專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面重熔合金化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種金屬材料重熔合金化設(shè)備，特別涉及到一種氣缸套內(nèi)表面重熔合金化設(shè)備。
目前內(nèi)燃機(jī)氣缸套一般采用含硼鑄鐵制造，一般不進(jìn)行熱處理，氣缸套內(nèi)表面硬度僅為HRC20左右，因此氣缸套的耐磨性很不理想，從而導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)壓縮性能的下降。為了克服氣缸套耐磨性能差的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已開(kāi)始采用激光對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸套的內(nèi)表面進(jìn)行熱處理，取得了良好的處理效果。但激光處理工藝十分復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備成本昂貴，從而使其性能價(jià)格比沒(méi)有明顯的優(yōu)越性。
本實(shí)用新型針對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸套生產(chǎn)和熱處理中所存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種采用等離子束為熱源的內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面重熔合金化設(shè)備。其目的是設(shè)計(jì)一種便于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用、處理工藝簡(jiǎn)單、處理效果好和處理性能價(jià)格比高的重熔合金化專(zhuān)用設(shè)備，使內(nèi)燃機(jī)氣缸套的耐磨性大幅度提高。
本實(shí)用新型主要是由于工作機(jī)床和等離子發(fā)生器組成，工作機(jī)床是由旋轉(zhuǎn)裝置、升降裝置和固定等離子發(fā)生器的支架組成的。旋轉(zhuǎn)裝置是在機(jī)架上裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)、減速裝置和轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)上放置被處理的氣缸套，實(shí)現(xiàn)工作中的氣缸套的旋轉(zhuǎn)；升降裝置是在機(jī)架上裝有升降電機(jī)、減速裝置、凸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工作中氣缸套與等離子發(fā)生器的相對(duì)升降運(yùn)動(dòng)；另外機(jī)架上聯(lián)接有支架，支架上固聯(lián)著等離子發(fā)生器。通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降裝置的升降運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)被處理氣缸套與等離子發(fā)生器之間在空間上的螺旋升降運(yùn)動(dòng)，使氣缸套內(nèi)表面得到全面均勻的加熱。等離子發(fā)生器是一個(gè)具有靠陰陽(yáng)極產(chǎn)生高壓電弧、靠高壓氮?dú)怏w從噴嘴噴出等離子弧、靠冷卻水進(jìn)行內(nèi)部強(qiáng)制冷卻的組合裝置。
本實(shí)用新型需外配冷卻水源、工作氣體氮?dú)夂透邏褐绷麟娫矗ㄟ^(guò)操作臺(tái)上的微處理機(jī)和設(shè)置的位置傳感器、氣壓傳感器、水流傳感器、電流傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、加熱電源的開(kāi)關(guān)控制和安全保護(hù)以及工作機(jī)床的旋轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動(dòng)速度的控制調(diào)整等功能。
本實(shí)用新型的積極效果是為氣缸套的熱處理提供了一種便于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用的、工藝簡(jiǎn)單的、處理效果好的專(zhuān)用設(shè)備。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例和工作原理。


圖1是等離子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-噴嘴；2-噴嘴壓帽；6-噴嘴座；7-隔熱套；10-壓蓋；12-出水管接頭；13-陰極座；14-陽(yáng)極桿；15-絕緣套；16-陽(yáng)極桿；19-外殼；20-絕緣座；21-螺桿；22-電極；3、4、5、8、9、11、17、18-密封圈或密封墊；A-電離擊穿位置；b-進(jìn)氣孔；Q-螺桿(21)調(diào)整孔；C、P、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M-冷卻水流動(dòng)次序和通道。
圖2是工作機(jī)床的一種工作原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是工作機(jī)床的另一種原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中30-等離子發(fā)生器；31-氣缸套；32-轉(zhuǎn)盤(pán)；33-旋轉(zhuǎn)減速器；34-旋轉(zhuǎn)電機(jī)；35-升降電機(jī)；36-升降減速器；37-升降凸輪；38-滾輪；39-支架；40-搖臂桿；R-轉(zhuǎn)動(dòng)副。
圖1中，等離子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)是1.等離子炬外殼(19)與絕緣層(20)聯(lián)接，絕緣層(20)內(nèi)套有陰極座(13)，同時(shí)陰極座(13)與電源負(fù)極通過(guò)紫銅管聯(lián)接；陰極座(13)內(nèi)螺接陰極套(21)，陰極套(21)內(nèi)鑲有陰極桿(22)；2.外殼(19)內(nèi)絕緣層(20)的前部裝有噴嘴座(6)，噴嘴座(6)與噴嘴(1)通過(guò)壓帽(2)壓接，噴嘴(1)與外殼(19)為等電位作為等離子發(fā)生器的陽(yáng)極，接電源正極；3.由陰極桿(16)的內(nèi)孔和P處小孔、銅座(13)的環(huán)形槽D-E、絕緣座(20)的孔K、F噴嘴座(6)的孔C、J、噴嘴(1)的環(huán)形槽H-I，電極(11)內(nèi)孔構(gòu)成冷卻水通道；4.外殼(9)、絕緣座(20)以及隔熱套(7)有貫通的氣孔B，并與電極(22)和噴嘴(1)之間的氣室相通。
在非轉(zhuǎn)移弧工作方式下的工作回路和工作過(guò)程如下1.電路回路由加熱電源送來(lái)的直流工作電源和負(fù)極接陰極桿(16)，正極接陽(yáng)極桿(14)。其中陰極桿(16)與陰極座(13)螺接為一體，陰極座(13)又和螺桿(21)螺接，螺桿(21)和電極(22)為過(guò)盈配合。因此，陰極桿(16)與電極(22)為導(dǎo)體相連的。陽(yáng)極桿(14)與外殼(19)為焊接結(jié)構(gòu)，噴嘴壓帽(2)壓緊噴嘴(1)并螺接在(19)上。因此，陽(yáng)極桿(14)與噴嘴(1)之間也是導(dǎo)體相連的。絕緣座(20)用于隔離上述陰陽(yáng)極兩組導(dǎo)體，使陰陽(yáng)極之間的電離擊穿電壓在電極(22)和噴嘴(1)的A處為最小。
當(dāng)在陰陽(yáng)極桿上接上高壓起弧電源和工作電源時(shí)，高壓起弧電壓首先在A處擊穿氣體，在電極(22)和噴嘴(1)之間形成電弧通路呈現(xiàn)低阻抗?fàn)顟B(tài)。這時(shí)由于大電流的工作電源已接入，因此，工作電源也將由A處放電形成強(qiáng)大的電弧。
2.工作氣體回路由供氣系統(tǒng)送來(lái)的工作氮?dú)怏w，從外殼(19)的一側(cè)經(jīng)絕緣座(20)和隔熱套(7)從孔B進(jìn)入電極(22)和噴嘴(1)之間的氣室內(nèi)，進(jìn)氣孔B的軸線與電極(22)的軸線相錯(cuò)，因此進(jìn)氣有一定的旋轉(zhuǎn)作用。噴嘴(1)的N處是氣室的氣體唯一出口，當(dāng)在電回路通電并起弧后，使在A處產(chǎn)生電弧加入工作氣體后，膨脹的工作氣體便將高溫電弧從噴嘴(1)的N處噴出，這個(gè)電弧通過(guò)機(jī)械壓縮、電磁壓縮和熱收縮的效應(yīng)而成為高溫、高壓的等離子弧。
3.冷卻水回路冷卻水是從陰極桿(16)的內(nèi)孔C處進(jìn)入，通過(guò)P處的小孔進(jìn)入銅座(13)的環(huán)形槽D處，沿環(huán)形槽到達(dá)E處，首先對(duì)銅座(13)(包括螺桿21和電極22)進(jìn)行冷卻，然后從E處沿孔F和G進(jìn)入噴嘴(1)的環(huán)錐形槽的H處，繞噴嘴(1)的二側(cè)到達(dá)I處，對(duì)噴嘴(1)進(jìn)行冷卻，熱后從I處通過(guò)小孔J和K進(jìn)入L通路，并從M處輸出，達(dá)到對(duì)等離子發(fā)生器的內(nèi)部強(qiáng)制冷卻作用。
圖1中的零件3、4、5、8、9、11、17和18均為密封圈或密封墊，起到水或氣的密封作用。
在
圖1中螺桿(21)和電極(22)是過(guò)盈配合在一起的，螺桿(21)和銅座(13)是螺紋連接的，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿(21)時(shí)，可連同電極(22)一起左右移動(dòng)，從而可改變電極(22)左端與噴嘴(1)的距離，達(dá)到調(diào)整A處放電距離的目的。
圖1所示的等離子發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，除陽(yáng)極桿(14)和外殼(19)為焊接以及出水管接頭(12)和壓蓋(10)為粘接外，其他均采用可拆、卸結(jié)構(gòu)。
圖2中，機(jī)床架末畫(huà)出，工作機(jī)床的一種結(jié)構(gòu)是1.在機(jī)床架上裝有旋轉(zhuǎn)電機(jī)(34)，電機(jī)(34)聯(lián)著減速裝置(33)，(33)的動(dòng)力輸出軸上固定安裝有被處理的內(nèi)燃機(jī)氣缸套(31)的轉(zhuǎn)盤(pán)(32)；2.在機(jī)床架上還裝有升降電機(jī)(35)，電機(jī)(35)聯(lián)接減速裝置(36)，(36)的輸出軸裝有凸輪(37)，凸輪(37)與支架(39)通過(guò)滾輪(38)聯(lián)接，機(jī)架上有滑槽，支架(39)通過(guò)滑槽滑動(dòng)聯(lián)接在支架座上，支架(39)頂端通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副R與搖壁(40)聯(lián)接，搖臂(40)的一端與等離子發(fā)生器固定聯(lián)接，工作時(shí)等離子發(fā)生器(30)處于被處理氣缸套(31)的。其工作原理如下工作機(jī)床的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(34)和升降電機(jī)(35)的速度控制是由操作臺(tái)按設(shè)定程序完成的。工作過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)(35)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減裝置(33)將較低的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給轉(zhuǎn)盤(pán)(32)，在轉(zhuǎn)盤(pán)(32)上安裝有被處理的氣缸套(31)，因此氣缸套(31)是按一定的速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。于此同時(shí)，升降電機(jī)(35)通過(guò)減速裝置(36)驅(qū)動(dòng)凸輪(37)旋轉(zhuǎn)。凸輪(37)通過(guò)滾輪(38)使升降桿(39)和搖臂(40)和等離子發(fā)生器(30)作往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)。這樣，被處理氣缸套(31)和等離子發(fā)生器(30)就形成了具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，可稱(chēng)為螺旋升降運(yùn)動(dòng)。當(dāng)在等離子發(fā)生器的噴嘴Z處產(chǎn)生高溫的等離子束時(shí)，這個(gè)高溫等離子束將很快使氣缸套(31)的內(nèi)表面局部加熱到足夠高的溫度。由于氣缸套(31)和等離子發(fā)生器(30)間作螺旋運(yùn)動(dòng)，所以氣缸套(31)內(nèi)表面的加熱軌跡也為螺旋形。被加熱的氣缸套內(nèi)表面在旋離開(kāi)加熱區(qū)域后，在氣缸套自身冷卻和強(qiáng)制冷卻的作用下被迅速冷卻，從而達(dá)到表面重熔合金化目的。
本實(shí)施例主要優(yōu)點(diǎn)為1.在圖2中氣缸套(31)的旋轉(zhuǎn)速度及氣缸套(31)與等離子發(fā)生器(30)的相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)的速度都是通過(guò)可調(diào)整的電機(jī)進(jìn)行調(diào)整的。2.在
圖1中，電極桿(22)的左端和噴嘴(1)在A處的距離是可以通過(guò)螺桿(21)進(jìn)行調(diào)整的，當(dāng)電極(22)燒損或修磨后可調(diào)整電極(22)和噴嘴(1)在A處的距離為最佳。3.圖3所示等離子發(fā)生器的主要零件都是可拆卸的，便于維護(hù)和維修。
具體實(shí)施時(shí)參照?qǐng)D2再說(shuō)明如下在圖2中，等離子發(fā)生器(30)與搖臂桿(40)是固定連接的，而搖臂桿(40)與升降桿(39)是由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R連接的，當(dāng)?shù)入x子發(fā)生器(30)和氣缸套(31)相對(duì)直線移動(dòng)到完全脫離的位置時(shí)，可將等離子發(fā)生器(31)從轉(zhuǎn)盤(pán)(32)上取下。當(dāng)更換上另一具待處理的氣缸套(31)后，可再將等離子發(fā)生器(30)和搖臂桿(31)恢復(fù)原來(lái)位置繼續(xù)進(jìn)行處理工作。
等離子發(fā)生器(30)和搖臂桿(40)是可調(diào)的固定連接，用于調(diào)整等離子發(fā)生器(30)和氣缸套(31)在Z處的距離，這個(gè)距離調(diào)整范圍在5～15mm。
圖2中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(34)和升降電機(jī)(35)的旋轉(zhuǎn)是可在大的范圍內(nèi)調(diào)整的，可采用步進(jìn)電機(jī)或力矩電機(jī)，其速度控制和調(diào)整由操作控制臺(tái)產(chǎn)生的。
當(dāng)在轉(zhuǎn)移弧工作方式下，其與非轉(zhuǎn)移方式的區(qū)別在于在非轉(zhuǎn)移弧工作方式下，加熱電源來(lái)的直流工作電源的負(fù)極接等離子發(fā)生器(30)上的陰極桿(16)，然后經(jīng)過(guò)陰極座(13)、螺桿(21)、電極(22)，從A處電離擊穿至噴嘴(1)、噴嘴壓帽(2)、外殼(19)和陽(yáng)極桿(14)回到工作電源的正極。而在轉(zhuǎn)移弧工作方式下，從加熱電源來(lái)的直流工作電源負(fù)極接等離子發(fā)生器(30)的陰極桿(16)，再通過(guò)陰極座(13)、螺桿(21)、電極(22)，并從A處和Z處(
圖1和圖2)電離擊穿至被處理氣缸套(31)和轉(zhuǎn)盤(pán)(32)、在轉(zhuǎn)盤(pán)(32)上有一個(gè)滑環(huán)，然后通過(guò)碳刷回到工作電源的正極。
圖1和圖2及以上的敘述為本實(shí)用新型的基本實(shí)施方案。另外本實(shí)用新型的升降運(yùn)動(dòng)除采用凸輪外，還可采用絲杠、氣動(dòng)和液動(dòng)等方式。
圖3所示的是工作機(jī)床的另一種結(jié)構(gòu)，它與圖2的機(jī)構(gòu)大體相同，其區(qū)別在于等離子發(fā)生器的支架(39)固定在機(jī)架上(機(jī)架示畫(huà)出)，等離子發(fā)生器的高度是固定的，整個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)滑槽滑動(dòng)聯(lián)接在機(jī)架上，升降裝置的凸輪(37)通過(guò)滾輪(38)連在旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)裝置在升降裝置的作用下，整體上下運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)氣缸套作螺旋升降運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)等離子發(fā)生器與氣缸套之間具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，其工作原理與圖2的方案相同，不再詳述。
權(quán)利要求1.一種主要用于內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面重熔合金化的設(shè)備，其特征在于，它由工作機(jī)床和等離子發(fā)生器組成，其中1.1工作機(jī)床的結(jié)構(gòu)是在機(jī)床架上裝有旋轉(zhuǎn)裝置和升降裝置以及固定等離子發(fā)生器的支架；旋轉(zhuǎn)裝置由電機(jī)、減速裝置和放置被處理內(nèi)燃機(jī)氣缸套的轉(zhuǎn)盤(pán)所構(gòu)成；升降裝置是由電機(jī)、減速裝置和凸輪機(jī)構(gòu)所構(gòu)成；1.2等離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)是1.在等離子炬外殼(19)與絕緣層(20)內(nèi)有陰極座(13)和陰極套(21)，陰極套(21)內(nèi)鑲有陰極桿(22)，陰極桿與電源負(fù)極聯(lián)接；2.外殼(19)內(nèi)絕緣層(20)的前部裝有噴嘴座(6)和噴嘴(1)，噴嘴(1)與外殼(19)為等電位陽(yáng)極接電源正極；3.由陰極桿(16)的內(nèi)孔、陰極座(13)的環(huán)形槽、絕緣座(20)和噴嘴座(6)的孔道、噴嘴(1)的環(huán)形槽、電極(11)內(nèi)孔構(gòu)成冷卻水通道；4.外殼(19)、絕緣座(20)及隔熱套(7)有貫通的氣孔B并與電極(22)和噴嘴(1)之間的氣室相通。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是支架(39)通過(guò)機(jī)架上的滑槽滑動(dòng)連接在機(jī)架上，凸輪(37)與支架(39)通過(guò)滾輪(38)連接，支架(39)在滑槽內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征是整個(gè)旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)機(jī)架上的滑槽滑動(dòng)連接在機(jī)架上，凸輪(37)與旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)滾輪(38)連接，旋轉(zhuǎn)裝置在滑槽內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)。
專(zhuān)利摘要一種用于內(nèi)燃機(jī)氣缸套內(nèi)表面重熔合金化處理的設(shè)備,主要構(gòu)造是在工作機(jī)床上裝有旋轉(zhuǎn)裝置、升降裝置和支架,支架上固定有等離子發(fā)生器;等離子發(fā)生器是由陰陽(yáng)極產(chǎn)生高壓電弧、高壓氮?dú)鈴膰娮靽姵龅入x子弧、冷卻水內(nèi)部冷卻的組合裝置。用本設(shè)備對(duì)鑄鐵材料的氣缸套進(jìn)行表面處理后,硬度提高到Hv1000左右,使用壽命大幅度提高。
文檔編號(hào)C22F3/00GK2294962SQ9621537
公開(kāi)日1998年10月21日 申請(qǐng)日期1996年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者徐克寶, 李惠琪, 尹華躍, 崔洪芝, 吳玉蘋(píng) 申請(qǐng)人:山東礦業(yè)學(xué)院