[發(fā)明專利]一種提高無缸套發(fā)動機氣缸孔耐磨性的裝置與方法

在審

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• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107378252A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任旭東;陳炳泉;任云鵬;張新洲;陳蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B23K26/356
• 分類號: B23K26/356;B23K26/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工處理技術(shù)領(lǐng)域，特指一種提高無缸套發(fā)動機氣缸孔耐磨性的裝置與方法。

背景技術(shù)

汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展對汽車制造業(yè)提出了更高的要求和期望，發(fā)動機作為整個汽車的核心部件，對汽車的運行可靠性和使用性能具有決定性影響。汽車發(fā)動機氣缸孔是汽車發(fā)動機安裝活塞的位置，是發(fā)動機動力輸出的關(guān)鍵位置，無缸套氣缸在現(xiàn)今仍有較為廣泛的應(yīng)用，但無缸套氣缸與活塞環(huán)直接接觸，在活塞劇烈運動時，與氣缸孔內(nèi)壁摩擦，尤其是潤滑條件不夠良好時或者汽車起步時，活塞環(huán)與汽缸孔摩擦嚴重，長時間如此會破壞氣缸，從而導(dǎo)致汽車拉缸問題而不得不返修鏜缸，造成一定的經(jīng)濟損失。因此，提高無缸套氣缸的耐磨性和壽命對提高發(fā)動機的整體可靠性和安全性具有非常重要的意義。

目前常用于提高氣缸抗摩擦性能的方法主要是滲氮-磷化處理。滲氮處理可以在氣缸孔壁上形成一層高硬度的白亮層，但是這種氮化層的貯油性差，在汽車啟動時，潤滑條件不良，活塞環(huán)對汽缸的摩擦?xí)哟?，可能在磨合期時發(fā)動機就會產(chǎn)生刮傷，磷化處理雖然可以解決這一問題，但總體來說工藝復(fù)雜。另一種方法是氣缸孔壁的高溫形變熱處理，該工藝流程多，可控性不好，需要保持加熱、滾壓和淬火工序的同步進行，然后再進行回火熱處理，該工藝對時間要求很高，不易控制，且操作繁瑣。

激光沖擊強化技術(shù)，通過激光脈沖誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波在氣缸孔內(nèi)壁上產(chǎn)生較深的殘余壓應(yīng)力層，改變材料的顯微組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，細化晶粒，從而使得氣缸孔的耐磨性得到顯著的提升。激光沖擊強化氣缸孔時，將反射錐與氣缸孔中心軸線相重合，通過環(huán)形激光轉(zhuǎn)換器，將入射平行激光轉(zhuǎn)換為大小可調(diào)的環(huán)形激光，垂直照射到反射錐上，使得激光沖擊強化處理的效率和精度大大提高。該新型裝置在提高強化效率的同時也保證了強化的精度，還可以進行多次激光沖擊處理，以得到更好的效果。相對于單次激光沖擊強化，多次激光沖擊強化殘余應(yīng)力作用層更深，表面硬度也會有更大的提高，強化效果更加顯著。在本發(fā)明中，我們采用多次激光沖擊的方法，以期獲得更好的效果。

為了提高激光的吸收率，改善激光沖擊的效果，一般的激光強化都需要在材料表面層覆有涂層，現(xiàn)有的涂層一般為鋁箔，雖然都取得了不錯的效果，但是由于發(fā)動機氣缸內(nèi)壁難以涂敷鋁箔，所以本專利采用的硅酸乙酯黑漆，可以使激光的吸收率達到98%以上。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種提高無缸套發(fā)動機氣缸孔耐磨性的裝置與方法，用來提高發(fā)動機氣缸的使用壽命。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種提高無缸套發(fā)動機氣缸孔耐磨性的裝置，包括激光發(fā)生系統(tǒng)，所述激光發(fā)生系統(tǒng)依次與凹透鏡、凸透鏡和全反鏡光連接，所述全反鏡的光線輸出端設(shè)置有環(huán)形激光轉(zhuǎn)換器，發(fā)動機氣缸孔位于所述環(huán)形激光轉(zhuǎn)換器的正下方，所述發(fā)動機氣缸孔固定安裝在定位平板上，絲杠螺母機構(gòu)穿過所述定位平板，所述絲杠螺母機構(gòu)上安裝有反射錐，所述反射錐位于所述發(fā)動機氣缸孔內(nèi)。

上述方案中，所述反射錐的錐角為45°，所述反射錐的中心軸線與所述發(fā)動機氣缸孔的中心軸線共線。

上述方案中，所述絲杠螺母機構(gòu)通過聯(lián)軸器與步進電機連接。

上述方案中，所述激光發(fā)生系統(tǒng)、所述步進電機均與PLC控制系統(tǒng)連接。

本發(fā)明提供的一種提高無缸套發(fā)動機氣缸孔耐磨性的方法，包括如下步驟：

A.對發(fā)動機氣缸孔進行清潔打磨，去除內(nèi)壁的污垢與毛刺；B.涂抹激光能量吸收層和約束層，調(diào)節(jié)好激光器各項參數(shù)：C.通過PLC控制系統(tǒng)，通過步進電機與絲杠螺母的作用控制反射錐的高度，先讓反射錐的頂尖與定位平板上表面處于同一平面上，使激光能夠剛好從發(fā)動機氣缸孔的底部進行沖擊強化； D.當(dāng)反射錐錐底面與發(fā)動機氣缸孔上底面處于同一平面時，一次沖擊強化過程結(jié)束；E.重復(fù)涂敷激光吸收層和約束層，重復(fù)上述步驟，進行第二次強化過程；F.重復(fù)上述步驟，進行第三次沖擊強化過程；G.激光沖擊強化過程完成后，采用精細打磨砂紙進行輕微打磨處理，減少因激光沖擊強化而引起的表面粗糙度升高；H.完成上述步驟后，對發(fā)動機氣缸孔進行清潔處理，涂抹防護油。

上述方案中，所述吸收層采用硅酸乙酯黑漆，約束層采用自制柔性約束層。

上述方案中，所述激光發(fā)生系統(tǒng)的激光脈沖寬度10ns，激光波長1064nm，激光能量為4J，搭接率為50%，重復(fù)頻率為1Hz。

上述方案中，所述反射錐的運動速度為1mm/s。

上述方案中，所述環(huán)形激光轉(zhuǎn)換器輸出的同心環(huán)形激光寬度為2mm。