专利名称：通过激光射线硬化钢活塞的环形槽槽肋的方法
技术领域：
根据权利要求1的前述部分，本发明涉及一种硬化钢活塞的环形槽槽肋的方法。
背景技术：
从公开文献DE 103 37 962 Al已知激光硬化钢活塞的环形槽槽肋的方法，其中， 为达到适用于硬化的激光射线能量的吸收度，使用波长小于5 μ m的激光射线，该射线还要 必须以足够大的入射角度对准待硬化的槽。在此缺点是，可生成波长小于5 μ m的激光射线 的激光光源的选择性很少。此外，相对于环形槽的几何尺寸来调节激光光源限制了足够大 的入射角的选择，也就是说受到面对于待硬化槽肋的槽肋的限制。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的缺陷。凭借独立权利要求所述的特征实现了该 目的。本发明的适宜的设计方案见从属权利要求。根据本发明用氧化铁将待硬化的钢活塞的槽肋面染色，通过这个措施大幅提高了 其热耦合度(Warmeeinkopplungsgard)并降低了其反射率，以至于激光射线不依赖于
其波长可以以任意的入射角照射待硬化的槽肋面。
凭借附图在下面描述了本发明的实施例。附图示出了，图1用于激光硬化钢活塞环形槽的肋的装置和图2钢活塞环形槽的放大视图，其下肋通过激光得到硬化。附图标记α入射角1固定装置2激光光源3，3，激光射线4气体喷嘴5活塞，钢活塞6 转盘7 基座8 气管9三角架10下肋，槽肋11上环形槽12 夹托13活塞轴
14 槽底
具体实施例方式图1示出了固定在固定装置1上的激光光源2，如图2放大示出，其将激光射线3 射到内燃机钢活塞5的环形槽11的下肋10上，其中为压缩环(未在图中示出)设置了环 形槽11。钢活塞5通过夹托12在转盘6上围绕转轴13旋转设置，其中转盘6在基座7上 与电驱动装置(在图中未示出)固定在一起，从中该转盘以电力驱动而置于旋转中。另外在固定装置1和三角架9上固定了气管8，其中通过喷嘴4将过程气体引至上 环形槽11方向，其用过程气体包围了应当被激光硬化下肋10的区域。作为光源2可以使用例如二极管激光或者Nd:YAG激光。在此，在本发明的前述实 施例中为压缩环将环形槽11的下肋10硬化，这是因为这个肋在发动机驱动当中通过压缩 环承载了增大的压力。然而以根据本发明的方法可以硬化钢活塞5的每个机械高承载表在此，通过转盘6置于转动的钢活塞5的环形槽11的下表面10被激光射线3无 燃烧污渍轨道式地加热。在此是不需要硬化过程中需冷却加热轨道的冷却剂，这是因为在 加热轨道和毗邻的活塞材料(钢)之间存在非常快的温度平衡，其自身冷缩，该冷缩促使下 槽肋10的良好硬化。在硬化过程中通过气体喷嘴4将过程气体引至下槽肋10，该气体由氩气和氧气， 由氮气和氧气，或者由氩气、氮气和氧气的混合物构成。在众多的实验当中用氧气和 99%氮气构成的过程气体混合物得到了好的结果。该过程气体在此作用在于，被激光射线3照射的槽肋表面通过生成氧化物被染 色，其中生成氧化铁(Fe203)。因此在激光照射表面存在有热耦合度的改善，其中加速了表面 加热并从而改善了激光效率。另一方面，用氧化铁将槽肋面染色降低了该面的反射率，由此 被槽肋10反射且在图2中用点画出的激光射线3’的强度被大幅降低，从而被其照射到的 槽底14不足以加热至硬化。槽底14以及槽肋10和槽底14之间的边的硬化是不理想的， 这是因为这个区域的硬化降低了钢活塞材料在这个区域的基底韧性，以至于在发动机运行 中会形成裂缝。根据本发明的方法将槽肋10硬化，还有另外的优点，即由槽肋10和激光射线3构 成的入射角a任意可选并被如此选择，即为最佳的硬度效果最佳化地调整硬度涉入区域 的大小。
权利要求
一种用激光射线(3)硬化围绕其活塞轴(13)转动设置的钢活塞(5)的环形槽(11)槽肋的方法，其中所述激光(3)对准槽肋(10)而钢活塞(5)围绕活塞轴(13)置于旋转中，其特征在于下述方法步骤-将含氧过程气体引导至钢活塞(5)的槽肋(10)，-将钢活塞(5)置于旋转中，-用激光(3)照射被过程气体包围的槽肋(10)，直至槽肋(10)上形成氧化层，-关闭过程气体供应，-用激光射线(3)轨道式地加热和硬化槽肋(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用氩气和氧气的混合物作为过程气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用氮气和氧气的混合物作为过程气体。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用氮气、氩气和氧气的混合物作为过程 气体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程气体中混入了约 的氧气。
全文摘要
本发明提供了一种通过激光射线(3)硬化钢活塞(5)的环形槽(11)槽肋的方法，其中首先将含氧过程气体引导至钢活塞(5)的槽肋(10)，并将钢活塞(5)置于旋转中。在此用激光(3)照射槽肋(10)，直至槽肋(10)上形成氧化层。接着关闭过程气体供应并轨道式地加热和硬化槽肋(10)。一方面，通过槽肋的氧化层槽肋的热耦合度得到改善，其促使槽肋快速的加热和硬化。另一方面由此降低了槽肋的反射率，以至只有少量光从槽肋反射至槽的其他区域，以便这些区域不会被非预期地加热和硬化。
文档编号B23P15/10GK101861403SQ200880116312
公开日2010年10月13日 申请日期2008年11月13日 优先权日2007年11月16日
发明者克里斯蒂安·佩施克, 阿希姆·费迪娜 申请人:马勒国际公司