專利名稱:一種內(nèi)燃機(jī)缸孔激光熱處理工藝的制作方法
本發(fā)明屬激光熱處理技術(shù)領(lǐng)域：
。涉及內(nèi)燃機(jī)缸體或缸套內(nèi)孔的激光熱處理、并且特別適宜于手持式內(nèi)燃鑿巖機(jī)灰鑄鐵缸孔的激光熱處理工藝方法。
激光熱處理自七十年代發(fā)展以來，現(xiàn)已進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。在內(nèi)燃機(jī)缸體或缸套內(nèi)孔上采用激光熱處理，形成的淬硬帶能使其耐磨性顯著提高?，F(xiàn)今推廣的工藝方法是采用激光束對(duì)缸體或缸套內(nèi)孔壁進(jìn)行螺旋掃描，從而在孔壁上形成螺旋狀的淬硬帶。例如中國(guó)專利CN86100097(1987、7公開)提供了高速柴油機(jī)缸孔激光熱處理工藝，在掃描過程中，激光束功率與掃描軌跡呈非線性或線性變化，對(duì)已磷化處理的灰鑄鐵缸孔內(nèi)壁進(jìn)行不等距螺旋掃描，在易磨損部位淬硬帶密度大，從而具有較高的耐磨、耐蝕性能，并且具有整體變形小等特點(diǎn)，獲得了較好效果。但是如將這種缸孔熱處理工藝方法，用于惡劣工況條件下(例如野外塵埃大、散熱條件差、沖擊載荷劇烈等)的內(nèi)燃機(jī)缸孔上，其耐磨性能還嫌不足，與國(guó)外先進(jìn)樣機(jī)耐久試驗(yàn)對(duì)比尚存在差距。
本發(fā)明的目的在于利用激光熱處理形成淬硬帶的原理，針對(duì)現(xiàn)有工藝方法的不足，深入探索激光束在缸孔內(nèi)壁的合理掃描軌跡，以期進(jìn)一步提高在惡劣工況下工作的內(nèi)燃機(jī)缸孔的耐磨性能。
本工藝的主要特征在于對(duì)經(jīng)過黑化處理的待加工缸體或缸套孔內(nèi)壁，用激光束進(jìn)行順母線方向的直線掃描，其掃描軌跡在缸孔園周壁上是均勻間隔線段密布的，也可以按缸孔偏磨程度實(shí)行不等距和不等長(zhǎng)線段布置，從而在缸孔內(nèi)壁形成順母線方向的若干條直線型淬硬帶。
實(shí)行本工藝在缸孔內(nèi)壁形成若干條順母線方向的直線型淬硬帶后，將產(chǎn)生以下積極效果1、其淬硬帶方向與活塞運(yùn)動(dòng)方向是一致的，對(duì)活塞產(chǎn)生了類似沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向作用。
2、當(dāng)缸孔與活塞運(yùn)動(dòng)付工作時(shí)產(chǎn)生的微小金屬磨屑、以及進(jìn)入汽缸的大氣塵埃微粒，可以順著相鄰淬硬帶之間的軟帶內(nèi)直線移動(dòng)，最后排出活塞環(huán)工作區(qū)。不致形成磨料加速磨損。
3、由于激光束在缸孔內(nèi)壁進(jìn)行直線掃描，熱處理時(shí)缸孔相對(duì)激光束只作直線移動(dòng)，掃描速度容易控制，相應(yīng)的設(shè)備技術(shù)要求也低。如作螺旋線掃描，熱處理時(shí)缸孔相對(duì)激光束既作直線移動(dòng)同時(shí)又作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，掃描速度較難控制，對(duì)相應(yīng)設(shè)備的技術(shù)要求也高。
4、如果在用激光束順母線方向掃描形成若干條直線型淬硬帶基礎(chǔ)上，結(jié)合進(jìn)行激光束的等距或不等距螺旋掃描，最后在缸孔內(nèi)壁形成以母線硬帶為基礎(chǔ)的網(wǎng)狀淬硬帶，將會(huì)進(jìn)一步減少熱處理變形和提高局部區(qū)域耐磨性。
5、能顯著提高惡劣工況條件下工作的內(nèi)燃機(jī)缸孔的耐磨性能，減少偏磨的程度，從而延長(zhǎng)使用壽命。
以下結(jié)合手持式內(nèi)燃鑿巖機(jī)缸體，對(duì)實(shí)施激光熱處理的工藝方法作進(jìn)一步描述。
眾所周知鑿巖機(jī)是用于野外作業(yè)工況條件相當(dāng)惡劣、承受頻繁沖擊的工作設(shè)備。手持式內(nèi)燃鑿巖機(jī)以汽油為能源，轉(zhuǎn)速高，熱載荷大，外界粉塵多，散熱條件差，未經(jīng)熱處理的缸體只能工作二百小時(shí)左右即磨損報(bào)廢。
圖1是鑿巖機(jī)缸體的工作示意圖缸體(8)的孔內(nèi)壁呈階梯形，其中包括以d為直徑的工作室(1)和以D為直徑的壓氣室(2)。簡(jiǎn)析其爆發(fā)沖程，當(dāng)工作室(1)中充滿新鮮混合油氣時(shí)，經(jīng)活塞(3)的壓縮后點(diǎn)火爆發(fā)，先向左推動(dòng)沖擊活塞(4)，連帶巖釬撞擊巖石工作;后推動(dòng)活塞(3)右移，帶動(dòng)連桿、曲柄、飛輪運(yùn)動(dòng)，為活塞(3)的運(yùn)動(dòng)儲(chǔ)備動(dòng)能。為此在缸體(8)工作室(1)的內(nèi)壁上要承受活塞(3)和沖擊活塞(4)小端的動(dòng)載荷，在缸體(8)壓氣室(2)的內(nèi)壁上要承受沖擊活塞(4)大端的動(dòng)載荷，在前述工況條件下長(zhǎng)期工作，無論在工作室(1)和在壓氣室(2)內(nèi)壁上，都會(huì)造成不同程度的嚴(yán)重磨損。
圖2是缸孔內(nèi)壁的激光熱處理掃描工藝方法示意圖。
本工藝采用了結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、激光束較穩(wěn)定的固定式導(dǎo)光系統(tǒng)(5)，發(fā)自激光器的光源經(jīng)聚焦后的光束(6)，通過反射鏡折射，將激光束(7)射向工件表面掃描。缸體(8)與導(dǎo)光系統(tǒng)(5)的軸線對(duì)中后固定在水平工作臺(tái)面(9)上。工作臺(tái)面(9)可以分別進(jìn)行上(或下)直線進(jìn)給及沿導(dǎo)光系統(tǒng)(5)的軸線迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者直線進(jìn)給與迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。在工作臺(tái)面(9)只進(jìn)行直線進(jìn)給時(shí)，經(jīng)激光束(7)掃描后，在缸體(8)內(nèi)壁表面，可形成一條順缸體(8)臺(tái)階孔壁母線方向上的直線型淬硬帶，然后遮閉激光束(7)并使工作臺(tái)面(9)迥轉(zhuǎn)一個(gè)角度，再次進(jìn)行上(或下)直線進(jìn)給掃描，形成了第二條直線型淬硬帶，依次類推，直至在缸體(8)臺(tái)階孔內(nèi)壁按要求的間距和要求的長(zhǎng)度布滿5-20條直線型淬硬帶。如果工作臺(tái)面(9)連同缸體(8)既作直線進(jìn)給的同時(shí)又作迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么在激光束(7)掃描后，就在缸體(8)內(nèi)壁表面形成一條螺旋狀的淬硬帶，只要在保證激光的功率密度前提下，適當(dāng)控制工作臺(tái)面(9)的直線進(jìn)給和迥轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，它形成的淬硬帶將會(huì)是所需要的等距或不等距螺旋狀。如果結(jié)合實(shí)施上述兩種激光掃描方法，最后在缸體(8)臺(tái)階孔內(nèi)壁將形成以母線硬帶為基礎(chǔ)的網(wǎng)狀淬硬帶。
圖3是缸體(8)作上(或下)直線進(jìn)給時(shí)，用激光束(7)掃描形成九條勻布的順母線方向的直線型淬硬帶(10)展開示意圖。其中Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ之間，是周長(zhǎng)為πd的工作室(1)的內(nèi)壁展開示意，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ之間，是周長(zhǎng)為πD的壓氣室(2)的內(nèi)壁展開示意。
圖4是缸體(8)內(nèi)壁進(jìn)行過順母線方向的直線型激光掃描后，再進(jìn)行一次激光等螺距螺旋掃描，最后形成以母線硬帶(10)為基礎(chǔ)的網(wǎng)狀淬硬帶展開示意圖。其中Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ之間，是工作室(1)的內(nèi)壁展開示意，Ⅱ-Ⅱ和Ⅲ-Ⅲ之間，是壓氣室(2)的內(nèi)壁展開示意。
進(jìn)行上述工藝時(shí)，采用千瓦級(jí)電激勵(lì)橫流CO2激光器，缸體材質(zhì)為HT30-54，并在缸孔壁進(jìn)行涂料黑化預(yù)處理。激光束光斑寬度為2-4毫米，掃描速度為20-30毫米/秒，缸孔內(nèi)壁形成的淬硬帶表面硬度達(dá)HV650-1000，淬深0.2-0.45毫米，最后對(duì)缸孔進(jìn)行珩磨達(dá)到所需尺寸。
為了提高激光掃描加工精度，工作臺(tái)面(9)的運(yùn)動(dòng)及激光束的功率可以用微機(jī)程序控制。為了提高生產(chǎn)效率，幾個(gè)工件可以層疊一次加工，并且直線掃描軌跡的兩相鄰線段端部可以橫向弧線連接連續(xù)加工。
通過同等工況下的2000延米整機(jī)耐久試驗(yàn)對(duì)比，可以認(rèn)為經(jīng)本工藝處理的具有母線硬帶(10)或具有以母線硬帶(10)為基礎(chǔ)的網(wǎng)狀硬帶的鑿巖機(jī)缸體(8)，都有較高的耐磨耐蝕性能。從磨損測(cè)定看，已明顯優(yōu)于單螺旋淬硬帶缸體。與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有鑿巖機(jī)缸體比，耐磨耐蝕性能已獲得大幅度的提高。
不言而喻，本激光熱處理工藝方法，同樣適用于旨在提高耐磨耐蝕性能、減少熱處理變形的油壓機(jī)、氣壓機(jī)及類似機(jī)械的缸(筒)體內(nèi)壁孔的熱處理。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)已黑化預(yù)處理的內(nèi)燃機(jī)缸體或缸套孔內(nèi)壁，進(jìn)行激光束掃描形成淬硬帶的激光熱處理工藝，其特征在于用激光束進(jìn)行順母線方向的直線掃描，其掃描軌跡在缸孔園周壁上是均勻間隔線段密布的，也可以按缸孔偏磨程度實(shí)行不等距和不等長(zhǎng)線段布置，從而在缸孔內(nèi)壁形成順母線方向的若干條直線型淬硬帶(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的激光熱處理工藝，其特征在于結(jié)合進(jìn)行激光束的等距或不等距螺旋掃描，最后在缸孔內(nèi)壁形成以母線硬帶(10)為基礎(chǔ)的網(wǎng)狀淬硬帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2的激光熱處理工藝，其特征在于對(duì)手持式內(nèi)燃鑿巖機(jī)的灰鑄鐵缸體(8)孔壁進(jìn)行激光束掃描熱處理，在缸體(8)臺(tái)階孔內(nèi)壁按要求的間距和要求的長(zhǎng)度布滿5-20條直線型淬硬帶(10)。
專利摘要
一種內(nèi)燃機(jī)缸孔激光熱處理工藝，涉及內(nèi)燃機(jī)缸體或缸套內(nèi)孔的激光熱處理，并且特別適宜于手持式內(nèi)燃鑿巖機(jī)灰鑄鐵缸孔的激光熱處理工藝方法。其主要特征在于用激光束對(duì)缸孔內(nèi)壁進(jìn)行順母線方向的直線掃描，從而在缸孔內(nèi)壁形成若干條直線型淬硬帶，對(duì)活塞產(chǎn)生了類似沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向作用，具有較高的耐磨耐蝕性能。從耐久試驗(yàn)?zāi)p測(cè)定看，已明顯優(yōu)于單螺旋激光淬硬帶缸體。本工藝同樣適于油壓、氣壓機(jī)及類似缸(筒)體的內(nèi)壁熱處理。
文檔編號(hào)C21D9/14GK87107467SQ87107467
公開日1988年7月13日 申請(qǐng)日期1987年12月14日
發(fā)明者黃德發(fā), 袁硯泉, 黃管樂, 陶曾毅, 楊可傳 申請(qǐng)人:宜春風(fēng)動(dòng)工具廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan