一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置及清潔強(qiáng)化方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置及其清潔強(qiáng)化方法，包括激光發(fā)生單元、運(yùn)動(dòng)模組,工作液載具和計(jì)算機(jī)，激光發(fā)生單元位于所述工作液載具上端，工作液載具內(nèi)裝有工作介質(zhì)，內(nèi)部安裝有第一智能機(jī)械手和第二智能機(jī)械手，工作液載具底端安裝有增氣機(jī)，激光發(fā)生單元、第一智能機(jī)械手、第二智能機(jī)械手和增氣機(jī)均與計(jì)算機(jī)連接。進(jìn)行清潔強(qiáng)化時(shí)，調(diào)節(jié)激光束能量和無(wú)量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式；首先采用模式A清除機(jī)械加工后殘留的毛刺和切屑，采用B模式對(duì)清潔完成的油孔內(nèi)壁進(jìn)行性能強(qiáng)化。本發(fā)明既滿足了對(duì)于油孔內(nèi)壁這樣的狹長(zhǎng)通道的有效強(qiáng)化，還能極大的提高曲軸油孔的清潔狀況，循環(huán)有效的進(jìn)行油孔清潔。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置及清潔強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬的激光空化清潔強(qiáng)化裝置及其清潔強(qiáng)化方法，尤其涉及一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置及其清潔強(qiáng)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在液體中，激光功率密度超過(guò)液體的擊穿閾值時(shí)，液體介質(zhì)被擊穿，在擊穿區(qū)域形成發(fā)光的等離子體腔體，等離子體繼續(xù)強(qiáng)吸收激光能量，腔體迅速膨脹，形成空泡，空泡的脈動(dòng)向液體中輻射脈沖聲波，該過(guò)程即“光空化”現(xiàn)象，激光與液體介質(zhì)相互作用導(dǎo)致的光空化效應(yīng)是激光醫(yī)學(xué)、水下激光加工等領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論問(wèn)題。空化現(xiàn)象的出生與發(fā)展取決于很多復(fù)雜的因素，一方面空化現(xiàn)象的存在對(duì)水利機(jī)械設(shè)備、高速運(yùn)動(dòng)物體的水動(dòng)力特性等有著嚴(yán)重的影響，如降低機(jī)械的性能，侵蝕破壞液力機(jī)械的葉片等;另一方面合理利用空化現(xiàn)象也能對(duì)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生有益的幫助，如提高眼科手術(shù)的療效及水中激光打孔的效率等。鑒于上述原因以及空泡運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，幾十年來(lái)，空化現(xiàn)象以及對(duì)于如何合理利用空化現(xiàn)象來(lái)為社會(huì)的生產(chǎn)、生活服務(wù)一直是科研工作者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
[0003]我國(guó)是世界第一汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)，從2009-2015年開(kāi)始已連續(xù)六年蟬聯(lián)全球第一。預(yù)計(jì)未來(lái)十年，我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)年均增長(zhǎng)率將繼續(xù)快速提高，穩(wěn)定在7%以上。汽車(chē)行業(yè)的蓬勃發(fā)展對(duì)汽車(chē)制造業(yè)提出了更高的要求和期望，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的核心部件，對(duì)汽車(chē)的運(yùn)行可靠性和使用性能具有決定性影響。曲軸是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)受力最集中、受力情況最復(fù)雜的部件，也是最容易發(fā)生問(wèn)題的部件，曲軸的質(zhì)量直接決定發(fā)動(dòng)機(jī)的整體質(zhì)量。
[0004]曲軸的失效形式主要表現(xiàn)為軸頸磨損和疲勞斷裂。其中80%是由于曲軸產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致的，一般來(lái)說(shuō)曲軸的裂紋多發(fā)生在曲柄與軸頸之間的過(guò)渡圓角處以及油孔處。因此油孔處的強(qiáng)化是非常必須且必要的。此外，曲軸清潔程度的好壞，直接與發(fā)動(dòng)機(jī)的油路是否暢通，運(yùn)動(dòng)副的潤(rùn)滑磨損情況密切相關(guān)。曲軸清潔不好，輕則損傷部件，性能下降，重則造成發(fā)動(dòng)機(jī)燒損，甚至報(bào)廢。油道清潔度的主要影響因素是加工過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺，可活動(dòng)切肩和微小切肩。如何利用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的空化泡技術(shù)來(lái)清洗強(qiáng)化汽車(chē)曲軸，尚未檢索到相關(guān)文獻(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種曲軸油孔的空化清潔強(qiáng)化裝置及其清潔強(qiáng)化方法， 利用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的空化泡產(chǎn)生的沖擊波和潰滅時(shí)產(chǎn)生的高強(qiáng)度力效應(yīng)來(lái)對(duì)汽車(chē)曲軸的狹長(zhǎng)孔壁內(nèi)部進(jìn)行有效清潔，同時(shí)實(shí)現(xiàn)改善曲軸的機(jī)械性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置，包括激光發(fā)生單元、工作液載具和計(jì)算機(jī)，所述激光發(fā)生單元位于所述工作液載具上端，所述工作液載具內(nèi)裝有工作介質(zhì)，內(nèi)部安裝有第一智能機(jī)械手和第二智能機(jī)械手，所述工作液載具底端安裝有增氣機(jī)，所述激光發(fā)生單元、所述第一智能機(jī)械手、所述第二智能機(jī)械手和所述增氣機(jī)均與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0007]上述方案中，所述工作液載具的進(jìn)水口處裝有水栗，所述工作液載具的出水口處裝有過(guò)濾器。
[0008]上述方案中，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器，擴(kuò)束鏡，全反鏡和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置。
[0009]本發(fā)明還提供了利用曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置對(duì)曲軸油孔進(jìn)行清潔強(qiáng)化的方法，包括如下步驟:
第一步，用第一智能機(jī)械手和第二智能機(jī)械手將機(jī)械加工完成的曲軸進(jìn)行固定夾緊，并保證曲軸的油孔向上，且與激光發(fā)生單元的激光束方向保持對(duì)齊。
[0010]第二部，向工作液載具中注入硅油，使液面至少?zèng)]過(guò)曲軸油孔，并打開(kāi)增氣機(jī)，提高工作液中氣體濃度。
[0011]第三步:通過(guò)計(jì)算機(jī)控制激光發(fā)生單元的激光參數(shù)，使其滿足產(chǎn)生空化泡的理論要求，并保證激光發(fā)生單元的激光束照射到油孔內(nèi)。
[0012]第四步:通過(guò)計(jì)算機(jī)控制第一智能機(jī)械手和第二智能機(jī)械手按照要求上下移動(dòng)，保證空化泡作用完整個(gè)油孔內(nèi)壁。
[0013]第五步:對(duì)整個(gè)工件進(jìn)行清潔處理。
[0014]上述方法中，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器，擴(kuò)束鏡，全反鏡和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置，并且所述YAG激光器的單脈沖能量范圍保證在60mJ?800mJ可調(diào)，脈寬5ns?50ns可調(diào)，輸出波長(zhǎng)為1.06μπι。
[0015]上述方法中，計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)激光束能量和無(wú)量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機(jī)械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對(duì)清潔完成的油孔內(nèi)壁進(jìn)行性能強(qiáng)化。
[0016]本發(fā)明的有益效果:(I)充分利用了空化泡脈動(dòng)過(guò)程中的沖擊波和潰滅時(shí)產(chǎn)生的高強(qiáng)度力效應(yīng)來(lái)對(duì)狹長(zhǎng)孔內(nèi)壁進(jìn)行清潔和強(qiáng)化，將原本對(duì)社會(huì)生產(chǎn)造成阻礙，對(duì)水利機(jī)械設(shè)備造成沖蝕破壞、工作效率下降等嚴(yán)重副作用的空化泡，巧妙地利用激光技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等對(duì)其進(jìn)行誘導(dǎo)和控制，空化泡脈動(dòng)產(chǎn)生的沖擊波有效去除毛刺和殘余切肩，并且使空化泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的高強(qiáng)度力效應(yīng)來(lái)在油孔內(nèi)壁面產(chǎn)生高幅值殘余壓應(yīng)力，有效提高基體表面的微動(dòng)疲勞抗力，綜合改善基體的機(jī)械性能，達(dá)到對(duì)基體表面進(jìn)行強(qiáng)化延壽的目的；實(shí)現(xiàn)了合理利用空化泡現(xiàn)象來(lái)為社會(huì)生產(chǎn)、生活提供助力的一面。(2)相比傳統(tǒng)的油孔清潔方法，采用激光誘導(dǎo)空化泡脈動(dòng)沖擊波比一般采用較廣的電解法，避免了電解不當(dāng)容易造成的毛刺去不干凈或者電蝕過(guò)重等一系列問(wèn)題。(3)該處理技術(shù)操作簡(jiǎn)單便捷，易于控制，效率高，對(duì)油孔內(nèi)壁進(jìn)行強(qiáng)化處理而不影響其心部性能。(4)激光誘導(dǎo)空化泡材料表面改性技術(shù)環(huán)保性?xún)?yōu)異，沒(méi)有任何污染。避免采用回爐、冶煉等回收方式時(shí)對(duì)環(huán)境的二次污染，是綠色的再制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為利用激光誘導(dǎo)空化泡對(duì)油孔內(nèi)壁進(jìn)行清潔強(qiáng)化的裝置示意圖
圖中:1.YAG激光器，2.擴(kuò)束鏡，3.全反鏡，4.光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置，5.油孔，6.工作液載具，7.第一智能機(jī)械手，8.過(guò)濾器，9.增氣機(jī)，10.第二智能機(jī)械手，11.液面，12.激光束，
13.計(jì)算機(jī)，14.YAG激光器控制器，15.水栗。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)施例是應(yīng)用激光誘導(dǎo)產(chǎn)生原本對(duì)水利機(jī)械設(shè)備造成沖蝕破壞、工作效率下降等副作用的空化泡，利用其脈動(dòng)周期過(guò)程中沖擊波和潰滅瞬間產(chǎn)生的高強(qiáng)度力效應(yīng)來(lái)對(duì)基材表面進(jìn)行清潔和強(qiáng)化延壽處理。
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0020]如圖1所示，一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置，包括激光發(fā)生單元、水箱6和計(jì)算機(jī)13，所述激光發(fā)生單元位于所述工作液載具6上端，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器1，擴(kuò)束鏡2，全反鏡3和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置4，用于成型為油孔內(nèi)壁清潔強(qiáng)化的高能量空化泡。所述工作液載具6內(nèi)裝有工作介質(zhì)，優(yōu)選硅油，所述工作液載具6內(nèi)部安裝有第一智能機(jī)械手7和第二智能機(jī)械手10，用于夾緊工件并保證空泡與油孔5的相對(duì)位置。所述工作液載具6的進(jìn)水口處裝有水栗15，所述工作液載具6出水口處裝有過(guò)濾器8，用于保證工作液的清潔，并且充分流動(dòng)有利于空化泡的形成。所述工作液載具6底端安裝有增氣機(jī)9，用于提高工作液中的氣體含量，有利于空化泡的形成并且延長(zhǎng)脈動(dòng)周期。所述激光發(fā)生單元、所述第一智能機(jī)械手7、所述第二智能機(jī)械手10和所述增氣機(jī)9均與所述計(jì)算機(jī)13連接，計(jì)算機(jī)13用來(lái)確定合適的激光參數(shù)，有效控制空化泡的強(qiáng)度及對(duì)基體表面的作用時(shí)間。
[0021]本實(shí)施例中的車(chē)用曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化的裝置的清潔強(qiáng)化方法，其具體步驟如下:
第一步，用第一智能機(jī)械手7和第二智能機(jī)械手10將機(jī)械加工完成的曲軸進(jìn)行固定夾緊，并保證曲軸的油孔5向上，且與激光發(fā)生單元的激光束方向保持對(duì)齊。
[0022]第二部，向工作液載具6中注入硅油，使液面11至少?zèng)]過(guò)曲軸油孔，并打開(kāi)增氣機(jī)9，提高工作液中氣體濃度。
[0023]第三步:通過(guò)計(jì)算機(jī)13控制激光發(fā)生單元的激光參數(shù)，使其滿足產(chǎn)生空化泡的試驗(yàn)要求，并保證激光發(fā)生單元的激光束12照射到油孔5內(nèi)。
[0024]第四步:通過(guò)計(jì)算機(jī)13控制第一智能機(jī)械手7和第二智能機(jī)械手10按照要求上下移動(dòng)，保證空化泡作用完整個(gè)油孔內(nèi)壁。
[0025]第五步:對(duì)整個(gè)工件進(jìn)行清潔處理。
[0026]優(yōu)選的，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器I，擴(kuò)束鏡2，全反鏡3和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置4，計(jì)算機(jī)13調(diào)節(jié)激光束能量和無(wú)量綱將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機(jī)械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對(duì)清潔完成的油孔內(nèi)壁進(jìn)行性能強(qiáng)化;并且所述YAG激光器I的單脈沖能量范圍保證在60mJ?SOOmJ可調(diào)，脈寬5ns?50ns可調(diào)，輸出波長(zhǎng)為I.06μηι。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置，其特征在于，包括激光發(fā)生單元、工作液載具(6)和計(jì)算機(jī)(13)，所述激光發(fā)生單元位于所述工作液載具(6)上端，所述工作液載具(6)內(nèi)裝有工作介質(zhì)，所述工作液載具(6)內(nèi)部安裝有第一智能機(jī)械手(7)和第二智能機(jī)械手(10)，所述工作液載具(6)底端安裝有增氣機(jī)(9)，所述激光發(fā)生單元、所述第一智能機(jī)械手(7)、所述第二智能機(jī)械手(10)和所述增氣機(jī)(9)均與所述計(jì)算機(jī)(13)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述工作液載具(6 )的進(jìn)水口處裝有水栗(15 )，所述工作液載具(6)出水口處裝有過(guò)濾器(8)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置，其特征在于，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器(I)，擴(kuò)束鏡(2)，全反鏡(3)和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置(4)。4.一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置對(duì)曲軸油孔進(jìn)行清潔強(qiáng)化的方法，包括如下步驟: 第一步，用第一智能機(jī)械手(7)和第二智能機(jī)械手(10)將機(jī)械加工完成的曲軸進(jìn)行固定夾緊，并保證曲軸的油孔(5)向上，且與激光發(fā)生單元的激光束方向保持對(duì)齊； 第二部，向工作液載具(6)中注入硅油，使液面(11)至少?zèng)]過(guò)曲軸油孔，并打開(kāi)增氣機(jī)(9)，提高工作液中氣體濃度； 第三步:通過(guò)計(jì)算機(jī)(13)控制激光發(fā)生單元的激光參數(shù)，使其滿足產(chǎn)生空化泡的理論要求，并保證激光發(fā)生單元的激光束(12)聚焦到油孔(5)內(nèi)； 第四步:通過(guò)計(jì)算機(jī)(13)控制第一智能機(jī)械手(7)和第二智能機(jī)械手(10)按照要求上下移動(dòng)，保證空化泡效果能作用整個(gè)油孔內(nèi)壁； 第五步:對(duì)整個(gè)工件進(jìn)行清潔處理。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置對(duì)曲軸油孔進(jìn)行清潔強(qiáng)化的方法，其特征在于，所述激光發(fā)生單元包括YAG激光器(1)，擴(kuò)束鏡(2)，全反鏡(3)和光束轉(zhuǎn)換及調(diào)節(jié)裝置(4)，并且所述YAG激光器(I)的單脈沖能量范圍保證在60mJ?800mJ可調(diào)，脈寬5ns?50ns可調(diào)，輸出波長(zhǎng)為I.06μηι。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種曲軸油孔的激光空化清潔強(qiáng)化裝置對(duì)曲軸油孔進(jìn)行清潔強(qiáng)化的方法，其特征在于，計(jì)算機(jī)(13)調(diào)節(jié)激光束能量和無(wú)量綱距將空泡的主要作用形式分為沖擊波A和潰滅流B兩種模式;首先采用模式A清除機(jī)械加工后殘留的毛刺和切肩，采用B模式對(duì)清潔完成的油孔內(nèi)壁進(jìn)行性能強(qiáng)化。
【文檔編號(hào)】B23K26/352GK105855244SQ201610258764
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】任旭東, 周睿, 李琳, 崔承云, 佟艷群, 任云鵬, 胡征征, 葉召
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)