CN1092753C - 提升阀及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种内燃机中的提升阀，包括一阀头和一阀杆。在阀头的阀面上，形成一枝晶淬硬层，晶体从内部指向阀表面，因而不用包覆硬质合金即可增强阀面的耐磨性。

Description

提升阀及其加工方法

本发明涉及提升阀及其加工方法，该提升阀并不是通过焊接硬质材料的包覆法来增强其耐磨性的。

用于内燃机中的提升阀的阀面与阀座有着反复的剧烈接触，因此需要很高的耐磨性。为增强其耐磨性，通常将硬质合金例如Co、Ni或Fe基体合金包覆在阀面上。

图3(A)至(C)顺序地表示了怎样通过焊接法将硬质材料包覆在阀面上。如图3(A)所示，在包覆之前，在由耐热钢制成的提升阀21的阀头22的阀面22a上形成一弧形环状槽23。然后，如图3(B)所示，Co基硬质合金24例如斯太立特(Stellite)硬质合金通过诸如氧气-乙炔气、等离子弧和激光焊接法包覆在环形槽23上。此后如图3(C)所示，采用机械加工法处理包覆部分，以形成具有预定形状的表面。

包覆硬质合金的提升阀具有以下缺点：

(a)在焊接包覆前，需要在阀头22处形成一环形槽23。

(b)包覆材料，特别是包覆Co基硬质合金，非常昂贵，并且仅形成一薄的包覆层就需要消耗大量的材料，因此很不经济。

(c)由于在包覆后用于修整的切削工具不耐用，必须经常更换，因此使切削费用增加。

(d)加工提升阀的费用变得昂贵。

根据附图对实施例进行的以下描述将使本发明的特征及优点将变得更加清楚，其中：

图1表示本发明提升阀的一实施例的局部剖开的正视立面图；

图2是沿中心垂直剖开的正视立面图，它表示怎样用粉状材料包覆装置加工图1中的提升阀；

图3表示进行焊接包覆的传统方法；

图4是阀面的垂直截面放大100倍的显微照片；

图5是阀面的垂直截面放大200倍的显微照片；

图6是阀面的垂直截面放大400倍的显微照片。

为了克服上述缺点，本发明的目的是提供一种提升阀，其阀面上的耐磨性不需要通过包覆硬合金来增强，从而降低了加工费用。

根据本发明的一方面，提供了一提升阀，该提升阀包括一阀头和一阀杆，阀头具有一阀面，阀面上有一枝晶淬硬层，枝晶的生长方向是从内部指向阀面的表面。

由于不采用传统的焊接包覆法来增强阀面的耐磨性，因此，除了阀料外不需要昂贵的硬质合金，还使得包覆前后的加工处理简单化，因而可获得低成本的提升阀。

氮化物和/或碳化物可分布在枝晶中。

根据本发明的另一方面，提供了一种加工提升阀的方法，该提升阀包括一阀头和一阀杆，阀头上有一阀面，其加工方法包括以下步骤：在预定温度下焊接阀面的步骤；在焊接步骤后立即从阀头的顶部表面开始对阀头进行强制冷却。因此，氮化物和/或碳化物能够容易地分布在枝晶中。

阀面可通过高能量密度的激光和惰性气氛中产生的等离子弧进行局部加热和焊接。因此，热能集中，使其他部位产生的热应力最小，且防止了加热部分氧化。

图1表示由耐热铜例如SUH3，SUS11和SUH36或铬镍铁合金(NCF751)制成的提升阀1的主要部分。在阀头2的阀面2a上，形成一枝晶淬硬层，枝晶由内部指向阀面2a的表面。碳化物或氮化物分布在淬硬层5的枝晶中。

图2表示怎样加工提升阀1或怎样形成淬硬层5，它是采用已知的等离子弧型粉状材料包覆装置“P”来形成的。在该装置中，数字6表示旋转驱动架，其轴约倾斜35°，在减速马达(未示出)的作用下旋转驱动架沿预定方向缓慢转动。在旋转驱动架6的上表面形成的凹槽6a中，封闭该上表面的圆筒形工件接收部分7与垫圈8配合。使用紧固环9防止工件接收部分7脱离，紧固环安装在旋转驱动架6的上端的外圆周表面上。数字10表示一供水管，其位于旋转驱动架6中心的孔6b中。供水管10的上端穿过垫圈8进入工件接收部分7的凹进部分11中。由供水管10提供的冷却水充满凹进部分11，然后通过多个水口8a和环绕供水管10的排水通道12排到外部。

数字13表示产生等离子弧的具有垂直轴的焊炬，该焊炬可在工件接收部分7上方沿竖直和水平方向移动。数字14表示位于工件接收部分7的轴线上的旋转工件夹持装置。为形成淬硬层，工件1′放在阀头2′的顶部表面2′b上，其中形成一个几乎与要加工的提升阀1完全相同的具有阀面2′a的阀头2′，工件1′的轴向端通过工件夹持装置14压紧。然后，通过转动旋转驱动架6，工件1′沿预定方向旋转。同时，在阀面2′a上方的焊炬13产生等离子弧15，于是，阀面2′a的表面被局部加热到阀材料的熔点(例如1500℃)以上。隋性保护气体16例如Ar从焊炬13底部的等离子弧15的四周喷出，以防止加热部分氧化。在阀面2′a进行热焊的同时，通过多个供给孔(未示出)向加热部分提供N₂和/或CO₂以包覆粉状材料，供给孔开在焊炬13的顶端环绕等离子弧15，并指向等离子弧的中心。因此，氮和/或碳进入被加热阀面2′a的上表面，获得了类似于渗氮或渗碳的效果，于是，形成了硬的氮化物和/或碳化物。

与此同时，局部加热的阀面2′a从阀头顶部表面2′b通过低温工件接收部分7内的冷却水进行强制冷却，因而形成指向阀表面的枝晶。图4至图6是显微放大照片，其中阀面2′a的垂直截面组织分别被放大100，200和400倍。如显微放大照片所示，晶体从材料的内部(放大照片的下部)指向阀面的表面(放大照片的上部)，成枝晶状。在显微放大照片中，分布的黑色部分是氮化物和碳化物。

枝晶具有很高的硬度，氮化物或碳化物分布在枝晶中，因此，通过旋转工件1′一周，在整个阀面圆周被加热后即可在阀面2′a上形成淬硬层5′。对淬硬层5′进行修整，以形成一平坦表面，由此获得了类似于图1所示的提升阀1。

在提升阀进行如上加工后，即可确定阀面2a的硬度。未采用本发明处理的标准提升阀的阀面硬度为HRC35，而上述实施例中的提升阀1的硬度证明已增加到HRC40至50，几乎与包覆斯太立特硬质合金(一种普通包覆材料)的提升阀的硬度相当，因而获得了很高的耐磨性。

本发明不限于上述实施例，但作为加热和焊接阀面2′a的装置，可用氧气-乙炔气或激光热源代替以上等离子型粉状材料焊接装置“P”。

上述内容只涉及本发明实施例。在不脱离权利要求范围的情况下，本专业的技术人员可进行各种改进和变动。

Claims (12)

1、一种提升阀，由钢制成，包括阀头和阀杆，阀头具有枝晶淬硬层的阀面，晶体从内部指向阀面的表面。

2、根据权利要求1所述的提升阀，其特征在于，氮化物和/或碳化物分布在枝晶中。

3、根据权利要求1所述的提升阀，其特征在于，阀是由耐热钢制成。

4、根据权利要求1所述的提升阀，其特征在于，阀是由铬镍铁合金制成。

5、一种提升阀的加工方法，该提升阀包括一阀头和一阀杆，阀头具有一阀面，该方法包括以下步骤：

在高于阀材料熔点的温度下用热焊接法焊接阀面；以及

在焊接步骤之后立即从阀头的顶部表面开始用冷却水对阀头进行强制冷却。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，阀沿预定方向转动时，阀面通过热焊接法进行局部焊接，从阀头顶部表面开始进行冷却。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在通过热焊接法焊接阀面的同时，向阀面的加热区提供N₂和/或CO₂。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，阀面通过高密度的能量来进行加热。

9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的高密度的能量为激光。

10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的高密度能量为在惰性气氛中产生的等离子弧。

11、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，阀是由耐热钢制成。

12、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，阀是由铬镍铁合金制成。

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