气门锥面生产加工工艺资料课件

第二章第二章 气门锥面生产加工工艺气门锥面生产加工工艺 目前世界各国的堆焊方法有：氧乙炔火焰焊，氩弧焊，感应加热真空堆焊，等离子堆焊，最近又试验出激光堆焊，目前激光堆焊还没进行工业化生产。1一、排气门生产工艺路线：例如，CG125排气门，lCG125排气门工艺流程图 挖R 槽 刮粉及堆焊 精车外圆 车成型R 740 回火 其它机加工 N化及抛丸 粗、精磨凡尔线 检凡尔线（气密性检测，圆度仪、投影仪）l刮粉及堆焊、车成型Rl后涂层位置 如图8：2l二 真空熔结工艺l熔结工艺和烧结工艺的根本区别在于：高温时产生的熔融液相占物料总数的含量不同，大致的分水岭是25%质量分数，小于此数为烧结，因相液不够，故烧结的气孔率较高，大于此数为熔结，熔结体气孔小，甚至为零。l真空熔结工艺流程可分为一步法和二步法，一步法仅适用于工件的涂层金属元素，合金或表面硬化合金，在一般情况下，涂层较少，厚度有限，二步法适用于涂更为广泛的金属表面材料，厚度不限，甚至可超越涂层范围而成为多种金属的复合件。3l一步真空熔结的工艺流程如下：4l三 真空熔结涂层工艺性l1 从表面冶金的观点来看，理想的涂层工艺至少需要量满足以下要求：l在涂层合金与基体金属之间必须形成牢固的冶金结合。l涂层形成后需保持涂层合金原有的性能。l在涂层形成过程中，不应损害基体金属的强度 及其它力学性能。5第三章第三章 气门锥面失效形式原气门锥面失效形式原因分析，防止及预测因分析，防止及预测 6l序言：人类在生产实践中应用金属及合金材料已经有几千年的历史，通过使用及生产实践，人类为了发展生产力，促进经济发展，不断提高生产质量，同金属及合金制造的各种零部件与使用过程中不断出现的破断现象进行了长期的斗争，积累了金属零件破断等失效原因及性质的实践经验，将一些分散的实践经验及有关的理论研究成果加以系统化，探明金属零件在制造和使用过程中发生各种失效类型及断裂故障与金属及合金的冶金质量制造工艺及使用条件的关系，研究各种原因造成的裂纹，断裂及常温机械零件服役产生疲劳断裂及环境破断。7l破断形式：l如：应力腐蚀破断、氢脆破断，蠕变破断、腐蚀疲劳破断、热疲劳破断与低熔点金属接触破断，应力松弛失效，高温疲劳断裂，微震磨损-振幅在10-710-3mm振中滑动而引起的轻微磨损，微振疲劳，微振磨损，磨损腐蚀以及其它冲击失效模式。l磨损：酸蚀磨损，磨粒磨损，表面疲劳磨损，塑性变形磨损，微振磨损，冲击磨损，l腐蚀：化学腐蚀，裂缝腐蚀，晶间腐蚀，冲刷侵蚀，气体涡流侵蚀，生物侵腐，动力侵腐，8 上述是人类总结机械零件失效类型和各种情况，气门锥面产生磨损失效分析，因此发动机排气门在高温高压，高压气流的冲刷环境之下，势必须从高温机械性能这个角度考虑问题。金属材料在高温工作下和常温工作时的要求是不同的常温工作性能良好，不一定在高温下长载荷下好，而性能变化规律相当复杂，常温下材料强度一般与时间无关，但是在高温下则不然，高温下材料内原子振幅加大，原子结合力下降，导致强度下降，而且还和时间有很大关系，高温材料研究时考虑时间因素是主要的，在常温或较低温时有较高性能金属材料，在长期高温工作下，结果产生穿晶断裂过渡到晶界断裂，使钢脆化，延性（塑性）下降，是众所周知，同时在高温下金属材料内部组织结构会发生不同程度的改变，因此高温下金属材料机械性能指标主要是蠕变强度和持久强度，短时抗拉强度，应力松弛，高温疲劳高温硬度指标考核。9l一 排气门锥面失效l锥面失效主要形式：麻点;磨损;崩溃l1 侵蚀麻坑l内燃机气阀的工作条件相当复杂，长期处在高温燃气腐蚀介质和机械撞力和冷热疲劳应力的联系作用下工作，排气门的工作温度约在700800高温内工作，一般汽油机约高于柴油机，当排气阀与阀座相闭合时，排气阀的密封面也就是阀面的中心部位，会因闭合撞力产生落座冲击力，据计算常用的135型柴油机的冲击应力为84MPA左右。10l排气阀的主要损坏现象是在阀面密封带上产生许多“麻坑”，如下图所示。把一个细小的麻坑放大2000倍，如图所示，明显看出，麻坑是金属材料表面因受到腐蚀疲劳 而层层剥落的结果，阀面密封带上出现麻坑后，导致密封不严，气缸漏气，内燃机形成 腐蚀疲劳剥落坑。11损坏现象是在阀面密封带上产生许多损坏现象是在阀面密封带上产生许多“麻坑麻坑”视图视图12l内燃机排气阀的损坏机理是一种典型的热腐蚀疲劳磨损，排气阀由 4Gr10Si2M与 5Gr21Mn9Ni4N 等到耐热钢制成，4Gr10Si2Mo的屈服强度在600高温下为 0.2=375MPa。远远高于气阀落座冲击力加上冷热疲劳的应力水平，不可能造成阀面的撞 击疲劳磨损，在燃气腐蚀介质中，并不是在整个阀面上都出现麻坑，而只在阀面中部的密封带上出现麻坑，这说明在单一的燃气腐蚀条件下，气阀用钢有中够的耐腐蚀能力，因此，麻坊的出现只能是腐蚀与疲劳磨损的联合破坏结果，据分析测定，汽油机排气阀的损坏机理是磷酸盐热腐蚀疲劳磨损，而柴油机是硫氧联合腐蚀疲劳磨损。l真空熔结Co基合金涂层可以有效解决内燃机排气阀的热疲劳磨损问题 13l二 排气门锥面磨损l排气门锥面在工作下，受到冲击负荷，微振滑动，排出气沉积碳黑形成磨料，产生磨粒在表面磨擦滑动，产生磨损，气流严重磨损，产生磨损性能如图：14l磨损分析1）、气门间隙过大，使废气排除不彻底，造成发动机功率不足，加快气门杆等相关的运动件的磨损。如造成气门锥面的磨损。2）、气门弹簧力过大，也会增加配气机构有关零件的接触应力，产生更大的冲击和振动，加剧相关件的磨损。如造成气门锥面的磨损。3）、气门锥面的磨损，主要原因，也是由于气门频繁开闭与气门座碰撞、高温气体冲击，使气门锥面被氧化及进入气缸体的杂质附着在锥面磨损引起的。15l一）气门锥面的腐蚀磨损。l发动机在工作过程中，进排气门频繁开闭，与气门座剧烈碰撞的频率很高，倘若受到强烈气流的侵蚀和酸性物质的腐蚀，其锥面就会渐渐发生氧化而产生早期磨损，其主要为：密封面上出现凹陷，颈部产生麻点，严重时表面呈蜂窝状，这种状态一般是由于燃料，润滑油等油品的质量欠佳以及不同牌号的油混合使用后氧化变质所致，但其中有一点容量使人们忽视，若车辆长期在尘土较多的地区行驶，而该区域空气中的酸性气体浓度又偏高，再加上用户对空滤器不能及时清洁保养，气门锥面必然会受到随空气吸入的酸气及异粒杂质的猛烈冲刷和侵蚀，使气门产生了腐蚀磨损。16l二）气门的燃蚀l1）众所周知，发动机燃气爆炸时的瞬间温度高达20002500，燃烧室内的爆发压力达到50kg/cm以上，为了保证发动机正常工作的需要，要求整个燃烧室内不能有丝毫的燃气泄露，倘若气门的锥面上出现麻点，和酸气体腐蚀后造成的斑点，蚀点，气门，与气门座的密封性能将逐渐丧失。当排气冲程终止了进气冲程开始时，由于排气门关闭不严，废气会返回汽缸冲淡了燃烧室内的新鲜混合气，从而降低了燃烧速度，由此影响了气门的散热和燃烧室内正常的“热”平衡使排气温度骤升热负荷增大，最终导致气门边缘形成燃烧。17l2）气门锥面的密封除了与气门座需保持吻合贴实外，若气门弹簧弹力下降（通常的原因是，气门弹簧受机内持续高温的影响而产生弯曲，或弹簧的自由长度缩短使其弹性急剧下降所引起的），因其紧力不够，使气门工作面产生泄露，最终造成气门燃烧。l3）若发动机润滑系统工作不良，机油将起不到润滑作用，发动机会产生“过热”现象，气门长期在过热的状态下工作，会逐渐形成烧蚀磨损，严重时还会产生裂纹，给予配气机构留下致命的隐患，对此，应尽快找出润滑系统的故障点，更换相关的零部件。18l4）气门间隙是为了保证发动机配气机构正常工作而设置的，若气门间隙过大，气门机构将迟开早闭，不但使气门的开启时间缩短，还会造成进气不足，排气不畅并发出异常敲击声。气门在无数次的反复冲击下，零件的强度将转弱，严重时会产生疲劳损伤，使气门杆身出现裂纹甚至断裂；气门间隙偏小时会使气门机构早开晚闭，发动机温度高后零件受热膨胀自然伸长会自动顶开气门，使气门关闭不严，引起漏气，最终造成汽缸内压缩压力下降并引发化油器回火，它会使燃烧不完全，气门及气门座处产生大量积炭，并在强大的气流的冲刷下最终形成烧蚀磨损。19l综上所述，气门损坏的后果是极其严重的，其损坏的因素也是多方面引起的，有时是相互牵连，相互影响的，要想避免气门的早期损坏，延长使用寿命，必须按各型号车辆的使用说明书的要求，进行适时保养和维护，并切记以下几点注意事项：lA 定期对空气滤油器进行维护和保养，保持发动机“口腔”处的清洁，同时着重检查人们容易忽视的空滤器与化油器接口处以及进气管与汽缸盖处的密封状况，防止发动机“病从口入”。20lB 气门的密封面最怕酸性物质的腐蚀，因此应严格按使用说明书规定的牌号，正确选用燃油和润滑油，并照有关规定定期更换曲轴箱内的机油。在这里还必须强调：禁止使用已氧化变质和假冒油品，要知道它是气门产生异常磨损及早期损坏的主要原因。lC 平时在操作车辆时，需留神听发动机的响动（尤其在怠速工况），如出现异声时应及时检查高速气门间隙，如有气门顶端出现凹陷或其头部弯曲应视情况更换，切不可勉强代用，以免后患无穷。21lD 若车辆用于长距离行驶且经常处于满负荷状态，冷车起动较新时困难许多（即使是夏季也需加浓混合气，此时应考虑检查汽 的压缩压力，最好使用汽 压力表进行检查，如无压力表，可拆下火花 ，用手指住其孔，同时使油门处于全开位置，脚踩起杆感觉汽 压缩压力较小，则说明进排气门已严重磨损，应立解发动机，若气门的锥面上有深沟或有较多麻点，需进行必要的修磨，同时将燃烧室及气门上的积碳全部清除干净。lE 冬季使用车辆时一定要注意充分暖机，待机温高后才能负载行驶，切不可冷车时猛加油门至最高转速，因为此时发动机的的运转及磨擦副表面上的油膜还没有形成，猛拉油门极易使链条传动的气门机构形成粘着而回位不及时，使进，排气门发生碰撞，严重时会导致杆身断裂并打坏活塞环，这种人为操作的故障已有先例，望广大用户和车迷朋友们给以高度重视。22气门锥面失效形式气门锥面失效形式产生原因及防止措施补救办法产生原因及防止措施补救办法23失效形式 产生原因 防止措施及解救办法 一气门锥面腐蚀磨损（点蚀，麻坑）1、润滑油质量欠佳、不同牌号的油混合使用后氧化变质2、空气不纯1、禁止使用已氧化变质和假冒油品2、经常清洗空滤器过滤网，或换新的过滤器二、气门锥面磨损（摩擦磨损及磨粒磨损）1、高温气体冲击2、气门锥面产生偏磨而造成漏气3、气门间隙偏小4、缸头坐圈过窄4、司太立合金粉质量问题1、采用雾化优良的化油器控制窜油，减少微振磨损2、经常清洗空滤器过网或换新的过滤器,使用优质燃油3、控制缸头坐圈宽度4、严控气门门线，坐圈跳动。5、对焊合金工艺过程严格控制及其检查三、气门锥面烧蚀1、排气门关闭不严，废气会返回汽缸2、发动机温度过高1、控制气门使用中的关闭不严情况，降低发动机的温度24产生原因：1）由于燃料，润滑油等油品的质量欠佳以及不同牌号的油混合使用后氧化变质所致。2）若车辆长期在尘土较多的地区行驶，而该区域空气中的酸性气体浓度又偏高，再加上用户对空滤器不能及时清洁保养，气门锥面必然会受到随空气吸入的酸气及异粒杂质的猛烈冲刷和侵蚀，使气门产生了腐蚀磨损。因此主要是强烈废气流冲击和被腐蚀物质腐蚀引起的锥面呈蜂窝状。一、气门锥面腐蚀磨损（点蚀，麻坑）气门锥面的磨损，发动机在工作过程中，进排气门开关频繁，与气座剧烈碰撞的频率很高，倘若受强高温废气流的侵袭和酸性物质的腐蚀，气门锥面就会逐渐发生氧化而产生早磨损，其主要特征为：气门密封面上上出现凹陷，颈部产生麻点，严重时表面呈蜂窝状。25l防止措施及解救办法 l1、气门的密封面最怕酸性物质的腐蚀，因此应严格按使用说明书规定的牌号，正确选用燃油和润滑油，并照有关规定定期更换曲轴箱内的机油。禁止使用已氧化变质和假冒油品。26l二 气门锥面磨损（摩擦磨损及磨粒磨损）l主要原因：l1、气门频繁开闭与气门座碰撞，高温气体冲击，使气门锥面被氧化及进入气缸体的杂质附着锥面磨损起来。l2、气门杆的磨损后，车辆经常处于低档高速或大扭转的爬坡工况，气门杆磨擦副的热量得不到及时散发而温度陡升使磨损加剧，气门与气门导管孔的配合间隙逐渐增大，气门杆在工作过程中来回晃动，使气门锥面产生偏磨而造成漏气。这样由于微振现象造成微振侵蚀磨损正常斜角锥面与缸头座圈锥面门线接触由相对运动（气门旋转）产生摩擦后磨损。27l3，气门间隙是为了保证发动机配气机构正常工作而设置的，若气门间隙过大，气门机构将迟开早闭，不但使气门的开启时间缩短，还会造成进气不足，排气不畅并发出异常敲击声。气门在无数次的反复冲击下，零件的强度将转弱，严重时会产生疲劳损伤，使气门杆身出现裂纹甚至断裂；气门间隙偏小时会使气门机构早开晚闭，发动机温度高后零件受热膨胀自然伸长会自动顶开气门，使气门关闭不严，引起漏气，最终造成汽缸内压缩压力下降并引发化油器回火，它会使燃烧不完全气门及气门座处产生大量积炭，并在强大的气流的冲刷下最终形成气门烧蚀磨损。而且，碳黑粒在摩擦体之间形成磨料磨损。28l4、气门坐圈过窄，虽初期密封较好，但气门坐与气门锥面容易磨损。l5、严格控制进排气门的锥面跳动，及缸头坐圈跳动，减少微振条件。l6、司太立合金粉质量问题（化学成分，高温性能）及其堆焊产生的一些冶金缺陷）。29防止措施及解救办法：防止措施及解救办法：减少积碳，减少磨粒磨损：l1 化油器性能达不到设计要求，燃油雾化不良，采用雾化优良的化油器。l2 空气滤清器失效（功能作用）除尘作用不佳，经常清洗空滤器过滤网，或换新的过滤器。l3 燃油质量不好，含有多量的胶质，使用优质燃油。l4、气缸窜油，控制窜油，减少微振磨损，经常维护使用时定期的检查导管有喇叭口，或导管被磨成椭圆形。气门锥面上有黑色积碳和灰白色的氧化铝，可将其放在煤油溶液里清洗。l5、严格对入厂的司太立合金按技术指标进行入厂前化学成分，硬度等检查，对工艺过程严格控制及其检查。30l三 气门锥面烧蚀产生原因 l气门的烧蚀：l1、发动机燃气爆炸时的瞬间温度高达20002500，燃烧室内的爆发压力达到50kg/cm以上，若气门的锥面上出现麻点，和酸气体腐蚀后造成的斑点，蚀点，气门，与气门座的密封性能将逐渐丧失。当排气冲程终止了进气冲程开始时，由于排气门关闭不严，废气会返回汽缸冲淡了燃烧室内的新鲜混合气，从而降低了燃烧速度，由此影响了气门的散热和燃烧室内正常的“热”平衡使排气温度骤升热负荷增大，最终导致气门边缘形成燃烧。31l2、气门锥面的密封除了与气门座需保持吻合贴实外，若气门弹簧弹力下降（通常的原因是，气门弹簧受机内持续高温的影响而产生弯曲，或弹簧的自由长度缩短使其弹性急剧下降所引起的），因其紧力不够，使气门工作面产生泄露，最终造成气门燃烧。l3、若发动机润滑系统工作不良，机油将起不到润滑作用，发动机会产生“过热”现象，气门长期在过热的状态下工作，会逐渐形成烧蚀磨损，严重时还会产生裂纹，给予配气机构留下致命的隐患，对此，应尽快找出润滑系统的故障点，更换相关的零部件。32l防止措施及解救办法：l1 如果发生漏气现象，及时检查配气系统的弹簧，弹力是否失效，防止发动机燃烧过程中发生进排气门早开迟闭的现象。（保持气门座与气门良好的密封性）l2 保持发动机良好的润滑系统，防止发动机过热。l3 使用和装配时，防止气门间隙过小，以致气门与气门座闭合不严密而使得燃烧的气体从缝隙中窜出来，时间长了就会使排气门燃烧。l4 减少过油量，因过油量过大，往往燃烧不完全。l5 防止气门所加机油过多l6 防止机器长时间地在过热情况下超负荷运转。33