一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于內燃機發動機氣門的成形加工方法，特別是涉及一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝。
【背景技術】
[0002]氣門是在內燃機工作過程中密封燃燒室和控制內燃機氣體交換的精密零件，是保證內燃機動力性能、可靠性和耐久性的關鍵部件。隨著各國對汽車排放要求越來越高，各汽車公司對發動機的要求也相應提高，而這在發動機氣門產品上所表現出來的是:氣門的輕量化和氣門工作溫度的增高。
[0003]對此，近來年一種新型的中空充鈉氣門應運而生，與傳統實心氣門相比，這種氣門不僅質量輕而且散熱性好，因此，引起各國科技人員的關注并對于中空充鈉氣門提出了許多技術方案，如:申請號為200910231600.8的發明專利公開了一種中空充鈉氣門及其制作方法，該方法采用將一個圓柱形的坯料加熱，通過帶有鋼芯的模具對坯料進行一次擠壓以得到氣門的初成形毛坯，然后再進行精密鍛壓以得到氣門的頭部形狀，鍛造結束后拔出芯棒，接著對氣門內孔進行清洗和烘干，充入金屬鈉，最后采用氬氣保護氣體等離子焊進行封口，該方法在擠壓過程中擠壓力大，模具磨損嚴重，模具壽命短，生產成本高，在國內難以推廣。申請號為201080059772.2的發明專利公開了中空發動機氣門的制造方法，該方法是以使半完成品的中空軸部的外徑尺寸及內徑尺寸階段性地縮小并使該中空軸部的長度階段性地延伸的方式，將該中空軸部依次插入孔形狀不同的多個成形孔中而依次進行所述半完成品的拉深加工，從而將中空軸部成形為規定形狀，在該中空發動機氣門的制造方法中，對半完成品施加熱處理而使其成為規定硬度以下，通過調整成內徑的拉伸模的成形孔使中空軸部的開口緣部向其內側增加壁厚而成形軸端密封部，并將該軸端密封部的間隙接合。這些方法加工工序繁雜，生產效率低。申請號為201120224645.5的實用新型專利公開了一種新型中空充鈉氣門的鉆孔方法，該方法是從氣門桿端面開始鉆孔，鉆孔后充入金屬鈉并采用堵頭將內孔從氣門桿端面封閉，這種方法生產出來的中空充鈉氣門盤端無內腔，氣門重量大而充鈉量小。
[0004]為了提高氣門充鈉量、降低氣門重量，申請號為201410249979.6的發明專利公開了一種盤端密閉中空充鈉氣門的制作方法，該方法是將一根細長的棒料通過電鐓形成一個棒料一端為“蒜頭”形狀的預成形毛坯，通過鍛造工序將毛坯一次鍛造成形出實心氣門毛坯，接著采用車削設備在氣門毛坯盤端低窩加工出三個臺階，再鉆孔后充鈉并采用盤端面密閉蓋將內孔封閉。雖然該方法增加了氣門充鈉量、降低了氣門的重量，但是該工序材料利用率低，工序多，且采用電鐓工藝成形氣門預成形毛坯其成形過程屬于自由變形，溫度、質量難以控制。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝，通過楔橫軋工藝對鋼管料進行軋制的方法形成氣門的預成形毛坯，不需要通過打孔實現氣門的挖空，從而避免材料浪費，并有效提高生產效率和材料利用率。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現的:一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝，包括以下步驟:
[0007]步驟1:楔橫軋預成形，將鋼管料加熱到軋制溫度后進行楔橫軋軋制成形，獲得氣門的預成形毛坯；所述預成形毛坯由鋼管料外徑變化并沿軸向伸長形成的，其外徑較大的一端為頭部，外徑較小的一端為桿部，且其頭部與桿部的連接段為其頸部；所述軋制溫度為1000。。?1200。。。
[0008]步驟2:鍛造成形并回火，通過模鍛成形工藝將預成形毛坯鍛造形成一盤部和桿部中空的氣門殼體，鍛造后進行消除應力回火；
[0009]步驟3:加工得到一氣門盤端面堵頭和一實心棒料，并對實心棒料進行熱處理；
[0010]步驟4:盤部加工與封堵，對氣門殼體的盤部進行粗車加工后采用摩擦焊將氣門盤端面堵頭摩擦焊于氣門殼體的盤部開口處，以封堵氣門殼體盤端部；
[0011]步驟5:對氣門殼體的內腔進行精加工、清洗并烘干，然后充入金屬鈉，并通過所述實心棒料封堵氣門殼體中空桿部；
[0012]步驟6:對整個氣門進行回火處理，回火后進行機加工；
[0013]步驟7:在氣門殼體的盤錐面堆焊鎳基高溫合金后對整個氣門進行精加工；
[0014]步驟8:表面處理，對氣門桿部表面進行鍍鉻或氮化處理得到鍍鉻層或氮化層，即可得到中空充鈉氣門成品。
[0015]本發明中，所述步驟3中，所述氣門盤端面堵頭與氣門殼體的盤部焊接的一端外圍壁面被加工形成錐面，且該錐面與其軸線之間的夾角為r，所述氣門盤端面堵頭厚度為8?1mm ;所述實心棒料橫截面直徑與所述氣門殼體的桿部橫截面外徑相同。
[0016]進一步地，所述氣門盤端面堵頭較小的端面直徑d與氣門殼體的盤部內腔最大直徑 D 的關系為:(D-1)mm < d < (D_0.5)mm0
[0017]本發明中，所述步驟I中，所述預成形毛坯采用管坯通過一道次楔橫軋或多道次楔橫軋軋制成形。
[0018]本發明中，所述步驟2中，所述預成形毛坯經一次鍛造成形一盤部和桿部中空的氣門殼體，或者經連續兩次鍛造形成一盤部和桿部中空的氣門殼體；其中，第一次鍛造形成中間毛坯，第二次將中間毛坯鍛造形成一盤部和桿部中空的氣門殼體。
[0019]作為本發明的進一步改進，所述步驟8中，根據發動機的使用要求對中空充鈉氣門通過鍍鉻或者氮化進行表面強化處理，鍍鉻層厚度為3?7μπι，氮化層厚度為10?30 μ m0
[0020]相比于現有技術，本發明的一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝利用鋼管料進行軋制成形得到中空氣門的預成形毛坯，并采用鍛造工序成形出盤部和桿部中空的氣門殼體，采用摩擦焊對氣門盤部和桿部進行焊接封堵，工藝簡單，提高生產效率；同時避免了實心棒料加工中空氣門時鉆孔對材料的浪費，提高了材料的利用率，降低生產成本。采用本發明所述的成形工藝制得的中空充鈉氣門，氣門內腔空間更大，充鈉量更多，散熱性能更好。
[0021]為了更好地理解和實施，下面結合附圖詳細說明本發明。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明的方法步驟的流程簡圖；
[0023]圖2是本發明的鋼管料的結構示意圖；
[0024]圖3是本發明的預成形毛坯的結構示意圖；
[0025]圖4、圖5是本發明的預成形毛坯鍛造形成氣門殼體過程的示意圖；
[0026]圖6是本發明的氣門殼體的結構示意圖；
[0027]圖7是本發明的氣門盤端面堵頭的結構示意圖；
[0028]圖8是本發明的實心棒料的結構示意圖；
[0029]圖9是本發明的氣門殼體盤端面封堵后的結構示意圖；
[0030]圖10是本發明的氣門殼體桿端面封堵后的結構示意圖；
[0031]圖11是采用本發明所述的成形工藝制成的中空充鈉氣門的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]請同時參閱圖1?10，本發明一種基于楔橫軋制坯的中空充鈉氣門的成形工藝包括以下步驟:
[0033]步驟1:楔橫軋預成形；具體地，將如圖2所示鋼管料16加熱到軋制溫度后進行楔橫軋軋制成形，獲得如圖3所示的氣門的預成形毛坯17。所述預成形毛坯17可以通過一道次楔橫軋或多道次楔橫軋軋制成形。所述預成形毛坯17由鋼管料外徑變化并沿軸向伸長形成的，其外徑較大的一端為頭部，外徑較小的一端為桿部，且其頭部與桿部的連接段為其頸部；所述軋制溫度為1000°C?1200°C。
[0034]步驟2:鍛造成形并回火；通過模鍛成形工藝將預成形毛