一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，包括頭部，所述頭部和桿部固定連接，所述頭部的邊緣處設置頭部錐面，所述桿部的頂端設置桿部端面，所述頭部和所述桿部的基體材料為鈦合金，所述頭部錐面和所述桿部端面均硬化處理。本發(fā)明所述的發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，采用輕質(zhì)高強度鈦合金材料Ti6Al4V，有效降低了氣門重量30％，氣門桿部端面、頭部錐面采用激光熔覆/堆焊耐磨合金，提高了耐磨性能，保證了氣門高速運動的可靠性，同時為實現(xiàn)高功率密度發(fā)動機的輕量化設計提供了重要支撐，桿部表面制備類金剛石DLC薄膜，具有高的承載和耐摩減磨損性能。
【專利說明】
一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機領域，尤其是涉及一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門。
【背景技術】
[0002]目前，高功率密度發(fā)動機在國內(nèi)外內(nèi)燃機研究領域較為活躍。隨著內(nèi)燃機強化程度的提高，要求發(fā)動機功率大、體積小、重量輕，配氣機構作為發(fā)動機換氣過程的重要運動組件，氣門機構的慣量直接影響制約著發(fā)動機臨界轉(zhuǎn)速及高速運轉(zhuǎn)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，以解決高功率密度發(fā)動機配氣機構的耐磨性和輕量化的設計問題。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0005]—種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，包括頭部、頭部錐面、桿部和桿部端面，所述頭部和所述桿部固定連接，所述頭部的邊緣處設置所述頭部錐面，所述桿部的頂端設置所述桿部端面，所述頭部和所述桿部的基體材料為鈦合金，所述鈦合金的密度為4.5X103kg/m3，是鋼質(zhì)材料的57 %，所述桿部進行表面涂層類金剛石DLC薄膜，所述頭部錐面和所述桿部端面均硬化處理。
[0006]進一步的，所述鈦合金為Ti6A14V，所述鈦合金的抗拉強度范圍為彡1030Mpa，屈服強度范圍為彡910Mpa，斷后伸長率范圍為彡8%。
[0007]進一步的，所述桿部3表面制備類金剛石DLC薄膜，所述桿部3的涂層厚度范圍1.0?2.5μ??，硬度 HV2200 ?2700。
[0008]進一步的，所述頭部錐面2和所述桿部端面4可通過激光熔覆Ni3Al/Cr3C2或堆焊Ni3Al/Cr3C2處理，所述桿部端面4的硬度范圍為多HRC50，所述頭部錐面2的硬度范圍為HRC33?38。
[0009]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明所述的發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門具有以下優(yōu)勢:
[0010](I)本發(fā)明所述的發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，采用輕質(zhì)高強度鈦合金材料Ti6A14V，有效降低了連桿橋重量30%，氣門桿部端面、頭部錐面采用激光熔覆/堆焊耐磨合金，提高了連桿橋的耐磨性能，保證了氣門高速運動的可靠性，同時為實現(xiàn)高功率密度發(fā)動機的輕量化設計提供了重要支撐。
[0011 ] (2)本發(fā)明所述的發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，桿部表面制備類金剛石DLC薄膜，具有高的承載和耐摩減磨損性能。
【附圖說明】
[0012]構成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0013]圖1為本發(fā)明實施例所述的發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門結(jié)構示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例所述的頭部錐面放大圖的示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明實施例所述的發(fā)動機頂置凸輪配氣機構結(jié)構示意圖。
[0016]附圖標記說明:
[0017]1-頭部;2-頭部錐面;3-桿部;4-桿部端面;5-缸蓋;6_進氣門；7_進氣門座圈;8_排氣門；9-排氣門座圈；10-氣門旋轉(zhuǎn)機構；11-氣門大彈簧;12-氣門小彈簧;13-排氣凸輪;14-進氣凸輪;15-空隙調(diào)整片；16-導筒;17-氣門鎖夾;18-彈簧盤。
【具體實施方式】
[0018]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0019]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0020]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以通過具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0021 ]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0022]—種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，如圖1至圖3所示，包括頭部1、頭部錐面2、桿部3和桿部端面4，所述頭部I和所述桿部3固定連接，所述頭部I的邊緣處設置所述頭部錐面2，所述桿部3的頂端設置所述桿部端面4，所述頭部I和所述桿部3的基體材料為鈦合金，所述鈦合金的密度為4.5 X 103kg/m3，是鋼質(zhì)材料的57%，所述桿部3進行表面涂層類金剛石DLC薄膜，所述頭部錐面2和所述桿部端面4均硬化處理。
[0023]所述鈦合金為Ti6A14V，所述鈦合金的抗拉強度范圍為彡1030Mpa，屈服強度范圍為多910Mpa，斷后伸長率范圍為多8%，采用鈦合金材料有效降低了連桿橋重量的30%，滿足高功率密度發(fā)動機的高強度、輕量化設計要求。
[0024]所述桿部3表面制備類金剛石DLC薄膜，形成WC微晶，所述桿部3的涂層厚度范圍
1.0?2.5μπι，硬度HV2200?2700，具有高的承載和耐摩減磨損性能。
[0025]所述頭部錐面2和所述桿部端面4可通過激光熔覆Ni3Al/Cr3C2或堆焊Ni3Al/Cr3C2處理，所述桿部端面4的硬度范圍為多HRC50，所述頭部錐面2的硬度范圍為HRC33?38，提高了表面硬度，增強了連桿橋的耐磨性能，保證了氣門高速運動的可靠性，同時為實現(xiàn)高功率密度發(fā)動機的高負荷、輕量化設計提供了重要支撐。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明為發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，涉及樣機配氣機構為頂置凸輪軸四氣門機構，缸內(nèi)燃燒壓力和溫度高，為了實現(xiàn)耐高溫環(huán)境下氣門的正常開啟和關閉，氣門采用輕質(zhì)高強度鈦合金材料Ti6A14V，同時在氣門桿部端面和頭部錐面進行激光熔覆/堆焊硬質(zhì)耐磨合金，提高表面硬度。
[0027]如圖3所示，一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門在某發(fā)動機上的工作過程:
[0028]以進氣門6和排氣門8在內(nèi)燃機單缸配氣機構的安裝布置進行介紹。首先在缸蓋5上安裝氣門機構，進氣門6和進氣門座圈7、排氣門8和排氣門座圈9分別通過頭部錐面2密封氣缸內(nèi)的氣體;進氣凸輪14、排氣凸輪13通過間隙調(diào)整片15、導筒16驅(qū)動進氣門6、排氣門8向下垂直運動;氣門大彈簧11、氣門小彈簧12通過氣門鎖夾17和彈簧盤18推動進氣門6、排氣門8返回，此時進氣門6落座在進氣門座圈7上，排氣門8落座在排氣門座圈9上;氣門旋轉(zhuǎn)機構10通過氣門大彈簧11、氣門小彈簧12使進氣門6、排氣門8在運動過程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，使氣門的桿部3磨損均勻。
[0029]在內(nèi)燃機工作過程中，進氣凸輪14、排氣凸輪13通過間隙調(diào)整片15、導筒16驅(qū)動進氣門6、排氣門8向下垂直運動，氣門大彈簧11、氣門小彈簧12具有足夠的剛度和預緊力推動進氣門6和排氣門8返回關閉;對排氣凸輪13、進氣凸輪14、氣門大彈簧11和氣門小彈簧12的合理設計，可以保持進氣門6和排氣門8在運動過程中不發(fā)生飛脫和反跳現(xiàn)象，其中氣門大彈簧11和氣門小彈簧12需要有足夠的裕度承受高速運動下的氣門慣性載荷，而氣門機構的減重優(yōu)化設計是高速發(fā)動機配氣機構系統(tǒng)的重要組成部分。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，其特征在于:包括頭部(I)、頭部錐面(2)、桿部(3)和桿部端面(4)， 所述頭部(I)和所述桿部(3)固定連接，所述頭部(I)的邊緣處設置所述頭部錐面(2)，所述桿部(3)的頂端設置所述桿部端面(4)， 所述頭部(I)和所述桿部(3)的基體材料為鈦合金，所述鈦合金的密度為4.5 X 103kg/m3，是鋼質(zhì)材料的57%，所述桿部(3)進行涂層類金剛石DLC薄膜，所述頭部錐面(2)和所述桿部端面(4)均硬化處理。2.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，其特征在于:所述鈦合金為Ti6A14V，所述鈦合金的抗拉強度范圍為彡1030Mpa，屈服強度范圍為彡910Mpa，斷后伸長率范圍為彡8%。3.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，其特征在于:所述桿部(3)表面制備類金剛石DLC薄膜，所述桿部(3)的涂層厚度范圍I.0?2.5μπι，硬度HV2200?2700ο4.根據(jù)權利要求1所述的一種發(fā)動機用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，其特征在于:所述頭部錐面(2)和所述桿部端面(4)可通過激光熔覆Ni3Al/Cr3C2或堆焊Ni3Al/Cr3C2處理，所述桿部端面(4)的硬度范圍為多HRC50，所述頭部錐面(2)的硬度范圍為HRC33?38。
【文檔編號】F01L3/02GK106089349SQ201610628069
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月29日 公開號201610628069.8, CN 106089349 A, CN 106089349A, CN 201610628069, CN-A-106089349, CN106089349 A, CN106089349A, CN201610628069, CN201610628069.8
【發(fā)明人】郝勇剛, 白軍愛, 劉長振, 陳澤忠, 徐廣輝, 李旭東, 鄧玉林, 張潔
【申請人】中國北方發(fā)動機研究所(天津)