CN102159799A - 用于制造中空发动机阀的阀头部的方法和中空发动机阀 - Google Patents

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Abstract

通过冷锻执行包括耐热性特别令人满意的材料的中空发动机阀(V)的阀头部(1)的形成。此时，具有出色耐热性的材料被加工，以形成具有中空孔(S11)和直径增加段(111)的阀头部半成品(11)，中空孔(S11)的内径(φ11)等于阀头部(1)的成品的中空孔(S1)的最大内径(φ11)，直径增加段(111)的最大外径(φ12)等于所述成品的直径增加段(1a)的最大外径(φ12)。阀头部半成品的除了到直径增加段(111)的下部的中心部分之外的部分通过进行多次的冷锻收缩，以获得阀头部(1)的成品。这种获得所述成品的方法由本发明提供。

Description

用于制造中空发动机阀的阀头部的方法和中空发动机阀
技术领域
本发明涉及用于制造中空发动机阀的阀头部的方法和具有阀头部的中空发动机阀。阀头部包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或比用于中空轴部的材料的耐热性好的耐热性的材料，阀头部具有在焊接至中空轴部的一侧开口的阀头部中空孔。阀头部中空孔形成为使阀头部的直径增加段的直径增加，阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的最大外径。
背景技术
为了制造中空发动机阀，其三个构件(即阀头部、中空轴部和轴端密封材料)分开准备，且这三个构件通过焊接最终结合在一起，以获得作为成品的中空发动机阀。迄今为止，已经实现这种技术，如在下文将描述的专利文献1中公开的那样。还已经实现的是，通过焊接连接阀头部和一端密封的中空轴部，由此获得作为成品的中空发动机阀。钠被密封或包围在用于要求展现高温阻抗的排气阀的中空发动机阀的中空孔中，并负责在发动机阀的其中温度特别高的区域中冷却，该区域的范围是从阀头部到中空轴部的靠近阀头部的一部分。因此，作为中空发动机阀的中空孔形状，在阀头部内具有增加的直径的形状(如随后将描述的专利文献2的图1中所示)比如随后描述的专利文献1的图2和3中看到的简单的圆柱形形状更令人期望。
采用常规中空发动机阀，特别地，采用用于排气的暴露至高温的中空发动机阀，已经常见的实践是，在温度最高的阀头部中采用显示出色性能(包括耐热性)的材料，如锰基耐热钢，或镍基耐热钢；对于温度不是如此高的中空轴部或轴端密封材料采用普通的钢材或普通耐热钢材；并焊接三个构件(即阀头部、中空轴部和轴端密封材料)，或焊接两个构件(即，阀头部和一端密封的中空轴部)，由此构造中空发动机阀的成品。可替换地，如果要求特别出色的耐热性，已经实现一种方法，对于中空轴部，如对于阀头部，该方法采用显示出色的性能(包括耐热性)的材料。
本质上，理想的是，根据上述任一种显示包括出色的耐热性的性能的材料制造整个中空发动机阀。然而，这些材料贵、硬且加工特性或可加工性差。因此，这些材料仅用于其中温度特别高的阀头部，普通钢板用于其中温度不是非常高的中空轴部或轴端密封材料。因此，关于用于制造中空发动机阀的方法，已经进行了大量的技术研究，特别地，关于用于制造阀头部。对于中空轴部也采用显示包括出色的耐热性的性能的材料的情况不多。因此，此后将重点放在与制造阀头部的方法相关的技术上，在排气阀中，阀头部需要使用显示包括出色的耐热性的性能的材料且其形成困难。
在中空发动机阀的阀头部的制造中，研究点集中在两个领域。第一个领域是制造阀头部的前端直径增加段的方法，第二个领域是在阀头部中设置中空孔的方法中的技术。也就是说，如上所述，用于阀头部的耐热性出色，但可加工性差。因此，当将要形成前端直径增加段时，或将要设置中空孔时，与普通钢材的加工相比，加工方面的高度困难必须克服。在这种联系中，至今为止已经完成了多种发明和装置。
在专利文献1中，“通过卷起钢板形成的中空阀(a hollow valve formed by rolling up a steel plate)”未涉及用于制造阀头部的方法的细节，而是仅仅描述“锻炼”。由于其中的中空孔为圆柱形形状，因此假设它已经采用冲压机或钻孔机形成。
在专利文献2中披露的“用于制造Na-填充的中空发动机阀的方法(a method for production of a Na-filled hollow engine valve)”中，“热塑加工”被描述用来形成阀头部的直径增加段，“热等静压”被描述用来形成中空孔。因此，结果是“热锻造”形成它们二者。在专利文献2的发明中，“直径比阀轴的直径大的圆形材料”被描述为用作用于阀头部的材料，中空孔的内径被描述为最初“大于最终的阀中空部的内径”。在专利文献2的图1中，中空孔的初始内径在阀头部的热锻造工艺期间进一步增加，直径增加的中空孔被描述为设置在阀头部的直径增加段的内部。然而，在实际的锻造工艺中，非常困难的是，将中空孔的直径增加至等于或大于最初钻孔而成的中空孔的内径，由此以合适的形状形成中空孔。实际上，中空孔直径不增加，与专利文献2中描述的图1不一样。
在随后将描述的专利文献3中披露的“用于制造Na-填充的中空发动机阀的方法(a method for production of a Na-filled hollow engine valve)”中，根据该文献的第一和第二发明，管道的前端首先锻造成球形，随后形成伞形。阀头部的前端直径增加段通过该方法形成，这种形成方法是热锻造。存在的差异在于中空管保持与在第一发明中一样，而可高度加工的材料在第二发明中被密封在中空部中。另一方面，第三发明以具有包封在其中空部中的可高度加工的材料的管道开始，该管道具有比将要形成的中空轴部的直径大的直径，并将管道的一端形成伞形，管道的另一端形成薄管形状。这种形成方法是用于两端的热锻造。
只要关注中空孔的形成，第一发明从开始就具有中空孔，而第二发明和第三发明通过切割并去除包封在中空部中的可高度加工的材料而形成中空孔。在所有的第一至第三发明中，阀头部的前端直径增加段的中心缺少具有高耐热的材料。然而，这些发明采用了其中高耐热材料在最后的工艺中焊接至该中心部分的方法，从而前端直径增加段的整个外部形成为包括高耐热材料。
在下文将描述的专利文献4中披露的“用于制造Na-填充的中空发动机阀的方法(a method for production of a Na-filled hollow engine valve)”中，阀头部为球形形式(第一发明)或圆杆形式(第二发明)，且特征在于，在其连接至中空轴部的端部具有浅孔。也就是说，构成阀头部的高耐热材料具有差的机械加工性。因此，仅钻孔形成浅孔，中空轴部焊接至钻孔部，以形成连续的中空孔，随后阀头部形成伞形。形成阀头部的步骤通过热锻造形成。这种方法的缺点特征如下：在阀头部中钻成的中空孔为浅孔。因此，在作为成品的中空发动机阀中，阀头部和中空轴部之间的焊接位置靠近阀头部的直径增加段，且在发动机运行期间暴露至相当高的温度。这引起与强度相关的关注。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP-A-63-195308
专利文献2：JP-A-7-102917
专利文献3：JP-A-7-119421
专利文献4：JP-A-7-208127
发明内容
要解决的技术问题
如所关注的上述常规技术，热锻用于形成阀头部。为了形成中空孔，第一步是将高度可加工材料包封在高耐热材料导管内，最后的步骤是通过深孔钻等切割高度可加工材料，由此提供中空孔。可替换地，从开始就以导管形式使用高耐热材料以利于其中空孔未改变。而且，阀头部的中空孔形成为浅孔，由普通钢构成的导管连接至阀头部，以完成中空孔。如在此看到的那样，已经尝试了多种设计，以克服阀头部的高耐热材料的最小可加工性。
然而，与用于形成阀头部的热锻的使用相联系，已经提出了下述问题：在热锻的情况中，材料的温度必须升高至850℃-1200℃量级的值，因此要求用于这种目的的设施。此外，需要时间来进行冷却，因此增加加工劳动。而且，不可能希望涉及金属膨胀等问题的热锻实现与冷锻一样高的加工精度。而且，与冷锻中产品相比，所产生的产品的表面纹理差。
因此，理想的是，通过加工形成阀头部本质上应当通过冷锻或至多通过温锻进行。特别地，对于作为排气阀的中空发动机阀的阀头部，必须利用具有出色耐热性的锰基或镍基钢材。然而，这种材料如此硬，以至于它们的加工性明显低劣，如上所述，且已经认为不可能通过冷锻将它们形成阀头部的最终形状。
在专利文献3(0006段)和专利文献4(0008段)中也明确地描述了这些事实。专利文献4中的相关描述将摘录如下。
“采用SUH35(21％Cr-4％Ni-9％Mn钢)(其变为排气阀的主流)，在精加工时在冷加工期间包含大量的Mn。因此，加工硬化出现，使得管道形成极其困难。目前用于管道形成的技术在具有10mm或更小的外径的管道的冷形成期间引起细的裂纹或破裂，由此在它们实际使用中呈现瓶颈。”
上述摘录中的SUH35的成分的表述与专利文献4中的表述相同。
中空孔的形成还提出了多种问题。期望的是，阀头部中的中空孔不应当是简单的相同截面的圆柱形，而是应当在温度最高的前端直径增加段的内部增加直径，响应于外表面的直径增加的形状。不必说，这是从包封在中空孔中的钠的冷却动作的观点出发的情况。然而，在钻成浅孔的状态中，不可能增加前端直径增加段内的中空孔的直径，如在专利文献4的发明中观察到那样。代替的是，如果用于阀头部的材料从开始就呈现管道形状(如专利文献3中的发明那样)，则最后的步骤必须是将高耐热材料单独焊接至该管道的前端。这是费力的，且由于焊接而引起的强度担心保持未解决，因为阀头部的前端直径增加段是暴露至特别高的温度的部位。此外，如较早讨论的那样，在专利文献2的发明中，阀头部的前端直径增加段的中空孔未变成专利文献2的图1中图示的那种。
基于上文，已经指定的问题或已经提出的用于本发明的目标如下：
<目标1>
为了开发一种用于通过冷锻形成阀头部的方法，该阀头部包括具有与用于中空发动机阀中的中空轴部材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料。
<目标2>
为了在包括上述材料的阀头部的前端直径增加段中获得直径增加的中空孔，使得中空孔的最大内径至少大于阀头部的后端部(即，与中空轴部的接合处)的外径。
技术方案
本发明已经作为实现所述目标的手段而完成，以解决所述问题，并提出了下述方案：
<方案1>
一种用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，其中中空发动机阀具有中空轴部，并且阀头部包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，阀头部具有在焊接至中空轴部的一侧开口的阀头部中空孔，阀头部中空孔形成为在阀头部的直径增加段中具有增加的直径，并且阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的最大外径，
该方法包括下述步骤：
第一步骤，用于通过加工具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料制造阀头部半成品，以形成阀头部半成品，
其中阀头部半成品具有圆柱形筒段和位于筒段的一端处的直径增加段，直径增加段与筒形段成一体，
当直径增加段位于下方时，直径增加段的最大外径等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径，并且
阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于所述成品的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔在上端开口，并具有在直径增加段中有底的下端，
所述第一步骤包括下述步骤：
采用圆柱形实心圆杆作为材料，实心圆杆包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，实心圆杆具有大于作为成品的阀头部的最小外径的直径，但小于作为成品的阀头部的最大外径；
当使实心圆杆一端处的圆形表面为上表面并使实心圆杆的另一端处的圆形表面为下表面时，形成在上端开口且在下端有底的圆柱形中空孔，圆柱形中空孔的内径等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径；以及
随后通过锻造增加实心圆杆的下部的直径，以使所述下部的最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，
由此制成具有直径增加段的阀头部半成品，该直径增加段最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，该阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔具有有底的下端；和
第二步骤，在多个阶段中通过冷锻逐渐收缩阀头部半成品的直径增加段的上部和筒段，即，通过使用用于挤压直径增加段的上部和筒段的冲模逐渐收缩直径增加段的上部和筒段，所述冲模的内径随着阶段的推进逐渐减小，所使用的冲模的数量等于用于收缩的过程的数量，
由此获得作为成品的阀头部，该阀头部构造为使得直径增加段中的阀头部中空孔的最大内径维持在圆柱形中空孔的内径处，阀头部中空孔的内径随着高度的增加而减小且等于中空轴部在筒段的上端处的中空孔的内径。
<方案2>
一种用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，其中中空发动机阀具有中空轴部，并且阀头部包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，阀头部具有在焊接至中空轴部的一侧开口的阀头部中空孔，阀头部中空孔形成为在阀头部的直径增加段中具有增加的直径，并且阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的最大外径，
该方法包括下述步骤：
第一步骤，用于通过加工具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料制造阀头部半成品，以形成阀头部半成品，
其中阀头部半成品具有圆柱形筒段和位于筒段的一端处的直径增加段，直径增加段与筒形段成一体，
当直径增加段位于下方时，直径增加段的最大外径等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径，并且
阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于所述成品的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔在上端开口，并具有在直径增加段中有底的下端，
所述第一步骤包括下述步骤：
采用圆柱形实心圆杆作为材料，实心圆杆包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，实心圆杆具有大于作为成品的阀头部的最小外径的直径，但小于作为成品的阀头部的最大外径；
当使实心圆杆一端处的圆形表面为上表面并使实心圆杆的另一端处的圆形表面为下表面时，通过锻造增加实心圆杆的下部的直径，以使所述下部的最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，
随后形成在上端开口且在下端有底的圆柱形中空孔，圆柱形中空孔的内径等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径；以及
由此制成具有直径增加段的阀头部半成品，该直径增加段最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，该阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔具有有底的下端；和
第二步骤，在多个阶段中通过冷锻逐渐收缩阀头部半成品的直径增加段的上部和筒段，即，通过使用用于挤压直径增加段的上部和筒段的冲模逐渐收缩直径增加段的上部和筒段，所述冲模的内径随着阶段的推进逐渐减小，所使用的冲模的数量等于用于收缩的过程的数量，
由此获得作为成品的阀头部，该阀头部构造为使得直径增加段中的阀头部中空孔的最大内径维持在圆柱形中空孔的内径，阀头部中空孔的内径随着高度的增加而减小且等于中空轴部在圆柱形筒段的上端处的中空孔的内径。
<方案3>
根据方案1或2所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的下方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的下方；
以这种方式，降低撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
<方案4>
根据方案1或2所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的上方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的上方；
以这种方式，升起撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
<方案5>
一种中空发动机阀，包括：
在两端开口的中空轴部；
阀头部，通过根据方案1、2、3或4的制造方法制成并焊接中空轴部的一端；和
轴端密封材料，焊接至中空轴部的另一端。
<方案6>
一种中空发动机阀，包括：
在一端密封的中空轴部；和
阀头部，通过根据方案1、2、3或4的制造方法制成并焊接中空轴部的另一端。
有益效果
根据如方案1或2的本发明，本发明的方法具有第一步骤，用于通过加工具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料制造阀头部半成品，以形成阀头部半成品，其中阀头部半成品具有圆柱形筒段和位于筒段的一端处的直径增加段，直径增加段与筒段成一体，当直径增加段位于下方时，直径增加段的最大外径等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径，并且阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于所述成品的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔在上端开口，并具有在直径增加段中有底的下端。因此，可以使设置在作为成品的阀头部中的阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的外径。因此，包封在中空孔中的钠可以填充在中空孔内，以增加阀头部暴露至最高温度的直径增加段的直径。结果，可以有效地进行阀头部的直径增加段的冷却。而且，不执行通过焊接用高耐热材料密封阀头部的直径增加段。代替的是，包封阀头部的直径增加段的中空孔的高耐热材料都经受一体成形。因此，不需要焊接劳动，且不引起与强度相关的任何问题。
也就是说，阀头部的半成品是首先制成，其设置有具有与设置在作为成品的阀头部中的阀头部中空孔的最大内径相同的内径的中空孔。随后，在用于收缩的过程中，在阀头部中空孔的有底端保持不变的情况下，它的其它部分变窄，由此在阀头部的直径增加段中可以设置具有期望内径的中空孔。
而且，阀头部的半成品的直径增加段的最大外径预先已经与作为成品的阀头部的最大直径增加段的外径一致。因此，即使在后续的变窄(收缩)过程(第二步骤)中，不需要在该部位施加任何作用力，即，该部位不需要由冲模挤压。因此，在第二步骤中不会出现翘曲或破裂。也就是说，为了既不是直径增加段的外部也不是内部，特别地，它的中间到下部，需要在第二步骤中被最大程度地加工，在其中直径增加段的最大外径和直径增加段内的中空孔的最大内径分别与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径和作为成品的阀头部的直径增加段内的中空孔的最大内径相等的半成品的制造之后进行向第二步骤的移动。因此，第二步骤的冷锻简化为非常简单的步骤，其中，其它部分(即直径增加段的上部和筒段)逐渐收缩。这使得迄今认为困难的特别高的耐热钢材的冷锻成为可能。
根据传统观念，“阀头部的冷锻”已经被认为是用于通过冷锻一举形成整个阀头部的冷锻。此时，加工材料的困难变为瓶颈，使得这种冷锻不可实现，如前所述。然而，本发明的发明人预见到如下方面：它将能够最初将阀头部的直径增加段的最大外径部分和它内部的中空孔的最大内径部分形成与成品的部分相同的形状。后续步骤将仅为多次使其它部分变窄(收缩)。这种方式将使得冷锻能够执行阀头部的形成。带着这种预见，发明人进行了试验。也就是说，发明人想出将用于阀头部的整个形成过程划分成形成半成品的第一步骤和多次收缩其它部分以获得成品的第二步骤，在第一步骤中，阀头部的直径增加段的最大外径和它内部的中空孔的最大内径处于与成品的状态相同的状态。这种划分方法试验导致在没有翘曲或破裂的情况下通过冷锻成功地获得完整的阀头部成品。
根据如方案1或方案2的本发明，本发明的方法同样地具有第二步骤，用于在多个阶段中通过冷锻逐渐收缩阀头部半成品的直径增加段的上部和筒段，即，通过使用用于挤压直径增加段的上部和筒段的冲模逐渐收缩直径增加段的上部和筒段，所述冲模的内径随着阶段的推进逐渐减小，所使用的冲模的数量等于用于收缩的过程的数量，由此获得作为成品的阀头部，该阀头部构造为使得直径增加段中的阀头部中空孔的最大内径维持在圆柱形中空孔的内径处，阀头部中空孔的内径随着高度的增加而减小且等于中空轴部在筒段的上端处的中空孔的内径。因此，使用已经被认为不可能通过常规冷锻形成的特别高耐热材料执行阀头部的冷锻变得可能。
也就是说，如前所述，在阀头部半成品的直径增加段的中间至下部(最大外径部分和周围部分)上没有施加任何作用力(未应用冲模)。代替的是，其向上的部分多次逐渐收缩。这导致通过冷锻从高耐热材料成功地形成阀头部，而迄今为止通过冷锻形成阀头部已经被认为不可能进行的。
根据中空发动机阀的尺寸或形状，收缩过程的次数不同。假设收缩过程的次数为N(N为正整数且N≥2)，则8-15量级的次数被认为是适合中空发动机阀的过程次数，其中中空轴部的直径为6mm的量级，中空轴部中的中空孔的内径为3mm的量级，阀头部的直径增加段的外径为30mm的量级，阀头部的直径增加段中的中空孔的最大内径为10mm的量级(这是用在普通尺寸的客车的发动机中的中空发动机阀的标准尺寸)。采用具有这种尺寸的中空发动机阀的阀头部，如果收缩过程的次数少于8，则每个收缩过程带来无法忍受的负担，引起翘曲或破裂，或引起收缩过程的平稳性能出现故障。并不是过程次数越大，获得的结果越好。当过程的次数增加时，必须为更多的冲模做准备，设备的规模变大，加工费力，且加工时间延长。对于15或更多次的过程，过程的精加工精度和平滑度不是非常困难。因此，认为上限是15量级的次数。
如上所述，在阀头部的直径增加段的中间至下部(最大外径部分和周围部分)上没有施加任何作用力，且收缩过程的次数设为合适范围的次数，从而实现通过冷锻由高耐热材料形成阀头部的成功。结果，热锻所需要的装置或设备变得不必要，并且成功地缩减和简化生产线的规模。而且，可以消除加热构件的时间和冷却它们的时间，因此缩短制造时间且有助于成本降低。而且，与热锻相比，冷锻是高度精度的，以便可以展现出实现产品质量的改进的显著效果。
根据作为本发明的方案1或方案2的发明，详细描述了用于获得阀头部半成品的第一步骤。因此，可以具体地实践本发明。也就是说，方案1或方案2的发明采用包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料的圆柱形实心圆杆作为材料，该实心圆杆具有的直径大于作为成品的阀头部的最小外径，但小于作为成品的阀头部的最大外径。这种材料可以通过将圆杆形成预定直径、之后切割而容易获得。中空孔的形成可以通过冲孔或锻造(热、温或冷)容易地进行，并且直径增加段的形成可以通过锻造(热、温或冷)容易地进行。不用说，通过冷锻的加工比通过热锻的加工更困难，但冷锻是充分可用的，因为它足以获得目前为止比阀头部成品形状更简单的半成品。
因此，采用本发明，在技术上相对容易的第一步骤中，即在获得阀头部的半成品的步骤中，实现下述两个元件：
1.具有等于作为成品的阀头部的中空孔的最大内径的内径的中空孔，和
2.具有等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径的外径的直径增加段。
在涉及具有技术上复杂的因素的冷锻的第二步骤中，上述部位1和2保持不接触，能量集中在非常简单的“变窄”(或收缩)过程，并且以要求的次数重复该过程，以逐渐进行收缩。
上述措施已经在由极佳的耐热材料冷锻阀头部中获得成功，而迄今为止冷锻阀头部被认为是不可能的过程。
本发明的本质点缩减至这些事实。
也就是说，如上所述，常规过程还未脱离由特别高耐热材料通过加工一举形成阀头部的观念。因此，采用冷锻的这种形成已经被认为是不可能的。因此，已经充分认识到冷锻的各种优点，但尝试所述形成的人未出现。
另一方面，如前所述，本发明的发明人在锻造技术的开发，特别是在冷锻领域具有多年的经验。根据这种经验，发明人想到这样一种观念，即不可能由特别高耐热材料一举(at a stroke)进行阀头部的冷锻，但如果分成前述第一步骤和第二步骤，则阀头部的冷锻是可实现的。基于这种观念的实践已经导致通过冷锻以高的加工精度成功地形成阀头部，而没有诸如翘曲或破裂之类的缺陷。如在本文中注意到的那样，在通过加工具有特别令人满意的耐热性的材料而形成阀头部的过程中，已经能够获得冷锻所具有的多种效果。
根据作为本发明的方案3或方案4的发明，详细地描述了方案1或方案2的发明中的第二步骤的各个过程。因此，可以具体地执行具有这些创造性方面的第二步骤。而且，公开了多个阀头部半成品被转移移动，以便能够合理地构建第二步骤，避免浪费。也就是说，在加工要求的时间最少且加工设备的规模最小的情况下，可以进行作为第二步骤的冷锻步骤。而且，根据作为本发明的方案5或方案6的发明，可以获得作为成品的具有通过作为本发明的方案1或方案2或方案3或方案4的方面获得阀头部的中空发动机阀。
附图说明
图1(a)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的说明图。图1(b)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的说明图。
图2(a)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第一方法的说明图。图2(b)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第一方法的说明图。图2(c)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第一方法的说明图。
图3(a)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第二方法的说明图。图3(b)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第二方法的说明图。图3(c)为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第一步骤的第二方法的说明图。
图4为用于说明本发明的实施方式1的制造方法中的第二步骤的说明图。
图5(a)为用于说明本发明的实施方式1的中空发动机阀的结构的说明图。图5(b)为用于说明本发明的实施方式1的中空发动机阀的结构的说明图。
图6为示出用在本发明的实施方式1的阀头部、中空轴部和轴端密封材料中的各种材料的主要成分的图表。
图7(a)为用于说明本发明的实施方式2的中空发动机阀的结构的说明图。图7(b)为用于说明本发明的实施方式2的中空发动机阀的结构的说明图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述用于执行本发明的具体实施方式。
实施方式1
作为本发明的实施方式1，以下将详细描述用于制造阀头部1的方法和具有阀头部1的中空发动机阀V。中空发动机阀V由阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3构成，如图5a和图5b所示。也就是说，中空发动机阀V为这样一种结构，其中阀头部1焊接至中空轴部2的一端，轴端密封材料3焊接至中空轴部2的另一端，中空孔S设置在内部。钠(未示出)被包封在中空孔S中。钠在焊接轴端密封材料3之前包封在其中。作为中空轴部2，可以使用通过卷起钢板并将其端部焊接在一起形成的电阻焊接而成的导管，或不具有接缝的无缝管。对将阀头部1或轴端密封材料3焊接至中空轴部2的方法没有限制，例如，可以使用摩擦焊接。S1表示阀头部1内的中空孔，S2表示中空轴部内的中空孔。当中空发动机阀V用于进气阀时，不需要将钠包封在中空孔S内，中空孔S可以保持中空。
与用于阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3的材料相关联，基于耐热性将它们配置如下：
具有特别高耐热性的材料(材料组A)...用于阀头部1。
具有接近最高耐热性的材料(材料组B)...用于中空轴部2。
具有普通耐热性的材料(材料组C)...用于轴端密封材料3。
然而，上述配置是以中空发动机阀V用作排气阀为基础的。如果中空发动机阀V用作进气阀，对所有的阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3都由上述材料组C(具有普通耐热性的材料)构成没有损害。
以下将具体地命名上述材料组A的例子。对于每种材料的主要成分，要求参照图6。
NCF47W(镍基钢)
SUH35(奥氏体锰基钢)
Inconel(因科镍合金)751(镍基钢)
“Inconel”为Special Metals Corporation(之前的International Nickel Company)的注册商标，取决于添加到作为基质的镍中的诸如铬、铌和钼之类的元素的比例，可以买到各种种类的Inconel产品。虽有的这些产品具有特别好的耐热性，但它们的加工困难。
接下来，以下将具体地命名上述材料组B的例子。对于每种材料的主要成分，要求参照图6。
SUS304(奥氏体镍基钢)
SUS430(铁素体不锈钢)
SUH11(马氏体不锈钢)
SUS304为有时称为18-8的代表性的不锈钢。它的可加工性、耐腐蚀性和耐热性出色，但一旦加工就会变得非常硬，因此被认为是稍微不适合冷锻。SUS430为铬不锈钢中的代表性钢，称为18Cr。它比18-8产品便宜，但可加工性和耐腐蚀性稍微差。对于SUH11，要求参考接下来的段落。
最后，以下将具体地命名上述材料组C的例子。对于主要成分，要求参照图6。
SUH11(马氏体不锈钢)
SUH11为马氏体耐热钢，且是铬基的。它的耐热性比SUS304和SUS430差，但它的可加工性令人满意。由于这种材料具有一定程度的耐热性，因此如上所述它可以用于中空轴部2。
用于阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3的材料如上所述。当中空发动机阀V用于排气阀时，用于阀头部1的材料从材料组A中选择，用于中空轴部2的材料从材料组B中选择，用于轴端密封材料3的材料从材料组C中选择。然而，不必说，即使用于中空轴部2的材料从材料组A中选择，用于轴端密封材料3的材料从材料组A和B中选择，它也不会引起任何问题。当中空发动机阀V用于进气阀时，用于阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3的材料可以都从材料组B或组C中选择。即使这些材料从组A中选择，在技术上它们当然是没有问题的，但这种选择从加工或价格方面来说是无意义的。
以下将详细描述作为本发明实施方式1的核心的阀头部的形成。
<第一步骤>
图1a、1b示出了本发明的实施方式1的第一步骤。图1a以纵向截面图示出了阀头部1的半成品11。半成品11具有一体形成的盘形直径增加段111和圆柱形筒段112。筒形段112的下端连续地连接至直径增加段111的上端，它们的接合处成平缓曲线，如图1a所示。圆筒形状的具有有底下端的中空孔S11形成在半成品11的内部，中空孔S11的上端在筒形段112的上表面处开口，中空孔S11的下端在直径增加段111中有底。半成品11的直径增加段111的上部和整个筒形段112通过冷锻变窄(收缩)，以获得如图1b所示的阀头部1的成品。在图1b中，1a表示直径增加段，1b表示筒段。在作为成品的阀头部1中，难以确定直径增加段1a和筒段1b之间的边界。然而，在图1b中，直径增加段1a和筒段1b在截面图的轮廓线的曲线突然增加的部位分开。S1表示圆柱形的具有有底下端的中空孔，中空孔S1的上端在筒段1b的上表面处开口，而中空孔S1的下端在直径增加段1a内有底。
在图1a中，h11表示半成品11的整体高度，h12表示直径增加段111的高度，h13表示筒段112的高度，h14表示中空孔S11的高度(深度)，φ10表示筒段112的外径，φ12表示直径增加段111的最大外径，φ11表示中空孔S1的内径。在图1b中，h15表示作为成品的阀头部1的整体高度，h16表示直径增加段1a的高度，h17表示筒段1b的高度，h18表示中空孔S1的高度(深度)，φ14表示筒段1b的上端部的外径，φ12表示直径增加段111的最大外径，φ11表示中空孔S1的最大内径，φ13表示中空孔S1的上端部的内径。
在这里，作为成品的阀头部1的整体高度h15大于半成品11的整体高度h11(h11＜h15)；中空孔S1的高度(深度)h18大于中空孔S11的高度(深度)h14(h14＜h18)；直径增加段111的高度h12近似等于直径增加段1a的高度
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筒段1b的高度h17大于筒段112的高度h13(h13＜h17)；直径增加段111的最大外径等于直径增加段1a的最大外径(φ12)；筒段112的上端部的外径φ10大于筒段1b的上端部的外径φ14(φ14＜φ10)；中空孔S11的内径等于中空孔S1的最大内径(φ11)；中空孔S11的内径φ11大于中空孔S1的上端部的内径φ13(φ13＜φ11)。
图2a至2c示出了用于获得半成品11的第一方法。如图2a所示，为包括从材料组A选择的材料(参见图6)的实心圆杆2A做准备。在实施方式1中，使用NCF47W(用作主要成分，参见图6)。实心圆杆2A的外径为φ10，与半成品11的筒段112的外径相同，实心圆杆2A的高度h20小于半成品11的高度h11(h20＜h11)。
中空孔2C通过冲孔形成在实心圆杆2A的上表面中，以获得杯形中间构件2B(图2b)。中空孔2C具有约为中间构件2B的整体高度h21的一半的高度(深度)h22。此时，使中间构件2B的外径与实心圆杆2A的外径φ10相同，结果是中间构件2B的高度h21大于实心圆杆2A的高度h20(h20＜h21)。中空孔2C的内径等于半成品11的中空孔S11的内径φ11(图2c)。
随后，中间构件2B的下部通过锻造成型，以形成直径增加段111。在这种情况下，锻造的类型不重要。也就是说，可以使用冷锻、温锻和热锻中的任何一种。由于该步骤为中间步骤，不要求与随后将描述的第二步骤中所要求的一样的精度。然而，下述三点是重要的：中间构件2B的上部的外径维持在半成品11的筒段的外径φ10；中空孔2C的内径维持在半成品11的中空孔S11的内径φ11；并且当中间构件2B的下部转变成直径增加段111时，其最大外径呈现半成品11的直径增加段111的最大外径φ12。在此过程期间，中空孔2C(高度h22)稍微加深，以形成具有高度(深度)h14的中空孔S11。以这种方式，从实心圆杆2A(图2a)经由中间构件2B(图2b)获得半成品11(图2c)。
图3a至3c示出了用于获得半成品11的第二方法。如图3a所示，制备包括从材料组A中选择的材料(参见图6)的实心圆杆3A。在实施方式1中，使用NCF47W。实心圆杆3A的外径为φ10，与半成品11的筒段112的外径相同，实心圆杆3A的高度h30小于半成品11的高度h11(h30＜h11)。高度h30等于前述实心圆杆2A的高度h20(h30＝h20)。
实心圆杆3A的下部通过锻造形成，以形成具有直径增加段3C的帽形固体中间构件3B(图3b)。此时，锻造的类型不重要。也就是说，可以使用冷锻、温锻和热锻中的任何一种。由于该步骤是中间步骤，因此不要求与第二步骤中要求的一样的精度。然而，下述两点是重要的：中间构件3B的上部的外径维持在半成品11的筒段的外径φ10；并且当中间构件3B的下部转换成直径增加段3C时，直径增加段3C的最大外径呈现半成品11的直径增加段111的最大外径φ12。在此过程期间，中间构件3B的高度h31稍微降低。也就是说，h31＜h30。
随后，通过冲孔在中间构件3B的上表面中形成具有高度(深度)h14和内径φ11的中空孔S11。在此过程期间，中间构件3B的上部延伸，以形成具有高度h13的筒段112(图3c)。以这种方式，从实心圆杆3A(图3a)经由中间构件3B(图3b)获得半成品11(图3c)。此时，下述两点是重要的：筒段112的外径维持在φ10；直径增加段111的最大外径维持在φ12。
<第二步骤>
接下来，图4图示了用于第二步骤中的冷锻的工艺的细节。在图4中，D1、D2、D(m-1)、Dm、D(n-1)和Dn表示冲模。在这里，Dn表示第n个(最后一个)冲模，Dm表示第m个冲模，m＜n，且m和n每一个都表示3或更大的正整数。D(m-1)表示直接在冲模Dm之前的冲模，D(n-1)表示直接在冲模Dn之前的冲模。冲模D1、D2、D(m-1)、Dm、D(n-1)和Dn具有中心形成孔M1、M2、M(m-1)、Mm、M(n-1)和Mn，它们的内径顺序降低。RM表示冲模D1、D2、D(m-1)、Dm、D(n-1)和Dn固定至其上的撞击装置。
数字11表示半成品，数字11a、11m和11n表示中间工件，数字1表示作为成品的阀头部。而且，PB表示其中固定阀头部1的半成品11、中间工件11a、11m和11n以及成品的压机座。为了实现冲模D1、D2、D(m-1)、Dm、D(n-1)和Dn到撞击装置RM的合适的固定状态，并且为了实现阀头部1的半成品11、中间工件11a、11m和11n以及固定成品到压机座PB的合适状态，毫无疑问需要多种固定装置。然而，它们的指示将使得附图更复杂且难以理解。因此，各种固定装置等的图示都省略了。而且，与用在该步骤中的转移运动(随后将描述)相关的设备都从本文中的图示中省略了。
接下来，将描述第二步骤的动作。在图4中，冲模D1位于半成品11上方，冲模D2位于中间工件11a上方，冲模Dm位于中间工件11m上方，冲模Dn位于中间工件11n上方。在初始状态中，唯一自然的是半成品11位于冲模D1下方，阀头部1的中间工件11a、11m、11n和成品都不存在。在这种状态中，撞击装置RM降低(沿y方向)。
一旦撞击装置RM降低，则冲模D1的形成孔M1使半成品11中的直径增加段111的上部和筒段112收缩，以将半成品11形成中间工件11a。形成孔M1的内径稍微小于半成品11的筒段112的外径φ10。因此，半成品11的筒段112的外径φ10稍微减小，以获得中间工件11a，其高度稍微大于半成品11的高度h11(参见图1a)。半成品11的中空孔S11也变窄，以变成中间工件11a的中空孔S11a，中空孔S11a的内径φ11已经稍微降低。然而，冲模D1不挤压半成品11的直径增加段111的从中间部到下部(具有最大外径的部分和周围的部分)的区域。因此，中空孔S11的下端部未被挤压，该部位的内径维持在φ11。因此，不必说，中间工件11a的直径增加段111a的最大外径也维持在φ12。
一旦完成第一次收缩，撞击装置RM抬升，半成品11已经转变成中间工件11a。此时，通过固定装置(未示出)的动作，中间工件11a固定至压机座PB，因此不与冲模D1一起上升。当撞击装置RM的上升结束时，中间工件11a(之前的半成品11)从固定状态释放，并由移动装置(未示出)向右转移移动(沿x方向)至图5中的下一个位置，随后其直接位于下一个冲模D2正下方，并再次被固定。转移运动涉及用于一次将工件顺序移位一个位置的这种运动。当中间工件11a(之前的半成品11)被向后转移运动时，新的半成品11固定至空位置。
因此，在此阶段，半成品11和中间工件11a固定到压机座PB上。在此状态中，撞击装置RM降低(沿y方向)，以通过冲模D1挤压成形半成品11和通过冲模D2挤压成形中间工件11a。一旦完成挤压成形，半成品11和中间工件11a被向右转移运动，新的半成品11固定至压机座PB的左端。
第m个中间工件11m和第m个冲模Dm在图4的中心示出。在它们的右侧，示出了最后一个中间工件11n和最后一个冲模Dn。最后一个中间工件11n通过冲模Dn挤压成形，从而它被转变成作为成品的阀头部1，随后被向右转移移动。作为成品的转移移动的阀头部1在图4的右端示出。成品、阀头部1从压机座PB上去除。
以前述方式，每次撞击装置RM降低(沿y方向)，半成品11和中间工件11a、11m、11n都被向右转移移动(沿x方向)。此外，作为成品的阀头部1从压机座PB上去除，新的半成品11固定至压机座PB的左端。以这种方式，通过冷锻的形成连续执行，从而撞击装置RM的每次下降的结果是作为成品的一个阀头部1的制成。因此，这种程序非常合理且有效。通常，形成过程的数量大被指出为冷锻的缺陷，但这种缺陷通过采用上述转移运动解决。
如图4所示，冲模D1、D2、Dm和Dn都挤压成形半成品11和中间工件11a、11m、11n的直径增加段111、111a、111m、111n的上部和筒段112、112a、112m、112n，但不接触直径增加段111、111a、111m、111n的下部(最大外径部分和周围部分)。因此，直径增加段111、111a、111m、111n的最大外径维持不变，为φ12，这成为作为成品的阀头部1的直径增加段1a的最大外径φ12。
半成品11和中间工件11a、11m、11n的除了中空孔S11、S11a、S11m、S11n的下端部之外的部分具有由于挤压成形而减小的内径。另一方面，中空孔S11、S11a、S11m、S11n的下端部未经受挤压成形，以便它们的最大内径保持在φ11，这产生作为成品的阀头部1的中空孔的最大内径φ11。
作为第二步骤中的步骤或过程的数量的N基本上为2或更大的自然数，但具体地，根据所要求的中空发动机阀的尺寸或形状而不同。目前，对于其中中空轴部为6mm的量级的中空发动机阀，中空轴部的中空孔的内径为3mm的量级，阀头部的直径增加段的外径为30mm的量级，阀头部的直径增加段中的中空孔的最大内径为10mm的量级(用作普通尺寸客车的发动机的中空发动机阀的标准尺寸)，合适数量的过程被认为是8-15的量级。这个数字限制的原因如较早描述的那样。在实施方式1中，以不同的数量尝试了上述尺寸的中空发动机阀的冷锻，发现最佳的过程数量在12左右。
与转移运动相联系，可以存在一种方法，其中中间工件11a(之前的半成品11)在第一次转移运动期间仅向右转移移动，新的半成品11未直接放置在冲模D1的正下面。采用这种方法，新的半成品11在奇数转移运动(如第三次转移运动，第五次转移运动，等等)时被放置在冲模D1的正下方。通过这样做，压机座PB上的工件被放置在每一个另外的位置，结果是挤压期间的阻抗减半。用于获得相同数量的产品的时间是普通转移运动中花费的时间的两倍，但带来了多个优点，如节省了设备的工作，且由于挤压压力降低而增加了设备的耐用性。
在上述结构中，工件和冲模都线性配置，但不同的应用形式是自然想得到的，如圆周配置或Z字形配置。而且，撞击装置RM放置在上，压机座PB放置在下。然而，撞击装置RM可以放置在下，而压机座PB可以放置在上，撞击装置RM可以在成形时上升。
上述第二步骤在实施方式1中通过冷锻进行，但不必说，可以通过温锻执行。冷锻通常涉及在普通温度下锻造，但至于关注的温度范围，在0℃-250℃量级的温度下的锻造可以称为冷锻。温锻的温度范围通常认为为600℃-850℃。因此，250℃-600℃的锻造在温度较低时为冷锻，在温度较高时为温锻。超过850℃温度的锻造认为是热锻。
上文已经描述了第二步骤的细节。作为第二步骤的结果，完成阀头部1的形成。随后，图5a中示出的三个构件，即阀头部1、中空轴部2和轴端密封材料3如图5b中一样都集成在一起，即通过经由焊接将阀头部1固定至中空轴部2的一端，将轴端密封材料3固定至中空轴部2的另一端。通过这样做，完成中空发动机阀V。在实施方式1中，摩擦焊接用作焊接方法。当中空发动机阀V用作排气阀时，钠在焊接轴端密封材料3之前被包封在中空孔S中，虽然这在图5b中未示出。
如图5b所示，阀头部1和中空轴部2之间的焊接位置是高位，而不是靠近中空发动机阀V的中间。这是本发明通过冷锻形成阀头部1的方法的一个优点。当焊接线可以与阀头部1的前端隔开这么远时，则焊接线在发动机运行期间总是位于汽缸之外。因此，热量的影响如此小，从而完全解决由焊接引起的强度关注问题。即使耐热性比阀头部1的材料差的材料用作用于中空轴部2的材料，也不会出现问题。
实施方式2
本发明的实施方式2中的中空发动机阀W由阀头部1和中空轴部20构成，如图7a和图7b所示。也就是说，中空发动机阀W为这样一种结构，其中中空轴部20在一端被密封，阀头部1焊接至中空轴部20的另一端，中空孔SS设置在内部。钠(未示出)被包封在中空孔SS中。钠在焊接阀头部1和中空轴部20之前被包封在其中。作为中空轴部20，可以使用通过卷起钢板并将其端部焊接在一起形成的电阻焊接而成的导管，或不具有接缝且在一端密封的无缝管，或者具有通过钻孔机钻成的中空孔S20的实心圆杆。对将阀头部1焊接至中空轴部2的方法没有限制，例如，可以使用摩擦焊接。当中空发动机阀W用于进气阀时，不需要将钠包封在中空孔SS内，中空孔S可以保持中空。制造阀头部1的方法对于第一步骤和第二步骤与实施方式1中的相同，因此省略它的详细描述。
作为用于实施方式2的阀头部1的材料，可以使用在实施方式1的段落中提及的材料组A。作为用于实施方式2的材料中空轴部20，可以使用在实施方式1的段落中提及的材料组B。
工业应用性
如上所述，本发明公开了可以采用具有特别高的耐热性的材料通过冷锻在中空发动机阀中进行阀头部的形成的技术内容。这是一种本领域技术人员所认为的“梦寐以求的技术”的技术，也就是说，是他们认为是理想的但他们已经判断为目前不可能实现的技术。因此，这种技术呈现了切实可行的手段，用于在制造中空发动机阀的方法中提供所谓的创新性的方法。
如较早所述，用在中空发动机阀的阀头部中的材料具有特别高的硬度。因此，在形成阀头部中，必须容忍由热锻引起的差的精度和涉及冷却之前的等待时间的大强度的工作劳动，且必须容忍由于对具有硬质合金刀片的深孔钻的频繁更换的需求引起的低经济效率。因此，阀头部的冷锻由于本发明而变得可行的事实已经产生整修用于中空发动机阀的工厂中的管线的可能性。也就是说，已经实现向新颖性的制造***的转移，该制造***可以通过简单的设备合理地和廉价地大量制造高精度的中空发动机阀。
发动机阀本质上与发动机共存，并且不仅用在用于诸如客车和卡车之类的车辆的发动机中，而且用在用于飞机的发动机和用于船舶的发动机中。特别是对于排气阀，通常使用具有包封在其中的钠的中空发动机阀。因此，本发明的用于制造中空发动机阀的方法会是在发送机制造工艺中提供划时代的技术革新的一种方法。
在进气阀中以及在排气阀中，中空发动机阀的采用导致整个发动机的重量降低，且还导致归功于材料的合理化的成本降低。因此，将来的趋势看起来是向着进气阀中的发动机阀也中空发展。在这种潮流中，期望本发明在与发动机的制造相关的工业具有更大的工业应用性。
附图标记说明
1阀头部
1a直径增加段
1b筒段
11半成品
11a中间工件
11m中间工件
11n中间工件
111直径增加段
111a直径增加段
111m直径增加段
111n直径增加段
112筒段
112a筒段
112m筒段
112n筒段
2中空轴部
20中空轴部
2A实心圆杆
2B中间构件
2c中空孔
3轴端密封材料
3A实心圆杆
3B中间构件
3C直径增加段
D1冲模
D2冲模
D(m-1)冲模
Dm冲模
D(n-1)冲模
M1形成孔
M2形成孔
M(m-1)形成孔
Mm形成孔
M(n-1)形成孔
PB压机座
RM撞击装置
S中空孔
SS中空孔
S1中空孔
S11中空孔
S11a中空孔
S11m中空孔
S11n中空孔
S2中空孔
S20中空孔
V中空发动机阀
W中空发动机阀
h11高度
h12高度
h13高度
h14高度
h15高度
h16高度
h17高度
h18高度
h20高度
h21高度
h22高度
h30高度
h31高度
φ10外径
φ11内径
φ12最大外径
φ13内径
φ14外径

Claims (8)

1.一种用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，其中中空发动机阀具有中空轴部，并且阀头部包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，阀头部具有在焊接至中空轴部的一侧开口的阀头部中空孔，阀头部中空孔形成为在阀头部的直径增加段中具有增加的直径，并且阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的最大外径，
该方法包括下述步骤：
第一步骤，制造阀头部半成品，通过加工具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料来形成阀头部半成品，
其中阀头部半成品具有圆柱形筒段和位于圆柱形筒段一端处的直径增加段，直径增加段与筒段成一体，
当直径增加段位于下方时，直径增加段的最大外径等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径，并且
阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于所述成品的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔在上端处开口，并具有在直径增加段中有底的下端，
所述第一步骤包括下述步骤：
采用圆柱形实心圆杆作为材料，实心圆杆包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，实心圆杆的直径大于作为成品的阀头部的最小外径，但小于作为成品的阀头部的最大外径；
当实心圆杆一端处的圆形表面为上表面并且使实心圆杆的另一端处的圆形表面为下表面时，形成在上端开口且在下端有底的圆柱形中空孔，圆柱形中空孔的内径等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径；以及
随后通过锻造增加实心圆杆的下部的直径，以使所述下部的最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，
由此制成具有直径增加段的阀头部半成品，该阀头部半成品的直径增加段最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，该阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔具有有底的下端；和
第二步骤，在多个阶段中通过冷锻逐渐收缩阀头部半成品的直径增加段的上部和筒段，即，通过使用用于挤压直径增加段的上部和筒段的冲模逐渐收缩直径增加段的上部和筒段，所述冲模的内径随着阶段的推进逐渐减小，所使用的冲模的数量等于用于收缩的过程的数量，
由此获得作为成品的阀头部，该作为成品的阀头部构造为使得直径增加段中的阀头部中空孔的最大内径维持在圆柱形中空孔的内径处，阀头部中空孔的内径随着高度的增加而减小且在筒段的上端处等于中空轴部的中空孔的内径。
2.根据权利要求1所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的下方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的下方；
以这种方式，降低撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
3.根据权利要求1所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的上方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的上方；
以这种方式，升起撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
4.一种用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，其中中空发动机阀具有中空轴部，并且阀头部包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，阀头部具有在焊接至中空轴部的一侧开口的阀头部中空孔，阀头部中空孔形成为在阀头部的直径增加段中具有增加的直径，并且阀头部中空孔的最大内径大于中空轴部的最大外径，
该方法包括下述步骤：
第一步骤，制造阀头部半成品，通过加工具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料来形成阀头部半成品，
其中阀头部半成品具有圆柱形筒段和位于筒段的一端处的直径增加段，直径增加段与筒段成一体，
当直径增加段位于下方时，直径增加段的最大外径等于作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径，并且
阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于所述成品的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔在上端开口，并具有在直径增加段中有底的下端，
所述第一步骤包括下述步骤：
采用圆柱形实心圆杆作为材料，实心圆杆包括具有与用于中空轴部的材料的耐热性可比拟的或更好的耐热性的材料，实心圆杆的直径大于作为成品的阀头部的最小外径，但小于作为成品的阀头部的最大外径；
当使实心圆杆一端处的圆形表面为上表面并使实心圆杆的另一端处的圆形表面为下表面时，通过锻造增加实心圆杆的下部的直径，以使所述下部的最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，
随后形成在上端开口且在下端有底的圆柱形中空孔，圆柱形中空孔的内径等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径；以及
由此制成具有直径增加段的阀头部半成品，该阀头部半成品的直径增加段最大外径与作为成品的阀头部的直径增加段的最大外径一致，该阀头部半成品具有圆柱形中空孔，该圆柱形中空孔具有等于作为成品的阀头部的阀头部中空孔的最大内径的内径，该圆柱形中空孔具有有底的下端；和
第二步骤，在多个阶段中通过冷锻逐渐收缩阀头部半成品的直径增加段的上部和筒段，即，通过使用用于挤压直径增加段的上部和筒段的冲模逐渐收缩直径增加段的上部和筒段，所述冲模的内径随着阶段的推进逐渐减小，所使用的冲模的数量等于用于收缩的过程的数量，
由此获得作为成品的阀头部，该作为成品的阀头部构造为使得直径增加段中的阀头部中空孔的最大内径维持在圆柱形中空孔的内径，阀头部中空孔的内径随着高度的增加而减小且在筒段的上端处等于中空轴部的中空孔的内径。
5.根据权利要求4所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的下方；
降低撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
升起撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的下方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的下方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的下方；
以这种方式，降低撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
6.根据权利要求4所述的用于制造中空发动机阀的阀头部的方法，还包括，在第二步骤中：
将撞击装置和压机座安装在撞击装置位于上方且压机座位于下方的间隔位置处，所述冲模固定在撞击装置处，工件固定在压机座处；
将用于收缩的过程序列中的N个冲模等间隔地固定到撞击装置，这N个冲模对应于用于冷锻的过程的数量(N个过程)，N为正整数且N≥2；
将多个阀头部半成品定位在压机座上，使得所述阀头部半成品中的第一个搁在所述冲模中的第一个的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第二个的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第二个定位在第一冲模的上方；
升起撞击装置，以进行第一阀头部半成品的第二次锻造，用于通过第二冲模进行收缩，同时进行第二阀头部半成品的第一次锻造，用于通过第一冲模进行收缩；
降低撞击装置，并将第一阀头部半成品转移移动为位于所述冲模中的第三个的上方，并将第二阀头部半成品转移移动为位于第二冲模的上方，且同时将所述阀头部半成品中的第三个定位在第一冲模的上方；
以这种方式，升起撞击装置N次，并转移移动多个阀头部半成品，且当第一阀头部半成品变为作为第一阀头部成品的阀头部成品时，从压机座上去除第一阀头部成品；并且
还包括继续所述过程，以获得多个阀头部成品。
7.一种中空发动机阀，包括：
在两端开口的中空轴部；
阀头部，通过根据权利要求1、2、3、4、5或6的制造方法制成并焊接到中空轴部的一端；和
轴端密封材料，焊接至中空轴部的另一端。
8.一种中空发动机阀，包括：
在一端密封的中空轴部；和
阀头部，通过根据权利要求1、2、3、4、5或6的制造方法制成并焊接到中空轴部的另一端。
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