雙層/三層閥導(dǎo)承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的閥導(dǎo)承，其通過粉末冶金工藝制備，并且包括中心部分、面對凸輪的端部件和面對導(dǎo)管的端部件。中心部分由第一材料制成，面對導(dǎo)管的端部件由第二材料制成，第二材料具有超過70HRB的硬度，而第一材料的硬度比第二材料的硬度低至少10HRB。
【專利說明】雙層/三層閥導(dǎo)承
[0001]本發(fā)明涉及一種通過粉末冶金工藝制造的用于燃燒發(fā)動機(jī)的閥導(dǎo)承，所述導(dǎo)承包括中心部分、面對凸輪的端部件和面對導(dǎo)管的端部件。
[0002]用于燃燒發(fā)動機(jī)的閥導(dǎo)承位于氣缸頭部，并且目的在于以下述方式引導(dǎo)搖動閥:其與閥座環(huán)緊密接觸，用這種方式能夠封閉氣體導(dǎo)管。
[0003]閥導(dǎo)承已經(jīng)用粉末冶金裝置制造了數(shù)十年。除了其他因素之外，由于制造工藝中固有的原因?qū)е碌目紫堵室彩翘貏e有利的，原因在于其使得孔填充有油，油增強(qiáng)了閥導(dǎo)承和閥桿之間的潤滑效果。由于搖動運(yùn)動產(chǎn)生了摩擦，這些部件之間良好的潤滑是必須的。
[0004]基本上，安裝在燃燒發(fā)動機(jī)中的閥導(dǎo)承可以被細(xì)分成中心部分、凸輪側(cè)和導(dǎo)管側(cè)端部件。所有這些部分暴露于不同的環(huán)境條件，并且必須實(shí)現(xiàn)不同的功能。
[0005]例如，導(dǎo)管側(cè)端部件(特別在出口閥中)暴露于高溫下，并且由于這個原因必須耐熱、不易腐蝕和耐磨。
[0006]中心部分基本上包圍閥導(dǎo)承的中間區(qū)域，一方面，該中心部分目的在于傳導(dǎo)來自導(dǎo)管側(cè)端部件的熱量，并且將其朝向氣缸頭部(其被冷卻)輸送。另一方面，中心部分還必須保證導(dǎo)承和閥桿之間的良好潤滑。此外，中心部分的良好工作能力也必須被確保，以使得在發(fā)動機(jī)構(gòu)造人員完成加工工藝之后，在氣缸頭部中保證閥校準(zhǔn)所需要的高的尺寸精確度。
[0007]從氣缸頭部突出的凸輪側(cè)端部件也應(yīng)該是耐磨的，雖然由于較低的環(huán)境溫度，比如磨耗和粘附的磨損機(jī)制的影響并沒有比導(dǎo)管側(cè)端部件情況下嚴(yán)重。理想情況下，確保油和氣體不要在凸輪側(cè)上排出氣缸頭部。
[0008]由單一材料制成的閥導(dǎo)承不能夠滿足三個不同部分的所有功能性要求。雖然高孔隙率的材料有益于例如吸收油，但是由于現(xiàn)有孔的影響，其同時也易受腐蝕。這種材料適合于用于中間部分，但是不太適于用于導(dǎo)管側(cè)。油可以繼續(xù)通過孔排出。另一個例子是特別耐磨的材料，其只能被困難地加工，這對于凸輪側(cè)材料而言是正確的。
[0009]在公開文本GB780 073 A中描述了問題的解決方案，其提出避免冶金工藝制造的閥導(dǎo)承中的氧化和腐蝕。這通過提供耐腐蝕的金屬外殼產(chǎn)生，該金屬外殼通過涂覆閥導(dǎo)承或者閥導(dǎo)承的部件而應(yīng)用。
[0010]公開文本DE 103 43 680 Al公開了一種目標(biāo)在于通過用銅熔滲凸輪側(cè)端部而增加閥導(dǎo)承對油和氣體的密封性的方案。
[0011]上述公開本文僅僅提供了閥導(dǎo)承的三個部分必須滿足的各種要求的部分解決方案。此外，以上提及的所有的措施皆涉及非固有的閥導(dǎo)承性能。實(shí)際上，為了產(chǎn)生期望的效果，需要額外的工作步驟，以用于在閥導(dǎo)承上提供或者布置耐腐蝕外殼或者銅套筒。
[0012]因此，在后發(fā)明的目的在于提供一種通過粉末冶金工藝制備的閥導(dǎo)承，所述閥導(dǎo)承由不同材料制成的多個部分組成，以同時滿足各個部分的所有不同的和專門的要求。
[0013]該目的通過以上首先提及的那種通過粉末冶金工藝制備的閥導(dǎo)承實(shí)現(xiàn)，其中中心部分由第一材料組成并且導(dǎo)管側(cè)端部件由第二材料組成，其中第二材料具有超過70HRB的硬度，并且第一材料的硬度比第二材料的硬度低至少10HRB。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于閥導(dǎo)承的獨(dú)立部分被改造成符合不同的(材料)需要。
[0015]凸輪側(cè)端部件可以由第一、第二或第三材料制造。使用第一或第二材料特別有利于制造工藝。因此，尤其按壓操作能夠被簡化和縮短。優(yōu)選地，凸輪側(cè)端部件也可以由第二材料組成。
[0016]上文提及的材料例如是具有每種情況下所要求的性能的燒結(jié)鋼等級。
[0017]例如，第一材料包含以下成分:
[0018]—78 至 88%w/w 的 Fe，
[0019]—10 至 20%w/w 的 Cu，
[0020]—0.8至1%￥/\￥的]\111，
[0021]—0.4至0.6%w/w的S，以及
[0022]—0.8至2%￥/\￥的〇。
[0023]成分基于燒結(jié)材料的分析。
[0024]其他元素/合金化成分可以存在至多總量的4%w/w。
[0025]第一材料的具體成分例子如下:
[0026]—84%w/w 的 Fe，
[0027]—12%w/w 的 Cu，
[0028]—0.8%w/w 的 Mn，
[0029]—0.5%w/w的 S，
[0030]—0.9%w/w 的 C，
[0031 ]一如果需要，其他元素/合金化成分至多100%w/w。
[0032]其中，第一材料的銅含量不包括恪滲銅。
[0033]至少10%的銅含量確保了高的導(dǎo)熱率。這樣，中心部分能夠?qū)?dǎo)管側(cè)和閥處出現(xiàn)的高溫傳遞給凸輪側(cè)。在按壓操作之前，銅被以銅或者銅合金粉末的形式添加到混合物。硫和軟的硫化錳(MnS)用作固體潤滑劑，并且在可用于潤滑的機(jī)油量不足的情況下，提升導(dǎo)承和桿的摩擦學(xué)系統(tǒng)的緊急操作特性。第一材料的成分保證良好的加工性能。
[0034]例如，第二材料包含以下成分:
[0035]一82 至 86%w/w 的 Fe，
[0036]—1.0至1.5%w/w的Cr，
[0037]—12 至 16%w/w 的 Cu，
[0038]—0.6至0.8%界/\￥的]\111，
[0039]—0.4至0.6%w/w的 S，
[0040]— 0.5至2.0%w/w的C，以及
[0041 ]一如果需要，其他元素/合金化成分可以總計至多3.5% w/w。
[0042]成分基于燒結(jié)材料的分析。
[0043]第二材料的具體成分例子如下:
[0044]—84%w/w 的 Fe，
[0045]—1.2 Ww的Cr，
[0046]—12%w/w 的 Cu，
[0047]—0.7%w/w 的 Mn，
[0048]—0.5%w/w的 S，
[0049]—0.6%w/w的C，以及
[0050]—如果需要，其他元素/合金化成分至多100% w/w。
[0051 ]其中，第二材料的銅含量不包括恪滲銅。
[0052]與第一材料比較的不同點(diǎn)在于鉻含量，其由于碳化鉻的結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生較高的耐磨性。此外，第二材料能夠在很長時間段內(nèi)承受高溫。由于導(dǎo)管側(cè)端部件所暴露于較高溫度，通常，導(dǎo)管側(cè)端部件傾向于比凸輪側(cè)承受更嚴(yán)重的磨損。因?yàn)檫@個原因，第二材料的特征在于優(yōu)良的耐磨性。
[0053]因?yàn)橛糜谌紵l(fā)動機(jī)的閥導(dǎo)承部件中的磨損機(jī)制，粘附和磨耗是經(jīng)常遇到的。該粘附和磨耗在閥導(dǎo)承和閥桿之間出現(xiàn)，并且被發(fā)現(xiàn)在導(dǎo)管側(cè)上比在凸輪側(cè)上更加明顯。磨損帶來的主要問題在出口閥導(dǎo)承系統(tǒng)中出現(xiàn)。這些問題可以導(dǎo)致閥導(dǎo)承和閥桿之間的間隙寬度/空隙，從而增加了允許進(jìn)入滑動區(qū)域的顆粒，這可能最終導(dǎo)致閥桿堵塞，并且結(jié)果是發(fā)動機(jī)故障。因此，第二材料的銅含量另外還用來提高機(jī)械性能，例如硬度和強(qiáng)度。
[0054]第一和第二材料在硬度上不同，其中中心部分的第一材料的、與導(dǎo)管側(cè)端部件的第二材料相比較低的硬度保證良好的加工性能，而導(dǎo)管側(cè)端部件的較硬的材料極大地增強(qiáng)了耐磨性和耐熱性。
[0055]通過粉末冶金工藝制備的閥導(dǎo)承的中心部分的典型的導(dǎo)熱率范圍在21和48 W /(HlK)之間。
[0056]與其他閥導(dǎo)承系統(tǒng)(例如，澆筑設(shè)計)相比，粉末冶金制造的閥導(dǎo)承的優(yōu)點(diǎn)在于它們具有能夠吸收一定量油的孔。較高的油含量提高了閥導(dǎo)承的潤滑效率。由于在閥導(dǎo)承和閥桿之間產(chǎn)生了固定的摩擦，這被認(rèn)為是有顯著的益處。
[0057]以Fe為基礎(chǔ)的粉末冶金制造的閥導(dǎo)承的密度在6.5和7g/cm3的范圍內(nèi)。這導(dǎo)致大約10至20%的孔隙率。因?yàn)橹行牟糠中枰叩目紫堵?，所以第一材料的孔隙率的范圍?5和20%之間，并且優(yōu)選地，在17和20%之間。中心部分的孔隙率與吸油能力有關(guān)，并且影響摩擦學(xué)特性。
[0058]在本發(fā)明的實(shí)施方式中，粉末冶金制造的閥導(dǎo)承可以額外地設(shè)置有應(yīng)用到凸輪側(cè)的熔滲銅。優(yōu)選地，熔滲應(yīng)該發(fā)生在凸輪側(cè)端部件的外側(cè)和/或前側(cè)。這增加了對于油和氣體的密封性，并且額外地降低了對環(huán)境有害的機(jī)油的消耗。熔滲銅達(dá)到了最大從外表面向下延伸到凸輪側(cè)端部件的壁中心的區(qū)域，然而優(yōu)選地，進(jìn)入具有I至3毫米的厚度的表面層區(qū)的區(qū)域中。
[0059]創(chuàng)造性的閥導(dǎo)承的制備可以發(fā)生在五個步驟中。在第一步驟，將由第二材料組成的用于凸輪側(cè)端部件的粉末填充到與沖壓機(jī)同軸布置的模具中，并且如果有利的話，借助于按壓工具預(yù)先壓實(shí);在第二步驟，由第一材料組成的用于中心部分的粉末將要被填充到模具中，并且如果合適的話，借助于按壓工具預(yù)先壓實(shí)；在第三步驟，由第二或第三材料組成的用于凸輪側(cè)端部件的粉末將要被填充到模具中，并且如果有利的話，借助于按壓工具；在第四步驟，使用按壓工具在模具中壓實(shí)整個閥導(dǎo)承，其中壓實(shí)的形式由模具的形式和沖壓機(jī)的形式特別確定；以及在第五步驟中，燒結(jié)整個閥導(dǎo)承。然而，閥導(dǎo)承部分的壓實(shí)順序還可以顛倒，以使得首先壓實(shí)導(dǎo)管側(cè)端部件，然后壓實(shí)中心部分，最后壓實(shí)凸輪側(cè)端部件。不用說，在中心部分和凸輪側(cè)端部件由相同材料組成的情況下，可以省略工作步驟。此外，凸輪側(cè)端部件也可以由第三材料制備。單獨(dú)的壓實(shí)步驟可以融合成單個步驟，以使得中間的壓實(shí)步驟可以被省略。
[0060]可以將按壓添加劑(例如，蠟)添加到粉末混合物，以提高壓實(shí)的粘附性。在隨后的燒結(jié)過程中，蠟將被完全蒸發(fā)，并且通過這種方式，將不再出現(xiàn)在燒結(jié)的閥導(dǎo)承中。
[0061]與提供由單個材料制造的閥導(dǎo)承的方法相反，本方法提供的優(yōu)點(diǎn)在于:能夠借助于按壓操作很好地調(diào)節(jié)中心部分的密度和孔隙率。
[0062]在該方法的【具體實(shí)施方式】中，緊湊的閥導(dǎo)承和銅主體可以燒結(jié)在一起，其中銅主體與緊湊的閥導(dǎo)承的凸輪側(cè)緊密接觸或者擱置在該凸輪側(cè)上，并且在其重量方面該銅主體被適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)以適配將被熔滲的銅的量。優(yōu)選地，銅主體是套筒。應(yīng)該看到有利的是，由若干材料組成的閥導(dǎo)承和使得對于油和水的密封性增加的銅主體借助于單個工作步驟一燒結(jié)操作一相互接合。
[0063]閥導(dǎo)承的單個元件或部分還可以通過粉末冶金工藝分開制造，并且隨后通過摩擦焊接彼此接合。
[0064]附圖是截面圖，其通過實(shí)例示出了本發(fā)明提出的閥導(dǎo)承I的實(shí)施方式。閥導(dǎo)承包括凸輪側(cè)端部件2、中心部分3和導(dǎo)管側(cè)端部件4。閥桿在其中移動的孔已經(jīng)被給出了附圖標(biāo)記
5。在該實(shí)施方式中，中心部分由第一材料7組成，凸輪側(cè)和導(dǎo)管側(cè)端部件由第二材料6組成。
【主權(quán)項】
1.一種通過粉末冶金工藝制備的用于燃燒發(fā)動機(jī)的閥導(dǎo)承，所述導(dǎo)承包括中心部分、面對凸輪的端部件和面對導(dǎo)管的端部件， 其特征在于，中心部分由第一材料組成，導(dǎo)管側(cè)端部件由第二材料組成，其中第二材料具有超過70HRB的硬度，而第一材料的硬度比第二材料的硬度低至少10HRB。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，凸輪側(cè)端部件由第一材料、第二材料或者第三材料組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，所述第一材料由78至88%w/w的Fe、10至20%￥/\￥的(]11、0.8至I%w/w的Μη、0.4至0.6%的S、0.8to I%w/w的C以及至多4%w/w的其他元素組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，所述第二材料由82至86%w/w的Fe、1.1 至 1.3% w/w 的 Cr、12 至 16% w/w 的 Cu、0.6 至0.8 %w/w 的 Μη、0.4至 O ?6%￥/'\￥的3、0.5至0.7%￥/\￥的0以及0.9至1.l%w/w的Sn組成。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，用于中心部分的第一材料具有范圍在21和48W/(mK)之間的導(dǎo)熱率。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，第一材料具有范圍在10和20%之間的孔隙率，并且優(yōu)選地，在15和20%之間。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，閥導(dǎo)承的凸輪側(cè)端部件的外側(cè)和/或前側(cè)的熔滲銅，以提高對于油和氣體的密封性。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥導(dǎo)承，其特征在于，熔滲銅包圍從凸輪側(cè)端部件的外側(cè)到壁中心的區(qū)域，優(yōu)選地，I至3_深度的表面層區(qū)域。9.一種制備根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的閥導(dǎo)承的方法，其特征在于，首先，將用于閥導(dǎo)承的單獨(dú)部分的粉末依次填充到與沖壓機(jī)同軸布置的模具中，接著，借助于按壓工具壓實(shí)模具中的整個閥導(dǎo)承，其中壓實(shí)的形式由模具和沖壓機(jī)的形式特別地確定，并且在最后的工作步驟中燒結(jié)整個閥導(dǎo)承。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對于至少一個填充步驟，執(zhí)行預(yù)先壓實(shí)步驟。11.一種制備根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的閥導(dǎo)承的方法，其特征在于，閥導(dǎo)承的單獨(dú)部分用粉末冶金方法通過壓實(shí)和燒結(jié)制備，并且通過摩擦焊接接合在一起以形成閥導(dǎo)承。
【文檔編號】C22C38/60GK105873699SQ201480069971
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】I·亨謝, C·布勒金, E·科勒, D·埃姆德
【申請人】布萊史塔生產(chǎn)有限兩合公司