CN103014313A

CN103014313A - 强化气缸套的方法

Info

Publication number: CN103014313A
Application number: CN2012104993993A
Authority: CN
Inventors: 张亮亮; 曾应鸽; 李育飞; 宜娜
Original assignee: ZYNP Corp
Current assignee: ZYNP Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明公开了一种强化气缸套的方法，利用激光冲击气缸套上支撑肩后侧的退刀槽槽底圆角所形成的弧面。本发明是一种通过激光冲击强化气缸套退刀槽来显著提高气缸套机械性能，有效地防止气缸套在使用期间因断缸而失效的强化气缸套的方法。

Description

强化气缸套的方法

技术领域

本发明涉及气缸套领域，尤其是一种用来解决气缸套在退刀槽处断缸问题或支撑肩断裂问题的强化气缸套的方法。

背景技术

气缸套是发动机的关键零件之一，处于发动机的“心脏”部位，气缸套与活塞、气缸盖共同组成密闭的气缸工作空间。气缸套的可靠性直接决定发动机的可靠性，在气缸套失效模式中，支承肩断裂是一项很危险的失效，轻者损坏活塞及活塞环，重者连缸体、缸盖及连杆都损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过激光冲击强化气缸套退刀槽来显著提高气缸套机械性能，有效地防止气缸套在使用期间因断缸而失效的强化气缸套的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种强化气缸套的方法，利用激光冲击气缸套上支撑肩后侧的退刀槽槽底圆角所形成的弧面。

激光冲击所述弧面前，弧面里外依次设有能量吸收层和约束层，激光冲击时，激光冲击的技术参数如下：波长为1054nm，输出光发散度θ≤1.7mrad，脉冲能量~42J，激光功率密度为10.6～16.9GW/cm2，激光脉冲宽度FWHM为23ns，输出不稳定性≤±10%，激光光斑直径为5mm，光斑搭接面积不超过激光束光斑面积的1/5。

激光功率密度为10.6GW/cm2时，为单次冲击。

所述能量吸收层为厚度2mm的黑漆层，约束层为厚度3mm的流水层。

所述气缸套设置在旋转工作台上，激光冲击气缸套时，进行激光冲击的激光冲击装置固定不动，工作台带动气缸套转动，气缸套的转速为3°/s。

本发明所述的强化气缸套的方法，具有如下优点：经激光冲击后气缸套冲击部位的表层晶粒细化金相组织，显微硬度得以显著提高，其显微硬度高达500HV，激光冲击强化后退刀槽圆角处的应力分布得以改善，残余应力由拉应力转变为压应力，其平均值高达-380MPa，从而有效地减少了微裂纹的产生，提高了气缸套的寿命。万能材料试验机检测气缸套压溃力大于等于300KN,相对于滚压强化压溃力提高40%，且激光冲击具有操作简便，易于实现自动化操作等优点。

附图说明

图1是本发明冲击部位的结构示意图；

图2是激光冲击时冲击表面的结构示意图；

图3是激光冲击前气缸套冲击部位的金相组织示意图；

图4是激光冲击后气缸套冲击部位的金相组织示意图。

具体实施方式

由图1所示的强化气缸套的方法，利用激光冲击气缸套1上支撑肩2后侧的退刀槽4槽底圆角所形成的弧面3。支撑肩2位于气缸套1的前端，退刀槽4位于气缸套1上支撑肩2的后侧，退刀槽4的后侧为气缸套1的上环带。退刀槽4的截面为夹角状，退刀槽4槽底圆角形成的弧面3为圆弧面，该弧面3也为环绕气缸套周圈的圆环形弧面，该弧面3即为冲击部位。

所述的气缸套1离心铸造的铸态贝氏体材质，其金相组织如图3所示，其具有较高强度、耐磨性。其化学成份：C=（2.80~3.40）%，Si=（1.90~2.60）%，Mn=（0.50~1.00）%，S＜0.12%，P＜0.30%，Cr=（0.20~0.40）%，Cu=（0.40~0.80）%，Ni=（0.20~0.70）%，Mo=（0.20~0.70）%。力学性能：抗拉强度σ_b≥400MPa，硬度为（285~330）HB。金相组织：A型石墨+贝氏体+少量残奥。

进行激光冲击的激光冲击装置采用钕玻璃激光器，激光冲击装置包括四个组成部分：（1）高功率钕玻璃激光系统；（2）激光电源系统；（3）激光能源系统；（4）导光臂与激光冲击头系统。由于激光冲击装置为现有技术，故不详细叙述。

激光冲击气缸套1所述弧面3前，气缸套1先设置在旋转工作台上，进行激光冲击的激光冲击装置固定不动，工作台带动气缸套1转动，气缸套1的转速为3°/s。这样，使入射的激光束5能够在气缸套1随同工作台夹具回转中心旋转的同时始终冲击气缸套1支撑肩2与上环带之间的退刀槽4槽底弧面3处。并且激光冲击前，所述冲击部位的弧面3里外依次设有能量吸收层7和约束层9，所述能量吸收层7为厚度2mm的黑漆层，黑漆层由冲击部位上涂设的黑漆形成，约束层9为厚度3mm的流动着的流水层。激光冲击时，激光冲击的技术参数如下：波长为1054nm，输出光发散度θ≤1.7mrad，脉冲能量~42J，激光脉冲宽度FWHM≈23ns，输出不稳定性≤±10%，激光光斑直径为5mm，光斑搭接面积不超过激光束5光斑面积的1/5。在本例中，激光功率密度约为10.6GW/cm²，激光冲击所述弧面3为单次冲击。如图2所示，激光冲击装置发出的激光束5在冲击时，在能量吸收层7上形成等离子体6，在冲击部位——弧面3上形成冲击波8。

当然，本发明不拘泥于上述形式，激光功率密度可为10.6～16.9GW/cm²，冲击数量也可根据实际操作设定。均可达到所需目的。

经激光冲击后气缸套1冲击部位的表层晶粒细化金相组织如图4所示，显微硬度得以显著提高，其显微硬度高达500HV，激光冲击强化后退刀槽4圆角处的应力分布得以改善，残余应力由拉应力转变为压应力，其平均值高达-380MPa，从而有效地减少了微裂纹的产生，提高了气缸套1的寿命。万能材料试验机检测气缸套1压溃力大于等于300KN,相对于滚压强化压溃力提高40%。

本发明所述的强化气缸套方法，是一种采用激光冲击表面强化气缸套1的方法，主要用来解决YC4108（玉柴产品）等气缸套1在退刀槽4处断缸问题，其原理是利用短脉冲、高峰值密度功率的激光辐射金属材料表面产生高压等离子体冲击波作用于金属表面并向里传播，使冲击波峰值超过材料动态屈服强度（灰铸铁是脆性材料，其动态屈服强度近似等于材料的抗拉强度），即当冲击波峰值超过灰铸铁材料的抗拉强度时在材料表面产生应变硬化和残余压应力同时使材料发生一定的错位并细化晶粒，经激光冲击处理后气缸套1退刀槽4表层呈残余压应力状态，可以松弛材料内部的应力集中，并且气缸套1支承肩退刀槽4圆弧经激光冲击后，其表面晶粒被细化，在退刀槽4处形成应变硬化及残余压应力，使其机械性能显著提高。从而有效地避免了气缸套1在退刀槽4处断缸问题的发生。

Claims

1. 一种强化气缸套的方法，其特征在于：利用激光冲击气缸套上支撑肩后侧的退刀槽槽底圆角所形成的弧面。

2. 如权利要求1所述的强化气缸套的方法，其特征在于：激光冲击所述弧面前，弧面里外依次设有能量吸收层和约束层，激光冲击时，激光冲击的技术参数如下：波长为1054nm，输出光发散度θ≤1.7mrad，脉冲能量~42J，激光功率密度为10.6～16.9GW/cm2，激光脉冲宽度FWHM为23ns，输出不稳定性≤±10%，激光光斑直径为5mm，光斑搭接面积不超过激光束光斑面积的1/5。

3. 如权利要求2所述的强化气缸套的方法，其特征在于：激光功率密度为10.6GW/cm2时，为单次冲击。

4. 如权利要求3所述的强化气缸套的方法，其特征在于：所述能量吸收层为厚度2mm的黑漆层，约束层为厚度3mm的流水层。

5.如权利要求1-4任一项所述的强化气缸套的方法，其特征在于：所述气缸套设置在旋转工作台上，激光冲击气缸套时，进行激光冲击的激光冲击装置固定不动，工作台带动气缸套转动，气缸套的转速为3°/s。