一种排气阀表面激光强化用固定装置及其激光淬火方法
【专利摘要】一种排气阀表面激光强化用固定装置及其激光淬火方法，包括固定架，固定架上设有一安装座，安装座通过调节机构固定在固定架上并可做前后一定角度摆动调节，安装座上从上至下同轴设置有用于固定排气阀的顶针组件、用于散热的铜块、三爪卡盘以及微调角度用的电机，三爪卡盘和电机分别设置在安装座的上下两端，顶针组件通过倒U形支架设置在三爪卡盘的上方，电机的输出轴穿过安装座的中心孔与三爪卡盘的底部相连接，铜块固定在三爪卡盘上并可在电机的驱动下随三爪卡盘转动，排气阀的锥面端设置在铜块上，长杆端通过顶针组件固定。本发明结构简单合理，操作方便，不仅可实现对排气阀的牢固固定，而且调节方便、控制精确，可获得较好的强化效果。
【专利说明】一种排气阀表面激光强化用固定装置及其激光淬火方法
【技术领域】
[0001]本发明属于表面加工与改性【技术领域】，涉及一种排气阀表面激光强化用固定装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]“十二五”期间，我国对军民用发动机提出了更高的要求，尤其是对发动机的功率提出了更高的要求。因此，发动机的缸径需要减小，发动机功率密度、发动机转速以及柴油机的气缸燃烧爆发压力则需要大幅增加。由此，发动机排气阀及排气阀座等部件的热负荷和机械负荷将会增加。
[0003]排气阀是柴油发动机中的重要零件之一，它长期处于在高温燃气腐蚀和反复交变冲击负荷下工作，工作条件十分恶劣。随着发动机总功率及功率密度的提高，燃气温度高达600?900°C左右，排气阀不但受到热应力和高温燃气介质腐蚀的联合作用，而且排气阀受到由惯性力引起的冲击性交变载荷及弹簧力作用，这些冲击载荷最高可达数万牛顿，从而使排气阀锥面及端部的残余应力达到数千兆帕。在这种极端工况条件下，排气阀出现严重磨损，导致窜气现象的发生，可靠性较差，已无法满足大功率发动机的全寿期高负荷服役要求。迫切需求开展排气阀密封锥面的激光表面强化技术应用研究，以大幅度提高关键部件的耐高温磨损性能、耐热疲劳性能及耐高温腐蚀性能，从而提高发动机的使用寿命和可靠性。
[0004]目前，国内外针对大功率发动机用的排气阀锥面表面强化技术进行了大量试验，但针对该技术的工程化应用研究较少。这主要是由于在进行激光表面强化技术时，对排气阀的固定非常困难。如果固定不牢的话，激光束会照射到不需要强化的部位，从而使整个排气阀报废，造成很大的经济损失。因此，迫切寻求一种固定装置，在采用激光淬火技术对排气阀锥面表面进行表面强化的过程中，使得排气阀固定于该装置上，并随同该装置同步转动，而激光束始终保持不动，这样就会避免由于排气阀固定不牢所带来的不必要的损失。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结构简单、操作方便的排气阀表面激光强化用固定装置，不仅可实现对排气阀的牢固固定，而且控制精确，可获得较好的强化效果。
[0006]本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种上述排气阀表面激光强化用固定装置的激光淬火方法，具有操作方便、控制精确的特点，可实现对排气阀的牢固固定，获得较好的强化效果。
[0007]本发明解决上述第一个技术问题所米用的技术方案为:一种排气阀表面激光强化用固定装置，包括固定架，其特征在于:所述固定架上设有一安装座，安装座通过调节机构固定在固定架上并可做前后一定角度摆动调节，安装座上从上至下同轴设置有用于固定排气阀的顶针组件、用于散热的铜块、三爪卡盘以及微调角度用的电机，三爪卡盘和电机分别设置在安装座的上下两端，顶针组件通过倒U形支架设置在三爪卡盘的上方，电机的输出轴穿过安装座的中心孔与三爪卡盘的底部相连接，铜块固定在三爪卡盘上并可在电机的驱动下随三爪卡盘转动，排气阀的锥面端设置在铜块上，排气阀的长杆端通过顶针组件固定。
[0008]作为改进，所述固定架为一截面为四方形的金属框架，安装座为一圆形的金属盘，安装座的外径小于固定架的框架内径。
[0009]作为改进，所述调节机构包括左右二个调节轴和配套的轴承座，调节轴分别横向设置在安装座的下方左右两端，调节轴的外端通过轴承座可转动的设置在固定架上并通过半圆形的轴承套固定，调节轴的里端与安装座的底部通过螺栓连接固定。
[0010]作为改进，所述倒U形支架的左右立杆的下端与安装座通过螺栓固定连接，左右立杆的上端与横杆通过螺栓固定连接，所述顶针组件包括顶针、和供顶针插置的金属套管，金属套管纵向设置在横杆中部，金属套管的下端限位设有与排气阀的长杆端相抵的锥形块，顶针与锥形块之间设有弹簧。
[0011]再改进，所述锥形块为橡胶块，在顶针的顶端安装有用于调节固定排气阀力度的手柄。
[0012]再改进，所述铜块为纵截面呈T形的圆形块，铜块的下端卡接固定在三爪卡盘上，铜块的上表面中部设有供排气阀的锥面端置入的定位凹槽，在定位凹槽的中心位置设有与顶针位置相对应的凸柱。
[0013]再改进，所述电机的转速调节范围为O?100r/min。
[0014]进一步改进，所述安装座的摆动角度调节范围为±60度。
[0015]本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种上述排气阀表面激光强化用固定装置的激光淬火方法，其特征在于包括以下步骤:
[0016]I)将待强化的排气阀的锥面端的表面进行预处理；
[0017]2)将上述预处理后的排气阀放入加热炉中进行预热，使其温度至190?210°C ；
[0018]3)将散热用铜块固定于三爪卡盘上，然后将预热后的排气阀固定在铜块上，同时用顶针组件顶住排气阀的长杆端；
[0019]4)接通电机开关，使其带动三爪卡盘、铜块以及排气阀同时转动，并且根据实际情况调整其转速；
[0020]5)打开激光，设定好各工艺参数，将激光照射于排气阀待强化部位，开始进行强化；
[0021]6)观察激光照射是否有“死角”，若有，调整调节轴的角度；
[0022]7)强化结束后，先关掉电机电源，待其停止后，取下排气阀；
[0023]8)将强化后的排气阀进行空冷至室温。
[0024]作为优选，所述电机的转速调节范围为O?lOOr/min，所述调节轴的摆动角度为±60 度。
[0025]与现有技术相比，本发明的优点在于:在固定架上设置安装座，电机、三爪卡盘等部件都设置在安装座上，铜块固定在三爪卡盘上，起到散热作用，工作时，排气阀的锥面端设置在铜块上，排气阀的长杆气门端通过顶针固定，安装座通过调节轴和轴承可前后摆动，以调整排气阀在激光淬火时的摆动角度，保证激光束可以到达任何位置，不留任何死角；电机转动速度可调，保证排气阀在进行激光淬火时转速的变化，保证激光的扫描速度；另外，安装座、调节轴、固定架之间采用螺栓连接，拆装很方便。本发明结构简单合理，操作方便，不仅可实现对排气阀的牢固固定，而且使用调节方便、控制精确，可获得较好的强化效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明的固定装置的结构示意图；
[0027]图2为发明的固定装置的结构剖视图；
[0028]图3为本发明的排气阀的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0030]如图1、2、3所示，本实施例的排气阀表面激光强化用固定装置，包括固定架1、安装座2、顶针组件6、铜块5、三爪卡盘4以及微调角度用的电机3，固定架I为一截面为四方形的金属框架，安装座2为一圆形的金属盘，安装座2的外径小于固定架I的框架内径，为了既节约成本又兼顾重量的考虑，固定架I和安装座2采用普通碳钢制成，安装座2的左右两端通过调节机构固定在固定架I上并在调节机构左右下可做前后±60度的摆动调节，安装座2上从上至下同轴设置有用于固定排气阀9的顶针组件6、用于散热的铜块5、三爪卡盘4以及微调角度用的电机3，三爪卡盘4和电机3分别设置在安装座2的上下两端，顶针组件6通过倒U形支架10设置在三爪卡盘4的上方，电机3的输出轴穿过安装座2的中心孔与三爪卡盘4的底部相连接，电机3主要保证排气阀9在进行激光淬火时转速的变化，其可调范围为O?lOOr/min，这有利于根据实际情况调节其转速，保证激光的扫描速度；铜块5固定在三爪卡盘4上并可在电机3的驱动下随三爪卡盘4转动，三爪卡盘4的作用主要是固定铜块5，使其在工作过程中不会有任何转动，为了减轻装置的整体重量和缩小装置占有空间，一般选用直径较小的三爪卡盘；铜块5为纵截面呈T形的圆形块，主要起到散热的作用，由于在激光淬火时排气阀9的热量很高，为了防止其由于温度高而产生的变形，故将其与铜块5紧密接触，铜块5的下端卡接固定在三爪卡盘4上，铜块5的上表面中部设有供排气阀9的锥面端91置入的定位凹槽52，在定位凹槽52的中心位置设有与顶针6位置相对应的凸柱51，排气阀9的锥面端91设置在铜块5上，排气阀9的长杆气门端通过顶针组件6固定；顶针组件6的作用主要是固定排气阀9的长杆端不会由于高速旋转而发生摇摆，其中倒U形支架10是由横杆101和左右立杆102组成，左右立杆102的下端与安装座2通过螺栓固定连接，左右立杆102的上端与横杆101通过螺栓固定连接，顶针组件6包括顶针62、供顶针62插置的金属套管61、锥形块63和弹簧64，金属套管61纵向焊接固定在横杆101中部，顶针62穿置在金属套管61的内腔中，锥形块63限位设置在金属套管61的内腔下端与排气阀9的气门相抵，顶针62与锥形块63之间设有弹簧64，锥形块63为橡胶块，其目的是为了保护排气阀9的长杆端不会由于外力的增加导致其缺损，为了方便对排气阀9的固定，在顶针62的上端安装有手柄65，靠此手柄65来调节固定排气阀9的力度；
[0031 ] 调节机构包括左右二个调节轴7和对应配套用的轴承座8，调节轴7分别横向设置在安装座2的下方左右两端，调节轴7的外端通过轴承座8可转动的设置在固定架I上并通过半圆形的轴承套11固定，调节轴7的里端与安装座2的底部通过螺栓连接固定，这样通过调节轴7就可以对安装座2的摆动角度进行调节。
[0032]工作时，将排气阀9的锥面端91置于铜块5的定位凹槽52上，同时将固定用顶针组件6顶住排气阀9的另一端，这样就将排气阀9牢固的固定在固定架I上，接通电机3，使其带动三爪卡盘4、散热用铜块5以及排气阀9同时转动，并且根据实际情况调整其转速，保证激光的扫描速度；调节轴7及轴承的作用主要调整排气阀9在激光淬火时的摆动角度，通过调节轴7带动安装座2摆动，这样可以保证激光束可以到达排气阀9上的任何位置，不留任何“死角”，其摆动角度为±60度，这样排气阀9就固定在固定装置上，并与随同该装置同步转动及摆动，而激光束始终保持不动，可获得较好的强化效果，避免由于排气阀9固定不牢所带来的不必要的损失。
[0033]对激光强化过程中的排气阀进行固定的具体操作方法如下:
[0034]I)将待强化的排气阀9的锥面端91的表面进行预处理；主要指用丙酮或汽油对表
[0035]面油污进行清理；
[0036]2)将上述预处理后的排气阀9放入加热炉中进行预热，使其温度至190?210°C;
[0037]3)将散热用铜块5固定于三爪卡盘4上，然后将预热后的排气阀9固定在铜块5上，同时用顶针组件6顶住排气阀9的长杆端；
[0038]4)接通电机3开关，使其带动三爪卡盘4、铜块5以及排气阀9同时转动，并且根据实际情况调整其转速；
[0039]5)打开激光，设定好各工艺参数，将激光照射于排气阀9待强化部位，开始进行强化；
[0040]6)观察激光照射是否有“死角”，若有，调整调节轴7的角度；
[0041]7)强化结束后，先关掉电机3电源，待其停止后，取下排气阀9 ;
[0042]8)将强化后的排气阀9进行空冷至室温。
【权利要求】
1.一种排气阀表面激光强化用固定装置，包括固定架，其特征在于:所述固定架上设有一安装座，安装座通过调节机构固定在固定架上并可做前后一定角度摆动调节，安装座上从上至下同轴设置有用于固定排气阀的顶针组件、用于散热的铜块、三爪卡盘以及微调角度用的电机，三爪卡盘和电机分别设置在安装座的上下两端，顶针组件通过倒U形支架设置在三爪卡盘的上方，电机的输出轴穿过安装座的中心孔与三爪卡盘的底部相连接，铜块固定在三爪卡盘上并可在电机的驱动下随三爪卡盘转动，排气阀的锥面端设置在铜块上，排气阀的长杆端通过顶针组件固定。
2.根据权利要求1所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述固定架为一截面为四方形的金属框架，安装座为一圆形的金属盘，安装座的外径小于固定架的框架内径。
3.根据权利要求1所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述调节机构包括左右二个调节轴和配套的轴承座，调节轴分别横向设置在安装座的下方左右两端，调节轴的外端通过轴承座可转动的设置在固定架上并通过半圆形的轴承套固定，调节轴的里端与安装座的底部通过螺栓连接固定。
4.根据权利要求1所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述倒U形支架的左右立杆的下端与安装座通过螺栓固定连接，左右立杆的上端与横杆通过螺栓固定连接，所述顶针组件包括顶针、和供顶针插置的金属套管，金属套管纵向设置在横杆中部，金属套管的下端限位设有与排气阀的长杆端相抵的锥形块，顶针与锥形块之间设有弹簧。
5.根据权利要求4所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述锥形块为橡胶块，在顶针的顶端安装有用于调节固定排气阀力度的手柄。
6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述铜块为纵截面呈T形的圆形块，铜块的下端卡接固定在三爪卡盘上，铜块的上表面中部设有供排气阀的锥面端置入的定位凹槽，在定位凹槽的中心位置设有与顶针位置相对应的凸柱。
7.根据权利要求1至5任一权利要求所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述电机的转速调节范围为O?100r/min。
8.根据权利要求1至5任一权利要求所述的排气阀表面激光强化用固定装置，其特征在于:所述安装座的摆动角度调节范围为±60度。
9.一种权利要求1至5任意一种所述的排气阀表面激光强化用固定装置的激光淬火方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将待强化的排气阀的锥面端的表面进行预处理； 2)将上述预处理后的排气阀放入加热炉中进行预热，使其温度至190?210°C； 3)将散热用铜块固定于三爪卡盘上，然后将预热后的排气阀固定在铜块上，同时用顶针组件顶住排气阀的长杆端； 4)接通电机开关，使其带动三爪卡盘、铜块以及排气阀同时转动，并且根据实际情况调整其转速； 5)打开激光，设定好各工艺参数，将激光照射于排气阀待强化部位，开始进行强化； 6)观察激光照射是否有“死角”，若有，调整调节轴的角度； 7)强化结束后，先关掉电机电源，待其停止后，取下排气阀； 8)将强化后的排气阀进行空冷至室温。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于:所述电机的转速调节范围为O?100r/min，所述调节轴的摆动角度为±60度。
【文档编号】C21D1/09GK104232852SQ201410477862
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】马冰, 冯胜强, 潘力平, 郑子云, 刘光, 崔烺, 贾利, 李娜 申请人:中国兵器工业第五二研究所