一种含内部加强筋的空头气门及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种含内部加强筋的空头气门及其制造方法，其中，一种含内部加强筋的空头气门，包括空头气门本体、堵头以及气门杆，空头气门本体具有空心头部以及沿空头气门本体轴向延伸的通孔，所述堵头固定连接到空心头部的腔口，将空心头部的腔口堵塞，堵头具有加强筋部，所述加强筋部与空心头部的弧形的腔壁相固定连接，所述气门杆固定连接于空头气门本体的颈部上。本发明专利技术针对发动机气门特别是空头气门存在的受力薄弱的不足，充分利用金属塑性成形加工方法和摩擦焊连接方法，在空头气门的受力薄弱点设置加强筋部，加强筋部连接于气门盘部进行强化。

An empty valve with internal stiffeners and its manufacturing method

The invention discloses a hollow valve with internal reinforcement ribs and its manufacturing method, in which a hollow valve with internal reinforcement ribs includes a hollow valve body, a plug and a valve rod. The hollow valve body has a hollow head and a hole extending along the axial direction of the hollow valve body. The plug is fixed to the hollow head cavity, and the hollow head cavity is blocked. The plug has a reinforcing rib which is fixedly connected with the arc-shaped cavity wall of the hollow head, and the valve rod is fixedly connected to the neck of the empty head valve body. In view of the weakness of the engine valve, especially the empty valve, the present invention makes full use of the metal plastic forming processing method and the friction welding connection method, sets the reinforcing ribs at the weak points of the empty valve, and connects the reinforcing ribs to the valve disc for strengthening.

【技术实现步骤摘要】
一种含内部加强筋的空头气门及其制造方法
本专利技术涉及发动机气门加工制造领域，特别涉及一种含内部加强筋的空头气门及其制造方法。
技术介绍
配气机构是发动机的重要组成部分，气门是配气机构中的关键零部件。发动机的气门控制着新鲜空气的进入和燃烧废弃的排出以及在发动机燃烧室的压缩和膨胀时起到密封作用，其工作的稳定性及耐磨特性深刻影响发动机的油耗、功率、效率乃至寿命。气门-座圈配对副工作于高应力(发动机最高燃烧压力可达20MPa、弹簧力和动载荷压力可达130MPa)、高温度(进气门工作温度一般在200～450℃，排气门的工作温度一般在600～800℃，有的甚至高达850℃)和腐蚀性(高温燃气侵蚀、硫化、V2O5腐蚀和氧化作用)的恶劣环境中，容易发生磨损，而气门的装配误差和开闭时的转动，又加剧了这种磨损，过度的磨损会导致气门-气门座圈副失效，降低发动机输出功率。随着发动机技术水平的提高，性能指标的日趋强化，燃烧室爆发压力和燃烧温度进一步提高。同时，随着环保问题愈加突出，环保法规愈加严格，对发动机排放水平提出了更高的要求，气门工作环境进一步恶化。因此，一方面不断地提高气门材料的抗高温磨损抗疲劳性能，比如引进镍基或钴基高温合金。然而，高温合金的价格很高和热塑性较差，导致气门的材料成本和制造成本上升。另一方面，可以通过不断发掘气门自身的冷却功能，降低其工作温度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种含内部加强筋的空头气门及其制造方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种含内部加强筋的空头气门制造方法，包括：确定空头气门本体及加强筋部的几何尺寸；空头气门本体制造；堵头制造：在粗加工后的毛坏上加工出放置于空头气门本体的空心头部的腔口的堵头，在堵头上加工出加强筋部；加强筋部与空心头部的弧形内腔壁通过摩擦焊相固定连接，堵头边缘与空心头部的腔口边缘相固定连接；将气门杆通过摩擦焊固定连接到空头气门本体的颈部端面上；堵头与空头气门本体相固定连接后若堵头有凸出于空心气门盘部的部分，则切除堵头凸出于空心气门盘部的部分。优选的，向空头气门本体的容纳腔充入钠，所述钠占容纳腔55-65％的空间。优选的，堵头与空心头部进行旋转摩擦焊封口；气门杆与空头气门本体进行摩擦焊连接。优选的，所述空头气门本体制造包括：长棒状实心毛坯准备；一端头部墩粗；空心头部镦压成形；沿空头气门本体轴向加工出通孔；在空头气门本体颈部端面加工出第五摩擦焊接触面，气门杆通过摩擦焊固定连接到第五摩擦焊接触面上。优选的，在空心头部的边缘处加工第四摩擦焊接触面，第四摩擦焊接触面位于内腔一侧加工有能够容纳摩擦焊后产生的飞边的容纳槽，空心气门盘部的锥面上加工有耐磨堆焊槽，在堆焊槽中加入司太立合金粉末并通过堆焊将司太立合金粉末融化在堆焊槽中形成耐磨加强层；在空心头部的腔壁上加工第一摩擦焊接触面，空心头部通过第一摩擦焊接触面与加强筋部焊接起来，堵头焊接到第四摩擦焊接触面上将空心头部的腔口密封起来。优选的，堵头制造包括：长棒状实心坯件准备；一端头部墩粗；加强筋部与空心头部的腔壁相焊接的位置加工出第三摩擦焊接触面；在堵头上加工出第二摩擦焊接触面；将第三摩擦焊接触面和第一摩擦焊接触面相贴合在一起、第四摩擦焊接触面和第二摩擦焊接触面相贴合在一起，通过旋转摩擦焊分别将第三摩擦焊接触面和第一摩擦焊接触面、第四摩擦焊接触面和第二摩擦焊接触面固定连接起来。优选的，所述加强筋部呈喇叭状；向空头气门本体的容纳腔充入钠，所述钠占容纳腔60％的空间。一种含内部加强筋的空头气门，包括空头气门本体、堵头以及气门杆，空头气门本体具有空心头部以及沿空头气门本体轴向延伸的通孔，所述堵头固定连接到空心头部的腔口，将空心头部的腔口堵塞，堵头具有加强筋部，所述加强筋部与空心头部的弧形的腔壁相固定连接，所述气门杆固定连接于空头气门本体的颈部上。优选的，所述气门杆和堵头固定连接到空头气门本体后，通孔与空心头部的腔壁间形成容纳腔，容纳腔中装有钠，所述钠占容纳腔55-65％的空间。优选的，所述加强筋部呈喇叭状，通孔、空心头部的腔壁以及加强筋部间形成所述容纳腔；空心气门盘部的锥面上具有堆焊槽，在堆焊槽中设置有耐磨加强层，所述钠占容纳腔60％的空间。充钠的含内部加强筋的空头气门具有降温和减重的两大突出优势。其与传统常规实心气门相比，由于内部有容纳腔的存在，从而降低气门自身重量。通过钠的冷却效果，降低空头气门工作温度，提高工作寿命。和空头气门(不含加强筋)相比，本专利技术含内部加强筋的空头气门能够大大增强气门刚度，减少工作状态下气门的挠度变形，降低气门锥面-座圈之间的微滑动距离，减少磨损。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1、本专利技术针对发动机气门特别是空头气门存在的受力薄弱的不足，充分利用金属塑性成形加工方法和摩擦焊连接方法，在空头气门的受力薄弱点设置加强筋部，加强筋部连接于气门盘部进行强化优化。基于摩擦焊工艺参数优化，使用含阶梯形式的头部封口件对空头气门的头部进行摩擦焊封口，获得高可靠性的焊接质量。和相同外部尺寸规格的空头气门(不含加强筋部)相比，本专利技术含内部加强筋的空头气门具有更高的刚度和更长寿命。和传统的实心气门相比，本专利技术含内部加强筋的空头气门在能够保证足够的强度和可靠性的前提下，减轻气门质量17.8％，降低气门工作温度120℃及以上，有利于提高发动机输出功率。附图说明图1-4是本专利技术的空头气门成形过程的示意图；图5-8是本专利技术的堵头成形过程的示意图；图9-11是本专利技术的空头气门与堵头装配过程的示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。一种含内部加强筋的空头气门制造方法，包括：基于发动机气门的工作状况进行结构设计，在满足强度和刚度要求的前提下，确定空头气门本体8及加强筋部5的几何尺寸；空头气门本体8制造；堵头9制造：在毛坏上加工出可放进空头气门本体8的空心头部2的腔口的堵头9，在堵头9上加工出加强筋部5；加强筋部5与空心头部2的弧形腔壁相焊接，堵头9与空心头部2的腔口边缘相焊接；将气门杆13焊接到空头气门本体8颈部上；焊接后若堵头9有凸出于空心气门盘部2的部分，则切除堵头9凸出于空心气门盘部2的部分。优选的，向空头气门本体的容纳腔充入钠，所述钠占容纳腔50-70％的空间，优选的，所述钠占容纳腔60％的空间。优选的，在空心头部2中充入钠10，在气门杆13焊接到空头气门本体8颈部前从空头气门本体8颈部上的通孔3加入钠，常温下钠为固态。气门在工作时候，空头气门本体8中的钠10在高温状态下融化成液态，能够随着气门的运动在容纳腔中上下冲刷，将空头气门本体8头部(含加强筋部5)的热量有效地带到空头气门本体8的杆部，继而通过气门导管传输到发动机的整机循环冷却系统，从而大幅度降低气门头部及气门弧面的温度，提高气门零件的工作寿命。优选的，堵头9与空心头部2进行摩擦焊封口；气门杆13与空头气门本体8进行摩擦焊连接。堵头9与空心头部2之间和气门杆13与空头气门本体8之间分别采用摩擦焊，其焊接质量可靠，焊接时间短，单次气门零件摩擦焊接工艺在十几秒至几十秒时间内即可完成，保证较高的加工效率，提高了生产效率，能适应大批量生产气门的要求。优选的，所述空头气门本体8制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于包括：确定空头气门本体及加强筋部的几何尺寸；空头气门本体制造；堵头制造：在粗加工后的毛坏上加工出放置于空头气门本体的空心头部的腔口的堵头，在堵头上加工出加强筋部；加强筋部与空心头部的弧形内腔壁通过摩擦焊相固定连接，堵头边缘与空心头部的腔口边缘相固定连接；将气门杆通过摩擦焊固定连接到空头气门本体的颈部端面上；堵头与空头气门本体相固定连接后若堵头有凸出于空心气门盘部的部分，则切除堵头凸出于空心气门盘部的部分。

【技术特征摘要】
1.一种含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于包括：确定空头气门本体及加强筋部的几何尺寸；空头气门本体制造；堵头制造：在粗加工后的毛坏上加工出放置于空头气门本体的空心头部的腔口的堵头，在堵头上加工出加强筋部；加强筋部与空心头部的弧形内腔壁通过摩擦焊相固定连接，堵头边缘与空心头部的腔口边缘相固定连接；将气门杆通过摩擦焊固定连接到空头气门本体的颈部端面上；堵头与空头气门本体相固定连接后若堵头有凸出于空心气门盘部的部分，则切除堵头凸出于空心气门盘部的部分。2.根据权利要求1所述的含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于，向空头气门本体的容纳腔充入钠，所述钠占容纳腔55-65％的空间。3.根据权利要求1所述的含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于，堵头与空心头部进行旋转摩擦焊封口；气门杆与空头气门本体进行摩擦焊连接。4.根据权利要求1所述的含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于，所述空头气门本体制造包括：长棒状实心毛坯准备；一端头部墩粗；空心头部镦压成形；沿空头气门本体轴向加工出通孔；在空头气门本体颈部端面加工出第五摩擦焊接触面，气门杆通过摩擦焊固定连接到第五摩擦焊接触面上。5.根据权利要求4所述的含内部加强筋的空头气门制造方法，其特征在于，在空心头部的边缘处加工第四摩擦焊接触面，第四摩擦焊接触面位于内腔一侧加工有能够容纳摩擦焊后产生的飞边的容纳槽，空心气门盘部的锥面上加工有耐磨堆焊槽，在堆焊槽中加入司太立合金粉末并通过堆焊将司太立合金粉末融化在堆焊槽中形成耐磨加强层；在空心头部的腔壁上加工第一摩擦焊接触面，空心头部通过第...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈盛官，赖福强，蔡雨晴，李小强，孙歌，廉绍玲，卢启棠，
申请(专利权)人：华南理工大学，怀集登月气门有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44