一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，包括凸轮样品准备，飞秒激光微凹坑加工前微凹坑定位，模具带的制造；模具带贴附标出所需加工的微凹坑位置；采用飞秒激光加工凸轮样品的微凹坑；之后进行涂层制备，脉冲激光加工前定位，将模具带贴附在凸轮样品表面，保证微凹坑位置与第一次的微凹坑处在同一位置；然后进行脉冲激光加工；最后进行表面清理。本发明利用飞秒激光加工的表面微凹坑来提高物理气相沉积涂层与基体的结合强度，然后采用脉冲激光冲击强化表面微凹坑来调控表面残余应力，可以显著提高凸轮的疲劳寿命，并且工序前后衔接，自动化程度高。
【专利说明】一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及凸轮机制造领域，具体涉及一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺。
【背景技术】
[0002]凸轮轴是柴油机的关键零部件之一，它控制着柴油机的进气、供油和排气过程，凸轮轴的工作可靠性直接关系到柴油机的正常运转和机车的安全运行。国内的凸轮生产绝大多数都采用“铣外型一粗磨一热处理一精磨”的工艺进行凸轮加工。内燃机曲轴的凸轮工作在复杂恶劣的环境中，由于承受随机或交变作用的拉应力容易发生疲劳破坏，拉应力越大，破坏的可能性越大，提高凸轮使用寿命、保证其工作可靠性，耐久性具有重要的工程意义。
[0003]申请号为201010548043.5的中国发明专利中公开了一种内燃机凸轮表面的光整加工方法，可使凸轮表面粗磨后达到高精度的要求。但是，该方法只是提高表面精度方法，并没使材料本身的力学性能增强，凸轮受随机或交变载荷拉应力还是会容易发生疲劳破坏。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，利用飞秒激光加工的表面微凹坑来提高物理气相沉积涂层与基体的结合强度，然后采用脉冲激光冲击强化表面微凹坑来调控表面残余应力，可以显著提高凸轮的疲劳寿命，并且工序前后衔接，自动化程度闻。
[0005]本发明采用的技术方案为:
[0006]一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，包括如下步骤:
[0007](I)将凸轮样品进行加工打磨抛光处理，对抛光后的凸轮样品进行超声波清洗；
[0008](2)在模具带上进行微凹坑的预先排列及造型设计，获得微凹坑的排列及造型设计图样；
[0009](3)将模具带贴附在凸轮样品表面；
[0010](4)装夹凸轮样品，按照第2步得到微凹坑的排列及造型设计图样，用标记笔在凸轮样品上标出所需加工的微凹坑位置；
[0011](5)取下模具带；
[0012](6)将准备好的凸轮样品置于真空靶室中，开启飞秒激光器，根据第2步得到微凹坑的排列及造型设计图样，对凸轮样品表面进行微凹坑加工；
[0013](7)取出加工好的凸轮样品，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质；
[0014](8)利用物理气相沉积方法，在凸轮样品表面制备一层涂层；
[0015](9)将准备好的凸轮样品置于脉冲激光的工作台上，在其表面涂覆激光冲击强化工艺所需的吸收层和约束层；
[0016](10)将第5步取下的模具带贴附在凸轮样品表面，再用标记笔标出所需加工的微凹坑位置，保证和第6步所加工的微凹坑位置重合；
[0017](11)取下模具带；
[0018](12)开启脉冲激光器，调节工艺参数后对所加工的微凹坑位置进行激光冲击强化处理；
[0019](13)取下加工好的凸轮，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质。
[0020]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0021]1、本发明提供了一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，利用飞秒激光加工的表面微凹坑来提高物理气相沉积涂层与基体的结合强度，然后采用脉冲激光冲击强化表面微凹坑来调控表面残余应力，可以显著提高凸轮的疲劳寿命；
[0022]2、飞秒激光能实现对材料的微纳尺寸加工，微凹坑的尺寸精度高，适应各种精密和超精密凸轮的加工；
[0023]3、飞秒激光微织构造型的凸轮表面的微凹坑陡峭，涂层后在界面引入键合强化机制，界面结合强度显著提高。
[0024]4、利用在凸轮侧表面飞秒微 织构造型后，然后在凸轮侧面制备涂层。这样涂层表面自然形成一个个微凹坑，减少摩擦力，提高摩擦润滑性能。
[0025]5、在镀膜后的涂层表面对应微凹坑处进行激光冲击强化工艺。有效改善膜基界面及膜基系统的应力匹配特性，凸轮的力学性能显著提高，延缓了凸轮的磨损失效。
[0026]6、利用模具带，有效保证加工前后孔洞在同一个位置。
[0027]7、本发明的内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，各个工序前后衔接，非常方便配置自动上下料及输送装置，自动化程度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明的工艺流程图；
[0029]图2为模具带的结构示意图；
[0030]图3为模具带围绕凸轮样品后的示意图；
[0031]图4为模具带上微凹坑的示意图；
[0032]图中各标号的含义如下:
[0033]1、模具带主体；2、孔；3、模具带；4、凸轮样品；5、微凹坑。
具体实施例
[0034]如图1所示，本发明提供了一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，包括如下步骤:
[0035](I)首先准备凸轮样品4，将凸轮样品4进行加工打磨抛光处理，对抛光后的凸轮样品4进行超声波清洗；
[0036](2)在模具带3上进行微凹坑5的预先排列及造型设计，获得镂空的微凹坑排列及造型设计图样；模具带3的长度要求恰好能够围绕凸轮样品4的外圆周一周；
[0037]模具带3的功能主要是用于定位，如图2-4所示，模具带3由具有粘性的模具带主体I和孔2组成，它是在一定宽度的模具带主体I (比如纸)上加工出具有一定位置精度的一堆排列的孔，通过将其贴附在凸轮样品4的侧面上，找到凸轮样品4上待加工的微孔的位置。同时保证了，飞秒加工和脉冲激光加工的微凹坑位置不变。
[0038](3)将模具带3贴附在凸轮样品4的外表面；
[0039](4)装夹凸轮样品4，按照第2步得到的微凹坑的排列及造型设计图样，用标记笔在凸轮样品4上标出所需加工的微凹坑位置；
[0040](5)取下模具带3 ；
[0041](6)将准备好的凸轮样品4置于真空靶室中，开启飞秒激光器，根据第2步得到微凹坑的排列及造型设计图样，对凸轮样品4表面进行微凹坑加工；
[0042](7)取出加工好的凸轮样品，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质；
[0043](8)利用物理气相沉积方法，在凸轮样品4表面制备一层涂层；
[0044](9)将准备好的凸轮样品4置于脉冲激光的工作台上，在其表面涂覆激光冲击强化工艺所需的吸收层和约束层；
[0045](10)将第5步取下的模具带3贴附在凸轮样品4的表面，再用标记笔标出所需加工的微凹坑位置，保证和第6步所加工的微凹坑位置重合；
[0046](11)取下模具带3;
[0047](12)开启脉冲激光器，调节工艺参数后对所加工的微凹坑位置进行激光冲击强化处理；
[0048](13)取下加工好的凸轮样品4，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质。
[0049]实施飞秒激光加工凸轮4微凹坑是指用飞秒激光器进行加工，其参数为波长800nm、平均功率2.5w、重复频率IkHZ脉冲宽度130fs，能量通过激光控制器调节，可调范围为 O ~2.5mJ。
[0050]实施脉冲激光加工凸轮的工艺参数为激光功率为O-lOOOmJ，光斑直径为50um-500um，波长为 1064nm 和 532nm，频率为 10HZ。
[0051]本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围。所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。
【权利要求】
1.一种内燃机曲轴的凸轮表面复合处理工艺，其特征在于，包括如下步骤: (1)将凸轮样品进行加工打磨抛光处理，对抛光后的凸轮样品进行超声波清洗； (2)在模具带上进行微凹坑的预先排列及造型设计，获得微凹坑的排列及造型设计图样； (3)将模具带贴附在凸轮样品表面； (4)装夹凸轮样品，按照第2步得到微凹坑的排列及造型设计图样，用标记笔在凸轮样品上标出所需加工的微凹坑位置； (5)取下模具带； (6)将准备好的凸轮样品置于真空靶室中，开启飞秒激光器，根据第2步得到微凹坑的排列及造型设计图样，对凸轮样品表面进行微凹坑加工； (7)取出加工好的凸轮样品，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质； (8)利用物理气相沉积方法，在凸轮样品表面制备一层涂层； (9)将准备好的凸轮样品置于脉冲激光的工作台上，在其表面涂覆激光冲击强化工艺所需的吸收层和约束层； (10)将第5步取下的模具带贴附在凸轮样品表面，再用标记笔标出所需加工的微凹坑位置，保证和第6步所加工的微凹坑位置重合； (11)取下模具带； (12)开启脉冲激光器，调节工艺参数后对所加工的微凹坑位置进行激光冲击强化处理； (13)取下加工好的凸轮，进行超声波清理，清除加工飞沫与杂质。
【文档编号】C21D9/30GK104017977SQ201410259429
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】冯爱新, 薛伟, 陆金花, 曹宇鹏, 何叶, 李峰平, 瞿建武 申请人:温州大学