CN108274125B - 一种轴孔紧定配合表面及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴孔紧定配合表面及其制作方法，涉及一种轴孔紧定配合表面表面处理技术。本发明通过激光在配合表面其中一个表面主动加工有序分布的钉扎形貌，钉扎形貌的几何参数为：微凸起直径d=50‑300μm，高度h=1‑20μm。本发明轴孔紧定配合表面的静摩擦力得到提升，随动现象得到有效抑制，寿命和稳定性明显提高。

Description

一种轴孔紧定配合表面及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种轴孔紧定配合领域，更具体得说，是涉及一种轴孔紧定配合表面表面处理技术。

背景技术

轴孔紧定配合在机械领域应用广泛，例如轴承与轴承座、连杆大头孔与轴瓦，需要轴孔紧定配合表面在系统运行过程中保持相对静止，系统运行过程中轴孔紧定配合表面发生的随动行为可能会导致系统抱死、失效。

中国专利CN204985303U，公开了一种发动机连杆，在连杆大头孔的内壁上设置有至少一片起防滑作用的网纹区域，但交叉网纹对两个配合表面间的静摩擦力的提高能力较差，不能消除二者发生旋转滑移的风险。

本发明公开的一种轴孔紧定表面，通过激光微加工技术在配合表面加工有序分布的规则钉扎形貌，在加工过程中会产生激光硬化作用，使得钉扎形貌周围组织变为高碳马氏体和残余奥氏体，即激光淬火处理，每个钉扎形貌相对于基材硬度更高，通过轴孔紧定配合，钉扎形貌作为硬质点插入配合表面，使得配合表面在微观上发生弹性变形，从而增大两者间的静摩擦力，有效消除配合表面随动风险，提高系统寿命和稳定性。

发明内容

本发明公开了一种轴孔紧定配合表表面处理技术。

本发明采取的技术方案为：一种轴孔紧定配合表面，在轴孔配合表面加工有序分布规则的钉扎形貌，所述加工表面为孔表面或轴表面。

上述方案中，所述的一种轴孔紧定配合表面，所述钉扎形貌为微凸起形貌，具体形貌几何参数为：微凸起直径d＝50～300μm，微凸起高h＝1～20μm。

上述方案中，所述的一种轴孔紧定配合表面，所述的有序分布为钉扎区域方形块分布，各方形块沿圆周方向均布，具体分布参数为：N＝1～10；L＝(10％～100％)H；其中，N为方形块数量，θ_i为方形块位置，Δθ为方形块周向跨度，L为方形块轴向比例方形块轴向长度，H为轴孔配合表面长度。

上述方案中，所述的一种轴孔紧定配合表面，所述的钉扎区域方形块中钉扎形貌规则排列，具体排列分布参数为： 其中a为点距，即为同一行中相邻两个钉扎中心之间的距离；b为线距,即为相邻两行之间钉扎中心的距离；a₁为列偏距，即为钉扎距同一列相邻两个钉扎中心线的距离。

实现本发明具体包括以下步骤：

步骤1，选择轴孔紧定配合表面的一个表面，作为激光钉扎造型表面，一般选择孔表面，但若孔表面激光钉扎造型难度大，可选择轴表面；

步骤2，对选定的配合表面进行前处理，前处理后表面达到的粗糙度参数范围：轮廓的算数平均偏差Ra≤0.8μm，轮廓的最大高度Rz≤3.2μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；

步骤3，对待加工表面进行钉扎织构方案设计；

步骤4，利用固体激光器或光纤激光器，对前处理后的配合表面进行钉扎形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[20μs，500ms]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[10⁴W/cm²,10⁶W/cm²]，辅助气体为氮气或高压空气，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

本发明的有益效果是，通过激光微加工技术在配合表面加工有序分布的规则钉扎形貌，在加工过程中会产生激光硬化作用，使得钉扎形貌周围组织变为高碳马氏体和残余奥氏体，即激光淬火处理，每个钉扎形貌相对于基材硬度更高，通过轴孔紧定配合，钉扎形貌作为硬质点插入配合表面，使得配合表面在微观上发生弹性变形，从而增大两者间的静摩擦力，有效消除配合表面随动风险，提高系统寿命和稳定性。

附图说明

图1为一种轴孔紧定配合实施案例图。

图2为孔表面激光钉扎处理图。

图3为钉扎形貌图。

图4为钉扎区域方形块分布图。

图5为钉扎区域方形块内形貌分布图。

图6为轴孔紧定配合图。

图中：1，钉扎形貌直径d；2，钉扎形貌高度h；3，轴孔配合宽度H；4，方形块宽度L；5，方形块位置θ_i；6，方形块跨度Δθ；7，钉扎形貌点距a；8，钉扎形貌列偏距a₁；9，钉扎区域方形块内钉扎形貌线距b；10，方形块数量N。

具体实施方式

下面，如附图1，以滑动轴承-轴承座为例对本发明的具体实施进行说明。滑动轴承的外圈表面与轴承座孔形成一对轴孔紧定配合表面。

本发明提供一种轴孔紧定配合表面表面处理技术，以下具体说明处理步骤：

步骤1，如附图2，选择配合表面的孔表面，作为激光钉扎造型表面；

步骤2，对选定的孔表面进行前处理，前处理后表面达到的粗糙度参数范围：轮廓的算数平均偏差Ra≤0.8μm，轮廓的最大高度Rz≤3.2μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；

步骤3，对待加工表面进行钉扎织构方案设计：

A)首先进行钉扎形貌设计，如附图3，所述钉扎形貌为微凸起形貌，具体形貌几何参数为：微凸起直径d＝150μm，微凸起高度h＝5μm；

B)再对钉扎区域方形块分布设计，如附图4，将孔展开，各方形块沿圆周方向均布，具体分布参数为：方形块数量N＝4；方形块位置方形块周向跨度Δθ＝75°；方形块轴向长度L＝95％H，H为轴孔配合表面长度；

C)最后对钉扎区域方形块内钉扎形貌排列进行设计，如附图5，具体排列分布参数为：其中a为点距，b为线距,a₁为列偏距

步骤4，利用固体激光器或光纤激光器，对前处理后的配合表面进行钉扎形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[20μs，500ms]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[10⁴W/cm²,10⁶W/cm²]，辅助气体为氮气或高压空气，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°最终形成激光钉扎处理后的轴孔紧定配合表面，装配后，如附图6。

上述实例只是为了说明本发明，而不是对本发明进行限制，对本实施例所作的修改和改变，都应在本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种轴孔紧定配合表面，其特征在于，在轴孔配合表面加工有规则分布的钉扎形貌，所述轴孔配合表面为孔表面或轴表面；所述钉扎形貌为微凸起形貌，所述微凸起形貌几何参数为：d＝50～300μm，h＝1～20μm，其中d为微凸起直径(1)，h为微凸起高度(2)；所述规则分布为方形块分布，各方形块沿圆周方向均布，具体分布参数为：N＝1～10；i＝1,2…N；/>L＝(10％～100％)H；其中，N为方形块数量(10)，θ_i为方形块位置(5)，Δθ为方形块周向跨度(6)，L为方形块轴向比例方形块轴向长度(4)，H为轴孔配合表面长度(3)；所述规则分布的钉扎形貌的方形块中钉扎形貌规则排列，排列分布参数为：钉扎形貌面/>其中a为点距(7)，b为线距(9),a₁为列偏距(8)；所述微凸起形貌利用固体激光器或光纤激光器，按照钉扎织构的设计方案对前处理后的配合表面进行钉扎形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[20μs，500ms]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[10⁴W/cm²,10⁶W/cm²]，辅助气体为氮气或高压空气，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

2.一种实施权利要求1的轴孔紧定配合表面的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)选择轴孔紧定配合表面的其中一个表面，作为激光钉扎造型表面；

B)对选定的配合表面进行前处理，前处理后表面达到的粗糙度参数范围：轮廓的算数平均偏差Ra≤0.8μm，轮廓的最大高度Rz≤3.2μm，圆度和圆柱度≤0.01mm；

C)利用固体激光器或光纤激光器，按照钉扎织构的设计方案对前处理后的配合表面进行钉扎形貌加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[20μs，500ms]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[10⁴W/cm²,10⁶W/cm²]，辅助气体为氮气或高压空气，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。

3.根据权利要求2所述的轴孔紧定配合表面的制作方法，其特征在于，步骤A)中，激光钉扎造型表面选择孔表面。

4.根据权利要求2所述的轴孔紧定配合表面的制作方法，其特征在于，步骤A)中，当孔表面激光钉扎造型难以加工，选择轴表面。