專利名稱：一種用于柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光熱處理裝置領(lǐng)域，具體來說是一種用于柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置。
背景技術(shù)：
柴油機在生產(chǎn)、生活中地位重要，應(yīng)用廣泛的?；钊鳛椴裼蜋C的重要部件，被高壓氣體推動下，在缸套內(nèi)部活塞往復(fù)運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而作功。在活塞的運動過程中，活塞環(huán)會與活塞槽相互摩擦和撞擊，使得活塞環(huán)槽尤其是環(huán)槽的上下沿磨損，長此以往會形成“喇叭ロ”，影響密封性。此外燃油燃燒過程中易產(chǎn)生積炭和酸性物質(zhì)，會更加加速活塞的 磨損，縮短機組的使用壽命。為了解決這ー問題，通過表面硬化エ藝，増加活塞環(huán)槽上下表面的硬度和耐腐蝕性，使之硬度與活塞環(huán)匹配，從而可以大大延長使用壽命。一般用于提高工件表面硬度的常規(guī)方法是采用表面鍍鉻、高頻淬火等エ藝，但鍍鉻耗時較長，厚度有限，而且附著力不強，容易脫落；而高頻淬火則需要針對活塞槽尺寸狹窄、可操作空間有限的特點，專門制作高頻感應(yīng)線圈，但這種エ藝存在溫度不易控制，熱影響區(qū)比較大，硬化質(zhì)量不夠穩(wěn)定等問題。激光熱處理技術(shù)作為一種新興先進的加工手段，應(yīng)用金屬相變原理，將高能量光束輻照到エ件表面，使其溫度快速上升，然后自體溫度擴散，迅速降溫冷卻，形成自然淬火。由于升溫和降溫的速度都非?？欤孕纬傻挠不瘜咏鹣嘟M織更加細化，具有相對優(yōu)良的機械特性。相對于傳統(tǒng)的表面硬化手段具有加工速度快，效率高、質(zhì)量好、變形微小、控制方便、易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等優(yōu)點，廣泛用于各行業(yè)易磨損零部件的表面改性或者修復(fù)方面。由于激光表面硬化工藝中激光束與エ件為非接觸式的，所以受エ位和空間的影響很小，非常適合應(yīng)用于活塞環(huán)槽的硬化熱處理。但是目前存在的激光熱處理設(shè)備大多為專用設(shè)備，例如軋輥類激光熱處理設(shè)備、缸套類激光熱處理設(shè)備、模具類激光熱處理設(shè)備等，這些設(shè)備的エ裝夾具和光路均不適用于活塞環(huán)槽狹窄的獨特空間，應(yīng)用來做些簡單的模擬試驗尚可，如果應(yīng)用于實際的活塞環(huán)槽熱處理生產(chǎn)，效率會非常的低，也不現(xiàn)實。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了ー種結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作效率高和能適應(yīng)活塞環(huán)槽空間特點的柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置。為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案ー種用于柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置，包括激光器、45°反射鏡、聚焦頭、工作平臺、旋轉(zhuǎn)平臺、定位托盤和聚焦頭升降裝置；其中，工作平臺表面安裝旋轉(zhuǎn)平臺，定位托盤固定于旋轉(zhuǎn)平臺之上，柴油機活塞立式裝夾于所述旋轉(zhuǎn)平臺上，45°反射鏡正下方安裝聚焦頭升降裝置，45°反射鏡、聚焦頭升降裝置通過懸臂安裝柴油機活塞ー側(cè)，聚焦頭連接于聚焦頭升降裝置下方，且激光器、45°反射鏡、聚焦頭與柴油機活塞的環(huán)槽依次光路連接。作為ー種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述工作平臺下方與電機連接，所述電機是使工作平臺沿X方向水平移動的步進電機，步進電機水平安裝。為了能使定位托盤和旋轉(zhuǎn)平臺一起旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)平臺連接繞Z方向電動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機；所述定位托盤和旋轉(zhuǎn)平臺同軸固定連接。為了能使聚焦頭沿Z方向移動，所述聚焦頭升降裝置包括調(diào)焦手輪和空心管，調(diào)焦手輪與空心管外周面螺紋連接。作為ー種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述聚焦頭包括空心管入光ロ、聚焦鏡外套A、聚焦鏡外套B、45°反射銅鏡、拋物面聚焦銅鏡和氣嘴；其中，聚焦鏡外套A內(nèi)一側(cè)安裝45°反射銅鏡，聚焦鏡外套B內(nèi)一側(cè)安裝拋物面聚焦銅鏡，聚焦鏡外套A和聚焦鏡外套B活動連接，聚焦鏡外套B在X-Z平面內(nèi)繞Y方向光軸旋轉(zhuǎn)，空心管入光ロ設(shè)置在聚焦鏡外套A上，拋物面聚焦銅鏡下方設(shè)置氣嘴；所述激光器、45°反射鏡、空心管入光ロ、聚焦鏡外套A、聚焦鏡外套B、45°反射銅鏡、拋物面聚焦銅鏡、氣嘴、柴油機活塞的環(huán)槽依次光路連接。作為一種優(yōu)選的選擇，所述激光器是ニ氧化碳激光器。 為了能使活塞固定在定位托盤上，所述定位托盤內(nèi)徑與要加工的活塞外徑相對應(yīng)。為了延長使用壽命，所述定位托盤是不銹鋼定位托盤。作為ー種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述聚焦鏡外套A和聚焦鏡外套B呈圓柱形。作為ー種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述定位托盤中部呈“凹”型結(jié)構(gòu)。本實用新型的工作原理工作平臺在步進電機驅(qū)動下沿X方向可以水平移動，旋轉(zhuǎn)平臺安裝于工作平臺之上，并可隨其一起平動，定位托盤與旋轉(zhuǎn)平臺同軸，這就保證了可以一起旋轉(zhuǎn)。使用時，將活塞立式放置干與其外徑匹配的定位托盤上，使其可以與步進電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)平臺一起同步轉(zhuǎn)動，選用3000W CO2激光器作為光源，激光經(jīng)45°反射鏡反射后垂直進入聚焦頭，聚焦頭在Z方向可以升降調(diào)節(jié)，其內(nèi)部的拋物面聚焦銅鏡和氣嘴可以在X-Z平面內(nèi)繞Y方向光軸旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)整聚焦頭的角度、在Z方向的高度以及和立置于定位托盤上的活塞之間的水平距離等一系列步驟，可以將激光束分別以合適的角度傳輸?shù)交钊h(huán)槽需要硬化熱處理的上、下工作表面，并獲得滿足熱處理工藝的光斑尺寸和離焦量，應(yīng)用本裝置，只需對沉重的活塞做一次裝夾，就可以通過調(diào)整輸出光路方向，實現(xiàn)對活塞環(huán)槽上、下兩個工作表面的硬化處理，整個加工過程方便、快捷，熱處理質(zhì)量穩(wěn)定。本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果I、本實用新型設(shè)置了工作平臺、旋轉(zhuǎn)平臺及高度和角度可調(diào)式聚焦頭，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作效率高的優(yōu)點。2、本實用新型的聚焦頭設(shè)計成兩段結(jié)構(gòu)，可以使拋物面聚焦銅鏡和氣嘴在X-Z平面內(nèi)繞Y方向旋轉(zhuǎn)，可以適應(yīng)活塞環(huán)槽空間的特點，同時可以完成活塞上多個環(huán)槽上、下內(nèi)表面的熱處理任務(wù)，提高了工作效率。3、本實用新型的定位托盤是不同直徑的定位托盤對應(yīng)不同尺寸的活塞，將活塞放置在托盤內(nèi)既可保證其可以與旋轉(zhuǎn)托盤一起同軸旋轉(zhuǎn)，無需任何緊固機構(gòu)，裝、卸活塞過程方便快捷。

[0023]圖I為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型聚焦頭側(cè)視剖面圖；圖3為本實用新型聚焦頭正視圖。圖中標號與名稱如下
權(quán)利要求1.一種用于柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置，其特征在于包括激光器、45°反射鏡、聚焦頭、工作平臺、旋轉(zhuǎn)平臺、定位托盤和聚焦頭升降裝置；其中，工作平臺表面安裝旋轉(zhuǎn)平臺，定位托盤固定于旋轉(zhuǎn)平臺之上，柴油機活塞立式裝夾于所述旋轉(zhuǎn)平臺上，45°反射鏡正下方安裝聚焦頭升降裝置，45°反射鏡、聚焦頭升降裝置通過懸臂安裝柴油機活塞一偵牝聚焦頭連接于聚焦頭升降裝置下方，且激光器、45°反射鏡、聚焦頭與柴油機活塞的環(huán)槽依次光路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述工作平臺下方與電機連接，所述電機是使工作平臺沿X方向水平移動的步進電機，步進電機水平安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)平臺連接繞Z方向電動旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機；所述定位托盤和旋轉(zhuǎn)平臺同軸固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述聚焦頭升降裝置包括調(diào)焦手輪和空心管，調(diào)焦手輪與空心管外周面螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述聚焦頭包括空心管入光口、聚焦鏡外套A、聚焦鏡外套B、45°反射銅鏡、拋物面聚焦銅鏡和氣嘴；其中，聚焦鏡外套A內(nèi)一側(cè)安裝45°反射銅鏡，聚焦鏡外套B內(nèi)一側(cè)安裝拋物面聚焦銅鏡，聚焦鏡外套A和聚焦鏡外套B活動連接，聚焦鏡外套B在X-Z平面內(nèi)繞Y方向光軸旋轉(zhuǎn)，空心管入光口設(shè)置在聚焦鏡外套A上，拋物面聚焦銅鏡下方設(shè)置氣嘴；所述激光器、45°反射鏡、空心管入光口、聚焦鏡外套A、聚焦鏡外套B、45°反射銅鏡、拋物面聚焦銅鏡、氣嘴、柴油機活塞的環(huán)槽依次光路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述激光器是二氧化碳激光器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述定位托盤內(nèi)徑與要加工的活塞外徑相對應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述定位托盤是不銹鋼定位托盤。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述聚焦鏡外套A和聚焦鏡外套B呈圓柱形。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光熱處理裝置，其特征在于所述定位托盤中部呈“凹”型結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種用于柴油機活塞環(huán)槽的激光熱處理裝置，包括激光器、45°反射鏡、聚焦頭、工作平臺、旋轉(zhuǎn)平臺、定位托盤和聚焦頭升降裝置。本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)中活塞使用壽命低、活塞的硬化質(zhì)量不夠穩(wěn)定、活塞環(huán)槽狹窄不易加工和加工效率低等問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作效率高和能適應(yīng)活塞環(huán)槽空間結(jié)構(gòu)等特點。
文檔編號C21D9/40GK202415613SQ20122001459
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者宋杰, 龐振華, 潘瑞娟 申請人:廣州市光機電技術(shù)研究院