CN110869590B - 中空阀的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制造中空阀的阀体的方法，所述方法包括以下步骤：提供碗状半成品，所述碗状半成品具有环形壁和基部，所述环形壁围绕所述碗状半成品的圆柱腔；接下来是延长所述环形壁和减小所述环形壁的外径，以获得具有预定外径的成品阀体的阀杆。本发明进一步提供了采用所述方法制造的中空阀。

Description

中空阀的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的中空阀的制造方法，以及使用该方法制造的中空阀。
背景技术
进气阀和排气阀是内燃机中承受高热应力和机械应力的组件。因此，必须进行充分的冷却以确保阀门的长期功能。实心杆阀和空心杆阀相比，因为在中空阀的阀杆和阀头中都存在腔，可以使用诸如钠的冷却剂，可实现内部冷却的改善，因此中空阀更优。其进一步的优势是重量更轻，避免了热点并减少了CO2。
中空阀通常通过各种工艺(例如锻造、车削和焊接)的组合来制造。特别地，腔的车削或铣削费用昂贵。此外，应避免磁盘表面或其他操作关键位置上的焊点。已知方法的另一个缺点是经常需要大量的处理步骤。例如，US 6,006,713A涉及一种中空阀，该中空阀是通过焊接封闭中空坯料而制成的。
因此，本发明的目的是提供一种中空阀或中空阀的阀体的制造方法，该方法没有上述缺点，同时具有高生产率和良好的材料利用率。
发明内容
根据本发明，该目的通过一种用于制造中空阀的阀体的方法来实现，该方法包括以下步骤：提供碗状半成品，所述碗状半成品具有环形壁和基部，所述环形壁围绕所述碗状半成品的圆柱腔；从所述基部形成阀头；通过成型在轴向上延长所述环形壁，其中在成型期间将心轴***所述腔中；通过旋锻减小所述环形壁的外径，以获得具有预定外径的成品阀体的阀杆。
根据本发明的另一方面，提供碗状半成品可包括：提供至少部分圆柱形的坯料；和由所述坯料形成所述碗状半成品。
根据另一方面，可通过热成型工艺形成所述碗状半成品，特别是通过向后挤压或锻造形成所述碗状半成品。
根据另一方面，可通过热成型工艺形成所述阀头，特别是通过向后挤压或锻造形成所述阀头。
根据另一方面，所述环形壁的延长可采用带有心轴的旋锻或采用通过心轴的熨烫来进行。
根据另一方面，在延长所述环形壁的过程中可使用具有不同直径的多个心轴。
根据另一方面，在延长所述环形壁的过程中，相继使用的心轴的直径可减小。
根据另一方面，所述环形壁的外径的减小可包括多个旋锻子步骤。
根据另一方面，可在不***心轴的情况下进行所述环形壁的外径的减小。
根据另一方面，该方法还可包括将冷却剂，特别是钠，填充到所述腔中；和封闭阀杆。
根据本发明，该目的还通过一种中空阀来实现，该中空阀包括使用上述方法制造的阀体。
附图说明
下面参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例，这些附图示出了以下内容：
图1A-1F示出了根据本发明的由坯料(图1A所示)制造中空阀的阀体(图1F所示)的各个中间步骤。
具体实施方式
图1A至1F示出了根据本发明的制造方法的中间步骤的截面图。优选将本领域技术人员已知的由阀钢制成的坯料2用作起点(参见图1A)。坯料至少部分是圆柱形，优选全部为圆柱形，其对应于待制造的阀体或阀的圆形状。
坯料2被制造为碗状半成品4或图1B所示的工件。碗状半成品包括基部10，随后从该基部形成一个阀头(或阀盘)12，以及环形壁6，该环形壁6围绕着该碗状半成品4的腔8，该腔8是柱形的，优选是圆柱形的，随后从中形成阀杆14。就此，在随后的成型步骤中，任何材料都可以在基部10和环形壁6之间流动。通常，根据本发明，直接提供碗状半成品4；本发明的方法开始于提供图1B所示的碗状半成品4。
阀头12在随后的成型步骤中从基部10形成。这样获得的工件如图1C所示。
优选通过热成型工艺将坯料2成型为碗状工件4，以及从基部10成型阀头12；还优选使用向后挤压或锻造。在向后挤压期间，将压模压入坯料2中以形成腔体8。
在下一加工步骤中，增加环形壁6的轴向长度。在本文中，“轴向”是指由杆限定的纵向方向，即环形壁的轴线。相应地，“径向”是与轴向正交的方向。为了有效地增加长度，在该步骤中，将心轴(未示出)***腔中，从而防止了材料在径向方向上的流动，材料的流动主要在轴向上进行。因此，可以将环形壁6的内径和壁厚调节到期望值。另外，该成型步骤可以由多个子步骤组成，其中多个心轴可选地以直径减小的顺序***。这样获得的半成品形状在图1D和1E中示例性地示出，其中最初使用具有较大直径的心轴来获得图1D所示的半成品状态，随后使用较小直径的心轴，获得图1E中所示的状态。当然，也可以使用两个以上具有不同直径的心轴。
优选地，将带有心轴的旋锻或经由心轴的熨烫用作该延长或伸长的成型工艺。
最后，通过旋锻减小环形壁6的外径，以获得成品阀体16，其阀杆12具有预定的外径D，即期望的目标直径(见图1F)。优选地，在没有***心轴的情况下进行该形成步骤，从而可以有效地减小直径。该步骤不仅会使外径减小，而且使环形壁6的进一步加长，并且在没有心轴的情况下会使环形壁的壁厚增加。因此，考虑到在最后步骤中增加的厚度，可选地在前面的加长步骤中将壁厚设置为稍小，以便获得一定的壁厚，从而对于给定的外径D获得一定的内径。
减小环形壁6的外径的步骤可以分为多个连续的子步骤，每个子步骤通过旋锻来进行。这尤其取决于要减小的直径，即碗形工件(图1E)的初始外径与要获得的成型阀杆12(图1F)的预定外径D之间的差。各个子步骤可以通过带有或不带有心轴的旋锻彼此独立地进行。如果需要大幅度减小直径，需要大量的子步骤，例如，对于至少一些子步骤，可以***心轴，以使环形壁6的厚度不会变得太大。
重要的是，在用于减小环形壁6的外径的旋锻之后，不进行阀体16的进一步的成型步骤，因为这对通过旋锻获得的有益的材料性能不利。因此，旋锻是最后的成型步骤。旋锻是一种增量压力形成过程，其中，要加工的工件从径向的各个侧面快速连续地锤击。由于产生的压力，材料以某种方式“流动”，且材料结构不会因拉伸应力而变形。旋锻优选地作为冷成型工艺进行，即，低于加工材料的重结晶温度。
因此，使用旋锻作为最终成型步骤的一个显着优点是，在旋锻过程中，径向力的传递会产生压缩应力，从而避免了产生拉应力的现象，拉应力会增加裂纹的敏感性。这尤其适用于中空杆的边缘层。例如，当使用拉拔工艺或“颈缩”(收缩工艺，即通过收缩来减小直径)时，会发生这种不希望的拉应力。除其他因素外，旋锻还允许颗粒在工件中不间断的流动。与拉拔工艺或颈缩工艺相比，旋转型锻作为最终成型步骤的其他优点是，可获得的表面质量更高，并且每个步骤的杆径减小得相对较大。由于可获得的高质量表面质量以及旋锻期间可保持的公差非常小，因此通常不需要对阀杆进行后加工。对于诸如颈缩之类的自由形式的工艺或压缩工艺，通常只能实现较差的表面质量或维持公差。因此，在旋锻之后，特别是不采用拉拔工艺或颈缩工艺的方法步骤来减小环形壁的外径。
为了完成制造中空阀的过程，还可以通过阀杆的向外开口端将诸如钠之类的冷却剂填充到阀体的腔中，随后例如通过例如阀杆端件将阀杆的该端封闭，通过例如摩擦焊接或其他焊接工艺(图中未示出)进行连接。
附图标记列表：
2 坯料
4 碗状半成品
6 环形壁
8 腔
10 基部
12 阀头
14 阀杆
16 成品阀体
D 阀杆外径

Claims (13)

1.一种用于制造中空阀的阀体(16)的方法，包括以下步骤：
提供碗状半成品(4)，所述碗状半成品(4)具有环形壁(6)和基部(10)，所述环形壁(6)围绕所述碗状半成品(4)的圆柱腔(8)；
从所述基部(10)形成阀头(12)；
通过成型，在轴向上延长所述环形壁(6)，其中在成型期间将心轴***所述腔(8)中；
通过旋锻减小所述环形壁(6)的外径，以获得具有预定外径(D)的成品阀体(16)的阀杆(14)；
其中，在延长所述环形壁(6)的过程中使用具有不同直径的多个心轴。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，提供碗状半成品(4)包括：
提供至少部分圆柱形的坯料(2)；和
由所述坯料(2)形成所述碗状半成品(4)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过热成型工艺形成所述碗状半成品(4)。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过向后挤压或锻造形成所述碗状半成品(4)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过热成型工艺形成所述阀头(12)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过向后挤压或锻造形成所述阀头(12)。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环形壁(6)的延长采用带有心轴的旋锻或采用通过心轴的熨烫来进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在延长所述环形壁(6)的过程中，使用的心轴的直径相继减小。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环形壁(6)的外径的减小包括多个旋锻子步骤。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在不***心轴的情况下进行所述环形壁(6)的外径的减小。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：
将冷却剂填充到所述腔中；和
封闭所述阀杆。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述将冷却剂填充到所述腔中包括：
将钠填充到所述腔中。
13.一种中空阀，包括使用根据权利要求1至12中任一项所述的方法制造的阀体。
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