CN111304421A - 一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备 - Google Patents

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汤晓辉
刘鼎
何冉
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Abstract

本发明属于发动机零部件加工设备技术领域，公开一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，包括激光组件、机床、缸体定位组件、净化组件和控制组件；激光组件包括激光器和与激光器配套设置的冷水机；机床的龙门架横梁上设有X轴直线模组和Z轴直线模组，Z轴直线模组固定于X轴直线模组的滑块上，Z轴直线模组的滑块上设有固定支架，激光器的激光头竖直固定于固定支架上；缸体定位组件包括旋转组件和手动滑台，旋转组件包括基座和旋转台，旋转台水平转动连接在基座上，手动滑台包括矩形轨道和滑动连接在矩形轨道上的移动台；净化组件为烟雾净化器；控制组件与激光组件、X轴直线模组、Z轴直线模组等均电连接。该设备操作简单，效率高，环保。

Description

一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备
技术领域
本发明属于发动机零部件加工设备技术领域，具体地，涉及一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备。
背景技术
随着发动机领域的进一步发展，要求发动机要：热效率更高、功耗更小；动力更强、体积更小；油耗更少、排放更低；寿命更长、经济性更好。
针对国六及以上发动机动力性强、体积更小等客观要求，各大主机厂和科研院所都在研究如何替代气缸套，而直接让缸体成为燃烧室，承受高爆压、高燃温、高冲击、高摩擦等复杂交变应力的恶劣工作环境。对于提高发动机缸体耐磨材料性能，研究改善其表面处理方法，降低损耗，提高其使用寿命，也越来越引起人们的关注和重视。发动机的缸体是衡量内燃机耐用度的一个重要指标，而提高内燃机使用寿命，提高发动机缸体的耐磨性能显得更为迫切。
激光淬火是以利用激光器高功率激光束为能源，以极快速度加热工件表面，并以自冷硬化为主的淬火工艺。其是提高发动机缸体耐磨性等使用性能的一种重要手段，传统的激光淬火机，设备故障率高、生产效率低、废品率高、预处理污染、制造及运行成本高。因此，亟需设计一种激光淬火加工设备，对发动机缸体的内表面进行激光淬火处理，提升发动机缸体的使用性能，满足国六及以上发动机动力性、经济性及排放性的综合要求。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，利用半导体激光器高功率激光束，配合机床的运动及速度，使发动机缸体内表面材料迅速加热硬化，提高发动机缸体的耐磨等使用性能，操作简单环保。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，包括激光组件、机床、缸体定位组件、净化组件和控制组件；所述激光组件包括激光器和与激光器配套设置的冷水机；所述机床包括底座和龙门架，所述龙门架立于底座上，所述龙门架的横梁上设有横向的X轴直线模组和竖向的Z轴直线模组，所述Z轴直线模组固定于X轴直线模组的滑块上，所述Z轴直线模组的滑块上设有固定支架，所述激光器的激光头竖直固定于固定支架上；所述缸体定位组件包括旋转组件和水平滑动组件，所述旋转组件包括基座和旋转台，所述基座固定于底座上，旋转台水平转动连接在基座上，所述水平滑动组件为手动滑台，所述手动滑台包括矩形轨道和滑动连接在矩形轨道上的移动台，所述矩形轨道固定于旋转台上，所述移动台上设有缸体放置槽；所述净化组件为烟雾净化器，所述烟雾净化器的吸尘管的进料端伸至缸体加工孔的底部；所述控制组件与激光组件、X轴直线模组、Z轴直线模组、旋转组件和烟雾净化器均电连接。
优选地，所述激光器为半导体激光器。采用半导体激光器优于常规的CO2激光器，其具有以下优点：体积小，重量轻；驱动功率和电流较低；效率高、工作寿命长；可直接电调制；易于与各种光电子器件实现光电子集成；与半导体制造技术兼容；波长为915±5nm，热量更容易被工件吸收，淬火深度范围可控性大；操作简单环保，可直接淬火，省去磷化这道工序，大大节省制造成本。
根据本发明，激光头的运动由X轴直线模组及Z轴直线模组完成；缸体的旋转由旋转台完成。激光头沿X轴直线模组运动实现激光头焦距调节与设定，并让激光头回避以方便吊装。缸体加工孔内表面的激光淬火轨迹由激光头沿Z轴移动及缸体旋转插补完成。
优选地，所述X轴直线模组和Z轴直线模组均为同步带型直线模组。同步带型直线模组采用常规的组成，保证激光头沿X轴和Z轴的移动精度即可。
本发明中，所述固定支架为L型支架，L型支架的水平段与Z轴直线模组的滑块固定连接，L型支架的竖直段向下延伸，且竖直段的下部设有固定夹，所述激光头竖直固定在固定夹上。固定夹保证激光头牢固稳定的固定在固定支架上，激光头在Z轴方向上的移动配合旋转台带动缸体的转动，实现了缸体内表面激光轨迹的控制。
优选地，所述矩形轨道内并列设有两根螺纹杆，两根螺纹杆转动连接于矩形轨道上，且两根螺纹杆的同一端均设有从动齿轮，所述矩形轨道内设有与两个从动齿轮相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮的转轴上设有转动手轮，所述移动台的下部螺纹连接在两根螺纹杆上。通过转动手轮的转动，使主动齿轮带动从动齿轮，从而实现两根螺纹杆的同步转动，使移动台在矩形轨道上移动，实现缸体加工孔的更换。
优选地，所述旋转台的中心处设有第一通孔，所述矩形轨道上设有与第一通孔相连通的第二通孔，所述移动台上设有与缸体加工孔相对应的第三通孔，所述吸尘管的进料端穿过第一通孔、第二通孔和第三通孔伸至缸体加工孔的底部。该净化组件的设置在保证发动机缸体的激光淬火顺利进行的基础上，降低环境污染，从源头上对激光淬火的烟尘进行处理，避免烟尘对操作环境的扩散污染。
根据本发明，所述缸体放置槽与缸体的底部相匹配。缸体放置槽的设置可对缸体起到限位作用，方便缸体的定位和快速放置，有利于加工的准确快速进行。
本发明的控制组件可以采用西门子808D数控系统，控制激光头移动及缸体运动，各组件工作的开启和关闭等。
本发明中还包括能够使该发动机缸体高效环保激光淬火加工设备正常运转的其它组件，均属于本领域的常规选择。另外，本发明中未加以限定的组件均采用本领域的常规技术手段，例如，半导体激光器、冷水机、同步带型直线模组、旋转台、烟雾净化器等均采用本领域的常规设置，而且控制组件对本发明中各部件的控制在现有技术的基础上均能够实现。
本发明的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备的工作原理：将缸体放置在手动滑台上，将激光头移动至加工工位上（激光头与旋转台同轴设置），激光器运行，通过Z轴直线模组控制激光头的上下移动，同时通过旋转台转动缸体，实现缸体加工孔的激光淬火，在激光淬火运行的同时，冷水机和烟雾净化器也在工作，待缸体的一个加工孔完成淬火后，驱动手动滑台，将缸体的另一个加工孔移动至旋转台的中心处，采用同样的方法进行淬火加工。
与现有技术相比，本发明的有益点在于：
本发明的激光淬火加工设备可以加工出发动机缸体技术要求的激光淬火网纹，可以加工网格式淬火形貌或螺纹式淬火形貌等，根据需要对参数进行设置即可，该加工设备操作简单，加工效率高，环保。
附图说明
图1为实施例的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备的结构示意图。
图2为图1中缸体定位组件的俯视图。
图3为图2中旋转台的结构示意图。
图4为图2中矩形轨道的结构示意图。
图5为图2中移动台的主视图。
图6为图5的左视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
如图1-6所示，一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，包括激光组件、机床、缸体定位组件、净化组件和控制组件2；所述激光组件包括激光器1和与激光器1配套设置的冷水机3；所述机床包括底座4和龙门架5，所述龙门架5立于底座4上，所述龙门架5的横梁上设有横向的X轴直线模组6和竖向的Z轴直线模组7，所述Z轴直线模组7固定于X轴直线模组6的滑块上，所述Z轴直线模组7的滑块上设有固定支架8，所述激光器1的激光头9竖直固定于固定支架8上；所述缸体定位组件包括旋转组件和水平滑动组件，所述旋转组件包括基座10和旋转台11，所述基座10固定于底座4上，旋转台11水平转动连接在基座10上，所述水平滑动组件为手动滑台，所述手动滑台包括矩形轨道12和滑动连接在矩形轨道12上的移动台13，所述矩形轨道12固定于旋转台11上，所述移动台13上设有缸体放置槽14；所述净化组件为烟雾净化器15，所述烟雾净化器15的吸尘管的进料端伸至缸体16加工孔的底部；所述控制组件2与激光组件、X轴直线模组6、Z轴直线模组7、旋转组件和烟雾净化器15均电连接。
所述激光器1为半导体激光器。
所述X轴直线模组6和Z轴直线模组7均为同步带型直线模组。
所述固定支架8为L型支架，L型支架的水平段与Z轴直线模组7的滑块固定连接，L型支架的竖直段向下延伸，且竖直段的下部设有固定夹，所述激光头9竖直固定在固定夹上。
所述矩形轨道12内并列设有两根螺纹杆17，两根螺纹杆17转动连接于矩形轨道12上，且两根螺纹杆17的同一端均设有从动齿轮18，所述矩形轨道12内设有与两个从动齿轮18相啮合的主动齿轮19，所述主动齿轮19的转轴上设有转动手轮20，所述移动台13的下部螺纹连接在两根螺纹杆17上。
所述旋转台11的中心处设有第一通孔21，所述矩形轨道12上设有与第一通孔21相连通的第二通孔22，所述移动台13上设有与缸体16加工孔相对应的第三通孔23，所述吸尘管的进料端穿过第一通孔21、第二通孔22和第三通孔23伸至缸体16加工孔的底部。
所述缸体放置槽14与缸体16的底部相匹配。
该发动机缸体高效环保激光淬火加工设备的工作原理：将缸体16放置在手动滑台上，将激光头9移动至加工工位上（激光头9与旋转台11同轴设置），激光器1运行，通过Z轴直线模组7控制激光头9的上下移动，同时通过旋转台11转动缸体16，实现缸体16加工孔的激光淬火，在激光淬火运行的同时，冷水机3和烟雾净化器15也在工作，待缸体16的一个加工孔完成淬火后，驱动手动滑台，将缸体16的另一个加工孔移动至旋转台11的中心处，采用同样的方法进行淬火加工。
该激光淬火加工设备可以加工出发动机缸体16技术要求的激光淬火网纹，可以加工网格式淬火形貌或螺纹式淬火形貌等，根据需要对参数进行设置即可，该加工设备操作简单，加工效率高，环保。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (7)

1.一种发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，包括激光组件和机床，其特征在于：还包括缸体定位组件、净化组件和控制组件；所述激光组件包括激光器和与激光器配套设置的冷水机；所述机床包括底座和龙门架，所述龙门架立于底座上，所述龙门架的横梁上设有横向的X轴直线模组和竖向的Z轴直线模组，所述Z轴直线模组固定于X轴直线模组的滑块上，所述Z轴直线模组的滑块上设有固定支架，所述激光器的激光头竖直固定于固定支架上；所述缸体定位组件包括旋转组件和水平滑动组件，所述旋转组件包括基座和旋转台，所述基座固定于底座上，旋转台水平转动连接在基座上，所述水平滑动组件为手动滑台，所述手动滑台包括矩形轨道和滑动连接在矩形轨道上的移动台，所述矩形轨道固定于旋转台上，所述移动台上设有缸体放置槽；所述净化组件为烟雾净化器，所述烟雾净化器的吸尘管的进料端伸至缸体加工孔的底部；所述控制组件与激光组件、X轴直线模组、Z轴直线模组、旋转组件和烟雾净化器均电连接。
2.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述激光器为半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述X轴直线模组和Z轴直线模组均为同步带型直线模组。
4.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述固定支架为L型支架，L型支架的水平段与Z轴直线模组的滑块固定连接，L型支架的竖直段向下延伸，且竖直段的下部设有固定夹，所述激光头竖直固定在固定夹上。
5.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述矩形轨道内并列设有两根螺纹杆，两根螺纹杆转动连接于矩形轨道上，且两根螺纹杆的同一端均设有从动齿轮，所述矩形轨道内设有与两个从动齿轮相啮合的主动齿轮，所述主动齿轮的转轴上设有转动手轮，所述移动台的下部螺纹连接在两根螺纹杆上。
6.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述旋转台的中心处设有第一通孔，所述矩形轨道上设有与第一通孔相连通的第二通孔，所述移动台上设有与缸体加工孔相对应的第三通孔，所述吸尘管的进料端穿过第一通孔、第二通孔和第三通孔伸至缸体加工孔的底部。
7.根据权利要求1所述的发动机缸体高效环保激光淬火加工设备，其特征在于：所述缸体放置槽与缸体的底部相匹配。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116640913A (zh) * 2023-06-02 2023-08-25 苏州好特斯模具有限公司 一种螺牙激光热处理装置及方法

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