用于火花塞的电极头组件和制造该产品的方法技术

一种用于火花塞的电极尖端组件，包括一个电极尖端，该电极尖端是使用增材制造工艺(例如粉末床融合技术)在电极基体上形成的，之后，电极基体被焊接到电极体上。电极基体包括焊接侧和增材制造侧，电极尖端包括形成在电极基体的增材制造侧上的多个激光沉积层。的增材制造侧上的多个激光沉积层。的增材制造侧上的多个激光沉积层。

【技术实现步骤摘要】
用于火花塞的电极头组件和制造该产品的方法
相关申请的交叉引用本申请要求2021年7月22日提交的美国临时申请第63/224,494号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


本专利技术总体涉及火花塞和其他点火装置，特别是涉及使用增材制造工艺制造的火花塞电极尖端组件和其他部件。

技术介绍

火花塞用于在内燃机内启动燃烧。通常情况下，火花塞通过在两个或更多个电极之间的火花间隙产生火花来点燃燃烧室中的空气/燃料混合物。通过火花点燃空气/燃料混合物，引发燃烧室中的燃烧反应，这就是发动机的动力冲程。高温、高电压、燃烧反应的快速重复，以及燃烧气体中存在的腐蚀性物质，会形成火花塞必须在其中发挥作用的恶劣环境。恶劣的环境会导致电极的侵蚀和/或腐蚀，随着时间的推移会对火花塞的性能产生负面影响。为了减少电极的侵蚀和/或腐蚀，已经使用了各种贵金属和合金，例如具有铂和铱的材料。然而，这些材料都很昂贵。因此，火花塞的制造商试图减少电极中使用的贵金属数量。一种方法是只在电极尖端或电极的火花部分，即在火花跳过火花间隙的地方，而不是在整个电极体本身使用贵金属。各种连接技术，如钎焊、电阻焊、激光焊等，已被用于将贵金属电极尖端连接到电极体上。然而，当贵金属电极尖端与电极体(例如由镍合金制成的电极体)连接时，由于材料的不同特性(例如不同的热膨胀系数、不同的熔化温度等)，在操作过程中会在连接处产生大量的热应力和/或其他应力。这些应力反过来又会导致电极本体、电极尖端、连接这两个部件的接头或其组合出现裂纹或其他损坏，这不是人们所期望的。
专利技术内容
根据一个实施方式，提供了一种用于火花塞的电极尖端组件，包括：电极基体，它包括一个焊接侧和一个增材制造侧；以及电极尖端，它形成在电极基体上，其中电极尖端包括多个激光沉积层并构建在电极基体的增材制造侧上。根据不同的实施方式，电极尖端组件可以单独或以任何技术上可行的组合，具有以下任何一个或多个特征。
‑
电极基体包括镍基材料，电极尖端包括贵金属基材料；
‑
贵金属基材料是一种铱基材料；
‑
电极基体进一步包括制造侧和加工侧，焊接侧被构造为焊接到电极体上，增材制造侧被构造为提供一个表面，在该表面上构建电极尖端，制造侧在焊接侧和增材制造侧之间延伸并与电极基体的厚度相对应，加工侧也在焊接侧和增材制造侧之间延伸并与电极基
体的厚度相对应；
‑
制造侧包括挤出成型或拉拔成型的表面，加工侧包括切割或切断的表面；
‑
加工侧与焊接侧和/或增材制造侧中的至少一个垂直，并且制造侧相对于焊接侧和/或增材制造侧中的至少一个略微倾斜，并且向内倾斜，使得增材制造侧的宽度尺寸略小于焊接侧的宽度尺寸；
‑
电极基体的焊接面包括一个或多个焊接特征，这些特征从焊接侧延伸或突出，并被构造为协助焊接；
‑
焊接特征包括多个从焊接侧延伸出来的短圆柱形柱子；
‑
电极基体的焊接侧包括一个或多个切割或切削面；
‑
电极基体的总厚度比电极尖端的总厚度至少厚25％；
‑
电极基体包括大体上均匀的镍基成分，该镍基成分延伸过单一材料层，并且电极尖端包括多个激光沉积层，这些激光沉积层中的一个在另一个之上依次构建。
‑
电极尖端是通过增材制造制成的，其使用粉末床融合技术利用激光或电子束将贵金属基粉末熔化或烧结在电极基体上，然后让熔化或烧结的粉末凝固；
‑
电极尖端包括一个或多个通过增材制造在其上形成的沟槽或沟槽。
‑
电极尖端与电极基体在相互融合的边界处结合而具有全区域连接，其中全区域连接延伸到电极尖端和电极基体之间相互融合的边界的全区域，并且不包括焊点；
‑
电极尖端组件不包括实质上不相似的材料之间的焊接边界；
‑
一种火花塞，包括：外壳，其包括一个轴向孔；绝缘体，其设置在外壳的轴向孔中并包括一个轴向孔；中心电极，其设置在绝缘体的轴向孔中并包括一个电极体；接地电极，其附接在外壳上并包括一个电极体；以及权利要求1的电极尖端组件，其中电极尖端组件的电极基体的焊接侧被焊接到接地电极体或中心电极体中的至少一个。根据另一个实施方式，提供了一种用于制造火花塞的电极条组件，包括：呈细长条状物形式的电极基体，长条包括一个焊接侧和一个增材制造侧；以及多个电极尖端，它们在长条上形成一排，其中每个电极尖端包括多个激光沉积层并构建在长条的增材制造侧。根据另一个实施方式，提供了一种用于制造火花塞的电极片组件，包括：呈片材形式的电极基体，片材包括一个焊接侧和一个增材制造侧；以及多个电极尖端，它们以行和列的阵列形成在片材上，其中每个电极尖端包括多个激光沉积层并构建在片材的增材制造侧上。根据另一个实施方式，提供了一种制造火花塞的方法，包括以下步骤：提供具有焊接侧和增材制造侧的电极基体；提供包括贵金属基材料的粉末；将电极基体定位在工具中，使粉末覆盖增材制造侧；通过使用增材制造工艺在电极基体的增材制造侧上构建一个或多个电极尖端；以及将电极基体的焊接侧焊接到电极体上。
附图说明
下文将结合附图对优选的实施方式进行描述，其中类似的附图标记表示类似的元件，其中：图1是根据本公开的一个实施方式的火花塞的局部截面图；图2是图1的火花塞的一部分的放大的局部截面图，其中发火端有一个电极尖端，
该电极尖端通过增材制造工艺构建在电极基体上；图3是一个如图2所示电极尖端组件的透视图，其中电极尖端通过增材制造工艺构建在电极基体上，并包括一些激光沉积层；图4是根据本公开的另一个实施方式的火花塞的局部截面图；图5是图4的火花塞的一部分的放大局部截面图，其中发火端有一个电极尖端，该电极尖端通过增材制造工艺构建在电极基体上；图6是一个如图5所示的电极尖端组件的透视图，其中电极尖端通过增材制造工艺构建在电极基体上，并包括一些凹槽或沟槽；图7是根据本公开的一个实施方式的电极基体的透视图，其中呈肋形式的焊接特征从焊接侧延伸；图8是根据本公开的另一实施方式的电极基体的透视图，其中呈柱子形式的焊接特征从焊接侧延伸出来；图9是呈细长条状物形式的电极基体的透视图；图10是呈离散件形式的电极基体的透视图；图11是电极尖端组件的透视图，其中电极尖端通过增材制造工艺被构建在电极基体上，而电极基体呈现离散件的形式；图12是电极尖端组件的透视图，其中电极尖端通过增材制造工艺被构建在电极基体上，而电极基体呈现细长条状物形式；图13是电极尖端组件的透视图，其中电极尖端通过增材制造工艺构建在电极基体上，该电极基体呈现片材形式；图14是一个火花塞的透视图，其中一个电极尖端组件(例如如图12所示的那些)，正在连接到一个电极体；图15是根据本公开的一个实施方式的组装火花塞电极尖端的方法的流程图；图16是根据本公开的一个实施方式的另一种组装火花塞电极尖端的方法的流程图；图17
‑
20是根据图16的方法形成的电极尖端组件的不同阶段的透视图；图21
‑
24是根据图16的方法形成的另一个电极尖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于火花塞的电极尖端组件，包括：电极基体，包括焊接侧和增材制造侧；以及形成在电极基体上的电极尖端，其中，电极尖端包括多个激光沉积层，并形成在电极基体的增材制造侧上。2.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体包括镍基材料，电极尖端包括贵金属基材料。3.根据权利要求2的电极尖端组件，其中，贵金属基材料是铱基材料。4.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体还包括制造侧和加工侧，焊接侧被配置为焊接到电极体上，增材制造侧被配置为提供一个电极尖端形成在其上的表面，制造侧在焊接侧和增材制造侧之间延伸、并与电极基体的厚度对应，加工侧也在焊接侧和增材制造侧之间延伸、并与电极基体的厚度对应。5.根据权利要求4的电极尖端组件，其中，制造侧包括挤出或拉拔的表面，加工侧包括切割或切断的表面。6.根据权利要求4的电极尖端组件，其中，加工侧与焊接侧和/或增材制造侧中的至少一个垂直，并且制造侧相对于焊接侧和/或增材制造侧中的至少一个略微倾斜并向内倾斜，使得增材制造侧的宽度尺寸略小于焊接侧的宽度尺寸。7.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体的焊接侧包括一个或多个焊接特征，焊接特征从焊接侧延伸或突出，并被配置为协助焊接。8.根据权利要求7的电极尖端组件，其中，焊接特征包括多个从焊接侧延伸的短圆柱形柱子。9.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体的焊接侧包括一个或多个切割表面或切面。10.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体的整体厚度比电极尖端的整体厚度至少厚25％。11.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极基体包括在整个单一材料层内延伸的大致均匀的镍基组分，而电极尖端包括多个依次形成在彼此之上的激光沉积层。12.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极尖端是通过增材制造制成的，增材制造是利用粉末床融合技术，以利用激光或电子束将贵金属基粉末熔化或烧结到电极基体上，然后让熔化或烧结的粉末凝固。13.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极尖端包括通过增材制造形成在其上的一个或多个凹槽或沟槽。14.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，电极尖端在相互融合的边界处通过全区域连接与电极基体结合，所述全区域连接延伸到电极尖端和电极基体之间的相互融合边界的整个区域，并且不包括焊点。15.根据权利要求1的电极尖端组件，其中，该电极尖端组件不包括基本不相似的材料之间的焊接边界。16.一种火花塞，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德里亚斯，
申请(专利权)人：联邦富豪燃气有限公司，
类型：发明
国别省市：