CN115013107A - 一种发动机氮化气门及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。本发明关于上述发动机氮化气门的加工工艺包括如下步骤：1）采用金属材料制作成气门基体，该气门基体的盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；2）将气门基体进行QPQ盐浴氮化，使气门基体的外表面形成氮化物层。本发明提供的气门能避免氮化物层产生局部脱离，从而保证气门密封性，提升发动机的整体性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机气门，特别是一种发动机氮化气门及其加工工艺。
背景技术
气门作为发动机工作过程中密封进排气口的关键基础零件，用于封锁气流通道，控制发动机的气体交换。气门性能的最优化，是发动机获得性能指标最大化的保证，在发动机工作时气门组应保证气门能够实现气缸的密封。气门工作时受强烈的机械负荷、高温和化学腐蚀。根据其工作特点，气门锥面的耐磨性与抗腐蚀性是气门的关键特性，特别是燃气发动机与大功率柴油发动机要求更高。现有技术通过对气门整体进行QPQ盐浴氮化处理获得化学性能较稳定的氮化物层来提升气门的耐磨性与抗腐蚀性。虽然气门锥面氮化物层表面硬度、耐磨性显著提高，抗擦伤、抗咬合能力也得到提高，但是由于氮化物层具有硬度高峰脆性大的特点，在一定条件下容易产生崩落，从而影响气门的使用性能。
气门QPQ盐浴氮化工艺流程为：装料筐→热水清洗→清水漂洗→预热→氮化处理→出炉空冷→氧化处理→出炉空冷→热水清洗→清水漂洗→卸料抛光。气门氮化处理后在工件表面形成的氮化物层的金相组织由外到内大体可分为三层：最外层是疏松层，主要由氮化铁和含氮铁素体所组成，在金相显微镜下呈暗黑色；中间层是白亮层，是两相组织的混合物，由ε相、Υ′相及Fe3C组成；最内层为中心基体组织。疏松层是指盐浴氮化过程中在靠近白亮层外部的工件表面形成的海绵状或柱状的多孔区不致密的组织，它的产生会降低工件表面硬度、使表面变得不光滑，表面粗糙度值增加，因此需对其进行抛光处理。疏松层产生原因主要有三个方面：1）在形成化合物过程中铁原子由外向内迁移，引起晶格中的点阵缺陷由内向外迁移，从而形成孔洞产生疏松；2）渗氮时产生的内应力会形成孔洞；3）由于ε相、Υ′相相对于N的亚稳定性，在化合物层的晶界处，氮原子重新结合成氮分子从表面逸出，孔洞合并形成垂直于表面通道即形成孔洞。氮化过程中疏松层的形成与盐浴的氰酸根浓度和温度的控制也有关。
因此，在对气门进行QPQ盐浴氮化处理的过程中，需对气门氮化层外表面的疏松层进行抛光处理，但由于氮化层具有硬度高、脆性大的特性，在抛光处理过程中某些孔洞较多的地方有可能会出现局部氮化层被磨料、钢砂摩擦磨掉或碰掉，从而影响气门的密封性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能保证密封效果的发动机氮化气门；与之相应，本发明还提供了上述发动机氮化气门的加工工艺。
为了解决上述技术问题，本发明关于发动机氮化气门的技术方案是：一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。
在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过一个圆弧进行过渡。
在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过两个互相连接的圆弧进行过渡，其中第一圆弧的半径为0.2～2mm，第二圆弧的半径≤2mm，第一圆弧的右端与盘锥面相切，第二圆弧的左端与盘外圆相切。
在一个实施例中，第一圆弧与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm。
在一个实施例中，第二圆弧与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。
在一个实施例中，第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径。
本发明关于上述发动机氮化气门的加工工艺包括如下步骤：1）采用金属材料制作成气门基体，该气门基体的盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；2）将气门基体进行QPQ盐浴氮化，使气门基体的外表面形成氮化物层。
在步骤1）中，盘外圆和盘锥面之间可以通过一个圆弧进行过渡，也可以根据需要通过两个互相连接的圆弧进行过渡，如果采用两个圆弧进行过渡，则设计第一圆弧的半径为0.2～2mm，第二圆弧的半径≤2mm，第一圆弧的右端与盘锥面相切，第二圆弧的左端与盘外圆相切。
在一个实施例中，第一圆弧与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm，第二圆弧与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。
在现有技术中，为了保证气门的密封性，气门的盘外圆与盘锥面都是设计为直接相交，其相交处会形成一圈环形的棱边。发明人经过长期观察研究，发现气门的棱边位置形成的氮化物层相较其它位置更容易形成孔洞疏松，并且在后续抛光环节或者在工作过程中也更容易产生氮化物层的崩落，而一旦出现氮化物层的局部崩落，就很容易向更大面积蔓延，从而影响气门的密封性。基于上述研究分析所得出的结论，本发明采取对气门基体的结构进行调整的方式来进行解决，即将盘外圆和盘锥面之间的连接处采用圆弧过渡，之后再将气门基体进行QPQ盐浴氮化和抛光。经检测，改进后的气门氮化层出现崩落的现象大大减少，气门盘锥面氮化层的完整性得到保障，从而确保气门的密封性能和发动机的整体性能。
本发明的巧妙之处在于：本发明并没有对QPQ盐浴氮化工艺本身进行改进，而是打破常规思维，另辟蹊径，通过对气门基体的结构进行调整，也能使QPQ盐浴氮化的效果得到增强，进而使得气门的密封性得到保证。
附图说明
图1为气门各部位名称示意图；
图2为本发明实施例中的气门结构示意图；
图3为图2中A部分的放大示意图；
附图标记为：R1——第二圆弧 R2——第一圆弧。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、 “外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。
如图1所示，现有技术中的气门均由气门头部和气门杆部组成，气门头部包括气门盘部和气门颈部，气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，其中盘外圆和盘锥面的连接处形成棱边。本实施例提供的一种发动机氮化气门也包括图1中的基本结构，主要是对气门盘外圆和盘锥面的连接处进行了改进。
如图2、3所示，本实施例提供了一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。
在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过一个圆弧进行过渡，该圆弧右端与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm，该圆弧左端与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。
在一个实施例中，盘外圆和盘锥面之间通过两个互相连接的圆弧进行过渡，其中第一圆弧R2的半径为0.2～2mm，第二圆弧R1的半径≤2mm，第一圆弧R2的右端与盘锥面相切，第二圆弧R1的左端与盘外圆相切；第一圆弧R2与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm；第二圆弧R1与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm；第一圆弧R2的半径大于第二圆弧R1的半径。
本实施例关于上述发动机氮化气门的加工工艺包括如下步骤：
1）采用金属材料制作成气门基体，该气门基体的盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡，盘外圆和盘锥面之间可以通过一个圆弧进行过渡，也可以根据需要通过两个互相连接的圆弧进行过渡，如果采用两个圆弧进行过渡，则设计第一圆弧R2的半径为0.2～2mm，第二圆弧R1的半径≤2mm，第一圆弧R2的右端与盘锥面相切，第二圆弧R1的左端与盘外圆相切；第一圆弧R2与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm，第二圆弧R1与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm；
2）将气门基体进行QPQ盐浴氮化，使气门基体的外表面形成氮化物层。
本实施例提供的气门能避免氮化物层产生局部脱离，从而保证气门密封性，提升发动机的整体性能。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (10)
1.一种发动机氮化气门，包括气门头部和气门杆部，所述气门头部包括气门盘部和气门颈部，所述气门盘部包括盘端面、盘外圆和盘锥面，其特征在于：盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；气门整体由金属材料制成，其外表面附着有氮化物层。
2.根据权利要求1所述的发动机氮化气门，其特征在于：盘外圆和盘锥面之间通过一个圆弧进行过渡。
3.根据权利要求1所述的发动机氮化气门，其特征在于：盘外圆和盘锥面之间通过两个互相连接的圆弧进行过渡，其中第一圆弧（R2）的半径为0.2～2mm，第二圆弧（R1）的半径≤2mm，第一圆弧（R2）的右端与盘锥面相切，第二圆弧（R1）的左端与盘外圆相切。
4.根据权利要求3所述的发动机氮化气门，其特征在于：第一圆弧（R2）与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm。
5.根据权利要求3所述的发动机氮化气门，其特征在于：第二圆弧（R1）与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。
6.根据权利要求3所述的发动机氮化气门，其特征在于：第一圆弧（R2）的半径大于第二圆弧（R1）的半径。
7.一种如权利要求1中所述的发动机氮化气门的加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：1）采用金属材料制作成气门基体，该气门基体的盘外圆和盘锥面之间的连接处形成圆弧过渡；2）将气门基体进行QPQ盐浴氮化，使气门基体的外表面形成氮化物层。
8.根据权利要求7所述的发动机氮化气门的加工工艺，其特征在于：在步骤1）中，盘外圆和盘锥面之间通过一个圆弧进行过渡。
9.根据权利要求7所述的发动机氮化气门的加工工艺，其特征在于：在步骤1）中，盘外圆和盘锥面之间通过两个互相连接的圆弧进行过渡，其中第一圆弧（R2）的半径为0.2～2mm，第二圆弧（R1）的半径≤2mm，第一圆弧（R2）的右端与盘锥面相切，第二圆弧（R1）的左端与盘外圆相切。
10.根据权利要求9所述的发动机氮化气门的加工工艺，其特征在于：第一圆弧（R2）与盘锥面的相切点距离盘锥面的边缘≤1mm，第二圆弧（R1）与盘外圆的相切点距离盘端面≥1mm。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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