空心气门的制造方法与流程

本发明涉及一种发动机的气门，尤其是一种空心气门的制造方法。

背景技术：

发动机是整个汽车的心脏，气门是心脏中的瓣膜，空心气门是气门中的高端产品，随着高速高负荷发动机的不断出现，且全球二氧化碳(co2)排放法规不断收紧的背景下，空心气门的优势越来越明显。空心气门的优势是：在发动机内起到降温、减重的作用，在孔腔中装入50-60％体积的金属钠，钠在97.5℃下融化，其比重为0.97g/cm3，液钠随着发动机的转动作相应的窜动，将热量从气门头部传到气门杆部。再通过气门导管把热量传出去，这样起到降温作用，温降可达到100℃。在发动机设计时，只有发动机的工作温度越高，空心气门温降幅度越大，燃料燃烧才越充分，这样汽车排放的尾气才能减少，才能起到环保作用。

传统的空心气门的制造方法一般是：先将奥氏体棒料锻打成气门毛坯，在毛坯的小头端钻孔，再用实心的马氏体棒料与其摩擦焊接，这种制造方法带来的问题是：由于空心薄壁棒料与实心棒料摩擦焊接，在焊接过程中由于接触面积少，焊接强度低易在焊口处杆部断裂，在发动机中易引起气门杆部断裂失效，存在着极大质量隐患，极易引起顾客的抱怨。且在后序通过弯曲试验检出高达3‰的废品，这样又提高了制造成本。因此有必要开发新的空心气门的制造模式来解决以上问题。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对上述现有技术中的不足提供一种空心气门的制造方法，该空心气门的制造方法解决了空心气门奥氏体小头端面与实心马氏体由于接触面积小，摩擦焊接后焊接强度低的技术难题；避免了空心气门杆部断裂的潜在风险。同时也解决了由于同轴度超差壁厚不均匀的问题，提高了产品的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括以下步骤：

(1)奥氏体棒料与马氏体棒料经热处理后下料，两种棒料摩擦对焊后去除飞边，然后退火处理；

(2)磨棒料：用无心磨床加工棒料外圆，去除棒料上的氧化层；

(3)弯曲试验：采用自动弯曲试验机检验，在离焊口2mm处施力，此力不能影响棒料变形；

(4)电墩、压成型：用自动化电镦机、摩擦压力机将棒料锻压成型，形成气门毛坯，此设备自带温控防错装置，系统废品识别率高，毛坯质量得到有效保证；

(5)抛丸：将锻压成型的气门毛坯抛丸处理；

(6)切断：用自动切割机定气门毛坯总长；

(7)磨杆部外圆：用无心磨床加工气门毛坯的杆部外圆，使杆部达到设计要求；

(8)钻孔：从气门毛坯的大端面中心钻孔，采用以枪钻作为刃具，六工位钻孔设备加工；

(9)清洗烘干：采用清洗烘干设备清洗钻孔形成的空腔并烘干；

(10)充钠、填充：采用充钠机将钠条自动充入钻孔形成的空腔内，后充入保护气体，同时将柱形填充棒料自动填充封口；

(11)盘端面堆焊：采用等离子焊设备进行焊接，焊接高度不能高出底窝。

步骤(1)中两种棒料摩擦焊接后趁着飞边温度高用冲刀直接去除飞边，然后用高频局部退火设备退火。

步骤(8)中钻孔时采用油冷，此冷却油要保持清洁度，定期更换，以保证孔内的清洁度；枪钻采用整体硬质合金材料，每工作60件刃磨一次，用磨刀设备刃磨钻头。

步骤(1)中两种棒料摩擦对焊前，先通过无心磨床磨马氏体棒料的两个端面。

在步骤(3)弯曲试验完成后，先对焊接后的奥氏体棒料和马氏体棒料的端部进行倒角和清洗，然后再电墩、压成型。

在步骤(5)抛丸后，先通过分选设备进行分选，将合格产品分选出来，然后再对分选出来的合格产品进行下一步骤切断操作。

本发明的空心气门的制造方法和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：

由薄壁摩擦焊接改为实心摩擦焊接，可采用普通国产焊接设备，两种实心棒料摩擦焊接后再钻孔，焊接时接触面积增大了，所以其焊接稳定性和可靠性提高了。

此钻孔方式由于没有内部焊瘤相当于孔的长度增长了5-7毫米，钠的运动空间增大了，降温减重的优势更明显。由于孔的体积增大了，钠能迅速的从头部把热量传到杆部，再由杆部从导管传出去，现在的发动机为了燃料燃烧更充分，汽车排放的尾气少，设计工作温度会很高，此结构的气门能满足大幅度降温的要求。由于重量更轻，气门在发动机内的落座力更小了，这样防震效果更好，同时更能减小发动机的噪音。

由于奥氏体棒料与马氏体棒料焊后加工一遍磨棒料(磨棒料外圆)后再钻孔，这样棒料基准好(焊接产生的错移经过磨棒料已消除)，所以加工的孔同轴度会更小，不再出现壁厚薄不均的现象，避免因壁薄而出现漏纳的风险。

孔的长度不受焊缝的影响，焊缝的位置(距盘端)可缩短20-25mm,这样可节省头部奥氏体棒料每支3-5克，降低了材料成本。

此焊接方式在摩擦焊接工序可使用普通的摩擦焊机(产地：上海价格：25.2万元)，而传统的头杆焊空心气门制造，焊接设备必须用库卡焊机(产地：德国价格：320万)，降低了制造成本。

附图说明

附图1是原空心气门制造模式的气门结构图；

附图2是本发明的空心气门制造模式的气门结构图；

附图3是原空心气门制造过程中的焊接工件示意图；

附图4是本发明的空心气门制造过程中的焊接工件示意图；

附图5是本发明的空心气门的制造方法的流程图；

具体实施方式

参照说明书附图1至附图5对本发明的空心气门的制造方法作以下详细地说明。

本发明的空心气门的制造方法，其结构包括以下步骤：

(1)奥氏体棒料与马氏体棒料经热处理后下料，两种棒料摩擦对焊后去除飞边，然后退火处理；

(2)磨棒料：用无心磨床加工棒料外圆，去除棒料上的氧化层，杆径散差在0.05mm以内,直线度圆度加工至0.05mm以内，这样有利于提高毛坯的精度；

(3)弯曲试验：采用自动弯曲试验机检验，在离焊口2mm处施力，此力不能影响棒料变形；此工序的目的是检验焊口的强度，防止虚焊；

(4)电墩、压成型：用自动化电镦机、摩擦压力机将棒料锻压成型，形成气门毛坯，此设备自带温控防错装置，系统废品识别率高，毛坯质量得到有效保证；

(5)抛丸：将锻压成型的气门毛坯抛丸处理；目的是去除毛坯的氧化皮，尤其有利于钻孔时保持工件的清洁，以防表面氧化物污染钻孔油，使孔内保持清洁；

(6)切断：用自动切割机定气门毛坯总长；

(7)磨杆部外圆：用无心磨床加工气门毛坯的杆部外圆，使杆部达到设计要求，给后序加工提高良好的基准；

(8)钻孔：从气门毛坯的大端面中心钻孔，采用以枪钻作为刃具，六工位钻孔设备加工；

(9)清洗烘干：采用清洗烘干设备清洗钻孔形成的空腔并烘干；

(10)充钠、填充：采用充钠机将钠条自动充入钻孔形成的空腔内，后充入保护气体氮气，同时将柱形填充棒料自动填充奥氏体大端面封口；

(11)盘端面堆焊：采用等离子焊设备进行焊接，焊接高度不能高出底窝。焊前把焊粉先烘干。

步骤(1)中两种棒料摩擦焊接后趁着飞边温度高用冲刀直接去除飞边，然后用高频局部退火设备退火，此加工可连续式在线加工。

步骤(8)中钻孔时采用油冷，此冷却油要保持清洁度，定期更换，以保证孔内的清洁度；枪钻采用整体硬质合金材料，每工作60件刃磨一次，用磨刀设备刃磨钻头。

步骤(1)中两种棒料摩擦对焊前，先通过无心磨床磨马氏体棒料的两个端面。

在步骤(3)弯曲试验完成后，先对焊接后的奥氏体棒料和马氏体棒料的端部进行倒角和清洗，然后再电墩、压成型。

在步骤(5)抛丸后，先通过分选设备进行分选，将合格产品分选出来，然后再对分选出来的合格产品进行下一步骤切断操作。

由薄壁摩擦焊接改为实心摩擦焊接，可采用普通国产焊接设备，两种实心棒料摩擦焊接后再钻孔，焊接时接触面积增大了，所以其焊接稳定性和可靠性提高了。

此钻孔方式由于没有内部焊瘤相当于孔的长度增长了5-7毫米，钠的运动空间增大了，降温减重的优势更明显。由于孔的体积增大了，钠能迅速的从头部把热量传到杆部，再由杆部从导管传出去，现在的发动机为了燃料燃烧更充分，汽车排放的尾气少，设计工作温度会很高，此结构的气门能满足大幅度降温的要求。由于重量更轻，气门在发动机内的落座力更小了，这样防震效果更好，同时更能减小发动机的噪音。

由于奥氏体棒料与马氏体棒料焊后加工一遍磨棒料(磨棒料外圆)后再钻孔，这样棒料基准好(焊接产生的错移经过磨棒料已消除)，所以加工的孔同轴度会更小，不再出现壁厚薄不均的现象，避免因壁薄而出现漏纳的风险。目前焊接模式是先钻孔后摩擦焊接再磨杆料，由于焊接后产生错移，后序杆部再经无心磨床磨削，致使孔的同轴度存在超差的几率，由于孔同轴度超差而造成工件废品率高达5‰，但此新的模式可降低钻孔工序由于同轴度不合格而产生的废品率。

孔的长度不受焊缝的影响，焊缝的位置(距盘端)可缩短20-25mm,这样可节省头部奥氏体棒料每支3-5克，降低了材料成本。

此焊接方式在摩擦焊接工序可使用普通的摩擦焊机(产地：上海价格：25.2万元)，而传统的头杆焊空心气门制造，焊接设备必须用库卡焊机(产地：德国价格：320万)，降低了制造成本。

以上所列举的实施方式仅供理解本发明之用，并非是对本发明所描述的技术方案的限定，有关领域的普通技术人员，在权利要求所述技术方案的基础上，还可以作出多种变化或变形，所有等同的变化或变形都应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。