覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法
2023-06-11 03:49:36
專利名稱：覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種機械成形模具，特別是涉及ー種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法。
背景技術：
發動機的氣門是發動機中的重要零件，目前國內主要採用電鐓後終鍛和擠壓後終鍛兩種エ藝方法進行毛坯生產，終鍛成形是氣門毛坯加工的關鍵エ序之一，氣門毛坯終鍛成形過程中，由於金屬的流動劇烈，模具工作的環境惡劣，導致模具壽命很低，一般ー套模具只能生產50(Γ1000件氣門。過低的模具壽命，既顯著增加生產成本，又對生產效率造成很大的影響。氣門在終鍛成形過程中，圓角部位的金屬一直都存在向杆部的流動，成形開始時流動速度較小，中間階段存在杆部和大盤直徑方向的分流情況，最後充滿模膛後，在凸模的作用下，幾乎所有的エ件內部金屬都將產生向杆部的流動，圓角部位的金屬流動速度顯著増大。凹模的圓角部位一直與模具接觸，成形最後階段，整個模膛表面全部與エ件接觸。因此整個成形過程中，由於金屬的流動在凹模圓角部位都將產生嚴重的接觸摩擦作用，成形的最後階段更為顯著。成形過程中凹模的溫度分布極不均勻，由於在圓角部位與エ件接觸時間長，該部位及附近區域一直處於較高溫度，最高達到700°C，且溫度在成形過程中產生周期性變化，會產生熱疲勞，這將降低模具的強度，導致圓角部位更容易出現損傷。由於和エ件接觸的作用，凹模圓角部位一直處於高應カ狀態，成形最後階段，應カ顯著増大，甚至超過材料的屈服強度，將使模具產生塑性變形，且應カ存在周期性變化，將導致模具的應カ疲勞。氣門在成形過程中，模具圓角部位的工作環境最為惡劣，終鍛成形時圓角部位模具表面是與エ件摩擦最激烈、摩擦時間最長的部位，最容易磨損。同時，圓角部位也是受熱時間最長、溫度最高、最難冷卻的部位，最容易發生塑性變形和粘著磨損。因此，提高模具的高溫耐摩性、延長模具的使用壽命是提高生產率、降低生產成本的主要途徑。
發明內容
本發明的目的是提供一種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法，這種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的使用壽命長，製備方法能指導覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的加工生產。為了達到上述目的，本發明的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在於在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，耐磨隔熱膜層包括過渡層和耐磨隔熱層，過渡層位於氣門成形模具的型腔與耐磨隔熱層之間。因為在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，氣門在成形過程中，氣門成形模具的型腔、特別是型腔的圓角部位的溫度變化將有所緩和，圓角部位不容易發生塑性變形和粘著磨損，氣門成形模具的使用壽命長。
所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在幹過渡層的材料為NiCoCrAlY，耐磨隔熱層的材料為Zr02。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在幹過渡層的材料為NiCoCrAlY,過渡層的厚度為5 50 μ m，耐磨隔熱層的材料為Zr02，耐磨隔熱層的厚度為5 100 μ m。覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於
①、對覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光；
②、用電火花沉積製備過渡層；
③、過渡層表面機械拋光；
④、過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列；
⑤、過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在幹覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光後表面粗糙度Ra ^ O. 05 μ m。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面機械拋光後表面粗糙度達到Ra ^ O. 05 μ m。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在幹過渡層表面等離子體刻蝕的微孔陣列為孔徑5 μ m、孔深5 μ m、孔間距20 μ m。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在幹過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層的磁控濺射參數為工作氣壓O. Γ0. 6Pa，加載負偏壓ー 100 ー400V，濺射電壓500 700 V，靶材濺射電流密度O. I O. 15 A/cm2，濺射時間為O. 5 30小時。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在幹用電火花沉積製備過渡層的エ藝參數如為輸出電壓5(Tl50V，電容100 300 μ F，頻率200(Γ3000Ηζ，比沉積時間I 3min/cm2,電極轉速2000 3000r/min。所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列的エ藝方法是採用雷射加工技術在厚度為O. 05_有機矽膠薄膜上加工通孔孔徑為5μπκ孔間距為20μπι的微孔陣列；將帶有微孔陣列的有機矽膠薄膜貼於模具型腔表面，進行等離子體刻蝕，離子氣為Ar氣，真空度為f 3Pa，基體負偏壓為600 800V，時間為5 20min。本發明的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法，這種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的使用壽命長，製備方法能指導覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的加工生產。
圖I是本發明覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法的流程圖。
具體實施例方式本發明覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的實施例是在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，耐磨隔熱膜層包括過渡層和耐磨隔熱層，過渡層位於氣門成形模具的型腔與耐磨隔熱層之間，過渡層的材料為NiCoCrAlY,過渡層的厚度為5 50 μ m，耐磨隔熱層的材料為Zr02，耐磨隔熱層的厚度為5 100μπι。因為在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，氣門在成形過程中，氣門成形模具的型腔、特別是型腔的圓角部位的溫度變化將有所緩和，圓角部位不容易發生塑性變形和粘著磨損，氣門成形模具的使用壽命長。參見圖1，本發明覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法的實施例包括以下步驟
①、對覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光；
②、用電火花沉積製備過渡層；
③、過渡層表面機械拋光；
④、過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列；
⑤、過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層。實施例I
模具型腔材料3Cr2W8V。電火花沉積製備過渡層(NiCoCrAlY)エ藝參數輸出電壓100 V，電容150 μ F，頻率2500Hz,比沉積時間I. Omin/cm2,電極轉速2500r/min。等離子體刻蝕微孔陣列エ藝參數真空度為I. OPa，基體負偏壓為650V，時間為IOmin0磁控濺射製備耐磨隔熱層(Zr02)エ藝參數工作氣壓O. I Pa，加載負偏壓ー 100V，濺射電壓500 V，靶材濺射電流密度O. I A/cm2，濺射時間為O. 5小吋。實施例2
模具型腔材料4Cr5MoSiVl。電火花沉積製備過渡層(NiCoCrAlY)エ藝參數輸出電壓150V，電容100 μ F，頻率3000Hz,比沉積時間 I. 2min/cm2,電極轉速 3000r/min。等離子體刻蝕微孔陣列エ藝參數真空度為I. 2Pa，基體負偏壓為700V，時間為15min。磁控濺射製備耐磨隔熱層(Zr02)エ藝參數工作氣壓O. I Pa，樣品加載負偏壓ー300 V，濺射電壓600 V，靶材濺射電流密度O. 12 A/cm2，濺射時間為I小吋。實施例3
模具型腔材料3Cr3Mo3VNb。電火花沉積製備過渡層(NiCoCrAlY)エ藝參數輸出電壓150V，電容150 μ F，頻率3000Hz,比沉積時間 I. 5min/cm2,電極轉速 3000r/min。等離子體刻蝕微孔陣列エ藝參數真空度為I. OPa，基體負偏壓為800V，時間為IOmin0磁控濺射製備耐磨隔熱層(Zr02)エ藝參數工作氣壓O. I Pa，樣品加載負偏壓ー200 V，濺射電壓650 V，靶材濺射電流密度O. I A/cm2，濺射時間為2小吋。本發明的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法，這種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的使用壽命長，製備方法能指導覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的加工生產，它的推廣應用，對提高氣門成形模具的使用壽命、降低生產成本、提高生產效率有著積極的意義。
權利要求
1.覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在於在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，耐磨隔熱膜層包括過渡層和耐磨隔熱層，過渡層位於氣門成形模具的型腔與耐磨隔熱層之間。
2.根據權利要求I所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在於過渡層的材料為NiCoCrAlY，耐磨隔熱層的材料為Zr02。
3.根據權利要求I所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具，其特徵在於過渡層的材料為NiCoCrAlY,過渡層的厚度為5 50 μ m,耐磨隔熱層的材料為Zr02，耐磨隔熱層的厚度為5 100 μ m。
4.覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於 ①、對覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光； ②、用電火花沉積製備過渡層； ③、過渡層表面機械拋光； ④、過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列； ⑤、過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層。
5.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光後表面粗糙度Ra ^ O. 05 μ m。
6.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面機械拋光後表面粗糙度達到Ra ^ O. 05 μ m。
7.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面等離子體刻蝕的微孔陣列為孔徑5 μ m、孔深5 μ m、孔間距20 μ m。
8.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層的磁控濺射參數為工作氣壓O. Γ0. 6Pa，加載負偏壓ー 100 ー 400V，濺射電壓500 700 V，靶材濺射電流密度O. Γθ. 15 A/cm2，濺射時間為O. 5 30小時。
9.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於用電火花沉積製備過渡層的エ藝參數如為輸出電壓5(Tl50V，電容IOOlOOyF,頻率200(Γ3000Ηζ，比沉積時間 I 3min/cm2，電極轉速 200(T3000r/min。
10.根據權利要求4所述的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，其特徵在於過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列的エ藝方法是採用雷射加工技術在厚度為0. 05mm有機矽膠薄膜上加工通孔孔徑為5 μ m、孔間距為20 μ m的微孔陣列；將帶有微孔陣列的有機矽膠薄膜貼於模具型腔表面，進行等離子體刻蝕，離子氣為Ar氣，真空度為f 3Pa，基體負偏壓為60(T800V，時間為5 20min。
全文摘要
本發明提供一種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法，覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具是在氣門成形模具的型腔表面覆蓋有耐磨隔熱膜層，耐磨隔熱膜層包括過渡層和耐磨隔熱層，過渡層位於氣門成形模具的型腔與耐磨隔熱層之間。覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的製備方法，①、對覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的型腔表面機械拋光；②、用電火花沉積製備過渡層；③、過渡層表面機械拋光；④、過渡層表面等離子體刻蝕微孔陣列；⑤、過渡層表面磁控濺射製備耐磨隔熱層。本發明的覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具及製備方法，這種覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的使用壽命長，製備方法能指導覆蓋耐磨隔熱膜層的氣門成形模具的加工生產。
文檔編號C23C28/00GK102912346SQ20121038131
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月10日 優先權日2012年10月10日
發明者周小平, 胡心彬 申請人:湖北工業大學