用于生产渗铜阀座圈的方法与流程

本发明涉及一种用于生产渗铜阀座圈的方法以及通过实施此方法而生产的阀座圈。本发明进一步涉及一种包括这种阀座圈的摩擦学系统，以及包括这种阀座圈、以及可替代地或附加地包括这种摩擦学系统的内燃机。

背景技术：

已知粉末冶金地生产用于入口和出口阀的阀座圈，使得功能材料的功能段在烧结过程期间渗入铜。虽然功能段是耐磨的，但是铜主要有助于阀座圈的导热性。

此类阀座圈通常被生产，在于圈形功能坯体和圈形铜坯体各自在压机中被挤压。两个坯体随后相对于彼此布置成使得铜坯体响应于随后的烧结过程而液化且渗入存在于功能段中的孔隙。可替代地，铜圈也由铜线缠绕而非挤压铜坯体。

包括低圈高度、特别是包括小于4mm的圈高度的阀座圈被证明有利于内燃机的负载变化率，还有利于通过实现与内燃机的水套的更小距离而冷却汽缸。

然而，就生产而言，其被证明由于小的圈高度特，特别是在小于1mm的圈高度的情况下，难以压制适合此类阀座圈的铜坯体。

相比之下，缠绕铜圈可更容易生产，但通常在圈中具有间隙和缠结。这造成，对阀座圈的最优几何结构而言必要的铜圈和功能坯体的布置可特别地响应于生产期间的振动和冲击而相对于彼此移位。另外，在缠绕铜圈的情况下所需铜量的确定通常是不精确的且不得不提供线材缠绕机器。

技术实现要素：

本发明的目标是形成一种用于生产渗铜阀座圈的更加精确、更加可靠且更加有成本效益的方法。特别是更加有成本效益的阀座圈以及待通过这种方法生产的具有更低圈高度的那些阀座圈，从而消除或至少减少以上提及的缺点。

根据本发明，此目标通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。

因此，本发明的基本构思是在联合压机中且以单个挤压过程挤压铜粉和功能材料粉末混合物。小高度的渗铜阀座圈可以特别精确、可靠而且还有成本效益的方式以此方式生产，而无需另外的压机或绕线机。

根据本发明的方法用以生产渗铜阀座圈。根据所述方法，铜粉和功能材料粉末混合物被引入连接腔中，所述连接腔存在于模制装置的模制元件中。所引入的铜粉和所引入的功能材料粉末混合物接着在连接腔中通过模制元件、特别是通过挤压而同时成形为包括功能段和铜段的联合坯体。所成形的坯体随后被烧结，使得生产阀座圈，其中铜段在烧结期间液化且渗入存在于功能段中的孔隙。

有利地，铜粉和功能材料粉末混合物在引入铜粉和功能材料粉末混合物期间基本上不相互混合。以此方式得到和用所液化铜段浸入功能段相关的特别有利设置，以及与待生产的阀座圈的后续使用相关的特别有利设施。

根据有利实施例，铜粉在功能材料粉末混合物之前或之后被引入。此实施例实现待成形的坯体和待生产的阀座圈的装备的特别有成本效益和简单的影响，且确保铜粉和功能材料粉末混合物存在于腔中以便特别好地分离。

根据另一有利实施例，铜粉和功能材料粉末混合物被同时引入。此实施例实现待生产的方法的特别节省时间的执行。

所引入铜粉优选地由预成形装置、特别是通过挤压而预成形。此实施例还实现待成形的坯体和待生产的阀座圈的设置的特别的成本效益性和简单的影响，且确保铜粉和功能材料粉末混合物存在于腔中以便特别好地分离。

根据优选实施例，所引入功能材料粉末混合物包含离子以及各自按重量计的在0和15％之间的mo、si、w、v、c、p、ni、cr、cu、co、n和mn以及生产相关的杂质。可替代地或额外地，90％的功能材料粉末混合物的颗粒具有在25μm和344μm之间的最大直径。可替代地或额外地，至多20％的功能材料粉末混合物的颗粒具有小于40μm的最大直径。可替代地或额外地，至多10％的功能材料粉末混合物的颗粒具有大于300μm的最大直径。以此方式产生坯体的特别耐磨的且可特别有效地被浸入的功能段。

根据进一步优选实施例，所引入铜粉包含生产相关的杂质以及至多10％的合金元素，特别是各自按重量计在0和5％之间的fe、mn、sn、zn、al和ni。可替代地或额外地，至多5％的铜粉的颗粒具有大于177μm的最大直径。以此方式产生坯体的铜段，其特别好地浸入功能段且另外获得待生产的阀座圈的最佳导热性，从而使得热量可经由阀座圈被特别有效地传递到所述水套。

特别优选地，铜段在模制之后具有沿着轴向方向测量的小于1mm的高度，优选地小于0.7mm。以此方式可以特别有效地用所液化的铜段浸入功能段。另外，因此也获得待生产的阀座圈的最佳导热性，从而使得热量可经由阀座圈被特别有效地传递到所述水套。

根据有利实施例，铜段和功能段在模制之后沿着轴向方向彼此紧挨布置。这对于坯体的功能段和铜段沿着重力方向的模制来说是特别有利的，且另外优化了在烧结期间功能段的浸入。

根据特别有利的实施例，使功能段与铜段完全分离的表面在模制之后在垂直于阀座圈的轴向方向的平面中延伸。这对于坯体的功能段和铜段沿着重力方向的模制来说也是特别有利的，且另外优化了在烧结期间功能段的浸入。

本发明进一步涉及一种阀座圈，其根据以上介绍的方法生产。以上介绍的方法的上述优点因此也转移到根据本发明的阀座圈。

根据阀座圈的优选实施例，阀座圈具有沿着轴向方向测量的小于4mm的高度。当在内燃机的汽缸头上使用根据本发明的方法生产的阀座圈时，这有利于于内燃机中的负载变化率，而且有利于内燃机的汽缸基于与设置在内燃机中的水套的距离的冷却，该距离与低的圈高度相关联。

本发明还涉及一种摩擦学系统，其包括根据以上介绍的方法生产的阀座圈。以上介绍的方法和根据以上介绍的方法生产的阀座圈的上述优点因此也转移到根据本发明的摩擦学系统。

本发明进一步涉及一种用于机动车辆的内燃机。所述内燃机包括根据以上介绍的方法生产的阀座圈，以及，可替代地或额外地，根据以上介绍的摩擦学系统。根据以上介绍的方法生产的阀座圈以及以上介绍的摩擦学系统的上述优点因此也转移到根据本发明的内燃机。

本发明的其它重要特征和优点从从属权利要求中、从附图中且从基于附图的对应的附图说明中得出。

不言而喻，以上所提及的特征和以下将描述的特征不仅可以分别指定的组合使用，而且可以其它组合使用或单独使用，而不脱离本发明的范围。

本发明的优选示范性实施例在图式中说明且将在以下描述中更详细地描述。

附图说明

图1显示所成形坯体1c的简化实例的截面图。坯体1c包括功能段1a和铜段1b。功能段1a和铜段1b沿着轴向方向a彼此紧挨布置，且通过分离平面t分离，所述分离平面t布置在功能段1a与铜段1b之间。在图1的实例中，分离平面t沿着阀座圈1的径向方向r延伸，在垂直于阀座圈的轴向方向a的平面e中延伸，且使功能段1a与铜段1b沿着坯体1c的横截面完全分离。还可设想分离平面t沿着阀座圈1的轴向方向a延伸。

铜段具有沿着轴向方向a测量的小于1mm、优选地小于0.7mm的高度hk。铜段1b还可具有在20％和30％之间的功能段1a的质量。功能段1具有沿着轴向方向a测量的小于4mm的高度hr。

图2显示包括阀座圈1的阀座布置10在沿着阀座圈1的轴向方向a的横截面中的简化的实例的截面图，所述阀座圈1安装到内燃机的汽缸头2且根据本发明生产。

阀座圈1包住汽缸头2的可由阀体(图2未示出)关闭的阀开口。阀座圈1的朝向轴向方向a倾斜的段形成阀座3，阀体的阀板(图1未示出)在所述阀座3在封闭位置中紧靠所述阀座3上。

阀座圈1基本上仍仅包括用所液化铜段浸入的功能段的尺寸，且具有沿着轴向方向a测量的小于4mm的圈高度hr。

图3示出模制装置100的实例，其被构造成用于实施根据本发明的方法。模制装置100包括多部件模制元件101，所述多部件模制元件101包括模制基体102、上模103、下模103b和芯棒105。

以环形方式围绕图3的实例中的图像平面中的轴线布置且在沿着图3中的此轴线的横截面中可见的腔104被构造在模制基体102与芯棒105之间。铜粉100b和功能材料粉末混合物100a被引入图1的实例中的腔104中。

具体实施方式

以下将基于图1到图3以示范性方式描述根据本发明的方法：

为了实施所述方法，铜粉100b和功能材料粉末混合物100a被引入相同的连接腔104中。铜粉100b可由此在功能材料粉末混合物100a之前被引入，或功能材料粉末混合物100a可在铜粉100b之前被引入。铜粉100b和功能材料粉末混合物100a也可被同时引入。铜粉100b和功能材料粉末混合物100a可由此被引入腔104中，其方式为使得铜粉100b和功能材料粉末混合物100b在引入期间基本上不相互混合。

功能材料粉末混合物可由此包含基于铁、铜或钴的金属粉末、硬质相、碳、铬、锰、镍、钼、铜、硅、钒、钨、钴、铌、铜、硫、钙、三铁磷化物、铜、磷光体、挤压添加剂、流动性改进剂、石墨、硫化物、二氟化钙、有机和无机粘合剂、蜡、固体润滑剂、生产相关的杂质以及对于耐磨阀座圈的生产是常见的其它材料。在图1到图3的实例中，所引入功能材料粉末混合物包含离子以及各自按重量计在0和15％之间的mo、si、w、v、c、p、ni、cr、cu、co、n和mn以及生产相关的杂质。另外，至多90％的功能材料粉末混合物的颗粒具有在25μm和344μm之间的最大直径，至多20％的功能材料粉末混合物的颗粒具有小于40μm的最大直径，且至多10％的功能材料粉末混合物的颗粒具有大于300μm的最大直径。

铜粉可包含fe、mn、sn、zn、al、ni、挤压添加剂、流动性改进剂、有机和无机粘合剂、蜡、固体润滑剂和生产相关的杂质。在图1到3的实例中，所引入铜粉包含生产相关的杂质以及最大10％的合金元素，各自包括按重量计介于0与5％之间的fe、mn、sn、zn、al和ni。另外，至多5％的铜粉的颗粒具有大于177μm的最大直径。

在连接腔104中，所引入铜粉100b和所引入功能材料粉末混合物100a接着在连接腔104中通过模制元件101、特别是通过挤压而同时成形以形成包括功能段1a和铜段1b的联合坯体1c。在图3的实例中，所引入铜粉100b和所引入功能材料粉末混合物100a由此通过抵靠模制基体102和芯棒105挤压上模103a而以联合挤压过程成形。下模103b由此在上模103a与下模103b的压力接触之后被推抵套压的上模103a，以便进一步压实所引入铜粉100b和所引入功能材料粉末混合物100a。所引入铜粉100b也可借助于预成形装置(图3未示出)、特别是通过挤压而预成形，所述预成形装置特别是体现在模制装置100上。铜坯体和功能坯体在成形之后彼此一体地形成。

所成形坯体随后被烧结以形成阀座圈，其方式为使得铜段在烧结期间液化且渗入存在于功能段中的孔隙。铜段由此被功能段通过毛细力完全接收。

在阀座圈1的生产之后且在阀座圈1被布置和压入汽缸头2之后，阀座圈1可被精整。