CN111659840A - 一种发动机气门精密锻件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机气门锻件制备技术领域，公开了一种发动机气门精密锻件制造方法，通过冲床制备坯料，然后对坯料进行正挤压拉长后在进行预热镦和二次热镦，最后利用摆辗机及温摆辗模具进行发动机气门锻件的精密制造，所制得的气门锻件不仅尺寸精度高、表面质量好、无折叠和裂纹等锻造缺陷存在；由于气门锻件的大端内部金相组织均匀一致，避免了后续加工中因内部金相组织不合格引起的产品报废，既提高了气门零件的产品合格率，也提高了气门零件的使用寿命；同时，由于气门锻件的后续机械加工余量少，从而提高了材料利用率和生产效率；而且制备过程中冲击较小、噪音小，操作者劳动强度及工作环境大为改善。

Description

一种发动机气门精密锻件制造方法

技术领域

本发明涉及发动机气门锻件制备技术领域，具体涉及一种发动机气门精密锻件制造方法。

背景技术

气门是汽油发动机、柴油发动机等内燃机中的关键零件之一，在高温、高压和发动机燃烧产生的燃气腐蚀环境中工作；特别是内燃机的排气门，不但要承受频繁的敲击、交变的拉压和热应力作用，还要受到高温腐蚀和高速燃气的冲击作用，工作条件十分苛刻。一般进气门的工作温度为200℃～450℃，排气门的工作温度为600℃～800℃。因此气门的材料普遍采用耐热钢如马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢和镍基高温合金等。

气门锻件的成形方法有镦锻成形法和挤压成形法两种。

镦锻成形法是将棒料的一端通电加热后进行镦锻或压力机模镦成形；挤压成形法是将一个直径较粗的毛坯经高频加热后挤压出气门的杆部，并用压力机将气门的大端锻造成形。挤压成形法较镦锻成形法有如下优点：生产效率较高，材料成本较低，气门锻件大端的大平面无折叠、无过烧等缺陷存在，锻件质量较好。

目前我国的气门锻件生产方法以镦锻成形方法为主。

气门锻件的以上两种生产方法都存在如下不足：锻件的尺寸精度不高，后续机械加工余量较大；材料利用率和生产效率都较低；由于气门大端部分都是采用整体镦粗成形的方法成形，使得气门大端部分的金相组织极不均匀(气门大端部分在整体镦粗成形过程中由于变形极不均匀，从而使得镦粗成形的气门锻件大端部分的金相组织极不均匀)，这种金相组织的不均匀性在随后的热处理过程中很难消除，从而导致在后续加工中因金相组织不合格引起的气门零件报废率增加，也使气门零件的使用寿命降低。

发明内容

基于以上问题，本发明利用摆辗成形的连续局部塑性变形所具有的变形均匀性特点，并结合挤压成形方法的优势，提供了一种发动机气门精密锻件制造方法；通过冲床制备坯料，然后对坯料进行正挤压拉长后在进行预镦和二次热镦，最后利用摆辗机及温摆辗模具进行发动机气门锻件的精密制造，所制得的气门锻件不仅尺寸精度高、表面质量好、无折叠和我裂纹等锻造缺陷存在；由于气门锻件的大端内部金相组织均匀一致，避免了后续加工中因内部金相组织不合格引起的气门产品报废，既提高了气门产品的合格率，也提高了气门产品的使用寿命；同时由于气门锻件的后续加工余量少，从而提高了材料利用率和生产效率；而且制备过程中冲击较小、噪音小，操作者的劳动强度及工作环境大为改善。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种发动机气门精密锻件制造方法，包括如下步骤：

S1：将热轧圆钢在冲床上剪切成坯料；

S2：将坯料通过挤压模具在液压机上进行正挤压拉长，形成正挤压坯件；

S3：将正挤压坯件在液压机上进行第一次热镦，形成预镦坯件；

S4：将预镦坯件在热镦模具中进行第二次热镦，形成温摆辗前坯件；

S5：将温摆辗前坯件置于温摆辗模具中，通过摆辗机制成温摆辗成形件。

进一步地，步骤S1中的坯料(1)直径为Φ10mm，长度为75mm。

进一步地，步骤S2中的正挤压坯件(2)包括的直径为Φ5.8mm、长度为108mm的杆段，和直径为Φ10.6mm、长度为34mm的成形段。

进一步地，步骤S3中的预镦坯件(3)包括杆段和预镦段，所述预镦段是将正挤压坯件(2)的成形段通过热镦成形成直径为Φ12mm、长度为27mm的柱体。

进一步地，步骤S4中的温摆辗前坯件包括杆段和二次热镦段，二次热镦段是将预镦坯件的预镦段在热镦模具中进行第二次热镦形成的球形镦头。

进一步地，步骤S5中的温摆辗模具包括上模系统和下模系统，上模系统包括可拆卸连接于摆辗机球头底部的上模座，上模座内设置朝向下模系统的凹槽，上模座的凹槽内设置有上凸模，上凸模与上模座的凹槽底部之间设置有上模垫块；上凸模朝向下模系统一端设置有缩径段，缩径段外套设有上模压板，上模压板与上模座之间通过螺栓固定连接，上凸模朝向下模系统的表面设置有摆辗成形头；下模系统包括设置于摆辗机滑块工作槽内的下模垫圈，下模垫圈与摆辗机滑块的工作槽底部通过螺栓固定，下模垫圈内由下至上依次设置下模垫块和下模芯垫，下模芯垫上表面设置有下模外套，下模外套的内腔中安装有下模模芯，下模外套为中空圆台，下模外套的小口径端朝向上模系统的上凸模，下模外套外壁套设有下模紧固套，下模紧固套通过螺栓与下模垫圈固定连接。

进一步地，下模垫块、下模芯垫上设置有与下模模芯内腔连通的通孔；摆辗机滑块的工作槽底部设置有液压顶缸，液压顶缸的伸缩杆前端设置有顶杆，顶杆可由下模垫块、下模芯垫内的通孔穿入下模模芯内腔中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过冲床制备坯料，然后对坯料进行正挤压拉长后在进行预镦和第二次热镦，最后利用摆辗机及温摆辗模具进行发动机气门锻件的精密制造，所制得的气门锻件不仅尺寸精度高、表面质量好、无折叠和裂纹等锻造缺陷存在；由于气门锻件的大端内部金相组织均匀一致，避免了后续加工过程中因内部金相组织不合格引起的产品报废，既提高了气门零件的产品合格率，也提高了气门零件的使用寿命；同时由于气门锻件的后续机械加工余量少，从而提高了材料利用率和生产效率；且制备过程中冲击较小、噪音小，操作者劳动强度及工作环境大为改善。

附图说明

图1为实施例中发动机气门锻件成形过程中各步骤加工后对应的工件结构示意图；

图2为实施例中温摆辗模具的结构示意图；

其中，1、坯料；2、正挤压坯件；3、预镦坯件；4、温摆辗前坯件；5、温摆辗成形件；6、摆辗机球头；7、上模座；8、上凸模；9、上模垫块；10、上模压板；11、摆辗成形头；12、摆辗机滑块；13、工作槽；14、下模垫圈；15、下模垫块；16、下模芯垫；17、下模外套；18、下模模芯；19、下模紧固套；20、液压顶缸；21、顶杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

参见图1和图2，一种发动机气门精密锻件制造方法，包括如下步骤：

S1：将热轧圆钢在冲床上剪切成坯料1；本实施例中的坯料1直径为Φ10mm，长度为75mm；

S2：将坯料1通过挤压模具在液压机上进行正挤压拉长，形成正挤压坯件2；本实施例中正挤压坯件2包括的直径为Φ5.8mm、长度为108mm的杆段，和直径为Φ10.6mm、长度为34mm的成形段；

S3：将正挤压坯件2在液压机上进行第一次热镦，形成预镦坯件3；本实施例中的预镦段是将正挤压坯件2的成形段通过热镦成形成直径为Φ12mm、长度为27mm的柱体；

S4：将预镦坯件3在热镦模具中进行第二次热镦，形成温摆辗前坯件4；本实施例中的温摆辗前坯件4包括杆段和二次热镦段，二次热镦段是将预镦坯件3的预镦段在热镦模具中进行第二次热镦形成的球形镦头。

S5：将温摆辗前坯件4置于温摆辗模具中，通过摆辗机制成温摆辗成形件5。

本实施例中的温摆辗模具包括上模系统和下模系统，上模系统包括可拆卸连接于摆辗机球头6底部的上模座7，上模座7内设置朝向下模系统的凹槽，上模座7的凹槽内设置有上凸模8，上凸模8与上模座7的凹槽底部之间设置有上模垫块9；上凸模8朝向下模系统一端设置有缩径段，缩径段外套设有上模压板10，上模压板10与上模座7之间通过螺栓固定连接，上凸模8朝向下模系统的表面设置有摆辗成形头11；下模系统包括设置于摆辗机滑块12工作槽13内的下模垫圈14，下模垫圈14与摆辗机滑块12的工作槽13底部通过螺栓固定，下模垫圈14内由下至上依次设置下模垫块15和下模芯垫16，下模芯垫16上表面设置有下模外套17，下模外套17的内腔中安装有下模模芯18，下模外套17为中空圆台，下模外套17的小口径端朝向上模系统的上凸模8，下模外套17外壁套设有下模紧固套19，下模紧固套19通过螺栓与下模垫圈14固定连接。

下模垫块15、下模芯垫16上设置有与下模模芯18内腔连通的通孔；摆辗机滑块12的工作槽13底部设置有液压顶缸20，液压顶缸20的伸缩杆前端设置有顶杆21，顶杆21可由下模垫块15、下模芯垫16内的通孔穿入下模模芯18内腔中。在发动机气门锻件进行温摆辗成形前和温摆辗成形过程中，液压顶缸20的伸缩杆处于最下端的位置，顶杆21的上端部位于下模芯垫16的通孔内；当温摆辗成形完成后，首先按摆辗机滑块12的下行运动按钮开关使摆辗机滑块12向下移动，从而使摆辗成形头11与下模模芯18中的温摆辗成形件5的上端面脱离接触，然后再按液压顶缸20的上行运动按钮开关使液压顶缸20的伸缩杆向上移动，从而使顶杆21的上端部进入下模模芯18内腔中，这样顶杆21就将温摆辗成形后的温摆辗成形件5从下模模芯18中顶出；取走温摆辗成形件5后，再按液压顶缸20的下行运动按钮开关使液压顶缸20的伸缩杆向下移动至最下端位置。

下模模芯18为带有与温摆辗前坯件4的杆段相匹配的中空管段和成形气门大端部的凹腔。温摆辗成形加工过程中，首先将组装好的温摆辗模具的下模系统安装在摆辗机的滑块的工作槽13内，上模系统安装在摆辗机球头6内；再将摆辗机滑块12移动至摆辗机球头6的正下方，使下模系统的下模模芯18位于上模系统的上凸模8的正下方；然后将温摆辗前坯件4的杆段插入下模模芯18的中空管段内，并使球形镦头位于下模模芯的凹腔内；然后再启动摆辗机的摆动电机，使摆辗机球头6作摆动运动，从而带动上凸模8及摆辗成形头11作摆动运动，此时摆辗机球头6、上凸模8及摆辗成形头11的中轴线与摆辗机的中轴线(竖直方向)呈一定的夹角，摆辗机球头6、上凸模8及摆辗成形头11只作摆动运动、不作上下运动；再启动摆辗机的主电机和液压控制系统，使摆辗机滑块12和液压顶缸20中的伸缩杆能作上、下往复运动，然后再按摆辗机滑块12的上行运动的按钮开关使摆辗机滑块12向上移动，当摆辗成形头11与下模模芯18中的球形镦头表面相接触以后，摆辗成形头11就对球形镦头进行连续局部的辗压成形，最终得到温摆辗成形件5。

本发明通过冲床制备坯料1，然后对坯料1进行正挤压拉长后在进行预镦和第二次热镦，最后利用摆辗机及温摆辗模具进行发动机气门锻件的精密制造，温摆辗成形的气门锻件不仅尺寸精度高、表面质量好、无折叠和裂纹等锻造缺陷存在；由于气门锻件的大端内部金相组织均匀一致，避免了后续加工中因内部金相组织不合格引起的产品报废，既提高了气门零件的产品合格率，也提高了气门零件的使用寿命；同时由于气门锻件的后续机械加工余量少，从而提高了材料利用率和生产效率；且制备过程中冲击较小、噪音小，操作者劳动强度及工作环境大为改善。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将热轧圆钢在冲床上剪切成坯料(1)；

S2：将坯料(1)通过挤压模具在液压机上进行正挤压拉长，形成正挤压坯件(2)；

S3：将正挤压坯件(2)在液压机上进行第一次热镦，形成预镦坯件(3)；

S4：将预镦坯件(3)在热镦模具中进行第二次热镦，形成温摆辗前坯件(4)；

S5：将温摆辗前坯件(4)置于温摆辗模具中，通过摆辗机制成温摆辗成形件(5)。

2.根据权利要求1所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：步骤S1中的坯料(1)直径为Φ10mm，长度为75mm。

3.根据权利要求2所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：步骤S2中的正挤压坯件(2)包括的直径为Φ5.8mm、长度为108mm的杆段，和直径为Φ10.6mm、长度为34mm的成形段。

4.根据权利要求3所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：步骤S3中的预镦坯件(3)包括杆段和预镦段，所述预镦段是将正挤压坯件(2)的成形段通过热镦成形成直径为Φ12mm、长度为27mm的柱体。

5.根据权利要求4所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：步骤S4中的温摆辗前坯件(4)包括杆段和二次热镦段，所述二次热镦段是将预镦坯件(3)的预镦段在热镦模具中进行第二次热镦形成的球形镦头。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：步骤S5中的温摆辗模具包括上模系统和下模系统，所述上模系统包括可拆卸连接于摆辗机球头(6)底部的上模座(7)，所述上模座(7)内设置朝向下模系统的凹槽，所述上模座(7)的凹槽内设置有上凸模(8)，所述上凸模(8)与上模座(7)的凹槽底部之间设置有上模垫块(9)；所述上凸模(8)朝向下模系统一端设置有缩径段，所述缩径段外套设有上模压板(10)，所述上模压板(10)与所述上模座(7)之间通过螺栓固定连接，所述上凸模(8)朝向下模系统的表面设置有摆辗成形头(11)；所述下模系统包括设置于摆辗机滑块(12)中的工作槽(13)内的下模垫圈(14)，所述下模垫圈(14)与摆辗机滑块(12)的工作槽(13)底部通过螺栓固定，所述下模垫圈(14)内由下至上依次设置下模垫块(15)和下模芯垫(16)，所述下模芯垫(16)上表面设置有下模外套(17)，所述下模外套(17)的内腔中安装有下模模芯(18)，所述下模外套(17)为中空圆台，所述下模外套(17)的小口径端朝向上模系统的上凸模(8)，所述下模外套(17)外壁套设有下模紧固套(19)，所述下模紧固套(19)通过螺栓与下模垫圈(14)固定连接。

7.根据权利要求6所述的发动机气门精密锻件制造方法，其特征在于：所述下模垫块(15)、下模芯垫(16)上设置有与下模模芯(18)内腔连通的通孔；所述摆辗机滑块(12)的工作槽(13)底部设置有液压顶缸(20)，所述液压顶缸(20)的伸缩杆前端设置有顶杆(21)，所述顶杆(21)可由下模垫块(15)、下模芯垫(16)内的通孔穿入下模模芯(18)内腔中。

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