一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法。所述方法如下：1）以同步送粉的方式，將調(diào)配好的鎳基陶瓷合金粉末熔覆在曲軸的表面，通過(guò)激光束掃描使粉末材料與曲軸表面同時(shí)熔化，混合液體合金在室溫下通過(guò)空冷快速凝固，從而形成一層合金熔覆層。2）通過(guò)機(jī)械加工方式，使熔覆層表面達(dá)到曲軸的裝配及工作要求。所述方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）提高了熔覆后曲軸表面的強(qiáng)度、耐磨性、耐高溫及耐腐蝕性；2）熔覆層變形小，組織致密，微觀缺陷少，結(jié)合強(qiáng)度高，對(duì)曲軸表面的稀釋率低；3）熔覆層的尺寸和位置可以精確控制，所述的成分可根據(jù)工況的需求方便調(diào)節(jié)；4）延長(zhǎng)了曲軸的使用壽命，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能，節(jié)約了維修成本。
【專利說(shuō)明】一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]曲軸是引擎的主要旋轉(zhuǎn)機(jī)件，裝上連桿后，可承接連桿的上下(往復(fù))運(yùn)動(dòng)變成循環(huán)(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要的機(jī)件。其材料是由碳素結(jié)構(gòu)鋼或球墨鑄鐵制成的，有兩個(gè)重要部位:曲軸軸頸，連桿軸頸。曲軸軸頸被安裝在缸體上，連桿軸頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個(gè)典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲軸的旋轉(zhuǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力源。也是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的源動(dòng)力。但是曲軸在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，使得軸頸磨損和疲勞斷裂成為曲軸的常見(jiàn)破壞形式，而且這些破壞形式起源于表面，因此曲軸的表面強(qiáng)化和修復(fù)顯得尤為重要?，F(xiàn)有的曲軸的表面強(qiáng)化和修復(fù)方法有:中高頻感應(yīng)淬火、滲氮處理和碳氮共滲、噴丸強(qiáng)化以及熱噴涂強(qiáng)化。上述表面處理方法雖然能提高耐磨性，但涂層與曲軸結(jié)合強(qiáng)度不好而且還容易由于局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋或涂層剝落，在一定程度上降低了其強(qiáng)化效果。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠大幅度提高曲軸表面的韌性、強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕及耐磨損能力的用于曲軸表面進(jìn)行激光熔覆方法。
[0004]為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法進(jìn)行下列步驟:
1)對(duì)曲軸的表面進(jìn)行預(yù)處理；`
2)將鎳基陶瓷合金粉末在4~6mm的方形光斑直徑、搭接率為20%~30%和3~IOmm/s的線速度條件下采用2000~3000W光纖激光器將合金粉熔覆在曲軸的表面，熔覆過(guò)程中采用惰性氣體對(duì)熔覆部位進(jìn)行保護(hù)，然后在室溫下通過(guò)空冷形成一層合金熔覆層；
3)利用機(jī)械加工的方法將上述的合金熔覆層的表層去除即可加工出表面帶有合金熔覆層的曲軸。
[0005]作為一種優(yōu)選方案，如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:由于曲軸在工作時(shí)受到扭力T和支撐力F，所以激光束采用的是軸向和螺旋運(yùn)動(dòng)方式的加工走向；當(dāng)對(duì)曲軸表面進(jìn)行熔覆時(shí)，激光束與曲軸表面間的交角為70。~90。。
[0006]作為一種優(yōu)選方案，所述的鎳基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量為:10%~11%碳化鎢、0.2%~0.4%碳、4%~6%氟化鈣、2%~4%氮化硅、3%~5%硼、0.6%~1%釩、11%~14%鑰、1%~1.4%硅、15%~18%鉻、余量的Ni和當(dāng)比例的氧化銦(In203)、稀土(Ce02)。
[0007]作為一種優(yōu)選方案，經(jīng)過(guò)光路調(diào)制成方形光斑，它的特點(diǎn)是能量比較均勻。[0008]作為一種優(yōu)選方案，激光掃描的速度為6.7~8.3mm/s，光纖激光器的功率為2000W。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，鎳基陶瓷合金粉末的供料方式為同步送粉法。
[0010]作為一種優(yōu)選方案，所述的惰性氣體可選為氮?dú)?、氬氣或氦氣，其作用是?duì)熔覆部位進(jìn)行保護(hù)。
[0011]作為一種優(yōu)選方案，所述的熔覆層厚度為0.5~2mm。
[0012]作為一種優(yōu)選方案，對(duì)曲軸的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面進(jìn)行后期機(jī)加工，使之達(dá)到工作及裝配要求，該加工方法為精加工磨削工藝。
[0013]作為一種優(yōu)選方案，所述的預(yù)處理包括去除曲軸表面的油污和雜質(zhì)；對(duì)曲軸的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面進(jìn)行后期機(jī)加工，使之達(dá)到工作及裝配要求，該加工方法為精加工磨削工藝。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的正面立體示意圖；
附圖中:1.前端軸；2.曲柄；3.連桿軸頸；4.曲軸主軸頸；5.平衡重；6.后端主軸頸?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
`[0016]實(shí)施例1:
一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，進(jìn)行如下步驟:
1)所述的曲軸為整體式全支撐曲軸；
2)在室溫下對(duì)曲軸表面進(jìn)行丙酮除油及雜質(zhì)處理；
3)選用數(shù)控機(jī)床作為工作臺(tái)；
4)預(yù)制粉末:選用的鎳基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量為10%碳化鎢、0.2%碳、4%氟化鈣、2%氮化硅、3%硼、0.6%釩、11%鑰、1%硅、15%鉻、余量的鎳和5%的氧化銦(In203)和稀土(Ce02)。
[0017]5)將曲軸裝夾在工作臺(tái)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速為300r/min，直徑為4mm的高能激光束(即光斑)，搭接率為20%，通過(guò)光纖激光發(fā)生器與機(jī)器人系統(tǒng)同步軸向移動(dòng)，保持激光束到連桿軸頸3表面的距離一致，激光束與連桿軸頸3表面間的角度為70°，配合曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光束在連桿軸頸3表面的一道一道螺旋式的精確掃描，掃描速度為6.1xm/s,掃描過(guò)程中，將功率為2000W的激光束照射到連桿軸頸3表面，使連桿軸頸3表面熔化(熔化厚度約0.2mm),同時(shí)將自動(dòng)同步送粉系統(tǒng)提供的鎳基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化過(guò)程中選用氮?dú)鈱?duì)熔化部位進(jìn)行保護(hù)，兩部分液態(tài)合金攪拌在一起，待激光束離開(kāi)后，混合液體合金在室溫下通過(guò)空冷快速凝固，形成一層合金熔覆層；熔覆層厚度為1.2_，送粉量為20g/min
6)檢查熔覆層表面有無(wú)氣孔裂紋等缺陷
7)將熔覆后的曲軸進(jìn)行回火處理，防止熱裂紋產(chǎn)生，同時(shí)去除了內(nèi)應(yīng)力。[0018]8)對(duì)熔覆層進(jìn)行后期加工，利用磨削等機(jī)械加工的方法去除多余的表層，以此來(lái)保證曲軸的外形尺寸，采用精加工的方式使連桿軸頸3表面粗糙度達(dá)到裝配和工作要求，加工過(guò)的表面應(yīng)光滑無(wú)毛刺。
[0019]9)由于連桿軸頸3與連桿大頭裝配在一起，承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力T，連桿軸頸3表面不允許有任何缺陷，所以連桿軸頸3表面需要經(jīng)過(guò)熒光探傷，此探傷是一種無(wú)損檢測(cè)方法。
[0020]10)對(duì)曲軸進(jìn)行表面清洗，更主要的是主油道的清洗和油孔的清洗，防止鐵屑等臟物滯留在主油道孔的搭結(jié)處，曲軸清洗后將其吹干并浸上防銹油，做好防塵工作。
[0021]實(shí)施例2:
一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，進(jìn)行如下步驟:
1)所述的曲軸為整體式全支撐曲軸；
2)在室溫下對(duì)曲軸表面進(jìn)行丙酮除油及雜質(zhì)處理；
3)選用數(shù)控機(jī)床作為工作臺(tái)；
4)預(yù)制粉末:選用的鎳基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量為10%碳化鎢、0.2%碳、4%氟化鈣、2%氮化硅、3%硼、0.6%釩、11%鑰、1%硅、15%鉻、余量的鎳和5%的氧化銦(In203)和稀土(Ce02)。
[0022]5)將曲軸裝夾在工作臺(tái)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速為300r/min，直徑為5mm的高能激光束(即光斑)，搭接率為25%，通過(guò)光纖激光發(fā)生器與機(jī)器人系統(tǒng)同步軸向移動(dòng)，保持激光束到連桿軸頸3表面的距離一致，激光束與連桿軸頸3表面間的角度為80°，配合曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光束在`連桿軸頸3表面的一道一道螺旋式的精確掃描，掃描速度為
6.1xm/s,掃描過(guò)程中，將功率為2500W的激光束照射到連桿軸頸3表面，使連桿軸頸3表面熔化(熔化厚度約0.4mm),同時(shí)將自動(dòng)同步送粉系統(tǒng)提供的鎳基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化過(guò)程中選用氮?dú)鈱?duì)熔化部位進(jìn)行保護(hù)，兩部分液態(tài)合金攪拌在一起，待激光束離開(kāi)后，混合液體合金在室溫下通過(guò)空冷快速凝固，形成一層合金熔覆層；熔覆層厚度為1.4_。送粉量為30g/min。
[0023]6)檢查熔覆層表面有無(wú)氣孔裂紋等缺陷
7)將熔覆后的曲軸進(jìn)行回火處理，防止熱裂紋產(chǎn)生，同時(shí)去除了內(nèi)應(yīng)力。
[0024]8)對(duì)熔覆層進(jìn)行后期加工，利用磨削等機(jī)械加工的方法去除多余的表層，以此來(lái)保證曲軸的外形尺寸，采用精加工的方式使連桿軸頸3表面粗糙度達(dá)到裝配和工作要求，加工過(guò)的表面應(yīng)光滑無(wú)毛刺。
[0025]9)由于連桿軸頸3與連桿大頭裝配在一起，承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力T，連桿軸頸3表面不允許有任何缺陷，所以連桿軸頸3表面需要經(jīng)過(guò)熒光探傷，此探傷是一種無(wú)損檢測(cè)方法。
[0026]10)對(duì)曲軸進(jìn)行表面清洗，更主要的是主油道的清洗和油孔的清洗，防止鐵屑等臟物滯留在主油道孔的搭結(jié)處，曲軸清洗后將其吹干并浸上防銹油，做好防塵工作。
[0027]實(shí)施例3:
一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，進(jìn)行如下步驟:
1)所述的曲軸為整體式全支撐曲軸；
2)在室溫下對(duì)曲軸表面進(jìn)行丙酮除油及雜質(zhì)處理；3)選用數(shù)控機(jī)床作為工作臺(tái)；
4)預(yù)制粉末:選用的鎳基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量為10%碳化鎢、0.2%碳、4%氟化鈣、2%氮化硅、3%硼、0.6%釩、11%鑰、1%硅、15%鉻、余量的鎳和5%的氧化銦(In203)和稀土(Ce02)。
[0028]5)將曲軸裝夾在工作臺(tái)上并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)的轉(zhuǎn)速為400r/min，直徑為6mm的高能激光束(即光斑)，搭接率為30%，通過(guò)光纖激光發(fā)生器與機(jī)器人系統(tǒng)同步軸向移動(dòng)，保持激光束到連桿軸頸3表面的距離一致，激光束與連桿軸頸3表面間的角度為85°，配合曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)激光束在連桿軸頸3表面的一道一道螺旋式的精確掃描，掃描速度為8.3mm/s,掃描過(guò)程中，將功率為3000W的激光束照射到連桿軸頸3表面，使連桿軸頸3表面熔化(熔化厚度約0.6mm),同時(shí)將自動(dòng)同步送粉系統(tǒng)提供的鎳基陶瓷合金粉末材料熔化，在熔化過(guò)程中選用氮?dú)鈱?duì)熔化部位進(jìn)行保護(hù)，兩部分液態(tài)合金攪拌在一起，待激光束離開(kāi)后，混合液體合金在室溫下通過(guò)空冷快速凝固，形成一層合金熔覆層；熔覆層厚度為1.6_。送粉量為40g/min。
[0029]6)檢查熔覆層表面有無(wú)氣孔裂紋等缺陷
7)將熔覆后的曲軸進(jìn)行回火處理，防止熱裂紋產(chǎn)生，同時(shí)去除了內(nèi)應(yīng)力。
[0030]8)對(duì)熔覆層進(jìn)行后期加工，利用磨削等機(jī)械加工的方法去除多余的表層，以此來(lái)保證曲軸的外形尺寸，采用精加工的方式使連桿軸頸3表面粗糙度達(dá)到裝配和工作要求，加工過(guò)的表面應(yīng)光滑無(wú)毛刺。
[0031]9)由于連桿軸頸3與連桿大頭裝配在一起，承受很大的彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力T，連桿軸頸3表面不允許有任何缺陷，所以連桿軸頸3表面需要經(jīng)過(guò)熒光探傷，此探傷是一種無(wú)損檢測(cè)方法。
[0032]10)對(duì)曲軸進(jìn)行表面清洗，`更主要的是主油道的清洗和油孔的清洗，防止鐵屑等臟物滯留在主油道孔的搭結(jié)處，曲軸清洗后將其吹干并浸上防銹油，做好防塵工作。
【權(quán)利要求】
1.一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，所述的方法進(jìn)行下列步驟: 1)對(duì)曲軸的表面進(jìn)行預(yù)處理； 2)將鎳基陶瓷合金粉末在4~6_的方形光斑直徑和3~IOmm/s的線速度條件下采用2000~3000W光纖激光器將合金粉末熔覆在曲軸的表面，熔覆過(guò)程中采用惰性氣體對(duì)熔覆部位進(jìn)行保護(hù)，然后在室溫下通過(guò)空冷形成一層合金熔覆層； 3)利用機(jī)械加工的方法將上述的合金熔覆層的表層去除即可加工出表面帶有合金熔覆層的曲軸。
2.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:由于曲軸在工作時(shí)受到扭力T和支撐力F，所以激光束采用的是軸向和螺旋運(yùn)動(dòng)方式的加工走向；當(dāng)對(duì)凸輪表面進(jìn)行熔覆時(shí)，激光束與曲軸表面間的交角為70°~85°。
3.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的鎳基陶瓷合金粉末配方按重量百分比含量為:10%~11%碳化鎢、0.2%~0.4%碳、4%~6%氟化鈣、2%~4%氮化硅、3%~5%硼、0.6%~1%釩、11%~14%鑰、1%~1.4%硅、15%~18%鉻、余量的鎳和適當(dāng)比例的氧化銦(In203)、稀土(Ce02)。
4.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:經(jīng)過(guò)光路調(diào)制成方形光斑，它的特點(diǎn)是能量比較均勻。
5.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:激光掃描的速度為6.7~8.3mm/s，搭接率為20%~30%。
6.如權(quán)利要求2中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的激光器類型為光纖、C02、等離子等，其激光器的功率為2000W~5000W。
7.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:鎳基陶瓷合金粉末的供料方式為同步送粉法。
8.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的惰性氣體可選為氮?dú)?、氬氣或氦氣，其作用是?duì)熔覆部位進(jìn)行保護(hù)。
9.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的熔覆層厚度為0.5~2mm。
10.如權(quán)利要求1中所述的一種用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸表面進(jìn)行激光熔覆的方法，其特征在于:所述的預(yù)處理包括去除曲軸表面的油污和雜質(zhì)；對(duì)曲軸的表面精度、外形尺寸以及未符合要求的表面進(jìn)行后期機(jī)加工，使之達(dá)到工作及裝配要求，該加工方法為精加工磨削工藝。
【文檔編號(hào)】C22C32/00GK103498143SQ201310396979
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】季培, 錢(qián)志強(qiáng), 季永清 申請(qǐng)人:江蘇翌煜能源科技發(fā)展有限公司