一种消除发动机气门残余应力的感应线圈、设备及方法与流程

本发明涉及气门加工领域，具体涉及一种消除发动机气门残余应力的感应线圈、设备及方法。

背景技术：

堆焊技术是利用焊接方法进行强化机械零件表面的一种维修技术，利用这一技术可以改变零件表面的化学成分和组织结构，完善其性能，延长零件的使用寿命，具有重要的经济价值。为了提高发动机气门密封面(即锥面或称盘锥面)的寿命，则需要在发动机气门盘端堆焊硬质合金，但堆焊技术无可避免地会带来堆焊残余应力，堆焊残余应力与外载荷产生的应力叠加容易导致局部区域应力过大，从而使得结构承载能力下降。局部区域应力过大会引起裂纹和形变，当形变过大时则会导致结构失效。

关于消除堆焊残余应力的方法很多，电磁感应回火就是消除堆焊残余应力的方法之一。现有技术中往往采用类似蚊香状的环状平面线圈作为感应线圈来加热气门底面以消除气门的堆焊残余应力，感应线圈与发动机气门位于同一中心线上，但是根据楞次定律可知，环状平面线圈的磁感应线呈环状分布，与发动机气门底面自转的方向是重叠的，这样会造成对气门头部底面温度不均匀，从而容易造成局部过热的现象，进而导致气门底面出现过烧区域，降低了产品的合格率。另外，采用环状平面线圈时，由于工作时环状平面线圈遮挡了气门的底面，因此红外测温时无法实现对气门底面的测温，而气门底面是加热时温度最高的部位，因而容易导致了红外测温不准确，难以实现对回火温度的准确掌握，容易引起气门底面金相不合格，造成产品合格率低。

技术实现要素：

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种用于消除发动机气门残余应力且电磁感应加热更为均匀的感应线圈。

本发明还提供了采用上述感应线圈的消除发动机气门残余应力的设备及方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种用于消除发动机气门残余应力的感应线圈，所述感应线圈呈v字型、u字型或波浪型。

现有技术中多采用类似蚊香状的环状平面线圈了作为感应线圈加热发动机气门底面进行回火时，容易引起发动机气门局部过热，进而导致气门底面出现过烧，产品合格率低；而本发明所提供的感应线圈的磁感应线是几乎呈线排形，气门自转时气门底面的运动方向不断的切割线排形磁感应线分布区，从而使得气门底面受热更加均匀，大大避免了气门出现局部过热现象。另外，相对于现有所使用的类似蚊香状的环状平面线圈，本发明节省了线圈制造材料，减少成本。

优选地，上述感应线圈呈w字型。相对于v字型和u字型感应线圈，w字型的感应线圈的加热效率更高；而相对于大于一个w字型的波浪状感应线圈，其加热效率往往较高，控制难度相对较大。

一种消除发动机气门残余应力的设备，包括机架、工作台、加热装置和夹具，所述工作台包括固定工作台和活动工作台，所述固定工作台固定安装于机架上，所述活动工作台通过给进装置安装于机架上，所述加热装置安装于所述固定工作台上，包括感应加热电源和上述的感应线圈，所述感应线圈安装于所述感应加热电源的输出端且位于所述夹具固定工具的前方；所述夹具用于夹紧发动机气门，且设于活动工作台上靠近感应线圈的位置。

进一步地，加热时，所述感应线圈正对发动机气门底面的凹陷部分(即凹坑)。加热时，线圈应正对发动机气门的凹坑，这样能使对气门底面凹坑的加热更加有效，避免因凹坑加热不足而导致温度不均匀进而导致回火效果不佳的情况。

进一步地，上述设备还包括设于固定工作台上的测温装置，测温装置靠近发动机气门的底面和锥面，用于测量发动机气门的底面和锥面的温度。

相对于环状平面线圈，本发明所采用的感应线圈对发动机气门底面的遮盖面积小，对于测温装置测量气门底面温度不影响，因此，本发明在气门的锥面和底面同时测量温度，这样能更好的监控气门回火的最高温度，以便于调整加热参数，有效的消除气门残余应力，且不会致使气门底面金相不合格，降低回火的控制难度，提高了产品合格率。

一种采用上述的感应线圈来消除发动机气门残余应力的方法，包括以下步骤：

s1：感应加热电源稳定工作后，用感应线圈加热发动机气门，使气门快速加热至去应力温度；

s2：当发动机气门被加热到去应力温度时，感应线圈立即停止工作；

s3：让发动机气门自然冷却。

进一步地，加热时感应线圈的频率范围10～100khz，功率范围为5～20kw。

进一步地，所述去应力温度的范围为900～1000℃。现有技术中(采用环状平面线圈作为感应线圈)，当去应力温度低于1020℃时，应力消除不稳定。但是当去应力温度为1020℃时，虽然能够消除残余拉应力，但是由于加热不均匀，造成气门底面出现“拇指甲”形状的高温区域，导致产品出现质量问题。本发明有效地降低了去应力温度，且残余应力消除稳定。优选地，所述去应力温度的范围为920～980℃。由于底面加热均匀，不会出现“拇指甲”过烧区域和气门r位表面存在异常的沉淀析出。

进一步地，热感应线圈与发动机气门底面之间的距离为1～5mm。

与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明根据气门特征和楞次定律设计了一种用于消除发动机气门残余应力的感应线圈，线圈结构简单，加热均匀，且线圈的制作工艺简单，节省了大量的制造材料，降低了制造成本。

(2)本发明还提供了一种采用上述感应线圈的消除发动机气门残余应力的装置和方法，能稳定消除气门堆焊后的残余应力，实现了对金相组织的优化；本发明对气门底部加热更为均匀，不会出现过烧现象，同时降低了去应力温度，r位表面没有沉淀析出。

附图说明

图1为w字型线圈的示意图；

图2为消除发动机气门残余应力的设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明实施方式作进一步详细地说明。

实施例

本实施例提供了一种用于消除发动机气门残余应力的感应线圈，感应线圈呈v字型、u字型或波浪型。优选为w字型，如图1所示。

如图2所示，本实施例还提供了一种采用上述感应线圈的装置，包括机架、工作台、加热装置、夹具和控制装置，所述工作台包括固定工作台1和活动工作台2，固定工作台1固定安装于机架上，活动工作台2通过给进装置安装于机架上，所述加热装置安装于所述固定工作台1上，包括感应加热电源4和感应线圈6，所述感应线圈6安装于所述感应加热电源4的输出端且位于所述夹具固定工具的前方；所述夹具用于夹紧发动机气门，且设于活动工作台2上靠近感应线圈的位置。控制装置为控制箱17。

其中，感应线圈呈v字型、u字型或波浪型。优选为w字型。

静止工作台l上设有水冷循环系统3和红外线测温装置7，水冷循环系统3通过循环水管15伸入感应加热电源4内部来对感应加热电源4进行水冷；红外线测温装置7固定安装在静止工作台1且与控制箱17连接，热感应器靠近线圈6处，用于测量发动机气门底面和锥面的温度。

活动工作台2位于与静止工作台1并排设置，其下方设有与之相配合且具有燕尾槽的导轨22。活动工作台2连接有给进装置，该给进装置包括与活动工作台2连接的给进气缸21以及与给进气缸21连接且用于控制给进气缸进给和后退的电控换向阀20，控制箱17与电控换向阀20相连。

夹紧发动机气门口的夹具包括支座夹具12、压紧轮8、叉形支架18、气动缸9、传动机构和动力源。其中，支座夹具12设置于活动工作台2临近感应线圈6且正对感应线圈6的，其上端为放置气门中轴的缺口槽，下端为安装座；叉形支架18的“叉齿”之间通过一中心轴与压紧轮8连接，叉形支架18的“叉柄”与气缸9相连；缺口槽的缺口与压紧轮8相对，压紧轮8的中轴线与放置在缺口槽中的气门的中轴线平行。传动机构由万向联轴器13和减速箱14组成，其动力源为电动机10，电动机10与减速箱14的输入端连接，减速箱14的输出端与万向联轴器13的一端相连，另一端与中心轴连接。

一种采用上述的感应线圈来消除发动机气门残余应力的方法，包括以下步骤：

s1：感应加热电源稳定工作后，用感应线圈加热发动机气门，使气门快速加热至去应力温度；

s2：当发动机气门被加热到去应力温度时，感应线圈立即停止工作；

s3：让发动机气门自然冷却。

其中，加热时感应线圈的频率范围10～100khz，功率范围为5～20kw。去应力温度的范围为900～1000℃。优选地，所述去应力温度的范围为920～980℃。

具体地，工作时，机控换向阀19控制气缸9给进，控制气缸9及压紧轮8推进时压紧发动机气门11，撤离时松开发动机气门11：电控换向阀20控制给进气缸21，即根据控制箱17发出的信号推进或撤离活动工作台2，即使活动工作台2沿导轨16运动；具体工作过程如下：

(1)启动水冷循环系统3，把冷水输送到感应加热电源4内；

(2)启动感应如热电源4，通过功率输出装置5使感应线圈6产生磁感应；冷水通过感应如热电源4内部的管道带走电源功率模块及感应线圈6工作时所产生的热量；

(3)通过控制箱17启动电动机10，电动机10通过减速箱14带动万向联轴器13，由万向联轴器13带动压紧轮8旋转：把发动机气门11放到支座夹具12上，启动气缸9纵向顶进压紧轮8，使压紧轮8与支座夹具12压紧发动机气门11的杆部并带动发动机气门11旋转；

(4)以上步骤完成后，控制箱17自动控制活动工作台2横向给进，把旋转的发动机气门11向感应线圈6推进，正对接近感应线圈6进行感应加热，发动机气门盘部开始发热变红，旋转是为了保证如热的均匀性：当发动机气门11被加热到规定的温度时，红外线测温装置7检测到所设定的温度时即发出指令到控制箱17，控制箱17接收到信号后发出活动工作台2退后的指令，接着活动工作台2退出，气缸9退回带动压紧轮8松开；将发动机气门11放到冷却篮中自然冷却，一个工作循环完成。

其中，步骤(4)中，感应加热时，热感应线圈与发动机气门底面之间的距离最好是1～5mm。

优选地，为保证加热均匀度，感应线圈6的铜管正对气门底面的凹坑。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。