[發明專利]一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝

無效

• 申請號: 201410259429.2
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104017977A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 馮愛新;薛偉;陸金花;曹宇鵬;何葉;李峰平;瞿建武
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: C21D9/30
• 分類號: C21D9/30;C21D1/09;C23C14/58
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 李雪芳

技術領域

本發明涉及凸輪機制造領域，具體涉及一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝。

背景技術

凸輪軸是柴油機的關鍵零部件之一，它控制著柴油機的進氣、供油和排氣過程，凸輪軸的工作可靠性直接關系到柴油機的正常運轉和機車的安全運行。國內的凸輪生產絕大多數都采用“銑外型→粗磨→熱處理→精磨”的工藝進行凸輪加工。內燃機曲軸的凸輪工作在復雜惡劣的環境中，由于承受隨機或交變作用的拉應力容易發生疲勞破壞，拉應力越大，破壞的可能性越大，提高凸輪使用壽命、保證其工作可靠性，耐久性具有重要的工程意義。

申請號為201010548043.5的中國發明專利中公開了一種內燃機凸輪表面的光整加工方法，可使凸輪表面粗磨后達到高精度的要求。但是，該方法只是提高表面精度方法，并沒使材料本身的力學性能增強，凸輪受隨機或交變載荷拉應力還是會容易發生疲勞破壞。

發明內容

本發明提供了一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝，利用飛秒激光加工的表面微凹坑來提高物理氣相沉積涂層與基體的結合強度，然后采用脈沖激光沖擊強化表面微凹坑來調控表面殘余應力，可以顯著提高凸輪的疲勞壽命，并且工序前后銜接，自動化程度高。

本發明采用的技術方案為：

一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝，包括如下步驟：

(1)將凸輪樣品進行加工打磨拋光處理，對拋光后的凸輪樣品進行超聲波清洗；

(2)在模具帶上進行微凹坑的預先排列及造型設計，獲得微凹坑的排列及造型設計圖樣；

(3)將模具帶貼附在凸輪樣品表面；

(4)裝夾凸輪樣品，按照第2步得到微凹坑的排列及造型設計圖樣，用標記筆在凸輪樣品上標出所需加工的微凹坑位置；

(5)取下模具帶；

(6)將準備好的凸輪樣品置于真空靶室中，開啟飛秒激光器，根據第2步得到微凹坑的排列及造型設計圖樣，對凸輪樣品表面進行微凹坑加工；

(7)取出加工好的凸輪樣品，進行超聲波清理，清除加工飛沫與雜質；

(8)利用物理氣相沉積方法，在凸輪樣品表面制備一層涂層；

(9)將準備好的凸輪樣品置于脈沖激光的工作臺上，在其表面涂覆激光沖擊強化工藝所需的吸收層和約束層；

(10)將第5步取下的模具帶貼附在凸輪樣品表面，再用標記筆標出所需加工的微凹坑位置，保證和第6步所加工的微凹坑位置重合；

(11)取下模具帶；

(12)開啟脈沖激光器，調節工藝參數后對所加工的微凹坑位置進行激光沖擊強化處理；

(13)取下加工好的凸輪，進行超聲波清理，清除加工飛沫與雜質。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：

1、本發明提供了一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝，利用飛秒激光加工的表面微凹坑來提高物理氣相沉積涂層與基體的結合強度，然后采用脈沖激光沖擊強化表面微凹坑來調控表面殘余應力，可以顯著提高凸輪的疲勞壽命；

2、飛秒激光能實現對材料的微納尺寸加工，微凹坑的尺寸精度高，適應各種精密和超精密凸輪的加工；

3、飛秒激光微織構造型的凸輪表面的微凹坑陡峭，涂層后在界面引入鍵合強化機制，界面結合強度顯著提高。

4、利用在凸輪側表面飛秒微織構造型后，然后在凸輪側面制備涂層。這樣涂層表面自然形成一個個微凹坑，減少摩擦力，提高摩擦潤滑性能。

5、在鍍膜后的涂層表面對應微凹坑處進行激光沖擊強化工藝。有效改善膜基界面及膜基系統的應力匹配特性，凸輪的力學性能顯著提高，延緩了凸輪的磨損失效。

6、利用模具帶，有效保證加工前后孔洞在同一個位置。

7、本發明的內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝，各個工序前后銜接，非常方便配置自動上下料及輸送裝置，自動化程度高。

附圖說明

圖1為本發明的工藝流程圖；

圖2為模具帶的結構示意圖；

圖3為模具帶圍繞凸輪樣品后的示意圖；

圖4為模具帶上微凹坑的示意圖；

圖中各標號的含義如下：

1、模具帶主體；2、孔；3、模具帶；4、凸輪樣品；5、微凹坑。

具體實施例

如圖1所示，本發明提供了一種內燃機曲軸的凸輪表面復合處理工藝，包括如下步驟：

(1)首先準備凸輪樣品4，將凸輪樣品4進行加工打磨拋光處理，對拋光后的凸輪樣品4進行超聲波清洗；