專利名稱：內(nèi)燃機用的氣門彈簧座及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用在內(nèi)燃機的氣閥機構(gòu)中的氣門彈簧座，具體而言，涉及一種由金屬板制成的氣門彈簧座及其制造方法。
背景技術(shù)：
在專利文獻(xiàn)1-3中，由金屬板制成的氣門彈簧座被輕質(zhì)化，以減小氣閥機構(gòu)的慣性質(zhì)量，從而改善內(nèi)燃機的性能?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 JP55-17976A專利文獻(xiàn)2 JP62-185807A專利文獻(xiàn)3 JP2002-303107A

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題在由金屬板制成的氣門彈簧座中，鋼板通過加壓成型，并形成氣門彈簧座的原型。 為了改善耐磨性，其表面被硬化。一般地，對原型進(jìn)行熱處理，例如滲碳、淬火和回火。通過熱處理，在氣門彈簧座的表面上形成滲碳層。同時，在真空滲碳爐以外的普通滲碳爐中進(jìn)行滲碳處理，使得在滲碳層的表面上形成氧化膜。氧化膜提供硬度，使得氣門彈簧座中被閥彈簧的上端壓接的彈簧擋圈的耐磨性得到改善。然而，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，彈簧擋圈總是與閥彈簧的端面接觸。當(dāng)閥彈簧被壓縮時，彎曲應(yīng)力作用在彈簧擋圈上，使彈簧擋圈撓曲。彈簧擋圈在閥彈簧上相對滑動。形成在彈簧擋圈的被閥彈簧的上端壓接的那部分上的氧化膜剝落。由于剝落的氧化物的研磨效應(yīng)，彈簧擋圈與閥彈簧之間的接觸面可能會被磨損。氧化膜越厚，越容易出現(xiàn)問題。特別地，由金屬板制成的氣門彈簧座很薄，因而需要盡可能地防止彈簧擋圈的磨損。鑒于這些缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種氣門彈簧座及其制造方法，在所述的氣門彈簧座中，通過熱處理而形成在彈簧擋圈上的氧化膜不易剝落，從而改善了彈簧擋圈和閥彈簧之間的接觸面的耐磨性。解決問題的方式根據(jù)本發(fā)明的以下各項內(nèi)容解決了上述問題。(1) 一種內(nèi)燃機用的由金屬板制成的氣門彈簧座，所述氣門彈簧座包括在中心具有錐形孔的截頭錐形部和被閥彈簧的上端壓接的彈簧擋圈，所述氣門彈簧座通過滲碳、淬火和回火而被進(jìn)行熱處理，氧化膜通過熱處理形成在所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的表面上，并且所述氧化膜被至少部分地去除，使得氧化膜的厚度為0. 00-0. 02 μ m。形成在彈簧擋圈的被閥彈簧的上端壓接的那部分上的氧化膜的厚度為0. 00-0. 02 μ m,并且在閥彈簧上的滑動過程中氧化膜更難以剝落。(2)在第(1)項中，所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的那部分的表面上的中心線平均粗糙度不超過1. 20 μ m。因此，由于彈簧擋圈的被閥彈簧的上端壓接的那部分上的氧化膜的厚度為 0. 00-0. 02 μ m與中心線平均粗糙度不超過1. 20 μ m的協(xié)同效應(yīng)，氧化膜在閥彈簧上的滑動過程中更難以剝落。(3)在第( 或C3)項中，所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的下表面向上向外并遠(yuǎn)離所述閥彈簧傾斜。因此，彈簧擋圈與閥彈簧的接觸部更接近于彈簧擋圈的中心，使得作用到彈簧擋圈上的彎矩變得小于作用到遠(yuǎn)離中心的接觸部的彎矩，并且接觸部更難以撓曲。由于彈簧擋圈的撓曲所產(chǎn)生的在閥彈簧上的相對滑動受到限制，并且形成在彈簧擋圈與閥彈簧的接觸面上的氧化膜更不易剝落。彈簧擋圈變得更不易于撓曲，從而改善了疲勞強度。(4)在第(1)至C3)項的任一項中，所述截頭錐形部和所述彈簧擋圈之間的拐角部的外表面形成為曲率半徑大于所述截頭錐形部的厚度的弧狀曲面，并且面對所述外表面的所述拐角部的內(nèi)表面形成為曲率半徑小于所述拐角部的外表面的曲率半徑的弧狀曲面，使得所述拐角部的厚度大于所述截頭錐形部的厚度。截頭錐形部和彈簧擋圈之間的拐角部被強化，從而改善抗彎剛性，使得彈簧擋圈變得更不易撓曲。如上所述，可以防止由于彈簧擋圈的撓曲所產(chǎn)生的氧化膜的剝落，使得應(yīng)力不會集中到截頭錐形部和彈簧擋圈之間的拐角部，從而改善了疲勞強度。(5) 一種制造如第⑴至⑷項中任一項所述的內(nèi)燃機用的氣門彈簧座的方法，所述方法包括將圓形金屬板沖壓而形成氣門彈簧座的原型的深沖壓步驟，在所述原型中，在具有錐形孔的截頭錐形部的外周面上形成彈簧擋圈；通過滲碳、淬火和回火對所述原型進(jìn)行熱處理的熱處理步驟；以及去除氧化膜使其厚度為0. 00-0. 02 μ m的氧化膜去除步驟。因此，在金屬板氣門彈簧座中，形成在彈簧擋圈與閥彈簧的接觸面上的氧化膜的厚度為 0. 00-0. 02 μ mo(6)在第(5)項中，所述氧化膜去除步驟包括研磨。通過研磨，形成在彈簧擋圈與閥彈簧的接觸面上的氧化膜可以被容易地去除而變成預(yù)定厚度。(7)在第(6)項中，利用滾筒拋光，使所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的那部分的中心線平均粗糙度Ra不超過1. 20 μ m。通過對多個氣門彈簧座進(jìn)行滾筒拋光，可以將形成在整個表面(包括彈簧擋圈的被閥彈簧的上端壓接的那部分)上的氧化膜研磨到預(yù)定厚度，從而提高生產(chǎn)性。通過確定研磨料的粒度，彈簧擋圈的被閥彈簧的上端壓接的那部分上的中心線平均粗糙度Ra可以不超過1. 20 μ m。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，通過熱處理而形成在彈簧擋圈上的氧化膜更不易剝落，從而改善了彈簧擋圈與閥彈簧的接觸面的耐磨性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣門彈簧座的一個實施例的立體圖。圖2是具有氣門彈簧座的氣閥機構(gòu)的中央縱剖正視圖。圖3是氣門彈簧座的放大剖視圖。圖4是表面層的放大剖視圖。圖5是彈簧擋圈的下表面的放大剖視圖。圖6是去除氧化膜后的彈簧擋圈的下表面的放大剖視圖。圖7是示出彈簧擋圈的磨損試驗結(jié)果的曲線圖。圖8是示出制造根據(jù)本發(fā)明的氣門彈簧座的方法的各步驟的示圖。
具體實施例方式下面參照

本發(fā)明的各個實施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的氣門彈簧座的一個實施例的立體圖，圖2是安裝有氣門彈簧座的氣閥機構(gòu)的中央縱剖視圖。氣門彈簧座1主要通過深沖壓加工從厚度為1. 2-1. 6mm的低碳鋼板成型，它包括倒置的截頭錐形部2和在其上端的向外彈簧擋圈3。被保持在截頭錐形部2的錐形孔4中的一對銷楔5，5的向內(nèi)珠子5a，5a與環(huán)形槽 6a配合，從而允許將氣門彈簧座1與提升閥6聯(lián)接。閥彈簧7的下端支撐在氣缸蓋(未示出)上，閥彈簧7的上端與彈簧擋圈3的外周部下表面3a接觸，從而迫使提升閥6向上。環(huán)形導(dǎo)向部8形成在彈簧擋圈3的中間部中，并且閥彈簧7的上端與外周部的水平下表面接觸。導(dǎo)向部8防止閥彈簧7的上端徑向移動，并且提供較大的截面模數(shù)來增大彈簧擋圈3的抗彎剛性。導(dǎo)向部8的上下寬度可以優(yōu)選為1. 5-2. 5mm。如圖3所示，截頭錐形部2和彈簧擋圈3之間的拐角部9的厚度Tl大于截頭錐形部2的厚度T2。在截頭錐形部2和彈簧擋圈3之間的拐角部9處，外表面10是曲率半徑大于截頭錐形部2的厚度的弧狀曲面。面對外表面10的內(nèi)表面11是曲率半徑小于內(nèi)表面 10的曲率半徑的弧狀曲面，使得拐角部9的厚度大于截頭錐形部2的厚度。截頭錐形部2和彈簧擋圈3之間的拐角部9的外表面10是曲率半徑大于截頭錐形部2的厚度的弧狀物，并且拐角部的厚度Tl大于截頭錐形部2的厚度T2，從而利用增大的抗彎剛性來強化拐角部9。因此，可以防止應(yīng)力集中到該部分，從而改善了拐角部9的疲勞強度。彈簧擋圈3變得不易彎曲，從而防止彈簧擋圈3在閥彈簧7上滑動。彈簧擋圈3的與閥彈簧7的上端接觸的下表面向上向外并遠(yuǎn)離閥彈簧7的上端傾斜，使得閥彈簧7的上端的內(nèi)周緣部接觸彈簧擋圈3的外周部下表面3a的內(nèi)側(cè)。相對于下表面3a的傾斜角度可以小于1. 0度，使得閥彈簧7的上端的內(nèi)周緣部不會牢固地接觸外周部下表面3a的內(nèi)側(cè)。如果氣門彈簧座1從具有高抗彎剛性的相對較厚的板成型得到，或者如果氣門彈簧座1中的彈簧擋圈3的直徑很小，那么外周部下表面3可以是水平的。通過傾斜彈簧擋圈3的外周部下表面3a，外周部下表面3a在其內(nèi)點接觸閥彈簧7，從而減小作用在彈簧擋圈3上的彎矩。內(nèi)點不易于撓曲，從而防止彈簧擋圈3在閥彈簧 7上滑動并改善彈簧擋圈3的疲勞強度。在壓制成型后的氣門彈簧座1中，為了改善表面的耐磨性和各部分的強度，進(jìn)行熱處理，例如在氣體滲碳爐中進(jìn)行滲碳、淬火和回火。圖4是熱處理后的氣門彈簧座1的表面層的放大剖視圖。在母材12的整個表面上形成大約0. 1-0. 5mm厚的滲碳層13，并且在熱處理的同時在滲碳層13上形成大約0. 2 μ m 厚的氧化膜14。在根據(jù)本發(fā)明的氣門彈簧座1中，如圖5所示，形成在整個表面(包括被閥彈簧7 的上端壓接的外周部下表面3a)上的氧化膜14通過諸如研磨等機械方式被部分地去除，使得氧化膜變得更薄，其厚度為0. 00-0. 02 μ m。在部分地去除氧化膜14的同時或者之后，至少彈簧擋圈3的被閥彈簧7的上端壓接的外周部下表面3a被拋光，使得表面粗糙度或者根據(jù)JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的中心線平均粗糙度大于1.20μπι。由于形成在被閥彈簧7的上端壓接的外周部下表面上的厚度不超過0. 02 μ m的氧化膜14，因而即使在發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中閥彈簧7的上端在彈簧擋圈3的下表面上滑動，也可以防止在彈簧擋圈3的下表面上的氧化膜14剝落或者不易于剝落。由于在彈簧擋圈3的外周部下表面3a上的氧化膜14的厚度為0. 00-0. 02 μ m與外周部下表面3a上的中心線平均粗糙度Ra不超過1. 20 μ m的協(xié)同效應(yīng)，在閥彈簧7上的滑動過程中氧化膜14更不易剝落。被閥彈簧7的上端壓接的外周部下表面3a上的中心線平均粗糙度Ra不超過 1. 20 μ m的原因在于發(fā)動機的耐久試驗證明，中心線平均粗糙度Ra超過1. 20 μ m會增大對抗閥彈簧7的滑動摩擦阻力，使氧化膜14易于剝落。此外，如上所述，彈簧擋圈3不易撓曲，從而可以防止由于撓曲所產(chǎn)生的與閥彈簧 7的接觸面的相對滑動。因此，彈簧擋圈3的外周部下表面3a上的氧化膜14更難以剝落。被閥彈簧7的上端壓接的外周部下表面3a上的氧化膜14變得難以剝落。由于剝落的氧化物的研磨效應(yīng)，閥彈簧7與彈簧擋圈3的接觸面，尤其是彈簧擋圈3的外周部下表面3a，變得更不易于磨損。結(jié)果，彈簧擋圈3的下表面的耐磨性得到改善，使得氣門彈簧座 1的耐久性大幅改善。圖7是通過發(fā)動機耐久試驗測得的隨著形成在彈簧擋圈3的下表面3a上的氧化膜14的厚度變化彈簧擋圈3的下表面3a的磨損量的曲線圖。通過俄歇(Auger)光譜化學(xué)分析測量磨損量。在耐久試驗中的發(fā)動機是排氣量為2000cc的汽油發(fā)動機。支撐臺上的發(fā)動機在高負(fù)荷下以6000r. p. m.的轉(zhuǎn)速連續(xù)運轉(zhuǎn)60小時并進(jìn)行測量。如圖7所示，當(dāng)氧化膜14的厚度小于0. 02 μ m或者為0. 00-0. 02 μ m時，彈簧擋圈
3的下表面3a不發(fā)生磨損。當(dāng)氧化膜14的厚度超過0. 02 μ m時，磨損量逐漸增大，并且當(dāng)氧化膜14的厚度超過0. 05 μ m時，下表面3a的磨損量成比例地增大。即使當(dāng)全部去除而使氧化膜14的厚度為0時，彈簧擋圈3的下表面由于硬質(zhì)滲碳層13的原因也不發(fā)生磨損。利用圖8所示的各步驟制造氣門彈簧座1。使用壓力機(未示出)，通過一個或者多個冷卻或升溫深沖壓加工步驟，將圖8 (a)所示的1.2-1. 6mm厚的低碳鋼圓盤板15成型為氣門彈簧座原型19，該原型包括具有錐形孔 16的管狀部17和在管狀部17的上端的彈簧擋圈18。原型19的形狀與圖1_3中所示的氣門彈簧座1的形狀相同。然后，在圖8 (c)-(e)所示的加熱步驟20中，對原型19進(jìn)行滲碳21、淬火22和回火23。在普通氣體滲碳爐中進(jìn)行滲碳21，并且優(yōu)選在低于300°C下進(jìn)行回火。最后，在圖8(f)所示的氧化膜去除步驟中，對原型19進(jìn)行滾筒拋光M。通過加熱而形成在被閥彈簧7的上端壓接的下表面上的氧化膜經(jīng)過預(yù)定時間被研磨去除至
0.00-0. 02 μ m的厚度。在滾筒拋光M中使用的研磨料可以優(yōu)選為1. 0-2. 0 μ m大小的微粒， 例如礬土或者陶瓷，從而為氣門彈簧座1提供在彈簧擋圈3的下表面上的厚度小于0. 02 μ m 的氧化膜14。利用滾筒拋光，使彈簧擋圈3的下表面上的中心線平均粗糙度Ra可以小于
1.20 μ m。對經(jīng)過熱處理的氣門彈簧座的原型19進(jìn)行滾筒拋光，并且同時將除了彈簧擋圈3 的下表面以外的表面上的氧化膜去除。除了彈簧擋圈3的被閥彈簧7的上端壓接的下表面 3a以外的氧化膜不會影響滑動磨損或者不會剝落，使其可以保留而不被去除。因此，僅有彈簧擋圈3的形成在被閥彈簧7的上端壓接的下表面上的氧化膜可被研磨去除至0. 00-0. 02 μ m的厚度，而無需通過其他機械研磨方式(例如，使用砂輪的研磨盤)進(jìn)行滾筒拋光。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機用的由金屬板制成的氣門彈簧座，所述氣門彈簧座包括在中心具有錐形孔的截頭錐形部和被閥彈簧的上端壓接的彈簧擋圈，所述氣門彈簧座通過滲碳、淬火和回火而被進(jìn)行熱處理，氧化膜通過熱處理形成在所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的表面上，并且所述氧化膜被至少部分地去除，使得氧化膜的厚度為0. 00-0. 02 μ m。
2.如權(quán)利要求1所述的氣門彈簧座，其中所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的那部分的表面上的中心線平均粗糙度不超過1. 20 μ m。
3.如權(quán)利要求1或2所述的氣門彈簧座，其中所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的下表面向上向外并遠(yuǎn)離所述閥彈簧傾斜。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的氣門彈簧座，其中所述截頭錐形部和所述彈簧擋圈之間的拐角部的外表面形成為曲率半徑大于所述截頭錐形部的厚度的弧狀曲面，并且面對所述外表面的所述拐角部的內(nèi)表面形成為曲率半徑小于所述拐角部的外表面的曲率半徑的弧狀曲面，使得所述拐角部的厚度大于所述截頭錐形部的厚度。
5.一種制造如權(quán)利要求1至4中任一項所述的內(nèi)燃機用的氣門彈簧座的方法，所述方法包括將圓形金屬板沖壓而形成氣門彈簧座的原型的深沖壓步驟，在所述原型中，在具有錐形孔的截頭錐形部的外周面上形成彈簧擋圈；通過滲碳、淬火和回火對所述原型進(jìn)行熱處理的熱處理步驟；以及去除氧化膜使其厚度為0. 00-0. 02 μ m的氧化膜去除步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述氧化膜去除步驟包括研磨。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，利用滾筒拋光，使所述彈簧擋圈的被所述閥彈簧的上端壓接的那部分的中心線平均粗糙度Ra不超過1. 20 μ m。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機用的氣門彈簧座及其制造方法。通過熱處理而形成在彈簧擋圈上的氧化膜不易剝落，從而改善彈簧擋圈與閥彈簧之間的接觸面的耐磨性。通過熱處理形成在彈簧擋圈(3)的被閥彈簧(7)的上端壓接的那部分上的氧化膜(15)被至少部分地去除，使得氧化膜的厚度為0.00-0.02μm。
文檔編號F01L3/10GK102414401SQ20108001864
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者佐佐猛志, 青木孝之 申請人:富士烏茲克斯株式會社