本發(fā)明涉及金屬材料制造，具體涉及一種輕量化柱塞桿的制造設(shè)備及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、目前超高壓柱塞泵主要應(yīng)用于船舶海工領(lǐng)域，涉及船舶表面除銹作業(yè)過程。柱塞桿作為超高壓柱塞泵的核心零件關(guān)乎泵的運(yùn)行效率和除銹作業(yè)進(jìn)展?，F(xiàn)有超高壓柱塞泵柱塞桿多由硬質(zhì)合金制成，整體硬度高且加工難度大，因此工件表面不可避免的存在部分缺陷。同時(shí)目前使用的超高壓柱塞桿都具有較大重量，在工作時(shí)受到重力的影響，極易與柱塞缸套產(chǎn)生偏磨，且長(zhǎng)時(shí)間在超高壓、高速環(huán)境下工作，會(huì)導(dǎo)致柱塞桿缺陷進(jìn)一步發(fā)展產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重降低柱塞桿使用壽命。因此需要在保證使用的前提下，輕量化制造柱塞桿，有效解決偏磨問題。

2、公開號(hào)為cn106439003a的中國(guó)專利公開了一種輕量化活塞桿，這種柱塞桿的截面呈十字形的柱體，其側(cè)面沿桿體軸向?qū)ΨQ開設(shè)有四個(gè)凹弧槽，該申請(qǐng)雖然通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低柱塞桿自身重量，但影響了柱塞桿承載能力，不適用于高壓復(fù)雜環(huán)境的海工柱塞泵領(lǐng)域；公開號(hào)為cn102501026a的中國(guó)專利公開了一種包覆不銹鋼板的活塞桿制造方法，通過在活塞桿外側(cè)包覆一層不銹鋼板，解決活塞桿強(qiáng)度和防腐問題，提高柱塞桿的耐磨性，該申請(qǐng)將偏磨轉(zhuǎn)移到了包覆層上，并沒有有效降低偏磨。

3、因此需要一種不改變柱塞桿原有結(jié)構(gòu)但是能夠輕量化制造柱塞桿并減小偏磨，需要精簡(jiǎn)制備工藝且保證柱塞桿表面強(qiáng)度的制造設(shè)備和方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中制造繁瑣且偏磨難解決的缺陷，從而提供一種輕量化柱塞桿的制造設(shè)備及其制造方法。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種輕量化柱塞桿的制造設(shè)備，包括圓筒狀設(shè)備室，所述設(shè)備室下方設(shè)置有架體，所述設(shè)備室內(nèi)設(shè)有工作腔體，所述設(shè)備室前側(cè)鉸接設(shè)有操作門，所述設(shè)備室外還設(shè)置有控制臺(tái)，所述控制臺(tái)與設(shè)備室信號(hào)控制連接，還包括：

4、安裝夾具，所述安裝夾具相對(duì)設(shè)置在工作腔體內(nèi)兩端，所述安裝夾具包括上夾具和下夾具，所述上夾具定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作腔體頂端，所述下夾具定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在工作腔體底端，所述下夾具底部延伸出設(shè)備室外還連接有轉(zhuǎn)動(dòng)件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括傳動(dòng)齒輪、轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，所述傳動(dòng)齒輪與下夾具同軸設(shè)置且固定在下夾具底部，所述轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪與傳動(dòng)齒輪嚙合，所述轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪還套設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)安裝在架體上；

5、加工工件，所述加工工件安裝設(shè)置在工作腔體內(nèi)，所述加工工件包括相對(duì)設(shè)置的熔覆工件和沖擊工件，所述工作腔體內(nèi)對(duì)應(yīng)熔覆工件和沖擊工件分別設(shè)置有豎直的熔覆軌道和沖擊軌道，所述熔覆軌道和沖擊軌道均沿工作腔體軸線設(shè)置且固定在設(shè)備室內(nèi)側(cè)壁，所述熔覆工件包括熔覆驅(qū)動(dòng)、熔覆件和熔覆線纜，所述熔覆驅(qū)動(dòng)控制熔覆件滑移設(shè)置在熔覆軌道上，所述熔覆線纜一端連接熔覆件且隨熔覆件豎向滑移，另一端伸出設(shè)備室外，所述沖擊工件包括沖擊驅(qū)動(dòng)、沖擊件和電源線，所述沖擊驅(qū)動(dòng)控制沖擊件滑移設(shè)置在沖擊軌道上，所述電源線一端連接沖擊件且隨沖擊件豎向滑移，另一端伸出設(shè)備室外，所述設(shè)備室外設(shè)置有沖擊電源與電源線連接；

6、磁控工件，所述磁控工件設(shè)置在工作腔體內(nèi)，所述磁控工件包括操作靶材和隔離組件，所述操作靶材設(shè)置有多個(gè)且圓周陣列設(shè)置安裝在設(shè)備室內(nèi)側(cè)壁上，所述隔離組件設(shè)置在工作腔體內(nèi)靠近頂部處，所述隔離組件包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的活動(dòng)隔離和兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的固定隔離，所述活動(dòng)隔離對(duì)應(yīng)設(shè)置在熔覆工件頂部，所述固定隔離呈弧形且相對(duì)設(shè)置在工作腔體內(nèi)。

7、通過采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)于設(shè)備室內(nèi)實(shí)現(xiàn)熔覆操作、超聲沖擊和磁控濺射，無需中途更新設(shè)備或進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)等，可實(shí)現(xiàn)集中化處理的目的，與現(xiàn)有設(shè)備相比，能夠縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，提高加工質(zhì)量；使用時(shí)熔覆操作與超聲沖擊能夠同步或異步進(jìn)行，及時(shí)對(duì)熔覆層進(jìn)行檢測(cè)處理，反饋效果好，處理及時(shí)性高，制造柱塞桿質(zhì)量更高；設(shè)置控制臺(tái)與加工工件－熔覆工件和沖擊工件、磁控工件信號(hào)控制連接，有效提升操作智能度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)操作；在操作靶材上方設(shè)置隔離組件能夠有效避免磁控濺射時(shí)對(duì)加工工件的干擾和損壞，提升設(shè)備使用壽命。

8、進(jìn)一步的，所述上夾具包括上卡爪盤體、三個(gè)上卡爪體和上卡爪驅(qū)動(dòng)，所述上卡爪驅(qū)動(dòng)設(shè)置在上卡爪盤體內(nèi)控制三個(gè)上卡爪體沿上卡爪盤體徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)；所述下夾具包括下卡爪盤體、三個(gè)下卡爪體和下卡爪驅(qū)動(dòng)，所述下卡爪驅(qū)動(dòng)設(shè)置在下卡爪盤體內(nèi)控制三個(gè)下卡爪體沿下卡爪盤體徑向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述下卡爪盤體靠近底部外側(cè)壁還套設(shè)有滾動(dòng)軸承，所述滾動(dòng)軸承與下卡爪盤體鍵連接，所述滾動(dòng)軸承定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在設(shè)備室底部。

9、通過采用上述技術(shù)方案，上夾具和下夾具配合實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)加工后柱塞桿的夾緊操作，安裝夾具配合底部的轉(zhuǎn)動(dòng)件能夠?qū)崿F(xiàn)工件的定位轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工件圓周運(yùn)動(dòng)配合加工工件的軸向滑移，實(shí)現(xiàn)柱塞桿的表面涂層工作。

10、進(jìn)一步的，所述熔覆件包括熔覆操作臂、熔覆頭和熔覆滑塊，所述熔覆操作臂為伸縮結(jié)構(gòu)且沿設(shè)備室徑向設(shè)置，所述熔覆操作臂靠近設(shè)備室圓心一端固定有熔覆頭，所述熔覆操作臂另一端固定有熔覆滑塊，所述熔覆滑塊由熔覆驅(qū)動(dòng)控制滑移設(shè)置在熔覆軌道內(nèi)；所述熔覆線纜包括送粉通道、熔覆件電源線和光纖，所述熔覆線纜穿過熔覆滑塊沿熔覆軌道伸出設(shè)備室外，所述設(shè)備室外還設(shè)置有操作設(shè)備與熔覆線纜連接，所述操作設(shè)備包括送粉器、熔覆電源和激光發(fā)射器，所述送粉通道另一端與送粉器連接，所述熔覆件電源線另一端與熔覆電源連接，所述光纖另一端與激光發(fā)射器連接。

11、通過采用上述技術(shù)方案，熔覆頭隨熔覆滑塊上下滑移實(shí)現(xiàn)對(duì)柱塞桿表面的熔覆操作，熔覆操作臂伸縮可以根據(jù)不同直徑的柱塞桿進(jìn)行表面熔覆，操作設(shè)備為熔覆件提供電力、激光和送粉支持。

12、進(jìn)一步的，所述設(shè)備室上對(duì)應(yīng)熔覆線纜開設(shè)有穿設(shè)孔，所述穿設(shè)孔處設(shè)置有密封件，所述密封件包括密封圈和拓展圈，所述密封圈卡接安裝在穿設(shè)孔內(nèi)，所述拓展圈延伸設(shè)置在密封圈上且中部留有通過孔，所述拓展圈設(shè)置在密封圈遠(yuǎn)離設(shè)備室一側(cè)；所述熔覆軌道頂部對(duì)應(yīng)熔覆線纜設(shè)置有兩個(gè)豎向并列的導(dǎo)線輪，所述導(dǎo)線輪軸線沿熔覆軌道寬度方向設(shè)置且定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在設(shè)備室內(nèi)，所述熔覆滑塊靠近熔覆軌道一側(cè)還定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝設(shè)置有送線輪，所述送線輪軸線也沿熔覆軌道寬度方向設(shè)置，所述熔覆軌道內(nèi)相對(duì)設(shè)置有遮擋片，所述遮擋片沿熔覆軌道長(zhǎng)度方向設(shè)置且寬度小于二分之一熔覆軌道寬度，兩個(gè)遮擋片之間留有間隙。

13、通過采用上述技術(shù)方案，送粉器、熔覆電源和激光發(fā)射器三股合成一股線纜為熔覆件提供支持且通過穿設(shè)孔連入設(shè)備室內(nèi)，減少設(shè)備室與外界接觸確保內(nèi)部密封和氣壓穩(wěn)定；導(dǎo)線輪配合送線輪確保送線穩(wěn)定且避免熔覆操作臂上下滑移時(shí)線路纏繞影響熔覆過程；遮擋片遮擋部分熔覆軌道，減少滑移影響，避免雜質(zhì)灰塵等迸濺至熔覆軌道內(nèi)。

14、進(jìn)一步的，所述操作設(shè)備與設(shè)備室之間還設(shè)有調(diào)節(jié)件，所述熔覆線纜繞設(shè)過調(diào)節(jié)件，所述調(diào)節(jié)件包括調(diào)節(jié)架、調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)、多個(gè)引導(dǎo)輪和滑移輪，所述引導(dǎo)輪和滑移輪均定位轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在調(diào)節(jié)架上，所述引導(dǎo)輪成對(duì)設(shè)置且設(shè)置在滑移輪兩側(cè)，所述滑移輪還由調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)控制升降設(shè)置在調(diào)節(jié)架上，所述調(diào)節(jié)架上開設(shè)有滑移槽供滑移輪滑移。

15、通過采用上述技術(shù)方案，由于熔覆線纜處繞設(shè)線較多因此設(shè)置調(diào)節(jié)件便于熔覆線纜上下順利滑移，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔覆線纜的梳理操作，避免線路纏繞雜亂的情況，也能夠避免線路交錯(cuò)拉扯造成的安全事故。

16、進(jìn)一步的，所述沖擊件包括沖擊操作臂、沖擊頭和沖擊滑塊，所述沖擊操作臂為伸縮結(jié)構(gòu)且沿設(shè)備室徑向設(shè)置，所述沖擊操作臂靠近設(shè)備室圓心一端固定有沖擊頭，所述沖擊操作臂另一端固定有沖擊滑塊，所述設(shè)備室上對(duì)應(yīng)電源線也開設(shè)有穿設(shè)孔，所述穿設(shè)孔處設(shè)置有密封件，所述沖擊軌道內(nèi)相對(duì)設(shè)置有限位片，所述限位片沿沖擊軌道長(zhǎng)度方向設(shè)置且寬度小于二分之一沖擊軌道寬度，兩個(gè)限位片之間留有間隙。

17、通過采用上述技術(shù)方案，密封件對(duì)穿設(shè)孔進(jìn)行密封，減少外界環(huán)境對(duì)設(shè)備室內(nèi)部的干擾，限位片同樣對(duì)沖擊軌道進(jìn)行保護(hù)。

18、進(jìn)一步的，兩個(gè)所述活動(dòng)隔離之間通過雙端出軸的伸縮驅(qū)動(dòng)連接，每個(gè)所述活動(dòng)隔離包括兩個(gè)相對(duì)設(shè)置的隔離板和隔離驅(qū)動(dòng)，所述隔離驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)隔離板相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所述隔離板上對(duì)應(yīng)熔覆軌道和沖擊軌道開設(shè)有讓位缺口，兩個(gè)隔離板相對(duì)處卡合設(shè)置且隔離板活動(dòng)設(shè)置在固定隔離上方，所述固定隔離上還延伸有限定卡，所述限定卡沿固定隔離徑向設(shè)置且相對(duì)設(shè)置在固定隔離頂部?jī)蓚?cè)。

19、進(jìn)一步的，每個(gè)所述隔離驅(qū)動(dòng)包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪和驅(qū)動(dòng)齒條，所述驅(qū)動(dòng)齒條兩側(cè)分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合設(shè)置，所述驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在隔離板上且?guī)?dòng)隔離板運(yùn)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)齒條設(shè)置在兩個(gè)隔離板中部且橫向滑移設(shè)置在固定隔離上方，所述驅(qū)動(dòng)齒條由雙端出軸的伸縮驅(qū)動(dòng)控制。

20、通過采用上述技術(shù)方案，以左側(cè)的活動(dòng)隔離舉例，常態(tài)下，活動(dòng)隔離均打開不影響熔覆操作，在熔覆操作和沖擊操作均結(jié)束后，熔覆工件和沖擊工件均上升收納于設(shè)備室頂部，此時(shí)控制伸縮驅(qū)動(dòng)兩端的輸出軸向靠近圓心側(cè)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)左側(cè)的驅(qū)動(dòng)齒條向右，帶動(dòng)兩個(gè)隔離板相互靠近，直至讓位缺口與熔覆軌道貼合且兩個(gè)隔離板側(cè)邊貼合，完成合攏操作，此時(shí)再進(jìn)行磁控濺射操作，避免磁控濺射時(shí)影響熔覆工件和沖擊工件，避免降低其使用壽命。

21、一種輕量化柱塞桿的制造方法，其特征在于：適用于權(quán)利要求1－8任意一項(xiàng)所述的一種輕量化柱塞桿的制造設(shè)備，包括：

22、s1、柱塞桿制造，柱塞桿芯由以下重量百分比的各組份組成：鉻0.5～1.5％、鐵0.5～1.5％、鋁4.4～5.7％、鉬4.0～5.5％、鈦85.8～90.6％，熔鑄完成后車工至所需尺寸，并進(jìn)行表面機(jī)加工打磨；

23、s2、熔覆材料準(zhǔn)備，熔覆層粉末選用鎳鋁合金粉末，鎳鋁合金粉末質(zhì)量配比：鋁28.8～36.1％、鉻19～23％、鐵3.2～9.3％、鉬5.7～10％、鎳28.9％～36％，al粉粒度范圍介于100～200目，ni粉粒度范圍介于150～250目；

24、s3、激光熔覆，需要加工的柱塞桿安裝在工作腔體內(nèi)由固定夾具帶動(dòng)進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，熔覆工件在柱塞桿外側(cè)進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，直至柱塞桿表面被全部熔覆完成；激光功率2200w，光斑直徑4mm，搭接率50％，掃描速度0.007m/s，送粉速度12g/min，在激光熔覆的過程中采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，保護(hù)氣流量15l/min，制備熔覆層厚度為4mm；

25、s4、沖擊強(qiáng)化，需要加工的柱塞桿安裝在工作腔體內(nèi)由固定夾具帶動(dòng)進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，沖擊工件在柱塞桿外側(cè)進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)，調(diào)控超聲沖擊參數(shù)對(duì)激光熔覆層進(jìn)行超聲處理，消除熔覆層殘余應(yīng)力，并調(diào)控激光熔覆過渡層硬度位于基體與磁控濺射層硬度跨度的0.6～0.65處，用超聲沖擊強(qiáng)化后的硬度來檢驗(yàn)所選用的鎳鋁合金粉末配比及激光熔覆和超聲沖擊工藝參數(shù)；

26、s5、通過納米壓痕技術(shù)，檢驗(yàn)熔覆層硬度變化情況，驗(yàn)證超聲沖擊的強(qiáng)化效果，若強(qiáng)化效果滿足需求則確定s2－s4中的合金粉末配比及熔覆和超聲參數(shù)；若強(qiáng)化效果未滿足需求，則重復(fù)步驟s2－s4，重新調(diào)控合金粉末配比及熔覆和超聲工藝參數(shù)；

27、s6、磁控濺射，在熔覆層上沉積一層薄膜，進(jìn)一步提升表面硬度達(dá)到1000hv，調(diào)控磁控濺射參數(shù)，偏壓－180v，溫度25℃，氣體流量140sccm，電流6.5a，濺射靶材為高熵合金靶，工作氣體為ar和n2，其中n2：ar為0.5，靶基距為130mm，占空比為50％，靶材原子分?jǐn)?shù)配比為：銅11.2％、鈷22.2％、鉻22.2％、鐵22.8％、鎳22.8％。

28、通過采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)首先用輕質(zhì)合金材料制備柱塞桿的桿芯并對(duì)其機(jī)加工，然后利用激光熔覆裝備在柱塞桿芯表面加工出一層熔覆層，激光熔覆過程中通過超聲沖擊不斷強(qiáng)化消除熔覆層殘余應(yīng)力，增強(qiáng)激光熔覆后柱塞桿表面硬度，最后使用磁控濺射在熔覆層上沉積磁控濺射薄膜，進(jìn)一步提升柱塞桿表面硬度，完成柱塞桿制造，本技術(shù)提升柱塞桿硬度、韌度和強(qiáng)度等綜合性能，產(chǎn)品滿足超高壓柱塞泵使用的復(fù)雜環(huán)境且沒有改變柱塞桿結(jié)構(gòu)，有效降低柱塞桿制造成本。

29、進(jìn)一步的，在磁控濺射操作前，進(jìn)行15－20min的輝光濺射預(yù)處理以清洗靶材，清洗過程設(shè)定靶電流為4a，負(fù)偏壓為－240v，持續(xù)時(shí)間為15－20min。

30、通過采用上述技術(shù)方案，通過輝光濺射的預(yù)處理達(dá)到清洗靶材的目的，便于磁控濺射操作產(chǎn)生的薄膜與熔覆層結(jié)合。

31、綜上所述，本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

32、1.本發(fā)明提供的輕量化柱塞桿的制造設(shè)備，于設(shè)備室內(nèi)實(shí)現(xiàn)熔覆操作、超聲沖擊和磁控濺射，無需中途更新設(shè)備或進(jìn)行物料轉(zhuǎn)運(yùn)等，可實(shí)現(xiàn)集中化處理的目的，與現(xiàn)有設(shè)備相比，能夠縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，提高加工質(zhì)量；使用時(shí)熔覆操作與超聲沖擊能夠同步或異步進(jìn)行，處理及時(shí)性高，制造柱塞桿質(zhì)量更高。

33、2.本發(fā)明提供的輕量化柱塞桿的制造設(shè)備，通過在操作靶材上方設(shè)置隔離組件能夠有效避免磁控濺射時(shí)對(duì)加工工件的干擾和損壞，提升設(shè)備使用壽命。

34、3.本發(fā)明提供的輕量化柱塞桿的制造方法，本發(fā)明通過激光熔覆制造熔覆層，再利用超聲沖擊對(duì)熔覆層進(jìn)行強(qiáng)化，之后增加磁控濺射工藝形成磁控濺射薄膜，熔覆層與磁控濺射薄膜構(gòu)成的復(fù)合層具有良好的結(jié)合力，滿足超高壓海工柱塞泵中柱塞桿的使用要求，同時(shí)引入的重量可忽略不計(jì)，實(shí)現(xiàn)了輕量化制造以及降低偏磨的目的。

35、4.本發(fā)明提供的輕量化柱塞桿的制造方法，通過熔覆層粉末配比使激光熔覆層硬度值位于基體與磁控濺射層硬度跨度的0.6～0.65處，通過超聲沖擊調(diào)控激光熔覆層表面硬度位于熔覆層與磁控濺射層硬度跨度的0.6～0.63處，實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的硬度梯度，使制備的復(fù)合層不易開裂。