一种应用芯棒的汽车发动机空心气门坯料精确成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种楔横轧成形发动机空心气门 毛坯的方法，适用于楔横轧带芯棒轧制小直径(通常认为d〈20mm)空心轴类毛坯的生产。
【背景技术】
[0002] 气门是发动机配气机构的一个关键零件，气门的开启和关闭使可燃气体进入气缸 并排出燃烧后的废气。空心气门实现了轻量化，且由于其空心部位封闭了一定体积的金属 钠的作用有效的提高了导热性能。发动机工作过程中气门盘部与气门座之间频繁撞击，并 受到高温高压燃气的冲蚀，尤其是对气门颈部施加了很大负载，因此气门不仅要具有较高 的机械性能，且要求其内部金属流线方向与外形一致，金相组织细密，具有一定的疲劳强 度。
[0003]国内常用的空心气门生产方法有实心气门钻孔法，该种方法只能获得杆部空心而 盘部仍为实心的空心气门，且生产率低，材料利用率低，尤其是对于由不同形状尺寸回转体 组成的空心气门，造成材料浪费。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种楔横轧精密制坯的方法，实现空心气门毛坯 的楔横轧成形。
[0005]实现本发明的技术方案是：一种应用芯棒的汽车发动机空心气门坯料精确成形方 法，针对空心气门采用楔横轧的办法对称加工空心坯料，加工后的空心坯料形成一锥形台 及一个球形台，然后模锻加工成形空心气门盘部。
[0006] 进一步地，所述精确成形方法具体包括以下步骤： A) 制造楔横轧模具和模锻模具； B) 将空芯坯料加热至轧制温度，所述空心坯料为钢管料； C) 将所述钢管料穿入芯棒，通过所述楔横轧模具对钢管料进行轧制，实现钢管料产生 外径变化并沿其轴向伸长形成一左右对称的空心气门坯料；所述空心气门坯料左右对称的 对称线与其轴线垂直，且所述空心气门坯料的中部为杆部，其两端为盘部，且其杆部与盘部 之间的连接段为其颈部； D) 沿所述空心气门坯料的对称线分割所述空心气门坯料，形成结构相同的第一空心气 门预制坯和第二空心气门预制坯；每个空心气门预制坯由连续且依次连接的杆部、颈部和 盘部组成； E) 利用轧制预热，通过所述模锻模具对所述第一空心气门预制坯或第二空心气门预制 坯进行锻造，完成第一空心气门预制坯的盘部或第二空心气门预制坯的盘部成形为空心气 门盘部，实现空心气门的制成。
[0007]进一步地，所述芯棒小于空心坯料的内径，所述芯棒尺寸与空心坯料的相对壁厚 的关系D1 =13*Q，所述Q为空心坯料原始壁厚与空心坯料原始外径之比；所述芯棒尺寸与 空心坯料轧制时的相对下压率的关系D1 = (2. 1-2. 3) *h，所述h为空心坯料轧制前后外径 之比；所述芯棒尺寸与轧制后的内径尺寸的关系D1 =(0. 7 - 0. 9)*dl，所述dl为轧制后空 心还料的内径；同时所述芯棒的尺寸最大不能超过多少25mm，最小不能低于多少2mm〇
[0008] 进一步地，所述空心坯料的相对壁厚Q满足0. 25<Q<0. 30之间，相对压下率h 满足1. 7彡h彡1. 9之间。
[0009] 进一步地，所述楔横乳模具成形角在a= 35° -38°，展宽角为尹=4° -6°，模 具脱空 0. 1-0. 3mm。
[0010] 进一步地，所述轧制的空心坯料包括：40Cr，4Cr9Si2。
[0011] 进一步地，所述轧制温度为1000°C-1200°C。
[0012] 所述模锻模具包括分离设置的模具主体和冲击下压部件；所述模具主体中设有上 下设置并连续连通且轴线共线的冲击内腔、空心气门盘部成形内腔、空心气门颈部成形内 腔及空心气门杆部放置内腔；所述空心气门盘部成形内腔由上下设置且连续的盘外圆成形 腔、盘锥面成形腔及盘部凹面成形腔组成，所述盘外圆成形腔用于形成空心气门盘部的盘 外圆，所述盘锥面成形腔用于形成空心气门盘部的盘锥面，所述盘部凹面成形腔用于形成 空心气门盘部的弧形凹面；所述空心气门颈部成形内腔的轮廓与所述空心气门坯料的颈部 的外轮廓一致；所述空心气门杆部放置内腔的轮廓与所述空心气门坯料的杆部的外轮廓一 致； 所述冲击下压部件的顶端端面为一用于承载外部冲压力的冲压承载平面，其底端端面 的中部设有一可伸入空心气门预制坯的内腔中并将冲压力作用于空心气门预制坯盘部的 锻造件；所述锻造件的外围面由上下设置、轴线共线且连续的圆台侧面、弧形凹面及圆柱面 组合形成。
[0013] 所述步骤3中，所述空心气门还料的颈部的外围面由连续的圆台侧面与弧形凹面 相互连接形成。
[0014] 每个空心气门预制坯的颈部的弧形凹面的半径R1与所述模锻成形模具中盘部凹 面成形腔腔面的半径R0之间的关系满足R1=1.05XR0;制成的空心气门的盘部的弧形凹面 的半径R2与所述模锻成形模具中盘部凹面成形腔腔面的半径R0之间的关系满足R2=R0。
[0015] 所述楔横轧模具包括楔入部分、展宽部分和精整部分；所述楔横轧模具的成形角 为35° ~38°，其楔入部分的展宽角为4° ~6°，其展宽部分的展宽角为3° ~5°。
[0016] 所述步骤3中，所述楔横轧模具在脱空情况下对所述加热至轧制温度的气阀金属 管料进行轧制。
[0017] 所述步骤5中，利用所述第一空心气门预制坯或第二空心气门预制坯的轧制余热 实现锻造，或者，在锻造前，对所述第一空心气门预制坯或第二空心气门预制坯进行加热。
[0018] 所述步骤1中，根据需要制得的空心气门的规格制造与其相应的楔横轧模具和模 锻成形模具。
[0019] 所述步骤2中，通过加热炉实现气阀金属管料的加热；且所述气阀金属管料为钢 管料； 所述步骤3中，通过将所述楔横轧模具安装于楔横轧机，及通过推料装置将所述加热 至轧制温度的钢管空心坯料推送至所述楔横轧机中，实现所述楔横轧模具对所述加热至轧 制温度的钢管空心坯料的轧制。
[0020] 本发明与传统的实心气门钻孔和反挤压工艺相比，使用楔横轧技术生产汽车发动 机空心气门毛坯具有如下优点： 1) 生产效率高，单机每分钟可制坯6-12件； 2) 采用楔横轧精密制坯，获得的零件形状和尺寸一致性好，避免了后续粗加工获得杆 部回转面，提高了材料利用率； 3) 空心气门楔横轧成形方法获得的杆部及盘部空心的空心气门内部整体流线分布合 理，组织细密，满足性能要求； 4) 毛坯各部分均参与变形，可得到细化且均匀的晶粒组织，有利于提高气门整体力学 性能。
【附图说明】
[0021] 图1为楔横轧模具展开图和精整段侧视图，图中具体描述本发明空心件带芯棒轧 制过程； 图2为空心坯料所用芯棒视图； 图3为空心气门坯料示意图； 图4为空心气门毛坯楔横轧轧制前装备关系示意图； 图5为空心气门不用芯棒楔横轧后坯料示意图； 图6为空心气门带芯棒引导的楔横轧后坯料示意图； 图7为本发明楔横轧机整体结构示意图； 图8为本发明楔横轧机局部结构示意图； 图9为本发明中模锻压力机结构示意图； 图10为本发明中空心气门毛坯的示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发