CN102802863A - 借助于感应的能量输入和激光辐射来制造内燃机活塞的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造内燃机活塞的方法，其中活塞具有带有燃烧室凹腔边缘的燃烧室凹腔并且燃烧室凹腔边缘如此被硬化处理，即，它在第一步骤中借助于感应的能量输入和在另外一个步骤中借助于激光光束被重熔，其中根据本发明规定，激光光束在相对于活塞的旋转的相对的前进运动期间被偏移。

Description

借助于感应的能量输入和激光辐射来制造内燃机活塞的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于借助于感应的能量输入和激光辐射来制造内燃机活塞的方法。
背景技术
由DE 10 2007 044 696.0已知：为了制造一种活塞，其具有带有燃烧室凹腔边缘(Brennraummuldenrand)的燃烧室凹腔，如此对燃烧室凹腔边缘进行硬化处理，即，在一个第一步骤中借助于感应的能量输入和在一个进一步的步骤中借助于激光光束对燃烧室凹腔边缘重熔。燃烧室凹腔边缘的重熔导致耐抗的组织结构，从而活塞的使用寿命并且特别是燃烧室凹腔边缘的使用寿命，与通过简单的活塞铸造制造的燃烧室凹腔边缘相比，更好地满足对于如今的内燃机在燃烧压力和燃烧温度方面的极端要求。
由于对于活塞的提高的强度要求和对于提高的使用寿命的要求，这种业已采用的方法仍然是不能足够让人满意的，因为激光光束在其径向环绕时仅仅熔化和硬化一个在尺寸上通过激光光束的形状限定的区域，相反，其它的区域，即燃烧室凹腔边缘的的较深的区域不被熔化并且保持在活塞(准确说是活塞坯件)铸造时形成的组织结构。
发明内容
因此本发明的任务在于进一步改善用于制造内燃机活塞的方法，其中燃烧室凹腔边缘被感应地加热并且借助于激光光束被熔化。
上述任务通过权利要求1的特征解决。
根据本发明规定，激光光束在相对于活塞的旋转相对运动期间被偏移(ausgelenkt)。
在此首先可以规定，或者活塞静止并且激光光束实施相对于活塞实施旋转的相对的前进运动，即激光光束自身在径向上沿着燃烧室凹腔边缘运动。替代的方案是，将激光光束对准一点并且同时活塞相对于激光光束旋转运动。在这两种方案中可以考虑的是，来自一个或多个激光光束源的激光光束直接对准燃烧室凹腔边缘或者所述至少一个激光光束的输入间接地例如通过镜面系统(也称为扫描器(Scanner))对准燃烧室凹腔边缘。
在实施本发明的方法时，或者激光光束是静止的并且活塞是旋转的，或者激光光束是旋转的并且活塞是静止的，将激光光束这样对准燃烧室凹腔边缘，使得来自一个或多个激光光束源的激光光束在相对于活塞的旋转的相对的前进运动期间被偏移。这种偏移例如参照活塞行程轴线，参照在燃烧室凹腔边缘的顶点上方和下方的区域，参照其横截面实现。由此可以的是，利用本发明的方法不仅熔化燃烧室凹腔边缘的较大的表面和较大的深度并且因此通过改变组织结构而达到硬化，其相对于已知的方法显著改善。这意味着通过实施本发明的方法获得的重熔痕迹与利用已知的硬化处理方法获得的重熔痕迹相比较宽和较深。
在本发明的进一步设计中规定，激光光束在旋转运动期间不连续地点状地对准燃烧室凹腔边缘的待重熔的区域。为了优化重熔过程(熔化过程)和对燃烧室凹腔或燃烧室凹腔边缘的较大区域(宽度和深度)进行重熔，将激光光束划分成多个所谓的激光点。这例如可以如此实现，即激光光束通过相应的控制装置暂时被接通和断开，或者通过相应的光学系统实现激光点的产生，即激光光束一次对准燃烧室凹腔边缘并且另外一次被远离燃烧室凹腔边缘定向。燃烧室凹腔边缘的这种利用激光光束实现的不连续的点状的照射可以在一个实施方式中在活塞或激光光束源的旋转运动期间连续地实现。
在本发明的进一步设计中规定，首先将燃烧室凹腔边缘的局部区域重熔，而后将活塞相对于激光光束旋转地进一步运动(或反之，即激光光束进一步旋转运动并且活塞静止)，而后将燃烧室凹腔边缘的接下来的一个局部区域重熔，其中，多次实施该进一步的旋转运动，直至整个燃烧室凹腔边缘在其径向周边上被重熔。由此燃烧室凹腔边缘被以逐个局部区域的方式被重熔以优化重熔过程和改善其耐抗性，其中通过激光光束的偏移和特别是与点状的照射相结合可以为重熔过程设定期望的宽度和深度。
在本发明的进一步设计中规定，激光光束的强度在照射过程中、尤其是在点状照射的过程中或保持相同或发生改变。这意味着，在激光光束的偏移过程中，即在其扫过燃烧室凹腔边缘的过程中，强度和因此能量输入可以保持相同，这导致在燃烧室凹腔边缘的径向走向上均匀的重熔过程。对于期望在局部区域上不同的硬化程度的情况，激光光束的强度可以在其偏移过程中和也针对其旋转运动发生改变。因此燃烧室凹腔边缘的局部区域可以获得不同的硬化程度。
为了获得燃烧室凹腔边缘在其径向走向上的不同的硬化程度，可以考虑通过激光光束在待重熔的区域上的逗留时间和/或通过激光光束源的能量输出来设定强度的改变和因此设定能量输出的改变。
总体上本发明提供了这样的优点，即一方面显著提高了燃烧室凹腔边缘的被重熔的区域(特别是宽度和深度)并且此外如果期望的话，可设定燃烧室凹腔边缘的在其径向走向上的不同的硬化程度。此外激光光束在燃烧室凹腔边缘的待重熔的区域上的偏移和特别是对燃烧室凹腔边缘的不连续地点状的照射提供了这样的主要的优点：提供足够的用于重熔燃烧室凹腔边缘的能量，以便重熔期望的深度和宽度，其中然而同时因此阻止了被照射的区域熔化掉并且因此避免了燃烧室凹腔边缘在通过铸造过程(或锻造过程)制造后的几何形状发生改变。
本发明因此提供了这样的优点，即，或者通过扫描器、光束划分或者通过使用多个激光器在处理时间(例如为了加工活塞而旋转一圈)相同的情况下可以产生明显较大的重熔体积。
附图说明
在附图中示出各个示例，示出如何以各种不同的方式可以在激光光束的偏移过程中不连续地点状地照射燃烧室凹腔边缘。
具体实施方式
在图1中参照活塞或激光光束在旋转进给过程中的进给方向V示出：首先，通过激光光束源的接通和切断或通过合适的光学系统使得激光光束以多个激光点进行照射，针对燃烧室凹腔边缘在活塞行程轴线的上方和下方扫过；而后实现进给，重复照射，而后再次实现在进给方向上的前进运动，并且再次利用激光光束照射，并且持续如此之长，直至有一次走遍燃烧室凹腔边缘的径向周边。
相同的方法在附图2和3中示出，其中在此基于不同数量的激光点，输送不同的用于重熔燃烧室凹腔边缘的能量。
图4最后示出另外一种方案，其中激光光束在旋转的进给运动期间扫过燃烧室凹腔边缘的区域，其中该扫过不一定必须是点状的，而是可以连续地实施。
虽然在图1至4中示出基于相应的激光点总是输送相同的重熔能量，然而也可以考虑的是，在照射过程中为一个或多个激光点设定不同的能量和/或不同的逗留时间。

Claims (7)

1.用于制造内燃机活塞的方法，其中活塞具有带有燃烧室凹腔边缘的燃烧室凹腔并且燃烧室凹腔边缘如此被硬化处理，即，它在第一步骤中借助于感应的能量输入和在另外一个步骤中借助于激光光束被重熔，其特征在于，激光光束在相对于活塞的旋转的相对的前进运动期间被偏移。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将激光光束不连续地点状地对准燃烧室凹腔边缘的待重熔的区域。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，首先将燃烧室凹腔边缘的一个局部区域重熔，而后将活塞相对于激光光束旋转地进一步运动(或反之)，而后将燃烧室凹腔边缘的下一个局部区域重熔，其中，如此逐步地多次实施该旋转的进一步运动，直至整个燃烧室凹腔边缘在其径向周边上被熔化。
4.如上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，激光光束的强度在照射过程中、尤其是在点状照射的过程中保持相同。
5.如上述权利要求之一项所述的方法，其特征在于，激光光束的强度在照射过程中、尤其是在点状照射的过程中发生改变。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过激光光束在燃烧室凹腔边缘的待重熔的区域上的逗留时间来设定所述强度的改变。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过激光光束源对燃烧室凹腔边缘的待重熔的区域的能量输出来设定所述强度的改变。
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