一種發(fā)動機(jī)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(jī)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(shè)置頭部錐面，所述桿部的頂端設(shè)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(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，采用輕質(zhì)高強(qiáng)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(yùn)動的可靠性，同時為實(shí)現(xiàn)高功率密度發(fā)動機(jī)的輕量化設(shè)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(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，尤其是涉及一種發(fā)動機(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高功率密度發(fā)動機(jī)在國內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)研究領(lǐng)域較為活躍。隨著內(nèi)燃機(jī)強(qiáng)化程度的提高，要求發(fā)動機(jī)功率大、體積小、重量輕，配氣機(jī)構(gòu)作為發(fā)動機(jī)換氣過程的重要運(yùn)動組件，氣門機(jī)構(gòu)的慣量直接影響制約著發(fā)動機(jī)臨界轉(zhuǎn)速及高速運(yùn)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(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，以解決高功率密度發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的耐磨性和輕量化的設(shè)計問題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種發(fā)動機(jī)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(shè)置所述頭部錐面，所述桿部的頂端設(shè)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(jìn)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(jìn)一步的，所述鈦合金為Ti6A14V，所述鈦合金的抗拉強(qiáng)度范圍為彡1030Mpa，屈服強(qiáng)度范圍為彡910Mpa，斷后伸長率范圍為彡8%。
[0007]進(jìn)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(jìn)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(shù)，本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)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(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，采用輕質(zhì)高強(qiáng)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(yùn)動的可靠性，同時為實(shí)現(xiàn)高功率密度發(fā)動機(jī)的輕量化設(shè)計提供了重要支撐。
[0011 ] (2)本發(fā)明所述的發(fā)動機(jī)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(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的發(fā)動機(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例所述的發(fā)動機(jī)頂置凸輪配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖標(biāo)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(jìn)氣門；7_進(jìn)氣門座圈;8_排氣門；9-排氣門座圈；10-氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；11-氣門大彈簧;12-氣門小彈簧;13-排氣凸輪;14-進(jìn)氣凸輪;15-空隙調(diào)整片；16-導(dǎo)筒;17-氣門鎖夾;18-彈簧盤。
【具體實(shí)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(shí)施例及實(shí)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(shù)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(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)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(shù)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(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)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(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0022]—種發(fā)動機(jī)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(shè)置所述頭部錐面2，所述桿部3的頂端設(shè)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(jìn)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(qiáng)度范圍為彡1030Mpa，屈服強(qiáng)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(jī)的高強(qiáng)度、輕量化設(shè)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(qiáng)了連桿橋的耐磨性能，保證了氣門高速運(yùn)動的可靠性，同時為實(shí)現(xiàn)高功率密度發(fā)動機(jī)的高負(fù)荷、輕量化設(shè)計提供了重要支撐。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明為發(fā)動機(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門，涉及樣機(jī)配氣機(jī)構(gòu)為頂置凸輪軸四氣門機(jī)構(gòu)，缸內(nèi)燃燒壓力和溫度高，為了實(shí)現(xiàn)耐高溫環(huán)境下氣門的正常開啟和關(guān)閉，氣門采用輕質(zhì)高強(qiáng)度鈦合金材料Ti6A14V，同時在氣門桿部端面和頭部錐面進(jìn)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(jī)用輕質(zhì)鈦合金材料氣門在某發(fā)動機(jī)上的工作過程:
[0028]以進(jìn)氣門6和排氣門8在內(nèi)燃機(jī)單缸配氣機(jī)構(gòu)的安裝布置進(jìn)行介紹。首先在缸蓋5上安裝氣門機(jī)構(gòu)，進(jìn)氣門6和進(jìn)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(jìn)氣凸輪14、排氣凸輪13通過間隙調(diào)整片15、導(dǎo)筒16驅(qū)動進(jìn)氣門6、排氣門8向下垂直運(yùn)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(jìn)氣門6、排氣門8返回，此時進(jìn)氣門6落座在進(jìn)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(jī)構(gòu)10通過氣門大彈簧11、氣門小彈簧12使進(jìn)氣門6、排氣門8在運(yùn)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(jī)工作過程中，進(jìn)氣凸輪14、排氣凸輪13通過間隙調(diào)整片15、導(dǎo)筒16驅(qū)動進(jìn)氣門6、排氣門8向下垂直運(yùn)動，氣門大彈簧11、氣門小彈簧12具有足夠的剛度和預(yù)緊力推動進(jìn)氣門6和排氣門8返回關(guān)閉;對排氣凸輪13、進(jìn)氣凸輪14、氣門大彈簧11和氣門小彈簧12的合理設(shè)計，可以保持進(jìn)氣門6和排氣門8在運(yùn)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(yùn)動下的氣門慣性載荷，而氣門機(jī)構(gòu)的減重優(yōu)化設(shè)計是高速發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)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(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)動機(jī)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(shè)置所述頭部錐面(2)，所述桿部(3)的頂端設(shè)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(jìn)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(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)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(qiáng)度范圍為彡1030Mpa，屈服強(qiáng)度范圍為彡910Mpa，斷后伸長率范圍為彡8%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)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(quán)利要求1所述的一種發(fā)動機(jī)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(jī)研究所(天津)