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零件裝配與結(jié)構(gòu)組成 |
柴油機氣門導(dǎo)管的作用圖解和安裝位置 |
摘要：氣門導(dǎo)管是柴油機的重要零部件之一，他的質(zhì)量和性能直接影響著柴油發(fā)電機的工作效率和壽命。由于需要承受高溫高壓和頻繁的運動振動，氣門導(dǎo)管的要求十分高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝不能滿足其復(fù)雜結(jié)構(gòu)的要求。因此，粉末冶金成型成為一種高效、精密且經(jīng)濟的生產(chǎn)工藝方式。粉末冶金是一種以金屬粉末為原料，通過粉末的均勻混合、成型、燒結(jié)等工藝過程，制備出高精度、復(fù)雜度高、耐用性好的柴油發(fā)動機零部件。
一、氣門導(dǎo)管基本構(gòu)造和作用
1、氣門導(dǎo)管的作用
氣門導(dǎo)管起氣門的導(dǎo)向作用，使氣門能正確地座落在氣門座上，并將氣門的熱量傳遞出去，其構(gòu)造和固定方法，如圖1所示。氣門導(dǎo)管一般制成獨立式的，然后再以少許公盈量壓入汽缸體或汽缸蓋上。氣門導(dǎo)管與氣門桿留有適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙太大會使氣門擺動密封不好。由于氣門與氣門導(dǎo)管間的潤滑較為困難，所以其間隙也不能太小，否則，會增加兩者的磨損。
氣門導(dǎo)管是汽缸蓋內(nèi)支撐氣門的孔，它相當(dāng)于一個襯套，氣門桿可以在里面滑動。氣門導(dǎo)管是汽缸蓋的一部分，它幫助支撐和定位氣門，以便氣門能夠正確地落座。氣門導(dǎo)管也有散熱的作用，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量經(jīng)過氣門后再傳遞給氣門導(dǎo)管，如圖2所示為一個氣門導(dǎo)管，并顯示了熱量是如何傳遞到氣門導(dǎo)管，再到汽缸蓋，最后傳遞給冷統(tǒng)的。
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圖1 柴油機氣門導(dǎo)管位置圖 |
圖2 柴油機氣門導(dǎo)管作用圖 |
2、氣門導(dǎo)管間隙
氣門桿與氣門導(dǎo)管之間的間隙十分重要。一般的，這個間隙在0.2~0.4mm之間。如果氣門導(dǎo)管磨損，間隙變大，可能會發(fā)生多種故障。氣門可能漏氣，導(dǎo)致空燃比發(fā)生變化；機油可能通過氣門導(dǎo)管泄漏，導(dǎo)致機油消耗增大；氣門也可能不能平穩(wěn)地落座，導(dǎo)致氣門座快速磨損。圖3所示為機油是如何通過氣門導(dǎo)管的。在圖3（a）中，進氣門的導(dǎo)管間隙太大。因為進氣門產(chǎn)生的真空度，經(jīng)過氣門導(dǎo)管的所有機油都將被吸入燃燒室中燒掉。在圖3（b）中，排氣門的導(dǎo)管間隙太大，機油將被吸到廢氣流中燒掉，然后與廢氣一起被排出。以上任何一種情況都會增大機油的消耗量，并且在廢氣中有燃燒過的機油。
3、氣門導(dǎo)管類型
氣門導(dǎo)管有兩種類型：一體式和鑲?cè)胧健?/span>
（1）一體式導(dǎo)管在汽缸蓋中直接加工而成，如圖4（a）所示。
（2）鑲?cè)胧綄?dǎo)管是一些壓裝在汽缸蓋內(nèi)的小圓筒，如圖4（b）所示。
當(dāng)氣門導(dǎo)管過度磨損時，鑲?cè)胧綄?dǎo)管可以拆下來，換上一個新的鑲?cè)胧綄?dǎo)管。但是，一體式導(dǎo)管不能這樣更換。
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圖3 當(dāng)氣門導(dǎo)管磨損時，機油會穿過 |
圖4 氣門導(dǎo)管類型結(jié)構(gòu)圖 |
二、氣門導(dǎo)管加工工序
發(fā)動機氣門導(dǎo)管是分開的部件，氣門分進氣門，排氣門。導(dǎo)管分進排氣門導(dǎo)管。氣門導(dǎo)管內(nèi)、外圓柱面經(jīng)加工后壓入氣缸蓋或氣缸體的氣門導(dǎo)管孔中，然后再精加工鉸內(nèi)孔，為防止軸向轉(zhuǎn)動，設(shè)有卡環(huán)定位槽，它與定位卡環(huán)配合便可防止工作時導(dǎo)管移動而落入氣缸中，氣門桿與氣門導(dǎo)管之間一般留有微量間隙，使氣門桿能在導(dǎo)管中自由運動，氣門導(dǎo)管工作溫度較高，潤滑較差，一般用含石墨較高的鑄鐵或鐵基粉末冶金制成，以提高自潤滑性能。氣門導(dǎo)管的工藝流程比較復(fù)雜，一般包括以下幾個步驟：
1、原材料精混
按照氣門導(dǎo)管的材料比例將各種金屬粉末混合均勻。這一步是最重要的環(huán)節(jié)，對于粉末混合的均勻性和成分配比的準確性有著非常高的要求。一般來說，原材料精混時需要對各種原材料進行預(yù)處理，將其清潔、烘干。
2、壓制成型
將經(jīng)過精混的金屬粉末放置于模具中，加入一定的壓力進行壓制成型。在壓制成型的過程中，會根據(jù)氣門導(dǎo)管的設(shè)計要求和規(guī)格進行相應(yīng)的調(diào)整。
表1 氣門導(dǎo)管壓制成型工序要求
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工序
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潛在失效模式
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潛在失效機理
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潛在失效原因
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成型
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裂紋
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成品使用性能散失
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掉落
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密度差大
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密度大、小
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影響刀壽
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粉末填充過多、小
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密度檢查錯誤
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3、燒結(jié)處理
將壓制成型的零件放置于高溫下燒結(jié)，使得金屬顆粒之間發(fā)生冶金反應(yīng)，形成致密的金屬結(jié)構(gòu)。這一步工藝非常重要，影響著氣門導(dǎo)管的質(zhì)量和性能。
表2 氣門導(dǎo)管燒結(jié)工序要求
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工序
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潛在失效模式
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潛在失效機理
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潛在失效原因
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燒結(jié)
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組織擴散不足
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使用性能下降，造成發(fā)動機功率 下降
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熱電偶異常，燒結(jié)溫度低
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溫度計異常
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燒結(jié)時間短
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溫度設(shè)定錯誤
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硬度高
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加工想能異常、氣門桿磨損
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燒結(jié)溫度高
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燒結(jié)時間長
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硬度低
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使用性能下降
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燒結(jié)溫度低
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燒結(jié)時間短
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強度低
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壓裝過程易發(fā)生斷裂
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成品氧化或脫碳
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燒結(jié)溫度低 @取金教程〉
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燒結(jié)時間短
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4、后處理
經(jīng)過燒結(jié)處理的粉末冶金氣門導(dǎo)管需要進行后處理，例如鉆孔、車削等工藝，以達到更高的精度和質(zhì)量要求。
三、氣門導(dǎo)管的性能要求與常見問題
1、氣門導(dǎo)管要求
（1）具有良好的磨損性能及抗磨損性能；
（2）具有良好的匹配性能，能滿足不同氣門桿部的表面處理要求（氮化，鍍鉻等）
（3）具有良好的自潤滑性能及儲油性能；
（4）具有良好的機加工性能。
2、為什么會漏氣？
孔隙是粉末冶金材料固有的特性，當(dāng)毛坯的密度為6.8g/cc時，孔隙率約為12~13%之間，其中貫通孔隙占總孔隙的90~95%。由于以上孔隙的存在，針對導(dǎo)管施加一定的壓力空氣，就會產(chǎn)生漏氣的現(xiàn)象。
3、為什么要以導(dǎo)管孔為中心進行組合加工？
氣門座圈工作錐面對導(dǎo)管孔的跳動大小直接影響氣門與座圈的密封質(zhì)量，進而影響發(fā)動機的性能。保證氣門座圈與氣門導(dǎo)管加工同軸度等重要位置度公差的需要，避免漏氣造成發(fā)動機功率下降，有效避免成品壓入缸蓋時產(chǎn)生的微變形等隱性缺陷。
4、為什么要考慮氣門間隙？
氣門間隙過小，易導(dǎo)致氣門運動不順，出現(xiàn)卡滯，氣門與導(dǎo)管之間潤滑不良，導(dǎo)致異常磨損氣門間隙過大，一方面會導(dǎo)致氣門桿的熱傳導(dǎo)能力下降，空氣和機油易被吸入燃燒室，引起怠速，機油耗增加，積碳嚴重另一方面，會導(dǎo)致氣門桿和導(dǎo)管的導(dǎo)向作用下降，不能保證氣門落座時與氣門座圈的同心造成漏氣，影響發(fā)動機功率。
四、氣門導(dǎo)管密封件的安裝
拆卸氣門導(dǎo)管之前，需要先將發(fā)動機的電源斷開，以免發(fā)生意外。然后，需要將氣門蓋板拆下來，以便更好地接近氣門導(dǎo)管。接下來，需要使用扳手或者扳手套筒拆下氣門導(dǎo)管上的螺母，然后輕輕拆下氣門導(dǎo)管。康明斯柴油發(fā)電機用的氣門桿油封規(guī)格如圖5所示，三種密封件安裝方法如圖6所示。
1、帶槽的氣門導(dǎo)管密封件
與帶槽氣門導(dǎo)管相配的密封件有兩個疊起。在 2000 年 5 月 15 日至 2002 年 2 月底生產(chǎn)的康明斯柴油發(fā)動機上，進氣門及排氣門有獨立帶有顏色編碼的氣門導(dǎo)管密封件。進氣門導(dǎo)管密封件帶有黃銅色的環(huán)狀螺旋彈簧并且橡膠部分有三個凸點；排氣門導(dǎo)管密封件帶有白銀色的環(huán)狀螺旋彈簧并且沒有凸點。在 2002 年 3 月以后生產(chǎn)的康明斯柴油發(fā)動機上，進氣門及排氣門導(dǎo)管只有一種氣門導(dǎo)管密封件。
安裝方法：徒手將進氣門導(dǎo)管和排氣門導(dǎo)管密封件卡入到氣門導(dǎo)管的槽中。
2、不帶槽的氣門導(dǎo)管密封件
（1）確保在安裝不帶槽的氣門導(dǎo)管密封件前，氣門彈簧導(dǎo)管已經(jīng)拆下。
（2）使用未經(jīng)改制的氣門密封件安裝器（康明斯零件號為3163294）安裝氣門導(dǎo)管密封件。安裝后，密封件安裝器必須與缸蓋接觸。這樣能使氣門導(dǎo)管密封件安裝正確。為避免發(fā)動機和/或刀具損壞，不要使用維修工具安裝帶有集成氣門彈簧導(dǎo)管的氣門桿密封件。
3、帶一體式氣門彈簧導(dǎo)管的氣門桿油封
（1）帶一體式氣門彈簧導(dǎo)管的氣門桿油封需用手安裝，不要使用安裝工具。
（2）將氣門桿密封件置于氣門導(dǎo)管上方，用手將密封件推到位，直到氣門彈簧導(dǎo)管牢固地靠著氣缸蓋。
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圖5 康明斯柴油機氣門桿油封規(guī)格 |
圖6 柴油機氣門桿油封裝入導(dǎo)管 |
總結(jié)：
粉末冶金成型是一種高精度、高耐用性、高經(jīng)濟性的生產(chǎn)工藝方式，適用于制備形狀復(fù)雜、精度要求高的氣門導(dǎo)管。粉末冶金過程中只需加工曲線工件，不需要鈑金或鍛件加工，相比較于鍛造、鑄造等加工方式，粉末冶金工藝能夠更好地減少碳排放和能源消耗。隨著粉末冶金技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，越來越多的機械零部件將會產(chǎn)生采用粉末冶金成型的趨勢，推動整個制造業(yè)向高效、經(jīng)濟、精密、可持續(xù)方向不斷發(fā)展。
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