CN103252584A - 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法 - Google Patents

大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103252584A
CN103252584A CN2013101699663A CN201310169966A CN103252584A CN 103252584 A CN103252584 A CN 103252584A CN 2013101699663 A CN2013101699663 A CN 2013101699663A CN 201310169966 A CN201310169966 A CN 201310169966A CN 103252584 A CN103252584 A CN 103252584A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
microcavity
cylinder body
micro
cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013101699663A
Other languages
English (en)
Inventor
孔德军
张垒
王文昌
付贵忠
叶存冬
吴永忠
龙丹
蔡金龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changzhou University
Original Assignee
Changzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changzhou University filed Critical Changzhou University
Priority to CN2013101699663A priority Critical patent/CN103252584A/zh
Publication of CN103252584A publication Critical patent/CN103252584A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)

Abstract

本发明涉及液压油缸，特指大型液压油缸通过激光表面微造型提高抗腐蚀磨损和减少活塞环与缸体摩擦的方法。本发明专利选择DPSSQ-CWNd:YAG激光器，缸体绕轴旋转，激光输出端在缸体内壁加工出一圈等间距微腔后，沿轴向运动，重复加工出一圈相同微腔，最终在缸体内壁的中段加工出对称均匀分布的微腔阵列造型形成微造型区。通过往复实验，测出未经微造型处理和处理后两种情况下曲柄角速度与活塞和缸体内壁间摩擦力。经过微造型处理后，活塞与缸体内壁摩擦力减小60%左右，有利于提高其抗腐蚀磨损的能力。

Description

大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法
技术领域
本发明涉及液压油缸，特指大型液压油缸通过激光表面微造型提高抗腐蚀磨损和减少活塞环与缸体摩擦的方法；为解决缸体内壁因腐蚀磨损和杂质磨粒的摩擦引起的密封性能受损等故障，本发明专利提出了一种大型液压油缸激光表面微造型的表面加工方法，属于先进精密制造技术。
背景技术
液压油缸对于液压机械来说是非常重要的一个部件，在整个液压机械中扮演一个执行元件的角色，整个过程中液压油缸就是把液压能转换成机械能；我国在液压油缸方面的技术相对比较成熟，应用非常的广泛，自主研发的如CLSG系列大型液压油缸、CLRG系列大型液压缸以及RR系列双作用液压油缸等多种液压缸在工程机械、机床设备、汽车制造、冶金矿山、航天航空等领域有着广泛的应用；然而大型液压油缸由于负载很重，缸内所承受的压强相应的也非常大，如果长时间以较高的速度处于高负载工作状态，活塞会在伸出缸体的过程中将外界的杂质颗粒、氧化物和酸性气体带入缸体内部，使得缸体内部发生磨损、腐蚀或者划伤，降低了油缸的使用寿命；大型液压油缸的拆卸比较困难，一般换油周期比较长，这样就极易使杂质进入液压油中，而且液压油黏度大，阻力大，增大了活塞和缸体的摩擦，甚至会侵蚀缸体内壁；当油缸内部受损后，其更换零部件或修复比较困难而且费用较高，不利于生产效率的提高；基于大型液压油缸不易拆卸，液压油和进入缸体内部的杂质使油缸摩擦增大的问题，本发明专利提出了一种在缸体内壁使用激光表面微造型技术，用脉冲激光在内壁表面加工出阵列分布的微孔，减少摩擦副接触面，且在微孔处形成微型压力室，产生流体动态压力，同时微孔在活塞运动过程中能收集杂质磨粒，降低其耕犁作用，减小缸体和活塞的摩擦，加工过程中脉冲激光能对缸体进行相变硬化处理，在微孔处形成硬化带，提高了缸体内壁的摩擦磨损性能。
发明内容
本发明专利涉及的大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的激光器类型选择DPSS Q-CW Nd: YAG激光器，按照图1所示加工示意图，缸体绕轴旋转，激光输出端在缸体内壁加工出一圈等间距微腔后，沿轴向运动，重复加工出一圈相同微腔，最终在缸体内壁的中段加工出对称均匀分布的微腔阵列造型形成微造型区。
附图说明
图1 激光加工示意图；
图2 同点多次激光脉冲原理图，1-缸体内壁截面；
图3 缸体内壁表面微造型凹腔分布；
x-缸体轴线方向；z-缸体圆周方向；W *-缸体轴向高度；B p-微造型区宽度，从缸体轴向高度的1/4到缸体轴向高度的3/4之间为微造型区；r p-微腔半径，取值半径一般为20-500μm；2r l-假设一个微腔占据的方形区域边长，微腔在微造型区的密度即微腔面积与微造型区面积之比为Sp，则微腔半径r p、方形区域边长2 r l 和Sp满足关系                                                
Figure 522270DEST_PATH_IMAGE001
，微腔密度如果过小则产生的动压不足以分离摩擦面，过大则动压的效应增加不明显，一般取在0.3-0.5；U-活塞在缸体内的运动方向；
图4 活塞环与缸体内壁间油膜截面；
h(x,z)-特定微腔内瞬时油膜厚度,在下述公式中写作h；h r-活塞环厚度；h p-微腔深度；U-活塞运动速度；
图5 曲柄角速度－摩擦力曲线图。
具体实施方式
(1) 在激光微造型设备上完成缸体装夹固定后，设置激光器输出参数，为防止激光加工时液态金属飞溅堵塞微型凹腔，减少凹腔周边毛刺，激光输出端选用激光波长532nm，重复频率为8-20kHz，脉冲宽度为50-70ns，功率为3-4W，由于同一点需要多次加工，光斑直径为4/5-5/6rp。
 (2) 为提高激光利用率，减小热扩散，采用同点多次激光脉冲的方法加工。如图2所示，在缸体内壁某一高度P 1点处，用脉冲激光打出一个微腔，随着缸体的转动依次等间距的打出P 2、P 3、…、P n，当缸体回转至P 1处时继续在同一点加工第二次，以此类推直至加工出所需半径和深度的微腔。
 (3) 完成第(2)步后激光器输出端沿轴线向下移动2r l的距离，重复第(2)步操作加工出一圈微腔，依次类推，重复第(2)和(3)两步操作，直至加工出如图3所示缸体内壁宽度为B p的对称型微造型区域。
(4) 图4为活塞环与缸体内壁间的油膜厚度截面示意图；经过激光表面微造型处理后，活塞运动时缸体内壁每个微型凹腔附近会产生流体动压p，聚合起来会使得活塞与缸体内壁出现一层极小的空隙即油膜厚度h，瞬时动压p和瞬时油膜厚度h满足流体Reynolds方程：
Figure 302007DEST_PATH_IMAGE002
；
μ为流体的动态粘滞度；
活塞与缸体内壁分离，使摩擦方式变为流体摩擦，摩擦力为：
Figure 530773DEST_PATH_IMAGE003
；
U为活塞单向运动速度，A为微造型区域面积。
二者之间摩擦减小并提高了润滑作用，同时微型凹腔将液压油中的杂质逐渐收集起来，减小了杂质对内壁的磨损和腐蚀作用。
(5) 活塞的往复运动可以看作一个曲柄滑块机构，通过往复实验，测出未经微造型处理和处理后两种情况下曲柄角速度与活塞和缸体内壁间摩擦力，如图5所示。经过微造型处理后，活塞与缸体内壁摩擦力减小60%左右，有利于提高其抗腐蚀磨损的能力。 

Claims (4)

1.大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法，其特征在于：激光发生器发出的激光经反射镜反射至位于油缸内中轴线上的反射镜，在油缸缸体内壁上形成微腔，缸体绕轴旋转，激光输出端在缸体内壁加工出一圈等间距微腔后，沿轴向运动，重复加工出一圈相同微腔，最终在缸体内壁的中段加工出对称均匀分布的微腔阵列造型形成微造型区。
2.如权利要求1所述的大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法，其特征在于：所述激光输出端选用激光波长532nm，重复频率为8-20kHz，脉冲宽度为50-70ns，功率为3-4W，由于同一点需要多次加工，光斑直径为4/5-5/6rp，rp为微腔半径。
3.如权利要求1所述的大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法，其特征在于：所述微造型区宽度的B p是从缸体轴向高度的1/4到缸体轴向高度的3/4之间；微腔半径r p取值为20-500μm；微腔占据的方形区域边长2r l，微腔在微造型区的密度即微腔面积与微造型区面积之比为Sp，则微腔半径r p、方形区域边长2 r l 和Sp满足关系                                               
Figure 2013101699663100001DEST_PATH_IMAGE002
，微腔密度如果过小则产生的动压不足以分离摩擦面，过大则动压的效应增加不明显，取在0.3-0.5。
4.如权利要求1所述的大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1) 在激光微造型设备上完成缸体装夹固定后，设置激光器输出参数，为防止激光加工时液态金属飞溅堵塞微型凹腔，减少凹腔周边毛刺，激光输出端选用激光波长532nm，重复频率为8-20kHz，脉冲宽度为50-70ns，功率为3-4W，由于同一点需要多次加工，光斑直径为4/5-5/6rp；
 (2) 为提高激光利用率，减小热扩散，采用同点多次激光脉冲的方法加工；在缸体内壁某一高度P 1点处，用脉冲激光打出一个微腔，随着缸体的转动依次等间距的打出P 2、P 3、…、P n，当缸体回转至P 1处时继续在同一点加工第二次，以此类推直至加工出所需半径和深度的微腔；
 (3) 完成第(2)步后激光器输出端沿轴线向下移动2r l的距离，重复第(2)步操作加工出一圈微腔，依次类推，重复第(2)和(3)两步操作，直至加工出缸体内壁宽度为B p的对称型微造型区域。
CN2013101699663A 2013-05-10 2013-05-10 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法 Pending CN103252584A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101699663A CN103252584A (zh) 2013-05-10 2013-05-10 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013101699663A CN103252584A (zh) 2013-05-10 2013-05-10 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103252584A true CN103252584A (zh) 2013-08-21

Family

ID=48956983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013101699663A Pending CN103252584A (zh) 2013-05-10 2013-05-10 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103252584A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104625424A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 中国科学院力学研究所 一种内燃机缸体内壁激光刻蚀加工装置
CN110480257A (zh) * 2019-07-12 2019-11-22 江苏长龄液压股份有限公司 一种油缸的制造工艺

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0626228A1 (en) * 1993-05-26 1994-11-30 The Welding Institute Surface modification
CN1438438A (zh) * 2003-02-14 2003-08-27 华中科技大学 一种提高发动机缸体、缸套内表面耐磨性的方法
CN101380692A (zh) * 2008-10-15 2009-03-11 江苏大学 一种激光表面微造型装置及方法
CN101526136A (zh) * 2009-04-07 2009-09-09 南京理工大学 激光微造型与合金化复合改性的密封摩擦副及加工方法
US20100024592A1 (en) * 2006-10-20 2010-02-04 H.E.F. Friction piece in a lubricated medium, working at contact pressures higher than 200 mpa
CN102179629A (zh) * 2011-03-21 2011-09-14 中国科学院力学研究所 内燃机缸套内壁激光刻蚀系统及加工方法
CN102430856A (zh) * 2011-10-31 2012-05-02 重庆长安汽车股份有限公司 一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法
CN102513900A (zh) * 2011-10-28 2012-06-27 大连海事大学 表面微刻蚀和微粒复合填充的气缸套内表面强化方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0626228A1 (en) * 1993-05-26 1994-11-30 The Welding Institute Surface modification
CN1438438A (zh) * 2003-02-14 2003-08-27 华中科技大学 一种提高发动机缸体、缸套内表面耐磨性的方法
US20100024592A1 (en) * 2006-10-20 2010-02-04 H.E.F. Friction piece in a lubricated medium, working at contact pressures higher than 200 mpa
CN101380692A (zh) * 2008-10-15 2009-03-11 江苏大学 一种激光表面微造型装置及方法
CN101526136A (zh) * 2009-04-07 2009-09-09 南京理工大学 激光微造型与合金化复合改性的密封摩擦副及加工方法
CN102179629A (zh) * 2011-03-21 2011-09-14 中国科学院力学研究所 内燃机缸套内壁激光刻蚀系统及加工方法
CN102513900A (zh) * 2011-10-28 2012-06-27 大连海事大学 表面微刻蚀和微粒复合填充的气缸套内表面强化方法
CN102430856A (zh) * 2011-10-31 2012-05-02 重庆长安汽车股份有限公司 一种模具导柱表面形貌的激光微造型方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104625424A (zh) * 2015-01-28 2015-05-20 中国科学院力学研究所 一种内燃机缸体内壁激光刻蚀加工装置
CN110480257A (zh) * 2019-07-12 2019-11-22 江苏长龄液压股份有限公司 一种油缸的制造工艺
CN110480257B (zh) * 2019-07-12 2020-05-19 江苏长龄液压股份有限公司 一种油缸的制造工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103252584A (zh) 大型液压油缸激光表面微造型抗腐蚀磨损的方法
CN102672067B (zh) 一种带液压可控单活塞回转式棒管料精密下料装置
CN204419752U (zh) 一种基于表面织构动压润滑性能的液压缸
CN103894732A (zh) 一种活塞环激光微织构方法
CN105275794A (zh) 一种具有低摩擦表面的配流盘及制造方法
CN105221287A (zh) 一种表面具有复合微形貌的发动机缸孔
CN104481719A (zh) 冷挤压高精度汽油机活塞销
CN103341730B (zh) 一种缸孔加工方法
CN103398157A (zh) 一种机器人rv减速器摆线装置的摆线轮的制造方法
CN104533962A (zh) 一种表面微处理滑动轴承
CN206144983U (zh) 一种谐波减速器用多点接触柔性轴承
CN101936193A (zh) 一种大型汽轮机整体喷嘴组的制造方法
CN103817278A (zh) 第三代压水堆核电冷却剂泵泵壳锻件的制造方法
CN204458834U (zh) 一种动静压气体轴承
CN104879468A (zh) 一种抗磨损工业齿轮
CN113579129B (zh) 基于分割累加的复杂异型截面环件轧制力计算方法
CN201575138U (zh) 六面顶液压机工作缸活塞
CN203227903U (zh) 细长轴电解加工机床
CN106001341A (zh) 一种转子的冷锻工艺以及一种反挤孔模具
CN203248660U (zh) 一种组合式双联齿轮
CN202532146U (zh) 列管冷却器油水混合预警装置
CN203585070U (zh) 平面包络蜗轮传动回转支承
CN104879484A (zh) 一种散热型工业耐磨损齿轮
CN212318428U (zh) 微小流量下稳定控制液压系统
CN108857283B (zh) 一种发动机燃油喷射系统挺柱体分步式冷挤压工艺

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130821