專利名稱：一種經(jīng)過激光微造型處理的活塞裙部的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種內(nèi)燃機(jī)活塞裙部，尤其涉及一種經(jīng)過激光微造型處理后的活塞裙部。
背景技術(shù)：
活塞是發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一，活塞裙部在氣缸內(nèi)起著導(dǎo)向、承載側(cè)壓力和傳熱等作用。活塞在工作過程中，由于活塞的二階運動活塞裙部受到很大的側(cè)推力，又受到高溫高壓的熱負(fù)荷，活塞裙部將發(fā)生變形，其與缸套間的可能出現(xiàn)局部間隙過小，產(chǎn)生咬缸、拉缸現(xiàn)象；或者間隙過大，產(chǎn)生敲缸、增加機(jī)油耗、缸套穴蝕或噪聲過大等現(xiàn)象；或者裙部變形后，潤滑難以實現(xiàn)，從而影響工作可靠性。合理的活塞裙部型面應(yīng)保證活塞得到良好的導(dǎo)向，足夠的承壓面積，形成足夠的潤滑油膜，以減小摩擦磨損，在任何工況下都能保證合理的配缸間隙。因此，合理的裙部型線設(shè)計及改善裙部潤滑摩擦磨損成為一個重要課題?，F(xiàn)有的活塞裙部型線加工工藝中，經(jīng)常采用裙部中凸變橢圓型線工藝，其目的是防止熱態(tài)時活塞沿活塞銷過度膨脹，而卡死在缸內(nèi)；同時可以形成流體動壓潤滑，改善潤滑效果，但中凸變橢圓活塞型面復(fù)雜，加工難度高。在改善裙部潤滑方面，可以在裙部表面加工集油布油孔。在改善活塞的抗磨性能時，經(jīng)常采用表面強(qiáng)化處理，如活塞表面噴涂石墨、噴涂二硫化鉬、鍍錫或鍍鉛等。但是單純的改善潤滑或提高耐磨性已經(jīng)達(dá)到其工藝性能的極限，而且大多生產(chǎn)工藝及裝備復(fù)雜，成本高，工人勞動強(qiáng)度大，且對壞境具有一定的污染性。因此，現(xiàn)有的改善活塞一缸套的潤滑狀態(tài)及其工作性能的技術(shù)手段還需提高。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提出了一種經(jīng)過激光微造型處理的活塞裙部，其特征在于所述活塞裙部的表面為所述活塞裙部的主承載區(qū)及次承載區(qū)，所述活塞裙部的表面由均勻分布的微凹腔或微溝槽組成。所述微凹腔的幾何截面形狀為圓形、三角形、正方形或正多邊形，其形狀的外接圓半徑 rp = 30 = 5 8 μ m，面積密度、=10% 25%。所述微溝槽的形貌的寬度d = 15 30 μ m，深度hp = 6 10 μ m,面積密度、= 15% ；35%，溝槽斜角α =45° 75°。本實用新型通過如下方法對活塞裙部進(jìn)行激光微造型處理采用二極管泵浦YAG激光加工器對活塞裙部主承載區(qū)及次承載區(qū)進(jìn)行激光微造型處理，采取單脈沖同點間隔多次加工，通過控制激光加工工藝參數(shù)即功率密度IO5 107W/cm2、脈沖寬度25ns 100ns、脈浦電流20 22. 5A、調(diào)Q脈沖頻率5 25kHz，在激光圖形加工軟件控制界面上，輸入造型的幾何尺寸參數(shù)，調(diào)整激光脈沖重復(fù)次數(shù)2-8次，并利用輔助氣體來實施相應(yīng)的微造型。采用激光造型后，活塞裙部由均勻分布的微造型(凹腔或溝槽)組成，一方面可以形成流體動壓潤滑，改善其潤滑摩擦性能；另一方面，由于激光的熱效應(yīng)，裙部表面材料得到硬化、強(qiáng)化處理，大幅提高裙部表面材料的硬度，增強(qiáng)了其耐磨能力。與以往的工藝手段相比，該發(fā)明具有功能全面，工藝及設(shè)備簡單、勞動強(qiáng)度低、成本低、對環(huán)境無污染等優(yōu)點， 蘊(yùn)含了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明


圖1是活塞裙部激光微造型加工示意圖；圖2示意了具有A-A截面的裙部表面微凹腔；圖3是根據(jù)圖2的微凹腔的A-A截面的剖面圖；圖4示意了根據(jù)圖2的微凹腔的外接圓半徑；圖5示意了根據(jù)圖2的微凹腔的深度；圖6-9示意了不同形狀的微凹腔截面；
圖10是裙部表面微溝槽示意圖。
圖1中1-激光器，2-活塞，3-工作臺，4-外光路系統(tǒng)，5-45°反射鏡，6_激光束， 7~聚焦鏡。
具體實施方式
本實用新型是一種經(jīng)過激光微造型處理后的活塞裙部，在活塞裙部的主承載區(qū)及次承載區(qū)進(jìn)行激光微造型，包括YAG激光器1、活塞2、工作臺3、外光路系統(tǒng)4、45°反射鏡 5、聚焦鏡7，可通過如下步驟進(jìn)行造型第一步提供一個激光功率為3W，調(diào)Q脈沖頻率5 25KHz，波長532nm的二極管泵浦YAG激光器1 ；選取一個球磨鑄鐵發(fā)動機(jī)活塞2。第二步驅(qū)動激光器，調(diào)整激光功率密度為IO5 107W/cm2，脈沖寬度為25ns 100ns，泵浦電流20 22. 5A，調(diào)Q脈沖頻率5 25kHz，在激光圖形加工軟件控制界面上， 輸入造型的幾何尺寸參數(shù)，工作臺3轉(zhuǎn)速，調(diào)整激光脈沖重復(fù)次數(shù)，使用高能量密度、高重復(fù)頻率的脈沖激光照射到活塞裙部，并吹輔助氣體(氮氣或氧氣)，使氣化的金屬及時的散去，同時吹輔助氣體也起到了冷卻的作用，在活塞裙部表面形成硬度極高且均勻分布的微造型形貌。激光微造型處理后，裙部的微造型參數(shù)為(1)微凹腔的幾何參數(shù)截面形狀可以為圓形，三角形，正方形或正多邊形，其形狀的外接圓半徑rp = 30 50 μ m,深度hp = 5 8^111，面積密度、=10% 25%，。(2)微溝槽形貌的幾何參數(shù)寬度d= 15 30 μ m，深度\ = 6 ΙΟμπι，面積密度％ = 15% ；35%，溝槽斜角α =45° 75°。
權(quán)利要求1.一種經(jīng)過激光微造型處理的活塞裙部，其特征在于所述活塞裙部的表面為所述活塞裙部的主承載區(qū)及次承載區(qū)，所述活塞裙部的表面由均勻分布的微凹腔或微溝槽組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞裙部，其特征在于所述微凹腔的幾何截面形狀為圓形、 三角形、正方形或正多邊形，其形狀的外接圓半徑rp = 30 50 μ m，深度hp = 5 8 μ m，面積密度、=10% 25%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞裙部，其特征在于所述微溝槽的形貌的寬度d= 15 30口!11，深度1113 = 6 1(^111，面積密度％=15% ；35%，溝槽斜角0 =45° 75°。
專利摘要本實用新型涉及一種經(jīng)過激光微造型處理的活塞裙部，所述活塞裙部的表面為所述活塞裙部的主承載區(qū)及次承載區(qū)，所述活塞裙部的表面是由均勻分布的微凹腔或微溝槽組成的微觀幾何形貌的金相組織，所述微凹腔的幾何截面形狀為圓形，三角形，正方形或正多邊形，其形狀的外接圓半徑rp＝30～50μm，深度hp＝5～8μm，面積密度sp＝10％～25％。所述微溝槽形貌的寬度d＝15～30μm，深度hp＝6～10μm，面積密度sp＝15％～35％，溝槽斜角α＝45°～75°。
文檔編號B23K26/36GK202006339SQ20102021688
公開日2011年10月12日 申請日期2010年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
發(fā)明者尹必峰, 王勻, 章高偉, 符永宏 申請人:安徽省恒泰活塞制造有限公司, 江蘇大學(xué)