CN111560613B - 一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，属于汽车曲轴领域，一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，通过在激光熔覆的同时，沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的自消下层逐渐汽化消失，使得补强颗粒被释放铺洒在粗熔覆层表面，同时沉降起伏上层下沉附着在粗熔覆层上洒落的补强颗粒的上方，从而一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，一方面显著增加曲轴表面的强度，另一方面，相较于仅仅熔覆层的现有技术，可以有效降低曲轴表面受热膨胀率，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，显著降低其老化速度，延长使用寿命。

Description

一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法

技术领域

本发明涉及汽车曲轴领域，更具体地说，涉及一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法。

背景技术

曲轴发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面需耐磨、工作均匀、平衡性好。

为减小曲轴质量及运动时所产生的离心力，曲轴轴颈往往作成中空的。在每个轴颈表面上都开有油孔，以便将机油引入或引出，用以润滑轴颈表面。为减少应力集中，主轴颈、曲柄销与曲柄臂的连接处都采用过渡圆弧连接。

曲轴平衡重（也称配重）的作用是为了平衡旋转离心力及其力矩，有时也可平衡往复惯性力及其力矩。当这些力和力矩自身达到平衡时，平衡重还可用来减轻主轴承的负荷。平衡重的数目、尺寸和安置位置要根据发动机的气缸数、气缸排列形式及曲轴形状等因素来考虑。平衡重一般与曲轴铸造或锻造成一体，大功率柴油机平衡重与曲轴分开制造，然后用螺栓连接在一起。

曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用，因而对曲轴表面的强度和耐磨度油很高的要求，现有技术一般通过激光将熔覆粉末与曲轴表面同步熔融，从而将熔覆粉末在去轴表面形成一层荣覆层，提高强度，但是曲轴在工作过程中，因快速转动摩擦，会产生大量热，导致曲轴在长期使用过程中，会发生一定的热膨胀，导致其强度受到一定损伤，同时会加快曲轴的老化速度，导致使用寿命降低。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，它通过在激光熔覆的同时，沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的自消下层逐渐汽化消失，使得补强颗粒铺洒在粗熔覆层表面，同时沉降起伏上层下沉附着在粗熔覆层上洒落的补强颗粒的上方，从而一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，进而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，显著降低其老化速度，延长使用寿命。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，包括以下步骤：

S1、首先对曲轴表面进行预处理；

S2、预处理后，在曲轴表面进行熔覆粉末的预置；

S3、进行激光熔覆，形成粗熔覆层，同时沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的下半部分逐渐汽化消失，上半部分下沉附着在粗熔覆层上表面；

S4、在室温下冷却，半消凝胶颗粒的下半部分凝结在粗熔覆层上，形成成型的叠熔覆层；

S5、对曲轴表面的叠熔覆层进行精加工处理，得到叠熔覆层的表面平滑的汽车曲轴。

通过在激光熔覆的同时，沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的自消下层逐渐汽化消失，使得补强颗粒铺洒在粗熔覆层表面，同时沉降起伏上层下沉附着在粗熔覆层上洒落的补强颗粒的上方，从而一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，进而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，显著降低其老化速度，延长使用寿命。

进一步的，所述预处理包括脱脂、除油以及除锈斑中的一种或多种，有效保证曲轴在进行下一步的熔覆粉末预置时，熔融粉末在其表面的附着度更加均匀，使得后期得到的粗熔覆层较为均匀，降低最终的精加工处理难度和工作量。

进一步的，所述S3中激光熔覆的同时，同步对激光熔覆部位以及半消凝胶颗粒附近喷洒惰性气体，惰性气体可以有效排开该部位附近的空气，有效保护激光熔覆部位在高温状态下不易被空气中氧气氧化。

进一步的，所述半消凝胶颗粒包括自消下层，所述自消下层上端固定连接有沉降起伏上层，所述自消下层内部填充有补强颗粒，所述自消下层下端口部设置有胶封点，在熔覆后，半消凝胶颗粒洒在熔融的粗熔覆层上时，将自消下层和胶封点受热挥发，从而使其内部的补强颗粒被留在粗熔覆层上，同时沉降起伏上层下沉并覆盖在补强颗粒表面，一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，从而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，进而降低因长期受热膨胀造成的使用寿命降低的情况发生。

进一步的，所述自消下层口部为外扩的八字形结构，且自消下层口部的横向跨度不低于沉降起伏上层横向宽度的2/3，有效保证半消凝胶颗粒的稳定性，使其洒在粗熔覆层上时口部能够稳定的朝向下方，从而使得其内部的补强颗粒嵌入粗熔覆层内，同时使得最终沉降起伏上层覆盖在最表面。

进一步的，所述胶封点内部镶嵌有多个均匀分布的磁粉颗粒，所述磁粉颗粒优选铝镍钴合金制成，所述自消下层和胶封点均为高温易挥发材质制成，通过在胶封点内嵌入的磁粉颗粒，在喷洒半消凝胶颗粒时，通过磁粉颗粒与曲轴之间的吸引力，可以使得半消凝胶颗粒自动调位，使得胶封点口部一侧对着粗熔覆层，保证其内部的补强颗粒溢出后位于内侧，而沉降起伏上层位于最外侧。

进一步的，所述沉降起伏上层包括与自消下层固定连接的沉降表层以及连接在沉降表层上端部的磨消起伏层，最终沉降表层覆盖在最外侧时，沉降表层可以在最外侧为曲轴形成一层保护层，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，进而显著降低其老化速度，延长使用寿命。

进一步的，所述补强颗粒由陶瓷粉末、低膨胀粉末以及特种纤维粉按照1:2-3:1的体积比均匀混合而成，陶瓷粉末和特种纤维均具有耐高温、抗燃、高强度的特点，通过在现有技术的熔覆层上再次凝结该材料，可以进一步提高曲轴外层的强度，延长使用寿命。

进一步的，所述沉降表层以及低膨胀粉末均为新型轻质气凝胶材料制成，新型轻质气凝胶材料在高温下具有极低的膨胀率，通过在现有技术的激光熔覆后喷洒半消凝胶颗粒，使其内的补强颗粒和沉降表层附着凝结在粗熔覆层表面，可以显著增加其热膨胀率，显著提高曲轴的耐热度，进而降低因摩擦生热对曲轴老化速度的影响，加快使用寿命。

进一步的，所述磨消起伏层上表面为不平的多锥状起伏结构，在喷洒过程中存在部分半消凝胶颗粒在未能口部朝下，该多锥状起伏结构使得半消凝胶颗粒的沉降起伏上层端不能稳定的附着在粗熔覆层上，使其倾倒，从而保证成型后沉降起伏上层仍然能够位于补强颗粒上方，使本曲轴耐热性提高以及受热膨胀率的降低效果更好，且磨消起伏层硬度低于沉降表层，便于在成型后，对叠熔覆层表面精加工，从而取出磨消起伏层，提高平滑性。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本方案通过在激光熔覆的同时，沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的自消下层逐渐汽化消失，使得补强颗粒铺洒在粗熔覆层表面，同时沉降起伏上层下沉附着在粗熔覆层上洒落的补强颗粒的上方，从而一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，进而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，显著降低其老化速度，延长使用寿命。

（2）预处理包括脱脂、除油以及除锈斑中的一种或多种，有效保证曲轴在进行下一步的熔覆粉末预置时，熔融粉末在其表面的附着度更加均匀，使得后期得到的粗熔覆层较为均匀，降低最终的精加工处理难度和工作量。

（3）S3中激光熔覆的同时，同步对激光熔覆部位以及半消凝胶颗粒附近喷洒惰性气体，惰性气体可以有效排开该部位附近的空气，有效保护激光熔覆部位在高温状态下不易被空气中氧气氧化。

（4）半消凝胶颗粒包括自消下层，自消下层上端固定连接有沉降起伏上层，自消下层内部填充有补强颗粒，自消下层下端口部设置有胶封点，在熔覆后，半消凝胶颗粒洒在熔融的粗熔覆层上时，将自消下层和胶封点受热挥发，从而使其内部的补强颗粒被留在粗熔覆层上，同时沉降起伏上层下沉并覆盖在补强颗粒表面，一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，从而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，进而降低因长期受热膨胀造成的使用寿命降低的情况发生。

（5）自消下层口部为外扩的八字形结构，且自消下层口部的横向跨度不低于沉降起伏上层横向宽度的2/3，有效保证半消凝胶颗粒的稳定性，使其洒在粗熔覆层上时口部能够稳定的朝向下方，从而使得其内部的补强颗粒嵌入粗熔覆层内，同时使得最终沉降起伏上层覆盖在最表面。

（6）胶封点内部镶嵌有多个均匀分布的磁粉颗粒，磁粉颗粒优选铝镍钴合金制成，自消下层和胶封点均为高温易挥发材质制成，通过在胶封点内嵌入的磁粉颗粒，在喷洒半消凝胶颗粒时，通过磁粉颗粒与曲轴之间的吸引力，可以使得半消凝胶颗粒自动调位，使得胶封点口部一侧对着粗熔覆层，保证其内部的补强颗粒溢出后位于内侧，而沉降起伏上层位于最外侧。

（7）沉降起伏上层包括与自消下层固定连接的沉降表层以及连接在沉降表层上端部的磨消起伏层，最终沉降表层覆盖在最外侧时，沉降表层可以在最外侧为曲轴形成一层保护层，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，进而显著降低其老化速度，延长使用寿命。

（8）补强颗粒由陶瓷粉末、低膨胀粉末以及特种纤维粉按照1:2-3:1的体积比均匀混合而成，陶瓷粉末和特种纤维均具有耐高温、抗燃、高强度的特点，通过在现有技术的熔覆层上再次凝结该材料，可以进一步提高曲轴外层的强度，延长使用寿命。

（9）沉降表层以及低膨胀粉末均为新型轻质气凝胶材料制成，新型轻质气凝胶材料在高温下具有极低的膨胀率，通过在现有技术的激光熔覆后喷洒半消凝胶颗粒，使其内的补强颗粒和沉降表层附着凝结在粗熔覆层表面，可以显著增加其热膨胀率，显著提高曲轴的耐热度，进而降低因摩擦生热对曲轴老化速度的影响，加快使用寿命。

（10）磨消起伏层上表面为不平的多锥状起伏结构，在喷洒过程中存在部分半消凝胶颗粒在未能口部朝下，该多锥状起伏结构使得半消凝胶颗粒的沉降起伏上层端不能稳定的附着在粗熔覆层上，使其倾倒，从而保证成型后沉降起伏上层仍然能够位于补强颗粒上方，使本曲轴耐热性提高以及受热膨胀率的降低效果更好，且磨消起伏层硬度低于沉降表层，便于在成型后，对叠熔覆层表面精加工，从而取出磨消起伏层，提高平滑性。

附图说明

图1为本发明的主要的流程示意图；

图2为本发明的曲轴的结构示意图；

图3为本发明的半消凝胶颗粒的结构示意图；

图4为本发明的沉降起伏上层的结构示意图；

图5为本发明的半消凝胶颗粒在落入粗熔覆层后的变化结构示意图。

图中标号说明：

11自消下层、12沉降起伏上层、121沉降表层、122磨消起伏层、2补强颗粒、3胶封点。

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，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，包括以下步骤：

S1、首先对曲轴表面进行预处理，预处理包括脱脂、除油以及除锈斑中的一种或多种，有效保证曲轴在进行下一步的熔覆粉末预置时，熔融粉末在其表面的附着度更加均匀，使得后期得到的粗熔覆层较为均匀，降低最终的精加工处理难度和工作量；

S2、预处理后，在曲轴表面进行熔覆粉末的预置；

S3、进行激光熔覆，形成粗熔覆层，同时沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的下半部分逐渐汽化消失，上半部分下沉附着在粗熔覆层上表面，在激光熔覆的同时，同步对激光熔覆部位以及半消凝胶颗粒附近喷洒惰性气体，惰性气体可以有效排开该部位附近的空气，有效保护激光熔覆部位在高温状态下不易被空气中氧气氧化；

S4、在室温下冷却，半消凝胶颗粒的下半部分凝结在粗熔覆层上，形成成型的叠熔覆层；

S5、对曲轴表面的叠熔覆层进行精加工处理，得到叠熔覆层的表面平滑的汽车曲轴。

请参阅图3，半消凝胶颗粒包括自消下层11，自消下层11上端固定连接有沉降起伏上层12，自消下层11内部填充有补强颗粒2，自消下层11下端口部设置有胶封点3，胶封点3内部镶嵌有多个均匀分布的磁粉颗粒，磁粉颗粒优选铝镍钴合金制成，自消下层11和胶封点3均为高温易挥发材质制成，通过在胶封点3内嵌入的磁粉颗粒，在喷洒半消凝胶颗粒时，通过磁粉颗粒与曲轴之间的吸引力，可以使得半消凝胶颗粒自动调位，使得胶封点3口部一侧对着粗熔覆层，保证其内部的补强颗粒2溢出后位于内侧，而沉降起伏上层12位于最外侧，在熔覆后，半消凝胶颗粒洒在熔融的粗熔覆层上时，将自消下层11和胶封点3受热挥发，从而使其内部的补强颗粒2被留在粗熔覆层上，同时沉降起伏上层12下沉并覆盖在补强颗粒2表面，一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，从而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，进而降低因长期受热膨胀造成的使用寿命降低的情况发生，自消下层11口部为外扩的八字形结构，且自消下层11口部的横向跨度不低于沉降起伏上层12横向宽度的2/3，有效保证半消凝胶颗粒的稳定性，使其洒在粗熔覆层上时口部能够稳定的朝向下方，从而使得其内部的补强颗粒2嵌入粗熔覆层内，同时使得最终沉降起伏上层12覆盖在最表面。

请参阅图4-5，沉降起伏上层12包括与自消下层11固定连接的沉降表层121以及连接在沉降表层121上端部的磨消起伏层122，最终沉降表层121覆盖在最外侧时，沉降表层121可以在最外侧为曲轴形成一层保护层，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，进而显著降低其老化速度，延长使用寿命，补强颗粒2由陶瓷粉末、低膨胀粉末以及特种纤维粉按照1:2-3:1的体积比均匀混合而成，陶瓷粉末和特种纤维均具有耐高温、抗燃、高强度的特点，通过在现有技术的熔覆层上再次凝结该材料，可以进一步提高曲轴外层的强度，延长使用寿命，沉降表层121以及低膨胀粉末均为新型轻质气凝胶材料制成，新型轻质气凝胶材料在高温下具有极低的膨胀率，通过在现有技术的激光熔覆后喷洒半消凝胶颗粒，使其内的补强颗粒2和沉降表层121附着凝结在粗熔覆层表面，可以显著增加其热膨胀率，显著提高曲轴的耐热度，进而降低因摩擦生热对曲轴老化速度的影响，加快使用寿命，磨消起伏层122上表面为不平的多锥状起伏结构，在喷洒过程中存在部分半消凝胶颗粒在未能口部朝下，该多锥状起伏结构使得半消凝胶颗粒的沉降起伏上层12端不能稳定的附着在粗熔覆层上，使其倾倒，从而保证成型后沉降起伏上层12仍然能够位于补强颗粒2上方，使本曲轴耐热性提高以及受热膨胀率的降低效果更好，且磨消起伏层122硬度低于沉降表层121，便于在成型后，对叠熔覆层表面精加工，从而取出磨消起伏层122，提高平滑性。

通过在激光熔覆的同时，沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，请参阅图5，在高温下半消凝胶颗粒的自消下层11逐渐汽化消失，使得补强颗粒2铺洒在粗熔覆层表面，同时沉降起伏上层12下沉附着在粗熔覆层上洒落的补强颗粒2的上方，从而一同与粗熔覆层凝结在曲轴表面，进而显著增加曲轴表面的强度，同时降低曲轴表面受热膨胀率，从而有效降低因摩擦产生的热量对曲轴表面强度的影响，显著降低其老化速度，延长使用寿命。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、首先对曲轴表面进行预处理；

S2、预处理后，在曲轴表面进行熔覆粉末的预置；

S3、进行激光熔覆，形成粗熔覆层，同时沿着激光熔覆的轨迹在粗熔覆层表面喷洒半消凝胶颗粒，在高温下半消凝胶颗粒的下半部分逐渐汽化消失，上半部分下沉附着在粗熔覆层上表面；

S4、在室温下冷却，半消凝胶颗粒汽化后下沉的部分凝结在粗熔覆层上，形成成型的叠熔覆层；

S5、对曲轴表面的叠熔覆层进行精加工处理，得到叠熔覆层的表面平滑的汽车曲轴；

所述半消凝胶颗粒包括自消下层（11），所述自消下层（11）上端固定连接有沉降起伏上层（12），所述自消下层（11）内部填充有补强颗粒（2），所述自消下层（11）下端口部设置有胶封点（3），所述自消下层（11）口部为外扩的八字形结构，且自消下层（11）口部的横向跨度不低于沉降起伏上层（12）横向宽度的2/3，所述胶封点（3）内部镶嵌有多个均匀分布的磁粉颗粒，所述磁粉颗粒由铝镍钴合金制成，所述自消下层（11）和胶封点（3）均为高温易挥发材质制成，所述沉降起伏上层（12）包括与自消下层（11）固定连接的沉降表层（121）以及连接在沉降表层（121）上端部的磨消起伏层（122）。

2.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：所述预处理包括脱脂、除油以及除锈斑中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：所述S3中激光熔覆的同时，同步对激光熔覆部位以及半消凝胶颗粒附近喷洒惰性气体。

4.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：所述补强颗粒（2）由陶瓷粉末、低膨胀粉末以及特种纤维粉按照1:2-3:1的体积比均匀混合而成。

5.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：所述沉降表层（121）以及低膨胀粉末均为轻质气凝胶材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种汽车曲轴表面半消失型补强处理方法，其特征在于：所述磨消起伏层（122）上表面为不平的多锥状起伏结构，且磨消起伏层（122）硬度低于沉降表层（121）。

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