去应力，变形也大。(2)线圈感应加热法，该法的缺点是由于气门产品型号众多，相应的也要根据产品型号制作众多合适的感应线圈，更换产品时工装调整比较麻烦，并且用此法处理的效果不稳定，时好时坏。(3)锥面堆焊后利用余热快速进行锻压整形，此法缺点是在堆焊后不能有任何时间耽搁，否则温度下降较快影响锻压效果，只能采取其他方法重新进行加热，且堆焊设备要与压力机在同一场地，产量大时会收到场地面积限制。
发明内容
为了克服现有的加热装置的的不足，本发明提供一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，该发动机气门盘部底面和锥面的加热装置可以均匀方便的将气门加热到消除气门锥面拉应力的适宜温度，本发明的另一个目的是提供使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，其特征是：主要由安装在台架上的加热器和气门固定和旋转装置组成，
所述的加热器为固定在烧嘴支架上的氧乙炔烧嘴，
所述的气门固定和旋转装置由安装在转盘上可以自身旋转并可随转盘转动的套筒和套筒自身旋转驱动装置及转盘转动驱动装置组成。
所述的加热器包括2-3根立在台架上的烧嘴支架，每个支架上由烧嘴固定套固定着上下排列的两套分别对准气门盘部底面和锥面氧乙炔烧嘴。
所述的套筒自身旋转驱动装置包括固定在套筒底部的套筒齿轮及与其啮合的位于转盘中心的驱动轴齿轮，驱动轴底端装有皮带轮由皮带与装在伺服电机轴上的电机皮带轮相连。
所述的转盘转动驱动装置包括转盘底盘通过轴套与台架底面的齿轮盘相连，由时间控制器控制的气缸的推杆与齿轮盘相连，推动齿轮盘带动转盘转动，在齿轮盘的另一侧设有控制齿轮盘转动幅度的弹簧和链条。
使用本发明消除气门盘锥面拉应力并形成正压力的方法，主要包括下述步骤，
(1)使氧乙炔火焰稳定燃烧，装置电源稳定工作；
(2)将发动机气门插入气门套筒中，套筒在伺服电机带动下连续旋转，同时气门在套筒带动下连续旋转；
(3)使氧乙炔火焰同时加热气门底面和锥面，气门被快速加热，用红外线测温仪进行温度测量，当达到去应力温度900～1000℃转动转盘将气门移出加热区；
(4)转盘在由时间继电器控制气缸作用下做定时转动；
(5)当气门被加热到去应力温度时，立即对盘部锥面进行锻压整形，锻压用的摩擦压力机压力范围为0-160T；
(6)锻压整形后气门锥面角度45-50度，并使气门自然冷却。
具体过程为：将气门放置于旋转套筒中，转盘带动套筒中的气门依次进入三组烧嘴下进行加热，加热时间可由控制转盘转动的时间控制器设定。为方便测量工件温度，可用手持式红外线测温仪进行实时测温。
检测发动机气门锥面堆焊应力情况，目前有德国大众汽车公司采用的切口法，具体方法是，在发动机气门盘部底面上画线并切割，利用测量气门盘部切割前后的外圆直径变化的方法来反映气门锥面应力的变化情况，切割后的气门盘部直径增大是存在拉应力，减小是存在压应力。一般要求发动机排气门盘部外圆直径切割后比切割前增大最多不得超过0.2‰，减小就更好；要求发动机进气门盘部外圆直径切割后比切割前减小。
以下是对头部材料为21-4N的某发动机气门，分别用本发明所述方法进行处理后和未用本方法处理后，用切口法测量气门盘部锥面应力的对比情况。该方法的具体测量步骤为：
1.在附图4所示的发动机气门盘部底面上按角度划线；
2.按所划角度测量盘部外圆直径并记录；
3.在附图5所示的位置径向切割气门，切口宽度为1.5mm；
4.同样按所划角度再测量一次盘部外圆直径并记录；
5.直径增大为拉应力，直径减小为压应力。实例1：对头部材料为21-4N的某发动机气门，堆焊后未用本发明方法处理，经测量后数据见表1。
表1：
| 直径位置 | 初始dA | 最终dE | 差Δφ＝(dE-dA) |
| φ1(10°) | 27.864 | 27.895 | +0.031 |
| φ2(45°) | 27.873 | 27.895 | +0.022 |
| φ3(90°) | 27.876 | 27.896 | +0.020 |
| φ4(135°) | 27.864 | 27.894 | +0.030 |
| φ5(170°) | 27.862 | 27.893 | +0.031 |
实例2：对实例1所述的头部材料为21-4N的某发动机气门，堆焊后用本发明方法进行处理，工艺参数为加热温度900℃，总加热时间45S，锻压整形。经测量后数据见表2。
表2：
| 直径位置 | 初始dA | 最终dE | 差Δφ＝(dE-dA) |
| φ1(10°) | 27.940 | 27.912 | -0.028 |
| φ2(45°) | 27.938 | 27.923 | -0.015 |
| φ3(90°) | 27.938 | 27.928 | -0.010 |
| φ4(135°) | 27.947 | 27.926 | -0.021 |
| φ5(170°) | 27.938 | 27.913 | -0.025 |
实例3：与实例2所不同的是，对实例1所述的头部材料为21-4N的某发动机气门，堆焊后用本发明方法进行处理，工艺参数为加热温度950℃，总加热时间48S，锻压整形。经测量后数据见表3。
表3：
| 直径位置 | 初始dA | 最终dE | 差Δφ＝(dE-dA) |
| φ1(10°) | 27.678 | 27.660 | -0.018 |
| φ2(45°) | 27.663 | 27.645 | -0.018 |
| φ3(90°) | 27.667 | 27.644 | -0.023 |
| φ4(135°) | 27.667 | 27.647 | -0.020 |
| φ5(170°) | 27.683 | 27.660 | -0.023 |
实例4：与实例3所不同的是，对实例1所述的头部材料为21-4N的某发动机气门，堆焊后用本发明方法进行处理，工艺参数为加热温度980℃，总加热时间51S，锻压整形。经测量后数据见表4。
表4：
| 直径位置 | 初始dA | 最终dE | 差Δφ＝(dE-dA) |
| φ1(10°) | 28.032 | 28.004 | -0.028 |
| φ2(45°) | 28.026 | 28.013 | -0.013 |
| φ3(90°) | 28.026 | 28.008 | -0.018 |
| φ4(135°) | 28.041 | 28.028 | -0.013 |
| φ5(170°) | 28.031 | 28.005 | -0.026 |
从以上对比情况来看，未用本发明方法处理的气门，仍然存在较大的拉应力；采用本发明所述的方法去应力后，气门盘部直径减小，即气门盘部堆焊后的合金锥面存在对气门工作有利的压应力，从而证明了气门堆焊后采用火焰加热并进行锻压整形形成压应力的方法达到了技术要求的效果。
本发明的有益效果是可以快速方便的对堆焊后的气门盘部底面和锥面进行加热并可方便的控制加热时间和温度，设备体积小便于与下一步工序衔接，是消除气门堆焊后产生的拉应力的方便适用设备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1的仰视图，
图3为图1中转盘部分局部剖视图，
图4为发动机气门盘部底面上按角度划线位置示意图，
图5为径向切割气门位置示意图，
图6为锻压模具示意图。
图中，1.氧气接口，2.乙炔气接口，3.烧嘴支架，4.烧嘴固定套，5.烧嘴，6.气门，7.套筒，8.转盘，9.伺服电机，10.台架，11.转盘罩，12.皮带，13.皮带轮，14.气缸，15.时间控制器，16.推杆，17.弹簧，18.链条，19.齿轮盘，20.转盘驱动轴，21.电机皮带轮，22.转盘底盘，23.套筒齿轮，24.驱动轴齿轮，25.轴套。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是，如图所示：
实施例1，一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，其特征是：主要由安装在台架10上的加热器和气门固定和旋转装置组成，
所述的加热器为固定在烧嘴支架上的氧乙炔烧嘴5，
所述的气门固定和旋转装置由安装在转盘8上可以自身旋转并可随转盘转动的套筒7和套筒自身旋转驱动装置及转盘转动驱动装置组成，气门6倒置在套筒内。
实施例2，一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，其特征是：主要由安装在台架10上的加热器和气门固定和旋转装置组成，
所述的加热器为固定在烧嘴支架上的氧乙炔烧嘴5，
所述的气门固定和旋转装置由安装在转盘8上可以自身旋转并可随转盘转动的套筒7和套筒自身旋转驱动装置及转盘转动驱动装置组成，气门6倒置在套筒内。
所述的加热器包括3根立在台架上的烧嘴支架9，每个支架上由烧嘴固定套4固定着上下排列的两套氧乙炔烧嘴。烧嘴上装有氧气接口1和乙炔气接口2
所述的套筒自身旋转驱动装置包括固定在套筒底部的套筒齿轮23及与其啮合的位于转盘中心的驱动轴齿轮24，转盘驱动轴20底端装有皮带轮13由皮带12与装在伺服电机9轴上的电机皮带轮21相连。
所述的转盘转动驱动装置包括转盘底盘22通过轴套25与台架底面的齿轮盘19相连，由时间控制器15控制的气缸14的推杆16与齿轮盘相连，推动齿轮盘带动转盘转动，在齿轮盘的另一侧设有控制齿轮盘转动幅度的弹簧17和链条18。
实施例3，使用本发明消除气门盘锥面拉应力并形成正压力的方法，主要包括下述步骤，
(1)使氧乙炔火焰稳定燃烧，装置电源稳定工作；
(2)将发动机气门插入气门套筒中，套筒在伺服电机带动下连续旋转，同时气门在套筒带动下连续旋转；
(3)使氧乙炔火焰同时加热气门底面和锥面，气门被快速加热，用红外线测温仪进行温度测量，当达到去应力温度900～1000℃转动转盘将气门移出加热区；
(4)转盘在由时间继电器控制气缸作用下做定时转动，
(5)当气门被加热到去应力温度时，立即对盘部锥面进行锻压整形，锻压用的摩擦压力机压力范围为0-160T；
(6)锻压整形后气门锥面角度45-50度，并使气门自然冷却。
Claims (2)
1.一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置，其特征是：主要由安装在台架上的加热器和气门固定和旋转装置组成，
所述的加热器为固定在烧嘴支架上的氧乙炔烧嘴，
所述的气门固定和旋转装置由安装在转盘上可以自身旋转并可随转盘转动的套筒和套筒自身旋转驱动装置及转盘转动驱动装置组成，
所述的加热器包括23根立在台架上的烧嘴支架，每个支架上由烧嘴固定套固定着上下排列的两套分别对准气门盘部底面和锥面氧乙炔烧嘴，
所述的套筒自身旋转驱动装置包括固定在套筒底部的套筒齿轮及与其啮合的位于转盘中心的驱动轴齿轮，驱动轴底端装有皮带轮由皮带与装在伺服电机轴上的电机皮带轮相连，
所述的转盘转动驱动装置包括转盘底盘通过轴套与台架底面的齿轮盘相连，由时间控制器控制的气缸的推杆与齿轮盘相连，推动齿轮盘带动转盘转动，在齿轮盘的另一侧设有控制齿轮盘转动幅度的弹簧和链条。
2.使用权利要求1所述的一种发动机气门盘部底面和锥面的加热装置消除气门盘锥面拉应力的方法，其特征是：主要包括下述步骤，
(1)使氧乙炔火焰稳定燃烧，装置电源稳定工作；
(2)将发动机气门插入气门套筒中，套筒在伺服电机带动下连续旋转，同时气门在套筒带动下连续旋转；
(3)使氧乙炔火焰同时加热气门底面和锥面，气门被快速加热，用红外线测温仪进行温度测量，当达到去应力温度900～1000℃转动转盘将气门移出加热区；
(4)转盘在由时间继电器控制气缸作用下做定时转动；
(5)当气门被加热到去应力温度时，立即对盘部锥面进行锻压整形，锻压用的摩擦压力机压力范围为0-160T；
(6)锻压整形后气门锥面角度45-50度，并使气门自然冷却。
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