CN113001025A - 一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法 - Google Patents

一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，采用激光复合织构的方式，通过减小或增大调节管柱调节时的接触面积，以改善其摩擦润滑及磨损特性；首先根据调节机构耐久及溃缩试验确定需要设计摩擦力的关键区域，其次在前述关键区域进行第一次激光复合织构处理，并静置一段时间，从而使机构表面经过激光复合织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝，再将经过上述处理后的试样进行第二次激光复合织构处理，最后再将上述经过激光复合织构处理后的样件加入润滑油脂。

Description

一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法
技术领域
本发明涉及一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，属于表面激光技术及摩擦润滑技术领域。
背景技术
激光复合织构（Composite Laser Surface Texturing）包括激光毛化织构技术及激光微造型织构技术。激光毛化织构技术（Laser Texturing, LT）是利用高能量密度的激光束照射到材料表面，当材料表面温度超过材料汽化阈值时，局部材料发生熔化和汽化，当激光停止照射时，材料表面发生流动并重凝，从而在材料表面得到凸起的形貌，以此来达到对表面改形改性的目的。激光造型织构技术（Laser Surface Texturing, LST）是利用激光束照射到材料表面，使激光焦点照射区域表面材料瞬间汽化，从而使表面材料去除的一种方式。
当调节管柱调节支架与凸轮表面的摩擦力过大时，调节手柄的锁紧力会超过理想值，且会造成调节异响，而摩擦力过小时，管柱角度调节保持力则不能满足要求，而这两项要求都是调节机构耐久试验合格的必备条件。同样，合理设置下护管外径及调节支架与剪切块之间的摩擦系数对设计管柱的溃缩曲线具有重要意义。因此研究这些构件表面的摩擦力对调节管柱具有重大现实意义。本方法是针对调节管柱关键构件提出的，相对于其他表面织构设计摩擦力的方法，激光复合织构技术具有稳定、可控且工艺操作性强等优点，能有效设计构件表面的摩擦力，从而减小管柱调节异响及延长管柱调节寿命的作用。
大多数设计调节管柱摩擦力的方式是通过在管柱表面增加润滑涂层、自润滑材料或增加摩擦片，如霍强在转向管柱中增加一摩擦片组的转向管柱用摩擦片组、转向管柱调节机构和车辆专利以及周国军的一种降噪管柱调节机构等。目前还没有激光毛化技术与激光微造型技术（即激光复合织构技术），本方法采用分区异构的方式，将激光毛化织构技术与激光微造型织构技术分别作为两种不同的设计摩擦系数的手段，为设计管柱摩擦力提供了新途径，具有很强的创造性及新颖性。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，采用激光复合织构的方式，减小或增大调节管柱调节时的接触面积，改善其摩擦润滑及磨损特性，同时减小管柱调节异响并延长管柱调节寿命的作用。
为了达到以上目的，本发明提供了一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：采用激光复合织构的方式，通过减小或增大调节管柱调节时的接触面积，以改善其摩擦润滑及磨损特性；首先根据调节机构耐久及溃缩试验确定需要设计摩擦力的关键区域，其次在前述关键区域进行第一次激光复合织构处理，并静置一段时间，从而使机构表面经过激光复合织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝，再将经过上述处理后的试样进行第二次激光复合织构处理，最后再将上述经过激光复合织构处理后的样件加入润滑油脂。
进一步的，包括如下具体步骤：
步骤1、选取2N个调节管柱分为两组，一组（N个）进行调节机构耐久试验，一组（N个进行管柱溃缩试验，记录2N个不同管柱调节摩擦力位置，确定调节管柱需要设计摩擦力的关键区域A；
步骤2、对步骤1中确定的关键区域进行激光复合织构处理；
步骤3、将步骤2中进行过激光复合织构处理的试样静置一段时间B，使机构表面经过激光微织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝；
步骤4、对步骤3处理的试样区域A进行第二次激光复合织构处理；
步骤5、对经过步骤4处理后的试样区域A均加入润滑油脂，加入量为C，至此本方法的处理步骤完成。
进一步的，所述步骤1中，选取的进行试验的调节管柱的个数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
15。所述步骤1中，关键区域A包括：A1：下护管外径处，A2：调节支架与支撑块配合平面，A3：调节支架与凸轮配合平面，A4：调节支架与剪切块配合平面。
进一步的，所述步骤1中，采用分区异构的方式将关键区域A中的A2处设计凸起激光微织构形貌从而增加摩擦力，A1，A3，A4处设计凹槽激光微织构形貌从而减小摩擦力。
进一步的，所述步骤2及步骤4的激光复合织构处理中，针对A2处的凸起激光微织构形貌加工参数如下：单脉冲，激光功率为50-70W，脉宽为700-1500
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
，形成高度为h1，直径为d1的凸起激光微织构形貌。
进一步的，所述步骤2及步骤4的激光复合织构处理中，针对A1、A3及A4处的凹槽激光微织构形貌加工参数如下：连续脉冲，激光功率为80-100W，脉宽为10000-20000
Figure 744270DEST_PATH_IMAGE004
，形成深度为H1，直径为D1的凹槽激光微织构形貌。
进一步的，所述步骤3中，静置时间
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
。
进一步的，所述步骤5中，润滑油脂加入量均为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
。
本发明所提供的一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，采用激光复合织构的方式，减小或增大调节管柱调节时的接触面积，改善其摩擦润滑及磨损特性，同时减小管柱调节异响并延长管柱调节寿命的作用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的流程框图。
图2为本发明的调节管柱结构示意图。
图3为本发明的关键区域，其中（a）为A1处，（b）为A2处，（c）为A3处，（d）为A4处。
图4为本发明进行不同激光织构处理后摩擦系数随时间变化曲线。
附图说明，图2中1-下护管，2-调节支架，3-支撑块，4-凸轮，5-剪切块。
具体实施方式
本发明提供的一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其步骤为：
步骤1、选取20个转向管柱分别进行调节机构耐久及溃缩试验，统计这20个调节管柱进行试验后主要影响管柱角度调节保持力、调节手柄锁紧力及溃缩曲线的受力区域，发现主要影响其作用力的位置在下护管外径1处，如图3(a)，调节支架2与支撑块3配合平面，如图3(b)，调节支架2与凸轮4配合平面，如图3(c)，调节支架2与剪切块5配合平面，如图3(d)。
步骤2、对步骤（1）中确定的区域进行激光复合织构处理，其中凸起激光微织构形貌加工参数如下：单脉冲，激光功率为50-70W，脉宽为700-1500
Figure 274740DEST_PATH_IMAGE004
；凹槽激光微织构形貌加工参数如下：连续脉冲，激光功率为80-100W，脉宽为10000-20000
Figure 607632DEST_PATH_IMAGE004
。
步骤3、将步骤（2）中进行过激光复合织构处理的试样静置一段时间B，使机构表面经过激光微织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝，其中，
Figure 359687DEST_PATH_IMAGE006
。
步骤4、对经过步骤（3）处理后试样进行第二次激光复合织构处理，其中激光加工参数和步骤（2）相同，其中凸起激光微织构形貌加工参数如下：单脉冲，激光功率为50-70W，脉宽为700-1500
Figure 119833DEST_PATH_IMAGE004
；凹槽激光微织构形貌加工参数如下：连续脉冲，激光功率为80-100W，脉宽为10000-20000
Figure 590128DEST_PATH_IMAGE004
。
步骤5、对经过步骤（4）处理后的试样的区域A加入润滑油脂，至此本方法的处理步骤完成。
对步骤（1）中确立的区域A进行一次激光毛化处理，作为对比组1。
对步骤（1）中确立的区域A进行两次激光毛化处理，作为对比组2。
对步骤（1）中确立的区域A进行一次激光微造型织构处理，作为对比组3。
对步骤（1）中确立的区域A进行两次激光微造型织构处理，作为对比组4。
对步骤（1）中确立的区域A增加自润滑涂层，作为对比组5。
如图4所示，为试样表面的摩擦系数曲线，横坐标为进行摩擦试验的时间，纵坐标为摩擦系数值，曲线1表示经过一次激光毛化处理的试样，曲线2表示经过两次激光毛化处理的试样，曲线3表示进行一次激光微造型处理的试样，曲线4表示进行两次激光微造型处理的试样，曲线5表示增加自润滑涂层的试样。对比试验组1,3,5，试验组2和试验组4的摩擦系数的变化量较大，因此可以得出，本方法可以有效设计材料表面摩擦系数值。因为处理过程中经过两次激光复合织构处理，经过第一次激光毛化或激光微造型处理的试样经过时间B后，材料表面金属得到充分熔凝，再进行第二次激光处理时，激光作用焦点位于第一次激光熔凝位置，使金属材料在表面再堆积或再去除，两零件相互摩擦接触时，凸起的激光毛化硬质点在摩擦副表面形成较大的剪切力，因此其摩擦系数较大。而经过两次激光微造型织构处理的试样表面形成较深的凹槽可以储存润滑油脂，因此其摩擦系数相对于试验组5还小。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：采用激光复合织构的方式，通过减小或增大调节管柱调节时的接触面积，以改善其摩擦润滑及磨损特性；首先根据调节机构耐久及溃缩试验确定需要设计摩擦力的关键区域，其次在前述关键区域进行第一次激光复合织构处理，并静置一段时间，从而使机构表面经过激光复合织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝，再将经过上述处理后的试样进行第二次激光复合织构处理，最后再将上述经过激光复合织构处理后的样件加入润滑油脂。
2.根据权利要求1所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：包括如下具体步骤：
步骤1、选取2N个调节管柱分为两组，一组为N个进行调节机构耐久试验，一组为N’个，N=N’进行管柱溃缩试验，记录2N个不同管柱调节摩擦力位置，确定调节管柱需要设计摩擦力的关键区域A；
步骤2、对步骤1中确定的关键区域进行激光复合织构处理；
步骤3、将步骤2中进行过激光复合织构处理的试样静置一段时间B，使机构表面经过激光微织构处理后区域的金属材料得到充分冷凝；
步骤4、对步骤3处理的试样区域A进行第二次激光复合织构处理；
步骤5、对经过步骤4处理后的试样区域A均加入润滑油脂，加入量为C，至此本方法的处理步骤完成。
3.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤1中，选取的进行试验的调节管柱的个数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
15。
4.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤1中，关键区域A包括：A1：下护管外径处，A2：调节支架与支撑块配合平面，A3：调节支架与凸轮配合平面，A4：调节支架与剪切块配合平面。
5.根据权利要求4所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤1中，采用分区异构的方式将关键区域A中的A2处设计凸起激光微织构形貌从而增加摩擦力，A1，A3，A4处设计凹槽激光微织构形貌从而减小摩擦力。
6.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤2及步骤4的激光复合织构处理中，针对A2处的凸起激光微织构形貌加工参数如下：单脉冲，激光功率为50-70W，脉宽为700-1500
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，形成高度为h1，直径为d1的凸起激光微织构形貌。
7.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤2及步骤4的激光复合织构处理中，针对A1、A3及A4处的凹槽激光微织构形貌加工参数如下：连续脉冲，激光功率为80-100W，脉宽为10000-20000
Figure 688702DEST_PATH_IMAGE004
，形成深度为H1，直径为D1的凹槽激光微织构形貌。
8.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤3中，静置时间
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
9.根据权利要求2所述的基于激光复合织构设计调节管柱摩擦力的方法，其特征在于：所述步骤5中，润滑油脂加入量均为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
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