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零件裝配與結(jié)構(gòu)組成 |
柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管的作用圖解和安裝位置 |
摘要：氣門(mén)導(dǎo)管是柴油機(jī)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(jī)的工作效率和壽命。由于需要承受高溫高壓和頻繁的運(yùn)動(dòng)振動(dòng)，氣門(mén)導(dǎo)管的要求十分高，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝不能滿(mǎn)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(jì)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(guò)粉末的均勻混合、成型、燒結(jié)等工藝過(guò)程，制備出高精度、復(fù)雜度高、耐用性好的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。
一、氣門(mén)導(dǎo)管基本構(gòu)造和作用
1、氣門(mén)導(dǎo)管的作用
氣門(mén)導(dǎo)管起氣門(mén)的導(dǎo)向作用，使氣門(mén)能正確地座落在氣門(mén)座上，并將氣門(mén)的熱量傳遞出去，其構(gòu)造和固定方法，如圖1所示。氣門(mén)導(dǎo)管一般制成獨(dú)立式的，然后再以少許公盈量壓入汽缸體或汽缸蓋上。氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)桿留有適當(dāng)?shù)拈g隙，間隙太大會(huì)使氣門(mén)擺動(dòng)密封不好。由于氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)管間的潤(rùn)滑較為困難，所以其間隙也不能太小，否則，會(huì)增加兩者的磨損。
氣門(mén)導(dǎo)管是汽缸蓋內(nèi)支撐氣門(mén)的孔，它相當(dāng)于一個(gè)襯套，氣門(mén)桿可以在里面滑動(dòng)。氣門(mén)導(dǎo)管是汽缸蓋的一部分，它幫助支撐和定位氣門(mén)，以便氣門(mén)能夠正確地落座。氣門(mén)導(dǎo)管也有散熱的作用，燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量經(jīng)過(guò)氣門(mén)后再傳遞給氣門(mén)導(dǎo)管，如圖2所示為一個(gè)氣門(mén)導(dǎo)管，并顯示了熱量是如何傳遞到氣門(mén)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(jī)氣門(mén)導(dǎo)管位置圖 |
圖2 柴油機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管作用圖 |
2、氣門(mén)導(dǎo)管間隙
氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管之間的間隙十分重要。一般的，這個(gè)間隙在0.2~0.4mm之間。如果氣門(mén)導(dǎo)管磨損，間隙變大，可能會(huì)發(fā)生多種故障。氣門(mén)可能漏氣，導(dǎo)致空燃比發(fā)生變化；機(jī)油可能通過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管泄漏，導(dǎo)致機(jī)油消耗增大；氣門(mén)也可能不能平穩(wěn)地落座，導(dǎo)致氣門(mén)座快速磨損。圖3所示為機(jī)油是如何通過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管的。在圖3（a）中，進(jìn)氣門(mén)的導(dǎo)管間隙太大。因?yàn)檫M(jìn)氣門(mén)產(chǎn)生的真空度，經(jīng)過(guò)氣門(mén)導(dǎo)管的所有機(jī)油都將被吸入燃燒室中燒掉。在圖3（b）中，排氣門(mén)的導(dǎo)管間隙太大，機(jī)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(huì)增大機(jī)油的消耗量，并且在廢氣中有燃燒過(guò)的機(jī)油。
3、氣門(mén)導(dǎo)管類(lèi)型
氣門(mén)導(dǎo)管有兩種類(lèi)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(mén)導(dǎo)管過(guò)度磨損時(shí)，鑲?cè)胧綄?dǎo)管可以拆下來(lái)，換上一個(gè)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(mén)導(dǎo)管磨損時(shí)，機(jī)油會(huì)穿過(guò) |
圖4 氣門(mén)導(dǎo)管類(lèi)型結(jié)構(gòu)圖 |
二、氣門(mén)導(dǎo)管加工工序
發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)導(dǎo)管是分開(kāi)的部件，氣門(mén)分進(jìn)氣門(mén)，排氣門(mén)。導(dǎo)管分進(jìn)排氣門(mén)導(dǎo)管。氣門(mén)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(mén)導(dǎo)管孔中，然后再精加工鉸內(nèi)孔，為防止軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)導(dǎo)管移動(dòng)而落入氣缸中，氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管之間一般留有微量間隙，使氣門(mén)桿能在導(dǎo)管中自由運(yùn)動(dòng)，氣門(mén)導(dǎo)管工作溫度較高，潤(rùn)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(rùn)滑性能。氣門(mén)導(dǎo)管的工藝流程比較復(fù)雜，一般包括以下幾個(gè)步驟：
1、原材料精混
按照氣門(mén)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(duì)于粉末混合的均勻性和成分配比的準(zhǔn)確性有著非常高的要求。一般來(lái)說(shuō)，原材料精混時(shí)需要對(duì)各種原材料進(jìn)行預(yù)處理，將其清潔、烘干。
2、壓制成型
將經(jīng)過(guò)精混的金屬粉末放置于模具中，加入一定的壓力進(jìn)行壓制成型。在壓制成型的過(guò)程中，會(huì)根據(jù)氣門(mén)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)要求和規(guī)格進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
表1 氣門(mén)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(jī)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(guò)多、小
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密度檢查錯(cuò)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(mén)導(dǎo)管的質(zhì)量和性能。
表2 氣門(mén)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(jī)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(kuò)散不足
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使用性能下降，造成發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)異常
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燒結(jié)時(shí)間短
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溫度設(shè)定錯(cuò)誤
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硬度高
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加工想能異常、氣門(mén)桿磨損
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燒結(jié)溫度高
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燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)
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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(shí)間短
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強(qiáng)度低
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壓裝過(guò)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(shí)間短
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4、后處理
經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理的粉末冶金氣門(mén)導(dǎo)管需要進(jìn)行后處理，例如鉆孔、車(chē)削等工藝，以達(dá)到更高的精度和質(zhì)量要求。
三、氣門(mén)導(dǎo)管的性能要求與常見(jiàn)問(wèn)題
1、氣門(mén)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(mǎn)足不同氣門(mén)桿部的表面處理要求（氮化，鍍鉻等）
（3）具有良好的自潤(rùn)滑性能及儲(chǔ)油性能；
（4）具有良好的機(jī)加工性能。
2、為什么會(huì)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(shí)，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(duì)導(dǎo)管施加一定的壓力空氣，就會(huì)產(chǎn)生漏氣的現(xiàn)象。
3、為什么要以導(dǎo)管孔為中心進(jìn)行組合加工？
氣門(mén)座圈工作錐面對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)大小直接影響氣門(mén)與座圈的密封質(zhì)量，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。保證氣門(mén)座圈與氣門(mén)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(dòng)機(jī)功率下降，有效避免成品壓入缸蓋時(shí)產(chǎn)生的微變形等隱性缺陷。
4、為什么要考慮氣門(mén)間隙？
氣門(mén)間隙過(guò)小，易導(dǎo)致氣門(mén)運(yùn)動(dòng)不順，出現(xiàn)卡滯，氣門(mén)與導(dǎo)管之間潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致異常磨損氣門(mén)間隙過(guò)大，一方面會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)桿的熱傳導(dǎo)能力下降，空氣和機(jī)油易被吸入燃燒室，引起怠速，機(jī)油耗增加，積碳嚴(yán)重另一方面，會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)桿和導(dǎo)管的導(dǎo)向作用下降，不能保證氣門(mén)落座時(shí)與氣門(mén)座圈的同心造成漏氣，影響發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
四、氣門(mén)導(dǎo)管密封件的安裝
拆卸氣門(mén)導(dǎo)管之前，需要先將發(fā)動(dòng)機(jī)的電源斷開(kāi)，以免發(fā)生意外。然后，需要將氣門(mén)蓋板拆下來(lái)，以便更好地接近氣門(mén)導(dǎo)管。接下來(lái)，需要使用扳手或者扳手套筒拆下氣門(mén)導(dǎo)管上的螺母，然后輕輕拆下氣門(mén)導(dǎo)管。康明斯柴油發(fā)電機(jī)用的氣門(mén)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(mén)導(dǎo)管密封件
與帶槽氣門(mén)導(dǎo)管相配的密封件有兩個(gè)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(dòng)機(jī)上，進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)有獨(dú)立帶有顏色編碼的氣門(mén)導(dǎo)管密封件。進(jìn)氣門(mén)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(gè)凸點(diǎn)；排氣門(mén)導(dǎo)管密封件帶有白銀色的環(huán)狀螺旋彈簧并且沒(méi)有凸點(diǎn)。在 2002 年 3 月以后生產(chǎn)的康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)氣門(mén)及排氣門(mén)導(dǎo)管只有一種氣門(mén)導(dǎo)管密封件。
安裝方法：徒手將進(jìn)氣門(mén)導(dǎo)管和排氣門(mén)導(dǎo)管密封件卡入到氣門(mén)導(dǎo)管的槽中。
2、不帶槽的氣門(mén)導(dǎo)管密封件
（1）確保在安裝不帶槽的氣門(mén)導(dǎo)管密封件前，氣門(mén)彈簧導(dǎo)管已經(jīng)拆下。
（2）使用未經(jīng)改制的氣門(mén)密封件安裝器（康明斯零件號(hào)為3163294）安裝氣門(mén)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(mén)導(dǎo)管密封件安裝正確。為避免發(fā)動(dòng)機(jī)和/或刀具損壞，不要使用維修工具安裝帶有集成氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿密封件。
3、帶一體式氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿油封
（1）帶一體式氣門(mén)彈簧導(dǎo)管的氣門(mén)桿油封需用手安裝，不要使用安裝工具。
（2）將氣門(mén)桿密封件置于氣門(mén)導(dǎo)管上方，用手將密封件推到位，直到氣門(mén)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(jī)氣門(mén)桿油封規(guī)格 |
圖6 柴油機(jī)氣門(mén)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(jì)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(mén)導(dǎo)管。粉末冶金過(guò)程中只需加工曲線(xiàn)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(jìn)步和發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)械零部件將會(huì)產(chǎn)生采用粉末冶金成型的趨勢(shì)，推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)向高效、經(jīng)濟(jì)、精密、可持續(xù)方向不斷發(fā)展。
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