高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣門是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵零件，氣門的開啟和關(guān)閉使可燃?xì)怏w進(jìn)入氣缸并排出燃燒后的廢氣。空心氣門實(shí)現(xiàn)了輕量化，且由于其空心部位封閉了一定體積的金屬鈉的作用有效地提高了導(dǎo)熱性能。發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中氣門盤部與氣門座之間頻繁撞擊，并受到高溫高壓燃?xì)獾臎_蝕，尤其是對氣門頸部施加了很大負(fù)載，因此氣門不僅要具有較高的機(jī)械性能，且要求其內(nèi)部金屬流線方向與外形一致、金相組織細(xì)密，具有一定的疲勞強(qiáng)度。
[0003]國內(nèi)常用的空心氣門生產(chǎn)方法有實(shí)心氣門鉆孔法，該方法只能獲得桿部空心而盤部仍為實(shí)心的空心氣門，且生產(chǎn)效率低，材料利用率低，尤其是對于不同形狀尺寸的回轉(zhuǎn)體組形成的空心氣門造成材料浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法，通過楔橫軋模具和模鍛成形模具依次對受熱后的金屬管料進(jìn)行軋制及鍛造，由此使得金屬管料成形為空心氣門，不需要通過打孔實(shí)現(xiàn)氣門的挖空，從而避免材料浪費(fèi)，并有效提高生產(chǎn)效率和材料利用率。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法，其包括以下步驟:
[0006]步驟1:制造楔橫軋模具和模鍛成形模具；
[0007]步驟2:將氣閥金屬管料加熱至軋制溫度；
[0008]步驟3:通過所述楔橫軋模具對加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料進(jìn)行軋制，實(shí)現(xiàn)氣閥金屬管料產(chǎn)生外徑變化并沿其軸向伸長形成一左右對稱的空心氣門坯料；所述空心氣門坯料左右對稱的對稱線與其軸線垂直，且所述空心氣門坯料的中部為桿部，其兩端為盤部，且其桿部與盤部之間的連接段為其頸部；
[0009]步驟4:沿所述空心氣門坯料的對稱線分割所述空心氣門坯料，形成結(jié)構(gòu)相同的第一空心氣門預(yù)制坯和第二空心氣門預(yù)制坯；每個(gè)空心氣門預(yù)制坯由連續(xù)且依次連接的桿部、頸部和盤部組成；
[0010]步驟5:通過所述模鍛成形模具對所述第一空心氣門預(yù)制坯或第二空心氣門預(yù)制坯進(jìn)行鍛造，完成第一空心氣門預(yù)制坯的盤部或第二空心氣門預(yù)制坯的盤部成形為空心氣門盤部，實(shí)現(xiàn)空心氣門的制成。
[0011]本發(fā)明中，所述模鍛成形模具包括分離設(shè)置的模具主體和沖擊下壓部件。所述模具主體中設(shè)有上下設(shè)置并連續(xù)連通且軸線共線的沖擊內(nèi)腔、空心氣門盤部成形內(nèi)腔、空心氣門頸部成形內(nèi)腔及空心氣門桿部放置內(nèi)腔；所述空心氣門盤部成形內(nèi)腔由上下設(shè)置且連續(xù)的盤外圓成形腔、盤錐面成形腔及盤部凹面成形腔組成，所述盤外圓成形腔用于形成空心氣門盤部的盤外圓，所述盤錐面成形腔用于形成空心氣門盤部的盤錐面，所述盤部凹面成形腔用于形成空心氣門盤部的弧形凹面；所述空心氣門頸部成形內(nèi)腔的輪廓與所述空心氣門坯料的頸部的外輪廓一致；所述空心氣門桿部放置內(nèi)腔的輪廓與所述空心氣門坯料的桿部的外輪廓一致。所述沖擊下壓部件的頂端端面為一用于承載外部沖壓力的沖壓承載平面，其底端端面的中部設(shè)有一可伸入空心氣門預(yù)制坯的內(nèi)腔中并將沖壓力作用于空心氣門預(yù)制坯盤部的鍛造件；所述鍛造件的外圍面由上下設(shè)置、軸線共線且連續(xù)的圓臺側(cè)面、弧形凹面及圓柱面組合形成。
[0012]本發(fā)明中，所述步驟3中，所述空心氣門坯料的頸部的外圍面由連續(xù)的圓臺側(cè)面與弧形凹面相互連接形成。
[0013]每個(gè)空心氣門預(yù)制坯的頸部的弧形凹面的半徑Rl與所述模鍛成形模具中盤部凹面成形腔腔面的半徑RO之間的關(guān)系滿足Rl = 1.05XRO ;制成的空心氣門的盤部的弧形凹面的半徑R2與所述模鍛成形模具中盤部凹面成形腔腔面的半徑RO之間的關(guān)系滿足R2 =RO0
[0014]所述楔橫軋模具包括楔入部分、展寬部分和精整部分。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述楔橫軋模具的成形角為35°?38°，其楔入部分的展寬角為4°?6°，其展寬部分的展寬角為3°?5°。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟3中，所述楔橫軋模具在脫空情況下對所述加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料進(jìn)行軋制。
[0016]本發(fā)明中，所述步驟5中，利用所述第一空心氣門預(yù)制坯或第二空心氣門預(yù)制坯的軋制余熱實(shí)現(xiàn)鍛造，或者，在鍛造前，對所述第一空心氣門預(yù)制坯或第二空心氣門預(yù)制坯進(jìn)行加熱。
[0017]本發(fā)明中，所述步驟I中，根據(jù)需要制得的空心氣門的規(guī)格制造與其相應(yīng)的楔橫軋模具和模鍛成形模具。
[0018]本發(fā)明中，所述步驟2中，通過加熱爐實(shí)現(xiàn)氣閥金屬管料的加熱；且所述氣閥金屬管料為鋼管料；所述步驟3中，通過將所述楔橫軋模具安裝于楔橫軋機(jī)，及通過推料裝置將所述加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料推送至所述楔橫軋機(jī)中，實(shí)現(xiàn)所述楔橫軋模具對所述加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料的軋制。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述軋制溫度為1000°C?1200°C。
[0020]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法使用了楔橫軋技術(shù)生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門毛坯，其與傳統(tǒng)的電熱鐓粗工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)通過楔橫軋模具實(shí)現(xiàn)楔橫軋精密制坯，使氣閥金屬管料在楔橫軋模具的軋制作用下發(fā)生形變而中部凹陷、兩端伸長，中部形成空心氣門的桿部，兩端形成待加工的盤部，盤部與桿部之間的連接段形成空心氣門的頸部(外圍面由弧形凹面和圓臺側(cè)面組成)，由此實(shí)現(xiàn)氣閥金屬管料在楔橫軋軋制階段達(dá)到制造要求，使獲得的空心氣門坯料的形狀與尺寸之間的一致性好，并避免了通過后續(xù)粗加工的方式獲得桿部回轉(zhuǎn)面，有效提高了生產(chǎn)效率和材料利用率；
[0022](2)通過軋制完成后，利用與所述制得的空心氣門盤部結(jié)構(gòu)匹配的模鍛成形模具對獲得的空心氣門預(yù)制坯進(jìn)行盤部加工，將空心氣門預(yù)制坯直接置于模鍛成形模具的腔體中實(shí)現(xiàn)鍛造，從而實(shí)現(xiàn)制成的空心氣門的桿部、頸部及盤部整體流線分布合理，組織細(xì)密，滿足性能要求；
[0023](3)通過利用氣閥金屬管料作為坯料實(shí)現(xiàn)軋制和鍛造，不需要通過打孔的方式實(shí)現(xiàn)氣門的挖空，有效避免材料浪費(fèi)，具有廢品率低、節(jié)材率高、成形精度高、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。
[0024]為了更好地理解和實(shí)施，下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的方法步驟的流程簡圖；
[0026]圖2是本發(fā)明的楔橫軋模具的簡圖；
[0027]圖3是圖2中A’ -A向的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的模鍛成形模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明的氣閥金屬管料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明的楔橫軋模具對氣閥金屬管料的軋制過程的示意圖，其中，(a)是楔橫軋模具楔入段時(shí)氣閥金屬管料的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)是楔橫軋模具楔入平整段時(shí)氣閥金屬管料的結(jié)構(gòu)示意圖，(C)是楔橫軋模具展寬段時(shí)氣閥金屬管料的結(jié)構(gòu)示意圖，(d)是楔橫軋模具精整段時(shí)由氣閥金屬管料形成的空心氣門坯料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明中軋制形成的空心氣門坯料的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8是本發(fā)明中對空心氣門坯料分割后形成的其中一空心氣門預(yù)制坯的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖9是本發(fā)明制成的空心氣門的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]請同時(shí)參閱圖1?9，本發(fā)明高效近凈的發(fā)動(dòng)機(jī)空心氣門毛坯精密成形方法包括以下步驟:
[0035]步驟1:制造楔橫軋模具I和模鍛成形模具2 ;
[0036]在本實(shí)施例中，楔橫軋模具I和模鍛成形模具2的制造方法與現(xiàn)有技術(shù)模具的制造方法相同，故在此不再贅述。具體地，所述步驟I中，根據(jù)需要制得的空心氣門的規(guī)格制造與其相應(yīng)的楔橫軋模具I和模鍛成形模具2 ;也即，先設(shè)計(jì)好所述制得的空心氣門的圖紙，再根據(jù)設(shè)計(jì)好的空心氣門的圖紙制造相應(yīng)的楔橫軋模具I和模鍛成形模具2。
[0037]具體地，所述楔橫軋模具I包括楔入部分11、展寬部分12和精整部分13。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述楔橫軋模具I的成形角為35°?38°，其楔入部分11的展寬角β?為4°?6°，其展寬部分12的展寬角β2為3°?5°。
[0038]具體地，所述模鍛成形模具2包括分離設(shè)置的模具主體21和沖擊下壓部件22。
[0039]所述模具主體21中設(shè)有上下設(shè)置并連續(xù)連通且軸線共線的沖擊內(nèi)腔211、空心氣門盤部成形內(nèi)腔212、空心氣門頸部成形內(nèi)腔213及空心氣門桿部放置內(nèi)腔214 ;所述空心氣門盤部成形內(nèi)腔212由上下設(shè)置且連續(xù)的盤外圓成形腔212a、盤錐面成形腔212b及盤部凹面成形腔212c組成，所述盤外圓成形腔212a用于形成空心氣門盤部的盤外圓，所述盤錐面成形腔212b用于形成空心氣門盤部的盤錐面，所述盤部凹面成形腔212c用于形成空心氣門盤部的弧形凹面。
[0040]所述沖擊下壓部件22的頂端端面為一用于承載外部沖壓力的沖壓承載平面221，其底端端面的中部設(shè)有一可伸入空心氣門預(yù)制坯的內(nèi)腔中并將沖壓力作用于空心氣門預(yù)制坯盤部的鍛造件222 ;所述鍛造件222的外圍面由上下設(shè)置、軸線共線且連續(xù)的圓臺側(cè)面222a、弧形凹面222b及圓柱面222c組合形成。
[0041]步驟2:將氣閥金屬管料3加熱至軋制溫度；優(yōu)選地，所述軋制溫度為1000°C?1200。。。
[0042]具體地，在所述步驟2中，通過加熱爐實(shí)現(xiàn)氣閥金屬管料3的加熱；在本實(shí)施例中，所述氣閥金屬管料3為鋼管料。
[0043]步驟3:通過所述楔橫軋模具I對加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料3進(jìn)行軋制，實(shí)現(xiàn)氣閥金屬管料3產(chǎn)生外徑變化并沿其軸向伸長形成一左右對稱的空心氣門坯料4 ;所述空心氣門坯料4左右對稱的對稱線與其軸線垂直，且所述空心氣門坯料4的中部為桿部41，其兩端為盤部(44和45)，且其桿部41與盤部(44和45)之間的連接段為其頸部(42和43) ο
[0044]具體地，所述步驟3中，通過將所述楔橫軋模具I安裝于楔橫軋機(jī)，及通過推料裝置將所述加熱至軋制溫度的氣閥金屬管料3推送至所述楔橫軋機(jī)中，實(shí)現(xiàn)所述楔橫軋模具I對所述加熱至軋制溫度的氣