提升阀及其制造方法与流程

本发明涉及提升阀，尤其涉及一种通过包括金属粉末和粘合剂的混合物的注射成型的方法制造的提升阀。

背景技术：

常规的提升阀是通过熔融金属的成型、锻造或通过机加工(例如在车床上)来制造的。

因此，期望有一种不需要机加工的替代制造方法，从而避免了由机加工造成的材料损失。粉末冶金形成本发明的基础，以避免材料特别是金属的任何损失。

技术实现要素：

本发明提供了一种制造提升阀或蘑菇阀的方法，该方法具有权利要求1的技术特征。本发明还提供了一种提升阀生坯、提升阀坯料或提升阀，其分别具有权利要求15、16和17的技术特征，本发明还提供了内燃机，该内燃机具有根据本发明权利要求17的技术特征的提升阀。从属权利要求公开了有利的实施例。

根据本发明的制造提升阀或蘑菇阀的方法，包括提供金属粉末和粘合剂的混合物，将所述混合物填充并压入模具中，以获得生坯，从所述生坯中去除粘合剂，通过热等静压将所述生坯热烧结为提升阀坯料。粘合剂用于易于金属粉末对模具的填充。从生坯中除去粘合剂，使得能够进行热等静压，以去除提升阀坯料中的所有空隙，并防止粘合剂颗粒削弱提升阀坯料的金属结构。

在本方法的一个示例性实施例中，通过将所述混合物注射成型到注射模具中来执行将所述混合物填充和压入模具中以获得生坯。尤其是粘合剂的存在可以使混合物充分液化，从而可以与注射成型设备一起使用。注射成型是一种众所周知的技术，已广泛用于快速、可靠地生产提升阀生坯。即，粘合剂使制造提升阀生坯的新的快速方法成为可能。目前还没有考虑将烧结和其他基于电力冶金的技术用于制造提升阀，特别是因为烧结金属的金属结构被认为并不适合于高温和高应力应用，例如空心提升阀。

在本方法的另一个示例性实施例中，在从所述生坯中去除所述粘合剂之前，从所述注射模具中去除所述生坯。这使得能够使用不同的脱脂方法，包括特别是化学脱脂。

在本发明的一个实施例中，使所述生坯进行化学脱脂，其中通过将所述阀生坯置于化学溶液中并使粘合剂溶解于化学反应并通过所述阀生坯中的空隙将其除去，从而除去或溶解所述粘合剂。

在另一个额外的实施例中，通过热脱脂将粘合剂从所述生坯中除去，即，加热生坯，以热破坏粘合剂的化学结构或使粘合剂蒸发，以再次通过生坯中的空隙将其除去。粘合剂的去除至关重要，因为任何残留的粘合剂材料都会在提升阀坯料中造成金属结构的扰动和削弱。在该实施例中，通过蒸发或通过热解除去粘合剂。

在本发明的一个附加实施例中，所述粘合剂包括塑料材料或由塑料材料组成。塑料材料结合了本发明方法所需的两个重要技术特征，即高液化能力以及能够蒸发或将热解用于脱脂步骤。

在本方法的另一个实施例中，所述金属粉末选自或包括tialv64、tialsnzrmo6245(din3.7145)、nomonic80a、21-4-3(din1.4882)、21-4-n(din1.4871)、3015、25-15、p25或构成常规制造阀的基本材料。也可以使用这些材料的混合物来制造提升阀生坯、坯料。也可以向金属粉末中添加添加剂，例如陶瓷或陶瓷颗粒，以改变金属产品的机械性能。

本方法的另一实施例还包括所述提升阀坯件的至少一个表面处理步骤，以获得提升阀和/或所述提升阀的表面处理。表面处理可以包括机加工、研磨轧制。该表面处理还可包括分别对所述提升阀坯料和/或所述提升阀的表面或表面的一部分进行氮化或涂层。

用于制造提升阀的方法的另一示例性实施例涉及生坯和/或所述提升阀坯料被制造为半壳体阀(halfshellvalves)。可以通过对两个半壳体阀生坯进行热等静压，将生坯提升阀半壳体生坯连接至旋转对称的提升阀生坯或坯料。也可以使用提升阀半壳体生坯的热等静压以获得空心提升阀坯料，并将两个所述空心提升阀坯料焊接在一起以获得空心提升阀坯料。还可以在焊接以获得具有钠填充物的内冷型空心提升阀坯料之前，将钠加入在所述空心提升阀坯料的空腔中。

本方法的另一示例性实施例使用被制造为空心轴的生坯和/或空心头部阀生坯。在该实施例中，所述提升阀坯料被制造为空心轴和/或空心头部阀坯料，其在阀头部处具有轴向开口。这可以使用从提升头部(poppethead)至阀的轴端部方向延伸的模芯来制造。可以在热等静压过程中将该模芯放置在提升阀生坯内部，并且可以在所述热等静压过程后将其移除。该实施例进一步包括用盘封闭所述开口并将所述盘焊接到所述阀坯料，以获得空心提升阀。也可以用钠填充所述中空的空间以获得内冷型提升阀。

本发明的另一示例性实施例执行所述注射成型步骤，该步骤是通过将两种不同的金属混合物共同挤出而获得提升阀生坯和/或提升阀来执行，该提升阀生坯和/或提升阀在阀轴和阀头部具有不同材料成分。这会有助于提高提升阀的使用寿命。还可以从两个不同侧挤出所述的两种混合物，例如对于所述提升阀的轴端部侧和从所述提升阀的阀头部侧获得混合材料的提升阀生坯。

本方法的附加示例性实施例还包括至少一个轧制步骤，该步骤轧制阀坯料或阀的表面以改善表面状况(surfacecondition)。这可以有助于提高阀或阀坯料的表面特性，并且还可以显着降低阀坯料或阀的孔隙率。

本发明的另一个示例性实施例还在所述模具中使用了模芯，该模芯至少部分地由所述粘合剂材料制成。在填充所述模具之前，将模芯插入所述模具中。模芯可以由所述粘合剂材料注射成型。也可以使用复合材料(例如纤维增强的塑料材料)以增加模芯的耐久性。由于在脱脂步骤中将其材料从生坯中去除，所以模芯至少部分地配置为消失模芯(lostcore)。也就是说，通过化学方法或通过热解除去模芯。

在另一个示例性实施例中，上述模芯又包括例如由金属制成的内模芯。内模芯是可重复使用的，并且可以在除去由粘合剂材料制成的一部分的模芯后从生坯中除去。该内模芯减少了在每次铸造过程中浪费的粘合剂材料的量。内模芯还具有另一个重要优点，即它可以由非常坚固的材料制成，从而避免在模具中使用模芯撑(模芯支撑件)。这是特别有用的，因为从坚固性的角度来看，提升阀中的腔体(尤其是在空心头部提升阀的情况下)具有非常不利的形状。用悬臂支撑在细长轴端部的蘑菇型模芯在空心头部提升阀模具中头部腔体的准确位置方面存在问题。

根据本发明的另一方面，提供一种根据上述方法之一制造的生坯。

根据本发明的另一方面，提供一种由上述生坯获得并根据上述方法之一制造的提升阀坯料。

根据本发明的另一方面，提供一种由上述提升阀坯料获得并根据上述方法之一制造的提升阀。

根据本发明的另一方面，提供一种包括上述提升阀的内燃机。

附图说明

在下文中，在不同的非限制性示例性实施方式中以附图示出了本发明。

图1a至1e示出了根据本发明制造提升阀的不同步骤。

图2a和2b示出了根据本发明制造内冷型提升阀的第一可能性。

图3a和3b示出了根据本发明制造内冷型提升阀的另一可能性。

图4a至图4g示出了根据本发明制造内冷型提升阀的另一可能性。

具体实施方式

在下文中，通过可视化本发明原理的非比例示意性实施例来描述本发明。

图1a示出了至少一种金属粉末或至少两种金属粉末2的组合，用作本发明的一种基础材料。图1a还示出了粘合剂4或粘合剂粉末，其基于塑料材料并且将与所述一种或多种金属粉末2混合。金属粉末与所述粘合剂混合以获得粉末状基础材料混合物。

在图1b中，示出了将金属粉末供给到注射成型机8以填充模具10。由于粘合剂的存在，注射成型机可以加工金属粉末。与纤维增强塑料材料类似，在注射成型过程中不可能单独使用金属粉末。在注射成型过程中，塑料粘合剂会被液化，进而有助于液化粉末混合物。注射成型过程产生生坯，其包括金属粉末和粘合剂材料。

图1c显示了从生坯中化学去除粘合剂的可选步骤。这可以使用用于所述粘合剂材料的化学溶剂来进行。根据粘合剂的材料，也可以化学破坏粘合剂材料的分子以将其从生坯中除去。

图1d显示了热脱脂之后热等静压的步骤，以实现生坯的金属颗粒之间的烧结连接。由于等静压和高温的结合，通过热解使塑料粘合剂材料去除，即对于在可选的化学脱脂之后仍存在的粘合剂材料的分子进行热分解。在下一阶段的热处理和压力处理期间，在烧结过程中，生坯的孔隙率降低，生坯的体积减小。

图1e示出了在图1d的热等静压烧结过程之后获得的阀坯料14。由于阀坯料中仍然存在的孔，因此可以在阀坯料上执行附加的处理步骤，例如轧制、金属注射、加工或表面涂层或其组合。

图2a和2b示出了根据本发明制造内冷型提升阀的第一可能性。在图2a中，阀坯料14已经被制造为空心轴和空心头部阀坯料。这可以通过使用具有模芯的注射模具来实现，该模芯从阀的头部24到轴18端部的方向上延伸。在轴18中并且在头部24内形成腔体20。腔体20轴向地穿过阀头部打开。轴的端部设有保持器接合结构36，以使该阀能够与传统的内燃机一起使用。

图2b示出了在腔体20中部分填充了钠22并且阀头部24中的开口已经被阀头部塞26封闭之后的内冷型阀。阀头部塞26已经通过焊接连接至阀头部24。

图3a和3b示出了根据本发明制造内冷型提升阀的另一可能性。图3a示出了根据本发明利用上述方法制造的两个空心阀壳体坯料42。不同于如图1a至1e中所述制造提升阀坯料，已经用相同的方法生产了空心阀壳体坯料。在图3a中，示出了将两个所述空心阀壳体坯料24接合。

在图3b中，两个空心阀壳体坯料已经接合成空心阀坯料44，其中两个空心阀壳体坯料已经通过焊缝46连接。优选地，在随后的工艺步骤中，坯料被钠填充。

图4a至图4g示出了根据本发明制造内冷型提升阀的另一可能性。

图4a示出了由粘合剂材料4制成的模芯50。由于模芯由粘合剂材料制成，所以在生坯的脱脂步骤中将其去除或溶解。也就是说，可以将模芯的材料从生坯去除，而不会在生坯上施加很大的机械负荷。模芯被配置为消失模芯，因为它将在脱脂过程中溶解或破坏。消失模芯可以通过注射成型来生产，从而能够生产稳定且紧凑的模芯。然而，还可以在所述消失模芯50的内部还包括可选的可重复使用的内模芯48，以增加模芯的强度。可以使用例如钢棒作为内模芯48。有利的是，内模芯可以用粘合剂材料覆盖，以确保内模芯甚至可以不与生坯接触地从生坯中移除，从而避免损坏生坯的任何可能，这是因为去除的粘合剂材料留下了足够的间隙，以确保去除内模芯不会损坏脱脂的生坯。

图4b示出了在注射模具54中将生坯注射成型的一种示例性方式。模芯50或内模芯48由作为注射模具的一部分的模芯保持件保持。可以使用不同的模具。将粉末混合物5在至少一个位置处注射到注射模具54的腔体中。还可以在提升阀的头部和轴部使用不同的混合物，以获得复合阀生坯，例如其在头部的区域中具有耐较高温的材料，并且在较高轴的区域中具有耐较低温的材料。还可以设想在阀头部的区域使用更耐高温的材料混合物，在轴端部的区域使用更易焊接的材料，以易于阀端部的连接。

图4c示出了未脱脂的生坯，其内模芯仍在生坯的腔体中。这是生坯离开注射成型机的配置。

图4d示出了脱脂步骤之后的生坯10/14。可选的内模芯48被向上地去除，甚至不与腔体的内表面接触。

在图4e中，在热等静压过程中对脱脂的生坯施加压力和温度，以实现金属颗粒的烧结。在生坯的烧结期间，生坯的金属颗粒形成金属间化合物，以实现用作内燃机中的提升阀所需的机械性能。使用不同注射器的可能性使得能够生产具有不同金属成分的阀，例如沿烧结阀的轴向具有不同金属成分。也可以对烧结阀涂覆涂层。

图4f示出了部分填充有内部冷却剂22(例如钠)的腔体。

图4g示出了腔体20已经由已经焊接到轴的端部上的提升阀端部件56封闭。提升阀端部件还具有使阀夹头能够接合的结构。仅阀的一部分填充有钠，从而能够对内冷型提升阀进行振荡冷却(shakercooling)。也可以对阀进行部分涂层，以进一步提高阀的热和机械性能。

图5示出了用于内冷型提升阀的生坯或提升阀坯料，其形状基本上与图4e或4f所示的相同。轴制成为空心的阀轴18，并且围绕向下延伸到阀头部的腔体20。在阀头部的底部上设置有冷却剂引导锥66，以将沿着空心轴向下流动的冷却剂引导至朝向阀头部的外缘的方向。冷却剂引导锥66还设有冷却剂引导叶片62，以使冷却剂绕空心提升阀轴18的纵轴旋转。可以预期在阀头部中循环的冷却剂实现了从阀头部至循环冷却剂增强的热传导。另外，由于冷却剂的流动方向平稳地转移到提升阀头部的外缘，因此冷却剂沿空心轴向下移动的影响也大大降低了。也就是说，借助于冷却剂引导锥，可以显著减小由在腔体20中移动的冷却剂引起的机械应力。冷却剂引导叶片62沿顺时针或逆时针方向弯曲以引导冷却剂流动。可以通过在根据图4a至4c的模芯中提供相应的凹槽来生产冷却剂引导叶片，以实现

图6示出了用于内冷型提升阀的生坯或提升阀坯料。在空心提升阀轴18中，布置有螺旋导向叶片64，以使沿空心轴18向下流向提升阀头部的冷却剂循环或螺旋流动。腔体20的底部上的虚线指示可选的冷却剂引导锥66和可选的冷却剂引导叶片60。

图7a示出了提升阀头部的局部截面图，该提升阀头设置有冷却剂引导叶片62。在冷却剂引导叶片62上方布置有用于冷却剂的腔体20。如从上面看到的，当从上方看时，冷却剂引导叶片62在逆时针方向上弯曲。区域62可以被视为冷却剂引导叶片62的背面，而区域66示出了穿过冷却剂引导叶片的截面。区域66通常也被冷却剂引导锥66占据。

图7b示出了图7a的冷却剂引导锥66和冷却剂引导叶片的俯视图。冷却剂引导锥66仅占据冷却剂引导叶片62之间的区域。线a-a指示如图7a所示穿过锥和叶片的截面的方向。

图7c示出了沿线b-b的穿过图7b的冷却剂引导锥66和冷却剂引导叶片62的截面。在此部分中，锥的形状清晰可见。冷却剂引导叶片62未被剖视。对于图7a至图7c，冷却剂引导锥66和冷却剂引导叶片62的形状应足够清楚。

还可以在制造过程中进一步包括机加工步骤，以获得烧结产品或提升阀的所需公差和表面结构。

权利要求定义了范围。附图仅示出示例性非限制性实施例，以易于对本发明原理的理解。

参考编号列表

2金属粉末

4粘合剂

5粉末混合物

6压/注射成型机

8模具

10化学脱脂过程中的生坯

12热脱脂和热等静压过程中的生坯

14热烧结的生坯/提升阀坯料

16内冷型提升阀

18空心阀轴

20空隙/腔体/开口

22内部冷却剂/钠

24阀头部

26阀头部塞

36保持器接合结构

42由生坯制造的空心阀半壳体坯料

44由两个阀半壳体坯料制造的空心阀坯料

46焊缝

48消失模芯48的可选的可重复使用内模芯

50至少部分由粘合剂材料制造的消失模芯

52模芯保持架，注射模具的一部分

54注射模具

56提升阀端部，封闭所述腔体20

62用于冷却剂的引导叶片

64用于冷却剂的螺旋引导叶片

66冷却剂引导锥