CN106041415B - 一种挤压制坯的中空充钠气门成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压制坯摆动辗压成形的中空充钠气门成形方法，该方法根据气门产品的尺寸选用壁厚管作为初始毛坯，对壁厚管进行加热和挤压，使壁厚管的一端成形出中空的气门杆部，然后通过摆动辗压成形工艺，对壁厚管的另一端成形出气门的盘部，接着对气门盘部进行加工和封堵，对气门内部进行加工、清洗、烘干、充钠，然后对气门杆部进行加工和封堵，最后获得中空的充钠气门。本发明提供的成形工艺操作简单方便，使用该工艺可以有效提高材料的利用率，降低生产成本，提高生产效率，生产出来的气门内腔容量更大，散热性能更好。

Description

一种挤压制坯的中空充钠气门成形方法

技术领域

本发明涉及发动机气门制造技术领域，尤其涉及一种用于发动机上的采用挤压制坯和摆动辗压成形的中空充钠气门成型工艺。

背景技术

气门是在内燃机工作过程中密封燃烧室和控制内燃机气体交换的精密零件，是保证内燃机动力性能、可靠性和耐久性的关键部件。随着人们对汽车轻量化要求越来越高，各汽车公司对发动机也提出更高的要求，而气门作为发动机上的重要部件，对其质量以及工作条件的要求也越来越苛刻。对此，中空充钠气门作为一种新型的气门应运而生，与传统实心气门相比，这种气门不仅质量轻而且散热性好，因此，引起各国科技人员的广泛关注并对其进行大量的研究，如：专利号为CN200910231600的文件公开了一种中空充钠气门及其制作方法，该方法采用反挤压方式进行气门的成形加工，其先对圆柱形坯料进行加热，通过带有钢芯的模具对坯料进行挤压以得到气门的初成形毛坯，然后再进行精密锻压得到气门的头部形状，锻造结束后拔出芯棒，接着对气门内孔进行清洗和烘干，冲入金属钠后进行封口，由于该方法成形过程中挤压力大，所需设备吨位高，模具磨损严重，从而导致气门制造成本高，在国内难以推广。而专利号为201120224645.5的文件所提供的方法则是先成形出实心气门，再通过钻孔工序从气门杆端进行钻孔，钻孔后充入金属钠再进行杆端封堵，虽然该成形方法工序简单，但经这种方法生产出来的气门盘端无空腔，充钠量少，散热性能差。

此外，专利号为201410249979.6的文件公开了一种盘端密闭中空充钠气门的制作方法，该方法是先采用电热镦粗工艺使细长棒料的一端成形为“蒜头”形状，获得实心气门的预成形毛坯，然后通过锻造工序将预成形毛坯锻造成气门形状，接着采用机加工的方式在气门盘端面加工出三个台阶，再从盘端对杆部进行钻孔，钻孔后充钠并对盘端面进行封堵，虽然该方法成形出来的中空气门在盘端也存在内腔，充钠量有所增加，散热性能有所提高，但这种先成形出实心气门再加工成中空气门的方法，材料利用率低，工序多，且采用电热镦粗工艺成行出来的预成形毛坯质量差，精度难以保证，生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用挤压制坯和摆动辗压成形的中空充钠气门成形方法。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述工艺制得的中空充钠气门。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种挤压制坯的中空充钠气门成形方法，该工艺包括如下步骤：

(1)挤压制坯：根据气门产品的形状尺寸并结合挤压成形工艺，选用厚壁管作为初始毛坯，并将厚壁管加热到始锻温度以下终锻温度以上的高温状态后进行挤压成形，直接挤压成形出中空的气门杆部，该挤压成形工艺只成形加工出中空杆部，成形后获得中空气门的预成形毛坯。与现有技术相比，挤压成形时气门毛坯材料处于三向压应力状态，材料的塑性好，能够明显提高气门毛坯的塑性变形程度，能改善材料的微观组织，提高气门的力学性能。同时挤压获得中空杆部的中空内表面质量高，无需再进行机械加工，可以直接用于中空气门的制造。

(2)摆动辗压成形、回火：采用摆动辗压成形工艺将预成形毛坯进行盘部的成形加工，该摆动辗压成形工艺只成形中空的气门盘部，成形后获得盘部和杆部中空的气门本体，成形后对气门本体进行回火以消除应力。摆动辗压成形是连续局部回转成形，与现有技术相比，能提高变形均匀性和气门的力学性能，显著降低成形力和设备吨位，大大提高模具寿命。

(3)气门盘部堵头和实心棒料的加工：在堵头与气门盘部焊接的一侧进行倒角加工，倒角的角度θ范围根据堵头尺寸大小和焊接深浅设定为30°至45°之间，这样设置可以明显提高摩擦焊接的强度。准备好与气门杆部焊接的实心棒料，并对实心棒料进行退火热处理，所述实心棒料直径与气门杆部外径相同，其长度和材料根据气门产品的杆部长度及性能要求而定。

(4)气门盘部加工和封堵：对气门本体的盘部进行端面加工，堵头与气门盘部之间采用摩擦焊接工艺进行焊接封堵。与其他焊接方法相比，摩擦焊的焊接质量和焊接强度高，而且操作简单。

(5)气门内部加工、杆部封堵：对气门的内腔进行精加工、清洗、烘干并充入金属钠。将气门的杆部通过摩擦焊与实心棒料进行焊接封堵。

(6)整体回火、机加工：对整个气门进行回火处理，回火后进行机加工。

(7)在气门盘部的锥面上堆焊镍基高温合金，然后对整个气门进行精加工，并对气门杆部进行热处理，以消除加工过程产生的内部应力，获得中空充钠气门产品。

所述步骤(1)中挤压制坯工艺的具体方法是，将厚壁管加热到始锻温度以下终锻温度以上的高温状态后迅速放入挤压模中，挤压模凹模和挤压模芯轴固定不动，挤压模凸模向下移动对厚壁管进行挤压成形出气门预成形毛坯。

所述步骤(2)中摆动辗压成形工艺的具体方法是，在始锻温度以下终锻温度以上的高温状态下，将预成形毛坯迅速放入辗压模下模中进行摆动辗压成形出气门本体，气门盘部的外形轮廓与辗压模下模内腔一致，气门盘部的内表面形状与辗压模上模外形辗压轮廓一致。

一种根据挤压制坯摆动辗压成形的中空充钠气门成形方法制得的中空充钠气门，包括气门本体、堵头和实心棒料。所述气门本体的一端为盘部，另一端为杆部，其内部设有一空腔，所述空腔从盘部贯穿至杆部。所述空腔中位于盘部的一端为盘腔，位于杆部的一端为杆腔。所述堵头与盘部固定，将盘腔封堵，所述实心棒料与杆部固定，将杆腔封堵；所述气门本体内充满用于加快气门散热的金属钠。所述盘部和杆部一体成形设计，所述盘腔与杆腔连通。

本发明的工作原理是：根据气门产品的尺寸选用壁厚管作为初始毛坯，对壁厚管进行加热和挤压，使壁厚管的一端成形出中空的气门杆部，然后通过摆动辗压成形工艺，对壁厚管的另一端成形出气门的盘部，接着对气门盘部进行加工和封堵，对气门内部进行加工、清洗、烘干、充钠，然后对气门杆部进行加工和封堵，最后获得中空的充钠气门。本发明提供的成形工艺操作简单方便，使用该工艺可以有效提高材料的利用率，降低生产成本，提高生产效率，生产出来的气门内腔容量更大，散热性能更好。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明采用厚壁管进行挤压成形的方式来获得中空气门预成形毛坯，并经摆动辗压工序成形出盘部和杆部中空的气门本体，然后再对气门本体盘端和杆部进行封堵，该工艺路线简单，能提高生产率、降低生产成本，可以替代目前通用的先成形出实心气门再进行加工以获得中空气门的加工工艺。

(2)本发明以厚壁管为初始毛坯直接挤压和摆动辗压成形出气门本体内腔，减少了对中空气门内腔的加工，避免了实心棒料加工中空气门时钻孔工序对材料的浪费，提高了材料的利用率，降低生产成本。

(3)本发明的预成形毛坯经摆动辗压成形获得盘部和杆部中空的气门本体，其加工方便，气门内腔更大，充钠量更多，散热性能更好。

附图说明

图1是本发明所提供的成形工艺流程图。

图2是本发明所提供的中空充钠气门结构示意图。

图3是本发明所提供的厚壁管结构示意图。

图4是本发明所提供的预成形毛坯结构示意图。

图5是本发明所提供的气门本体结构示意图。

图6是本发明所提供的堵头结构示意图。

图7是本发明所提供的实心棒料结构示意图。

图8是本发明所提供的盘部被封堵的气门本体结构示意图。

图9是本发明所提供的厚壁管挤压成形示意图。

图10是本发明所提供的辗压上膜和辗压下膜结构示意图。

图11是本发明所提供的预成形毛坯摆动辗压成形示意图。

上述附图中的标号说明：1-气门本体，2-实心棒料，3-金属钠，4-堵头，5-厚壁管，6-预成形毛坯，7-挤压模芯轴，8-挤压模凸模，9-挤压模凹模，10-辗压模上模，11-辗压模下模。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1和图2所示，本发明公开了一种挤压制坯的中空充钠气门成形方法，该工艺包括如下步骤：

(1)挤压制坯：如图3所示，根据气门产品的形状尺寸并结合挤压成形工艺，选用厚壁管5作为初始毛坯，并将厚壁管5加热到始锻温度以下终锻温度以上的高温状态后进行挤压成形，直接挤压成形出中空的气门杆部，该挤压成形工艺只成形加工出中空杆部，成形后获得中空气门的预成形毛坯6，如图4所示。

(2)摆动辗压成形、回火：采用摆动辗压成形工艺将预成形毛坯6进行盘部的成形加工，该摆动辗压成形工艺只成形中空的气门盘部，成形后获得盘部和杆部中空的气门本体1(如图5所示)，成形后对气门本体1进行回火以消除应力。

(3)气门盘部堵头4和实心棒料2的加工：在堵头4与气门盘部焊接的一侧进行倒角加工，倒角的角度θ范围根据堵头4尺寸大小和焊接深浅设定为30°至45°之间，如图6所示。如图7所示，准备好与气门杆部焊接的实心棒料2，并对实心棒料2进行退火热处理，所述实心棒料2直径与气门杆部外径相同，其长度和材料根据气门产品的杆部长度及性能要求而定。

(4)气门盘部加工和封堵：如图8所示，对气门本体1的盘部进行端面加工，堵头4与气门盘部之间采用摩擦焊接工艺进行焊接封堵。

(5)气门内部加工、杆部封堵：对气门的内腔进行精加工、清洗、烘干并充入金属钠3。将气门的杆部通过摩擦焊与实心棒料2进行焊接封堵。

(6)整体回火、机加工：对整个气门进行回火处理，回火后进行机加工。

(7)在气门盘部的锥面上堆焊镍基高温合金，然后对整个气门进行精加工处理，并对气门杆部进行热处理，获得如图2所示的中空充钠气门。

进一步的，如图9所示，所述步骤(1)中挤压制坯工艺的具体方法是，将厚壁管5加热到始锻温度以下终锻温度以上的高温状态后迅速放入挤压模中，挤压模凹模9和挤压模芯轴7固定不动，挤压模凸模8向下移动对厚壁管5进行挤压成形出气门预成形毛坯6。

进一步的，结合图10和图11所示，所述步骤(2)中摆动辗压成形工艺的具体方法是，在始锻温度以下终锻温度以上的高温状态下，将预成形毛坯6迅速放入辗压模下模11中进行摆动辗压成形出气门本体1，气门盘部的外形轮廓与辗压模下模11内腔一致，气门盘部的内表面形状与辗压模上模10外形辗压轮廓一致。

如图2所示，本发明还公开了一种根据挤压制坯的中空充钠气门成形方法制得的中空充钠气门，包括气门本体1、堵头4和实心棒料2。所述气门本体1的一端为盘部，另一端为杆部，其内部设有一空腔，所述空腔从盘部贯穿至杆部。所述空腔中位于盘部的一端为盘腔，位于杆部的一端为杆腔。所述堵头4与盘部固定，将盘腔封堵，所述实心棒料2与杆部固定，将杆腔封堵；所述气门本体1内充满用于加快气门散热的金属钠3。所述盘部和杆部一体成形设计，所述盘腔与杆腔连通。

本发明的工作原理是：选用壁厚管作为初始毛坯，对壁厚管进行加热和挤压，使壁厚管的一端成形出中空的气门杆部，然后通过摆动辗压成形工艺，对壁厚管的另一端成形出气门的盘部，接着对气门盘部进行加工和封堵，对气门内部进行加工、清洗、烘干、充钠，最后，对气门杆部进行加工和封堵，获得中空的充钠气门。本发明提供的成形工艺操作简单方便，使用该工艺可以有效提高材料的利用率，降低生产成本，提高生产效率，生产出来的气门内腔容量更大，散热性能更好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种挤压制坯的中空充钠气门成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)挤压制坯：选用厚壁管作为初始毛坯，并加热到始锻温度以下终锻温度以上，进入高温状态后对厚壁管进行挤压成形出中空的气门杆部，获得中空气门的预成形毛坯；

(2)摆动辗压成形、回火：采用摆动辗压成形工艺将预成形毛坯进行盘部的成形加工，获得盘部和杆部中空的气门本体，成形后进行消除应力回火；

(3)气门盘部堵头和实心棒料的加工：在堵头与气门盘部焊接的一侧进行倒角，倒角的角度θ范围根据堵头尺寸大小和焊接深浅设定为30°至45°之间；准备好与气门杆部焊接的实心棒料，并对实心棒料进行退火热处理，所述实心棒料直径与气门杆部外径相同；

(4)气门盘部加工和封堵：对气门本体的盘部进行端面加工，堵头与气门盘部之间采用摩擦焊接工艺进行焊接封堵；

(5)气门内部加工、杆部封堵：对气门的内腔进行精加工、清洗、烘干并充入金属钠；将气门的杆部通过摩擦焊与实心棒料进行焊接封堵；

(6)整体回火、机加工：对整个气门进行回火处理，回火后进行机加工；

(7)在气门盘部的锥面上堆焊镍基高温合金，然后对整个气门进行精加工，并对气门杆部进行热处理，获得中空充钠气门产品；

所述步骤(1)中挤压制坯工艺的具体方法是，将厚壁管加热到始锻温度以下终锻温度以上的高温状态后迅速放入挤压模中，挤压模凹模和挤压模芯轴固定不动，挤压模凸模向下移动对厚壁管进行挤压成形出气门预成形毛坯。

2.根据权利要求1所述的挤压制坯的中空充钠气门成形方法，其特征在于，所述步骤(2)中摆动辗压成形工艺的具体方法是，在始锻温度以下终锻温度以上的高温状态下，将预成形毛坯迅速放入摆动辗压模下模中进行摆动辗压成形出气门本体，气门盘部的外形轮廓与辗压模下模内腔一致，气门盘部的内表面形状与辗压模上模外形辗压轮廓一致。