專(zhuān)利名稱(chēng)：提升閥及其加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提升閥及其加工方法，該提升閥并不是通過(guò)焊接硬質(zhì)材料的包覆法來(lái)增強(qiáng)其耐磨性的。
用于內(nèi)燃機(jī)中的提升閥的閥面與閥座有著反復(fù)的劇烈接觸，因此需要很高的耐磨性。為增強(qiáng)其耐磨性，通常將硬質(zhì)合金例如Co、Ni或Fe基體合金包覆在閥面上。
圖3(A)至(C)順序地表示了怎樣通過(guò)焊接法將硬質(zhì)材料包覆在閥面上。如圖3(A)所示，在包覆之前，在由耐熱鋼制成的提升閥21的閥頭22的閥面22a上形成一弧形環(huán)狀槽23。然后，如圖3(B)所示，Co基硬質(zhì)合金24例如斯太立特(Stellite)硬質(zhì)合金通過(guò)諸如氧氣-乙炔氣、等離子弧和激光焊接法包覆在環(huán)形槽23上。此后如圖3(C)所示，采用機(jī)械加工法處理包覆部分，以形成具有預(yù)定形狀的表面。
包覆硬質(zhì)合金的提升閥具有以下缺點(diǎn)(a)在焊接包覆前，需要在閥頭22處形成一環(huán)形槽23。
(b)包覆材料，特別是包覆Co基硬質(zhì)合金，非常昂貴，并且僅形成一薄的包覆層就需要消耗大量的材料，因此很不經(jīng)濟(jì)。
(c)由于在包覆后用于修整的切削工具不耐用，必須經(jīng)常更換，因此使切削費(fèi)用增加。
(d)加工提升閥的費(fèi)用變得昂貴。
根據(jù)附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的以下描述將使本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中


圖1表示本發(fā)明提升閥的一實(shí)施例的局部剖開(kāi)的正視立面圖；圖2是沿中心垂直剖開(kāi)的正視立面圖，它表示怎樣用粉狀材料包覆裝置加工圖1中的提升閥；圖3表示進(jìn)行焊接包覆的傳統(tǒng)方法；圖4是閥面的垂直截面放大100倍的顯微照片；圖5是閥面的垂直截面放大200倍的顯微照片；圖6是閥面的垂直截面放大400倍的顯微照片。
為了克服上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種提升閥，其閥面上的耐磨性不需要通過(guò)包覆硬合金來(lái)增強(qiáng)，從而降低了加工費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一提升閥，該提升閥包括一閥頭和一閥桿，閥頭具有一閥面，閥面上有一枝晶淬硬層，枝晶的生長(zhǎng)方向是從內(nèi)部指向閥面的表面。
由于不采用傳統(tǒng)的焊接包覆法來(lái)增強(qiáng)閥面的耐磨性，因此，除了閥料外不需要昂貴的硬質(zhì)合金，還使得包覆前后的加工處理簡(jiǎn)單化，因而可獲得低成本的提升閥。
氮化物和/或碳化物可分布在枝晶中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種加工提升閥的方法，該提升閥包括一閥頭和一閥桿，閥頭上有一閥面，其加工方法包括以下步驟在預(yù)定溫度下焊接閥面的步驟；在焊接步驟后立即從閥頭的頂部表面開(kāi)始對(duì)閥頭進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。因此，氮化物和/或碳化物能夠容易地分布在枝晶中。
閥面可通過(guò)高能量密度的激光和惰性氣氛中產(chǎn)生的等離子弧進(jìn)行局部加熱和焊接。因此，熱能集中，使其他部位產(chǎn)生的熱應(yīng)力最小，且防止了加熱部分氧化。
圖1表示由耐熱鋼例如SUH3，SUS11和SUH36或鉻鎳鐵合金(NCF751)制成的提升閥1的主要部分。在閥頭2的閥面2a上，形成一枝晶淬硬層，枝晶由內(nèi)部指向閥面2a的表面。碳化物或氮化物分布在淬硬層5的枝晶中。
圖2表示怎樣加工提升閥1或怎樣形成淬硬層5，它是采用已知的等離子弧型粉狀材料包覆裝置“P”來(lái)形成的。在該裝置中，數(shù)字6表示旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架，其軸約傾斜35°，在減速馬達(dá)(未示出)的作用下旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架沿預(yù)定方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架6的上表面形成的凹槽6a中，封閉該上表面的圓筒形工件接收部分7與墊圈8配合。使用緊固環(huán)9防止工件接收部分7脫離，緊固環(huán)安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架6的上端的外圓周表面上。數(shù)字10表示一供水管，其位于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架6中心的孔6b中。供水管10的上端穿過(guò)墊圈8進(jìn)入工件接收部分7的凹進(jìn)部分11中。由供水管10提供的冷卻水充滿凹進(jìn)部分11，然后通過(guò)多個(gè)水口8a和環(huán)繞供水管10的排水通道12排到外部。
數(shù)字13表示產(chǎn)生等離子弧的具有垂直軸的焊炬，該焊炬可在工件接收部分7上方沿豎直和水平方向移動(dòng)。數(shù)字14表示位于工件接收部分7的軸線上的旋轉(zhuǎn)工件夾持裝置。為形成淬硬層，工件1′放在閥頭2′的頂部表面2′b上，其中形成一個(gè)幾乎與要加工的提升閥1完全相同的具有閥面2′a的閥頭2′，工件1′的軸向端通過(guò)工件夾持裝置14壓緊。然后，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)架6，工件1′沿預(yù)定方向旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，在閥面2′a上方的焊炬13產(chǎn)生等離子弧15，于是，閥面2′a的表面被局部加熱到閥材料的熔點(diǎn)(例如1500℃)以上。隋性保護(hù)氣體16例如Ar從焊炬13底部的等離子弧15的四周?chē)姵觯苑乐辜訜岵糠盅趸?。在閥面2′a進(jìn)行熱焊的同時(shí)，通過(guò)多個(gè)供給孔(未示出)向加熱部分提供N2和/或CO2以包覆粉狀材料，供給孔開(kāi)在焊炬13的頂端環(huán)繞等離子弧15，并指向等離子弧的中心。因此，氮和/或碳進(jìn)入被加熱閥面2′a的上表面，獲得了類(lèi)似于滲氮或滲碳的效果，于是，形成了硬的氮化物和/或碳化物。
與此同時(shí)，局部加熱的閥面2′a從閥頭頂部表面2′b通過(guò)低溫工件接收部分7內(nèi)的冷卻水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，因而形成指向閥表面的枝晶。圖4至圖6是顯微放大照片，其中閥面2′a的垂直截面組織分別被放大100，200和400倍。如顯微放大照片所示，晶體從材料的內(nèi)部(放大照片的下部)指向閥面的表面(放大照片的上部)，成枝晶狀。在顯微放大照片中，分布的黑色部分是氮化物和碳化物。
枝晶具有很高的硬度，氮化物或碳化物分布在枝晶中，因此，通過(guò)旋轉(zhuǎn)工件1′一周，在整個(gè)閥面圓周被加熱后即可在閥面2′a上形成淬硬層5′。對(duì)淬硬層5′進(jìn)行修整，以形成一平坦表面，由此獲得了類(lèi)似于圖1所示的提升閥1。
在提升閥進(jìn)行如上加工后，即可確定閥面2a的硬度。未采用本發(fā)明處理的標(biāo)準(zhǔn)提升閥的閥面硬度為HRC35，而上述實(shí)施例中的提升閥1的硬度證明已增加到HRC40至50，幾乎與包覆斯太立特硬質(zhì)合金(一種普通包覆材料)的提升閥的硬度相當(dāng)，因而獲得了很高的耐磨性。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，但作為加熱和焊接閥面2′a的裝置，可用氧氣-乙炔氣或激光熱源代替以上等離子型粉狀材料焊接裝置“P”。
上述內(nèi)容只涉及本發(fā)明實(shí)施例。在不脫離權(quán)利要求范圍的情況下，本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可進(jìn)行各種改進(jìn)和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種提升閥，包括閥頭和閥桿，閥頭具有枝晶淬硬層的閥面，晶體從內(nèi)部指向閥面的表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升閥，其中，氮化物和/或碳化物分布在枝晶中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升閥，其中，閥是由耐熱鋼制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升閥，其中，閥是由鉻鎳鐵合金制成。
5.一種提升閥的加工方法，該提升閥包括一閥頭和一閥桿，閥頭具有一閥面，該方法包括以下步驟在預(yù)定溫度下用熱焊接法焊接閥面；以及在焊接步驟之后立即從閥頭的頂部表面開(kāi)始對(duì)閥頭進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，閥沿預(yù)定方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，閥面通過(guò)熱焊接法進(jìn)行局部焊接，從閥頭頂部表面開(kāi)始進(jìn)行冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在通過(guò)熱焊接法焊接閥面的同時(shí)，向閥面的加熱區(qū)提供N2和/或CO2。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，閥面通過(guò)高密度的能量來(lái)進(jìn)行加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述的高密度的能量為激光。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述的高密度能量為在惰性氣氛中產(chǎn)生的等離子弧。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，閥是由耐熱鋼制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，閥是由鉻鎳鐵合金制成。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)中的提升閥，包括一閥頭和一閥桿。在閥頭的閥面上，形成一枝晶淬硬層，晶體從內(nèi)部指向閥表面，因而不用包覆硬質(zhì)合金即可增強(qiáng)閥面的耐磨性。
文檔編號(hào)F01L3/02GK1162059SQ96100518
公開(kāi)日1997年10月15日 申請(qǐng)日期1996年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月9日
發(fā)明者浜田章宏, 海野信一, 高野雄次 申請(qǐng)人:富士烏茲克斯株式會(huì)社